KR20210097676A - 3d 프린팅을 이용한 배광제어용 led 조명장치 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 3D 프린팅(Three-Dimensional Printing)을 이용한 고지향성의 LED 조명장치 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 광투과성 부재(10); 상기 광투과성 부재(10)에 설치된 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30); 3D 프린팅을 통해 형성되고, 상기 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)를 전기적으로 연결하는 도전성의 회로 패턴(40); 및 상기 도전성의 회로 패턴(40) 상에 형성된 보호층(50)을 포함하는 LED 조명장치 및 그 제조방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 평면부(110)와 볼록부(120)를 가지는 렌즈(100); 상기 렌즈(100)의 평면부(110)에 형성된 음각(60); 상기 평면부(110)의 음각(60)에 삽입, 설치된 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30); 3D 프린팅을 통해 형성되고, 상기 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)를 전기적으로 연결하는 도전성의 회로 패턴(40); 및 상기 도전성의 회로 패턴(40) 상에 형성된 보호층(50)을 포함하는 LED 조명장치 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 적어도 인쇄회로기판(PCB)이 제거되어 부품 수 및 제조공정이 단순화되고, 이와 함께 높은 지향각(방사각) 등을 갖는다.
Description
본 발명은 LED 조명장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 하나의 실시형태에 따라서 3D 프린팅(Three-Dimensional Printing)을 이용하여 회로 패턴을 형성함으로써, 적어도 인쇄회로기판(PCB)이 제거되어 부품 수 및 제조공정이 단순화되고, 이와 함께 지향각(방사각)의 제어가 가능하며, 다지향성을 가지는 3D 프린팅을 이용한 LED 조명장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode ; "LED"라 한다.)를 이용한 조명장치는 전력 소모가 적고, 장수명 특성 및 친환경성 등의 장점을 갖는다. 이에 따라, LED를 이용한 LED 조명장치는 일반 건물에는 물론 자동차나 항공기 등의 거의 모든 산업분야에 널리 사용되고 있으며, 그 수요가 증가하고 있다.
첨부된 도 1은 종래 기술에 따른 LED 조명장치의 개략적인 모습을 보인 단면도이다. 일반적으로, LED 조명장치는 인쇄회로기판(PCB)(1)과, 상기 인쇄회로기판(PCB)(1) 상에 탑재(고정)된 LED 패키지(2)와 LED 구동 소자(도시하지 않음)를 포함하는 LED 모듈을 갖는다. LED 패키지(2)는 LED 광원(LED 칩 등)을 포함하며, LED 구동 소자는 LED 패키지(2)의 구동을 위한 부품들로 구성된다. 이때, 종래 대부분의 LED 모듈은 LED 패키지(2)와 LED 구동 소자를 납땜(SMT)이나 와이어 본딩(wire bonding) 등을 통해 상호 전기적으로 연결하고 인쇄회로기판(PCB)(1) 상에 고정하여 모듈화되고 있다. 도 1에서, 도면 부호 2a는 LED 광원이고, 2b는 전극이며, 2c는 도전성 접착층이다.
또한, LED 조명장치는 제품에 따라 LED 패키지(2)로부터 방사되는 광을 배광하는 광학 렌즈(4)나, LED 패키지(2)로부터 방출되는 열을 방출(공냉)하기 위한 방열 부재(또는, 히트싱크)(5) 등을 포함하고 있다. 일반적으로, 상기 방열 부재(5)는 평판 상의 방열판(5a)을 포함하며, 이는 제품에 따라 방열판(5a)의 하부에 방열핀(5b)이 연장 형성된 구조를 갖거나, 경우에 따라서는 방열핀(5b)에 공기가 통과되는 통풍용 관통구가 형성된 구조를 갖는다. 아울러, LED 조명장치는 상기 구성요소들을 보호하고 내장하기 위한 케이스(또는 하우징)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 한국 공개특허 제10-2015-0060499호, 한국 공개특허 제10-2016-0106431호, 한국 등록특허 제10-1689592호, 한국 등록특허 제10-1870596호 및 한국 등록특허 제10-1980584호 등에는 위와 관련한 기술이 제시되어 있다.
그러나 종래 기술에 따른 LED 조명장치는, 예를 들어 다음과 같은 문제점이 있다.
먼저, 부품 수 및 조립 공정이 많다. 도 1을 참조하면, 일반적으로 종래 LED 조명장치를 제조(조립)함에 있어서는 인쇄회로기판(PCB)(1), LED 패키지(2) 및 LED 구동 소자를 각각 별도로 제조하여 준비한다. 그리고 인쇄회로기판(PCB)(1) 상에 도전성의 회로 패턴(3)을 형성한 다음, 인쇄회로기판(PCB)(1)의 회로 패턴(3)에 LED 패키지(2) 및 LED 구동 소자를 납땜이나 와이어 본딩을 통해 연결, 고정하여 모듈화하고 있다. 아울러, 상기 인쇄회로기판(PCB)(1)과 LED 패키지(2)의 전극(2b) 사이에는 도전성 접착층(2c)을 형성하고, 상기 인쇄회로기판(PCB)(1)과 방열 부재(5)의 방열판(5a) 사이에는 열전도층(6)을 형성하고 있다.
이에 따라, 종래 기술에 따른 LED 조명장치는 적어도 인쇄회로기판(PCB)(1)을 포함하여 부품 수가 많고, 이와 함께 인쇄회로기판(PCB)의 제조공정은 물론 납땜이나 와이어 본딩 등의 접합 공정, 도전성 접착층(2c)의 형성 공정 및 열전도층(6)의 형성 공정 등이 소요되어 제조공정이 복잡한 문제점이 있다.
또한, 종래 기술에 따른 LED 조명장치는 인쇄회로기판(PCB)(1)에 의해 LED 모듈의 형태가 결정되어 LED 모듈의 크기나 디자인이 제한적이고, 방열 부재(5)의 형태나 접합 등에도 제약이 따르고 있다. 부가적으로, 종래 기술에 따른 LED 조명장치는 구조적 및 형태적인 이유로 LED 패키지(2)와 방열 부재(5)의 사이에 인쇄회로기판(PCB)(1)이 배치되어, LED 패키지(2)와 방열 부재(5)가 직접 접촉되지 않아 방열성이 떨어지는 문제점이 있다.
아울러, 종래 기술에 따른 LED 조명장치는 적어도 위와 같은 이유로 대부분이 120도, 최대 150도 이하로서 LED 광의 지향각(방사각)이 낮고, 다양한 지향각 구현이 어려운 문제점이 있다.
