KR102497470B1 - 조명장치 및 이를 포함하는 차량용 램프 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에서는 기판상에 실장되는 발광소자와 제1반사층을 포함하는 발광유닛과 상기 발광소자의 출사광의 일부를 반사시키고 일부는 투과시키는 제2반사층과, 상기 제2반사층을 경유한 일부 출사광을 집광시키는 집광유닛을 포함하며, 상기 발광유닛과 상기 집광유닛은 상호 이격되도록 배치되는 조명장치를 제공할 수 있도록 한다.

Description

조명장치 및 이를 포함하는 차량용 램프{Lighting package and Automobile lamp using the same}

본 발명의 실시예는 정면 광도를 높이면서 핫 스팟(hot spot)을 감소할 수 있는 핫스팟을 줄일 수 있는 조명장치에 대한 것이다.

전자기기에 사용되는 다양한 광원을 활용한 조명유닛은 각 전자기기의 특성에 따라 적합한 광원을 활용하여 광효율을 높이는 방식으로 구현되고 있다.

최근 이러한 전자기기에 사용되는 조명유닛은 평판디스플레이에 적용되는 백라이트 유닛이나, 실내환경에 사용하는 실내등, 또는 자동차 외부에 설치되는 전조등, 안개등, 후퇴등, 차폭등, 번호등, 후미등, 제동등, 방향지시등, 비상점멸표시등이나, 자동차 내부에 설치되는 실내조명등에 다양하게 적용될 수 있다.

그러나 이러한 조명의 대부분은 광을 제공하는 광의 전달을 효율화하는 도광판 등의 부재를 적용하여 면광원의 휘도의 측면에서 접근하는 방식이 대부분이었으나, 종래의 면광원으로 구현하는 차량용 조명장치에서는 배광분포를 조절할 수 없으며 광의 집광도가 떨어져 면광원으로서의 적용이 한계가 있었다.

나아가, 차량 램프에 적용되는 점광원으로서의 LED와 같은 광소자의 강한 광도로 인해 출사부의 열화 현상인 핫스팟(Hot spot)이 발생하게 되는 문제도 발생하게 된다.

본 발명의 실시예들은 상술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 빛이 상부에 설치된 렌즈 및 반사층에 의해 집광되어 핫스팟(hot spot)이 감소될 수 있도록 하며, 반사유닛과 집광유닛을 결합하여 면발광형태의 조명에서도 배광분포를 효율적으로 조절할 수 있도록 하는 조명장치를 구현할 수 있도록 할 수 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시예에서는 기판상에 실장되는 발광소자와 제1반사층을 포함하는 발광유닛; 상기 발광소자의 출사광의 일부를 반사시키고 일부는 투과시키는 제2반사층과, 상기 제2반사층을 경유한 일부 출사광을 집광시키는 집광유닛;을 포함하며, 상기 발광유닛과 상기 집광유닛은 상호 이격되도록 배치되는 조명장치를 제공할 수 있도록 한다.

특히, 상술한 조명장치를 적용하여 차량용 램프를 구현하는 경우, 메쉬형태의 반사체와 렌즈부를 일대일로 어레이하여 반사층에서 반사된 빛은 옆으로 이동하여 개구부가 형성된 부분으로만 빛이 통과될 수 있도록 하고, 통과된 빛은 일정한 렌즈의 곡률에 의해 집광될 수 있도록 하는 핫스팟을 줄인 집광용 차량 램프를 제공할 수 있도록 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 메쉬형태의 반사체와 렌즈를 일대일로 어레이하여 반사층에서 반사된 빛은 옆으로 이동하여 개구부가 형성된 부분으로만 빛이 통과될 수 있도록 하고, 통과된 빛은 일정한 렌즈의 곡률에 의해 집광될 수 있도록 하여 핫스팟이 감소되고 집광되면서 정면광도 규격에 부합될 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조명장치를 적용한 차량 램프를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 핫스팟을 줄인 집광용 차량 램프를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 핫스팟을 줄인 집광용 차량 램프를 개략적으로 도시한 정면도이다.

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.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조명장치를 적용한 차량 램프를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 핫스팟을 줄인 집광용 차량 램프를 개략적으로 도시한 단면도이다.

본 발명의 실시예에 따른 조명장치는 면발광을 구현할 수 있도록 하며, 발광소자에 의한 핫스팟 현상을 줄이면서도 차량램프 등의 배광법규가 필요한 장비에 적용되어 원하는 광도기준을 용이하게 조절할 수 있도록 하는 특징을 구현한다.

