KR20150089246A - 조명장치 및 이를 포함하는 차량용 램프 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예들은 광원의 폭조절이 가능하며 배광면적 조절이 가능한 조명장치에 관한 것으로, 발광모듈을 포위하는 구조의 광유도부재를 이용하여 광혼합공간(영역)을 형성하고, 광출사부의 폭을 광입사부의 폭보다 좁게 형성하는 구조를 구현함으로써, 광의 혼합율을 높여 광효율을 증진할 수 있는 조명장치를 제공한다.

Description

조명장치 및 이를 포함하는 차량용 램프{ILLUMINATING DEVICE AND LAMP FOR VEHICLE INCLUDING THE SAME}

본 발명의 실시예들은 광원의 폭조절이 가능하며 배광면적 조절이 가능한 조명장치에 관한 것이다.

발광소자(LED)는 전기에너지를 빛 에너지로 변환하는 반도체소자로서, 화합물 반도체의 조성을 제어하여 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 파장(색)의 빛을 구현할 수 있으며, 형광물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 빛을 구현할 수 있다.

발광소자는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성 등의 장점이 있다. 따라서, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할수 있는 백색 발광다이오드 조명장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용범위가 확대되고 있다.

종래의 기술에 의하면 발광소자 칩이 소정의 패키지 몸체에 결합하고, 상기 발광소자 칩 상에 형광체를 포함하는 수지가 구비되고, 수지 상에 렌즈가 형성되어 발광소자 패키지를 구성한다.

그러나 기존의 LED 등의 발광소자를 이용하는 조명은 배광분포의 조절을 위해서는 다수의 LED를 필요로 하거나 광원의 폭조절이 어려운 조립구조를 가지며, 특히 면광원을 형성하는 패키지로 입체구조로 일정한 깊이를 가지는 조명의 경우 정전류소자의 크기로 인한 작업제한성으로 면광원 구현에 어려움이 있었다.

본 발명의 실시예들은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 발광모듈을 포위하는 구조의 광유도부재를 이용하여 광혼합공간(영역)을 형성하고, 광출사부의 폭을 광입사부의 폭보다 좁게 형성하는 구조를 구현함으로써, 광의 혼합율을 높여 광효율을 증진하는 한편, 적은 수의 광소자로도 배광분포의 조절 및 장치 전체의 크기를 조절할 수 있는 조명장치를 제공할 수 있도록 한다.

상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명의 실시예에서는, 기재 상의 발광모듈; 상기 기재 상의 발광모듈 주변부를 포위하는 광유도부재;를 포함하며, 상기 광유도부재의 내부 표면의 연장선(X)과 상기 기재 표면의 연장선(Y)이 예각인 조명장치를 제공할 수 있도록 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 발광모듈을 포위하는 구조의 광유도부재를 이용하여 광혼합공간(영역)을 형성하고, 광출사부의 폭을 광입사부의 폭보다 좁게 형성하는 구조를 구현함으로써, 광의 혼합율을 높여 광효율을 증진할 수 있는 효과가 있다.

또한, 조명장치로 구현시 광의 폭의 조절 및 전체 조명장치의 높이 조절이 용이하여, 전체 광혼합공간의 높이가 줄어드는 경우에도 광혼합율을 렌즈모듈을 이용하여 배광면적을 늘려 LED의 수를 줄일 수 있으며,

