KR100845041B1 - 조명 장치용 렌즈와 이를 구비한 발광 다이오드 및 조명장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조명 장치용 렌즈 및 이를 구비한 발광 다이오드에 관한 것으로, 베이스면, 베이스면과 인접하게 형성되며, 제1 곡률 반경을 갖는 제1 굴절면 및 제1 굴절면과 인접하게 형성되며, 제2 곡률 반경을 갖는 제2 굴절면을 포함하며, 제2 곡률 반경은 제1 곡률 반경 보다 큰 조명 장치용 렌즈 및 이를 구비한 발광 다이오드가 제공된다.

조명 장치, 렌즈, 발광 다이오드, 굴절면, 곡률 반경

Description

조명 장치용 렌즈와 이를 구비한 발광 다이오드 및 조명 장치 {Lens, light emitting diode and lighting apparatus having the same}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조명 장치용 렌즈의 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 조명 장치용 렌즈의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 조명 장치용 렌즈를 구비한 발광 다이오드의 개략적인 단면도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 조명 장치용 렌즈를 구비한 발광 다이오드의 광 지향 패턴을 나타낸 도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 조명 장치용 렌즈를 구비한 발광 다이오드로부터 출사된 광의 지향각 분포를 나타낸 도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100: 렌즈 110: 베이스면

120: 제1 굴절면 130: 제2 굴절면

210: 기판 220: 리드 프레임

230: 발광칩 240: 와이어

본 발명은 조명 장치용 렌즈와 이를 구비한 발광 다이오드 및 조명 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특정 광 지향각 분포를 갖는 조명 장치용 렌즈와 이를 구비한 발광 다이오드 및 조명 장치에 관한 것이다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 특정 광 지향각 분포를 갖는 조명 장치용 렌즈 및 이를 구비한 발광 다이오드를 제공하기 위한 것이다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 베이스면; 상기 베이스면과 인접하게 형성되며, 제1 곡률 반경을 갖는 제1 굴절면; 및 상기 제1 굴절면과 인접하게 형성되며, 제2 곡률 반경을 갖는 제2 굴절면을 포함하며, 상기 제2 곡률 반경은 상기 제1 곡률 반경 보다 큰 것을 특징으로 하는 조명 장치용 렌즈가 제공된다.

상기 조명 장치용 렌즈는 돔 형태로 형성된다.

상기 베이스면의 직경을 1로 가정할 때, 상기 제1 곡률 반경은 0.15 내지 0.19 이며, 상기 제2 곡률 반경은 1.36 내지 2 이다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 기판 및 상기 기판 상에 실장된 발광칩; 및 상기 발광칩 상에 배치되는 렌즈를 포함하며, 상기 렌즈는 베이스면; 상기 베이스면과 인접하게 형성되며, 제1 곡률 반경을 갖는 제1 굴절면; 및 상기 제1 굴절면과 인접하게 형성되며, 제2 곡률 반경을 갖는 제2 굴절면을 포함하며, 상기 제2 곡률 반경은 상기 제1 곡률 반경 보다 큰 것을 특징으로 하는 발광 다이오드가 제공된다.

상기 베이스면의 직경을 1로 가정할 때, 상기 제1 곡률 반경은 0.15 내지 0.19 이며, 상기 제2 곡률 반경은 1.36 내지 2 이다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기와 같은 특징을 갖는 발광 다이오드를 포함하는 조명 장치가 제공된다.

상기 조명 장치는 자동차 리어 램프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조명 장치용 렌즈의 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 조명 장치용 렌즈의 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 조명 장치용 렌즈(100)는 전체적으로 돔(dome) 형태로 형성된다. 이러한 조명 장치용 렌즈(100)는 베이스면(110), 제1 굴절면(120) 및 제2 굴절면(130)을 포함한다.

베이스면(110)은 렌즈의 바닥면으로서 이하에서 상술되는 발광 다이오드에 실장되는 실장면 역할을 수행한다. 본 실시예에서 베이스면(110)은 원형으로 형성되나, 이에 한정되는 것은 다양한 형태로 형성될 수도 있다.

제1 굴절면(120)은 베이스면(110)과 인접되어 곡면 형태로 형성된다. 제1 굴 절면(120)은 제1 곡률 반경(R₁)을 갖는 곡면 형태로 형성되며, 조명 장치용 렌즈(100) 내부로 입사된 광을 측부 방향으로 굴절시켜 출사시키는 역할을 수행한다.