도 1은 차량램프의 하우징(H)과 그 내부에 발광소자패키지(1)가 실장되는 실장영역이 다수개가 마련되는 구조를 도시한 것이다. 상기 실장영역 외각으로는 상기 발광소자패키지(1)에서 출사한 광을 반사시켜 전방으로 유도하는 리플렉터(R) 구조물이 배치될 수 있다. 이러한 차랑램프의 구조에서 LED와 같은 점광원을 사용하는 경우, 강한 광으로 인한 핫스팟 현상이나 배광법규 만족을 위한 광도조절이 어려워지며, 점광원 형태의 광이 출사되는바, 균일한 발광(면발광)을 구현하기도 어렵게 된다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 조명장치는 도 2에 도시된 구조와 같이, 기판(110) 상에 실장되는 발광소자(130)와 제1반사층(120)을 포함하는 발광유닛(A)과 상기 발광소자(130)의 출사광의 일부를 반사시키고 일부는 투과시키는 제2반사층(150)과, 상기 제2반사층(150)을 경유한 일부 출사광을 집광시키는 집광유닛(B)을 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우 상기 발광유닛(A)과 상기 집광유닛(B)은 상호 이격되도록 배치될 수 있다.

상기 발광유닛(A)는 도 2에 도시된 것과 같이, 광을 출사하는 발광소자(130)을 포함하며, 상기 발광소자(130)는 광을 출사하는 광소자를 포함하여 구성되며, 다양한 광원을 포괄하는 개념이며, 일예로 고체발광소자가 적용될 수 있다. 상기 고체발광소자는 LED, OLED, LD(laser diode), Laser, VCSEL 중 선택되는 어느 하나가 적용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 LED를 발광소자로 한 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

상기 기판(110)은 상기 발광소자(130)을 실장하는 구조물로, 일예로 인쇄회로기판이 될 수 있다. 이 경우 상기 인쇄회로기판은 기판 상에 회로패턴이 형성된 기판, 즉 PCB를 의미하며, 본 발명에서는 투명 재질의 인쇄회로기판일 수 있다. 하다. 종래의 조명장치의 경우 FR4 인쇄회로기판을 이용함으로써 불투명하였지만, 본원발명과 같이 투명재질, 특히 투명 PET 인쇄회로기판을 이용함으로써 투명한 조명장치의 제공이 가능하게 된다. 또한, 본 발명에서는 일정 유연성을 확보하기 위하여 연성인쇄회로기판(FPCB)으로 형성 가능하다. 물론, 이 외에도 상기 기판은 수지 계열의 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 메탈 코아(MetalCore) PCB, 세라믹 PCB, FR-4 기판을 중 어느 하나를 적용할 수도 있다.

특히, 상기 기판(110) 상에는 제1반사층(120)이 배치되는 것이 바람직하며, 상기 제1반사층(120)은 상기 기판(110)의 상면에 형성되며, 발광소자(130)가 관통 형성되는 구조로 이루어진다. 상기 제1반사층(120)은 반사효율의 높은 재질로 형성됨으로써 광원(130)에서 출사되는 출사광 중 상부의 집광유닛의 제2반사층에 반사되어 오는 빛을 다시 재반사하여 상부 및 측면부로 이동시키는 기능을 수행한다. 즉, 도 2에 도시된 것과 같이, 출사광중 일부 광(a1)이 상부의 제2반사층에 의해 반사되는 경우, 반사층에서 반사된 빛은 옆으로 이동하여 개구부가 형성된 부분으로만 빛이 통과될 수 있도록 할 수 있게 하여 광이용 효율을 높일 수 있음은 물론, 전체적인 패키지의 균일한 면발광을 구현하기 위해 단일 광소자를 적용하는 경우라도 충분한 면적의 면발광을 구현할 수 있게 할 수 있다.

이러한 상기 제1반사층(120)은 Ag와 같은 시트 필름형태로 이루어질 수 있으며, 빛의 반사특성 및 빛의 분산을 촉진하는 특성을 구현하여 위하여 백색안료를 분산 함유하는 합성 수지를 포함하여 형성될 수 있다. 예컨대 백색안료로서는 산화티탄, 산화알루미늄, 산화아연, 탄산연, 황산바륨, 탄산칼슘 등이 이용될 수 있으며, 합성 수지로서는 폴리에틸엔 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 아크릴수지, 콜리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리올레핀, 셀룰로소스 아세테이트, 내후성 염화비닐 등이 이용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 집광유닛(B)은 상기 발광유닛(A)의 상부에 에어 스페이스(S)에 의해 이격되어 배치되며, 상기 발광소자(130)에서 출사된 광의 일부(b1)는 투과시켜 집광시키고, 집광유닛(B) 하부의 제2반사층(150)에 의해 반사된 광의 일부(a1)은 제1반사층(120)으로 재반사시키는 과정을 반복하여 전체 조명장치의 발광면을 따라서 광을 이동 확산시키고, 이 과정에서 상기 제2반사층(150)에 형성된 투과부(152)를 통해 경유된 일부 광을 재 집광시키는 기능을 수행할 수 있도록 한다.

