KR20160068062A

KR20160068062A - Led 모듈과 프레넬 렌즈를 구비한 조명장치

Info

Publication number: KR20160068062A
Application number: KR1020140172929A
Authority: KR
Inventors: 이성헌; 이성희
Original assignee: 주식회사 코리아썬엘이디
Priority date: 2014-12-04
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2016-06-15

Abstract

본 발명은 LED 모듈과 프레넬 렌즈를 구비한 조명장치에 관한 것으로서 프레넬 렌즈를 이용하므로 광원의 크기가 증가함에 따라 부피가 큰 돔 형상의 렌즈를 제작하기위한 비용을 절감할 수 있고 렌즈 제작공정 과정과 시간을 단축할 수 있으며, 프레넬 렌즈와 광원 사이의 거리를 조절함으로써 빛이 조사되는 범위를 조절하여 사용자가 원하는 조사범위를 구현할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른LED 모듈과 프레넬 렌즈를 구비한 조명장치는 빛을 발생시키기 위한 적어도 하나 이상의 LED 칩과, 상기 LED 칩을 구동하기 위한 회로가 형성되어 있으며 상기 LED 칩을 지지하기 위한 기판을 포함하는 LED 모듈로 구비되는 광원 및 상기 광원의 전면에서 일정거리 이격되어 구비되며, 타측이 상기 광원의 전면과 마주보도록 구비되고, 투명한 재질로 형성되며, 일측에 프레넬 패턴이 형성된 프레넬 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

LED 모듈과 프레넬 렌즈를 구비한 조명장치{Lighting Apparatus having LED module and Fresnel lens}

본 발명은 LED 모듈과 프레넬 렌즈를 구비한 조명장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는, 프레넬 렌즈와 광원 사이의 거리를 조절하여 빛을 조사하는 범위를 조절할 수 있으며, 광원의 크기가 증가함에 따라 렌즈의 부피를 크게 제작해야 하는 부담을 줄일 수 있는 LED 모듈과 프레넬 렌즈를 구비한 조명장치에 관한 것이다.

일반적으로 조명 기구는 실내외의 천장면이나 벽면등에 설치되어 실내외를 조명하도록 하는 것으로 이러한 조명 기구는 현재 백열등, 형광등, 삼파장 전구 등이 가장 기본적인 형태로 제작되며 사용이 편리하여 일반 소비자들에게 널리 사용되고 있다. 그러나, 이러한 종류의 조명 기구들은 제조비가 저렴하지만 전기에너지를 빛에너지로 변환함에 있어서 많은 열이 발생하게 되어 최근에는 사용이 지양되고 있다. 형광등은 백열등에 비해 에너지 전환 효율이 높지만 점등 시에 많은 시간이 소요되고 수명이 짧고 많은 전력을 소모하기 때문에 에너지 비용이 증가하는 문제가 있었다.

따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 수명이 반영구적이고 낮은 전력으로 높은 조도를 얻을 수 있는 LED 조명 장치가 개발되고 있다.

LED(Light Emitting Diode)는 전류 인가에 의해 P-N 반도체 접합(P-N junction)구조에서 전자와 정공이 재결합할 때 전위차에 의해서 빛을 발하는 반도체 발광 소자로서 친환경적이며 전력소비가 일반전구에 비하여 약 20%정도로 적고, 저 전압, 긴 수명 및 저 가격의 특징을 가진다. 종래에는 LED는 표시용 램프나 숫자와 같은 단순 정보표시에 많이 응용되어 왔으나, 최근에는 산업기술의 발전, 특히 정보표시 기술과 반도체 기술의 발전으로 디스플레이 분야, 조명 장치, 자동차 헤드램프, 프로젝터 등 다방면에 걸쳐서 사용되기에 이르렀다.

따라서, LED는 많은 장점을 가지고 있기 때문에 조명 기구로서 그 활용도가 매우 높다고 할 수 있으며, 최근에는 청색, 녹색, 적색, 백색 및 호박색 등 LED 발광효율이 급속히 증가되면서 다양한 조명 기구로서 그 사용 범위가 더욱 확대되어 가고 있는 추세이다.

이러한 LED 조명은 조명에 구비되는 LED 소자의 개수에 따라 밝기를 조절할 수 있으며, 그에 따라 조명의 크기도 다양하게 제작할 수 있다.

