KR101054157B1

KR101054157B1 - 광 지향각을 향상시키기 위한 엘이디 패키지

Info

Publication number: KR101054157B1
Application number: KR1020090038606A
Authority: KR
Inventors: 조현석
Original assignee: 희성전자 주식회사
Priority date: 2009-05-01
Filing date: 2009-05-01
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2029-05-01
Also published as: KR20100119603A

Abstract

본 발명은 넓은 광 지향각으로 빛이 출사되어 조명 광학계의 두께와 엘이디의 수량을 감소시킬 수 있는 렌즈가 구비된 엘이디 패키지에 관한 것으로, 인쇄회로기판(PCB) 상에 안착되는 발광다이오드(LED) 칩; 및 상기 PCB 상에서 상기 LED 칩을 덮도록 안착되어 하측 내부에 형성되는 공간에 배치된 상기 LED 칩에서 출사되는 빛이 투광되기 위한 것으로, 외부의 상측면에는 오목한 프레넬(Fresnel) 렌즈가 형성되고, 내부의 하측면에는 오목 렌즈가 형성된 렌즈 모듈;을 포함하여, 상기 LED 칩에서 출사되는 빛이 상기 오목 렌즈와 프레넬 렌즈에 의해 발산되어 넓은 지향각으로 출사되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성의 LED 패키지는 프레넬 렌즈에 의해 광 지향각을 향상시킬 수 있고, 렌즈 모듈의 두께를 감소시킬 수 있으며, 전체적인 백라이트 장치를 슬림화할 수 있다.

LED 칩, 렌즈 모듈, LED 패키지, 지향각, 백라이트

Description

광 지향각을 향상시키기 위한 엘이디 패키지{LED package with wide lighting angle}

본 발명은 엘이디 패키지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 넓은 지향각으로 빛이 출사되어 조명 광학계의 두께와 엘이디의 수량을 감소시킬 수 있는 렌즈가 구비된 엘이디 패키지에 관한 것이다.

일반적으로, 발광 다이오드(Light Emitting Diode, 이하 'LED'라 함)는 다수의 캐리어가 전자인 n형 반도체와 다수의 캐리어가 정공인 p형 반도체가 서로 접합된 구조를 가지는 광전변환 반도체 소자로서, 통상 인듐인(InP), 갈륨비소(GaAs), 갈륨인(GaP), 질화갈륨(GaN) 등의 화합물 반도체를 이용하여 다양한 파장의 빛을 발생한다.

LED 소자의 패키지 형태로는 램프형(Lamp Type)과 표면 실장형(SMD Type)이있는데, 이중 표면 실장형 LED패키지는 세라믹 등의 기판 위에 다이 본딩한 후 에폭시 수지 등으로 몰딩한 구조로서 램프형보다 열방출이 양호한 이점이 있다. 또한, LED의 빛이 방출되는 방향에 따라 탑 뷰형(Top View type) 패키지와 사이드 뷰형(Side View type) 패키지로 구분된다.

여기서 탑 뷰형 패키지는 LED의 빛이 렌즈 상측으로 방출되는 것으로, 종래의 기술에 따른 패키지의 개략적인 구조는 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(30) 상에 실장되는 것으로, 전원 공급을 위한 제1, 2전극(미도시)에 연결되는 LED 칩(10)과, 상기 LED 칩(10) 상측에서 방출되는 빛을 분산 투광시키기 위한 렌즈(20)로 구성된다. 즉, 일반적으로 LED 칩(10)은 렌즈(20)의 하부에 형성되는 공간(21) 내부에 배치되고, 상기 기판(30) 상에 절곡되어 형성되는 제1, 2전극으로부터 공급되는 전원에 의해 빛을 발하게 되며, 이러한 빛은 렌즈(20)를 통하여 외부로 방출되도록 구성된다.

이러한 종래의 기술에 따른 LED 패키지는 상기 렌즈(20)는 일반적인 구면 렌즈로 구성되어, 렌즈의 내부 공간인 오목 렌즈(20a)에 의해 분산되는 빛이 외부의 볼록 렌즈(20b)에 의해 집광되므로, 최종적으로 LED 칩(10)에서 출사되는 빛의 지향각을 증가시키는데 한계가 발생한다. 또한, LED 칩(10)에서 출사되는 빛을 발산시키기 위하여 두꺼운 렌즈가 사용되어야 하므로, LED 칩으로부터의 간격(h1)이 멀어지는 단점을 가진다.

