KR101082404B1 - 광학렌즈 및 이를 구비하는 광학 패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면, 발광체에서 출사된 광이 투과하는 광학렌즈는 상기 발광체를 향하여 볼록하게 형성된 내측계면 및 외측계면을 구비하는 도광부를 포함하며, 상기 내측계면은 상기 외측계면으로부터 함몰되어 위치한다. 상기 외측계면은 반구 형상이며, 상기 내측계면은 상기 외측계면의 중앙에 형성된 곡면일 수 있다. 상기 도광부는 상기 발광체와 대향되며 상기 외측계면의 내측 및 상기 내측계면의 외측과 인접한 대향계면; 그리고 상기 외측계면의 연장선으로부터 함몰된 수용홈의 내주면에 형성되며, 상기 대향계면과 상기 내측계면을 연결하는 내주계면을 더 포함하며, 상기 내측계면은 상기 수용홈의 내부에 위치할 수 있다.

Description

광학렌즈 및 이를 구비하는 광학 패키지{OPTICAL LENS AND OPTICAL PACKAGE INCLUDING THE OPTICAL LENS}

본 발명은 광학렌즈 및 이를 구비하는 광학 패키지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내측계면 및 외측계면을 포함하는 광학렌즈 및 이를 구비하는 광학 패키지에 관한 것이다.

일반적으로 조명기구에 대한 연구개발은 에너지 효율과 소비자의 욕구 충족이라는 측면을 고려하여 진행되고 있다. 현재 널리 보급되어 사용되는 백열등, 형광등 및 삼파장 전구 등과 같은 조명기구는 제작 및 사용상의 간편함으로 인하여 소비자들이 많이 사용하고 있으나 조명등의 수명이 짧고, 에너지가 다량으로 소요되어 에너지 비용이 증가되는 문제점이 있고, 또한 인체에 해로운 자외선이 검출 된다. 환경에 해로운 Ar Gas, He Gas등이 포함되어 있어 환경적 오염 문제도 매우 심각하다.

이러한 문제점을 개선하기 위하여 최근에는 조명기구의 수명을 향상시키고, 에너지 효율을 대폭 향상시킨 LED 조명등이 개발되어 출시되고 있다. 이러한 LED 조명등은 소비전력이 5W 미만이므로 전기 사용료를 80%이상 절감할 수 있으며, 수명은 반영구적(10년)이기 때문에 이용가치가 상당히 크다. 또한, 자외선의 방사 및 환경 규제 요소(Ar, He)가 전혀 없어 친환경적이며 형광등 폐기 시 발생하는 공해 문제도 전혀 없다.

이와 같은 LED 조명등은 복수의 LED칩들을 구비하며, LED칩들은 도전성 패턴들이 형성된 기판 상에 실장되어 외부로부터 기판에 인가된 전원을 공급받는다. 광학렌즈는 LED칩들의 상부에 설치되며, 광학렌즈는 LED칩들로부터 출사된 광을 증폭 및 확산하여 외부로 출력하므로써, LED칩들로부터 출사된 광이 더욱 밝고 균일하게 원하는 위치에 제공될 수 있도록 한다.

본 발명의 목적은 발광체로부터 출사된 광을 증폭 및 확산시킬 수 있는 광학렌즈 및 광학 패키지를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 배광성능을 향상시킬 수 있는 광학렌즈 및 광학 패키지를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 발광체로부터 출사된 광의 손실을 최소화할 수 있는 광학렌즈 및 광학 패키지를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 발광체에서 출사된 광이 투과하는 광학렌즈는 상기 발광체를 향하여 볼록하게 형성된 내측계면 및 외측계면을 구비하는 도광부를 포함하며, 상기 내측계면은 상기 외측계면으로부터 함몰되어 위치한다.

상기 외측계면은 반구 형상이며, 상기 내측계면은 상기 외측계면의 중앙에 형성된 곡면일 수 있다.