이에, 본 발명은 개선된 LED 조명장치 및 그 제조방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명은 하나의 실시형태에 따라서, 3D 프린팅(Three-Dimensional Printing)을 이용하여 회로 패턴을 형성함으로써, 적어도 인쇄회로기판(PCB)이 제거되어 부품 수 및 제조공정이 감소된 LED 조명장치 및 그 제조방법을 제공하는 데에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 LED 모듈의 구조적 및 형태적 개선을 통하여, LED 모듈이 컴팩트(compact)하고, LED 광의 지향각(방사각) 제어가 가능한 LED 조명장치 및 그 제조방법을 제공하는 데에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
광투과성 부재;
상기 광투과성 부재에 설치된 LED 패키지와 LED 구동 소자; 및
3D 프린팅을 통해 형성되고, 상기 LED 패키지와 LED 구동 소자를 전기적으로 연결하는 도전성의 회로 패턴을 포함하는 LED 조명장치를 제공한다.
또한, 본 발명은,
평면부와 볼록부를 가지는 렌즈;
상기 렌즈의 평면부에 형성된 음각;
상기 평면부의 음각에 삽입, 설치된 LED 패키지와 LED 구동 소자;
3D 프린팅을 통해 형성되고, 상기 LED 패키지와 LED 구동 소자를 전기적으로 연결하는 도전성의 회로 패턴; 및
상기 도전성의 회로 패턴 상에 형성된 보호층을 포함하는 LED 조명장치를 제공한다.
본 발명의 실시형태에 따라서, 상기 도전성의 회로 패턴은 3D 프린팅을 통해 형성되되, 상기 LED 패키지와 LED 구동 소자가 음에 삽입, 설치된 상태에서 상기 LED 패키지와 LED 구동 소자에 도전성 재료를 직접 3D 프린팅하여 형성된다.
또한, 본 발명은,
음각이 형성된 광투과성 부재를 준비하는 단계;
상기 광투과성 부재에 형성된 음각에 LED 패키지와 LED 구동 소자를 삽입, 설치하는 단계;
상기 LED 패키지와 LED 구동 소자를 전기적으로 연결하는 도전성의 회로 패턴을 형성하되, 상기 LED 패키지와 LED 구동 소자가 음각에 삽입, 설치된 상태에서 상기 LED 패키지와 LED 구동 소자에 도전성 재료를 직접 3D 프린팅하여 도전성의 회로 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 도전성의 회로 패턴 상에 보호층을 형성하는 단계를 포함하는 LED 조명장치의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 개선된 LED 조명장치 및 그 제조방법이 제공된다. 본 발명에 따르면, 하나의 실시형태에 따라서 3D 프린팅(Three-Dimensional Printing)을 통해 회로 패턴이 형성되고 적어도 인쇄회로기판(PCB)이 제거되어, 부품 수 및 제조공정이 감소된 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 따르면, LED 조명장치를 구성하는 구성요소들이 컴팩트(compact)한 구조로 배치되고, LED 광의 지향각(방사각) 등이 증가된 효과를 갖는다. 부가적으로, 본 발명에 따르면, 방열성이 향상된 효과를 갖는다.
도 1은 종래 기술에 따른 LED 조명장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 LED 조명장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 LED 조명장치의 제조과정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 LED 조명장치를 다른 방향에서 바라본 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 LED 조명장치의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 LED 조명장치의 지향각을 보인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 LED 조명장치 및 이의 지향각을 보인 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시형태에 따른 LED 조명장치의 제조과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 LED 조명장치의 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 LED 조명장치를 구성하는 광투광성 부재(렌즈)의 다른 실시예들을 보인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 LED 조명장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 LED 조명장치의 제조과정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 LED 조명장치를 다른 방향에서 바라본 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 LED 조명장치의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 LED 조명장치의 지향각을 보인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 LED 조명장치 및 이의 지향각을 보인 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시형태에 따른 LED 조명장치의 제조과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 LED 조명장치의 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 LED 조명장치를 구성하는 광투광성 부재(렌즈)의 다른 실시예들을 보인 단면도이다.
본 발명에서 사용되는 용어 "및/또는"은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하는 의미로 사용된다. 본 발명에서 사용되는 용어 "하나 이상"은 하나 또는 둘 이상의 복수를 의미한다. 본 발명에서 사용되는 용어 "제1", "제2", "일측" 및 "타측" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되며, 각 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명에서 사용되는 용어 "상에 형성", "상부(상측)에 형성", "하부(하측)에 형성", "상에 설치", "상부(상측)에 설치" 및 "하부(하측)에 설치" 등은, 당해 구성요소들이 직접 접하여 적층 형성(설치)되는 것만을 의미하는 것은 아니고, 당해 구성요소들 간의 사이에 다른 구성요소가 더 형성(설치)되어 있는 의미를 포함한다. 예를 들어, "상에 형성된다", "상에 설치된다" 라는 것은, 제1구성요소에 제2구성요소가 직접 접하여 형성(설치)되는 의미는 물론, 상기 제1구성요소와 제2구성요소의 사이에 제3구성요소가 더 형성(설치)될 수 있는 의미를 포함한다.
본 발명은 구조적 및/또는 형태적 개선을 통해, 부품 수 및 제조공정 등이 감소된 LED 조명장치 및 그 제조방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 컴팩트(compact)한 구조를 가지며, LED 광의 지향각(방사각) 등이 증가된 LED 조명장치 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 LED 조명장치는, 150도 이상의 지향각(방사각)을 가지며, 구체적인 실시형태에 따라서는 180도 ~ 360도의 고지향성을 갖는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태를 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 실시형태를 도시한 것으로, 이는 단지 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공된다. 첨부된 도면에서, 각 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위해 두께는 확대하여 나타낸 것일 수 있고, 도면에 표시된 두께, 크기 및 비율 등에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
[제1 실시형태]
본 발명에 따른 LED 조명장치(또는, LED 발광장치)는 LED 광(빛)을 발광하는 것으로서, 그 적용분야 및 용도 등은 제한되지 않는다. 본 발명에 따른 LED 조명장치는, 일반 건물에는 물론 자동차나 항공기 등에 사용(설치)될 수 있으며, 이는 예를 들어 자동차용 LED 조명장치, 배터리를 사용하는 LED 조명장치 및/또는 DC 전원을 사용하는 LED 조명장치 등으로부터 선택될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 LED 조명장치의 요부 단면도이고, 도 3은 도 2에 보인 LED 조명장치의 제조 공정을 개략적으로 도시한 요부 단면도이며, 도 4는 도 2에 보인 LED 조명장치의 제조 공정을 다른 방향에서 개략적으로 도시한 요부 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 LED 조명장치는 광투과성 부재(10); 상기 광투과성 부재(10)에 설치된 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30); 3D 프린팅(Three-Dimensional Printing)을 통해 형성된 도전성의 회로 패턴(40); 및 상기 도전성의 회로 패턴(40) 상에 형성된 보호층(50)을 포함한다.
