KR101370963B1

KR101370963B1 - 광학렌즈 및 이를 포함하는 발광소자 패키지

Info

Publication number: KR101370963B1
Application number: KR1020120097843A
Authority: KR
Inventors: 오승현; 김평국; 이승훈; 민천기; 임정아; 임준형; 정철훈
Original assignee: 주식회사 루멘스
Priority date: 2012-09-04
Filing date: 2012-09-04
Publication date: 2014-03-10
Anticipated expiration: 2032-09-04

Abstract

본 발명은 방출되는 광의 지향각이 좁은 광학렌즈 및 이를 포함하는 발광소자 패키지를 위하여, 평평한 제1면과, 상기 제1면에 대향하며 일주(一周)하는 외측 가장자리의 길이가 상기 제1면의 일주하는 외측 가장자리의 길이보다 길며 가장자리에서 중앙으로 갈수록 제1면 방향으로 만입된 제2면을 포함하는 광학렌즈 및 이를 포함하는 발광소자 패키지를 제공한다.

Description

광학렌즈 및 이를 포함하는 발광소자 패키지{Optical lens and light emitting device package comprising the same}

본 발명은 광학렌즈 및 이를 포함하는 발광소자 패키지에 관한 것으로서, 더 상세하게는 방출되는 광의 지향각이 좁은 광학렌즈 및 이를 포함하는 발광소자 패키지에 관한 것이다.

일반적으로 발광소자는 전자장치, 예컨대 디스플레이장치에서 백라이트 유닛의 광원으로 사용되고 있다. 이러한 발광소자는 백라이트 모듈에 결합하기 전에 다양한 형태로 패키징될 수 있으며, 백라이트 유닛은 이와 같이 패키징된 발광소자 패키지를 구비한다.

이러한 발광소자 패키지는 광을 발생시키는 발광소자에서 방출된 광을 굴절시키는 광학렌즈를 구비하였다.

그러나 이러한 종래의 광학렌즈 및 발광소자 패키지에는 방출되는 광의 지향각이 넓어 광축에서 멀어질수록 휘도가 낮아지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 방출되는 광의 지향각이 좁은 광학렌즈 및 이를 포함하는 발광소자 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 관점에 따르면, 평평한 제1면과, 상기 제1면에 대향하며 일주(一周)하는 외측 가장자리의 길이가 상기 제1면의 일주하는 외측 가장자리의 길이보다 길며 가장자리에서 중앙으로 갈수록 상기 제1면 방향으로 만입된 제2면을 포함하는 광학렌즈가 제공된다.

상기 제1면의 면적보다 상기 제2면의 면적이 더 넓을 수 있다.

상기 제1면은 상호 연결된 4개의 제1변을 가지며, 상기 제2면은 상호 연결되며 상기 제1면의 제1변에 대향하는 4개의 제2변을 가질 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 리드프레임과, 상기 리드프레임 상에 배치된 발광소자와. 상기 리드프레임과 결합되며 상기 발광소자에서 발생된 광을 방출하는 개구가 형성된 몰딩재와, 상기 발광소자에서 방출된 광의 경로상에 배치될 수 있는 전술한 광학렌즈로서 상기 발광소자에서 방출된 광이 상기 제2면으로 입사되어 상기 제1면으로부터 외부로 방출되는 광학렌즈를 포함하는 발광소자 패키지가 제공된다.

상기 몰딩재는 상기 광학렌즈가 배치되는 위치를 한정할 수 있는 가이드부를 포함할 수 있다.

상기 광학렌즈는 상기 가이드부에 끼움결합될 수 있다.

상기 광학렌즈의 가장자리를 따라서 상기 광학렌즈와 상기 몰딩재 사이에 구비된 접착층을 더 포함할 수 있다.

상기 광학렌즈는 상호 이격된 상기 가이드부 사이로 삽입될 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 방출되는 광의 지향각이 좁은 광학렌즈 및 이를 포함하는 발광소자 패키지를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학렌즈를 개략적으로 도시하는 사시도이고, 도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 취한 단면을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 도시하는 사시도이고, 도 4는 도 3의 IV-IV선을 따라 취한 단면을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 의한 광학렌즈를 통과한 광 및 발광소자 패키지에서 방출된 광의 지향각을 개략적으로 도시하는 그래프이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학렌즈(100)를 개략적으로 도시하는 사시도이고, 도 2는 도 1의 II-II선을 따라 취한 단면을 개략적으로 도시하는 단면도이다. 본 실시예에 따른 광학렌즈(100)는 광이 투과할 수 있는 재질로 이루어지며, 투명하거나 반투명할 수 있다. 광학렌즈(100)의 전체적이 외형을 설명하면, 평평한 제1면(110)과, 제1면(110)과 대향하며 제1면(110) 방향으로 만입된 2면과, 제1면(110)과 제2면(120)을 연결하는 제3면(130)을 포함할 수 있다.