이를 위해, 상기 집광유닛(B)은 광투과성 기판(140)의 일면에 상기 제2반사층(150)이 배치되며, 상기 일면에 대향하는 타면에 집광렌즈부(160)가 배치될 수 있도록 한다.이 경우, 상기 집광렌즈부(160)은 다수의 볼록렌즈가 어레이 되는 구조로 구현될 수 있도록 하여, 상기 광투과성 기판(140)을 경유한 광이 집광될 수 있도록 한다.

또한, 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이, 상기 제2반사층(150)은 반사부(151)와 투과부(152)를 구비하는 시트구조로 구현될 수 있다. 상기 제2반사층(150)은 상술한 제1반사층(110)과 동일한 재료로 형성될 수 있으며, 시트 또는 플레이트형태로 이루어질 수 있으며, 빛의 반사특성 및 빛의 분산을 촉진하는 특성을 구현하여 위하여 백색안료를 분산 함유하는 합성 수지를 포함하여 형성될 수 있다. 상기 제2반사층(150)의 구조는 다양하게 변형설계될 수 있으나, 본 실시예에서는 개구부가 다수개가 구현된 반사시트 구조물, 즉, 개구부가 메쉬형태로 구현된 구조를 예로 들어 설명한다. 상기 개구부는 투과부(152)의 기능을 수행하게 되며, 그 형상은 원형, 타원형, 다각형 다양하게 구현될 수 있다.

즉, 상기 투과부(152)를 통해서만 발광소자(130)에서 출사된 빛이 투과될 수 있도록 제어함, 이 경우 반사부는 출사된 광을 반사시키도록 해, 광의 집중을 막아 핫스팟 현상을 현저하게 줄일 수 있게 한다. 이를 위해 상기 반사부는 TiO₂, CaCo₃, BaSo4, Al₂O_{3 ,} Silicon, PS 중 어느 하나를 포함하는 재료가 코팅될 수 있다. 또는, 반사층 자체를 Al, PC, PP, ABS, PBT 중 어느 하나를 포함하여 이루어지는 반사기재로 형성하고, 여기에 개구부를 형성하는 구조로 구현할 수도 있다.

상술한 반사부(151)의 배치를 통해 발광소자(130)의 광강도의 집중을 방지하여 핫스팟을 효율적으로 제어하는 한편, 일부의 광이 측방향으로 분산 반사될 수 있도록 하기 위해서, 본 발명의 실시예에서는 도 2에 도시된 것과 같이, 상기 반사부(151)와 상기 발광소자(130)의 중심축(X1)이 일부 오버랩되도록 배치될 수 있도록 할 수 있다.

나아가, 상기 반사부(151)는 다수의 볼록렌즈의 경계부(X1,X2)에 대응되는 위치에 배치될 수 있도록 하여 인접하는 투과부(152)를 통해 효율적인 집광이 구현될 수 있도록 한다. 이를 위해서는, 상기 투과부(152)의 폭(d2)이 상기 볼록렌즈의 폭(d1) 보다 좁게 구현될 수 있도록 하며, 더욱 바람직하게는 상기 투과부(152)와 상기 볼록렌즈의 중심 축(Y)이 일치하도록 어레이 될 수 있도록 한다. 이는 투과부를 통과한 광이 렌즈의 중심부로 효율적으로 집광될 수 있는 효과가 구현되게 하기 위함이다.

상기 렌즈부(160)는 상기 광투과성 기판(140)의 상면에 위치하며 상기 제2반사층(150)의 투과부(152)를 통과한 빛을 집광하여 출사할 수 있도록 하는 것으로서, 상기 제2반사층(150)을 투과한 출사광이 평평하게 형성된 바닥면을 통과하여 렌즈의 곡률에 의해 집광하게 되여 수직으로 정렬되어 출사할 수 있도록 한다. 따라서, 상기 렌즈부(160)의 단위 렌즈는 상기 투과부(152)와 1:1 구조가 될 수 있도록 자기정렬되고, 상기 렌즈의 곡률과 굴절률에 의해 집광되는 빛의 각도를 조절할 수 있도록 한다.