본 발명에 따른 LED 조명장치는 위와 같은 구성요소들(10)(20)(30)(40)(50)을 LED 모듈로 하고, 이러한 LED 모듈을 1개 또는 다수 개를 포함할 수 있다. 또한, 각 LED 모듈에서, 상기 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)의 개수는 제한되지 않으며, 이들(20)(30)은 각각 1개 또는 다수 개가 회로 패턴(40)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 LED 조명장치의 제조방법은, 광투과성 부재(10)를 준비하는 단계; 상기 광투과성 부재(10)에 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)를 설치하는 단계; 3D 프린팅을 통해 상기 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)를 전기적으로 연결하는 도전성의 회로 패턴(40)을 형성하는 단계; 및 상기 도전성의 회로 패턴(40) 상에 보호층(50)을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 LED 조명장치는, 종래의 LED 조명장치에서 필수 구성요소로 사용하는 인쇄회로기판(PCB)이 제거된 구조로서, 상기 광투과성 부재(10)에 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)가 탑재, 고정된다. 즉, 상기 광투과성 부재(10)가 기존의 인쇄회로기판(PCB)을 대체하여 LED 모듈화를 위한 모듈 본체의 기능을 갖는다.
구체적으로, 본 발명은 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)를 탑재하기 위한 기존의 인쇄회로기판(PCB)을 포함시키지 않고, 이를 대체하기 위한 기술적 수단으로서 광투과성 부재(10)를 모듈 본체로 하여 상기 광투과성 부재(10) 자체에 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)를 탑재한 것이라는 점과; 3차원의 3D 프린팅 공정을 통해 회로 패턴(40)을 형성하여 상기 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30) 간을 전기적으로 연결, 고정하되, 상기 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)에 회로 패턴(40)을 직접 형성한 것이라는 점과; 3차원의 3D 프린팅 공정을 통해 상기 회로 패턴(40) 상에 보호층(50)을 형성하여 상기 회로 패턴(40)를 보호한 것이라는 점; 등에서 기술적 의의가 있다.
또한, 본 발명은 종래와 대비하여, LED 조명장치의 생산라인에서 각 구성요소가 거꾸로 배치되어 제조(조립)된다. 즉, 본 발명은 LED 조명장치를 제조함에 있어서, 도 3 및 도 4에 보인 바와 같이 각 구성요소를 실제 제품의 배열 위치와는 반대로 배치하여 각 공정을 진행한다.
본 발명에서, 상기 광투과성 부재(10)는 광(빛)을 투과할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 상기 광투과성 부재(10)는 적어도 광투과성이고, 이는 또한 절연성을 가질 수 있다. 상기 광투과성 부재(10)는 투명 또는 반투명으로서, 이는 예를 들어 유리, 사파이어 및/또는 합성수지 등으로부터 선택될 수 있다. 이때, 상기 합성수지는 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 및/또는 실리콘 등을 예로 들 수 있으나, 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 광투과성 부재(10)는 평면이나 곡면 등을 가질 수 있으며, 예를 들어 소정의 두께를 가지는 평판 등의 형상을 갖거나 임의의 입체적 형상을 가질 수 있다. 하나의 실시예에 따라서, 상기 광투과성 부재(10)는 소정의 두께를 가지는 평판이거나, 볼록부(120)를 가지는 광학 렌즈(100)(도 5 참고)로부터 선택될 수 있다.
도 2 내지 도 4에는 평판 형상의 광투과성 부재(10)가 예시되어 있다. 이러한 광투과성 부재(10)에 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)를 설치한다. 이때, 경우에 따라서, 상기 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)는 광투과성 부재(10)에 접착제층(26) 등을 통해 부착, 고정할 수 있다. 상기 접착제층(26)은, 예를 들어 투명으로서, 이는 에폭시(Epoxy) 수지, 아크릴(Acryl) 수지 및/또는 폴리우레탄(PU) 등으로부터 선택된 수지가 도포되어 형성될 수 있다.
상기 접착제층(26)은 회로 패턴(40)과 보호층(50)을 형성하기 이전에 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)를 광투과성 부재(10)에 임시적으로 고정하거나 완전히 고정할 목적으로 형성될 수 있다.
상기 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)는 통상과 같이 구성될 수 있으며, 이들은 특별히 제한되지 않는다. 상기 LED 패키지(20)는 LED 광원(22) 및 전극(24)을 포함한다. 상기 LED 패키지(20)는 LED 광원(22)과 전극(24) 이외에 드라이버 IC(Driver IC), 보호 칩 및/또는 정전류 칩 등을 더 포함하는 구조로 패키징될 수 있다. 상기 LED 구동 소자(30)는 LED 패키지(20)를 구동하기 위한 부품 소자로서, 이는 예를 들어 커패시터(capacitor), 트랜지스터(transistor) 및/또는 저항 등의 소자를 포함할 수 있다. 또한, 상기 LED 구동 소자(30)는 드라이버 IC, 보호 칩 및/또는 정전류 칩 등을 포함할 수 있다.
바람직한 실시예에 따라서, 본 발명에 따른 LED 조명장치는 상기 광투과성 부재(10)에 형성된 음각(60)을 더 포함할 수 있다. 이러한 음각(60)에는 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)가 삽입, 설치된다. 상기 음각(60)은 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)의 개수, 형상 및 크기 등에 따라 다양한 형상과 크기(깊이, 폭, 너비) 등을 가질 수 있다.
상기 광투과성 부재(10)는 위와 같은 음각(60)의 형성에 의해, LED 패키지(20) 및 LED 구동 소자(30)가 삽입될 수 있는 공간과, 상기 음각(60)의 측면 방향에 형성된 내벽면(10a)과, 상기 음각(60)의 아랫면 방향에 형성된 안착면(10b)을 가질 수 있다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어, 경우에 따라서는 상기 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)를 부품(20)(30)이라 한다.
상기 음각(60)은 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)의 두께보다 더 큰 깊이를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 음각(60)은 해당 부품(20)(30)의 두께에 약 0.01㎛ ~ 1,000㎛를 더한 깊이를 가질 수 있다. 또한, 상기 음각(60)의 폭이나 너비는 해당 부품(20)(30)의 폭이나 너비보다 크게 형성될 수 있다. 이때, 상기 부품(20)(30), 즉 상기 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)는 광투과성 부재(10)의 내벽면(10a)과 공차(D)를 갖도록 상기 음각(60)에 삽입, 설치될 수 있다. 상기 음각(60)은, 예를 들어 내벽면(10a)과 해당 부품(20)(30)의 사이에 약 10㎛ ~ 100㎛의 공차(D)(도 4 참고)가 형성될 수 있는 폭이나 너비를 가질 수 있다.
상기 음각(60)은, 예를 들어 광투과성 부재(10)의 제조 시 광투과성 부재(10)의 성형 과정(예, 사출 성형 등)에서 형성되거나, 별도의 가공을 통해 형성될 수 있다. 상기 음각(60)은, 예를 들어 드릴(Drill)이나 레이저(Laser) 등을 이용한 절삭 가공을 통해 형성될 수 있다. 이와 같이 음각(60)이 형성된 광투과성 부재(10)를 준비한 다음, 상기 음각(60)이 형성된 부분의 안착면(10b)에 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)를 투명 접착제층(26)을 통해 부착, 고정할 수 있다.