한편, LED 조명은 일반적으로 돔 형상의 렌즈를 이용하여 빛을 조사한다. 그러나, 이러한 일반적인 돔 형상의 조명용 렌즈는 조명의 크기가 증가함에 따라 렌즈의 크기도 함께 증가해야 하는데 렌즈를 크게 제작하게 되면 렌즈의 부피가 증가하고 그에 따라 무게가 증가하여 제작 시 어려움이 발생하는 문제점이 있었다. 따라서, 제작비용이 증가할 뿐만 아니라 제작이 용이하지 않으므로 제작공정 과정과 제작시간이 증가하는 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허공보 제10-2005-0001972호

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 광원의 크기가 증가함에 따라 그에 적합하도록 구비되어야 하는 큰 부피의 돔 형상의 렌즈 대신에 프레넬 렌즈를 이용하여 빛을 조사할 수 있는 LED 모듈과 프레넬 렌즈를 구비한 조명장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 프레넬 렌즈를 이용함으로써 부피가 큰 돔 형상의 렌즈를 제작하기위한 비용을 절감할 수 있고, 렌즈 제작공정 과정과 시간을 단축할 수 있는 LED 모듈과 프레넬 렌즈를 구비한 조명장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 프레넬 렌즈와 광원 사이의 거리를 조절함으로써 빛이 조사되는 범위를 조절하여 사용자가 원하는 조사범위를 구현할 수 있는 LED 모듈과 프레넬 렌즈를 구비한 조명장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 빛을 발생시키기 위한 적어도 하나 이상의 LED 칩(11)과, 상기 LED 칩(11)을 구동하기 위한 회로가 형성되어 있으며 상기 LED 칩(11)을 지지하기 위한 기판(12)을 포함하는 LED 모듈로 구비되는 광원(10) 및 상기 광원(10)의 전면에서 일정거리 이격되어 구비되며, 타측이 상기 광원(10)의 전면과 마주보도록 구비되고, 투명한 재질로 형성되며, 일측에 프레넬 패턴이 형성된 프레넬 렌즈(20)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광원(10)은 적어도 하나 이상의 LED 칩(11)이 기판(12)에 COB(chip-on-board) 방식으로 실장된 COB LED 모듈인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 프레넬 렌즈(20)는 원형 또는 다각형 등의 다양한 형상으로 형성될 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광원(10)은 기판(12)의 저면에 부착되며 LED 칩(11)으로부터 발생하는 열을 방열하기 위한 히트 싱크(30)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 광원의 크기가 증가함에 따라 그에 적합하도록 구비되어야 하는 돔 형상의 렌즈 대신에 프레넬 렌즈를 이용하여 빛을 조사할 수 있는 LED 모듈과 프레넬 렌즈를 구비한 조명장치를 제공하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 프레넬 렌즈를 이용함으로써 부피가 큰 돔 형상의 렌즈를 제작하기위한 비용을 절감할 수 있고 렌즈 제작공정 과정과 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 프레넬 렌즈와 광원 사이의 거리를 조절함으로써 빛이 조사되는 범위를 조절하여 사용자가 원하는 조사범위를 구현할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 모듈과 프레넬 렌즈를 구비한 조명장치의 구성을 개략적으로 보여주는 사시도이다.
도 2a와 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 모듈과 프레넬 렌즈를 구비한 조명장치의 조사범위와 초점거리와의 관계를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 모듈과 프레넬 렌즈를 구비한 조명장치의 예시도이다.

본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면 중 도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 모듈과 프레넬 렌즈를 구비한 조명장치의 구성을 개략적으로 보여주는 사시도이고, 도 2a와 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 모듈과 프레넬 렌즈를 구비한 조명장치의 조사범위와 초점거리와의 관계를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 모듈과 프레넬 렌즈를 구비한 조명장치의 예시도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 모듈과 프레넬 렌즈를 구비한 조명장치는 빛을 발생시키기 위한 적어도 하나 이상의 LED 칩(11)과, 상기 LED 칩(11)을 구동하기 위한 회로가 형성되어 있으며 상기 LED 칩(11)을 지지하기 위한 기판(12)을 포함하는 LED 모듈로 구비되는 광원(10) 및 상기 광원(10)의 전면에서 일정거리 이격되어 구비되며, 타측이 상기 광원(10)의 전면과 마주보도록 구비되고, 투명한 재질로 형성되며, 일측에 프레넬 패턴이 형성된 프레넬 렌즈(20)를 포함하여 구성될 수 있다.

