JP5878305B2 - 発光素子パッケージ及び照明システム - Google Patents

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Description

本発明は、発光素子パッケージ及び照明システムに関するものである。
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、電気エネルギーを光に変換する半導体素子の一種である。発光ダイオードは、蛍光灯、白熱灯など、既存の光源に比べて低消費電力、半永久的な寿命、速い応答速度、安全性、環境親和性の長所を有する。
ここに、既存の光源を発光ダイオードに取り替えるための多い研究が進められており、室内外で使われる各種ランプ、液晶表示装置、電光板、街灯などの照明装置の光源として発光素子を使用する場合が増加している趨勢である。
本発明は、光効率が向上した発光素子パッケージ及び照明システムを提供することを目的とする。
本発明は、光を均一に放出できる発光素子パッケージ及び照明システムを提供することを目的とする。
本発明による発光素子パッケージは、リセス、上記リセスの底面に形成される複数の発光素子収容部を含む胴体、上記複数の発光素子収容部の内にそれぞれ個別的に位置する複数の発光素子、上記複数の発光素子収容部の上にそれぞれ個別的に離隔配置される複数の個別レンズ、及び上記複数の個別レンズを覆う共通レンズを含む。
本発明による照明システムは、基板及び上記基板の上に配置される発光素子パッケージを含む発光モジュールを含み、上記発光素子パッケージは、リセスと上記リセスの底面に形成される複数の発光素子収容部とを含む胴体、上記複数の発光素子収容部の内にそれぞれ個別的に位置する複数の発光素子、上記複数の発光素子収容部の上にそれぞれ個別的に離隔配置される複数の個別レンズ、及び上記複数の個別レンズを覆う共通レンズを含む。
本発明によれば、収容部、樹脂物、及び個別レンズが各発光素子に対応して個別に備えられる。これによって、光効率に適した構造に個別レンズを形成できるので、発光素子パッケージの効率を向上させることができる。
そして、複数の個別レンズと共に、これより屈折率の低い共通レンズをさらに備えて効率をより向上させることができる。
また、各発光素子の特性を考慮して、互いに異なる蛍光物質を備えた樹脂物を形成したり、互いに異なる形状及び特性の個別レンズを使用することができる。これによって、所望の特性によって多様な発光素子パッケージを自由に製造することができる。特に、効率を考慮して個別レンズを異なる曲率または屈折率に形成すれば、互いに異なる種類の発光素子及び蛍光物質の組合を使用した場合にも光が均一に放出されるようにすることができる。
本発明の第１実施形態による発光素子パッケージの斜視図である。 図１の発光素子パッケージにおける個別レンズ、共通レンズ、及び樹脂物を除去した状態の斜視図である。 図２の平面図である。 図１のＩＶ−ＩＶ線に沿って切った断面図である。 本発明の第１実施形態の第１変形例による発光素子パッケージの断面図である。 本発明の第１実施形態の第２変形例による発光素子パッケージの断面図である。 本発明の第１実施形態の第３変形例による発光素子パッケージの断面図である。 本発明の第１実施形態の第４変形例による発光素子パッケージの断面図である。 本発明の第１実施形態の第５変形例による発光素子パッケージの断面図である。 本発明の第１実施形態の第６変形例による発光素子パッケージの断面図である。 本発明の第１実施形態の第７変形例による発光素子パッケージの断面図である。 本発明の第１実施形態の第８変形例による発光素子パッケージの断面図である。 本発明の第１実施形態の第９変形例による発光素子パッケージの断面図である。 本発明の第１実施形態の第１０変形例による発光素子パッケージの断面図である。 本発明の第１実施形態の第１１変形例による発光素子パッケージの断面図である。 本発明の第１実施形態の第１１変形例による発光素子パッケージの平面図である。 本発明の第１実施形態の第１１変形例の他の例を示す平面図である。 本発明の第１実施形態の第１１変形例の他の例を示す平面図である。 本発明の第１実施形態の第１２変形例による発光素子パッケージの断面図である。 本発明の第１実施形態の第１３変形例による発光素子パッケージの断面図である。 本発明の第２実施形態による発光素子パッケージの断面図である。 本発明の第３実施形態による発光素子パッケージを示す断面図である。 本発明の第３実施形態の第１変形例による発光素子パッケージを示す断面図である。 本発明の第３実施形態の第２変形例による発光素子パッケージを示す断面図である。 本発明の第３実施形態の第３変形例による発光素子パッケージを示す断面図である。 本発明の実施形態による発光素子パッケージを含むバックライトユニットを説明する図である。 本発明の実施形態による発光素子パッケージを含む照明システムを説明する図である。
本発明を説明するに当たって、各層（膜）、領域、パターン、または構造物が、基板、各層（膜）、領域、パッド、またはパターンの“上（on）”に、または“下（under）”に形成されることと記載される場合において、“上（on）”と“下（under）”は、“直接（directly）”または“他の層を介して（indirectly）”形成されることを全て含む。また、各層の上または下に対する基準は、図面を基準として説明する。
図面において、各層の厚さやサイズは説明の便宜及び明確性のために誇張、省略、または概略的に図示された。また、各構成要素のサイズは実際のサイズを全的に反映するのではない。
以下、添付した図面を参照して実施形態を説明する。
図１は本発明の第１実施形態による発光素子パッケージの斜視図であり、図２は図１の発光素子パッケージにおける個別レンズ、共通レンズ、及び樹脂物を除去した状態の斜視図であり、図３は図２の平面図である。
図１乃至図３を参照すると、第１実施形態の発光素子パッケージ１００は、リセス（recess：凹み部あるいは窪み部）２０及び複数の発光素子収容部（以下、“収容部”）３０を含む胴体１０、収容部３０の内に個別的に位置する複数の発光素子５０、第１電極４１及び第２電極４２、及び複数の個別レンズ６０を含む。そして、複数の個別レンズ６０を覆う共通レンズ７０を含むことができる。
