KR100990640B1 - 확산렌즈 및 확산렌즈를 이용한 발광소자 조립체 - Google Patents

확산렌즈 및 확산렌즈를 이용한 발광소자 조립체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소형화 및 렌즈의 확산 특성을 향상시키기 위한 확산렌즈 및 확산렌즈를 이용한 발광소자 조립체에 관한 것이다.
본 발명은 발광소자로부터의 발산광을 확산시키는 확산렌즈에 있어서, 상기 발광소자로부터의 발산광이 입사되는 제1 렌즈면; 상기 제1 렌즈면을 통해 입사된 광을 외부로 확산시키는 제2 렌즈면; 상기 제1 및 제2 렌즈면 각각의 양측단에 연장되고, 요철형상으로 형성되며, 상기 발광소자로부터의 발산광을 굴절시키는 굴절부; 및 상기 제2 렌즈면의 양측단으로 연장형성되어 굴절부와 발광소자를 이격시키는 지지부;를 포함할 수 있다.
발광소자, 확산렌즈, 굴절, 요철, 확산, LED, 소형화

Description

확산렌즈 및 확산렌즈를 이용한 발광소자 조립체{SPREAD LENS AND LIGHTING DEVICE USING IT}

본 발명은 확산렌즈 및 확산렌즈를 이용한 발광소자 조립체에 관한 것으로, 보다 자세하게는 확산렌즈의 양측단 평면부에 요철 형상의 굴절부를 형성하여 발광소자로부터 발산되는 광의 확산 특성을 향상시킬 수 있는 확산렌즈 및 상기 확산렌즈를 이용한 발광소자 조립체에 관한 것이다.

일반적으로, 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 반도체의 p-n 접합구조를 이용하여 주입된 소수캐리어(전자 또는 전공)를 만들어내고, 이들의 재결합에 의하여 발광시키는 전자부품이다. 즉, 특정 원소의 반도체에 순방향 전압을 가하면 양극과 음극의 접합 부분을 통해 전자와 정공이 이동하면서 서로 재결합하는데 전자와 정공이 떨어져 있을 때 보다 작은 에너지가 되므로 이때 발생하는 에너지의 차이로 인해 빛을 방출한다.

이러한 발광 다이오드는 저전압으로 고효율의 광을 조사할 수 있음으로 가전 제품, 리모콘, 전광판, 표시기 및 각종 자동화기기 등에 사용된다.

특히, 정보 통신기기의 소형화, 슬림화 추세에 따라 기기의 각종 부품인 저항, 콘덴서, 노이즈 필터 등은 더욱 소형화되고 있으며, 발광 다이오드도 인쇄회로기판(Printed Circuit Board : PCB)에 직접 실장하기 위하여 표면 실장소자(Surface Mount Device : SMD)형으로 만들어지고 있다.

이에 따라, 표시 소자로 사용되고 있는 LED 램프도 SMD형으로 개발되고 있다. 이러한 표면 실장소자는 기존의 단순한 점등 램프를 대체할 수 있으며, 다양한 칼라를 내는 점등 표시지, 문자 표시기 및 영상 표시기 등으로 사용된다.

상기와 같이 발광 다이오드의 사용 영역이 넓어지면서, 요구되는 휘도의 효율성도 점차 높아져 이에 대한 연구가 진행되고 있다.

이하, 관련도면을 참조하여 종래 기술에 의한 확산렌즈가 구비된 발광소자 조립체에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 기술에 의한 발광소자 조립체의 단면도이고, 도 2는 도 1의 발광 각도를 나타낸 그래프이다.

먼저, 도 1에 도시한 바와 같이, 종래 발광소자 조립체는, 발광소자 패키지(10) 및 상기 발광소자 패키지(10) 상에 결합된 확산렌즈(20)로 이루어진다.

이때, 상기 발광소자 패키지(10)는 발광소자(12)가 실장된 프레임(11)과, 상기 프레임(11)의 절곡부에 몰딩처리된 수지(13)로 구성된다.

또한, 상기 확산렌즈(20)는 볼록형상으로 형성되며, 상기 발광소자 패키지(10)의 상부 및 양측부를 감싸도록 형성된다.

이러한 구성으로 이루어진 발광소자 조립체는, 도 2에 도시한 바와 같이, 발광소자(12)로부터 발산되는 발산광의 각(θ)이 +80°에서 -80°까지 약 160°의 범위로 발산할 수 있음을 알 수 있다.

