KR102515673B1

KR102515673B1 - 조명 장치

Info

Publication number: KR102515673B1
Application number: KR1020170148761A
Authority: KR
Inventors: 민봉걸; 정환희; 강민수
Original assignee: 쑤저우 레킨 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2017-11-09
Filing date: 2017-11-09
Publication date: 2023-03-30
Also published as: KR20190052916A

Abstract

본 발명에 따른 조명 장치는, 기판, 상기 기판 상에 배치되는 복수 개의 발광 소자, 상기 복수 개의 발광 소자 상에 배치되는 렌즈부, 및 상기 기판과 상기 렌즈부 사이에 배치되는 반사부재를 포함하며, 상기 렌즈부는, 하나의 발광 소자 상에 동일한 반경을 가지는 구 형상의 돌기들을 포함하고, 상기 구 형상의 돌기들은, 상기 기판의 중심에 배치된 발광 소자를 기준으로, 제1 방향 및 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 갈수록 점차 커지는 이격 거리를 가지고 배치된다.

Description

조명 장치{LIGHTING APPARATUS}

본 발명은 복수 개의 발광 소자를 사용하며 균일도를 향상시킨 조명 장치에 관한 것이다.

일반적으로 광고판 조명, 평판 조명, 형광등, 가로등, 도로조명 등의 조명은 소정의 목적을 위해 실내 또는 실외에서 광을 방출하는 용도로 설치된다. 이러한 조명에는 광을 방출하기 위한 광원이 설치된다.

최근에는 조명에 설치된 광원을 엘이디(LED, Light Emitting Diode)로 교체하는 사업이 활발하게 진행되고 있다. 이러한 LED는 친환경, 고효율, 그리고 긴 수명을 갖춘 광원일 뿐만 아니라, 전기 소모량이 적어서 에너지 절감에 기여할 수 있는 광원이기 때문이다.

한편, LED가 구비된 조명 램프는 LED에서 발광된 빛이 직진하는 직진성을 갖는 특징으로 인해 시인성이 떨어짐에 따라 다수의 LED를 설치해서 시인성을 높이는 방법이 사용되고 있다.

특히, 광고판 조명, 평판 조명 등은 넓은 면적을 가지는 조명기구로, LED에서 발광된 빛이 직진하는 직진성을 가짐으로 인해, 다수의 LED를 설치해서 시인성을 높이는 방법이 사용되고 있다.

하지만, 다수의 LED를 구비한 조명램프를 사용하더라도 빛의 휘도가 균일하지 못하고, LED 광원들 사이에서 명암 차가 발생하여 얼룩이 생기는 등, 조명 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 빛을 균일하게 확산시키는 확산렌즈 및 확산렌즈가 장착된 조명장치 기술이 다수에 개시되어 있다.

하지만, 기존의 확산렌즈 또는 산란패턴을 이용하여 빛을 확산하는 조명장치는, 중앙부의 LED로부터 넓은 범위의 조사각이 유지되도록 하기 위해, 렌즈 또는 확산판과의 거리가 멀어지게 되어 조명 장치의 두께가 두꺼워지게 된다.

또한, 중앙에 위치한 LED를 기준으로 보았을 때, 센터로 가장 밝은 빛이 출광되기 때문에, 가장 자리 영역까지 밝기를 균일하게 맞추기 위해, 중앙부의 LED 세기를 약하게 조절하였고, 이는 조명등 전체의 밝기가 저하되는 문제점이 있다.

이에 따라, 넓은 면적에서도 다수의 LED를 이용하여 균일한 광을 제공하며 휘도 특성이 높은 조명 장치를 개발하기 위한 기술이 요구된다.

본 발명은 조명 장치를 이용하여, 넓은 조명등이 필요한 곳에서 균일한 광을 제공할 수 있도록 한다.

본 발명은 적은 소비 전력을 이용하면서도, 확산 효율을 높이고, 보다 밝은 광을 방출할 수 있는 조명 장치를 제공할 수 있도록 한다.