이때, 상기 음각(60)에 해당 부품(20)(30)을 삽입, 설치함에 있어서, 각 부품(20)(30)의 표면측은 아래쪽으로 배치되고, 각 부품(20)(30)의 배면측은 위쪽으로 배치되어 종래의 실장 방법과는 반대로(거꾸로) 배치되어 조립된다. 즉, 도 3 및 도 4에 보인 바와 같이, LED 패키지(20)의 발광면과 LED 구동 소자(30)의 표면은 광투과성 부재(10) 쪽으로 배치되어 고정된다. 구체적으로, 상기 LED 패키지(20)의 LED 광원(22)은 아래쪽으로 배치되어 광투과성 부재(10)의 안착면(10b)에 부착, 고정되고, 전극(24)은 위쪽으로 배치되어 회로 패턴(40)과 전기적으로 연결된다. 그리고 LED 구동 소자(30)의 표면(평면)은 아래쪽으로 배치되어 광투과성 부재(10)의 안착면(10b)에 부착, 고정되고, LED 구동 소자(30)의 리드 패드는 위쪽으로 배치되어 회로 패턴(40)과 전기적으로 연결된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 위와 같이 광투과성 부재(10)에 음각(60)이 형성되고, 상기 음각(60)에 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)가 삽입된 경우, LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)가 보호되면서 이들 부품(20)(30) 간을 전기적으로 연결하는 회로 패턴(40)의 단선을 방지할 수 있다. 또한, 상기 음각(60)에 의해, LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)가 광투과성 부재(10) 내에 삽입된 구조로 모듈화되어 LED 모듈의 컴팩트(compact)화가 도모된다. 이와 함께, 상기 LED 패키지(20)의 LED 광원(22)이 광투과성 부재(10)의 내부로 내입된 구조를 가짐에 따라 지향각(방사각)이 향상된다. 구체적으로, 상기 LED 광원(22)이 안착면(10b)에 부착, 고정된 구조로 음각(60) 내에 내입되어 있되, 도 4에 보인 바와 같이 발광면(10c) 쪽으로 내입되어 있음에 따라 지향각(방사각)이 향상된다.
본 발명의 다른 실시예에 따라서, 상기 광투과성 부재(10)는 요철(roughness)(11)을 포함할 수 있다. 상기 요철(11)은 부품(20)(30)이나 회로 패턴(40)이 광투과성 부재(10)에 양호한 결합력으로 접합되게 하기 것으로서, 이는 물리적 및/또는 화학적 처리를 통하여 형성될 수 있다. 상기 요철(11)은, 예를 들어 밀링, 연마, 부식, 에칭, 레이저 식각 및/또는 NC(Numerical Control) 등의 가공 공정을 통해 미세 조도를 갖도록 형성할 수 있다. 도 2 내지 도 4에 보인 바와 같이, 상기 요철(11)은 적어도 광투과성 부재(10)와 회로 패턴(40)의 접촉 계면에는 형성되는 것이 좋다.
위와 같이, 광투과성 부재(10)에 음각(60) 가공 및/또는 요철(11) 가공을 진행하고, 상기 음각(60)에는 해당 부품(20)(30)을 삽입한 다음, 각 부품(20)(30) 간을 전기적으로 연결하는 회로 패턴(40)을 형성한다. 상기 회로 패턴(40)은 LED 패키지(20)의 전극(24), LED 구동 소자(30)의 리드 패드(Lead pad) 및/또는 전원 패드 등을 서로 전기적으로 연결하는 것으로서, 이는 본 발명에 따라서 3D 프린팅을 통해 형성한다. 구체적으로, 상기 회로 패턴(40)은 음각(60)에 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)가 삽입, 설치된 상태에서 상기 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)에 직접 3D 프린팅하여 형성된다. 이때, 상기 회로 패턴(40)은 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)의 개수, 크기 및 배열 위치 등에 따라 다양한 배선 모양으로 패터닝된다.
상기 3D 프린팅은, 예를 들어 PolyJET(Photopolymer Jetting Technology), MJF(multi jet fusion), DLP(Digital Light Processing), DMT(Direct Metal Tooling), FFF(Fused Filament Fabrication), MJM(Multi Jet Modeling), SLA(Stereolithography Apparatus), LOM(Laminated Object Manufacturing), FDM(Fused Deposition Modeling), SLM(Selective Laser Melting) 및/또는 3D Projet 등의 3D 프린팅 공정으로부터 선택될 수 있다.
하나의 실시예에 따라서, 상기 회로 패턴(40)은 3D 프린팅 장치(200)의 노즐(210)을 통해 도전성 재료가 3D 프린팅되어 형성될 수 있다. 이때, 상기 3D 프린팅 장치(200)는, 예를 들어 도전성 재료가 수용된 수용부와, 상기 수용부로부터 도전성 재료를 공급받아 회로 패턴(40)을 프린팅하는 노즐(210)과, 상기 노즐(210)을 3차원 공간(x-y-z 방향)으로 자유롭게 이동되게 하는 3차원 이동 유닛(unit)과, 상기 3차원 이동 유닛을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 상기 제어부는 각 부품(20)(30)의 배열 위치에 따라 3차원 이동 유닛(unit)을 제어하거나, 미리 설계(입력)된 패턴 정보에 따라 3차원 이동 유닛(unit)을 제어하여 회로 패턴(40)이 형성되게 할 수 있다. 부가적으로, 상기 3D 프린팅 장치(200)는 노즐(210)을 통해 프린팅된 도전성 재료를 경화(또는 건조)시키는 경화부를 포함할 수 있으며, 상기 경화부는 열 공급원 및/또는 자외선(UV) 광원 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 도전성 재료는 액상이거나 소정 점도의 페이스트(paste) 제형을 가질 수 있으며, 이는 전기전도성을 가지는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 상기 도전성 재료는 금속, 카본 및/또는 전도성 고분자 등을 포함할 수 있다. 상기 도전성 재료는, 예를 들어 은(Ag) 및/또는 구리(Cu) 등의 금속 입자를 포함하는 도전성 페이스트를 사용할 수 있으며, 상기 금속 입자는 나노미터(nm) 크기를 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, 위와 같은 3D 프린팅에 의해 광투과성 부재(10)의 형상이나 각 부품(20)(30)의 배열 위치 등에 상관없이 회로 패턴(40)을 자유롭게 형성할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따르면, 상기 광투과성 부재(10) 및 각 부품(20)(30)의 형상에 있어, 이들(10)(20)(30)이 평면형, 곡면형, 돌출형 및/또는 함몰형 등의 형상을 갖더라도 이러한 형상에 구애받지 않고 상기 3D 프린팅에 의해 자유롭게 회로 패턴(40)을 형성할 수 있다. 또한, 도 3에 보인 바와 같이, 각 부품(20)(30)을 거꾸로 배열한 상태에서 광투과성 부재(10)에 실장이 가능하다. 아울러, 상기 3D 프린팅에 의해 폭과 두께의 조절이 자유롭고 정밀도가 높은 회로 패턴(40)을 형성할 수 있다. 이때, 상기 회로 패턴(40)은, 예를 들어 0.01㎛ 이상의 폭과 0.01㎛ 이상의 두께를 가질 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 회로 패턴(40)은 0.01㎛ ~ 2mm의 폭과 0.01㎛ ~ 1,000㎛의 두께를 가질 수 있으나, 이에 의해 한정되는 것은 아니다.