これをより詳しく説明すれば、次の通りである。
胴体１０は、ポリフタルアミド（polyphthal amide：ＰＰＡ）、液晶高分子（liquid crystal polymer：ＬＣＰ）、ポリアミド９Ｔ（poly amid 9T：ＰＡ９Ｔ）のような樹脂、金属、感光性ガラス（photo sensitive glass）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、セラミック、印刷回路基板（ＰＣＢ）などを含むことができる。しかしながら、本実施形態がこのような物質に限定されるものではない。
このような胴体１０は、発光素子パッケージ１００の用途及び設計によって多様な形状を有することができる。一例に、胴体１０の平面形状は、四角形、円形などの多様な形状を有することができる。
この胴体１０には上部が開放されるリセス２０が形成される。図面ではこのリセス２０の平面形状を円形に図示したが、これに限定されるものではない。したがって、リセス２０は四角形を含む多角形態の平面形状を有することもできる。
リセス２０の側面はリセス２０の底面に垂直または傾斜することができる。リセス２０が傾斜した側面を有する場合、リセス２０の側面と底面とがなす角度（図４のθ１、以下同一）は１００〜１７０度でありうる。この際、角度（θ１）を１２０度以上にして、発光素子５０から放出される光がよく反射されるようにすることができる。
このリセス２０の底面に収容部３０が複数に形成される。この複数の収容部３０は複数の発光素子５０を個別的に収容するために形成される。図面では複数の収容部３０の平面形状が円形状や、実施形態がこれに限定されるものではない。したがって、収容部３０は四角形を含む多角形態の平面形状を有することもできる。
そして、収容部３０の側面は収容部３０の底面に対して垂直とするか、あるいは傾斜させることができる。収容部３０が傾斜した側面を有する場合、収容部３０の側面と底面とがなす角度（図４のθ２、以下同一）は１００〜１７０度でありうる。この際、角度（θ２）を１２０度以上にして、発光素子５０から放出される光がよく反射されるようにすることができる。
このようなリセス２０及び複数の収容部３０を有する胴体１０は複数の層を積層して形成されたり、射出成形などにより形成される。その他の多様な方法により胴体１０を形成できることは勿論である。
このような胴体１０には発光素子５０に電気的に連結される第１電極４１及び第２電極４２が配置される。このような第１電極４１及び第２電極４２は所定の厚さを有する金属プレートで形成され、この表面に他の金属層がメッキされることもある。第１電極４１及び第２電極４２は伝導性に優れる金属で構成される。このような金属には、チタニウム（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、タンタリウム（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、スズ（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）などがある。
このような第１電極４１及び第２電極４２の一部は収容部３０を通じて露出され、残りの部分は胴体１０の内部を貫通して外部に露出される。本実施形態では、第１電極４１及び第２電極４２が収容部３０の底面に接して形成されるが、これに限定されるものではない。したがって、第１電極４１及び第２電極４２がリセス２０の底面に接して形成されたり、胴体１０の上面に接して形成されることもできる。
収容部３０の内には第１電極４１及び第２電極４２と電気的に連結されながら発光素子５０が位置する。発光素子５０は、ワイヤ５２を介したワイヤボンディングによって第１電極４１及び第２電極４２と電気的に連結されることもできる。
発光素子５０は２つの電極層が上方に露出するように配置された水平型チップまたは２つの電極層が互いに発光層の反対側に位置した垂直型チップで構成される。この際、水平型チップは、第１電極４１及び第２電極４２にそれぞれワイヤ５２により連結される。垂直型チップは、第１電極４１及び第２電極４２のうち、１つの電極には互いに接触して形成され、他の１つの電極にはワイヤ５２により連結される。図２及び３では、一例として水平型チップを基準にして図示した。
しかしながら、実施形態がこれに限定されるものではない。即ち、ワイヤボンディングの以外にダイボンディング（die bonding）またはフリップチップ（flip chip）方式などにより発光素子５０と第１及び第２電極４１、４２が電気的に連結される。
そして、この収容部３０の内に発光素子５０を封入しながら樹脂物（図４の参照符号８２、８４、以下同一）が詰められる。この樹脂物８２、８４は、シリコンまたはエポキシのような透光性材料からなる。この樹脂物８２、８４は、発光素子５０から放出された光を吸収して他の波長を放出する蛍光物質を含むことができる。
この樹脂物８２、８４の上に凸形状の個別レンズ６０が位置する。この個別レンズ６０は樹脂などをモールディングして形成されたり、別途に製作されたレンズを付着して使用することができる。図面及び説明では樹脂物８２、８４と個別レンズ６０とが互いに異なる構成であると図示及び説明するが、樹脂物８２、８４と個別レンズ６０とを同一の工程で同時に形成することもできる。この個別レンズ６０は、少なくとも一部分がリセス２０の底面と接触することもできる。
この個別レンズ６０を覆いながらリセス２０の上に共通レンズ７０が形成される。この共通レンズ７０は樹脂などをモールディングして形成されたり、別途に製作されたレンズを付着して使用することができる。共通レンズ７０が樹脂などにより構成された場合には蛍光物質を含むことができる。この共通レンズ７０は個別レンズ６０と離隔して配置されることもできる。
図４を参照して、本実施形態のリセス２０、収容部３０、発光素子５０、個別レンズ６０、共通レンズ７０、及び樹脂物８２、８４についてより詳しく説明する。図４は、図１のＩＶ−ＩＶ線に沿って切った断面図である。