본 발명의 조명 장치는, 기판, 상기 기판 상에 배치되는 복수 개의 발광 소자, 상기 복수 개의 발광 소자 상에 배치되는 렌즈부 및 상기 기판과 상기 렌즈부 사이에 배치되는 반사부재를 포함하며, 상기 렌즈부는, 하나의 발광 소자 상에 동일한 반경을 가지는 구 형상의 돌기들을 포함하고, 상기 구 형상의 돌기들은, 상기 기판의 중심에 배치된 발광 소자를 기준으로, 제1 방향 및 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 갈수록 점차 커지는 이격 거리를 가지고 배치될 수 있다.

본 발명의 상기 상기 렌즈부는, 상기 구 형상의 돌기들의 패턴이, 상기 제1 방향 및 제 2 방향으로 직교 좌표 (X, Y)를 형성하고, 상기 직교 좌표가 <수학식 1> 및 <수학식 2>를 만족할 수 있다.

<수학식 1>

<수학식 2>

여기서, 상기 A, B, C, D, E, F, G, H, P, Q는 패턴 간격 계수이고, 상기 Nix 및 상기 Niy는, 상기 하나의 발광 소자의 중심을 기준으로, 상기 제1 방향 및 제2 방향에 배치된 돌기들의 개수임.

본 발명의 표면의 거칠기(Rz)값이, 0.1 ㎛ 내지 0.15 ㎛ 일 수 있다

본 발명의 상기 구 형상의 돌기들은, 0.2 ㎛ 내지 0.3 ㎛ 의 반경을 가질 수 있다.

본 발명의 상기 렌즈부는, 상기 발광 소자에서 방출되는 빛이 입사되는 입사면은 평평한 면일 수 있다.

본 발명의 상기 발광 소자는, 상기 제1 및 제2 방향으로, 상기 복수 개의 발광 소자들의 이격 거리가 서로 동일할 수 있다.

본 발명의 상기 발광 소자는, 백색 광을 방출할 수 있다.

본 발명에 의하면, 일정한 패턴을 가지는 확산 렌즈를 이용하여 균일한 휘도를 가지는 조명장치를 제공할 수 있다.

본 발명에 의하면, 광 조사면적과 조사 위치에 제약 받지 않고 균일한 휘도를 가지는 조명장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 조명 장치의 단면을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 조명 장치의 A 영역, 하나의 발광 소자와 이에 대응되는 렌즈부를 구체적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 조명 장치의 내부 발광 소자와 외부 렌즈를 보여주는 사진이다.
도 4는 도 3에 도시된 B 영역을 확대 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 조명 장치의 패턴에 따른 휘도 분포 변화를 나타내는 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 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.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

명세서에서 사용되는 "포함한다 (comprises)" 및/또는 "포함하는 (comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 조명 장치의 단면을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 조명 장치(100)는 기판(10), 발광 소자(20), 렌즈부(30) 및 반사부재(40)를 포함한다.

기판(10)은 발광 소자(20)와 전기적으로 연결될 수 있는 회로 패턴을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 기판(10)은 세라믹 재질의 기판, 수지 재질의 기판(PCB, Printed circuit board), 메탈 코어 기판(MPPCB, Metal core PCB), 연성 기판(FPCB, Flexible PCB) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

발광 소자(20)는 기판(10)과 전기적으로 연결될 수 있다. 실시예에 따라, 조명 장치(100)는 기판(10) 상에 발광 소자(20)를 직접적으로 배치하거나, 발광 소자(20)를 가지는 패키지 형태로 배치할 수 있다.

본 발명에 있어서, 발광 소자(20)는 청색, 적색, 녹색, 백색, UV(Ultraviolet) 중 적어도 하나를 발광 할 수 있으며, 바람직하게는 조명을 위해 백색 광을 방출할 수 있다. 발광 소자(20)는 수평형 칩, 수직형 칩, 플립 칩 형태 중 하나로 배치될 수 있다. 발광 소자(20)는 LED 칩 상에 형광체층을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 발광 소자(20)는 4000K 이하의 색 온도를 가지는 웜 화이트(Warm White), 6500K 이상의 색 온도를 가지는 쿨 화이트(Cool White), 웜 화이트와 쿨 화이트의 중간 색 온도를 가지는 뉴트럴(Neutral) 화이트 또는 퓨어(Pure) 화이트일 수 있다.