그러나, 종래의 발광소자 조립체는, 중앙부보다 양측부의 두께가 더 두꺼운 확산렌즈(20)가 상기 발광소자 패키지(10)의 양측부까지 모두 감싸도록 형성됨으로써, 소형화 및 슬림화에 한계가 있는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 확산렌즈의 양측단 평면부에 요철 형상의 굴절부를 형성하여 발광소자로부터 발산되는 광의 확산 특성을 향상시킬 수 있는 확산렌즈 및 상기 확산렌즈를 이용한 발광소자 조립체를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 확산렌즈는, 발광소자로부터의 발산광이 입사되는 제1 렌즈면; 상기 제1 렌즈면을 통해 입사된 광을 외부로 확산 시키는 제2 렌즈면; 상기 제1 및 제2 렌즈면 각각의 양측단에 연장되고, 요철형상으로 형성되며, 상기 발광소자로부터의 발산광을 굴절시키는 굴절부; 및 상기 제2 렌즈면의 양측단으로 연장형성되어 굴절부와 발광소자를 이격시키는 지지부;를 포함할 수 있다.

이때, 상기 굴절부는, V자형, 마름모형 또는 원추형 중 선택된 어느 하나의 요철형상일 수 있으며, 상기 제1 렌즈면의 곡율 반경은 제2 렌즈면의 곡율 반경보다 더 작은 것이 바람직하다.

또한, 상기 확산렌즈는 광학유리 또는 광학 합성수지이고, 상기 광학유리는 BK7 또는 SK5로 형성될 수 있으며, 상기 광학 합성수지는 폴리카보네이트 수지 또는 아크릴 수지로 형성될 수 있다.

아울러, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 확산렌즈를 이용한 발광소자 조립체는, 발광소자가 실장된 발광소자 패키지 및 이로부터 발산되는 광을 확산시키기는 확산렌즈로 이루어질 수 있으며, 상기 확산렌즈는, 상기 발광소자로부터의 발산광이 입사되는 제1 렌즈면; 상기 제1 렌즈면을 통해 입사된 광을 외부로 확산시키는 제2 렌즈면; 상기 제1 및 제2 렌즈면 각각의 양측단에 연장되고, 요철형상으로 형성되며, 상기 발광소자로부터의 발산광을 굴절시키는 굴절부; 및 상기 제2 렌즈면의 양측단으로 연장형성되어 굴절부와 발광소자 패키지를 이격시키는 지지부;를 포함할 수 있다.

이때, 상기 확산렌즈의 굴절부는, V자형, 마름모형 또는 원추형 중 선택된 어느 하나의 요철형상일 수 있으며, 상기 제1 렌즈면의 곡율 반경은 제2 렌즈면의 곡율 반경보다 더 작을 수 있다.

또한, 상기 확산렌즈는, 광학유리 또는 광학 합성수지일 수 있고, 상기 광학유리는 BK7 또는 SK5로 형성될 수 있으며, 상기 광학 합성수지는 폴리카보네이트 수지 또는 아크릴 수지로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 발광소자는 LED를 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 확산렌즈 및 확산렌즈를 이용한 발광소자 조립체는, 확산렌즈의 양측단 평면부에 요철 형상의 굴절부를 형성하여 발광소자로부터 발산되는 광의 확산 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 확산렌즈의 두께 및 크기를 줄임으로써, 발광소자 조립체를 소형화 및 슬림화시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 확산렌즈 및 확산렌즈를 이용한 발광소자 조립체의 구성 및 효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.

확산렌즈

이하, 관련도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 확산렌즈에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 확산렌즈의 단면도이다.

우선, 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 확산렌즈(120)는, 발광소자(미도시함)로부터의 발산광이 입사되는 제1 렌즈면(121)과, 상기 제1 렌즈면(121)을 통해 입사된 광을 외부로 확산시키는 제2 렌즈면(122)과, 상기 제1 렌즈면(121)과 상기 제2 렌즈면(122)이 서로 연결되는 상기 확산렌즈(120)의 하단면 중 상기 제1 렌즈면(121)에 인접한 일부 영역에 요철형상으로 형성되며, 상기 발광소자(112)로부터의 발산광을 굴절시키는 굴절부(123)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 렌즈면(121)은 후술하는 발광소자 패키지(110)가 수용될 수 있도록 중앙부가 볼록형상으로 형성되고, 상기 발광소자 패키지(110)로부터 발산되는 광이 입사된다.

