KR101485322B1

KR101485322B1 - 발광소자

Info

Publication number: KR101485322B1
Application number: KR20080061832A
Authority: KR
Inventors: 이상철
Original assignee: 서울반도체 주식회사
Priority date: 2008-06-27
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2015-01-22
Also published as: KR20100003338A

Abstract

발광소자가 개시된다. 이러한 발광소자는 인쇄회로기판, 발광칩 및 비구면 렌즈를 포함한다. 상기 발광칩은 상기 인쇄회로기판에 실장된다. 상기 비구면 렌즈는 상기 발광칩이 중심축 상에 배치되도록 상기 인쇄회로기판에 부착되어 빛의 지향각을 조절한다. 상기 비구면 렌즈는 아래의 비구면 다항식에서,

비구면계수 C4 = 0.0950, C6 = 0.0833, C8 = 0.0050, C2n = 0 (n은 5이상)의 값을 갖는다(상기 식에서, k는 원추상수(conic constant)이고, z축은 상기 비구면 렌즈의 중심축이며, z값은 xy평면으로부터의 높이, c는 정점에서의 곡률반지름, r은 √(x² + y²)임). 이러한 발광소자는 광의 지향각이 약 8도 이하의 값을 갖는다. 따라서, 고 정밀도가 요구되지 않는 곳에서는 고가의 레이저 다이오드를 대체할 수 있다.

비구면 렌즈, 발광다이오드, 저지향각, 반도체레이저.

Description

발광소자{LIGHT GENERATING DEVICE}

본 발명은 발광소자에 관한 것으로, 보다 상세히 저지향각을 위한 비구면 렌즈를 포함하는 발광소자에 관한 것이다.

일반적으로 발광 다이오드(Light Emitting Diode : LED)는 발광 효율이 높고, 수명이 길고, 소비전력이 낮으며, 수은을 포함하지 않아 친환경적이라는 많은 장점들을 갖고 있어, 그것을 사용하는 기술분야가 계속해서 증가하고 있는 추세이다.

도 1은 종래 발광다이오드의 정면도이다. 이러한 종래의 발광다이오드(100)의 렌즈는 돔(dome) 타입의 렌즈를 갖는다. 보다 상세히, 하부는 원통형이며, 상부는 반원이 결합된 형태이다.

그러나, 종래 발광다이오드의 경우 대략적으로 15도 내지 140도 범위의 지향각을 갖는다. 따라서, 이러한 종래 발광다이오드는 빛의 평행성, 직진성이 요구되는 환경에는 사용되기 곤란하다.

이러한 환경에서는 레이저 다이오드를 사용할 수 있으나, 레이저 다이오드는 매우 고가인 문제가 있다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 저지향각을 갖는 발광소자를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자는 인쇄회로기판, 발광칩 및 비구면 렌즈를 포함한다. 상기 발광칩은 상기 인쇄회로기판에 실장된다. 상기 비구면 렌즈는 상기 발광칩이 중심축 상에 배치되도록 상기 인쇄회로기판에 부착되어 빛의 지향각을 조절한다. 상기 비구면 렌즈는 아래의 비구면 다항식에서,

비구면계수 C4 = 0.0950, C6 = 0.0833, C8 = 0.0050, C2n = 0 (n은 5이상)의 값을 갖는다(상기 식에서, k는 원추상수(conic constant)이고, z축은 상기 비구면 렌즈의 중심축이며, z값은 xy평면으로부터의 높이, c는 정점에서의 곡률반지름, r은 √(x² + y²)임).

예컨대, 상기 인쇄회로기판에서, 제1 지점까지 z축 거리는 약 1.5mm, 제1 지점으로부터 상기 정점까지 z축 거리는 약 2.06mm이며, 상기 제1 지점에서의 반지름 r은 약 1.35mm이고, 인쇄회로기판과 접하는 부분에서의 반지름 r은 약 1.4mm이다.

상기 비구면 렌즈의 재질의 굴절률은 1.52의 값을 갖으며, 상기 비구면 렌즈 는 예컨대 에폭시수지로 제조될 수 있다.

또한, 상기 인쇄회로기판은 그루브를 포함하고, 상기 발광칩은 상기 인쇄회로기판의 그루브 내에 배치될 수 있다.

이러한 발광소자는 광의 지향각이 약 8도 이하의 값을 갖는다. 따라서, 고 정밀도가 요구되지 않는 곳에서 고가의 레이저 다이오드를 대체할 수 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가 지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자의 정면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자(200)는 인쇄회로기판(210), 발광칩(220) 및 비구면 렌즈(230)를 포함한다.

상기 발광칩(220)은 상기 인쇄회로기판(210)에 실장된다. 상기 발광칩(220)으로서 예컨대, 발광 다이오드(LED)가 사용될 수 있다. 상기 발광 다이오드는 적색발광 다이오드, 녹색발광 다이오드 또는 청색발광 다이오드 중 어느 하나가 사용될 수 있다.

이러한 인쇄회로기판(210)을 통해서 상기 발광칩(220)에 전기적인 에너지가 공급되면, 상기 발광칩(220)이 발광한다.