상기 도광부는 상기 발광체와 대향되며 상기 외측계면의 내측 및 상기 내측계면의 외측과 인접한 대향계면; 그리고 상기 외측계면의 연장선으로부터 함몰된 수용홈의 내주면에 형성되며, 상기 대향계면과 상기 내측계면을 연결하는 내주계면을 더 포함하며, 상기 내측계면은 상기 수용홈의 내부에 위치할 수 있다.

상기 광학렌즈는 베이스를 더 포함하며, 상기 도광부는 상기 발광체와 대향되는 상기 베이스의 일면에 형성될 수 있다.

상기 도광부가 형성되는 상기 베이스의 상기 일면에는 주름이 형성될 수 있다.

상기 주름은 상기 내측계면과 대응되도록 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 광학 패키지는 발광체가 실장되는 기판; 상기 기판이 안착되는 안착공간을 가지는 하우징; 상기 발광체의 상부에 위치하며, 상기 발광체에서 출사된 광이 투과하는 광학렌즈를 포함하되, 상기 광학렌즈는 상기 발광체를 향하여 볼록하게 형성된 내측계면 및 외측계면을 구비하는 도광부를 포함하며, 상기 내측계면은 상기 외측계면으로부터 함몰되어 위치한다.

또한, 상기 광학렌즈는 베이스를 더 포함하며, 상기 도광부는 상기 발광체와 대향되는 상기 베이스의 일면에 형성되고, 상기 도광부가 형성되는 상기 베이스의 상기 일면에는 주름이 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면 광학렌즈를 이용하여 발광체로부터 출사된 광을 증폭 및 확산시킬 수 있으며, 이를 통해 광학 패키지의 조명성능을 향상시킬 수 있다. 특히, 배광성능을 향상시킴으로써 원하는 위치에 균일한 광을 제공할 수 있다. 또한, 발광체로부터 출사된 광의 손실을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 베이스 및 도광부를 나타내는 단면도이다.
도 3은 변형된 베이스를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시한 베이스로부터 도광부를 분리한 모습을 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시한 광학렌즈를 나타내는 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 내지 도 5를 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.

한편, 이하에서는 LED칩을 예로 들어 설명하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, LED칩은 다른 형태의 발광체로 대체될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 광학 패키지는 기판(12), LED칩(14), 그리고 하우징(16)을 포함한다. 하우징(16)은 상부가 개방된 형상을 가지며, 내부에 기판(12)이 수용될 수 있는 공간을 제공한다. LED칩(14)은 외부로부터 인가된 전원을 이용하여 광을 생성하며, 기판(12) 상에 실장된다. 도 1은 하나의 LED칩(14)을 도시하고 있으나, 복수의 LED칩들(14)이 기판(12) 상에 실장되며, 복수의 LED칩들(14)이 동시에 점등되거나 선택적으로 점등되어 원하는 위치에 광을 제공한다.

기판(12)의 표면에는 LED칩(14)에 전원을 공급하기 위한 도전성 패턴이 형성되며, 도전성 패턴에 의해 LED칩(14)은 서로 직렬로 연결될 수 있다. 외부로부터 인가된 전원은 도전성 패턴을 통해 LED칩(14)에 제공되며, 앞서 설명한 바와 같이, 도전성 패턴을 통해 전원이 제공되면 LED칩(14)은 광을 발산할 수 있다.

광학 패키지는 광학렌즈(20)를 더 포함하며, 광학렌즈(20)는 기판(12)의 상부에 설치된다. 광학렌즈(20)는 하우징(16)의 개방된 상부를 폐쇄하며, 하우징(16)의 내부에 설치된 LED칩(14)을 외부로부터 보호할 뿐만 아니라, LED칩(14)으로부터 발산된 광을 증폭 및 확산하여 출력하는 역할을 한다. LED칩(14)은 일종의 점광원으로 볼 수 있으며, 이로 인해 LED칩(14)으로부터 출사된 광은 조사면에 대해 균일하게 분포되지 않으므로, 배광성능이 현저히 떨어진다. 광학렌즈는 LED칩(14)에 대응되는 도광부(24)를 통해 LED칩(14)으로부터 출사된 광을 확산시키며, 이를 통해 배광성능을 향상시킬 수 있다. 광학렌즈(20)는 투명 또는 반투명 플라스틱으로 형성될 수 있으며, 이밖에 다양한 재질로 형성될 수 있다.