광원(10)은 빛을 발생시키기 위한 것으로서 적어도 하나 이상의 LED 칩(11)과, LED 칩(11)을 구동하기 위한 회로가 형성되어 있으며 LED 칩(11)을 지지하기 위한 기판(12)을 포함하여 구성된 LED 모듈로 구비될 수 있다.

LED는 전기에너지를 빛으로 바꾸어 내보내는 반도체 소자로서, p형 반도체층과 n형 반도체층 사이에 개재된 적어도 하나의 반도체 활성층을 포함한다. p형 반도체층과 n형 반도체층을 가로지르는 바이어스(bias)가 인가될 때, 전자들과 정공들이 활성층 내로 주입되어 그곳에서 재결합을 일으키며, 이에 의해, LED는 빛을 발생시킨다.

본 발명에서는 바람직하게는 LED 칩(11)을 별도의 패키징 공정없이 직접 기판(12)에 실장하는 칩온보드(Chip On Board, COB) 방식으로 제작된 COB LED 모듈을 광원(10)으로 사용할 수 있으며, LED 칩(11)은 기판(12)에 COB 방식으로 실장됨으로써 LED 칩(11)에서 발생하는 열을 보다 효율적으로 방출할 수 있는 효과가 있다. 또한, 상기 LED 칩(11)은 직렬, 병렬 또는 직렬 및 병렬연결 될 수 있다. COB LED 모듈(이하 LED 모듈이라 한다.)은 LED 칩(11)을 직접 기판(12)에 다이본딩(Die Bonding)하고 금속와이어를 매개로 와이어본딩(Wire Bonding)하여 전기적 연결을 하는 COB형 LED 발광 모듈이다.

또한, LED 모듈에는 LED 칩(11)이 교류 전원에서도 구동 가능하도록 하는 IC 소자가 실장되어 교류 전원에서도 구동이 가능한 LED 모듈을 광원(10)으로 사용할 수도 있다. 이때, LED 모듈에는 브리지 회로가 인입되어 있을 수도 있다.

LED 칩(11)은 구동될 수 있다면 기판(12)의 어느 곳에라도 실장 될 수 있으며 바람직하게는 기판(12)의 중앙부에 원형으로 형성된 광원영역에 실장 될 수 있다. 광원영역은 그 형상이 원형에 한정되는 것이 아니며 타원형 또는 다각형 등 어떤 형상으로도 구현될 수 있음은 물론이다.

또한, LED 모듈에서 LED 칩(11)이 실장된 광원영역은 소정의 몰딩 공정을 통해 형성되는 보호막에 의해 밀폐될 수 있다. 이때, 상기 보호막은 에폭시 또는 실리콘 등의 투광성이 우수한 절연성 수지일 수 있으며, 수지에 분산된 형광체를 포함할 수 도 있다. 상기 형광체는 원하는 조명의 색에 따라 다양한 종류를 선택할 수 있다.

LED 칩(11)은 동일한 파장을 방출하는 적어도 하나 이상의 LED 칩(11)을 사용하거나, 각기 다른 파장을 방출하는 적어도 하나 이상의 LED 칩(11)을 사용할 수 있다. 따라서, 다양한 형태의 빛을 방출할 수 있다. 예를 들어, 동일한 파장을 방출하는 LED 칩(11)을 사용하는 경우, LED 칩(11)의 출력 파장에 의하여 여기되는 형광체를 LED 칩 상에 포팅하여 백색은 물론 다양한 색상의 빛을 출력할 수 있다.

또한, 적색, 녹색, 청색의 빛을 방출하는 LED 칩(11)을 사용하여 이들의 조합을 통해 다양한 색의 빛을 출력할 수도 있으며, 각각의 LED 칩(11)을 제어하기 위하여 전극의 개수가 늘어날 수도 있다.

기판(12)은 LED 칩(11)이 실장되어 있으며, LED 칩(11)의 구동에 필요한 각종 회로가 형성되어 있다. 일반적인 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)을 사용할 수 있으며, 금속코어기판(MCPCB, Metal Core Printed Circuit Board, 이하MCPCB라 한다.), 세라믹 기판, FR4 기판 등을 사용할 수 있음은 물론이다. 이때, MCPCB는 금속판의 상부에 절연층이 형성되는 특별한 형태의 회로기판이다.