상기 회로 패턴(40)을 형성한 후에는 회로 패턴(40) 상에 보호층(50)을 형성한다. 상기 보호층(50)은 적어도 회로 패턴(40)을 커버링(covering)할 수 있는 폭(너비)로 형성되어 회로 패턴(40)을 보호할 수 있으면 좋다. 다른 실시예에 따라서, 상기 보호층(50)은 적어도 회로 패턴(40)을 커버링(covering)하되, 이에 더하여 부품(20)(30)을 커버링하여 보호할 수 있는 폭(너비)을 가질 수 있다. 즉, 상기 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)의 표면 중에서 회로 패턴(40)이 형성되지 않은 부분에도 보호층(50)을 형성할 수 있다.
상기 보호층(50)은 외부의 물리적 및 화학적 충격 등으로부터 회로 패턴(40) 및 부품(20)(30)을 보호할 수 있는 것이면 그 재질은 특별히 제한되지 않는다. 상기 보호층(50)은 접착성 및 절연성을 가질 수 있다. 상기 보호층(50)은 접착성 및 절연성 수지를 포함할 수 있으며, 예를 들어 에폭시(Epoxy), 폴리이미드(Polyimide), 실리콘(Silicon), 폴리우레탄(PU), 폴리카보네이트(PC), 폴리에스터(Polyester) 및 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane) 등으로부터 선택된 1종 이상의 접착-절연성 수지를 포함할 수 있다.
상기 보호층(50)에 의해, 회로 패턴(40) 및/또는 부품(20)(30)이 외부로부터 보호되면서 광투과성 부재(10)와 부품(20)(30) 간의 결합력이 향상될 수 있다. 또한, 도 4를 참조하면, 상기 보호층(50)은 내벽면(10a)과 해당 부품(20)(30)의 사이에 형성된 공차(D) 내에도 형성될 수 있다. 구체적으로, 보호층(50)을 형성하는 상기 접착-절연성 수지는 회로 패턴(40) 및/또는 부품(20)(30)의 표면에 도포됨은 물론, 상기 공차(D)에도 삽입, 형성될 수 있다. 이에 따라, 공차(D)에는 보호층(50)으로부터 연장된 매입층(52)이 형성된다. 이 경우, 접착성의 보호층(50)에 의해, 광투과성 부재(10)와 해당 부품(20)(30) 간의 결합력이 강화되어 견고한 조립 구조를 가질 수 있다.
다른 실시예에 따라서, 상기 보호층(50)은 방열성 및/또는 광반사능을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 보호층(50)은 접착-절연성 수지를 포함하되, 이에 더하여 방열 재료 및/또는 광반사 재료 등을 더 포함할 수 있다. 이러한 방열 재료 및/또는 광반사 재료는 금속 입자, 세라믹 입자 및/또는 유색 안료 등으로부터 선택될 수 있다. 상기 방열 재료 및/또는 광반사 재료는 접착성 및 절연성을 저해하지 않는 범위 내에서 상기 접착-절연성 수지에 적정량 혼합, 사용될 수 있다. 또한, 경우에 따라서는 상기 보호층(50)의 상부에 방열층 및/또는 광반사층 등이 별도로 형성될 수 있다.
상기 보호층(50), 방열층 및 광반사층의 형성 방법은 제한되지 않으며, 이들은 예를 들어 일반적인 코팅 방식이나 증착 등의 방법으로 형성될 수 있다. 바람직한 실시예에 따라서, 상기 보호층(50)은 3D 프린팅을 통해 형성될 수 있다. 즉, 회로 패턴(40)을 설명한 바와 같이, 상기 보호층(50)의 경우에도 3D 프린팅 장치(200)의 노즐(210)을 통해 상기 접착-절연성 수지가 3D 프린팅되어 형성될 수 있다. 상기 보호층(50)은 3D 프린팅을 통해 형성되되, 예를 들어 1,000㎛ 이하의 두께, 구체적인 예를 들어 0.01㎛ ~ 1,000㎛의 두께를 가질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 LED 조명장치는 방열(냉각)을 위한 방열 부재(도시하지 않음) 및/또는 상기 각 구성요소들을 보호하고 내장하기 위한 케이스(도시하지 않음) 등을 더 포함할 수 있다. 상기 방열 부재와 케이스는 통상과 같이 구성될 수 있다. 상기 방열 부재는, 예를 들어 평판 상의 방열판을 포함하며, 이는 또한 상기 방열판의 하부에 방열핀이 연장 형성된 구조를 갖거나, 공기가 통과되는 통풍용 관통구가 형성된 구조를 가질 수 있다. 상기 방열 부재는 보호층(50)에 밀착, 설치될 수 있다.
이하, 첨부된 도 5 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 제2 내지 제4 실시형태에 따른 LED 조명장치 및 그 제조방법을 설명한다. 본 발명의 제2 내지 제4 실시형태를 설명함에 있어서, 상기 제1 실시형태와 동일하게 사용되는 용어 및 도면 부호는 동일한 기능을 나타내므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 또한, 이하의 각 실시형태에서 구체적으로 설명되지 않는 부분이 있다면, 이는 상기 제1 실시형태를 설명한 바와 같다.
[제2 실시형태]
도 5는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 LED 조명장치의 단면도이고, 도 6은 도 5에 보인 LED 조명장치의 지향각을 보인 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시형태에 따라서, 상기 광투과성 부재(10)는 렌즈(100)로부터 선택된다. 상기 렌즈(100)는 광학 렌즈로서, 이의 재질이나 형상 등은 특별히 제한되지 않는다. 상기 렌즈(100)는, 예를 들어 반원형 및 원형 등의 단면 형상을 가질 수 있으며, 구체적인 예를 들어 반구형, 구형, 반원기둥형, 원기둥형, 반원통형 및 원통형 등의 형상을 가질 수 있다.
본 발명에 따라서, 상기 렌즈(100)는 기존의 인쇄회로기판(PCB)를 대체하여, 렌즈(100)로서의 본래 기능을 가짐과 함께 상기 렌즈(100) 자체가 LED 모듈화를 위한 모듈 본체의 기능을 갖는다. 구체적으로, 본 실시형태에 따른 LED 조명장치는, 인쇄회로기판(PCB)이 제거된 구조로서 렌즈(100); 상기 렌즈(100)에 형성된 음각(60); 상기 렌즈(100)에 삽입, 설치된 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30); 상기 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)를 전기적으로 연결하는 도전성의 회로 패턴(40); 및 상기 도전성의 회로 패턴(40) 상에 형성된 보호층(50)을 포함한다. 상기 회로 패턴(40)은, 앞서 설명한 바와 같이 3D 프린팅을 통해 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)에 직접 형성된다.
