KR101839580B1 - 렌즈 일체형 발광 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광원이 실장된 리드 프레임 상면에 광 확산을 위한 렌즈가 일체로 형성되어 두께를 감소시키고 슬림형 면광원 장치 구현에 유리한 렌즈 일체형 발광 모듈에 관한 것으로, 본 발명의 렌즈 일체형 발광 모듈은, 전기적으로 이격되는 판 형상의 한 쌍의 리드 프레임; 일 측의 상기 리드 프레임 상에 형성되며, 한 쌍의 상기 리드 프레임에서 공급되는 전원으로 발광하는 발광체; 중앙부의 오목 곡면과 오목 곡면에서 가장자리로 연결되는 볼록 곡면을 갖는 반사면과, 상기 반사면에서 외측 하향 연장되는 볼록 곡면을 갖는 출광면을 구비하도록 상기 발광체를 밀봉하면서 한 쌍의 상기 리드 프레임 상면에 일체로 형성되어 상기 발광체에서 출사되는 빛을 내부에서 확산시키는 확산체; 및, 상기 반사면에 대응하는 곡면의 저면을 갖는 기저부와, 상기 기저부의 상면 중앙에서 상측으로 돌출되는 지지돌기로 이루어지는 지지체;를 포함하여, 상기 발광체에서 출사되는 빛이 상기 확산체 측면으로 확산되어 출사되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 면광원 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광원이 실장된 리드 프레임 상면에 광 확산을 위한 렌즈가 일체로 형성되어 두께를 감소시키고 슬림형 면광원 장치 구현에 유리한 렌즈 일체형 발광 모듈에 관한 것이다.
최근 일반 조명용 또는 액정 디스플레이의 백라이트용 면광원 장치는 종래 형광관을 대신하여 고효율, 저비용의 발광다이오드(Light Emitting Diode; 이하, 'LED'라 함)를 광원으로 채용하고 있다.
면광원 장치는 LED 광원의 배치 위치에 따라 하부의 광원에서 확산판과 프리즘 시트를 통하여 액정패널에 직접 빛을 비추어 조명하는 직하 방식과, 측부의 광원에서 도광판과 프리즘 시트를 통하여 액정패널에 간접적으로 빛을 비추어 조명하는 에지 방식으로 구분되고, 대화면의 액정 디스플레이 장치를 구현하기 위한 면광원 장치는 직하 방식이 적용되는 것이 일반적이다.
LED 광원이 직하 조명 방식으로 사용되는 경우 점광원의 특성상 광원의 수직 상부에서는 조도가 크게 나타나지만, 광원의 중심부로부터 멀어지는 외곽 부근에서의 조도가 급격히 낮아져 전체적인 조도가 불균일해지는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 LED 상부에 광 확산 렌즈를 추가로 배치하는 기술이 적용되고 있으며, 대한민국등록특허 10-1583647호(선행문헌1)에는 LED 상부에 배치되는 광 확산 렌즈에 대한 기술이 본 출원인에 의하여 소개되어 있다. 도 1 및 도 2는 종래의 기술에 따른 확산 렌즈를 나타낸 도면으로, 굴절형 광 확산 렌즈와 반사형 광 확산 렌즈를 각각 도시하였다.
도 1의 굴절형 광 확산 렌즈는 상면이 볼록한 굴절면을 형성하여 상면을 통과하는 빛을 측면으로 굴절시키고, 도 2의 반사형 광 확산 렌즈는 상면이 오목한 반사면을 형성하여 상측으로 진행하는 빛을 측면으로 반사시켜, LED 광원의 빛이 넓은 지향각으로 출사되도록 한다. 이러한 광 확산 렌즈는 LED 광원 상부에 체결되어 LED 광원에서 1차 출사되는 빛을 2차 확산시키도록 구성된다.
이와 같이 종래의 기술에 따른 광 확산 렌즈는 LED 광원과는 별도로 2차 렌즈가 적용됨으로써, 렌즈의 성능(즉, 빛의 출사 방향이나 분포 특성 등)을 구현하기 위해서는 LED의 크기를 고려하여 렌즈의 두께 및 크기를 결정하여야 하는데, 렌즈의 크기와 두께는 면광원 장치 또는 액정 디스플레이 장치의 슬림화에 큰 영향을 미치고 있다. 그러나 종래의 기술에 따른 광 확산 렌즈에서 굴절형 렌즈는 대략 15.8mm의 직경(w1)과 5.6mm 이상의 두께(h1)를 갖고, 반사형 렌즈는 대략 22.5mm의 직경(w2)과 8.8mm 이상의 두께(h2)를 가져, 면광원 장치 또는 액정 디스플레이 장치의 슬림화에 제약이 되고 있다.