제2 굴절면(130)은 제1 굴절면(120)과 인접되어 곡면 형태로 형성된다. 제2 굴절면(130)은 제2 곡률 반경(R₂)을 갖는 곡면 형태로 형성되며, 조명 장치용 렌즈(100) 내부로 입사된 광을 일부는 측부로 굴절시키고, 대부분은 상부로 굴절시켜 출사시키는 역할을 수행한다. 이때, 제2 곡률 반경(R₂)은 제1 곡률 반경(R₁) 보다 크게 형성된다.

본 실시예에서 조명 장치용 렌즈(100)의 베이스면(110)의 직경(W)은 4mm, 제1 굴절면(120)의 제1 곡률 반경(R₁)은 0.75mm, 제2 굴절면(130)의 제2 곡률 반경(R₂)은 6mm 및 높이(H)는 1.2mm로 형성된다.

그러나, 이는 일 실시예에 불과하며, 본 발명에 따른 조명 장치용 렌즈의 각 구성 요소의 크기는 일정 범주 내에서 변화될 수 있다. 즉, 베이스면(110)의 직경(W)은 4mm ~ 4.4mm, 제1 굴절면(120)의 제1 곡률 반경(R₁)은 0.64mm ~ 0.75mm, 제2 굴절면(130)의 제2 곡률 반경(R₂)은 6mm ~ 8mm 및 높이(H)는 1.2mm ~ 1.4mm로 형성될 수 있다.

조명 장치용 렌즈(100)를 상기와 같은 구조로 형성하면, 광의 일부 약 40%는 상부 방향으로 출사되며, 나머지는 측부 방향으로 출사될 수 있다. 이에 대한 자세한 내용은 이하의 도 4 및 도 5를 참조하여 살펴본다.

조명 장치용 렌즈(100)는 굴절률이 1보다 큰 투명 재질의 수지 예를 들면, 굴절률이 약 1.5 정도인 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 에폭시 수지 또는 아크릴 수지 등으로 이루어지며, 트랜스퍼 몰딩, 인젝션 몰딩 등 제조 방법에 따라 다양한 몰딩 방법을 사용하여 형성할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 조명 장치용 렌즈를 구비한 발광 다이오드의 개략적인 단면도이다.

도 3을 참조하면, 발광 다이오드는 기판(210), 리드 프레임(220), 발광칩(230), 와이어(240) 및 렌즈(100)를 포함한다.

기판(210) 상에 리드 프레임(220)이 배치되며, 리드 프레임(220)은 제1 리드 단자(221) 및 제2 리드 단자(222)를 포함한다. 본 실시예에서, 기판(210)의 중앙 영역에는 리세스 형태의 반사부(215)가 형성되며, 반사부(215) 내에 발광칩(230)이 실장된다. 발광칩(230)은 와이어(240)를 통하여 제1 리드 단자(221) 및 제2 리드 단자(222)와 전기적으로 연결된다.

본 실시예의 경우, 기판(210) 상에 반사부(215)를 형성하였으나, 반사부(215)는 생략될 수도 있다. 또한, 발광칩(230)은 기판(210) 상에 실장되고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 제1 리드 단자(221) 또는 제2 리드 단자(222) 상에 실장될 수도 있다.

또한, 발광칩(230)은 반도체 PN 접합 다이오드로서, P, N 반도체를 접합한 뒤, 전압을 가해주면, P형 반도체의 정공은 N형 반도체 쪽으로 가서 가운데층으로 모이 며, 이와는 반대로 N형 반도체의 전자는 P형 반도체 쪽으로 가서 전도대(conduction band)의 가장 낮은 곳인 가운데층으로 모인다. 이 전자들은 가전대(valence band)의 정공으로 자연스럽게 떨어지며, 이 때 전도대와 가전대의 높이 차이 즉, 에너지 갭에 해당하는 만큼의 에너지를 발산하는데, 이 에너지가 빛의 형태로 방출된다. 이외에도 여러 가지 발광 방식의 발광칩을 사용할 수 있다. 또한, 발광칩(230)은 다양한 파장을 갖는 광을 방출시킬 수 있으며, 이를 위하여, 예를 들면 질화물계 발광 다이오드에서 활성층으로 사용되는 인듐(In) 함유량을 조절하거나, 서로 다른 파장을 갖는 광을 방출하는 발광 다이오드를 조합하거나, 또는 자외선 등과 같은 소정 파장대의 광을 방출하는 발광칩과 형광체를 결합하여 사용할 수도 있다.

