KR101752405B1 - 렌즈 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 입사면, 및 상기 입사면을 통해 입사된 광을 굴절시켜 출사하며, 적어도 일부에 상기 입사면을 향하는 방향으로 함몰되어 형성되는 일 이상의 함몰부를 갖는 출사면을 포함하는 발광 소자 패키지용 렌즈를 제공한다.

Description

렌즈 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지{LENS AND LED PACKAGE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 렌즈 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED; Light Emitting Diode)는 전기 에너지를 빛 에너지로 변환하는 에너지 소자로서, 전력 소모가 낮고, 수명이 길어 저비용으로 운용할 수 있기 때문에, 각종 전자 부품이나 전광판, 고명 장치 등의 광원으로 응용되고 있다.
또한, 렌즈를 추가적으로 구비하여 의도하는 배광 특성을 달성하고자 하는 기술이 개발되고 있는 추세이다.
그러나, 현재 발광 다이오드로부터 출사된 광을 렌즈를 통해 방출시키는 조명 장치에 있어서는 광의 방출 각도가 원하는 대로 형성되지 못하는 것이 사실이다. 즉, 렌즈가 반구형 등의 형상으로 형성되기 때문에 원하는 광지향적 특성을 형성하지 못한다는 문제점이 있었다.
실시예는 원하는 광지향적 특성을 형성할 수 있도록 하는 렌즈 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지를 제공한다.
실시예에 따르면, 발광 소자 패키지에 적용되는 렌즈에 있어서, 입사면, 및 상기 입사면을 통해 입사된 광을 굴절시켜 출사하며, 적어도 일부에 상기 입사면을 향하는 방향으로 형성된 일 이상의 함몰부를 갖는 출사면을 포함하는 렌즈가 제공된다.
실시예에 따르면, 상기 렌즈를 포함하는 발광 소자 패키지가 제공된다.
실시예에 따르면, 발광 소자 패키지의 광지향적 특성을 원하는 대로 형성시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발광 소자 패키지의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈의 구조를 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 출원의 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 렌즈가 발광 소자 패키지에 적용된 전체 구성을 나타내는 단면도이다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 발광 소자 패키지(100)는 하우징(110), 발광 소자(120), 렌즈(130), 제1 및 제2 리드 프레임(141, 142)을 포함하여 구성될 수 있다.
하우징(110)은 인쇄회로기판(PCB; Printed Circuit Board), 세라믹 기판, 수지재 등의 물질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 하우징(110)은 PPA(Polyphthalamide) 수지재로 형성될 수 있다. 하우징(110)은 제1 및 제2 리드 프레임(141, 142)을 경계로 하여 하부 하우징(111)과 상부 하우징(112)으로 나뉠 수 있다. 하부 하우징(111)와 상부 하우징(112)은 제1 및 제2 리드 프레임(141, 142)과 일체로 사출되어 형성될 수 있다. 또한, 하부 하우징(111)과 제1 및 제2 리드 프레임(141, 142)이 형성된 후 그 위에 상부 하우징(112)이 적층되는 형태로 형성될 수도 있으나, 이에 한정되는 것이 아님은 물론이다.
발광 소자(120)는 제1 리드 프레임(141) 또는 제2 리드 프레임(142) 상부에 형성된다. 발광 소자(120)는 와이어(150)를 통해 제1 리드 프레임(141) 및 제2 리드 프레임(142)과 전기적으로 연결된다.
도 1에서는 발광 소자(120)가 전도성을 가진 와이어(150)를 통해 제1 리드 프레임(141) 및 제2 리드 프레임(142)과 연결되는 것으로 예시하였으나, 발광 소자(120)는 이외의 다양한 형태로 제1 리드 프레임(141) 및 제2 리드 프레임(142)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 와이어 없이 플립 본딩 방식으로 제1 리드 프레임(141) 및 제2 리드 프레임(142)과 전기적으로 연결될 수도 있고, 제2 리드 프레임(142) 상에 다이 본딩되어 전기적으로 연결되며 제1 리드 프레임(141)과 와이어를 통해 전기적으로 연결될 수도 있다.
또한, 수직형 타입과 같은 발광소자 패키지에서, 발광 소자(120)는 제2 리드 프레임(142)과 직접 전기적으로 연결되고, 와이어(150)를 통해 제1 리드 프레임(141)과 연결될 수도 있다. 역으로, 발광 소자(120)가 제1 리드 프레임(141)과 직접 연결되고, 와이어(150)를 통해 제2 리드 프레임(142)과 연결될 수도 있다.
발광 소자(120)는 하우징(110), 구체적으로는, 상부 하우징(112)의 형태에 의해 형성되는 캐비티(cavity) 내에 실장될 수 있다. 또한, 제1 리드 프레임(141) 및 제2 리드 프레임(142) 외의 다른 리드 프레임 상에 실장될 수도 있다.
발광 소자(120)는 적색, 녹색, 청색의 광을 방출하는 발광 다이오드 칩 또는 UV(UltraViolet)를 방출하는 발광 다이오드 칩 등일 수 있다.
렌즈(130)는 발광 소자(120)로부터 방출되는 광의 특성을 변경하여 발광 소자 패키지(100) 외부로 방사하는 기능을 수행한다. 예를 들면, 발광 소자(120)로부터 방출되는 광의 경로, 광의 색상 또는 광량 등을 조절할 수 있다. 렌즈(130)는 프레넬 렌즈(Fresnel Lens), 마이크로 렌즈 또는 비구면 렌즈(Aspheric Lens)등 다양한 종류로 형성될 수 있다. 렌즈(130)는 광학 유리, Ⅲ-Ⅴ족 반도체, Ⅱ족-Ⅵ족 반도체, Ⅳ족 반도체와 화합물, 금속 산화물, 금속 플루오르화물, 다이아몬드, 이트륨 알루미늄 가닛 지르코늄 화합물, 사파이어 또는 그 조합들 중에서 선택된 재료로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것이 아님은 물론이다. 렌즈(130)의 굴절률은 렌즈(130)를 이루는 물질의 특성에 따라 다양한 값을 가질 수 있다.