또한, 상기 광 확산 렌즈는 렌즈의 두께를 감소시키는 경우 광학 거리(OD : Optical Distance)의 감소로 LED 광원의 위치에 따른 휘도 편차(Lattice mura)가 발생하며, 이러한 휘도 편차를 개선하기 위해서는 LED 광원 사이의 간격을 좁혀야 하므로, 많은 수의 LED가 요구되는 문제점이 있다.
한편, 대한민국공개특허 10-2009-0131229호(선행문헌2)에는 LED 소자와 광 확산 렌즈가 일체로 형성된 LED 광원 유닛을 소개하고 있다. 도 3은 종래의 기술에 따른 광 확산 렌즈 일체형 LED 광원 유닛을 도시하였다.
종래의 기술에 따른 광 확산 렌즈 일체형 LED 광원 유닛은 발광칩(11) 외측에 비구면 렌즈(20)와 동일한 재질의 몰딩 커버(12)가 형성되고, 비구면 렌즈(20)가 몰딩 커버(12)에 연장되어 LED 소자(10)의 선단으로 돌출되도록 구성된다. 상기와 같은 구성의 LED 광원 유닛은 몰딩 커버(12)와 별도로 비구면 렌즈(20)가 돌출되어 전체 두께가 두꺼워지는 문제점이 있다. 또한, 상기 LED 광원 유닛은 빛을 확산시키기 위하여 비구면 렌즈(20)가 적어도 소정의 두께를 확보하여야 하고, 실제 비구면 렌즈(20)는 대략 11mm의 직경(w3)에 대하여 5.5mm의 이상의 두께(h3)를 가지게 되어, 최근 슬림화되고 있는 액정 디스플레이 장치의 백라이트용 면광원으로 사용하기에는 여전히 두께에 한계를 나타내고 있다.
또한, 최근 액정 디스플레이 장치는 점차 대면적화됨에 따라 광원 유닛 상부에 배치되는 확산판, 프리즘 시트와 같은 광학시트의 크기도 증가하게 된다. 이때, 얇은 시트 형태로 이루어진 광학시트는 중앙부는 하중에 의하여 처지게 되는데, 이를 방지하기 위하여 소프트 플레이트를 이용한 지지 구조물이 백 커버에 체결되어 광학시트를 지지하도록 구성된다. 그러나 슬림형 디스플레이 장치에서는 지지 구조물을 백 커버에 체결하기 불가능한 구조가 되어, 광학시트의 처짐 현상에 따른 광원과 광학시트가 접촉되는 문제와 이로 인하여 광 특성이 저해되는 문제들이 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 렌즈의 두께를 감소시켜 백라이트용 면광원 장치의 슬림화에 유리한 광 확산 렌즈 일체형 발광 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 렌즈를 통한 광 확산성을 증가시켜 LED 광원의 수를 절감할 수 있는 광 확산 렌즈 일체형 발광 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 지지체가 광학시트를 지지하도록 하여 광학시트와 LED 광원의 접촉을 방지함으로써, 광 특성 불량을 방지할 수 있는 LED 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 렌즈 일체형 발광 모듈은, 전기적으로 이격되는 판 형상의 한 쌍의 리드 프레임; 일 측의 상기 리드 프레임 상에 형성되며, 한 쌍의 상기 리드 프레임에서 공급되는 전원으로 발광하는 발광체; 중앙부의 오목 곡면과 오목 곡면에서 가장자리로 연결되는 볼록 곡면을 갖는 반사면과, 상기 반사면에서 외측 하향 연장되는 볼록 곡면을 갖는 출광면을 구비하도록 상기 발광체를 밀봉하면서 한 쌍의 상기 리드 프레임 상면에 일체로 형성되어 상기 발광체에서 출사되는 빛을 내부에서 확산시키는 확산체; 및, 상기 반사면에 대응하는 곡면의 저면을 갖는 기저부와, 상기 기저부의 상면 중앙에서 상측으로 돌출되는 지지돌기로 이루어지는 지지체;를 포함하여, 상기 발광체에서 출사되는 빛이 상기 확산체 측면으로 확산되어 출사되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 렌즈 일체형 발광 모듈은, 상기 지지체와 상기 확산체 사이에 형성되는 반사층;과, 상기 확산체 하면의 상기 리드 프레임 상면에 형성되는 광 산란층;을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 확산체는 상기 리드 프레임의 상면에 대하여, 중앙부 중심의 두께(Ha)가 0.1mm 이상, 상기 오목 곡면의 높이(Hb)가 0.5mm 내지 4.5mm, 상기 볼록 곡면의 높이(Hc)가 1.0mm 내지 5.0mm로 형성되고, 상기 오목 곡면의 폭(Wb)과 상기 볼록 곡면의 폭(Wc)의 비율(Wb/Wc)이 1 내지 2로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지지체는 기저부의 폭(Wa)이 상기 오목 곡면의 폭(Wb)에 대하여 0.5 내지 1.3의 비율(Wa/Wb)로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 리드 프레임 상면에 확산체가 일체로 형성되어 전체 두께를 줄일 수 있으며, 슬림형 면광원 장치와 액정표시장치에 유리하게 적용될 수 있다.