상기 렌즈(100)는 평면부(110)와 볼록부(120)를 갖는다. 도 5에 보인 바와 같이, 상기 렌즈(100)는 대략 반원형의 단면을 가질 수 있다. 이에 따라, 본 실시형태에 따른 LED 모듈(M)은 반구형의 형상을 갖거나 반원기둥형 등의 형상을 가질 수 있다. 이때, 상기 평면부(110)에 음각(60)이 형성되어 있으며, 상기 음각(60)에는 해당 부품(20)(30)이 삽입, 설치된다. 상기 음각(60)은 렌즈(100)의 제조 과정에서 형성되거나, 별도의 가공을 통해 형성될 수 있다. 그리고 3D 프린팅을 통해 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)을 연결하는 회로 패턴(40)이 형성되어 있으며, 적어도 상기 회로 패턴(40) 상에는 보호층(50)이 형성되어 있다.
상기 보호층(50)은 적어도 회로 패턴(40)을 커버링할 수 있는 폭이나 너비를 가지며, 이는 경우에 따라서 상기 평면부(110)의 전체 표면에 형성될 수 있다. 또한, 상기 평면부(110)에는 결합력을 위한 요철(11)이 형성될 수 있다. 도 5에 보인 바와 같이, 상기 요철(11)은 회로 패턴(40) 및 보호층(50)과의 접촉 계면에 형성될 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 실시형태에 따른 LED 모듈(M)은 높은 지향각(방사각)을 갖는다. 구체적으로, 상기 LED 모듈(M)은 평면부(110)와 볼록부(120)를 가지는 렌즈(100)를 모듈 본체로 하되, 상기 렌즈(100)의 평면부(110)에 음각(60)이 형성되고, 상기 음각(60)에 LED 패키지(20)가 삽입된 구조를 가짐으로 인하여, 도 6에 보인 바와 같이 적어도 180도의 지향각을 가질 수 있다. 이와 같은 LED 모듈(M)은 방열 부재 상에 1개 또는 2개 이상의 다수 개 설치될 수 있으며, 상기 방열 부재는 보호층(50)에 접하여 배치될 수 있다.
[제3 실시형태]
도 7은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 LED 조명장치 및 이의 지향각을 보인 단면도이다. 도 7을 참조하면, 본 실시형태에 따른 LED 조명장치는 도 5 및 도 6에 보인 LED 모듈(M) 2개가 접합된 구조를 갖는다. 구체적으로, 본 실시형태에 따른 LED 조명장치는 제1 LED 모듈(M1)과, 상기 제1 LED 모듈(M1)의 일측에 접합된 제2 LED 모듈(M2)을 포함한다. 이때, 상기 제1 및 제2 LED 모듈(M1)(M2)은 동일하게 구성되며, 이는 도 5 및 도 6을 참고하여 설명한 바와 같다.
도 7에 보인 바와 같이, 본 실시형태에 따라서 반원형의 단면을 가지는 제1 및 제2 LED 모듈(M1)(M2)이 각 평면부(110)에서 접합된다. 즉, 상기 제1 LED 모듈(M1) 및 제2 LED 모듈(M2)의 평면부(110)가 서로 맞닿도록 접합되어 원형의 단면을 가지는 모듈을 형성한다. 도 7에 보인 바와 같이, 본 실시형태에 따른 LED 조명장치는 제1 및 제2 LED 모듈(M1)(M2)의 접합에 의해 360도의 지향각(방사각)을 가질 수 있다.
상기 제1 및 제2 LED 모듈(M1)(M2)의 사이에는 접합층(80)이 형성될 수 있다. 상기 접합층(80)은 제1 및 제2 LED 모듈(M1)(M2)을 접합시킬 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 상기 접합층(80)은 접착성 수지를 포함할 수 있다. 상기 접합층(80)은, 예를 들어 투명이며, 이는 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리우레탄, 폴리이미드 및/또는 실리콘 등의 접착성 수지가 평면부(110)에 도포되어 형성될 수 있다.
[제4 실시형태]
도 8은 본 발명의 제4 실시형태에 따른 LED 조명장치의 제조 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 LED 조명장치 및 이의 지향각을 보인 단면도다. 도 8에서, 왼쪽에 나열된 도면은 각 공정의 정면에서 바라본 단면도이고, 오른쪽에 나열된 도면은 각 공정의 평면도이다.
도 8 및 도 9를 참고하면, 상기 광투과성 부재(10)는 렌즈(100)이고, 상기 렌즈(100)는 평면부(110)와 볼록부(120)를 갖는다. 상기 렌즈(100)는 반원형의 단면 형상을 가질 수 있으며, 이는 예를 들어 반원기둥형의 광학계로부터 선택될 수 있다. 본 실시형태에 따라서, 상기 볼록부(120)에 음각(60)이 형성되어 있으며, 상기 볼록부(120)의 음각(60)에 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)가 삽입, 설치된다. 그리고 LED 광은 고휘도로 집광되어 상기 평면부(110)를 통과하여 방사되는 구조를 갖는다. 이를 제조 과정을 통해 설명하면 다음과 같다.
도 8의 (a)에 보인 바와 같이, 본 실시형태에 따라서 음각(60)이 형성된 렌즈(100)를 준비한다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 음각(60)은 렌즈(100)의 제조 과정에서 형성되거나, 별도의 가공을 통해 형성될 수 있다. 이때, 상기 음각(60)은 렌즈(100)의 볼록부(120)에 소정의 깊이로 형성된다. 상기 음각(60)은 LED 패키지(20) 및 LED 구동 소자(30)의 개수, 형상 및 크기 등에 따라 다양하게 형성될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 음각(60)은 3개의 LED 패키지(20)가 각각 삽입, 설치되는 3개의 패키지 음각(62)과, 1개의 LED 구동 소자(30)가 삽입, 설치되는 1개의 소자 음각(63)을 포함할 수 있다.
도 8의 (b)에 보인 바와 같이, 상기 각 음각(60)(62)(63)에 해당 부품(20)(30)을 삽입, 설치한다. 구체적으로, 상기 3개의 패키지 음각(60)(62)에는 LED 패키지(20)를 각각 삽입, 설치하고, 상기 소자 음각(60)(63)에는 LED 구동 소자(30)를 삽입, 설치한다. 이때, 경우에 따라서 해당 부품(20)(30)과 음각(60)(62)(63)의 사이에는 접착제층(26)이 형성되어 부착, 고정될 수 있다.