기판(12)으로 MCPCB를 사용할 경우에, 상기 금속판은 알루미늄이나 은 등과 같이 열전도성을 가진 금속 재질로, 수mm 두께 이내로 이루어지고 LED 칩(11)에서 발생한 열을 전달하는 방열판으로서의 역할을 할 수 있다.

광원(10)으로는 적어도 하나 이상의 LED 모듈을 사용할 수 있는데, 복수개의 LED 모듈이 사용될 경우, 아래에서 설명될 프레넬 렌즈(Fresnel lens)(20)를 이용하여 각각의 LED 모듈에서 방출되는 빛을 모아서 조사할 수 있다. 또한, 광원(10)으로 복수개의 LED 모듈이 사용될 경우, 프레넬 렌즈(20)를 복수개 구비할 수 있음은 물론이다.

프레넬 렌즈(20)는 광원(10)의 전면으로부터 일정거리 이격되어 구비된다. 이때, 광원(10)의 전면은 LED 칩(11)이 실장되는 면을 지칭한다. 또한, 프레넬 렌즈(20)는 투명한 재질로 형성되며 일측에 프레넬 패턴이 형성되고 타측은 광원(10)의 전면과 마주보도록 구비될 수 있다.

광원(10)으로 구비되는 LED 모듈에서 LED 칩(11)이 실장되어 있는 광원영역의 중심부에 프레넬 렌즈(20)의 중심이 대응되어 위치할 수 있다. 또한, 프레넬 렌즈(20)와 광원(10)이 이격되어 위치하도록 지지하는 지지프레임이 프레넬 렌즈(20)와 광원(10)의 사이에 더 구비될 수 있으며, 도 3을 참조하면, 내부에 LED 모듈을 설치한 조명 하우징의 개방부에 프레넬 렌즈(20)가 설치됨으로써 프레넬 렌즈(20)와 광원(10)이 서로 일정거리 이격되어 위치할 수 있다.

프레넬 렌즈(20)는 빛을 모아서 조사하는 기능을 갖는 렌즈이며, 광원(10)으로부터 방출된 빛을 굴절시켜 모든 빛이 평행을 이룬 상태로 직진하도록 한다. 프레넬 렌즈(20)에 의해 본 발명에 따른 조명장치는 적어도 하나 이상의 LED 칩(11)으로부터 방출된 모든 빛을 일정한 방향으로 평행을 이룬 상태로 직진시킬 수 있다.

이때, 빛은 프레넬 렌즈(20)의 일측에 형성된 프레넬 패턴에 의해 굴절되어 직진한다. 상기 프레넬 패턴은 서로 이격되어 동일한 높이로 형성된 적어도 하나 이상의 동심원 패턴에 의하여 형성된 홈을 구비한다. 따라서, 프레넬 패턴에 의하여 광원(10)에서 방출되는 빛의 굴절각을 조절할 수 있으며 이에 따라 빛이 조사되는 각도를 다양하게 조절할 수 있다. 이때, 프레넬 패턴은 도 2에 도시된 바와 같이 그 단면의 일측이 톱니 형상이며, 상기 톱니 형상의 기울기를 조절하여 빛의 굴절각을 조절할 수 있는 것이다. 이러한 굴절각의 조절을 통해 청색 LED 칩 및 황색 형광체를 포함하는 백색의 LED 모듈의 색수차에 의한 황색의 링이 발생하는 문제를 해결할 수 있다. 즉, 프레넬 패턴의 기울기를 조절하여 색수차의 조절이 가능한 것이다.

또한, 상기와 같은 프레넬 패턴을 형성함으로써 프레넬 렌즈(20) 즉, 조명장치에 사용되는 렌즈의 두께를 줄일 수 있는 효과가 있다. 따라서, 두께를 줄임으로써 제작과 사용이 용이해지고 종래의 돔 형상의 렌즈에 의한 퍼짐 현상을 방지하고 보다 효과적으로 빛을 모아서 조사할 수 있으므로 조사되는 빛의 선명도와 밝기가 높아지는 효과가 있다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 첨부된 도면에서는 톱니 형상의 동심원 형태의 홈이 형성된 프레넬 패턴을 도시하였지만 본 발명에 따른 프레넬 렌즈(20)의 프레넬 패턴은 상기와 같은 형상에 한정되지 않으며, 프레넬 패턴의 제작상의 용이함과 빛의 조사범위를 고려하여 그 형상과 기울기가 적절히 조정될 수 있음은 물론이다.