또한, 본 발명은 발광체에서 1차 출사되는 빛이 확산체에서 반사와 굴절되면서 폭 넓은 방출각으로 2차 출사되어, 면광원 장치 구현에 사용되는 LED의 수를 현저히 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 리드 프레임, 발광체 및 확산체가 하나의 발광 모듈을 구성하여, 용도, 크기 등에 따른 면광원 장치에서 필요에 따라 적절히 배치되어 효율적으로 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 상부에 광학시트를 지지하기 위한 지지체가 구비되어, 광학시트의 쳐짐이 방지되어 대면적의 면광원 구현에 유리하며, 광원과 광학시트가 접촉 되지 않아 광 특성 불량이 방지된다.
도 1은 종래의 기술에 따른 굴절형 광 확산 렌즈를 나타낸 도면,
도 2는 종래의 기술에 따른 반사형 광 확산 렌즈를 나타낸 도면,
도 3은 종래의 기술에 따른 렌즈 일체형 LED 광원 유닛을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 발광 모듈을 나타낸 사시도,
도 5는 도 4의 발광 모듈을 나타낸 분해 사시도,
도 6은 도 4의 발광 모듈이 적용된 디스플레이 장치의 개략적인 구조를 나타낸 단면도,
도 7은 도 4의 발광 모듈의 광 출사 특성을 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 확산체의 상세 구조를 나타낸 단면도,
도 9는 종래 및 본 발명의 실시예에 따른 면광원 장치의 주요 구성을 비교한 도면,
도 10은 종래 및 본 발명의 렌즈에 대한 배광 분포를 비교한 도면,
도 11은 종래 및 본 발명의 발광 모듈에 대한 광학 거리에 따른 광 확산성을 비교한 평면도,
도 12는 종래 및 본 발명의 발광 모듈에 대한 광학 거리에 따른 광 확산성을 비교한 그래프, 및
도 13은 종래 및 본 발명의 발광 모듈에 대한 특정 광학 거리에서의 광 확산성을 비교한 그래프이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 반사형 광 확산 렌즈를 나타낸 도면,
도 3은 종래의 기술에 따른 렌즈 일체형 LED 광원 유닛을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 발광 모듈을 나타낸 사시도,
도 5는 도 4의 발광 모듈을 나타낸 분해 사시도,
도 6은 도 4의 발광 모듈이 적용된 디스플레이 장치의 개략적인 구조를 나타낸 단면도,
도 7은 도 4의 발광 모듈의 광 출사 특성을 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 확산체의 상세 구조를 나타낸 단면도,
도 9는 종래 및 본 발명의 실시예에 따른 면광원 장치의 주요 구성을 비교한 도면,
도 10은 종래 및 본 발명의 렌즈에 대한 배광 분포를 비교한 도면,
도 11은 종래 및 본 발명의 발광 모듈에 대한 광학 거리에 따른 광 확산성을 비교한 평면도,
도 12는 종래 및 본 발명의 발광 모듈에 대한 광학 거리에 따른 광 확산성을 비교한 그래프, 및
도 13은 종래 및 본 발명의 발광 모듈에 대한 특정 광학 거리에서의 광 확산성을 비교한 그래프이다.
본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 바람직한 실시예들에 의해 명확해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 살펴보기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 발광 모듈을 나타낸 사시도이고, 도 5는 도 4의 발광 모듈을 나타낸 분해 사시도이며, 도 6은 도 4의 발광 모듈이 적용된 디스플레이 장치의 개략적인 구조를 나타낸 단면도이고, 도 7은 도 4의 발광 모듈의 광 출사 특성을 나타낸 도면이다.