다음으로, 도 8의 (c)에 보인 바와 같이, 부품(20)(30) 간을 전기적으로 연결하는 도전성의 회로 패턴(40)을 부품(20)(30) 상에 직접 형성한다. 구체적으로, 앞서 설명한 바와 같이 LED 패키지(20) 및 LED 구동 소자(30) 등의 상부에 도전성 재료를 직접 3D 프린팅하여, LED 패키지(20)의 전극(24), LED 구동 소자(30)의 리드 패드(Lead pad) 및/또는 전원 패드 등을 전기적으로 연결하는 회로 패턴(40)을 형성한다. 상기 3D 프린팅에 의해, 곡면을 가지는 볼록부(120) 상에서 정밀한 두께와 폭을 가지는 회로 패턴(40)이 쉽게 형성될 수 있다.
또한, 도 8의 (d)에 보인 바와 같이, 상기 회로 패턴(40)을 형성한 후에는 보호층(50)을 형성한다. 상기 보호층(50)은 적어도 회로 패턴(40)을 커버링할 수 있도록 형성한다. 다른 실시예에 따라서, 상기 보호층(50)은 도 8의 (d)에 보인 바와 같이 상기 볼록부(120)의 전체 표면에 형성될 수 있다. 이때, 보호층(50)은 3D 프린팅을 통해 형성할 수 있다. 상기 3D 프린팅에 의해, 곡면을 가지는 볼록부(120)의 전체 표면에 걸쳐 정밀한 두께로 보호층(50)이 형성될 수 있다. 아울러, 상기 보호층(50)에는 광반사 재료가 포함되거나, 상기 보호층(50)의 상부에 광반사층이 더 형성될 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 실시형태에 따른 LED 모듈(M)은 반원형의 단면 형상을 가지는 렌즈(100)를 모듈 본체로 하되, 상기 렌즈(100)의 볼록부(120)에 복수의 음각(60)(62)(63)이 형성되고, 상기 음각(60)(62)(63)에 복수의 LED 패키지(20)가 삽입된 구조를 갖는다. 이때, 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 복수의 LED 패키지(20)는 평면부(110)를 향하여 LED 광을 방사한다. 이에 따라, 본 실시형태에 따른 LED 모듈(M)은 복수의 LED 패키지(20)에서 LED 광을 방사하되, 상기 방사된 LED 광은 평면부(110) 쪽으로 집광되어 고휘도로 방사된다.
[기타 실시형태]
도 10은 광투과성 부재(10)의 다른 실시예들을 보인 것이다. 구체적으로, 도 10은 상기 렌즈(100)의 다른 실시예들을 보인 것이다. 도 10을 참조하면, 상기 렌즈(100)는 볼록부(120)를 가지되, 상기 볼록부(120)에 복수의 음각(60)이 형성되고, 상기 복수의 음각(60)에 LED 패키지(20)가 삽입된 구조를 갖는다.
도 10의 (a)에 보인 바와 같이, 상기 렌즈(100)는 볼록부(120)를 가지되, 상기 볼록부(120)와 대향하는 면에 형성된 오목부(130)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 렌즈(100)는 볼록부(120)와 오목부(130)에 의해 소정의 단면 두께(T100)를 갖는다. 상기 렌즈(100)는, 예를 들어 대략 "C"자형이나 "U"자형 등의 단면 형상(또는, 반원통형의 형상)을 가질 수 있다. 이러한 렌즈(100) 구조에 의해, LED 광은 오목부(130) 쪽으로 이동하여 고휘도로 방사될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태에 따라서, 상기 렌즈(100)는 LED 패키지(20)로부터 방사되는 LED 광을 확산 및/또는 집광하기 위한 배광 수단(150)을 포함할 수 있다. 도 10의 (b)에 보인 바와 같이, 상기 렌즈(100)는 볼록부(120)와 오목부(130)를 포함하여 소정의 단면 두께(T100)를 가지되, 상기 오목부(130)의 표면에 배광 수단(150)이 형성될 수 있다.
본 발명에서, 상기 배광 수단(150)은 LED 광을 확산 및/또는 집광할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않다. 상기 배광 수단(150)은 곡면부(152), 곡면 요철부(153) 및/또는 톱니 요철부(154) 및/또는 미세 조도부(155) 등으로부터 선택될 수 있다. 이러한 배광 수단(150)은 물리적 및/또는 화학적 처리 방법에 의해 오목부(130)의 표면에 형성될 수 있다. 상기 배광 수단(150)은, 예를 들어 부식 처리, 패터닝 처리 및/또는 레이저 식각 등의 방법을 통해 볼록형, 오목형 및/또는 톱니형 등의 다양한 형상을 가질 수 있다.
도 10의 (c)에 보인 바와 같이, 상기 렌즈(100)는 볼록부(120)와 평면부(110)를 포함하여 반원형의 단면 형상을 가지되, 상기 평면부(110)의 표면에 배광 수단(150)이 형성될 수 있다. 또한, 도 10의 (d)에 보인 바와 같이, 상기 렌즈(100)는 볼록부(120)와 오목부(130)를 포함하여 소정의 단면 두께(T100)를 가지되, 상기 배광 수단(150)으로서 렌즈(100)의 양측 말단을 연결하는 연결부(157)와, 상기 연결부(157)와 오목부(130)의 사이에 형성된 중공부(156)와, 상기 연결부(157)의 외측 표면에 형성된 미세 조도부(155)를 포함할 수 있다. 이러한 구조의 렌즈(100)는 적용 목적에 따라 선택되어 광의 확산이나 산란 등을 도모할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따르면, 적어도 다음과 같은 효과를 갖는다.
먼저, 본 발명에 따르면, 전술한 바와 같이 기존의 인쇄회로기판(PCB)을 사용하지 않고, 광투과성 부재(10)(100) 자체에 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)가 고정되고, 3D 프린팅을 통해 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)에 직접 패터닝하는 방식으로 회로 패턴(40)이 형성된 것으로서, 적어도 인쇄회로기판(PCB)이 제거되어 부품 수 및 제조공정이 감소되고, 이와 함께 3차원의 자유로운 형상이 가능한 3D 프린팅에 의해 회로 패턴(40)이 형성되어 공정이 단순화된 효과를 갖는다.
아울러, 본 발명에 따르면, LED 모듈의 크기나 디자인이 비제한적이고 간결한 디자인을 구현할 수 있는 효과를 갖는다. 구체적으로, 인쇄회로기판(PCB)이 제거되고, 3D 프린팅을 통해 회로 패턴(40)이 형성되어, 광투과성 부재(10)(100)의 크기나 형상에 구애받지 않고, 도 10에 예시한 바와 같이 다양하고 간결한 디자인을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 광투과성 부재(10)(100)에 음각(60)이 형성되고, 상기 음각(60)에 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)가 삽입, 설치되어, 상기 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)가 음각(60)에 의해 보호되면서 이와 함께 상기 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)가 광투과성 부재(10)(100) 내에 삽입된 구조로 모듈화되어, 적어도 LED 모듈의 컴팩트(compact)화가 도모되는 효과를 갖는다.