종래의 기술에 따른 LED 패키지가 적용된 백라이트 장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 커버버텀(60) 내부에 반사 시트(50)가 구비된 PCB 기판(Printed Circuit Board,30)이 안착되고, 그 상부에 다수개의 LED 패키지가 배열되며, 상측에는 다양한 종류의 광학 시트(40)들이 적층되어 구성된다. 이 경우 LED 패키지는 좁은 지향각으로 인하여 광학 시트(40)와는 충분한 간격(h2)이 유지되어야 하므로, 백라이트 장치의 전체적인 두께가 두꺼워지는 문제점이 발생한다.

종래의 기술에 따른 LED 패키지는 좁은 지향각으로 인하여 렌즈의 두께가 두꺼워지고 상측의 광학 시트로부터 충분한 간격이 유지되어야 하므로(h1+h2), 백라이트 장치의 슬림화에 한계가 발생한다. 또한, 종래의 기술에 따른 LED 패키지는 PCB 기판에 체결하는 과정이 어렵게 이루어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로, LED 패키지를 구성하는 렌즈의 내외부 면에 프레넬(Fresnel) 형상의 광 분란 패턴이 형성되어 광 지향각을 향상시킬 수 있는 LED 패키지를 제공한다.

또한, 넓은 광 지향각에 의해 전체적인 백라이트 장치를 슬림화할 수 있고, PCB 기판에 용이하게 체결할 수 있는 LED 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 LED 패키지는 인쇄회로기판(PCB) 상에 안착되는 발광다이오드(LED) 칩; 및 상기 PCB 상에서 상기 LED 칩을 덮도록 안착되어 하측 내부에 형성되는 공간에 배치된 상기 LED 칩에서 출사되는 빛이 투광되기 위한 것으로, 외부의 상측면에는 오목한 프레넬(Fresnel) 렌즈가 형성되고, 내부의 하측면에는 오목 렌즈가 형성된 렌즈 모듈;을 포함하여, 상기 LED 칩에서 출사되는 빛이 상기 오목 렌즈와 프레넬 렌즈에 의해 발산되어 넓은 지향각으로 출사되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

전술한 구성에 있어서, 상기 프레넬 렌즈의 톱니(Groove)의 높이(H)는 0.05mm ≤ H ≤ 1.0mm로 형성되는 것을 특징으로 한다.

전술한 구성에 있어서, 상기 렌즈 모듈은 외부의 상측면과 내부의 하측면 모두에 프레넬(Fresnel) 렌즈가 형성되는 것을 특징으로 한다.

전술한 구성에 있어서, 상기 프레넬 렌즈는 중앙부 또는 가장자리 측으로 경사지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

전술한 구성에 있어서, 상기 PCB 기판에는 체결 홀이 형성되고, 상기 렌즈 모듈의 하부 가장자리에는 상기 PCB 기판에 용이하게 체결되기 위하여, 단부에는 걸림 돌기가 형성된 체결 바가 형성되어, 상기 체결 바가 상기 체결 홀에 삽입되어 상기 렌즈 모듈이 상기 PCB 기판에 고정 체결되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 LED 패키지를 구성하는 렌즈 모듈은 내외부 면에 프레넬(Fresnel) 렌즈가 형성되어 광 지향각을 향상시킬 수 있고, 렌즈 모듈의 두께를 감소시킬 수 있으며, 전체적인 백라이트 장치를 슬림화할 수 있다.

또한, 렌즈 모듈에 형성되는 체결 바에 의해 PCB 기판에 용이하게 체결할 수 있는 효과를 나타낸다.

본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 바람직한 실시예들에 의해 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것을 아니다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하 게 살펴보기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지를 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 패키지의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지(1)는 PCB 기판(도 5의 30참조) 상에 안착되는 LED 칩(10)과 상기 LED 칩(10)을 덮는 렌즈 모듈(20)로 구성된다.