경사구조의 광혼합영역을 통해 광혼합 효율을 높여 산란 효과의 상승도 구현할 수 있으며, 확산부재의 폭 및 높이를 조절하여 선광원 또는 면광원으로 전용이 가능하도록 하는 범용성을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조명장치의 요부 단면도를 도시한 것이다. 또한, 도 2 및 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명장치의 요부 단면도를 도시한 것이다.
도 4a는 도 1의 본 발명의 실시형태에 따른 조명장치의 실 구현이미지를 도시한 분리사시도이며, 도 4b는 도 4의 결합사시도, 도 4c는 도 4a의 측평면도를 도시한 것이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)" 에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접 (directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예들을 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조명장치의 요부 단면도를 도시한 것이다. 또한, 도 2 및 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명장치의 요부 단면도를 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시형태에 따른 조명장치는, 기재(110) 상의 발광모듈(120)과, 상기 기재 상의 발광모듈 주변부를 포위하는 광유도부재(130)를 포함하며, 특히, 상기 광유도부재의 내부 표면의 연장선(X)과 상기 기재 표면의 연장선(Y)이 예각을 이루도록 형성될 수 있도록 한다. 즉, 광유도부재(130)은 내부에 공간부를 형성하되, 기재(110)의 표면에서 상부로 갈수록 내부 공간부(이하, '광혼합영역(M)'이라 한다.)의 폭이 좁아지는 구조의 광혼합영역(M)을 구현할 수 있도록 한다.

이를 통해 하부에서 출사되는 출사광이 상부로 갈수록 폭이 좁아지는 광혼합영역(M) 내에서 상기 광유도부재(130)의 내표면에 반사되는 광과 혼합되며, 광혼합영역(M)의 최상부인 광출사부 근처에서는 광혼합이 최대화되어 광효율이 극대화될 수 있는 집광이 이루어질 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 광유도부재(130)은 일단이 상기 기재(110)의 표면에 밀착하고, 타단은 기재의 중심부를 향해 일정한 정도로 기울어지는 형태로 배치되며, 그 상부는 개구되는 구조로 구현된다.

이러한 구조의 광유도부재(130)의 배치구조는, 내부에 광혼합영역(M)을 형성하며, 상기 광혼합영역의 하부폭(T1)이 상부폭(T2)보다 크게 형성되도록 함이 바람직하다.

아울러, 광의 혼합효율을 극대화하기 위해 상기 광혼합영역의 하부폭(T1)이 상부폭(T2)보다 크게 형성하는 구조로는, 도 1과 같이 평판 형상의 광유도부재(130)을 이용하여 광혼합영역(M)을 형성하여 하부면에서 상부면으로 갈수록 순차적으로 폭이 줄어드는 구조로 형성하거나, 도 2 및 도 3과 같이 광유도부재(130)가 평판형상이 아닌 굴곡된 형상으로 구현하는 것도 가능하다.

어느 경우이던, 광원모듈(140)에서 출사하는 광이 광혼합영역 내에서 혼합되어 상부의 개구된 광출사부를 통해 출사되는 경우 집광된 형태로 광혼합율이 극대화되기 위한 구조로 상기 광혼합영역의 하부폭(T1)이 상부폭(T2)보다 크게 형성한다. 이는, 도 1 내지 도 3의 광유도부재(130)의 다양한 형상을 고려하는 경우라도, 상기 광유도부재의 내부 표면의 연장선(X)과 상기 기재 표면의 연장선(Y)이 예각(θ)을 형성할 수 있도록 한다. 상기 연장선(X)란 광유도부재의 일단(a)에서 타단(b)을 연결하는 가상의 직선으로 정의한다.

상기 광유도부재의 내부 표면의 연장선(X)과 상기 기재 표면의 연장선(Y)이 예각(θ)을 형성하는 것은 광원모듈에서 출사되는 광의 광유도부재의 표면에 반사 및 재반사 되며 상부로 유도되면서, 광혼합영역에서 혼합과 집광이 자연스럽게 증가하도록 하는 구조를 구현하게 되며, 이는 상기 광유도부재의 내부 표면의 연장선(X)과 상기 기재 표면의 연장선(Y)이 직각 또는 둔각을 이루는 경우에는 집광의 효율이 떨어짐과 동시에 광의 혼합율도 떨어지게 된다. 특히 상기 예각(θ)은 조명장치의 필요성에 따라 다양하게 조정될 수 있으나, 30~80도의 각도에서 형성됨이 바람직하다. 30도 미만의 각도에서는 광의 혼합율 및 집광의 효율이 오히려 하락하며, 80도를 초과하는 경우에는 집광이나 혼합율이 직각인 경우와 큰 차이가 나지 않게 된다.