제1면(110)은 평평할 수 있다. 또한, 제1면(110)은 예컨대 대략 사각형으로 이루어질 수 있다. 도시된 바와 같이 제1면(110)은 평평한 사각형으로 이루어지며, 모서리가 트리밍(trimming)처리 또는 모따기(chamfering) 처리될 수 있다. 즉 제1면(110)은 상호 연결된 4개의 제1변(111)을 가지며, 제1변(111)은 제1변(111)에 비해 길이가 매우 짧은 변에 의해 상호 연결될 수 있다. 여기서 제1면(110)은 대략 직사각형이나 정사각형으로 이루어질 수 있다. 이러한 제1면(110)의 형상은 사각형에 한정되는 것은 아니며 후술할 몰딩재(200)의 형상에 따라 대응할 수 있다.

제2면(120)은 제1면(110)에 대향하며 일주(一周)하는 외측 가장자리의 길이가 상기 제1면(110)의 일주하는 외측 가장자리의 길이보다 길며, 가장자리에서 중앙으로 갈수록 제1면(110) 방향으로 만입될 수 있다.

예를 들면, 제2면(120)은 대략 사각형으로 이루어질 수 있으며, 모서리가 트리밍 처리 또는 모따기 처리될 수 있다. 즉 제2면(120)은 상호 연결된 4개의 제2변(121)을 가질 수 있다. 따라서 제2면(120)의 가장자리는 4개의 긴 제2변(121)과 이들을 연결하는 단변으로 이루어질 수 있다. 이때, 제2면(120)의 제2변(121)은 제1면(110)의 제1변(111)에 대향할 수 있다. 즉 제2변(121)과 제1변(111)은 대략 수평행할 수 있다. 물론 전술한 제1면(110)과 마찬가지로 제2면(120)의 형상도 사각형에 한정되는 것은 아니다.

한편, 제2면(120)은 제1면(110)보다 넓은 면적을 가질 수 있다. 예컨대 제2면(120)의 외측 가장자리의 길이가 제1면의 외측 가장자리의 길이보다 길 수 있다. 제2면(120)의 면적이 제1면(110)의 면적보다 넓으므로, 제2변(121)의 총 길이는 제1변(111)의 총 길이보다 길 수 있다. 또한, 제2변(121) 중 어느 하나의 길이는 제1변(111)의 어느 하나의 길이보다 길 수 있다. 따라서 도 2에 도시된 바와 같이 도 1의 II-II선을 따라 취한 광학렌즈(100)의 단면은 대략 사다리꼴 형상을 포함할 수 있다.

도 2를 참조하면, 제2면(120)은 외측 가장자리에서 중앙으로 갈수록 제1면(110) 방향으로 만입될 수 있다. 예컨대, 제2면(120)은 제2면(120)의 제2변(121)에서 제2면(120)의 중심으로 갈수록 오목하게 만입될 수 있다. 이때, 제2면(120)은 제2변(121)에서 제2면(120)의 중심으로 갈수록 일정한 기울기로 만입될 수 있다. 또는 제2면(120)은 제2변(121)에서 제2면(120)의 중심으로 갈수록 곡률이 커지도록 만입되거나, 반대로 곡률이 작아지도록 만입될 수도 있다.

도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 도시하는 사시도이고, 도 4는 도 3의 IV-IV 선을 따라 취한 단면도로 이해할 수 있다. 그리고 도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 도시하는 사시도이다.

본 실시예에 따른 발광소자 패키지는 도면에 도시된 것과 같이, 리드프레임(30), 발광소자(1), 몰딩재(200) 및 전술한 실시예에 따른 광학렌즈(100)를 포함할 수 있다.

리드프레임(30)은 제1리드(31)와 제2리드(32)를 포함한다. 물론 이 외의 리드를 더 포함할 수도 있다. 예컨대 리드프레임(30)은 후술하는 발광소자(1)가 배치될 다이패드와, 이 다이패드와 이격된 제1리드(31) 및 제2리드(32)를 포함할 수도 있다.