또한, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 프레넬 렌즈(20)의 예시도가 도시되어 있다. 도 1에는 원형 형상의 프레넬 렌즈(20)가 도시되어 있으나, 그 형상은 원형 뿐만 아니라 다각형 등의 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

프레넬 렌즈(20)는 프레스 성형 또는 몰드(Mold) 금형을 통하여 직접 사출되거나 전사 금형으로 제조될 수 있으며, 식각에 의해 제조될 수도 있다. 따라서, 제작이 매우 편리한 이점이 있다.

또한, 프레넬 렌즈(20)는 렌즈의 두께를 줄이기 위해서 일정한 두께를 가지는 적어도 하나 이상의 동심원의 띠 모양의 렌즈로 분할한 것이므로, 두께를 두껍게 하지 않고도 구경이 큰 렌즈를 제작할 수 있다. 일반적인 조명에 사용되는 볼록 렌즈 또는 돔 형상의 렌즈는 공장등과 같은 조명장치에 적용하기 위해서는 렌즈의 부피가 증가하게 된다. 따라서, 렌즈는 무거워지고 빛의 흡수도 증가하므로 여러 개의 고리형의 띠로 나누어 빛의 중심 주변의 부분을 얇게 하는 문제점이 있다. 따라서, 조명장치에 프레넬 렌즈(20)를 적용하여 사용함으로써 빛의 퍼짐 현상을 방지하고 고리형의 띠가 발생하지 않도록 하여 효과적으로 빛을 모아서 조사할 수 있으므로 조사되는 빛의 선명도와 밝기가 높아지는 효과가 있다.

또한, 프레넬 렌즈(20)의 특성을 향상시키기 위하여, 다음과 같은 해석 과정을 거쳐 프레넬 렌즈(20)를 설계할 수 있다. 즉, Lighttools를 이용한 Exact Fresnel Lens 설계 및 특성 해석, 프레넬 패턴(Fresnel Shape)에 따른 빛의 특성 해석 및 레진의 특성(굴절률, 투과율)에 따른 Simple Fresnel Lens의 상점특성 분석을 통해 획득된 정보들을 이용하여 프레넬 렌즈(20)를 설계할 수 있다.

이와 같은 프레넬 렌즈(20)를 이용한 본 발명의 조명장치는 프레넬 렌즈(20)와 LED 모듈과의 간격 즉, 초점거리(f)를 조절하여 빛의 굴절각에 변화를 주면 빛이 조사되는 조사범위를 조절할 수 있다. 본 발명에 따른 조명장치는 투광등이나 공장등과 같은 조명으로 사용할 수 있으며, 제작 시에 초점거리(f)를 조절하여 요구되는 조사범위를 구현할 수 있는 것이다.

도 2a를 참조하면, 초점거리(f)가 짧아질수록 빛이 조사되는 범위가 좁아지며, 도 2b를 참조하면, 초점거리(f)가 길어질수록 방출되는 빛은 멀리 퍼지므로 빛의 조사범위는 넓어진다. 예를 들어, 조명의 대상이 되는 지점에 빛을 집중적으로 조사하기 위하여 이용되는 투광등의 경우에는 초점거리(f)를 짧게 제작하여 빛의 조사범위를 좁게 형성할 수 있고, 넓은 범위를 조사하여 공간을 전체적으로 밝게 조명하기 위하여 이용되는 공장등의 경우에는 초점거리(f)를 길게 제작하여 빛의 조사범위를 넓게 형성할 수 있다.

이때, 상기 조사범위는 15° 내지 150°로 구현될 수 있으며 바람직하게는 30° 내지 130° 일 수 있다.

또한, 프레넬 렌즈(20)는 내열성 투명 수지로 제작될 수 있으며, 프레넬 렌즈(20)에 적용될 수 있는 내열성 투명 수지로서는 투명성과 내열성이 양호한 것이라면 특별한 제한은 없지만, 바람직한 내열성 투명 수지로서는 실리콘(silicon) 수지, 폴리카보나이트(polycarbonate) 수지, 폴리메타크릴산메틸(polymethylmethacrylate)수지, 아크릴 등이 있다.