本実施形態において、１つのリセス２０には複数の発光素子５０ａ、５０ｂを個別に収容する複数の収容部３２、３４が形成される。以下、複数の収容部３２、３４が第１収容部３２及び第２収容部３４を含むことを例示した。
ここで、樹脂物８２、８４に蛍光物質が含まれる場合には、十分な量の蛍光物質が含まれるように収容部３２、３４の深さ（Ｈ２）が発光素子５０ａ、５０ｂより大きいことがある。一例に、収容部３２、３４の深さ（Ｈ２）が発光素子５０ａ、５０ｂより少なくても３０μｍ以上大きく形成される。そして、リセス２０の深さ（Ｈ１）は、収容部３２、３４の深さ（Ｈ２）より小さいことがある。これは、リセス２０の深さ（Ｈ１）が過度に大きくなると、反射により損失される光量が多くなるためである。
このように、本実施形態ではリセス２０の深さ（Ｈ１）と収容部３２、３４の深さ（Ｈ２）を最適化して発光素子パッケージ１００の効率向上により寄与することができる。
複数の収容部３２、３４には複数の発光素子５０ａ、５０ｂが一対一対応して位置する。即ち、第１発光素子５０ａが第１収容部３２に位置し、第２発光素子５０ｂが第２収容部３４に位置する。そして、第１収容部３２の内には第１樹脂物８２が位置し、第２収容部３４の内には第２樹脂物８４が位置する。
この際、第１及び第２発光素子５０ａ、５０ｂは、同一の波長の光を放出する同種の発光素子であることもあり、互いに異なる波長の光を放出する異種の発光素子であることもある。第１樹脂物８２、第２樹脂物８４、及び共通レンズ７０の蛍光物質も互いに同一の種類の蛍光物質であることもあり、互いに異なる種類の蛍光物質であることもある。蛍光物質には、サルファイド系、シリケート系、イットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）系、窒酸化物係、窒化物系などの多様な蛍光物質を使用することができる。
一例に、第１及び第２発光素子５０ａ、５０ｂが青色光を放出する発光素子であり、第１及び第２樹脂物８２、８４の蛍光物質が黄色光を放出する蛍光物質（以下、“黄色蛍光物質”）でありうる。
他の例に、第１及び第２発光素子５０ａ、５０ｂは青色光を放出する発光素子であり、第１樹脂物８２の蛍光物質が黄色蛍光物質であり、第２樹脂物８４の蛍光物質が緑色光を放出する蛍光物質（以下、“緑色光物質”）でありうる。この際、第１発光素子５０ａと黄色蛍光物質との組合が第２発光素子５０ｂと緑色蛍光物質との組合より効率に優れることがある。そして、共通レンズ７０の蛍光物質が赤色光を放出する蛍光物質（以下、“赤色蛍光物質”）でありうる。
即ち、従来には１つの樹脂物のみを使用し、複数の発光素子５０ａ、５０ｂに互いに異なる樹脂物を使用することが不可能であった。本実施形態では、第１及び第２発光素子５０ａ、５０ｂを個別的に第１及び第２収容部３２、３４に位置させるので、第１及び第２樹脂物８２、８４の蛍光物質を互いに異なる物質で形成することも可能である。これによって、第１及び第２発光素子５０ａ、５０ｂの特性を考慮して蛍光物質を使用することができる。
また、異種の蛍光物質を異なる空間である各収容部３２、３４又は／及びリセス２０に位置するようにすることができるので、異種の蛍光物質を混合して発生する問題を防止することができる。例えば、赤色蛍光物質が他の蛍光物質と混合される場合、赤色蛍光物質が他の蛍光物質から変換された波長の光を吸収して全体的に輝度と効率を低下させることがある。本実施形態では、このような赤色蛍光物質を他の蛍光物質と他の空間に位置させて輝度の低下を防止することができる。
第１収容部３２の上に第１個別レンズ６０ａが位置し、第２収容部３４の上に第１個別レンズ６０ａと離隔する第２個別レンズ６０ｂが位置する。本実施形態において、第１及び第２個別レンズ６０ａ、６０ｂはリセス２０の側面で一定間隔離隔して形成され、各発光素子５０ａ、５０ｂの上で凸形状を有することができる。
従来のように、複数の発光素子５０ａ、５０ｂに対応するレンズを１つのレンズのみで形成する場合、レンズの表面が緩やかな曲面からなる。これによって、レンズの表面で全反射が多く発生して効率が減少する。一方、本実施形態のように、第１及び第２発光素子５０ａ、５０ｂの各々に対応するように第１及び第２個別レンズ６０ａ、６０ｂを備える場合には、レンズの表面が比較的大きい曲率を有することができるので、全反射を減らすことができ、これによって効率を向上させることができる。
この際、第１及び第２個別レンズ６０ａ、６０ｂは効率を考慮して略半球形の形状を有することができる。従来のように複数の発光素子５０ａ、５０ｂに１つのレンズを使用する場合には、半球形のレンズを使用すれば、発光素子パッケージ１００の厚さが厚過ぎるようになることがあるので、半球形のレンズを使用することができなかった。一方、本実施形態では第１及び第２個別レンズ６０ａ、６０ｂを備えて効率の面で優れる半球形の形状を有することができる。
また、第１及び第２個別レンズ６０ａ、６０ｂを備えるので、第１及び第２発光素子５０ａ、５０ｂの特性を考慮して第１及び第２個別レンズ６０ａ、６０ｂの形状、材質などを互いに異なるようにすることができる。これによって、多様な構造の発光素子パッケージ１００を形成することができる。第１及び第２個別レンズ６０ａ、６０ｂの形状、材質などを異なるようにした実施形態は、図２２乃至図２５を参照して後述する。
この第１個別レンズ６０ａ及び第２個別レンズ６０ｂを覆いながら共通レンズ７０が形成される。この共通レンズ７０の屈折率を第１及び第２個別レンズ６０ａ、６０ｂより小さくして光抽出効率をより向上することができる。即ち、光が高い屈折率の物質から低い屈折率の物質に通過するようにして、フレネル（Fresnel）反射などによる損失を最小化することができる。
このように、本実施形態では各発光素子５０ａ、５０ｂの特性を考慮して多様な発光素子パッケージ１００を製造することができ、発光素子パッケージ１００の効率を向上することができる。
前述した第１実施形態において、個別レンズ又は／及び共通レンズの形状を変形した変形例を図５乃至図１１を参照して説明する。明確な説明のために、第１実施形態と同一または極めて類似の構成に対しては詳細な説明を省略し、互いに異なる構成に対してのみ詳しく説明する。