발광소자(1)는 리드프레임(30) 상에 배치되는데, 예컨대 도면에 도시된 것과 같이 제1리드(31) 상에 배치될 수 있다. 발광소자(1)는 전기 신호를 인가받아 광을 방출하는 소자로서 다양한 전자 장치의 광원으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 발광소자(1)는 화합물 반도체의 다이오드로 구성될 수 있고, 이러한 발광소자(1)는 발광 다이오드(light emitting diode; LED)로 불릴 수 있다. 이러한 발광 다이오드는 화합물 반도체의 물질에 따라서 다양한 색상의 광을 방출할 수 있다.

이러한 발광소자(1)는 제1리드(31) 및/또는 제2리드(32)와 전기적으로 연결될 수 있는데, 도전성 접착부재를 이용하여 전기적으로 연결될 수도 있고 와이어링을 통해 전기적으로 연결될 수도 있다.

몰딩재(200)는 리드프레임(30)에 결합되어 발광소자 패키지의 전체적인 외형을 형성할 수 있다. 몰딩재(200)는 발광소자(1)에서 발생된 광이 방출될 개구(201)를 갖는다. 도면에서는 발광소자(1)에서 발생된 광이 +z 방향으로 진행되도록 할 수 있는 개구(201)를 몰딩재(200)가 갖는 경우를 도시하고 있다.

몰딩재(200)는 트랜스퍼 몰딩법 등을 통해 수지로 형성될 수 있다. 물론 몰딩재(200)는 트랜스퍼 몰딩법 외에도 인젝션 몰딩, 사출성형 등을 통해 형성될 수도 있는 등 다양한 변형이 가능함은 물론이다. 몰딩재(200)로 사용할 수 있는 수지로는 에폭시 등을 들 수 있다.

한편, 몰딩재(200)는 광학렌즈(100)가 배치되는 위치를 한정하는 가이드부(210)를 포함할 수 있다. 보다 상세히 설명하면, 발광소자 패키지에서 방출되는 광이 발광소자(1)를 기준으로 한 +z축을 기준으로 어느 한 방향으로 치우치지 않고 일정영역 내에서 고르게 확산되어야 한다. 따라서 발광소자(1)에서 방출된 광을 일정영역 내로 한정하거나 고르게 확산하기 위하여, 광학렌즈(100)는 정확한 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 따라서 가이드부(210)는 광학렌즈(100)의 배치 위치를 한정하여 광학렌즈(100)가 정확한 위치에 배치되도록 할 수 있다.

예를 들면, 가이드부(210)는 몰딩재(200)의 개구(201)를 중심으로 몰딩재(200)의 개구(201) 둘레를 따라 연속적 또는 단속적으로 배치될 수 있다. 도면에서는 가이드부(210)가 몰딩재(200)의 개구(201)를 단속적으로 둘러싸는 것으로 도시하고 있다. 이때, 광학렌즈(100)는 가이드부(210) 내에 위치할 수 있다. 예컨대, 가이드부(210)는 사각박스 형태의 몰딩재(200)의 각 모서리에서 +z방향으로 연장되어, 광학렌즈(100)의 배치위치를 한정 또는 안내할 수 있다. 그리고 광학렌즈(100)는 이러한 가이드부(210) 내에 위치하여, 측면의 일부가 가이드부(210)에 의해 감싸질 수 있다.

다른 예로 도 5를 참조하면, 광학렌즈(100)는 가이드부(210) 사이로 삽입될 수 있다. 구체적으로, 가이드부(210)는 상호 이격되어 몰딩재(200)의 각 모서리에서 +z방향으로 연장될 수 있다. 그리고 광학렌즈(100)는 제3면(130)에 ㅁx방향 및 ㅁy방향으로 연장된 돌출부(131)를 구비할 수 있다. 광학렌즈(100)가 몰딩재(200)에 고정될 때, 상호 이격된 가이드부(210) 사이로 광학렌즈(100)의 돌출부(131)가 삽입될 수 있다. 이때, 몰딩재(200)의 가이드부(210)와 광학렌즈(100)의 돌출부(131)는 상호 맞물려, 광학렌즈(100)의 배치 위치를 정확하게 안내할 수 있다.