구체적으로 살펴보면, 전술한 LED 칩(10)은 인가되는 전원의 전위차에 의해 발광하는 소자로서, 동일한 파장으로 발광하는 하나의 칩이 사용되거나 서로 다른 파장으로 발광하는 다수개의 칩으로 구성될 수 있으며, 각각 R, G, B 색의 광을 생성하는 칩을 사용하여 다양한 색상이 나타나도록 구성될 수 있다.

전술한 렌즈 모듈(20)은 하측의 내부에는 상기 LED 칩(10)이 삽입될 수 있는 오목한 공간(21)이 형성되고 상측면(22)은 프레넬 렌즈(Fresnel lens)로 형성되어, 렌즈 모듈(20)을 통과하는 빛이 분산될 수 있도록 구성된다.

즉, LED 칩(10)으로부터의 빛이 입사되는 렌즈 모듈(20)의 내부 하측면(23)은 오목 렌즈 형상으로 형성되고, 상기 빛이 렌즈 모듈(20)을 통과하여 출사되는 렌즈 모듈(20)의 외부 상측면(22)은 오목한 프레넬 렌즈 형상으로 형성된다.

상기와 같은 구조에 의하여 LED 칩(10)의 빛은 오목 렌즈와 프레넬 렌즈에 의해 분산될 수 있어, 렌즈 모듈(20)의 두께(h1)를 감소시키면서 동시에 상측으로 출사되어 빛의 지향각을 향상시킬 수 있다.

이때 상기 프레넬 렌즈는 다수의 톱니(Groove)가 중심축에 대하여 물결 모양으로 형성되고, 빛의 분산을 위해 오목한 형상으로 형성되어야 한다. 또한, 가장 중심부의 톱니를 제외한 톱니들은 (가)에 도시된 바와 같이 외측을 향하도록 형성되거나, (나)에 도시된 바와 같이 내외측이 반전되어 내측을 향하도록 형성될 수 있다.

한편, 프레넬 렌즈는 톱니 단부의 규칙적인 배열에 의해 상측으로 출사되는 빛이 물결 모양으로 특정 위치에서 밝게 빛나는 무아레(Moire) 현상이 나타날 수 있는데, 이러한 현상은 백라이트 장치에 있어서 큰 결함이 된다. 이를 방지하기 위하여 각각의 톱니의 내외측 방향을 불규칙적으로 변경하거나 서로 다른 방향의 톱니가 형성된 렌즈 모듈을 불규칙적으로 혼합하여 사용할 수 있다.

또한, 상기 톱니의 높이(h)를 0.05mm 내지 1.0mm가 되도록 형성하여 프레넬 렌즈 형상에 의하여 무아레 현상을 최소화할 수 있다. 여기서 상기 톱니의 높이(h)가 0.05mm 보다 낮게 형성되는 경우 빛을 분산시키는 효과가 떨어지며, 1.0mm 보다 높게 형성되는 경우 렌즈 모듈의 두께에 불리하고 무아레 현상을 최소화하는데 어려움이 발생한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 패키지는 도 4에 도시된 바와 같이, 렌즈 모듈(20)의 내부 하측면(23)에도 프레넬 렌즈 형상이 형성된다. 즉, LED 칩(10)의 빛은 입사되는 렌즈 모듈(20)의 하측면(23)에 형성된 프레넬 렌즈에 의하여 분산되면서 렌즈 모듈(20) 내부를 통과하고, 상측면(22)의 프레넬 렌즈에 의하여 다시 분산되면서 상측으로 출사되도록 구성되어, 지향각이 넓어지게 된다.

이러한 하측면(23)의 프레넬 렌즈도 상측면(22)의 프레넬 렌즈와 마찬가지로 상측으로 오목하도록 형성되며, 가장 중심부의 톱니를 제외한 톱니들은 (가)에 도시된 바와 같이 외측을 향하도록 형성되거나, (나)에 도시된 바와 같이 내외측이 반전되어 내측을 향하도록 형성될 수 있다. 또한, 무아레 현상을 방지하기 위하여 각각의 톱니의 내외측 방향을 불규칙하게 변경하거나, 서로 다른 방향의 톱니가 형성된 렌즈 모듈을 불규칙하게 혼합하여 사용할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지가 적용된 백라이트 장치를 나타낸 단면도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지가 적용된 백라이트 장치를 나타낸 상세 단면도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치는 커버버텀(60) 내부에 PCB 기판(30), 반사 시트(50), LED 패키지(1) 및 각종 광학 시트(40)가 순차적으로 적층되는 구조를 이룬다.

