KR101526287B1 - 렌즈 일체형 ｌｅｄ 패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 렌즈 일체형 LED 패키지에 관한 것으로서, 인쇄회로기판에 접지된 LED칩(10); 및 인쇄회로기판 상부에 구성되어 그 중심부는 오목하도록 구성되어 빛을 확산시키고, 그 주변부는 반구형상을 갖도록 볼록하게 구성되어 빛을 집광시키되, 그 중심부 상측으로 반구형으로 돌출되도록 구성된 1차 렌즈(20);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, Compression molding, Injection molding, 또는 Transfer molding 성형 공법을 통해 렌즈 일체형 LED 패키지를 제작하여 2차 렌즈의 구성없이 배광 제어를 가능하게 함으로써, 제작공정을 단순화하고 광학 손실을 최소화하고, 렌즈 일체형 LED 패키지를 제작하여 2차 렌즈의 구성없이 배광 제어를 가능하게 함으로써, LED 패키지를 소형화하여 조명기구의 부피를 줄이고 렌즈공차 없애는 효과가 있다.

Description

렌즈 일체형 ＬＥＤ 패키지{LED PACKAGE OF INTEGRAL TYPE LENS}

본 발명은 렌즈 일체형 LED 패키지에 관한 것으로써, Compression molding, Injection molding, 또는 Transfer molding 성형 공법을 통해 렌즈 일체형 LED 패키지를 제작함으로써, 2차 렌즈의 구성없이 배광 제어를 가능하게 하는 기술에 관한 것이다.

LED(light emitting diode)를 이용한 LED 발광장치는, 소형이고 전력효율이 높고 선명한 색 발광을 한다. 또한, LED는 반도체소자이기 때문에 전구가 단락될 염려가 없다. 게다가, 초기구동특성이 뛰어나, 진동이나 온ㅇ 오프 점등의 반복에 강하다고 하는 특징을 가진다. 이러한 뛰어난 특성을 가지기 때문에, LED 발광장치는 각종의 광원으로서 이용되고 있다.

이러한, LED 조명은 용도에 맞는 최적의 배광을 달성하기 위해 용도에 적합한 광학 성능을 구현할 수 있는 부가적인 형태의 2차 광학계(렌즈, 프리즘 등)를 적용하고 있다.

그러나, 2차 광학계는 광학 손실, 제조 공차, 추가적인 공정, 조명기구 부피 증가로 인해 성능 저하 및 가격 상승의 원인이 되고 있다. 한편, 도 1은 2차 렌즈를 사용한 경우와 1차 렌즈를 사용한 경우를 도시한 예시도이다.

전술한 바와 같은 문제점을 개선하기 위해, 선진 LED 패키지 제조사에서는 2차 광학 렌즈를 제거하고 패키지 봉지재 자체를 렌즈 형상으로 구현하는 기술에 대한 다양한 연구개발이 이루어지고 있다.

이와 관련하여, 대한민국 공개특허 제2013-0084803호(렌즈 일체형 조명용 LED 패키지)에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 인쇄회로기판에 접속된 LED 칩; 및 LED 칩으로부터 발광되는 빛이 임의의 배광 패턴을 형성하도록 배광각을 형성하고, 인쇄회로기판의 상면에 LED 칩을 포함하여 비구면으로 성형한 광학 렌즈부를 포함하는 렌즈 일체형 조명용 LED 패키지에 대한 기술이 개시된바 있다.

그러나, 전술한 선행특허의 경우, 중심을 기준으로 배광이 원형으로 퍼져나가기 때문에 가로등 배광기준을 만족하지 못한다.

반면에, 본 발명에 따르면, 좌우로 배트윙 배광 형태로 빛이 퍼지고 앞뒤로는 빛이 거의 나오지 않는 가로등 배광기준을 만족한다는 점에서 선행특허와 차이점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, Compression molding, Injection molding, 또는 Transfer molding 성형 공법을 통해 렌즈 일체형 LED 패키지를 제작하여 2차 렌즈의 구성없이 배광 제어를 가능하게 함으로써, 제작공정을 단순화하고 광학 손실을 최소화하는데 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명은 렌즈 일체형 LED 패키지를 제작하여 2차 렌즈의 구성없이 배광 제어를 가능하게 함으로써, LED 패키지를 소형화하여 조명기구의 부피를 줄이고 렌즈공차 없애는데 그 목적이 있다.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 렌즈 일체형 LED 패키지는, 인쇄회로기판에 접지된 LED칩(10); 및 인쇄회로기판 상부에 구성되어 그 중심부는 오목하도록 구성되어 빛을 확산시키고, 그 주변부는 반구형상을 갖도록 볼록하게 구성되어 빛을 집광시키되, 그 중심부 상측으로 반구형으로 돌출되도록 구성된 1차 렌즈(20);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, LED칩(10)은, 그 간격이 서로 간섭을 일으키지 않도록 LED칩(10)의 사이즈 이상 간격을 갖도록 상기 인쇄회로기판 상부에 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 인쇄회로기판은, 수직절연층을 사용한 Metal PCB, 수평절연층을 사용한 Metal PCB, FR4 또는 세라믹 기판 중에 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 인쇄회로기판은, LED칩(10)과 렌즈의 크기에 따라 변경 가능한 것을 특징으로 한다.