렌즈(130)는 발광 소자(120) 상에 렌즈(130)를 접착시키는 어태치(attach) 법, 형성시키고자하는 렌즈(130) 형상의 금형에 수지를 주입한 후 이를 경화시켜 렌즈(130)를 형성하는 인젝션 몰딩(injection molding) 법, 렌즈(130) 형상이 가공된 하부 금형에 수지를 주입한 후 발광 소자(120)가 형성된 하우징(110)을 밀착시켜 경화시킴으로써 렌즈(130)를 형성하는 컴프레션 몰딩(compression molding) 법 등에 의해 형성될 수 있다.
도 1에서는 렌즈(130)와 발광 소자(120) 사이에 간격이 형성되지 않는 것으로 예시되었으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 즉, 렌즈(130)와 발광 소자(120) 간에는 소정 간격이 형성되어 있을 수 있다. 이는 형성하고자 하는 렌즈(130)의 형태에 따라 얼마든지 변형될 수 있다. 한편, 도 1에서는 렌즈(130)가 하우징(110)의 일부를 덮는 것으로 예시되었으나, 렌즈(130)는 하우징(110)의 전부를 덮을 수도 있으며, 덮지 않을 수도 있다.
렌즈(130)는 광이 발광 소자 패키지(100) 외부로 출사되는 출사면(131)을 갖는다. 발광 소자(120) 등의 광원으로부터 렌즈(130)로 입사된 광이 굴절되어 발광 소자(120)외부로 출사될 때 그 출사되는 표면을 출사면(131)이라 일컫기로 한다. 한편, 도면에는 도시되지 않았지만 출사면(131)과 반대측면은 입사면(미도시됨)으로 기능한다. 즉, 발광 소자(120)로부터 방출되는 광이 입사되는 면이 렌즈(130)에 있어서 입사면이 된다.
본 발명의 실시예에 따른 렌즈(130)의 출사면(131)에는 함몰부(A)가 형성된다. 즉, 출사면(131)의 적어도 일부가 발광 소자(120)를 향하는 방향으로 함몰된 형상을 갖는다. 이에 대해서는 후에 상세히 설명하기로 한다.
제1 및 제2 리드 프레임(141, 142)은 하우징(110)을 관통하여 하우징의 캐비티 내와 하우징(110)의 외측에 제공된다. 도 1에서는 리드 프레임(141, 142)이 2개로 형성되는 경우가 예시되었으나, 발광 소자 패키지(100)의 설계에 따라 리드 프레임(141, 142)의 수는 3개 이상이 될 수도 있다. 이러한 제1 및 제2 리드 프레임(141, 142)은 발광 소자(120)에 전원을 공급하는 기능을 수행한다. 도 1에서는 와이어(150)를 통해 발광 소자(120)로 전원이 공급되는 경우가 예시되었으나, 앞서 설명한 바와 같이 발광 소자(120)와 제1 및 제2 리드 프레임(141, 142)은 다양한 형태로 연결될 수 있으며, 각 방식에 따라 전원 공급 경로가 달라질 수 있음은 자명하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 발광 소자 패키지(100)에 적용 가능한 렌즈(130)의 구성에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다양한 렌즈(130)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2 내지 도 5에 도시되는 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 렌즈(130)는 출사면(131) 중 적어도 일부가 입사면(132) 방향으로 함몰된 형태를 갖는다. 앞서 설명한 바와 같이, 입사면(132)은 렌즈(130)에 있어서 출사면(131)의 반대편에 형성되는 표면으로서 렌즈(130)가 발광 소자 패키지(100) 등에 적용될 시 발광 소자(120) 등의 광원으로부터 방출된 광이 입사되는 측의 표면을 일컫는다.
도 2 내지 도 5에는 본 발명의 바람직한 실시예로서 렌즈(130) 축(C)의 연장선이 함몰부(A)의 중심을 지나는 경우가 도시되었다. 그러나, 함몰부(A)는 대칭 형태가 되지 않아도 족하며 함몰부(A)의 적어도 일부가 렌즈(130) 축(C)의 연장선상에 존재하지 않아도 된다.
함몰부(A)가 형성되지 않았을 경우를 가정한 출사면(131)의 형태는 반구면 형태일 수도 있고, 반원기둥형 형태일 수도 있다. 즉, 렌즈(130)는 반구형 렌즈 또는 반원기둥형 렌즈 등일 수 있다. 렌즈(130)가 반구형 렌즈 또는 반원기둥형 렌즈인 지에 따라 렌즈(130)가 적용될 발광 소자 패키지(100)의 형태도 이에 대응하여 달라져야 함은 물론이다.
함몰부(A)는 도 2에 도시되는 바와 같이 그 표면이 소정의 곡률을 갖는 형태로 형성될 수 있다. 또한, 도 3에 도시되는 바와 같이 함몰부(A)의 최하단, 즉, 출사면(131)으로부터 가장 먼거리에 있으며 입사면(132)으로부터 가까운 부분이 면의 일부를 형성할 수도 있다. 즉, 함몰부(A)의 최하단은 하나의 면이 될 수 있다. 함몰부(A)의 내측면은 렌즈(130) 축(C)에 대해 소정의 경사각을 갖도록 형성될 수 있으나, 도 2 및 도 3에 도시되는 바와 같이 오목한 형태로 형성될 수도 있다. 또한, 도 4에 도시되는 바와 같이 함몰부(A)의 내측면이 렌즈(130) 축(C)과 평행하게 형성될 수도 있다.
한편, 도 5에 도시되는 바와 같이, 출사면(131) 방향으로 볼록한 복수 개의 볼록부가 함몰부(A)에 형성될 수도 있다. 또한, 도면에는 도시하지 않았으나 볼록부와 오목부가 동시에 형성될 수도 있다.
도 2 내지 도 5에서는 렌즈(130)의 출사면(131)에 함몰부(A)가 하나만 형성되는 경우를 예시하였으나, 함몰부(A)는 두 개 이상 형성될 수도 있다.
발광 소자 패키지에 적용 가능한 렌즈(130)의 출사면(131)에 함몰부(A)가 형성됨에 따라 발광 소자(120)로부터 출사되는 광의 지향성이 다양하게 나타날 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈(130)를 이용하여 발광 소자 패키지를 제조함으로써 실내 공간에서 환형을 이루는 영역과 나머지 영역 간의 조도 차이를 다르게 할 수도 있다. 반대로, 렌즈(130)의 출사면(131)에 함몰부(A)를 적절한 형상으로 형성하여 균일한 분포의 조도를 형성시킬 수도 있다. 또한, 좁은 영역에만 광이 조사되도록 함으로써 광지향성을 최대화할 수도 있음은 물론이다. 당업자라면 본 발명의 실시예에 따른 렌즈(130)의 함몰부(A) 형상을 적절히 선택하여 원하는 형태로 광을 방출하는 발광 소자 패키지를 제조할 수 있을 것이다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 발광 소자 패키지
110: 하우징
120: 발광 소자
130: 렌즈
131: 출사면
141: 제1 리드 프레임
142: 제2 리드 프레임
150: 와이어