본 발명에 있어서, 발광 소자(20)는 기판(10) 상에 복수 개가 배치될 수 있다. 복수 개의 발광 소자(20)는 기판(10)의 제1 방향 및 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 복수 행 및 복수 열을 포함하고, 동일한 간격을 가지며 배치될 수 있다.

실시예에 따라, 발광 소자(20)들의 이격 거리는 발광 소자(20)의 광원들 간의 피치(pitch)일 수 있다. 여기서 피치는 인접하는 2개의 발광소자(20)들 각각의 중심들 간의 거리일 수 있다.

렌즈부(30)는 복수 개의 발광 소자(20) 상에 배치될 수 있다. 렌즈부(30)는 투명한 소재로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 투명 석영(Quartz) 소재로 이루어 질 수 있다. 이에 따라, 발광 소자(20)로부터 방출된 광 손실 없이 투과시켜 줄 수 있다.

본 발명에 있어서, 렌즈부(30)는 발광 소자(20)에서 방출되는 빛이 입사되는 입사면(30a)과 입사된 빛이 확산되는 출사면(30b)으로 구분될 수 있다.

본 발명에 따르면, 렌즈부(30)의 입사면(30a)은 평평한 면으로 이루어질 수 있으며, 출사면(30b)은 빛이 넓게 퍼질 수 있는 아치형 돌기(33)들이 형성될 수 있다. 또한, 바람직하게 출사면(30b)에 형성된 돌기(33)들은 반구 형상으로, 빛이 더 넓게 퍼질 수 있다.

본 발명에 있어서, 렌즈부(30)의 출사면(30b)은 돌기(33)들이 형성될 수 있도록 헤이즈 처리를 수행할 수 있다. 이와 같이 렌즈부(30)의 출사면(30b)을 헤이즈 처리할 경우, 발광 소자(20)로부터 방출되는 광이 수직 방향으로만 방출되는 것을 억제하고 광이 확산되어 퍼지는 효과가 커진다.

이에 따라, 동일한 간격을 가지고 배치되는 복수 개의 발광 소자(20)에 의한 격자 얼룩의 발생을 방지하고, 휘도가 균일해져 광 효율이 향상될 뿐만 아니라, 발광 소자(20)로부터 방출된 광을 전방위로 확산시킬 수 있어, 조명 장치(100)의 광학 시트 및 발광 소자(20)의 개수를 줄일 수 있다. 또한, 발광 소자(20)의 개수를 줄임으로써 조명 장치(100)의 소비전력 및 생산 비용을 감소시키고 광원 유닛을 이용하는 표시장치를 박형화시킬 수 있다.

기판(10)과 렌즈부(30)는 사이에는 반사부재(40)가 배치될 수 있다. 반사 부재(40)는 높은 광 반사율을 가지는 소재를 사용하여 일반적인 경로로 가지 않는 광을 렌즈부(30) 쪽으로 재반사시켜 광 손실을 줄이는 역할을 수행할 수 있다.

실시예에 따라, 기판(10)과 반사 부재(40)는 발광 소자(20)를 수납하는 하우징 형태로 결합될 수 있다. 이 때, 반사 부재는 원통형 또는 다각형의 통 형태로 이루어질 수 있다. 또한, 반사부재(40)는 기판(10)과 수직 방향으로 결합될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 예각 또는 둔각을 이루며 결합될 수 있다.

즉, 기판(10)과 반사부재(40)가 이루는 각도는 90°보다 크거나 같고, 180°보다 작을 수 있다. 예를 들어, 조명 장치(100)의 발광 소자(20)를 포함하는 내부 단면이 직사각형 또는 사다리꼴과 같은 형상일 수 있다.