또한, 광유도부재(130)은 도 1의 구조와 같이 평판형상 뿐만아니라, 도 2와 같은 역포물선 구조의 굴곡구조나, 도 3과 같은 포물선 구조의 굴곡구조로 구현할 수 있다. 이러한 곡률을 가지는 경우에는 도 2의 구조에서는 광혼합영역의 체적을 크게 하여 혼합율을 높이는 측면에서 유리하며, 도 3의 구조에서는 집광효율을 높이는 측면에서 유리한 장점이 있다.

나아가, 본 발명의 실시형태에 따른 상기 광유도부재는, 반사부재를 포함하는 수지재 또는 표면에 반사물질이 코팅된 구조물을 사용하여 반사율을 높일 수 있도록 함이 바람직하며, 재질은 빛을 반사시키는 반사 부재, 예컨대, 수지 재질, 금속 재질, 비금속 재질일 수 있다.

이 경우 상기 반사부재 또는 상기 반사물질은, 은(Ag), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 티타늄 산화물, 규소 산화물, 알루미늄 산화물, 마그네슘 불화물, 탄탈륨 산화물 및 아연 산화물 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 적용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 광혼합영역의 상부, 즉 광유도부재(130)의 개구된 상부면에 확산부재(140)를 배치하여 개구부를 밀폐하고, 집광 및 혼합된 광이 상기 확산부재(140)을 통해 확산되도록 하여 면광원 또는 선광원을 구현할 수 있도록 할 수 있다. 즉, 제품의 사양에 따라 출사되는 광(선광원 또는 면광원)의 폭을 줄여야할 필요가 있는 경우에는 위 광유도부재(130)의 상부 개구부룰 좁힘과 동시에 확산부재의 폭을 좁혀 광폭을 조절할 수 있도록 할 수 있다.

또한, 상기 확산부재(140)의 형상을 일반 평판형상으로 구현할 수도 있지만, 도시된 것과 같이, 상부 확산면(141) 및 상기 상부 확산면에서 절곡되어 연장되는 높이조절 확산면(142)을 포함하는 구조로 구현하여 필요에 따라 확산부재 내부의 공간을 형성하여 광폭 및 광량을 조절할 수 있다. 상기 확산부재는, 투명성을 가진 열경화성 수지, 예컨대, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 또는 폴리머 계열의 수지일 수 있다.

상기 확산부재는 내부에 형광물질을 더 포함하거나, 균질성을 향상시키기 위하여 수지 물질의 점도를 높이거나 첨가물을 포함할 수 있다.

상기 확산부재에 형광물질이 포함되는 경우, 방출되는 빛을 여기시켜 다른 색을 구현할 수 있다. 예컨대, 발광소자(121)가 청색 LED이고, 상기 확산부재(140) 황색 형광체를 포함하는 경우 형광체는 청색 빛에 의해 여기되어 백색의 빛을 방출할 수 있다. 또한 발광 소자(120)가 UV LED이고, 형광체 플레이트(180)가 청색, 녹색, 및 적색 형광체를 포함하는 경우, 형광체는 백색 빛을 방출할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 도 1 내지 도 3에 도시된 것과 같이, 상기 광유도부재(130)와 상기 발광모듈(120) 사이에 렌즈모듈(150)을 더 포함하여 구성될 수 있다. 상기 렌즈모듈(150)은 확산이 용이한 볼록한 렌즈부를 포함하며, 하부에는 기재(110)의 표면에 결착되도록 하며, 렌즈모듈의 내부에는 발광소자(121) 및 인쇄회로기판(122)을 모두 수용하도록 수용공간이 형성된다. 상기 렌즈모듈(140)은 상기 광혼합영역 내로 출사되는 광의 효율적인 확산을 통해 내부 반사량이 많아지도록 하는바, 발광소자의 수를 줄일 수 있으며, 발광소자가 줄어들더라도 배광면적을 넓힐 수 있게 한다. 상기 렌즈모듈(150)은 광혼합영역(M)에 광이 입사될 수 있도록 곡률, 두께, LED 칩과의 거리 등의 변수를 고려하여 설계될 수 있다.