또한, 1차 렌즈(20)는, 인쇄회로기판 상부에 구성되어 그 중심부는 오목하도록 구성되어 빛을 확산시켜 광을 원하는 각도로 집광하고, 그 주변부는 반구형상을 갖도록 볼록하게 구성되어 빛을 집광시키도록 자유비구면 형태로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 1차 렌즈(20)는, 원 또는 타원에서 빛이 전반사에 의해 갇히는 현상을 완화하고 빛을 원하는 각도로 더 집광시키도록 돌출된 형태의 렌즈로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, LED칩(10)은, 그 간격을 좁히는 경우 배광이 넓어지고, 그 간격을 넓히면 배광이 좁아지는 것을 특징으로 한다.

또한, 1차 렌즈(20)는, 그 높이가 낮아지면 배광이 넓어지고, 그 높이가 낮아지면 배광이 좁아지는 것을 특징으로 한다.

또한, 1차 렌즈(20)는, 돌출된 렌즈의 위치와 크기에 따라 빛이 집광되는 정도와 각도의 조절이 가능한 것을 특징으로 한다.

그리고, 1차 렌즈(20)는, 돌출된 부분의 각도에 따라서 집광되는 빛의 각도를 조절할 수 있으며 크기를 조절하여 빛의 양을 조절이 가능한 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, Compression molding, Injection molding, 또는 Transfer molding 성형 공법을 통해 렌즈 일체형 LED 패키지를 제작하여 2차 렌즈의 구성없이 배광 제어를 가능하게 함으로써, 제작공정을 단순화하고 광학 손실을 최소화하는 효과가 있다.

그리고, 본 발명에 따르면, 렌즈 일체형 LED 패키지를 제작하여 2차 렌즈의 구성없이 배광 제어를 가능하게 함으로써, LED 패키지를 소형화하여 조명기구의 부피를 줄이고 렌즈공차 없애는 효과가 있다.

도 1은 2차 렌즈를 사용한 경우와 1차 렌즈를 사용한 경우를 도시한 예시도
도 2는 종래의 렌즈 일체형 LED 패키지를 도시한 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 렌즈 일체형 LED 패키지를 도시한 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 렌즈 일체형 LED 패키지의 인쇄회로기판, LED칩 및 절연층을 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따라 LED칩 간격과 1차 렌즈의 높이를 조절하거나 LED칩의 간격을 조절을 통해 배광을 조절하는 것을 도시한 예시도.
도 6은 본 발명에 따른 렌즈 일체형 LED 패키지의 LED칩 간격에 따른 배광 패턴 변화를 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 렌즈 일체형 LED 패키지의 1차 렌즈 높이에 따른 배광 패턴 변화를 도시한 도면.

본 발명의 구체적인 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 렌즈 일체형 LED 패키지(P)를 도시한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 렌즈 일체형 LED 패키지(P)는, 인쇄회로기판에 접지된 LED칩(10)과, 인쇄회로기판 상부에 구성되어 그 중심부는 오목하도록 구성되어 빛을 확산시키고, 그 주변부는 반구형상을 갖도록 볼록하게 구성되어 빛을 집광시키되, 그 중심부 상측으로 반구형으로 돌출되도록 구성된 1차 렌즈(20)를 포함하여 구성된다.

이때, 본 발명에 따른 렌즈 일체형 LED 패키지(P)는, Compression molding, Injection molding, 또는 Transfer molding 중에 어느 하나의 성형 공법을 통해 제작되나, 여기에서는 그 구체적인 언급은 생략한다.

구체적으로, 본 발명에 따른 LED칩(10)은 도 4에 도시된 바와 같이, 그 간격이 서로 간섭을 일으키지 않도록 배치되며, 적어도 LED칩(10)의 사이즈 이상 간격을 갖도록 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 인쇄회로기판은 방열특성을 향상시키기 위해 수직절연층을 사용한 Metal PCB로 구성되나, 필요에 따라 수평절연층을 사용한 Metal PCB, FR4 또는 세라믹 기판으로 구성될 수 있다.

또한, 인쇄회로기판의 크기는 LED칩(10)과 렌즈의 크기에 따라 변경될 수 있으며, 너무 커질 경우 2차 렌즈 제거로 인한 부피 최소화라는 장점을 잃을 수 있기 때문에 최소의 크기에서 원하는 배광 패턴을 얻을 수 있는 렌즈를 설계하는 것이 바람직하다.

한편, 1차 렌즈(20)는 목적 배광을 형성하고, 설계의 자유도를 높이기 위해 자유비구면 형태로 구성되며, 목적 배광은 60도를 갖는 배트윙 형태의 배광이나, 렌즈의 형태, LED칩의 간격 및 1차 렌즈의 높이에 따라 중심광도가 달라질 수 있다.