또한, 상기 제2 렌즈면(122)은 상기 제1 렌즈면(121)과 대응되도록 형성되고, 중앙부가 볼록하며, 양측단부로 갈수록 상기 제1 렌즈면(121)과의 거리가 길어지도록 형성된다. 즉, 상기 확산렌즈(120)의 제1 렌즈면(121)의 곡율 반경은 제2 렌즈면(122)의 곡율 반경보다 더 작은 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제1 렌즈면(121)과 상기 제2 렌즈면(122)이 서로 연결되는 상기 확산렌즈(120)의 하단면에는 요철형상의 굴절부(123)가 형성된다. 상기 굴절부(123)는 V자형, 마름모형 또는 원추형 중 선택된 어느 하나의 요철형상으로 형성될 수 있으며, 상기 확산렌즈(120)의 하단면 전체 또는 상기 제1 렌즈면(121)과 연결되는 일부 영역에 형성될 수 있다.

또한, 상기 확산렌즈(120)는, 광학유리 또는 광학 합성수지로 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 광학유리로는 BK7 또는 SK5를 이용하여 형성될 수 있으며, 상기 광학 합성수지로는 폴리카보네이트 수지(polycarbonate) 또는 아크릴 수지(poly methyl acrylate)로 형성될 수 있다.

특히, 상기 확산렌즈(120)의 하단면 중 상기 굴절부(123)가 형성되지 않은 영역에 상기 제2 렌즈면(122)을 따라 하부로 연장형성된 지지부(124)를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 지지부(124)는 상기 확산렌즈(120)와 다른 재질로 이루어져 상기 확산렌즈(120)에 연장형성되지 않고 접착제에 의해 고정 결합 될 수 있다.

확산렌즈를 이용한 발광소자 조립체

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 발광소자 조립체의 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 발광소자 조립체의 발광 각도를 나타낸 그래프이다.

먼저, 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 발광소자 조립체(100)는, 발광소자(112)가 실장된 발광소자 패키지(110)와 상기 발광소자 패키지(110)로부터 발산되는 광을 확산시키기 위한 확산렌즈(120)로 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 발광소자 패키지(110)는 상기 발광소자(112)가 실장되도록 중앙부가 소정 깊이 절개된 오목부(111a)가 형성된 프레임(111)과, 상기 발광소자(112)가 실장된 프레임(111)의 상부를 충진시키는 몰딩부(113)로 이루어질 수 있 다.

한편, 상기 발광소자(112)는 LED인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 발광소자 패키지(110)의 상부에는 상술한 확산렌즈(120)가 위치한다.

상기 확산렌즈(120)는 상기 발광소자(112)가 실장된 프레임(111)의 오목부(111a) 상부 양측면 내측으로 제1 렌즈면(121)이 위치하도록 하며, 상기 발광소자 패키지(110)의 양측면에는 상기 지지부(124)가 위치하도록 한다.

특히, 상기 제1 렌즈면(121)과 제2 렌즈면(122)이 서로 연결되는 상기 확산렌즈(120)의 하단면에 형성된 굴절부(123)는 상기 프레임(111)의 오목부(111a) 상부측단 상에 위치하도록 해야 한다.

그 이유는, 상기 발광소자(112)를 통해 발산되는 광이 상기 굴절부(123)를 통해 굴절될 수 있어야 하기 때문에 상기 오목부(111a)의 상부측단 상에 위치하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 지지부(124)는 상기 발광소자 패키지(110)의 양측면에 위치하며, 상기 확산렌즈(120)의 굴절부(123)가 프레임(111)의 상부면과 맞닿지 않는 정도의 높이를 갖는 것이 바람직하다.

이러한 구성을 갖는 발광소자 조립체(100)는, 발광소자 패키지(110)의 양측면까지 확산렌즈(120)가 위치하는 종래와 달리, 발광소자 패키지(110) 상에만 크기가 줄어든 확산렌즈(120)를 위치시키고 양 측면에는 지지부(124)를 위치시킴으로 써, 소형화 및 슬림화시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명이 발광소자 조립체(100)는, 상기 확산렌즈(120)의 굴절부(123)에 의해 상기 발광소자(112)를 통해 발산되는 광이 굴절되어 전반사됨으로써, 소형화 및 슬림화에 따라 광 휘도가 저하되는 범위의 휘도를 향상시킬 수 있다.