상기 발광 소자(121)는 적색광을 발생하는 레드 LED 칩, 청색광을 발생하는 블루 LED 칩, 녹색광을 발생하는 그린LED 칩과 같은 유색의 LED 칩으로 구현되거나, UV LED 칩으로 구현될 수 있다. 기재(110) 상에 적어도 하나 이상의 LED 칩들이 탑재될 수 있으며, LED 칩의 종류 및 탑재 개수에 대해 한정하지는 않는다. 또한, 발광 소자(120)를 보호하기 위한 보호 소자(예: 제너 다이오드)가 탑재될 수 있다. 상기 인쇄회로기판은, 메탈 코어(metal core) PCB(Printed Circuit Board), FR-4 PCB, 및 일반 PCB 중 어느 하나일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

아울러, 본 발명의 실시형태에 따른 광유도부재(130)는 상기 기재와 일체형 구조로 구현할 수도 있으나, 분리형 구조물로 형성하여 사출성형 및 조립공정의 공정성을 높일 수 있다.

도 4a는 도 1의 본 발명의 실시형태에 따른 조명장치의 실 구현이미지를 도시한 분리사시도이며, 도 4b는 도 4의 결합사시도, 도 4c는 도 4a의 측평면도를 도시한 것이다.

도시된 구조물은 하나의 발광모듈(120)을 적용하고, 렌즈모듈(150)과 광유도부재(130) 및 확산부재(140)를 조립한 구조물을 예시한 것이나, 도 5와 같이 일정한 방향으로 길게 늘어진 형태의 조명장치를 구현하여 선광원 및 면광원을 구현할 수 있으며, 이러한 조명장치는 다양한 실내 조명이나 외부 디자인 조명 등은 물론, 일정한 배광분포를 충족해야 하는 차량용 램프(전조등, 후미등, 실내등 등)에 다양하게 적용될 수 있게 된다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

110: 기재
120: 발광모듈
121: 발광소자
122: 인쇄회로기판
130: 광유도부재
140: 확산부재
150: 렌즈모듈
M: 광혼합영역

Claims (10)

1. 기재 상의 발광모듈;
   상기 기재 상의 발광모듈 주변부를 포위하는 광유도부재;를 포함하며,
   상기 광유도부재의 내부 표면의 연장선(X)과 상기 기재 표면의 연장선(Y)이 예각인 조명장치.
   (단, X는 광유도부재의 일단과 타단을 연결하는 가상의 직선)
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 광유도부재는,
   내부에 광혼합영역을 형성하며, 상기 광혼합영역의 하부폭이 상부폭보다 큰 조명장치.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 광유도부재는,
   상기 광혼합영역의 하부면에서 상부면으로 갈수록 순차적으로 폭이 줄어드는 조명장치.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 광유도부재는 평판 형상인 조명장치.
   
5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 광유도부재 상부에 확산부재를 더 포함하는 조명장치.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 확산부재는,
   상기 광유도부재의 상부를 밀폐하는 조명장치.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 확산부재는,
   상부 확산면 및 상기 상부 확산면에서 절곡되어 연장되는 높이조절 확산면을 포함하는 조명장치.
   
8. 청구항 5에 있어서,
   상기 광유도부재는,
   반사부재를 포함하는 수지재 또는 표면에 반사물질이 코팅된 조명장치.
   
9. 청구항 5에 있어서,
   상기 광유도부재와 상기 발광모듈 사이에 렌즈모듈을 더 포함하는 조명장치.
   
10. 청구항 5의 조명장치를 포함하는 차량용 램프.

Images