먼저, 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 일체형 발광 모듈(100)은, 한 쌍의 리드 프레임(110), 일 측의 리드 프레임 상에 배치되는 발광체(120), 상기 발광체(120) 주변을 따라 리드 프레임 상면에 형성되는 광 산란층(130), 상기 발광체(120)를 포함하는 한 쌍의 상기 리드 프레임(110) 상면을 덮도록 형성되는 확산체(140) 및 확산체(140)의 상면 오목부에 접합되는 지지체(150)를 포함한다. 즉, 본 발명의 발광 모듈(100)은 확산체(140)가 발광체(120)를 밀봉하면서 한 쌍의 리드 프레임(110)과 일체로 형성되며, 상부에는 확산판을 지지하기 위한 지지체(150)가 확산체(140)에 일체로 접합된다.
구체적으로 살펴보면, 상기 한 쌍의 리드 프레임(110)은 서로 다른 전위의 제1전극 및 제2전극 프레임으로 구성되며, 각 리드 프레임(110a,110b)에 전류를 인가하여 발광체(120)가 발광하도록 한다. 이러한 리드 프레임(110)은 전도성을 갖는 금속 프레임으로 구성되며, 발광 모듈의 두께를 슬림화하기 위하여 판 형상을 이룬다. 또한, 각 리드 프레임(110a,110b)은 소정 간격 이격되어 전기적으로 분리되며 가장자리에는 외부 전원과 연결되기 위한 리드 단자(112)가 돌출될 수 있다. 또한, 발광체(120)가 실장되는 일 측의 리드 프레임(110a)은 발광체(120)가 수용되기 위한 수용 홈(111)이 형성될 수 있다.
상기 발광체(120)는 렌즈 일체형 발광 모듈(100)의 발광원으로, p 형 반도체층, 활성층 및 n 형 반도체층을 포함하는 공지의 반도체 소자로 구성될 수 있다. 발광체(120)는 청색이나 백색 등 용도에 따라 다양한 색상의 빛을 발하는 LED로 구성될 수 있다. 또한, 발광체(120)는 파장 변환으로 발광 색을 변화시키기 위하여 상면에 도포되는 형광체층(121)을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 발광체(120)가 청색 LED로 구성되고, 황색 파장 변환을 유도하는 형광체층(121)이 도포되는 경우, 발광 모듈은 백색 광원으로 기능할 수 있다.
이러한 발광체(120)는 일 측의 리드 프레임(110a) 상에 반도체층이 직접 형성되거나, 발광 구조를 갖는 반도체 소자가 표면실장(SMD) 등의 방법으로 실장될 수 있다. 또한, 발광체(120)는 타 측의 리드 프레임(110b)과 리드 와이어를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 광 산란층(130)은 발광체(120)에서 발생되는 빛이 확산체(140) 내부 공간에서 효율적으로 분산될 수 있도록 빛을 산란시키는 구성으로, 광 산란제가 혼합된 수지가 리드 프레임(110) 상에 도포되어 형성된다. 이러한 광 산란층(130)은 발광체(120)의 주변을 따라 리드 프레임(110) 상면에 형성된다. 또한, 광 산란층(130)은 발광체(120)를 둘러싸는 원형 또는 다각형의 링 형상으로 형성될 수 있으며, 리드 프레임(110) 상면 전체에 걸쳐 형성되거나 다수의 도트 형상이 분산 배치되는 구조로 형성될 수도 있다. 이때, 링 형상의 광 산란층(130)은 직경을 달리하면서 서로 이격되는 다수의 링으로 형성될 수 있다.
상기 확산체(140)는 발광체(120)에서 방출되는 빛을 반사 및 굴절시켜 넓은 범위의 방출각으로 출사되도록 빛을 확산시키는 구성으로, 한 쌍의 리드 프레임(110) 상면에서 하면을 제외한 리드 프레임 전체 면을 덮도록 형성되며, 동시에 발광체(120)를 밀봉한다. 확산체(140)는 투명 재질의 수지로 구성되며, EMC(Epoxy Molding Compound)와 같은 유리전이온도(Tg)가 높은 열경화성 수지로 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 확산체(140)는 소정의 두께를 가지며, 상면 중심부는 오목하게 함몰되는 반사면(141)을 형성하고, 측면은 볼록하게 만곡된 출광면(142)을 형성한다.
상기 지지체(150)는 면광원 장치를 구성하는 확산판이나 프리즘 시트와 같은 광학시트를 지지하는 구성으로, 확산체(140)에 접합된다. 이러한 지지체(150)는 확산체(140) 상면의 오목부에 접합되는 기저부(151)와, 기저부(151)의 상면 중앙에서 상측으로 돌출되어 광학시트를 지지하는 지지돌기(152)로 구성된다.