아울러, 본 발명에 따르면, 상기 LED 패키지(20)의 LED 광원(22)은 상기 음각(60)에 의해 광투과성 부재(10)(100)의 발광면(10c) 쪽으로 내입된 구조를 가짐으로 인하여, 적어도 지향각(방사각)이 증가되고 지향각(방사각)의 제어가 가능한 효과를 갖는다. 본 발명에 따르면, 예를 들어 150도 이상, 또는 180도 이상(도 5 및 6 참고)의 지향각(방사각)을 가질 수 있다. 또한, 도 7에서와 같이 2개의 LED 모듈(M1)(M2)이 접합된 구조를 가지는 경우, 360도로서 높은 지향각을 가질 수 있다. 이와 같이, 180도 ~ 360도의 높은 지향각을 가짐으로 인해, 보다 광범위한 분야에 적용할 수 있어 그 응용범위가 넓어진다. 이와 함께, 상기 음각(60)의 깊이 및/또는 형성 위치에 따라 LED 광원(22)의 지향각을 제어할 수 있어 배광제어가 가능한 효과를 갖는다.
부가적으로, 본 발명에 따르면, 종래와 대비하여 방열성이 향상된 효과를 갖는다. 종래의 경우 LED 패키지와 방열 부재(5)(도 1 참고)의 사이에 인쇄회로기판(PCB)이 배치되어, LED 패키지와 방열 부재(5)가 직접 접촉되지 않아 방열성이 떨어지나, 본 발명에 따르면 인쇄회로기판(PCB)이 제거되고 LED 패키지(20)와 방열 부재가 최단 거리로 배치되어 방열성이 향상된다. 구체적으로, 도 5를 참고하면, 보호층(50) 상에 방열 부재를 설치한 경우, 상기 보호층(50)은 1,000㎛ 이하의 미세한 두께를 가짐으로 인해 LED 패키지(20)와 방열 부재가 최단 거리를 유지하여 종래보다 우수한 방열성을 갖는다.
10 : 광투과성 부재 20 : LED 패키지
30 : LED 구동 소자 40 : 회로 패턴
50 : 보호층 60 : 음각
100 : 렌즈 110 : 평면부
120 : 볼록부 130 : 오목부
150 : 배광 수단 M : LED 모듈
30 : LED 구동 소자 40 : 회로 패턴
50 : 보호층 60 : 음각
100 : 렌즈 110 : 평면부
120 : 볼록부 130 : 오목부
150 : 배광 수단 M : LED 모듈
Claims (6)
- 광투과성 부재(10);
상기 광투과성 부재(10)에 설치된 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30); 및
3D 프린팅을 통해 형성되고, 상기 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)를 전기적으로 연결하는 도전성의 회로 패턴(40)을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.
- 음각(60)이 형성된 광투과성 부재(10);
상기 광투과성 부재(10)의 음각(60)에 삽입, 설치된 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30);
3D 프린팅을 통해 형성되고, 상기 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)를 전기적으로 연결하는 도전성의 회로 패턴(40); 및
상기 회로 패턴(40)을 커버링하여 상기 회로 패턴(40)을 보호하는 보호층(50)을 포함하고,
상기 회로 패턴(40)은, 상기 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)가 음각(60)에 삽입, 설치된 상태에서 도전성 재료의 3D 프린팅을 통해 형성되어, 상기 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)를 전기적으로 연결하며,
상기 보호층(50)은, 접착성 및 절연성을 가지는 접착-절연성 수지가 상기 회로 패턴(40) 상에 3D 프린팅되어 형성되고,
인쇄회로기판(PCB)이 제거된 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.
- 제2항에 있어서,
상기 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)는 광투과성 부재(10)의 내벽면(10a)과 공차(D)를 갖도록 상기 음각(60)에 삽입, 설치되고,
상기 음각(60)은 상기 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)의 두께보다 더 큰 깊이를 가지며,
상기 공차(D)에는 상기 보호층(50)으로부터 연장된 매입층(52)이 형성되고,
상기 보호층(50)은 에폭시, 폴리이미드, 실리콘, 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 폴리에스터 및 폴리디메틸실록산으로부터 선택된 1종 이상의 접착-절연성 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.
- 제2항에 있어서,
상기 광투과성 부재(10)는 평면부(110)와 볼록부(120)를 가지는 렌즈(100)이고,
상기 음각(60)은 상기 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)의 두께보다 더 큰 깊이를 가지되, 상기 렌즈(100)의 평면부(110)에 형성되며,
상기 보호층(50)은 3D 프린팅을 통해 형성되어 0.01㎛ ~ 1,000㎛의 두께를 가지되, 상기 회로 패턴(40)을 커버링하면서 상기 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)를 커버링하여 보호하는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.
- LED 조명장치에 있어서,
상기 LED 조명장치는,
반원형의 단면을 가지는 제1 LED 모듈(M1)과,
상기 제1 LED 모듈(M1)의 일측에 접합되고, 반원형의 단면을 가지는 제2 LED 모듈(M2)을 포함하고,
상기 제1 LED 모듈(M1) 및 제2 LED 모듈(M2)은, 각각 인쇄회로기판(PCB)이 제거된 것으로서;
평면부(110)와 볼록부(120)를 가지는 렌즈(100);
상기 렌즈(100)의 평면부(110)에 형성된 음각(60);
상기 평면부(110)의 음각(60)에 삽입, 설치된 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30);
3D 프린팅을 통해 형성되고, 상기 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)를 전기적으로 연결하는 도전성의 회로 패턴(40); 및
상기 회로 패턴(40)을 커버링하여 상기 회로 패턴(40)을 보호하는 보호층(50)을 포함하되,
상기 회로 패턴(40)은, 상기 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)가 음각(60)에 삽입, 설치된 상태에서 도전성 재료의 3D 프린팅을 통해 형성되어, 상기 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)를 전기적으로 연결하며,
상기 보호층(50)은, 접착성 및 절연성을 가지는 접착-절연성 수지가 상기 회로 패턴(40) 상에 3D 프린팅되어 형성되고,
상기 LED 조명장치는, 상기 제1 LED 모듈(M1) 및 제2 LED 모듈(M2)의 평면부(110)가 서로 맞닿도록 접합되어 원형의 단면을 가지며, 360도의 지향각을 가지는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.
- 인쇄회로기판(PCB)이 제거된 LED 조명장치의 제조방법이고,
음각(60)이 형성된 광투과성 부재(10)를 준비하는 단계;
상기 광투과성 부재(10)에 형성된 음각(60)에 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)를 삽입, 설치하는 단계;
상기 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)를 전기적으로 연결하는 도전성의 회로 패턴(40)을 형성하되, 상기 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)가 음각(60)에 삽입, 설치된 상태에서 상기 LED 패키지(20)와 LED 구동 소자(30)에 도전성 재료를 직접 3D 프린팅하여 도전성의 회로 패턴(40)을 형성하는 단계; 및
접착성 및 절연성을 가지는 접착-절연성 수지를 상기 회로 패턴(40) 상에 3D 프린팅하여, 상기 회로 패턴(40)을 커버링하여 보호하는 보호층(50)을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치의 제조방법.
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Patent Citations (7)
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