한편, 발광소자(1) 상에는 발광소자(1)에서 방출되는 광이 일정한 색좌표를 갖도록 형광체(2)가 도팅될 수 있다. 예컨대, 형광체(2)는 발광소자(1)에서 방출되는 광이 적색광, 녹색광 또는 청색광 중 적어도 어느 하나에 대응하는 색좌표를 갖도록 할 수 있다.

발광소자(1) 상에는 발광소자(1)를 외부 습기 등으로부터 보호하기 위하여 발광소자(1)를 덮도록 몰딩재(200)의 개구(201) 내에 수지층(미도시)이 선택적으로 배치될 수 있다. 이러한 수지층(미도시)에는 형광체(2)가 혼입되어 몰딩재(200)의 개구(201)에 전체적으로 또는 부분적으로 채워질 수 있다. 물론 형광체(2)가 혼합된 수지층(미도시)이 부분적으로 채워지고, 형광체(2) 없는 (투명) 충진재가 별도로 채워질 수도 있다.

한편, 광학렌즈(100)는 발광소자(1)에서 방출된 광의 경로 상에 배치될 수 있다. 여기서 광학렌즈(100)는 전술한 실시예에 따른 광학렌즈(100)와 동일 또는 유사하므로 중복되는 설명은 생략한다. 광학렌즈(100)는 발광소자(1)에서 방출된 광이 제2면(120)으로 입사하여 제1면(110)으로부터 외부로 방출되도록 배치될 수 있다.

이러한 광학렌즈(100)는 몰딩재(200)의 개구(201)에서 소정 거리 이격되거나, 몰딩재(200)의 개구(201)를 덮도록 배치될 수 있고, 몰딩재(200)에서 탈거되는 것을 방지하기 위하여 고정될 수 있다. 광학렌즈(100)가 몰딩재(200)의 개구(201)를 덮도록 배치되어 고정되는 경우에 대해 예를 들어 설명하면, 광학렌즈(100)는 몰딩재(200)와 광학렌즈(100)의 사이에 구비되는 접착층(300)에 의해 몰딩재(200)에 고정될 수 있다. 이때 접착층(300)은 광학렌즈(100)의 가장자리를 따라서 구비될 수 있다.

보다 상세히 설명하면, 접착층(300)은 광학렌즈(100)의 제2면(120)에 접촉할 수 있으며, 제2변(121)과 인접하게 연속적 또는 단속적으로 배치될 수 있다. 또한, 접착층(300)은 몰딩재(200)의 개구(201) 둘레를 따라 연속적 또는 단속적으로 배치될 수 있다. 도면에서는 접착층(300)이 연속적으로 배치되는 것으로 도시하고 있다.

다른 예로, 광학렌즈(100)는 가이드부(210)에 끼움 결합되어 고정될 수 있다. 광학렌즈(100)는 제2면(120)과 제3면(130)이 이루는 모서리가 예각이므로, 이 모서리를 구속하여 광학렌즈(100)가 몰딩재(200)에 고정시킬 수 있다. 구체적으로 가이드부(210)는 몰딩재(200)의 개구(201) 방향의 측면에 광학렌즈(100)의 모서리에 대응하는 홈(211)이 형성될 수 있다. 그리고 광학렌즈(100)는 가이드부(210)의 홈(211)에 삽입되어 몰딩재(200)에 고정될 수 있다.

한편, 발광소자를 냉각하는 공기유로가 구비될 수 있다. 예를 들면, 공기유로는 몰딩재에 형성될 수 있다. 구체적으로 몰딩재는 개구의 내부와 몰딩재의 외부를 연통하는 공기유로를 포함할 수 있다. 다른 예로, 광학렌즈는 제2면 중 어느 한 면과 다른 한 면을 연통하는 공기유로를 포함할 수 있다. 또 다른 예로, 몰딩재의 가이드부는 광학렌즈를 몰딩재의 개구에서 소정 거리 이격시킬 수 있다. 구체적으로 몰딩재의 가이드부는 단속적으로 형성되고, 광학렌즈는 이러한 가이드부 상에 고정될 수 있다. 따라서 몰딩재의 가이드부 사이로 공기유로가 형성될 수 있다.

전술한 바와 같이 형성된 공기유로에 의해 발광소자에서 발생하는 열을 효과적으로 외부로 방출할 수 있고, 이로 인해 발광소자가 열에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 발광소자의 수명을 획기적으로 연장할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 광학렌즈(100) 및 이를 포함하는 발광소자 패키지에서 방출되는 광의 지향각을 도시한 그래프이다.