기저부(151)는 하면이 확산체(140)의 오목부에 대응하는 곡면 형상의 볼록부로 형성되고, 상면은 광 특성을 저해하지 않도록 평면부로 형성된다. 지지돌기(152)는 상측으로 갈수록 직경이 좁아지도록 형성되고, 횡단면이 원형 또는 다각형의 뿔 형상을 이룰 수 있으나, 광 특성에 간섭되지 않기 위해서는 횡단면이 원형인 원뿔 형상을 이루는 것이 바람직할 것이다.
이러한 지지체(150)는 접착층(143)을 매개로 확산체 상면에 접합되며, 확산체(140)와 동일한 투명 재질의 열경화성 수지로 구성될 수 있다.
또한, 지지체(150)는 기저부 하면에 반사층(153)이 형성될 수 있다. 반사층(153)은 확산체(140) 상면으로 진행하는 빛을 측면으로 반사시켜 발광체(120)의 빛이 확산체 측면의 출광면(142)을 통하여 출사되도록 한다. 반사층(153)은 확산성이 작은 정반사(specular reflection) 특성을 갖는 물질을 포함하며, 일 예로, Ag 또는 Al가 혼합된 수지가 도포되어 형성될 수 있다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 렌즈 일체형 발광 모듈(100)은 백 커버(240)에 직하 방식으로 배치되고, 몰드 프레임(250) 상부에 확산판 또는 프리즘 시트와 같은 광학시트(230)가 배치되며, 광학시트(230) 상에 액정패널(260)이 배치되어 디스플레이 장치가 구현된다. 광학시트(230)는 얇은 시트 또는 필름 형태를 이루며, 크기가 증가할수록 하중에 의하여 중앙부가 처지게 된다.
본 발명에서는 지지체(150)의 지지돌기(152)가 광학시트(230) 하면에 접촉되어 광학시트(230)를 지지함으로써, 광학시트의 처짐에 따른 광원과의 접촉이나 광 특성의 저하를 방지하게 된다. 따라서 본 발명은 소프트 플레이트와 같은 별도의 지지 구조물이 체결되지 않더라도 광학시트를 지지할 수 있어, 대화면 및 슬림형 면광원 장치 또는 디스플레이 장치를 쉽게 구현할 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 렌즈 일체형 발광 모듈(100)은 발광체(120)에서 출사되는 대부분의 빛이 확산체(140)를 통하여 측면의 넓은 방출각으로 출사된다. 즉, 발광체(120)에서 상측으로 좁은 지향각으로 출사되는 빛은 상면의 오목부에서 반사 및 굴절되면서 측면의 볼록부로 출사된다. 오목부에서 반사 및 굴절되는 빛은 곡면 형상의 반사면에 의하여 폭넓은 범위의 방출각으로 출사된다. 빛의 측면 방출각은 확산체의 높이, 반사면의 깊이, 반사면의 폭 등에 따라 다양하게 변화될 수 있으며, 이하에서는 최적의 광 특성을 나타내기 위한 확산체의 구체적인 형상에 대하여 상세히 살펴보기로 한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 확산체의 상세 구조를 나타낸 단면도이다.
도면을 참고하면, 확산체(140)는 리드 프레임(110)의 상면 전체를 덮도록 형성되며, 상면의 중앙부는 오목한 반사면(141)을 형성하고, 가장자리는 볼록한 출광면(142)을 형성한다. 즉, 확산체(140)는 상부의 중심부가 오목한 반사면을 형성하면서, 중심부에서 가장자리로 갈수록 볼록한 곡면 형상으로 전환된다.
구체적으로 살펴보면, 확산체(140)는 그 중심의 두께(Ha)가 적어도 0.1mm 이상을 갖도록 형성된다. 즉, 확산체(140)는 가장 얇은 두께를 이루는 오목부 중심에서 반사면(141)과 리드 프레임(110) 상면 사이의 두께(Ha)는 적어도 0.1mm 이상으로 형성된다. 확산체(140)의 중심부가 상기와 같은 두께를 확보하지 못하는 경우 발광체(120)의 빛이 확산되지 못하고 중심부의 반사면(141)을 그대로 통과하여 핫 스팟으로 인식될 수 있다.