또한, 실시예에 따라, 조명 장치(100)를 위에서 바라본 형상은 사각형과 같은 다각형일 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 조명 장치의 A 영역, 하나의 발광 소자와 이에 대응되는 렌즈부를 구체적으로 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 렌즈부(30)의 출사면(30b)에 형성된 돌기(33)들은 단면으로 보았을 때, 하나의 발광 소자(20) 상에 동일한 반경을 가지는 반구 형상의 돌기(33)들이 배치될 수 있다.

본 발명에 있어서, 반구 형상의 돌기(33)들은 발광 소자(20)를 중심으로 제1 방향 및 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 갈수록 점차 커지는 이격 거리를 가지고 배치될 수 있다. 이에 따라, 전체 조명 장치(100)는 개별적인 발광 소자(20)가 육안으로 파악되지 않을 정도의 균일한 광을 제공할 수 있다.

본 발명에 있어서, 반구 형상의 돌기(33)들로 정의하였지만, 이는 렌즈부(30)의 출사면(30b)을 표면이 거친 헤이즈 처리를 수행하여 생성된 산란 입자들로 이해될 수 있다. 실시예에 따라, 헤이즈 처리는 샌딩 처리, 비즈 처리 등과 같은 물리적 방식 또는 화학적 방식으로 수행될 수 있다.

도 3은 본 발명의 조명 장치의 내부 발광 소자와 외부 렌즈를 보여주는 사진이고, 도 4는 도 3에 도시된 B 영역을 확대 도시한 도면이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 조명 장치(100)에는 복수 개의 광원들이 균일한 간격을 이루며 배치될 수 있다. 이 때, B 영역은 하나의 발광 소자(20)와 이에 대응되는 렌즈부(30) 출사면(30b)의 돌기(33)들로 패턴을 이루며 존재할 수 있다.

본 발명에 있어서, 하나의 발광 소자(20) 상에 배치되는 렌즈부(30)의 돌기(33)들은 제1 방향 및 제2 방향으로 직교 좌표 (X, Y)를 형성하고, <수학식 1>과 <수학식 2>를 만족할 수 있다.

<수학식 1>

<수학식 2>

이 때, i, j 는 제1 방향 및 제2 방향의 단위 벡터이고, A, B, C, D, E, F, G, H, P, Q는 패턴 간격 계수이고, Nix 및 Niy는 하나의 발광 소자(20)의 중심을 기준으로, 제1 방향 및 제2 방향에 배치된 돌기(33)들의 개수이다.

본 발명에 있어서, 바람직하게 조명 장치(100)는 하나의 발광 소자(20)를 중심으로 제1 방향 및 제2 방향으로 12개의 돌기(33)들이 배치될 수 있다. 즉, Nix 및 Niy의 값은 12이고, 이 때, 직교 좌표의 수학식은 아래와 같이 정의될 수 있다.

<수학식 3>

<수학식 4>

도 4의 돌기(43) 들은 <수학식 3>, <수학식 4> 를 만족하도록 배치되어 있을 수 있으며, 이에 따라, 조명 장치(100)는 하나의 발광 소자(20)에서 방출되는 광이 제1 방향 및 제2 방향으로 균일하게 확산될 수 있다. 또한, 이는 광원과 렌즈 사이의 간격, 전제 조명 장치(100)와 확산면 또는 조사면 사이의 간격과 무관하게 적용될 수 있다.

도 5는 본 발명의 조명 장치의 패턴에 따른 휘도 분포 변화를 나타내는 그래프이다. 도 5를 참조하면, 도 4의 패턴을 가지는 돌기(33)들의 조명 장치(100) 전체 영역에서, 렌즈부(30) 출사면(30b) 거칠기에 따른 휘도 분포는 아래의 [표 1]과 같을 수 있다.