즉, 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 발광소자 조립체(100)는 상기 발광소자(112)의 발광 각(θ)이 +80°에서부터 -80°까지, 즉, 약 155deg의 범위에서 종래와 같은 휘도를 유지할 수 있게 됨에 따라, 소형화 및 슬림화에 따른 발광 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

발광소자 조립체의 제1 응용예

도 7은 본 발명에 따른 발광소자 조립체의 제1 응용예를 나타낸 단면도이다.

본 발명에 따른 발광소자 조립체를 이용한 제1 응용예는, 상술한 바와 같은 구조로 이루어진 다수의 발광소자 조립체(100)가 소정의 회로패턴(미도시함)이 형성된 기판(210) 상에 실장된다.

이때, 상기 기판(210)의 하부에는 상기 발광소자 조립체(100)에 의해 발생되는 열을 방열시키기 위한 방열판(220)이 위치한다.

상기 방열판(220)은 방열의 효율을 향상시키기 위하여 판형으로 형성된 다수의 방열편(230)을 하부에 더 구비할 수 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 발광소자 조립체(100)의 제1 응용예는, 강열한 빛이 요구되어지는 전등 또는 휴대용 전등에 사용될 수 있다.

발광소자 조립체의 제2 응용예

도 8은 본 발명에 따른 발광소자 조립체의 제2 응용예를 나타낸 단면도이다.

본 발명에 따른 발광소자 조립체의 제2 응용예는, 상기 발광소자 조립체(100)를 소정의 회로패턴(미도시함)이 형성된 기판(330) 상에 실장시키고, 상기 발광소자 조립체(100)가 실장된 다수의 기판(330)을 서로 병렬연결하여 케이스(310)에 고정결합시킨다.

이때, 상기 기판(330) 상에는 발광소자 조립체(100) 이외에 상기 발광소자 조립체와 매칭될 수 있는 다수의 수동소자(331)가 형성될 수 있다.

그리고, 상기 다수의 기판(330)이 병렬 연결된 케이스(310) 상부는 투명재질의 확산판(320)이 결합될 수 있다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 발광소자 조립체(100)의 제2 응용예는, 형광등, 조명, 도로 상의 간판 등 다양하게 사용될 수 있다.

발광소자 조립체의 제3 응용예

도 9은 본 발명에 따른 발광소자 조립체의 제3 응용예를 나타낸 단면도이다.

본 발명에 따른 발광소자 조립체(100)의 제3 응용예는 상기 발광소자 조립 체(100)가 실장된 다수의 조명용 케이스(410), 상기 조명용 케이스(410)를 고정시키기 위한 고정봉(420), 상기 고정봉(420)을 지지하기 위한 지지봉(430), 상기 지지봉(430)을 지면에 고정 결합시키기 위한 지지대(450)로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 지지봉(430)에는 상기 조명용 케이스(410) 내에 실장된 발광소자 조립체(100)에 소정의 구동전원을 공급하기 위한 전원공급부(440)가 더 구비될 수 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 발광소자 조립체를 이용한 제3 응용예는 도로 주변에 구비되는 가로등, 또는 행상장의 조명으로 사용할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 발광소자 조립체의 단면도.

도 2는 도 1의 발광 각도를 나타낸 그래프.

도 3은 본 발명에 따른 확산렌즈의 단면도.

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 발광소자 조립체의 단면도.

도 6은 본 발명에 따른 발광소자 조립체의 발광 각도를 나타낸 그래프.