확산체(140)는 그 표면이 중앙 영역의 오목 곡면(140a)과 가장자리 영역의 볼록 곡면(140b)이 서로 연결되는 만곡된 형상을 이룬다. 이때, 오목 곡면(140a)은 0.5mm 내지 4.5mm의 높이(Hb)까지 형성될 수 있으며(0.5mm≤Hb≤4.5mm), 볼록 곡면(140b)은 1.0mm 내지 5.0mm의 높이(Hc)까지 형성될 수 있다(1.0≤mmHc≤5.0mm). 오목 곡면(140a)과 볼록 곡면(140b)의 높이가 상기 범위보다 낮게 형성되는 경우 빛을 반사시키지 못할 수 있으며, 상기 범위보다 높게 형성되는 경우 발광 모듈의 슬림화에 불리해진다.
또한, 오목 곡면(140a)과 볼록 곡면(140b)은 폭(Wb,Wc)의 비율(Wb/Wc)이 1 내지 2로 이루어진다(1≤Wb/Wc≤2). 즉, 적어도 오목 곡면(140a)의 횡 방향 폭(Wb)이 볼록 곡면의 횡 방향 폭(Wc)과 같거나 2배 이하의 큰 폭으로 형성된다. 오목 곡면(140a)의 폭이 상대적으로 크면 빛의 반사율이 향상될 수 있으나 출광면(142)으로 출사되는 빛의 방출각 특성이 저하되며, 오목 곡면(140a)의 비율이 상대적으로 작으면 빛의 반사율이 저하되는 문제점이 있다.
지지체(150)는 기저부(151)가 확산체(140)의 오목부에 접합되면서 결합되며, 확산체 내부의 빛은 기저부 저면에 반사되어 측면으로 확산된다. 이러한 기저부(151)는 확산체(140)의 오목 곡면(140a)의 일부 영역까지만 형성되거나 볼록 곡면(140b) 일부를 포함하는 영역까지 형성될 수 있다. 즉, 기저부(151)는 확산체(140)의 오목부 중심으로부터의 폭(Wa)이 오목 곡면(140a)의 폭(Wb)에 대하여 0.5 내지 1.3의 비율로 형성된다(0.5≤Wa/Wb≤1.3). 기저부(151)의 폭(Wa)이 상기 범위보다 좁게 형성되는 경우 발광 모듈 상부로 직접 출사되는 빛을 차단하지 못하여 빛튐 현상이 나타날 수 있으며, 기저부(151)의 폭(Wa)이 상기 범위보다 넓게 형성되는 경우 기저부(151)에 의하여 오히려 상부에서 암부로 시인될 수 있다.
상기와 같은 확산체와 지지체 형상에 의하여 발광 모듈은 발광체에서 출사되는 빛이 효율적으로 확산되어 넓은 방사각 범위에서 균일하게 출사될 수 있다.
도 9는 종래 및 본 발명의 실시예에 따른 면광원 장치의 개략적인 구조를 비교한 도면으로, (a) 및 (b)는 종래의 발광 모듈이 적용된 면광원 장치를 도시하였고, (c)는 본 발명의 실시예에 따른 발광 모듈이 적용된 면광원 장치를 도시하였다.
일반적으로 LED를 광원으로 하는 직하 방식의 면광원 장치(200)에서 균일한 광 특성을 나타내기 위하여 점광원의 특성상 광원과 확산판 사이에 소정의 간격(광학 거리)이 확보되어야 하고, 슬림형 면광원 장치를 구현하기 위해서는 많은 수의 LED가 배치되어야 한다.
도면을 참조하여 구체적으로 살펴보면, 55인치의 면광원 장치(200)에 대하여 종래의 기술에 따라 반사형 확산 렌즈를 이용하면, (a)와 같이 LED 광원(210) 사이의 간격(Pa)을 45.0mm로 할 때, 반사판(220)과 확산판(230) 사이에는 적어도 7.5mm의 광학 거리(ODa)가 확보되어야 하고, 이때, LED 광원(210)은 424개가 배치되어야 한다. 또한, (b)와 같이 종래의 기술에 따른 확산 렌즈를 이용하여 광학 거리(ODb)가 4.5mm인 슬림형 면광원 장치(200)를 구현할 때, 균일한 광 특성을 나타내기 위하여 LED 광원(210) 사이의 간격(Pb)은 27.0mm로 줄어들게 되며, 이때, LED 광원(210)은 모두 1,132개가 배치되어 많은 수의 LED가 요구된다.
