KR102342227B1

KR102342227B1 - 광학 장치

Info

Publication number: KR102342227B1
Application number: KR1020140170416A
Authority: KR
Inventors: 최현호
Original assignee: 쑤저우 레킨 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2014-12-02
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2021-12-24
Also published as: KR20160066271A

Abstract

실시 예의 조명 장치는 기판과, 기판 위에 배치된 복수의 광원과, 복수의 광원 위에 배치된 복수의 렌즈와, 복수의 렌즈 위에 배치된 광학 부재 및 각 렌즈와 광학 부재 사이에 배치되어 광학 부재를 지지하는 적어도 하나의 상부 지지부를 포함한다.

Description

광학 장치{Optical apparatus}

실시 예는 광학 장치에 관한 것이다.

발광 다이오드(LED:Light Emitting Diode)는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기를 적외선 또는 빛으로 변환시켜서 신호를 주고 받거나, 광원으로 사용되는 반도체 소자의 일종이다.

Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체(group Ⅲ-Ⅴ nitride semiconductor)는 물리적 및 화학적 특성으로 인해 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD:Laser Diode) 등 발광소자의 핵심 소재로 각광을 받고 있다.

이러한 발광 다이오드는 백열등과 형광등 등의 기존 조명기구에 사용되는 수은(Hg)과 같은 환경 유해물질이 포함되어 있지 않아 우수한 친환경성을 가지며, 긴 수명과 저전력 소비특성 등과 같은 장점이 있기 때문에 기존의 광원들을 대체하고 있다.

전술한 발광 소자, 그 발광 소자 위에 배치된 렌즈 및 렌즈 위에 배치된 광학 부재를 포함하는 기존의 조명 장치의 경우, 광학 부재를 지지하기 위해 지지대를 사용함으로 인해, 제조 원가가 증가하고 지지대의 존재로 인해 암부가 발생할 수 있는 문제점이 있다.

실시 예는 별도의 지지대의 도움없이 광학 부재를 지지할 수 있는 광학 장치를 제공한다.

실시 예에 의한 조명 장치는, 기판; 상기 기판 위에 배치된 복수의 광원; 상기 복수의 광원 위에 배치된 복수의 렌즈; 상기 복수의 렌즈 위에 배치된 광학 부재; 및 각 렌즈와 상기 광학 부재 사이에 배치되어 상기 광학 부재를 지지하는 적어도 하나의 상부 지지부를 포함할 수 있다.

상기 적어도 하나의 상부 지지부는 상기 각 렌즈로부터 상기 광학 부재를 향하여 돌출될 수 있다. 상기 광학 부재는 상기 적어도 하나의 상부 지지부가 수용되는 제1 수용홈을 포함할 수 있다.

또는, 상기 적어도 하나의 상부 지지부는 상기 광학 부재로부터 상기 렌즈를 향해 돌출될 수 있다. 상기 렌즈는 상기 적어도 하나의 상부 지지부가 수용되는 제2 수용홈을 포함할 수 있다.

상기 상부 지지부의 상측 폭과 하측 폭은 서로 다를 수 있다.

상기 렌즈는 광축으로 배치된 리세스부를 포함하는 중심부; 및 상기 중심부 주변에 위치하고, 상기 적어도 하나의 상부 지지부와 연결된 주변부를 포함할 수 있다.

상기 적어도 하나의 상부 지지부는 광축을 기준으로 대칭으로 배열된 평면 형상을 갖는 복수의 상부 지지부를 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 상부 지지부는 서로 동일한 간격으로 이격되어 배치된 복수의 상부 지지부를 포함할 수 있다.

다른 실시 예에 의한 조명 장치는, 기판; 상기 기판 위에 배치된 복수의 광원; 상기 복수의 광원 위에 배치된 복수의 렌즈; 및 상기 복수의 렌즈 위에 배치된 광학 부재를 포함하고, 각 렌즈는 상기 각 렌즈의 상면의 중앙에 형성된 리세스부; 및 상기 각 렌즈의 상면에서 상기 리세스부의 주변에 위치하며 상기 광학 부재의 저면과 접하는 지지면을 포함할 수 있다.

상기 조명 장치는 각 렌즈와 상기 기판 사이에 배치되어 상기 각 렌즈를 지지하는 적어도 하나의 하부 지지부를 더 포함할 수 있다.

상기 적어도 하나의 하부 지지부는 상기 각 렌즈로부터 상기 기판을 향하여 돌출될 수 있다. 상기 기판은 상기 적어도 하나의 하부 지지부가 수용되는 제3 수용홈을 포함할 수 있다.