렌즈(100)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 구성을 갖는 조명장치용 렌즈가 사용된다. 즉, 렌즈(100)는 전체적으로 돔(dome) 형태로 형성되며, 베이스면(110), 제1 굴절면(120) 및 제2 굴절면(130)을 포함한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 조명 장치용 렌즈를 구비한 발광 다이오드의 광 지향 패턴을 나타낸 도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 조명 장치용 렌즈를 구비한 발광 다이오드로부터 출사된 광의 지향각 분포를 나타낸 도이다.

도 4 및 도 5에는 도 3에 도시된 조명 장치용 렌즈를 구비한 발광 다이오드의 광 지향 패턴 및 광 지향각 분포가 도시된다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 발광칩으로부터 출사된 광은 렌즈를 통하여 굴절되어 출사되는데, 이와 같이 굴절된 광의 약 40%는 발광칩의 상부 방향으로 출사되며, 나머지 광은 측부 방향으로 출사되며, 발광칩을 중심으로 좌우 70도 부근에서 광의 세기가 피크를 이루게 된다.

이와 같은 광 지향 패턴 및 광 지향각 분포를 갖는 발광 다이오드는 다양한 조명 장치에 이용될 수 있다.

예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드는 자동차 리어 램프용 광원으로 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드를 자동차 리어 램프용 광원으로 사용하면, 광 지향 패턴이 기존의 자동차 리어 램프 보다 더 넓기 때문에 자동차에 사용되었을 때 넓은 시야각을 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 정방향(즉, 렌즈의 상부 방향)으로 40% 정도의 광량만이 출사하기 때문에, 정방향에서 휘도가 높은 기존의 램프보다 다른 운전 사용자의 눈의 피로감과 거부감을 줄일 수 있게 된다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 조명 장치용 렌즈와 이를 구비한 발광 다이오드 및 조명 장치의 예시적인 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 특정 광 지향각 분포 예를 들면, 광의 약 40%는 발광칩의 상부 방향으로 출사되며, 나머지 광은 측부 방향으로 출사되며, 발광칩을 중심으로 좌우 70도 부근에서 광의 세기가 피크를 이루는 조명 장치용 렌즈를 구현할 수 있게 된다.

Claims (7)

1. 베이스면;

   상기 베이스면과 인접하게 형성되며, 제1 곡률 반경을 갖는 제1 굴절면; 및

   상기 제1 굴절면과 인접하게 형성되며, 제2 곡률 반경을 갖는 제2 굴절면을 포함하며, 상기 제2 곡률 반경은 상기 제1 곡률 반경 보다 크며,

   상기 베이스면의 직경을 1로 가정할 때, 상기 제1 곡률 반경은 0.15 내지 0.19 이며, 상기 제2 곡률 반경은 1.36 내지 2 인 것을 특징으로 하는 조명 장치용 렌즈.
2. 제1항에 있어서,

   상기 조명 장치용 렌즈는 돔 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 조명 장치용 렌즈.
3. 삭제
4. 기판;

   상기 기판 상에 실장된 발광칩; 및

   상기 발광칩 상에 배치되는 렌즈를 포함하며,

   상기 렌즈는 베이스면; 상기 베이스면과 인접하게 형성되며, 제1 곡률 반경을 갖는 제1 굴절면; 및 상기 제1 굴절면과 인접하게 형성되며, 제2 곡률 반경을 갖는 제2 굴절면을 포함하며, 상기 제2 곡률 반경은 상기 제1 곡률 반경 보다 크며,

   상기 베이스면의 직경을 1로 가정할 때, 상기 제1 곡률 반경은 0.15 내지 0.19 이며, 상기 제2 곡률 반경은 1.36 내지 2 인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
5. 삭제
6. 제4항에 따른 발광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 조명 장치는 자동차 리어 램프인 것을 특징으로 하는 조명 장치.

Images