그러나 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 일체형의 발광 모듈을 이용하여 광학 거리(ODc)가 4.5mm인 슬림형 면광원 장치(200)를 구현하면, (c)와 같이 LED 광원(210) 사이의 간격(Pc)을 50.4mm로 멀리하더라도 충분히 균일한 광 특성을 나타내며, 이때, LED 광원(210)은 336개만 배치된다. 따라서, 본 발명의 렌즈 일체형의 발광 모듈은 종래와 비교하여 동일한 면적과 두께의 면광원 장치를 구현할 때 LED 광원의 수를 현저히 줄일 수 있는 효과를 나타낸다.
[ 비교 실험 ]
본 발명의 실시예에 따른 렌즈 일체형 발광 모듈과 종래의 기술에 따른 LED 패키지 상부에 확산 렌즈가 결합된 발광 모듈에 대하여, 배광 분포, 광 확산성 등의 광 특성을 시뮬레이션을 통하여 살펴본다. 종래의 기술에 따른 발광 모듈은 LED 광원 상부에 5.6mm의 높이(두께)를 갖는 도 1의 굴절형 확산 렌즈(비교예1)와 8.8mm의 높이를 갖는 도 2의 반사형 확산 렌즈(비교예2)를 결합하였으며, 본 발명은 리드 프레임 상면에 전체 2.7mm의 두께(Hc)를 갖는 확산체(실시예)가 일체로 형성된 발광 모듈을 대상으로 하였다.
가.
렌즈
단품의
배광 분포 비교
도 10은 종래 및 본 발명의 렌즈 또는 확산체에 대한 배광 분포를 비교한 도면으로, 비교예1, 비교예2의 확산 렌즈와 본 발명의 확산체에 대한 배광 분포를 도시하였다.
도시된 바와 같이, 비교예에서는 각각 76.8˚ 및 88.8˚의 방출각에서 최대 휘도를 나타내었고, 실시예에서는 81.8˚의 방출각에서 최대 휘도를 나타내고 있음이 확인된다. 또한, 비교예에서는 각각 17.1˚ 및 11.6˚의 반치폭(FWHM : Full Width at Half Maximum)을 나타내고, 실시예에서는 8.3˚ 반치폭을 나타내고 있음이 확인된다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 확산체는 두께는 1/2 이상 줄어들면서 종래의 기술에 따른 확산 렌즈와 유사한 배광 분포를 나타내고 있음을 알 수 있다.
나.
광
확산성
비교
도 11 및 도 12는 종래 및 본 발명의 발광 모듈에 대한 광학 거리에 따른 광 확산성을 비교한 평면도와 그래프이고, 도 13은 종래 및 본 발명의 발광 모듈에 대한 특정 광학 거리에서의 광 확산성을 비교한 그래프이다. 여기서 광학 거리(OD : Optical Distance)는 발광 모듈이 적용되는 면광원 장치에서 반사판 상면과 확산판 하면까지의 거리를 말한다. 본 실험에서는 광학 거리가 6mm, 9mm, 12mm, 15mm, 20mm 및 25mm 인 위치에서 광 확산성을 비교하였다.
먼저, 도 10 및 도 11을 참조하면, 굴절형 렌즈가 적용된 비교예1의 발광 모듈에서는 광학 거리에 무관하게 가장 밝은 부위가 중앙에 집중됨이 확인되고, 반사형 렌즈가 적용된 비교예2의 발광 모듈에서는 9mm의 광학 거리에서는 넓은 방출각서 높은 휘도를 나타내기도 하지만 광학 거리의 전체 영역에서 빛이 중앙부에 집중되는 것이 확인된다. 그러나 본 발명의 실시예에 따른 발광 모듈에서는 광학 거리가 6mm로 가까워지더라도 중심부에 빛이 집중되지 않으며, 광학 거리가 점차 멀어지더라도 넓은 방출각 범위에서 빛이 분포됨을 확인할 수 있다. 또한, 비교예1 및 비교예2에서는 광학 거리가 적어도 25mm 이상이 될 때 비로소 소정의 방출각 범위에서 대체적으로 균일한 빛이 출사되지만, 실시예에서는 9mm의 광학 거리에서도 소정의 방출각 범위에서 균일한 빛이 출사됨을 확인할 수 있다.
또한, 도 12를 참조하여 광학 거리 9mm의 위치에서 광 확산성을 살펴보면, 비교예1의 발광 모듈에서는 빛이 중앙에 집중됨을 확인할 수 있고, 비교예2는 빛이 중앙과 ±25˚의 방출각 위치에서 빛이 집중되지만 대략 ±10˚의 방출각 위치에서는 상대적으로 빛이 거의 분포되지 않아 각 위치에 따른 휘도 편차가 크게 발생됨을 확인할 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예에서는 대략 ±40˚의 방출각 범위에서 빛이 전체적으로 균일하게 분포됨을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 발광 모듈과 광학시트의 간격(즉, 광학 거리)을 좁히더라도 빛이 균일하게 분포되므로, 면광원 장치의 슬림화에 유리하게 되는 것이다.