또는, 상기 적어도 하나의 하부 지지부는 상기 기판으로부터 상기 렌즈를 향하여 돌출될 수 있다. 상기 각 렌즈는 상기 적어도 하나의 하부 지지부가 수용되는 제4 수용홈을 포함할 수 있다.

실시 예에 따른 조명 장치는 별도의 지지대를 이용하지 않고 렌즈와 광학 부재 사이에 상부 지지부를 마련하여 광학 부재를 지지하거나 렌즈의 상단이 광학 부재를 직접 지지하도록 함으로써, 제조 원가를 절감시키고 지지대의 그림자에 의한 품질 저하를 방지하고 베젤의 폭을 줄일 수 있다.

도 1은 일 실시 예에 의한 조명 장치의 결합 단면도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 조명 장치의 분해 단면도를 나타낸다.
도 3은 다른 실시 예에 의한 조명 장치의 단면도를 나타낸다.
도 4는 도 3에 도시된 'A' 부분을 확대한 분해 단면도를 나타낸다.
도 5a 및 도 5b는 실시 예에 의한 조명 장치에서 렌즈와 상부 지지부의 평면 형상을 나타낸다.
도 6은 또 다른 실시 예에 의한 조명 장치의 단면도를 나타낸다.
도 7a 및 도 7b는 도 6에 도시된 'B' 부분의 실시 예에 의한 확대된 분해 단면도를 나타낸다.
도 8a 내지 도 8c는 도 1에 도시된 'C' 부분의 실시 예를 확대 도시한 분해 단면도를 나타낸다.
도 9는 또 다른 실시 예에 의한 조명 장치의 결합 단면도를 나타낸다.
도 10은 도 9에 도시된 조명 장치의 분해 단면도를 나타낸다.
도 11은 전술한 렌즈의 다른 실시 예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 12는 전술한 실시 예에 의한 조명 장치에서 광학 부재와 상부 지지부만의 평면도를 나타낸다.
도 13은 비교 례에 의한 조명 장치의 단면도를 나타낸다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.

도면에서 각층(또는, 각 부분)의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.

이하, 실시 예에 의한 조명 장치(100A 내지 100D)를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다. 편의상, 데카르트 좌표계(x축, y축, z축)를 이용하여 조명 장치(100A 내지 100D)를 설명하지만, 다른 좌표계에 의해서도 이를 설명할 수 있음은 물론이다.

도 1은 일 실시 예에 의한 조명 장치(100A)의 결합 단면도를 나타내고, 도 2는 도 1에 도시된 조명 장치(100A)의 분해 단면도를 나타낸다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 조명 장치(100A)는 기판(110), 복수의 광원(120), 복수의 렌즈(130), 광학 부재(140), 복수의 상부 지지부(150) 및 복수의 하부 지지부(160)를 포함한다.

기판(110) 위에 복수의 광원(120)이 배치될 수 있다. 기판(110)은 전원을 공급하는 어댑터와 각 광원(120)을 연결하기 위한 전극 패턴이 형성되어 있을 수 있다. 예를 들어, 기판(110)의 상면에는 각 광원(120)과 어댑터를 연결하기 위한 전극 패턴이 형성될 수 있다.

이러한 기판(110)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 유리, 폴리카보네이트(PC), 실리콘(Si)으로부터 선택된 어느 한 물질로 이루어진 PCB(Printed Circuit Board) 기판일 수도 있고, 필름 형태로 형성될 수도 있다.

또한, 기판(110)은 단층 PCB, 다층 PCB, 세라믹 기판, 메탈 코아 PCB 등을 선택적으로 사용할 수 있다.

각 광원(120)은 발광 다이오드 칩(LED chip)일 수 있으며, 발광 다이오드 칩은 블루 LED 칩 또는 자외선 LED 칩으로 구성되거나 또는 레드 LED 칩, 그린 LED 칩, 블루 LED 칩, 엘로우 그린(Yellow green) LED 칩, 화이트 LED 칩 중에서 적어도 하나 또는 그 이상을 조합한 패키지 형태로 구성될 수도 있다.

여기서, 화이트 LED는 블루 LED 상에 옐로우 인광(Yellow phosphor)을 결합하거나, 블루 LED 상에 레드 인광(Red phosphor)과 그린 인광(Green phosphor)를 동시에 사용하여 구현할 수 있고, 블루 LED 상에 옐로우 인광(Yellow phosphor), 레드 인광(Red phosphor) 및 그린 인광(Green phosphor)를 동시에 사용하여 구현할 수도 있다.