図５は、本発明の第１実施形態の第１変形例による発光素子パッケージの断面図である。
図５を参照すると、本変形例では、個別レンズ６０２の上部に凹部６０２ａが形成される。このような凹部６０２ａはリセス２０の底面に向けて凹まれた形態を有しており、個別レンズ６０２の他の部分と緩やかな曲面をなしながら連結される。このような凹部６０２ａは、光が個別レンズ６０２の周辺部を通じて外部に放出されるように誘導する。即ち、このような個別レンズ６０２を使用して指向角を広げることができる。
図６は、本発明の第１実施形態の第２変形例による発光素子パッケージの断面図である。
図６を参照すると、本変形例の発光素子パッケージにおいて、個別レンズ６０２は上部に凹部６０２ａが形成され、この凹部６０２ａの内に反射物質６０４が形成される。この反射物質６０４は、個別レンズ６０２の上面の５乃至６０％の面積に位置することができる。
このように、凹部６０２ａの内に位置した反射物質６０４は、発光素子５０から放出された光、または収容部３０の側面または底面で反射された光のうち、凹部６０２ａに進行する光を反射する。これによって、発光素子５０から放出された光、または収容部３０の側面または底面で反射された光は凹部６０２ａが形成されない部分を通じて外部に放出される。これによって、光が個別レンズ６０２の周辺部を通じて外部に放出されるため、広い指向角の光を提供することができる。
例えば、上記反射物質６０４は、透過率が７０％以上の有機物に光を反射または散乱させることができる無機物を混合して凹部６０２ａの上に形成される。無機物は、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ、Ａｌ２Ｏ３、Ａｇのうち、少なくともいずれか１つを含むことができる。有機物と無機物との配合比によって光を全反射したり一部反射することができ、有機物と無機物との配合比は１：０．００１〜１：１となることもできる。
また、例えば、反射物質６０４は、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ、Ａｇ、Ｔｉのうち、少なくともいずれか１つで形成された蒸着膜でありうる。この蒸着膜は１００Å以上の厚さで形成される。
本実施形態による発光素子パッケージは、発光素子５０と垂直方向にオーバーラップする領域の個別レンズ６０２に凹部６０２ａを形成し、この凹部６０２ａに反射物質６０４を形成することで、発光素子５０から放出される光の指向角を調節することができる。
図７は、本発明の第１実施形態の第３変形例による発光素子パッケージの断面図である。
図７を参照すると、本変形例において、個別レンズ６０６は表面に一定のパターン、一例として凹凸が形成される。このパターンは発光素子５０から放出された光が透過または反射される時、この光を屈折または分散させる。これによって、個別レンズ６０６の中央部と側面部の光が均一な光度の分布を有することができる。また、個別レンズ６０６の中央部と側面部との間の色ばらつきを減少させることができる。
図８は、本発明の第１実施形態の第４変形例による発光素子パッケージの断面図である。
図８を参照すると、本変形例の発光素子パッケージにおいて、個別レンズ６０８は四角レンズからなる。このように、本変形例では多様な形状の個別レンズ６０８を使用することができる。
図９は、本発明の第１実施形態の第５変形例による発光素子パッケージの断面図である。
図９を参照すると、本変形例の発光素子パッケージにおける個別レンズ６１０は四角レンズから構成され、この個別レンズ６１０にマイクロレンズ６１０ａが形成される。図９では、一例に、マイクロレンズ６１０ａの断面が三角形状であると図示したが、本変形例がこれに限定されるものではない。したがって、マイクロレンズ６０１ａは、円形、楕円形、または多角形の断面を有することができる。
このようなマイクロレンズ６１０ａを備えた個別レンズ６１０は、発光素子５０から放出された光を屈折させて混色を容易にすることができる。
図１０は、本発明の第１実施形態の第６変形例による発光素子パッケージの断面図である。
図１０を参照すると、本変形例の発光素子パッケージにおいて、個別レンズ６１２は四角レンズであり、その上部に凹部６１２ａが形成される。このような凹部６１２ａにより発光素子５０から放出された光の指向角を広げることができる。
図１１は、本発明の第１実施形態の第７変形例による発光素子パッケージの断面図である。
図１１を参照すると、本変形例の発光素子パッケージでは共通レンズ７２が四角レンズに形成される。このように、本変形例では多様な形状の共通レンズ７２を使用することができる。このような共通レンズ７２に、図９に図示したようなマイクロレンズを形成したり、図１０に図示したような凹部を形成することもできる。
前述した第１実施形態において、蛍光物質の配置構造を変形した変形例を図１２乃至図１４を参照して説明する。明確な説明のために、第１実施形態と同一または極めて類似の構成に対しては詳細な説明を省略し、互いに異なる構成に対してのみ詳しく説明する。
図１２は、本発明の第１実施形態の第８変形例による発光素子パッケージの断面図である。
図１２を参照すると、本変形例は発光素子５０の上に蛍光物質を含むフィルム８０２が塗布されるということから、収容部３０の内部を蛍光物質を含む樹脂で詰める第１実施形態と差がある。
フィルム８０２は、透光性フィルムに蛍光物質が含まれて形成される。この透光性フィルムは、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリプロピレン、石英、ガラスなどの透明な物質からなることができる。蛍光物質には、サルファイド系、シリケート系、イットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）系、窒酸化物係、窒化物系などが使われる。
このようなフィルム８０２を使用すれば、蛍光物質を発光に寄与できる発光素子５０の上で均一に分布させることができる。
図１３は、本発明の第１実施形態の第９変形例による発光素子パッケージの断面図である。