Haze	A	B	C	D
Rz (㎛)	0.66	0.30	0.16	0.135

거칠기(Rz)값은, 출사면에 대한 단면 곡선에서 가장 높은 봉우리 5개의 평균 높이와 가장 깊은 골짜기 5개의 평균 깊이의 차를 이용하는 10점 평균 거칠기로 측정 및 계산될 수 있다.

실시예에 따라, 하나의 발광 소자(20)로부터 방출되는 광이 <수학식 3>, <수학식 4>를 만족시키는 출사면(30b) 영역에서, 표면 거칠기 값은 0.1㎛ 내지 0.15㎛ 일 수 있다. 본 발명에서, 이러한 범위 내에서의 거칠기 값이 형성되는 경우, 출사면(30b)에 형성된 패턴에 대하여 원하는 반사 또는 굴절 성능을 가질 수 있고, 균일한 광을 구현할 수 있다.

다만, [표 1]을 참조하면, 표면 거칠기 값이 작아질수록 중심부에서의 휘도가 떨어지는 특성이 존재하지만, 본 발명에서, 출사면의 돌기들이 패턴을 형성함에 따라, 휘도 특성을 개선시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 반구 형상의 돌기(33)들은, 0.2 ㎛ 내지 0.3 ㎛ 의 반경을 가질 수 있다. 바람직하게, 반구 형상의 돌기(33)들은 0.27㎛ 반경을 가질 수 있으며, 이러한 반경을 가지는 경우에, 0.1㎛ 내지 0.15㎛ 범위의 표면 거칠기 값을 가지는 조명 장치(100)를 제조하기 용이할 수 있고, 이에 따라, 보다 균일한 조명 장치(100)를 제공할 수 있다.

본 발명에서 보다 바람직하게, 표면 거칠기의 값은 0.135㎛이며, 이에 따라, 넓은 면적을 가지는 장치에 본 발명의 조명 장치(100)를 결합하면, 발광 소자(20) 들의 직진성에 의한 얼룩이 생기지 않고 균일한 광을 제공할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100: 조명 장치
10: 기판
20: 발광 소자
30: 렌즈부
30a: 입사면 30b: 출사면
33: 돌기
40: 반사부재

Claims

기판;
상기 기판 상에 배치되는 복수 개의 발광 소자;
상기 복수 개의 발광 소자 상에 배치되는 렌즈부; 및
상기 기판과 상기 렌즈부 사이에 배치되는 반사부재; 를 포함하며,
상기 렌즈부는,
하나의 발광 소자 상에 동일한 반경을 가지는 반구 형상의 돌기들을 포함하고,
상기 반구 형상의 돌기들은,
상기 기판의 중심에 배치된 발광 소자를 기준으로,
제1 방향 및 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 갈수록 점차 커지는 이격 거리를 가지고 배치되는 조명 장치.
제1항에 있어서,
상기 렌즈부는,
상기 반구 형상의 돌기들의 패턴이,
상기 제1 방향 및 상기 제 2 방향으로 직교 좌표 (X, Y)를 형성하고,
상기 직교 좌표가 <수학식 1> 및 <수학식 2>를 만족하는 조명 장치.
<수학식 1>

<수학식 2>

여기서, 상기 i, j 는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향의 단위 벡터이고,
상기 A, B, C, D, E, F, G, H, P, Q는 패턴 간격 계수이며,
상기 Nix 및 상기 Niy는,
상기 하나의 발광 소자의 중심을 기준으로, 상기 제1 방향 및 제2 방향에 배치된 돌기들의 개수.
삭제
제1항에 있어서,
상기 반구 형상의 돌기들은,
0.2 ㎛ 내지 0.3 ㎛ 의 반경을 가지는 조명 장치.
제1항에 있어서,
상기 렌즈부는,
상기 발광 소자에서 방출되는 빛이 입사되는 입사면은 평평한 면인 조명장치.
제1항에 있어서,
상기 발광 소자는,
상기 제1 및 제2 방향으로,
상기 복수 개의 발광 소자들의 이격 거리가 서로 동일한 조명 장치.
삭제