상기와 같은 구조에 있어서, 커버버텀과 PCB 기판, 반사 시트, 광학 시트에 대한 구성은 일반적인 직하형 백라이트 장치를 구성하는 것으로 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시예에 따른 직하형 백라이트 장치는 도 3 및 도 4의 실시예에 따른 LED 패키지(1)가 적용되어 백라이트 장치의 전체적인 두께가 얇아지는 구조를 이룬다. 즉, LED 패키지(1)의 렌즈 모듈(20)은 상하측면에 프레넬 렌즈가 형성되어 렌즈 모듈(20) 자체의 두께가 얇아질 수 있고, 상측으로 출사되는 빛의 넓은 지향각에 의하여 LED 패키지(1)와 상측에 적층되는 광학 시트(40)의 간격(h2)을 좁힐 수 있으며, 동일한 크기의 커버버텀(60)에 대하여 적은 수의 LED 패키지(1)가 배치될 수 있는 장점이 있다.

한편, 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지의 렌즈 모듈(20)은 하부 가장자리에 PCB 기판(30)과 체결되기 위한 체결 바(24)가 일체로 형성된다. 이 경우 상기 PCB 기판(30)에는 상기 체결 바(24)가 삽입되기 위한 홀이 형성되며, 체결 바(24)의 단부에는 렌즈 모듈(20)이 PCB 기판(30)에 걸려 고정되기 위한 걸림 돌기(24a)가 형성된다. 상기와 같은 구조에 의하여 체결 바를 홀에 억지 끼움으로 삽입시켜, 상기 렌즈 모듈(20)을 상기 PCB 기판(30)에 용이하게 체결시킬 수 있다.

또한, 도시되지는 않았지만, 절연 재질의 상기 PCB 기판(30)의 상면에는 전원을 공급하기 위한 제1, 2 전극선이 형성되어 상기 LED 칩(10)에 전기적으로 연결되어 발광되도록 구성된다.

도 5 및 도 6의 실시예에서는 본 발명의 LED 패키지가 직하형 백라이트 장치에 적용되는 것을 설명되었으나, 상기 LED 패키지는 백라이트 장치뿐만 아니라 다양한 직하형의 조명 광학계에 일반적으로 적용될 수 있다.

이상에서 본 발명에 있어서 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

도 1은 종래의 기술에 따른 LED 패키지를 나타낸 단면도,

도 2는 종래의 기술에 따른 LED 패키지가 적용된 백라이트 장치를 나타낸 단면도,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지를 나타낸 단면도,

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 패키지의 구조를 나타낸 단면도,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지가 적용된 백라이트 장치를 나타낸 단면도.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지가 적용된 백라이트 장치를 나타낸 상세 단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

1 : LED 패키지 10 : LED 칩

20 : 렌즈 모듈 30 : PCB 기판

40 : 광학 시트 50 : 반사 시트

60 : 커버버텀

Claims

인쇄회로기판(PCB) 상에 안착되는 발광다이오드(LED) 칩; 및

하측 내부에는 상기 LED 칩을 수용하기 위한 공간부가 마련되고, 외부의 상측면에는 하측으로 오목한 프레넬 렌즈(Fresnel lens)가 형성되며, 내부의 하측면에는 상측으로 오목한 프레넬 렌즈(Fresnel lens)가 형성되는 렌즈 모듈;을 포함하여,

상기 PCB 상에서 상기 렌즈 모듈이 상기 공간부에 상기 LED 칩을 수용하면서 덮도록 안착되는 LED 패키지.
제1항에 있어서,

상측면 상기 프레넬 렌즈의 톱니(Groove)의 높이(h)는 0.05mm ≤ H ≤ 1.0mm로 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 프레넬 렌즈의 톱니는 중앙부 또는 가장자리 측으로 경사지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 PCB 기판에는 체결 홀이 형성되고,

상기 렌즈 모듈의 하부 가장자리에는 상기 PCB 기판에 용이하게 체결되기 위하여, 단부에는 걸림 돌기가 형성된 체결 바가 형성되어,

상기 체결 바가 상기 체결 홀에 삽입되어 상기 렌즈 모듈이 상기 PCB 기판에 고정 체결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.