図１３を参照すると、本変形例は発光素子５０の上に蛍光物質を含むフィルム８０２が塗布され、収容部３０の内部の他の空間が樹脂物８０４で詰められる。このような樹脂物８０４は、エポキシ、シリコンなどを含むことができる。このような樹脂物８０４によりフィルム８０２がより安定的に発光素子５０の上に配置される。
図１４は、本発明の第１実施形態の第１０変形例による発光素子パッケージの断面図である。
図１４を参照すると、本変形例では、収容部３０２の上部に段差３０２ａが形成され、この段差３０２ａに蛍光物質を含むフィルム８０２が提供される。本変形例では、収容部３０２の上部に段差３０２ａが形成されて、この段差３０２ａにフィルム８０２が安定的に固定される。
この段差３０２ａは、フィルム８０２の厚さと実質的に同一の深さを有することができる。しかしながら、本実施形態がこれに限定されるものではなく、段差３０２ａの深さがフィルム８０２の厚さより薄いか厚いものも可能である。
図１４ではフィルム８０２の下の空間が空いているものと図示したが、図１３のようにこの空間に樹脂物を形成できることは勿論である。
前述した第１実施形態において、胴体を変形した変形例を図１５乃至図１９を参照して説明する。明確な説明のために、第１実施形態と同一または極めて類似の構成に対しては詳細な説明を省略し、互いに異なる構成に対してのみ詳しく説明する。
図１５は本発明の第１実施形態の第１１変形例による発光素子パッケージの断面図であり、図１６は本発明の第１実施形態の第１１変形例による発光素子パッケージの平面図である。図１７及び図１８は、本発明の第１実施形態の第１１変形例の他の例を示す平面図である。
図１５を参照すると、本変形例による胴体１０は個別レンズ６０をガイド及び固定するガイド部材１０２を備える。このようなガイド部材１０２は、別途の工程により製作されて胴体１０に付着することができる。または、胴体１０を形成する射出工程などで、ガイド部材１０２と胴体１０とを一体形成することもできる。
図１６を参照すると、ガイド部材１０２は個別レンズ６０の縁に沿って形成される閉曲線の形状を備えることができる。本変形例では、個別レンズ６０の平面形状が円形に形成されてガイド部材１０２が環状からなることができる。個別レンズ６０の平面形状が四角の場合にはガイド部材もこれによって個別レンズ６０に対応する部分が開いた四角形に形成される。
このようなガイド部材１０２によって個別レンズ６０が発光素子５０の上で、効率を極大化することができる位置に形成される。
図１６では、複数の個別レンズ６０をガイド（案内）するガイド部材１０２が１つに連結されているものが図示されているが、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、図１７のように、それぞれの個別レンズ６０をガイドするガイド部材１０４が互いに離隔して形成されることも可能である。
また、図１８に示すように、ガイド部材１０６が個別レンズ６０の間で一字形状に形成されることもできる。ガイド部材１０６は、その他に多様な平面形状を有することができることは勿論である。
図１９は、本発明の第１実施形態の第１２変形例による発光素子パッケージの断面図である。
図１９を参照すると、本変形例の胴体１０ａは、上部に共通レンズ７４を固定するための段差１０８を備える。図１９では、共通レンズ７４として別途に製作レンズを使用し、共通レンズ７４の下部のリセス２０の空間を樹脂物８８で詰めた例が図示された。この樹脂物８８に蛍光物質が含まれる。
このような段差１０８により共通レンズ７４を所望の位置に強固に固定することができる。
前述した第１実施形態において、第１電極及び第２電極を変形した変形例を図２０を参照して説明する。
図２０は、本発明の第１実施形態の第１３変形例による発光素子パッケージの断面図である。
図２０を参照すると、本実施形態の第１電極４１は、複数の発光素子５０にそれぞれ対応する複数の電極部４１ａ、４１ｂを具備し、第２電極４２も複数の発光素子５０に対応する複数の電極部４２ａ、４２ｂを具備する。これによって、複数の発光素子５０を互いに別に駆動することができる。
以下、図２１を参照して、第２実施形態による発光素子パッケージを説明する。図２１は、本発明の第２実施形態による発光素子パッケージの断面図である。
本実施形態では、１つのリセス２０に３個の収容部３２、３４、３６、３個の発光素子５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、及び３個の個別レンズ６０ａ、６０ｂ、６０ｃが位置する。
図２１には３個の収容部３２、３４、３６が１つの列を成して形成されるものを図示したが、実施形態がこれに限定されるものではない。したがって、４個以上の収容部が形成され、これらが多角形構造をなしながら配置されたり、２つ以上の列を成して配置される。
ここで、第１乃至第３発光素子５０ａ、５０ｂ、５０ｃは同一の波長の光を放出する同種の発光素子であることもあり、互いに異なる波長の光を放出する異種の発光素子であることもある。第１、第２、及び／又は第３樹脂物８２、８４、８６の蛍光物質も互いに同一の種類の蛍光物質であることもあり、互いに異なる種類の蛍光物質であることもある。
一例に、第１乃至第３発光素子５０ａ、５０ｂ、５０ｃが青色光を放出する発光素子であり、第１乃至第３樹脂物８２、８４、８６の蛍光物質が黄色蛍光物質でありうる。
他の例に、第１乃至第３発光素子５０ａ、５０ｂ、５０ｃが青色光を放出する発光素子であり、第１乃至第３樹脂物８２、８４、８６の蛍光物質が緑色蛍光物質及び赤色蛍光物質を共に含むことができる。
更に他の例に、第１乃至第３発光素子５０ａ、５０ｂ、５０ｃが青色光を放出する発光素子であり、第１乃至第３樹脂物８２、８４、８６の蛍光物質が緑色蛍光物質、赤色蛍光物質、及び黄色蛍光物質を共に含むことができる。
更に他の例に、第１乃至第３発光素子５０ａ、５０ｂ、５０ｃが青色光を放出する発光素子であり、第１、第２、及び第３樹脂物８２、８４、８６の蛍光物質がそれぞれ黄色、緑色、及び赤色蛍光物質でありうる。この際、第１発光素子５０ａと黄色蛍光物質との組合の効率が最も高く、第３発光素子５０ｃと赤色蛍光物質との組合の効率が最も低いことがある。