종래의 발광소자 패키지는 광축방향으로 광출력의 피크가 있고, 광축으로부터 각도가 벌어짐에 따라 광출력이 급격하게 감소하지 않고 완만하게 감소하도록 광이 방출되었다. 또한, 종래의 발광소자 패키지는 지향각이 넓어, 광축에서 상당히 멀어지더라도 광출력의 감소폭이 크지는 않도록 함으로써, 발광소자 패키지에서 방출되는 광의 전제적인 휘도가 넓은 범위에 있어서 점진적으로 낮아지도록 하여 조명용으로 사용되도록 하였다.

그러나 본 발명의 실시예들에 따르면, 도시된 바와 같이 발광소자(1)에서 방출된 광은 광학렌즈(100)를 지나면서 광축 근방에서는 광축으로부터 멀어져도 광출력이 감소하지 않고 대략 일정하도록 할 수 있다. 나아가 지향각을 좁힘으로써 광이 조사되는 부분에 있어서는 휘도가 높아지도록 할 수 있다. 이로 인해 발광소자 패키지에서 방출되는 광은 광축 근방에서는 광축에서 멀어지더라도 일정하면서도 높은 휘도를 가질 수 있다. 이를 통해 휴대폰이나 카메라 등의 플래쉬 용도로 사용될 시, 촬영되는 전(全)영역에 있어서 고휘도이면서 일정한 휘도의 광이 효과적으로 조사되도록 할 수 있다. 즉, 전술한 광학렌즈들은 플래쉬용 광학렌즈들로서, 발광소자 패키지와 결합하여 조사영역에 있어서 일정하고 균일한 강도의 광이 조사될 수 있도록 효과적으로 작용할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

1: 발광소자 30: 리드프레임
100: 광학렌즈 110: 제1면
120: 제2면 130: 제3면
200: 몰딩재 210: 가이드부
300: 접착층

Claims

평평한 제1면; 및
상기 제1면에 대향하며, 일주(一周)하는 외측 가장자리의 길이가 상기 제1면의 일주하는 외측 가장자리의 길이보다 길며, 가장자리에서 중앙으로 갈수록 상기 제1면 방향으로 만입된 제2면;
를 포함하고,
상기 제2면은 하측으로 볼록한 곡면 형상을 가지는, 광학렌즈.
제1항에 있어서,
상기 제1면의 면적보다 상기 제2면의 면적이 더 넓은, 광학렌즈.
제1항에 있어서,
상기 제1면은 상호 연결된 4개의 제1변을 가지며,
상기 제2면은 상호 연결되며 상기 제1면의 제1변에 대향하는 4개의 제2변을 갖는, 광학렌즈.
리드프레임;
상기 리드프레임 상에 배치된 발광소자;
상기 리드프레임과 결합되며 상기 발광소자에서 발생된 광을 방출하는 개구가 형성된 몰딩재; 및
상기 발광소자에서 방출된 광의 경로상에 배치될 수 있는 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 광학렌즈로서, 상기 발광소자에서 방출된 광이 상기 제2면으로 입사되어 상기 제1면으로부터 외부로 방출되는 광학렌즈;
를 포함하고,
상기 제2면은 하측으로 볼록한 곡면 형상을 가지는, 발광소자 패키지.
제4항에 있어서,
상기 몰딩재는 상기 광학렌즈가 배치되는 위치를 한정할 수 있는 가이드부를 포함하는, 발광소자 패키지.
제5항에 있어서,
상기 광학렌즈는 상기 가이드부에 끼움결합될 수 있는, 발광소자 패키지.
제4항에 있어서,
상기 광학렌즈의 가장자리를 따라서 상기 광학렌즈와 상기 몰딩재 사이에 구비된 접착층을 더 포함하는, 발광소자 패키지.
제5항에 있어서,
상기 광학렌즈는 상호 이격된 상기 가이드부 사이로 삽입되는, 발광소자 패키지.
평평한 제1면; 및
상기 제1면에 대향하며, 일주(一周)하는 외측 가장자리의 길이가 상기 제1면의 일주하는 외측 가장자리의 길이보다 길며, 가장자리에서 중앙으로 갈수록 상기 제1면 방향으로 만입된 제2면;
을 포함하고,
상기 제1면은 상호 연결된 복수의 제1변을 가지며,
상기 제2면은 상호 연결되며 상기 제1면의 제1변에 대향하는 복수의 제2변을 갖는, 광학렌즈.