광학렌즈(20)는 베이스(22) 및 도광부(24)를 구비한다. 도 2는 도 1에 도시한 베이스 및 도광부를 나타내는 단면도이다.

베이스(22)는 기판(12)의 상부에 기판(12)과 대체로 나란하게 배치되며, 하우징(16)의 개방된 상부를 폐쇄한다. 베이스(22)는 평판 형상을 가진다.

도광부(24)는 LED칩(14)과 대향되는 베이스(22)의 일면에 형성되며, 베이스(22)의 일면으로부터 돌출된다. 도광부(24)는 LED칩(14)에 인접하도록 배치되어, LED칩(14)으로부터 공급된 광의 경로를 변경하여 베이스(22)(또는 투과부(23))에 제공한다. 예를 들어, 도광부(24)는 아크릴(Acryl), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA : Poly Methyl Meta Acrylate), 폴리카보네이트(PC : PolyCarbonate), 그리고 폴리스티렌(PS : PolyStyrene)으로 이루어진 그룹 중 선택된 재질로 형성될 수 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 도광부(24)는 내측계면(24a), 내주계면(24b), 대향계면(24c), 그리고 외측계면(24d)을 가진다. LED칩(14)으로부터 발산된 광은 도광부(24)를 통해 베이스(22)의 투과부(23)를 투과하여 원하는 위치로 방출된다. 투과부(23)는 도광부(24)의 형상에 따라 정의되며, 도광부(24)에서 발생하는 광의 굴절각에 따라 도광부(24)보다 크거나 작을 수 있다.

내측계면(24a) 및 외측계면(24d)은 아래에 위치한 LED칩(14)을 향해 볼록하게 형성되며, 내측계면(24a)은 외측계면(24d)으로부터 함몰되어 형성된다. 외측계면(24d)은 반구 형상이며, 내측계면(24a)은 외측계면(24d)의 중앙에 위치한다. 즉, 외측계면(24d)은 외측계면(24d)의 연장선으로부터 함몰된 수용홈을 가지며, 내측계면(24a)은 수용홈 내에 위치한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 내측계면(24a)은 LED칩(14)과 대응되는 폭을 가진다. LED칩(14)으로부터 발산된 대부분의 광은 수용홈 내에 수용되며, 이 중 대부분은 내측계면(24a)을 통해 투과부(23)를 향한다. 이를 통해 LED칩(14)으로부터 발산된 광의 손실을 최소화할 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 내측계면(24a)이 LED칩(14)을 향해 볼록한 곡면을 제공하는 것으로 설명하고 있으나, 이와 달리 LED칩(14)을 향하는 첨단을 가지는 복수의 평면을 제공할 수 있다.

대향계면(24c)은 대체로 베이스(22)(또는 기판(12))와 나란한 평면을 가지며, 내측계면(24a)의 외측 및 외측계면(24d)의 내측에 위치한다. 대향계면(24c)은 LED칩(14)에 인접하도록 배치된다. 내주계면(24b)은 수용홈의 내주면에 형성되며, LED칩(14)으로부터 발산되어 수용홈에 수용된 광 중 일부는 내주계면(24b)을 통해 반사 또는 굴절되어 투과부(23)를 향하거나 외측계면(24d)을 통해 다시 반사 또는 굴절되어 투과부(23)를 향할 수 있다.

도 3은 변형된 베이스를 나타내는 단면도이며, 도 4는 도 3에 도시한 베이스로부터 도광부를 분리한 모습을 나타내는 사시도이다.