상기 인쇄회로기판(210)에는 그루브가 형성되어 상기 발광칩(220)이 이러한 그루브에 실장된다. 상기 그루브의 단부는 라운드 형상을 갖도록 처리되어 발광칩(220)에서 발생된 칩을 상부로 반사시키며 또한 지향각을 감소시킨다.

상기 비구면 렌즈(230)는 상기 발광칩(220)이 중심축 상에 배치되도록 상기 인쇄회로기판(210)에 부착되어 빛의 지향각을 조절한다.

아래의 수학식 1은 일반적인 비구면 렌즈를 표현하는 비구면 다항식이다.

상기 수학식 1에서, c값은 비구면 렌즈의 정점에서의 곡률반지름이고, k는 원추상수이다. z축은 상기 비구면 렌즈의 중심축이며, 원점은 상기 비구면 렌즈의 정점에 대응한다. 이식에서, r값은 √(x² + y²)이다.

본 발명에 의한 비구면 렌즈(230)는 상기 수학식 1에서 다음과 같은 비구면 변형계수인 비구면 계수(C2n)를 갖는다. 즉, C4 = 0.0950, C6 = 0.0833, C8 = 0.0050, C2n = 0 (n은 5이상).

이러한 비구면 계수 값들은 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 얻어질 수 있으 며, 구체적으로 내삽법을 이용하였다.

비구면 렌즈(230)는 일반적으로 대략 1.52의 굴절률을 갖는 에폭시 수지(Epoxy resin)를 사용하여 제조된다. 이러한 비구면 렌즈(230)는 예컨대 트랜스퍼 몰딩을 이용하여 제조될 수 있다.

상기 비구면 렌즈(230)는 아래에서 기술되는 크기를 갖는다.

즉, 상기 인쇄회로기판에서 제1 지점(A)까지 z축 거리는 약 1.5mm이고, 제1 지점(A)으로부터 상기 정점(B)까지 z축 거리는 약 2.06mm이며, 상기 제1 지점(A)에서의 반지름 r은 약 1.35mm이고, 인쇄회로기판과 접하는 부분에서의 반지름 r은 약 1.4mm이다.

이러한, 크기는 종래 발광소자의 크기를 크게 변경시키지 않으면서 앞에서 기술한 비구면 계수(C2n)에 적절하다.

이하, 도 3 및 4를 참조로, 본 발명에 의한 발광소자의 효과를 작용효과를 설명한다.

도 3은 도 2에서 도시된 발광소자에서 발생된 빛의 출사를 시뮬레이션한 결과를 보여주는 도면이다. 도 4는 도 2에서 도시된 발광소자의 지향각에 따른 인텐시티를 보여주는 그래프이다. 도 4의 그래프는, z축, 즉 비구면 렌즈의 축에서 빛의 인텐시티를 1로 조정(calibration)하여 임의의 극각에서의 상대적인 인텐시티 값을 나타낸다.

도 3 및 4를 참조하면, 본 발명에 따른 발광소자에서 출사된 빛은 대략 8도 이내의 범위에 집중되어 있음을 볼 수 있다.

본 발명에 따른 이러한 발광소자는 광의 지향각이 약 8도 이하의 값을 갖는다. 따라서, 고 정밀도가 요구되지 않는 곳에서 고가의 레이저 다이오드를 대체할 수 있다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이다. 따라서, 전술한 설명 및 아래의 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어져야 한다.

도 1은 종래 발광소자의 정면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자의 정면도이다.

도 3은 도 2에서 도시된 발광소자에서 발생된 빛의 출사를 시뮬레이션한 결과를 보여주는 도면이다.

도 4는 도 2에서 도시된 발광소자의 지향각에 따른 인텐시티를 보여주는 그래프이다.

<주요 도면번호에 대한 설명>

100, 200: 발광소자

210: 인쇄회로기판

220: 발광칩

230: 비구면 렌즈

Claims

인쇄회로기판;

상기 인쇄회로기판에 실장된 발광칩; 및

상기 발광칩이 중심축 상에 배치되도록 상기 인쇄회로기판에 부착되어 빛의 지향각을 조절하는 비구면 렌즈를 포함하고,

상기 비구면 렌즈는 아래의 비구면 다항식에서,

비구면계수 C4 = 0.0950, C6 = 0.0833, C8 = 0.0050, C2n = 0 (n은 5이상)의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 발광소자(상기 식에서, k는 원추상수(conic constant)이고, z축은 상기 비구면 렌즈의 중심축이며, z값은 xy평면으로부터의 높이, c는 정점에서의 곡률반지름, r은 √(x² + y²)임).
제1 항에 있어서,

상기 인쇄회로기판에서, 제1 지점까지 z축 거리는 1.5mm, 상기 제1 지점으로부터 상기 정점까지 z축 거리는 2.06mm이며,

상기 제1 지점에서의 반지름 r은 1.35mm이고, 인쇄회로기판과 접하는 부분에서의 반지름 r은 1.4mm인 것을 특징으로 하는 발광소자.
제1 항에 있어서,

상기 비구면 렌즈의 재질의 굴절률은 1.52 인 것을 특징으로 하는 발광소자.
제1 항에 있어서,

상기 인쇄회로기판은 그루브를 포함하고,

상기 발광칩은 상기 인쇄회로기판의 그루브 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 발광소자.