更に他の例に、第１発光素子５０ａが緑色光を放出する発光素子であり、第２発光素子５０ｂが青色光を放出する発光素子であり、第３発光素子５０ｃが赤色光を放出する発光素子でありうる。この際、第１及び第３樹脂物８２、８６には蛍光物質が含まれず、第２樹脂物８４は黄色蛍光物質を含むことができる。この際、第１発光素子５０ａの効率が最も高く、第２発光素子５０ｂと黄色蛍光物質との組合の効率がその次に高く、第３発光素子５０ｃの効率が最も低いことがある。
更に他の例に、第１乃至第３発光素子５０ａ、５０ｂ、５０ｃが紫外線（ＵＶ）を放出する発光素子であり、第１、第２、及び第３樹脂物８２、８４、８６の蛍光物質がそれぞれ黄色、緑色、及び赤色の光を放出する蛍光物質でありうる。この際、第１発光素子５０ａと黄色蛍光物質との組合の効率が最も高く、第３発光素子５０ｃと赤色蛍光物質との組合の効率が最も低いことがある。
その他にも、多様な組合の発光素子及び蛍光物質が使用できることは勿論である。
以下、第３実施形態及びその変形例による発光素子パッケージを図２２乃至２５を参照して説明すれば、次の通りである。
図２２は、本発明の第３実施形態による発光素子パッケージを示す断面図である。図２３は、本発明の第３実施形態の第１変形例による発光素子パッケージを示す断面図である。
図２２を参照すると、本実施形態では、第１個別レンズ６１４ａと第２個別レンズ６１４ｂとが互いに異なる形状を有する。一例に、第１及び第２個別レンズ６１４ａ、６１４ｂの直径及び高さを異にして曲率が互いに異なる場合を例示する。これは、第１発光素子５０ａの効率が第２発光素子５０ｂの効率と異なることを考慮したものである。
ここで、第１発光素子５０ａの効率とは、第１樹脂物３２に蛍光物質が含まれた場合には第１発光素子５０ａと蛍光物質との組合による効率を意味し、第１樹脂物３２に蛍光物質が含まれていない場合には第１発光素子５０ａの効率を意味する。同様に、第２発光素子５０ｂの効率とは、第２樹脂物３４に蛍光物質が含まれた場合には第２発光素子５０ｂと蛍光物質との組合による効率を意味し、第２樹脂物３４に蛍光物質が含まれていない場合には第２発光素子５０ｂの効率を意味する。
本実施形態では、第１発光素子５０ａの効率が第２発光素子５０ｂの効率より大きい場合を例示する。この際、第１発光素子５０ａに対応する第１個別レンズ６１４ａより第２発光素子５０ｂに対応する第２個別レンズ６１４ｂが半球形に近い形態に形成される。
このように、第２個別レンズ６１４ｂが半球形に一層近い形態に形成されるので、光抽出効率が第１個別レンズ６１４ａより優れる。これによって、相対的に低い第２発光素子５０ｂの効率を補償することができる。これによって、第１及び第２発光素子５０ａ、５０ｂの互いに異なる効率を均一化させることができる。
より具体的に、第２個別レンズ６１４ｂが略半球形であるので、高さ（Ｔ２）に対する直径（Ｗ２）の比率が約２である。そして、第１個別レンズ６１４ａの直径（Ｗ１）は第２個別レンズ６１４ｂの直径（Ｗ２）と同一であり、高さ（Ｔ１）が第２個別レンズ６１４ｂの高さ（Ｔ２）より小さいことがある。これによると、第１個別レンズ６１４ａの高さ（Ｔ１）に対する直径（Ｗ１）の比率が２より大きい値を有する。
即ち、第２個別レンズ６１４ｂの高さ（Ｔ２）に対する直径（Ｗ２）の比率が第１個別レンズ６１４ａの高さ（Ｔ１）に対する直径（Ｗ１）の比率より２に近いことがある。
図２２には第１個別レンズ６１４ａの高さ（Ｔ１）を第２個別レンズ６１４ｂの高さ（Ｔ２）より小さくしたものを例示したが、本実施形態がこれに限定されるものではない。したがって、図２３に示すように、第１個別レンズ６１４ｃの高さ（Ｔ３）を第２個別レンズ６１４ｂの高さ（Ｔ２）より大きくすることも可能である。これによると、第１個別レンズ６１４ｃの高さ（Ｔ３）に対する直径（Ｗ１）の比率が２より小さな値を有する。したがって、第２個別レンズ６１４ｂの高さ（Ｔ２）に対する直径（Ｗ２）の比率が第１個別レンズ６１４ｃの高さ（Ｔ３）に対する直径（Ｗ１）の比率より２に近いことがある。
また、図示してはいないが、個別レンズの幅を異にして互いに異なる光抽出効率を有する個別レンズを形成することも可能である。
このように、本実施形態では各発光素子５０ａ、５０ｂに対応してそれぞれ個別レンズ６１４ａ、６１４ｂを形成して、各個別レンズ６１４ａ、６１４ｂの形状を互いに異なるようにすることができる。これによって、各発光素子５０ａ、５０ｂの互いに異なる特性を補償して光が均一に放出できるようにする。
図２４は、本発明の第３実施形態の第２変形例による発光素子パッケージを示す断面図である。
本変形例では、第１発光素子５０ａに対応する第１個別レンズ６１６ａと第２発光素子５０ｂに対応する第２個別レンズ６１６ｂとを互いに異なる物質で構成する。
第１発光素子５０ａの効率が第２発光素子５０ｂの効率より高い場合を例示する。この際、第１個別レンズ６１６ａは屈折率が１．４以上で、かつ１．５未満の物質からなり、第２個別レンズ６１６ｂは屈折率が１．５以上で、かつ１．６未満の物質からなることができる。このような第１及び第２個別レンズ６１６ａ、６１６ｂは多様な物質で構成される。
一般に、屈折率が１．４帯の物質より屈折率が１．５の物質でレンズを形成した場合に光抽出効率が高い。したがって、屈折率が１．５帯の物質から構成された第２個別レンズ６１６ｂの光抽出効率が第１個別レンズ６１６ａの光抽出効率より高い。これによって、第１及び第２発光素子５０ａ、５０ｂの効率の差を補償することができる。
上記では、一例として特定の屈折率を提示したが、本変形例がこれに限定されるものではない。即ち、光抽出効率の高いレンズを相対的に効率の低い第２発光素子５０ｂの上に形成し、光抽出効率の低いレンズを相対的に効率の高い第１発光素子５０ａの上に形成すればよい。
図２５は、本発明の第３実施形態の第３変形例による発光素子パッケージを示す断面図である。
図２５を参照すると、第１個別レンズ６１８ａが凸形状のレンズからなり、第２個別レンズ６１８ｂが上部に形成された凹部に反射物質６２０が詰められたレンズからなる。このように、本変形例では、互いに異なる構造の個別レンズ６１８ａ、６１８ｂを共に使用する。本変形例は、図２５に図示された場合に限定されるものではない。したがって、個別レンズ６１８ａ、６１８ｂには、図４乃至図１０に示す個別レンズを自由に使用することができる。