100 : 발광 모듈
110 : 리드 프레임 120 : 발광체
130 : 광 산란층 140 : 확산체
141 : 반사면 142 : 출광면
140a : 오목 곡면 140b : 볼록 곡면
150 : 지지체 151 : 기저부
152 : 지지돌기 153 : 반사층
110 : 리드 프레임 120 : 발광체
130 : 광 산란층 140 : 확산체
141 : 반사면 142 : 출광면
140a : 오목 곡면 140b : 볼록 곡면
150 : 지지체 151 : 기저부
152 : 지지돌기 153 : 반사층
Claims (9)
- 전기적으로 이격되는 판 형상의 한 쌍의 리드 프레임;
일 측의 상기 리드 프레임 상에 형성되며, 한 쌍의 상기 리드 프레임에서 공급되는 전원으로 발광하는 발광체;
중앙부의 오목 곡면과 오목 곡면에서 가장자리로 연결되는 볼록 곡면을 갖는 반사면과, 상기 반사면에서 외측 하향 연장되는 볼록 곡면을 갖는 출광면을 구비하도록 상기 발광체를 밀봉하면서 한 쌍의 상기 리드 프레임 상면에 일체로 형성되어 상기 발광체에서 출사되는 빛을 내부에서 확산시키는 확산체; 및,
상기 반사면에 대응하는 곡면의 저면을 갖는 기저부와, 상기 기저부의 상면 중앙에서 상측으로 돌출되는 지지돌기로 이루어지는 지지체;를 포함하여,
상기 발광체에서 출사되는 빛이 상기 확산체 측면으로 확산되어 출사되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 렌즈 일체형 발광 모듈. - 제1항에 있어서, 상기 지지돌기는,
원뿔 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 렌즈 일체형 발광 모듈. - 제1항에 있어서, 상기 지지체와 상기 확산체 사이의 접합부에는,
상기 확산체에서 상면으로 출사되는 빛을 반사시키기 위한 반사층;이 형성되는 것을 특징으로 하는 렌즈 일체형 발광 모듈. - 제3항에 있어서, 상기 반사층은,
Ag 또는 Al을 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈 일체형 발광 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 확산체 하면의 상기 리드 프레임 상면에 형성되어 상기 확산체 내부의 빛을 산란시키는 광 산란층;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈 일체형 발광 모듈. - 제5항에 있어서, 상기 광 산란층은,
상기 발광체를 둘러싸는 링 형상으로 형성되거나, 상기 발광체 주위에 분포되는 다수의 도트 형상으로 형성되거나, 상기 발광체 주위에서 상기 리드 프레임 전체면에 형성되는 것을 특징으로 하는 렌즈 일체형 발광 모듈. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 확산체와 상기 지지체는,
투명 재질의 열경화성 수지로 구성되는 것을 특징으로 하는 렌즈 일체형 발광 모듈. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 확산체는,
상기 리드 프레임의 상면에 대하여, 중앙부 중심의 두께(Ha)가 0.1mm 이상, 상기 오목 곡면의 높이(Hb)가 0.5mm 내지 4.5mm, 상기 볼록 곡면의 높이(Hc)가 1.0mm 내지 5.0mm로 형성되고,
상기 오목 곡면의 폭(Wb)과 상기 볼록 곡면의 폭(Wc)의 비율(Wb/Wc)이 1 내지 2로 형성되는 것을 특징으로 하는 렌즈 일체형 발광 모듈. - 제8항에 있어서, 상기 지지체는,
기저부의 폭(Wa)이 상기 오목 곡면의 폭(Wb)에 대하여 0.5 내지 1.3의 비율(Wa/Wb)로 형성되는 것을 특징으로 하는 렌즈 일체형 발광 모듈.
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| KR1020160130588A KR101839580B1 (ko) | 2016-10-10 | 2016-10-10 | 렌즈 일체형 발광 모듈 |
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| KR (1) | KR101839580B1 (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011152133A1 (ja) | 2010-06-02 | 2011-12-08 | シャープ株式会社 | 照明装置、表示装置及びテレビ受信装置 |
| JP5449274B2 (ja) | 2011-03-25 | 2014-03-19 | シャープ株式会社 | 照明装置、および表示装置 |
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2016
- 2016-10-10 KR KR1020160130588A patent/KR101839580B1/ko active IP Right Grant
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