도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 발광소자 조립체의 응용예를 나타낸 단면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 발광소자 조립체 110 : 발광소자 패키지

111 : 프레임 112 : 발광소자

113 : 몰딩부 120 : 확산렌즈

121 : 제1 렌즈면 122 : 제2 렌즈면

123 : 굴절부 124 : 지지부

Claims (20)

  1. 발광소자로부터의 발산광을 확산시키는 확산렌즈에 있어서,
    상기 발광소자로부터의 발산광이 입사되는 제1 렌즈면;
    상기 제1 렌즈면을 통해 입사된 광을 외부로 확산시키는 제2 렌즈면;
    상기 제1 렌즈면과 상기 제2 렌즈면이 서로 연결되는 상기 확산렌즈의 하단면 중 상기 제1 렌즈면에 인접한 일부 영역에 요철형상으로 형성되며, 상기 발광소자로부터의 발산광을 굴절시키는 굴절부; 및
    상기 확산렌즈의 하단면 중 상기 굴절부가 형성되지 않은 영역에 상기 제2 렌즈면을 따라 하부로 연장형성되어 상기 굴절부와 상기 발광소자를 이격시키는 지지부;
    를 포함하는 확산렌즈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 굴절부는, V자형, 마름모형 또는 원추형 중 선택된 어느 하나의 요철형상인 확산렌즈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈면의 곡율 반경은 제2 렌즈면의 곡율 반경보다 더 작은 확산렌즈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 확산렌즈는, 광학유리 또는 광학 합성수지인 확산렌즈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광학유리는 BK7 또는 SK5로 형성된 확산렌즈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 광학 합성수지는 폴리카보네이트 수지 또는 아크릴 수지로 형성된 확산렌즈.
  7. 발광소자가 실장된 발광소자 패키지 및 이로부터 발산되는 광을 확산시키기는 확산렌즈로 이루어진 발광소자 조립체에 있어서,
    상기 확산렌즈는,
    상기 발광소자로부터의 발산광이 입사되는 제1 렌즈면;
    상기 제1 렌즈면을 통해 입사된 광을 외부로 확산시키는 제2 렌즈면;
    상기 제1 렌즈면과 상기 제2 렌즈면이 서로 연결되는 상기 확산렌즈의 하단면 중 상기 제1 렌즈면에 인접한 일부 영역에 요철형상으로 형성되며, 상기 발광소자로부터의 발산광을 굴절시키는 굴절부; 및
    상기 확산렌즈의 하단면 중 상기 굴절부가 형성되지 않은 영역에 상기 제2 렌즈면을 따라 하부로 연장형성되어 상기 굴절부와 상기 발광소자 패키지를 이격시키는 지지부;
    를 포함하는 발광소자 조립체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 확산렌즈의 굴절부는, V자형, 마름모형 또는 원추형 중 선택된 어느 하나의 요철형상인 발광소자 조립체.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 렌즈면의 곡율 반경은 제2 렌즈면의 곡율 반경보다 더 작은 발광소자 조립체.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 확산렌즈는, 광학유리 또는 광학 합성수지인 발광소자 조립체.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 광학유리는 BK7 또는 SK5로 형성된 발광소자 조립체.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 광학 합성수지는 폴리카보네이트 수지 또는 아크릴 수지로 형성된 발광소자 조립체.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 발광소자는 LED인 발광소자 조립체.
  14. 발광소자로부터의 발산광을 확산시키는 확산렌즈에 있어서,
    상기 발광소자로부터의 발산광이 입사되는 제1 렌즈면;
    상기 제1 렌즈면을 통해 입사된 광을 외부로 확산시키는 제2 렌즈면; 및
    상기 제1 렌즈면과 상기 제2 렌즈면이 서로 연결되는 상기 확산렌즈의 하단면에 요철형상으로 형성되며, 상기 발광소자로부터의 발산광을 굴절시키는 굴절부;
    를 포함하는 확산렌즈.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 굴절부는 상기 확산렌즈의 하단면 중 상기 제1 렌즈면에 인접한 일부 영역에만 형성되는 것을 특징으로 하는 확산렌즈.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 확산렌즈의 하단면 중 상기 굴절부가 형성되지 않은 영역에 상기 제2 렌즈면을 따라 하부로 연장형성되어 상기 굴절부와 상기 발광소자를 이격시키는 지지부를 더 포함하는 확산렌즈.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 확산렌즈의 하단면으로부터 연장형성되어 상기 굴절부와 함께 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 확산렌즈.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 확산렌즈의 하단면에 고정 결합되는 것을 특징으로 하는 확산렌즈.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 제1 렌즈면의 곡률 반경은 상기 제2 렌즈면의 곡률 반경보다 더 작은 확산렌즈.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 굴절부는, V자형, 마름모형 또는 원추형 중 선택된 어느 하나의 요철형상인 확산렌즈.
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