前述した実施形態及び変形例による発光素子パッケージは、バックライトユニット、指示装置、ランプ、街灯のような照明システムとして機能することができる。これを図２６及び図２７を参照して説明する。
図２６は、本発明の実施形態による発光素子パッケージを含むバックライトユニットを説明する図である。但し、図２６のバックライトユニット１１００は照明システムの一例であり、これに限定されるものではない。
図２６を参照すると、バックライトユニット１１００は、ボトムカバー１１４０、このボトムカバー１１４０の内に配置された光ガイド部材１１２０、及びこの光ガイド部材１１２０の少なくとも一側面または下面に配置された発光モジュール１１１０を含むことができる。また、光ガイド部材１１２０の下には反射シート１１３０が配置される。
ボトムカバー１１４０は、光ガイド部材１１２０、発光モジュール１１００、及び反射シート１１３０が収納できるように上面が開口されたボックス（box）形状に形成され、金属または樹脂で形成される。しかしながら、これに限定されるものではない。
発光モジュール１１１０は、基板７００に搭載された複数の発光素子パッケージ６００を含むことができる。複数の発光素子パッケージ６００は、光ガイド部材１１２０に光を提供する。
図示したように、発光モジュール１１１０は、ボトムカバー１１４０の内側面のうち、少なくともいずれか１つに配置され、これによって、光ガイド部材１１２０の少なくとも１つの側面に向けて光を提供することができる。
但し、発光モジュール１１１０は、ボトムカバー１１４０の内で光ガイド部材１１２０の下に配置されて、光ガイド部材１１２０の下面に向けて光を提供することもできる。これは、バックライトユニット１１００の設計によって多様に変形可能である。
光ガイド部材１１２０は、ボトムカバー１１４０の内に配置される。光ガイド部材１１２０は、発光モジュール１１１０から提供された光を面光源化して、表示パネルにガイドすることができる。
このような光ガイド部材１１２０は、例えば、導光板（light guide panel：ＬＧＰ）でありうる。この導光板は、例えば、ポリメチルメタアクリレート（polymethyl metaacrylate：ＰＭＭＡ）のようなアクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート（polyethylene terephthalate：ＰＥＴ）、環状オレフィン共重合体（ＣＯＣ）、ポリカーボネート（polycarbonate：ＰＣ）、ポリエチレンナフタレート（polyethylene naphthalate）樹脂のうちの１つで形成される。
この光ガイド部材１１２０の上側に光学シート１１５０が配置される。
この光学シート１１５０は、例えば、拡散シート、集光シート、輝度上昇シート、及び蛍光シートのうち、少なくとも１つを含むことができる。例えば、光学シート１１５０が拡散シート、集光シート、輝度上昇シート、及び蛍光シートが積層されて形成される。この場合、拡散シート１１５０は、発光モジュール１１１０から出射された光を均等に拡散させ、この拡散された光が集光シートにより表示パネルに集光される。この際、集光シートから出射される光はランダムに偏光された光である。輝度上昇シートは、集光シートから出射された光の偏光度を増加させることができる。集光シートは、例えば、水平又は／及び垂直プリズムシートでありうる。そして、輝度上昇シートは、例えば、照度強化フィルム（dual brightness enhancement film）でありうる。また、蛍光シートは蛍光体が含まれた透光性プレートまたはフィルムでありうる。
光ガイド部材１１２０の下には反射シート１１３０が配置される。反射シート１１３０は、光ガイド部材１１２０の下面を通じて放出される光を光ガイド部材１１２０の出射面に向けて反射することができる。この反射シート１１３０は、反射率の良い樹脂、例えば、ＰＥＴ、ＰＣ、ポリビニールクロライド（poly vinyl chloride）、レジンなどで形成されるが、これに限定されるものではない。
図２７は、本発明の実施形態による発光素子パッケージを含む照明システムを説明する図である。但し、図２７の照明システム１２００は照明システムの一例であり、これに対して限定するものではない。
図２７を参照すると、照明システム１２００は、ケース胴体１２１０、このケース胴体１２１０に設置された発光モジュール１２３０、及びケース胴体１２１０に設置され、外部電源から電源が提供される連結端子１２２０を含むことができる。
ケース胴体１２１０は、放熱特性の良好な物質で形成されることが好ましく、例えば金属または樹脂で形成される。
発光モジュール１２３０は、基板７００及び該基板７００に搭載される少なくとも１つの発光素子パッケージ６００を含むことができる。
上記基板７００は絶縁体に回路パターンが印刷されたものであることがあり、例えば、一般印刷回路基板（printed circuit board：ＰＣＢ）、メタルコア（metal core）ＰＣＢ、軟性（flexible）ＰＣＢ、セラミックＰＣＢなどを含むことができる。
また、基板７００は光を効率的に反射する物質で形成されたり、表面が光が効率的に反射されるカラー、例えば白色、銀色などで形成される。
基板７００の上には少なくとも１つの発光素子パッケージ６００が搭載される。
発光素子パッケージ６００は、各々少なくとも１つの発光素子（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を含むことができる。発光素子は。赤色、緑色、青色、または白色の有色光を各々発光する有色発光素子及び紫外線（ＵＶ：Ultra Violet）を発光するＵＶ発光素子を含むことができる。