도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 베이스(22)는 도광부(24)가 형성되는 베이스(22)의 일면에 형성된 주름(23a)을 더 포함할 수 있다. 주름(23a)은 도광부(24)를 투과한 광을 난반사시켜 광을 확산시킴으로써, 광학 패키지의 배광성능을 향상시키는 역할을 한다. 주름(23a)은 투과부(23) 전체에 대하여 형성될 수 있으며, 투과부(23)를 투과한 광의 분포에 따라 투과부(23)의 일부에 국소적으로 형성될 수 있다. 또한, 주름(23a)은 요철(凹凸)로 대체될 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 내측계면(24a) 및 외측계면(24d)이 각각 매끄러운 곡면을 가지는 것으로 설명하고 있으나, 이와 달리, 내측계면(24a) 및 외측계면(24d)에도 필요에 따라 주름이 형성될 수 있으며, 앞서 설명한 주름(23a)과 마찬가지로, 주름을 통해 광학 패키지의 배광성능을 향상시킬 수 있다.

도 5는 도 1에 도시한 광학렌즈를 나타내는 사시도이다. 앞서 살펴본 바와 같이, 복수의 LED칩들(14)이 기판(12) 상에 실장될 수 있으며, 광학렌즈(20)는 LED칩들(14)에 대응되는 복수의 도광부들(24)을 구비할 수 있다. LED칩들(14)은 일종의 점광원으로 볼 수 있으며, 이로 인해 다수의 LED칩들(14)로부터 출사된 광은 조사면에 대해 균일하게 분포되지 않으므로, 배광성능이 현저히 떨어진다. 도 5에 도시한 광학렌즈는 각각의 LED칩들(14)에 대응되는 도광부들(24)을 통해 LED칩들(14)로부터 출사된 광을 확산시키며, 이를 통해 배광성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.

12 : 기판 14 : 발광체
16 : 하우징 18 : 고정클립
20 : 광학렌즈 22 : 베이스
23 : 투과부 23a : 주름
24 : 도광부 24a : 내측 계면
24b : 내주 계면 24c : 대향 계면
24d : 외측 계면 29 : 지지대

Claims (8)

1. 발광체에서 출사된 광이 투과하는 광학렌즈에 있어서,
   상기 광학렌즈는,
   베이스; 및
   상기 발광체와 대향되는 상기 베이스의 일면에 형성되며, 상기 발광체를 향하여 볼록하게 형성된 내측계면 및 외측계면을 구비하는 도광부를 포함하며,
   상기 내측계면은 상기 외측계면으로부터 함몰되어 위치하고, 상기 도광부가 형성되는 상기 베이스의 상기 일면에는 주름이 형성되는 것을 특징으로 하는 광학렌즈.
2. 제1항에 있어서,
   상기 외측계면은 반구 형상이며,
   상기 내측계면은 상기 외측계면의 중앙에 형성된 곡면인 것을 특징으로 하는 광학렌즈.
3. 제1항에 있어서,
   상기 도광부는,
   상기 발광체와 대향되며 상기 외측계면의 내측 및 상기 내측계면의 외측과 인접한 대향계면; 및
   상기 외측계면의 연장선으로부터 함몰된 수용홈의 내주면에 형성되며, 상기 대향계면과 상기 내측계면을 연결하는 내주계면을 더 포함하며,
   상기 내측계면은 상기 수용홈의 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 광학렌즈.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 주름은 상기 내측계면과 대응되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광학렌즈.
7. 발광체가 실장되는 기판;
   상기 기판이 안착되는 안착공간을 가지는 하우징; 및
   상기 발광체의 상부에 위치하며, 상기 발광체에서 출사된 광이 투과하는 광학렌즈를 포함하되,
   상기 광학렌즈는,
   베이스; 및
   상기 발광체와 대향되는 상기 베이스의 일면에 형성되며, 상기 발광체를 향하여 볼록하게 형성된 내측계면 및 외측계면을 구비하는 도광부를 포함하며,
   상기 내측계면은 상기 외측계면으로부터 함몰되어 위치하고, 상기 도광부가 형성되는 상기 베이스의 상기 일면에는 주름이 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 패키지.
8. 삭제

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