구체적으로, 1차 렌즈(20)는 인쇄회로기판 상부에 구성되어 그 중심부가 오목하도록 구성되어 빛을 확산시켜 광을 원하는 각도로 집광하고, 그 주변부는 반구형상을 갖도록 볼록하게 구성되어 빛을 집광시킨다.

또한, 1차 렌즈(20)는 원이나 타원에서 빛이 전반사에 의해 갇히는 현상을 완화하고 빛을 원하는 각도로 더 집광시키기 위해 돌출된 형태의 렌즈로 설계되며, 집광형태에 따라 모양과 크기가 달라질 수 있다.

이는, LED 패키지를 하나의 점광원으로 고려하여 설계한 땅콩모양의 렌즈를 붙임으로써, 배트윙 배광을 얻는 2차 렌즈의 형태와 유사하나, 실제로는 광원이 일정 간격을 갖고 배치되어 있고 렌즈의 크기가 2차 렌즈에 비해 매우 작아 점광원으로 간주할 수 없기 때문에 빛 경로 제어가 어려워 더 많은 비구면 설계 필요하다.

한편, 도 5는 LED칩 간격과 1차 렌즈의 높이를 조절하거나 LED칩의 간격을 조절을 통해 배광을 조절하는 것을 도시한 예시도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 1차 렌즈의 높이를 조절하거나 LED칩의 간격을 조절하여 원하는 배광을 조절할 수 있다.

구체적으로, 도 6은 본 발명에 따른 렌즈 일체형 LED 패키지의 LED칩 간격에 따른 배광 패턴 변화를 도시한 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, LED칩의 간격을 좁히면 배광이 넓어지고 간격을 넓히면 배광이 좁아지는 것을 알 수 있다.

그리고, 도 7은 본 발명에 따른 렌즈 일체형 LED 패키지의 1차 렌즈 높이에 따른 배광 패턴 변화를 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 1차 렌즈의 높이가 낮아지면 배광이 넓어지고 높이가 높아지면 배광이 좁아지는 것을 알 수 있다.

전술한 바와 같이, 종래의 LED 패키지처럼 하나의 2차 렌즈를 적용하면 배광이 고정되는 것과 달리, 본 발명에 따른 LED 패키지 제작시 LED칩의 간격과 렌즈의 높이에 따라 같은 형상의 렌즈를 가지고도 배광 조절이 가능하다는 장점이 있다.

아울러, 본 발명에 따른 1차 렌즈(20)는, 돌출된 렌즈의 위치와 크기에 따라 빛이 집광되는 정도와 각도의 조절이 가능하고, 돌출된 부분의 각도에 따라서 집광되는 빛의 각도를 조절할 수 있으며 크기를 조절하여 빛의 양을 조절이 가능하다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등 물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

P: 렌즈 일체형 LED 패키지
10: LED 칩 20: 1차 렌즈

Claims (10)

1. LED 패키지에 있어서,
   인쇄회로기판에 접지되고 그 간격이 서로 간섭을 일으키지 않도록 LED칩의 사이즈 이상 간격을 갖도록 상기 인쇄회로기판 상부에 배치되는 LED칩; 및
   상기 인쇄회로기판 상부에 구성되어 그 중심부는 오목하도록 구성되어 빛을 확산시키고, 그 주변부는 반구형상을 갖도록 볼록하게 구성되어 빛을 집광시키도록 자유비구면 형태로 구성된 1차 렌즈;를 포함하되,
   상기 LED칩은 그 간격을 좁히는 경우 배광이 넓어지고, 그 간격을 넓히면 배광이 좁아지며,
   상기 1차 렌즈는 그 높이가 낮아지면 배광이 넓어지고, 그 높이가 높아지면 배광이 좁아지는 것을 특징으로 하는 렌즈 일체형 LED 패키지.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 인쇄회로기판은,
   수직절연층을 사용한 Metal PCB, 수평절연층을 사용한 Metal PCB, FR4 또는 세라믹 기판 중에 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 렌즈 일체형 LED 패키지.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 1차 렌즈(20)는,
   원 또는 타원에서 빛이 전반사에 의해 갇히는 현상을 완화하고 빛을 원하는 각도로 더 집광시키도록 돌출된 형태의 렌즈로 구성되는 것을 특징으로 하는 렌즈 일체형 LED 패키지.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   상기 1차 렌즈(20)는,
   돌출된 렌즈의 위치와 크기에 따라 빛이 집광되는 정도와 각도의 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 렌즈 일체형 LED 패키지.
10. 제1항에 있어서,
    상기 1차 렌즈(20)는,
    돌출된 부분의 각도에 따라서 집광되는 빛의 각도를 조절할 수 있으며 크기를 조절하여 빛의 양을 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 렌즈 일체형 LED 패키지.

Images