Claims (8)

  1. 발광 소자 패키지에 적용되는 렌즈에 있어서,
    입사면; 및
    상기 입사면을 통해 입사된 광을 굴절시켜 출사하며, 적어도 일부에 상기 입사면을 향하는 방향으로 함몰되어 형성되는 일 이상의 함몰부를 갖는 출사면을 포함하고,
    상기 함몰부는 위로 볼록한 다수의 볼록부를 포함하며, 상기 렌즈의 축의 연장선은 상기 다수의 볼록부 중 적어도 하나 이상의 볼록부를 관통하고, 상기 입사면과 상기 출사면의 형상이 서로 다른, 렌즈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 함몰부의 볼록부와 상기 입사면 사이의 최소 두께와, 상기 출사면에서 상기 함몰부 이외의 부분과 상기 입사면 사이의 최소 두께는 서로 다른, 렌즈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 함몰부의 내측면은 소정의 곡률을 갖는 형태로 형성되는 렌즈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 입사면의 형상이 반구면 형상인, 렌즈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 함몰부의 내측면은 상기 렌즈의 축에 대해 소정의 경사각을 갖도록 형성되는 렌즈.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 출사면은 상기 함몰부를 제외한 나머지 부분은 반구면 형상을 갖는 렌즈.
  8. 제1항 내지 제5항 및 제7항 중 어느 한 항에 따른 렌즈를 포함하는 발광 소자 패키지.

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