아울러, 본 발명의 실시예에서의 광투과성 기판(140)은 폴리스티렌(PS), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 환상 올레핀 코폴리(COC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 레진(resin)과 같은 고투과성 플라스틱 등 광 투과 및 확산 기능을 수행할 수 있는 모든 재질로 이루어질 수 있다고 할 것이다.

상술한 본 발명의 실시예에 따른 발광소자패키지는, 반사체와 집광의 렌즈를 혼합하여 정면 광도를 높이면서 핫 스팟(hot spot)을 감소할 수 있는 핫스팟을 줄인 집광용 차량 램프에 적용될 수 있다.

나아가, 본 발명의 실시예에 따른 발광소자패키지는 핫스팟의 제어와 배광분포의 조절을 필요로 하는 다양한 램프장치, 이를테면 차량용 램프, 가정용 조명장치, 산업용 조명장치에 적용이 가능하다. 예컨대 차량용 램프에 적용되는 경우, 헤드라이트, 차량실내조명, 도어스카프, 후방라이트 등에도 적용이 가능하다. 추가적으로 본 발명의 조명장치는 액정표시장치에 적용되는 백라이트 유닛 분야에도 적용 가능하며, 이외에도 현재 개발되어 상용화되었거나 향후 기술발전에 따라 구현 가능한 모든 조명관련 분야에 적용 가능하다고 할 것이다.

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: 기판
120: 제1반사층
130; 발광소자
140: 광투과성 기판
150: 제2반사층
160: 렌즈부
A: 발광유닛
B: 집광유닛

Claims (9)

1. 기판;
   상기 기판 상에 배치되는 발광소자;
   상기 기판 상에 배치되는 제1반사층;
   상기 발광소자와 이격되어 배치되는 광투과성 기판;
   상기 광투과성 기판의 일면에 배치되는 제2반사층; 및
   상기 광투과성 기판의 타면에 배치되는 집광렌즈부를 포함하고,
   상기 제2반사층은 상기 발광소자의 출사광의 일부를 반사시키는 반사부 및 상기 발광소자의 출사광의 일부를 투과시키는 다수의 투과부를 포함하며,
   상기 집광렌즈부는 상기 광투과성 기판의 타면에 어레이된 다수의 볼록렌즈를 포함하며,
   상기 다수의 볼록렌즈 각각은 상기 다수의 투과부 각각과 수직하게 오버랩되며,
   상기 다수의 볼록렌즈 사이의 경계부들은 상기 반사부와 수직하게 오버랩되며,
   상기 발광소자는 상기 다수의 볼록렌즈 사이의 경계부들 중 어느 하나와 수직하게 오버랩되고,
   상기 반사부와 상기 발광소자 사이에는 에어 스페이스(S)가 배치되며,
   상기 다수의 투과부는 상기 반사부를 관통하며 행렬로 배열되며,
   상기 발광소자와 상기 반사부의 일부는 수직하게 대면하며,
   상기 행으로 배열된 투과부들 중에서 상기 반사부의 일부의 일측 및 타측에 배치된 인접한 두 투과부를 포함하며,
   상기 인접한 두 투과부의 일부는 상기 발광소자와 수직하게 대면하며,
   상기 제2반사층에서 상기 인접한 두 투과부 사이의 최소 거리는 상기 발광소자의 상면 폭보다 작고, 상기 인접한 두 투과부의 외측 사이의 최대 거리는 상기 발광소자의 상면 폭보다 크며,
   상기 최대 거리는 상기 인접한 두 투과부 사이의 최소 거리와 상기 인접한 두 투과부의 폭들의 합이며,
   상기 발광소자와 상기 반사부는 상기 에어 스페이스(S)에 노출되는 조명장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1반사층과 상기 제2반사층은 상기 에어 스페이스(S)에 의해 서로 이격되며, 상기 에어 스페이스(S)에 노출되는 조명장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 다수의 투과부 각각의 중심과 상기 다수의 볼록렌즈 각각의 중심이 일치하도록 어레이되는 조명장치.
4. 청구항 2 또는 3에 있어서,
   상기 다수의 투과부 각각의 폭이 상기 다수의 볼록렌즈 각각의 폭보다 좁고,
   상기 다수의 볼록렌즈 각각은 폭이 두께보다 큰 조명장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 다수의 볼록렌즈 사이의 경계부는 인접한 볼록렌즈들이 접촉되며, 인접한 투과부들 사이에 배치된 상기 반사부의 중심과 수직하게 오버랩되게 배치되는 조명장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 인접한 두 투과부 사이에 배치된 상기 반사부의 일부의 중심, 인접한 두 볼록렌즈들 사이의 경계부, 및 상기 발광소자의 중심은 수직하게 오버랩되도록 배치되는 조명장치.
   
   
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