発光モジュール１２３０は、色感及び輝度を得るために多様な発光素子の組合を有するように配置される。例えば、高演色性（ＣＲＩ）を確保するために、白色発光素子、赤色発光素子、及び緑色発光素子を組合せて配置することができる。また、発光モジュール１２３０から放出される光の進行経路上には蛍光シートがさらに配置され、蛍光シートは上記発光モジュール１２３０から放出される光の波長を変化させる。例えば、発光モジュール１２３０から放出される光が青色波長帯を有する場合、蛍光シートには黄色蛍光体が含まれ、発光モジュール１２３０から放出された光は上記蛍光シートを経て最終的に白色光と見えるようになる。
連結端子１２２０は、発光モジュール１２３０と電気的に連結されて電源を供給することができる。図２７の図示によると、連結端子１２２０はソケット方式により外部電源に螺合されるが、これに対して限定するものではない。例えば、連結端子１２２０はピン（pin）形態に形成されて外部電源に挿入されたり、配線により外部電源に連結されることもできる。
前述したような照明システムは、上記発光モジュールから放出される光の進行経路上に、光ガイド部材、拡散シート、集光シート、輝度上昇シート、及び蛍光シートのうち、少なくともいずれか１つが配置されて、所望の光学的効果を得ることができる。
以上、説明したように、照明システムは、光効率が向上し、均一な光を放出する発光素子パッケージを含むことで、優れる光効率及び特性を有することができる。
以上、実施形態に説明された特徴、構造、効果などは、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれ、必ず１つの実施形態のみに限定されるのではない。延いては、各実施形態で例示された特徴、構造、効果などは、実施形態が属する分野の通常の知識を有する者により他の実施形態に対しても組合または変形されて実施可能である。したがって、このような組合と変形に関連した内容は本発明の範囲に含まれることと解釈されるべきである。
以上、本発明を好ましい実施形態をもとに説明したが、これは単なる例示であり、本発明を限定するのでない。本発明の本質的な特性を逸脱しない範囲内で、多様な変形及び応用が可能であることが同業者にとって明らかである。例えば、実施形態に具体的に表れた各構成要素は変形して実施することができ、このような変形及び応用にかかわる差異点も、特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

Claims (15)

  1. リセスと、
    前記リセスの底面に配置された第１及び第２発光素子収容部を含む胴体と、
    前記第１発光素子収容部に提供された第１発光素子と、
    前記第２発光素子収容部に提供された第２発光素子と、
    前記第１発光素子の上に配置された第１個別レンズと、
    前記第２発光素子の上に配置された第２個別レンズと、
    前記第１個別レンズ及び前記第２個別レンズを覆う共通レンズと、を含み、
    前記第２個別レンズの屈折率は、前記第１個別レンズの屈折率より大きく、
    前記第２個別レンズを介した光抽出効率が、前記第１個別レンズを介した光抽出効率より大きく、
    前記第１発光素子の発光効率は、前記第２発光素子の発光効率より大きく、
    前記第１発光素子の発光効率と前記第２発光素子の発光効率との間の差が、前記第１個別レンズを介した光抽出効率と前記第２個別レンズを介した光抽出効率との間の差によって補償され、前記第１個別レンズ及び前記第２個別レンズのそれぞれを介して抽出された光が、前記共通レンズの外部に均一に放出されることを特徴とする発光素子パッケージ。
  2. 前記第１及び第２個別レンズのうちの少なくとも１つは、上部領域に提供されて、前記リセスの底面に向けて凹んだ形態の凹部を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子パッケージ。
  3. 前記凹部の内に提供された反射物質を含むことを特徴とする、請求項２に記載の発光素子パッケージ。
  4. 前記第１及び第２個別レンズは、前記リセスの側面と離隔することを特徴とする、請求項１乃至３のうち、いずれか１項に記載の発光素子パッケージ。
  5. 前記共通レンズは、前記リセスの上に位置することを特徴とする、請求項１乃至４のうち、いずれか１項に記載の発光素子パッケージ。
  6. 前記共通レンズの屈折率より前記第１及び第２個別レンズの屈折率がより大きいことを特徴とする、請求項１乃至５のうち、いずれか１項に記載の発光素子パッケージ。
  7. 前記リセスに前記共通レンズを固定する段差が形成されることを特徴とする、請求項１乃至６のうち、いずれか１項に記載の発光素子パッケージ。
  8. 前記リセスの深さより前記第１及び第２発光素子収容部の深さがより深いことを特徴とする、請求項１乃至７のうち、いずれか１項に記載の発光素子パッケージ。
  9. 前記第１個別レンズと前記第２個別レンズは形状が互いに異なることを特徴とする、請求項１乃至８のうち、いずれか１項に記載の発光素子パッケージ。
  10. 前記第２個別レンズの屈折率が１．５以上、１．６未満であり、前記第１個別レンズの屈折率が１．４以上、１．５未満であることを特徴とする、請求項１乃至９のうち、いずれか１項に記載の発光素子パッケージ。
  11. 前記第１収容部及び前記第２収容部のうち、少なくとも１つの内部に蛍光物質が位置することを特徴とする、請求項１乃至１０のうち、いずれか１項に記載の発光素子パッケージ。
  12. 前記第１収容部の内に位置する蛍光物質と前記第２収容部の内に位置する蛍光物質とが互いに異なる種類であることを特徴とする、請求項１１に記載の発光素子パッケージ。
  13. 前記第１及び第２個別レンズの上の前記リセスの内に第２蛍光物質が位置することを特徴とする、請求項１１に記載の発光素子パッケージ。
  14. 前記第１及び第２個別レンズの間に前記第１及び第２個別レンズをガイドするガイド部材をさらに含むことを特徴とする、請求項１乃至１３のうち、いずれか１項に記載の発光素子パッケージ。
  15. 基板と、
    前記基板の上に配置される請求項１乃至請求項１４のうちのいずれか１項による発光素子パッケージを含む発光モジュールと、を含むことを特徴とする、照明システム。
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