또한, 프레넬 렌즈(20)와 광원(10)은 일대일(一對一) 또는 일대다(一對多)로 대응하도록 구비될 수 있다.

또한, 상기 광원(10)은 기판(12)의 저면에 부착되며 LED 칩(11)으로부터 발생하는 열을 방열하기 위한 히트 싱크(30)를 더 구비할 수 있다. LED를 광원(10)으로 이용함에 있어서 가장 중요한 문제는 열이다. 즉, LED는 다른 광원(10)들과는 달리 입력된 전력 중 약 70～80％ 이상이 열에너지로 전환되기 때문에 이를 효과적으로 방열해야한다. 이를 위해 본 발명은 도 1과 도 3에 도시된 바와 같이, LED 칩(11)이 실장되어 있는 기판(12)의 저면에 복수의 방열핀이 형성되어 있는 히트 싱크(Heatsink)(30)를 더 구비할 수 있다. 상기 방열핀에는 열방출을 위한 표면적을 증가시키기 위해 요철이 더 형성될 수 있다.

히트싱크(30)의 구조설계 및 개발은 전사모사 해석 기술을 기반으로 하여, 적어도 하나 이상의 LED 칩(11)에서 방출되는 열을 효율적으로 방열할 수 있다.

히트 싱크(30)는 높은 열전도성을 가지는 알루미늄 또는 그 합금이나 구리로 형성될 수 있으며, 기판(12)의 저면에 부착되어 방열 면적을 증가시켜 LED 칩으로부터 발생된 열을 방열시킬 수 있다. 그러나, 본 발명의 히트 싱크(30)가 도 1과 도 3에 도시된 바와 같은 형태로 한정되는 것은 아니며 다양한 형상으로 제작될 수 있음은 물론이다.

상기와 같이 본 발명에 따른 LED 모듈과 프레넬 렌즈를 구비한 조명장치는 하우징의 내부에 광원(10)이 설치되고 광원(10)의 전면과 일정거리 이격되어 하우징의 개구부에 프레넬 렌즈(20)가 구비되며 상기 광원(10)의 저면에 히트 싱크(30)가 부착된다. 프레넬 렌즈를 조명장치에 이용함으로써 조명의 크기가 증가하는 경우에 부피가 큰 돔 형상의 렌즈를 제작하기위한 비용을 절감할 수 있고 렌즈 제작공정 과정과 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

또한, 프레넬 렌즈(20)와 광원(10) 사이의 거리를 조절함으로써 빛이 조사되는 범위를 조절하여 사용자가 요구하는 조사범위를 구현할 수 있는 효과가 있다.

또한, 도 3은 본 발명에 따른 LED 모듈과 프레넬 렌즈(20)를 구비한 조명장치의 예시도를 나타낸 도면이나 그 형상과 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.

이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.

10 : 광원
11 : LED 칩
12 : 기판
20 : 프레넬 렌즈
30 : 히트 싱크
f : 초점거리
θ : 조사범위

Claims

빛을 발생시키기 위한 적어도 하나 이상의 LED 칩(11)과, 상기 LED 칩(11)을 구동하기 위한 회로가 형성되어 있으며 상기 LED 칩(11)을 지지하기 위한 기판(12)을 포함하는 LED 모듈로 구비되는 광원(10);및
상기 광원(10)의 전면에서 일정거리 이격되어 구비되며, 타측이 상기 광원(10)의 전면과 마주보도록 구비되고, 투명한 재질로 형성되며, 일측에 프레넬 패턴이 형성된 프레넬 렌즈(20);를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 모듈과 프레넬 렌즈를 구비한 조명장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광원(10)은 적어도 하나 이상의 LED 칩(11)이 기판(12)에 COB(chip-on-board) 방식으로 실장된 COB LED 모듈인 것을 특징으로 하는 LED 모듈과 프레넬 렌즈를 구비한 조명장치.
제 1 항에 있어서.
상기 프레넬 렌즈(20)는 원형 또는 다각형 등의 다양한 형상으로 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는 LED 모듈과 프레넬 렌즈를 구비한 조명장치.
제 1 항에 있어서.
상기 광원(10)은 기판(12)의 저면에 부착되며 LED 칩(11)으로부터 발생하는 열을 방열하기 위한 히트 싱크(30)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 모듈과 프레넬 렌즈를 구비한 조명장치.