각 광원(120)은 렌즈(130)와 광축(LX) 방향(예를 들어, z축 방향)으로 서로 중첩되어 배치될 수 있으나, 실시 예는 광원(120)의 위치에 국한되지 않는다. 광원(120)은 상면 발광형(top view type) 발광 다이오드일 수 있다. 경우에 따라서, 광원(120)은 측면 발광형(side view type) 발광 다이오드일 수도 있다.

복수의 렌즈(130)가 복수의 광원(120) 위에 배치된다. 도 1 및 도 2의 경우, 하나의 광원(120) 위에 하나의 렌즈(130)가 배치된 것으로 도시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면, 복수의 광원(120) 위에 하나의 렌즈(130)만이 배치될 수도 있다.

복수의 렌즈(130) 각각은 중심부(CA:Center Area)와 주변부(PA:Peripheral Area)로 구분될 수 있다.

중심부(CA)는 렌즈(130)의 상면(132)의 중앙의 광축(LX)에 형성된 상부 리세스부(R1:Recess)를 포함할 수 있다. 여기서, 상부 리세스부(R1)는 렌즈(130)의 상면(132)에서 광원(120)을 향해 움푹 패인 형상을 가질 수 있다. 여기서, 상부 리세스부(R1)를 형성하는 렌즈(130)의 상면(132)은 곡선 또는 직선 중 적어도 한 가지의 형태로 경사진 형상일 수도 있지만, 실시 예는 상면(132)의 특정 형상에 국한되지 않는다. 즉, 저면(134)에서 굴절된 광이 상부 리세스(R1)에서 굴절되어 광축(LX) 방향(예를 들어, z축 방향)으로 출사될 수도 있고, 상부 리세스(R1)에서 반사되어 측면(136)으로 진행될 수 있다면, 상면(132)은 다양한 형상을 가질 수 있다. 또한, 상부 리세스부(R1)와 광원(120)은 광축(LX)을 기준으로 대칭된 단면 형상을 가질 수 있고, 광축(LX)을 기준으로 수직 방향인 z축 방향으로 수직으로 정렬될 수도 있다.

주변부(PA)는 중심부(CA) 주변에 위치하고, 상부 지지부(150)와 연결되는 부분이다. 주변부(PA)는 렌즈(130)의 상면(132)에서 상부 리세스부(R1)가 형성된 영역을 제외한 영역으로 정의될 수도 있다. 상부 지지부(150)가 배치되는 위치에 대해서는 도 11을 참조하여 보다 상세히 후술된다.

렌즈(130)의 저면(134)은 기판(110)을 대향하는 면으로서 정의될 수 있다. 도 1 및 도 2의 경우, 저면(134)은 수평 방향인 y축 방향으로 평평한 단면 형상을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면, 렌즈(130)의 저면(134)은 기판(110)을 향하여 볼록한 단면 형상을 가질 수도 있고, 도 11에 예시된 바와 같이 하부 리세스부(R2)를 형성할 수 있다. 렌즈(130)의 저면(134)과 기판(110)의 상면에 의해 정의되는 공간(hollow portion)에 광원(120)이 배치될 수 있다.

렌즈(130)의 측면(136)은 렌즈(130)의 상면(132)과 저면(134) 사이의 면으로서 정의될 수 있다. 렌즈(130)의 측면(136)은 저면(134)에서 굴절된 광 및/또는 상면(132)에서 반사된 광을 굴절시켜 렌즈(130)의 측부 방향으로 출사하는 부분이다.

도 1 및 도 2의 경우 렌즈(130)의 측면(136)의 최상측은 수평 방향인 y축 방향으로 돌출되거나 도 11에 예시된 바와 같이 돌출되지 않을 수도 있다. 또한, 도 1 및 도 2에 예시된 바와 같이 측면(136)은 경사진 형태를 가질 수도 있다. 즉, 렌즈(130)의 상부폭과 하부폭은 서로 다를 수 있다. 그러나, 실시 예는 렌즈(130)의 측면(136)의 형상에 국한되지 않는다.

또한, 렌즈(130)는 투명한 재질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 실리콘, PC(Polycarbonate), PMMA(Polymethylmethacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, 유리 등을 포함할 수 있다.

또한, 렌즈(130)는 구면, 비구면 등 다양한 형상을 가질 수 있으며, 실시 예는 렌즈(130)의 형상에 국한되지 않는다.

광학 부재(140)가 복수의 렌즈(130) 위에 배치된다. 광학 부재(140)는 렌즈(130)로부터 출사되는 광을 확산시키는 역할을 하며, 확산 효과를 증가시키기 위해 상부 표면에 요철 패턴을 형성할 수도 있다.

광학 부재(140)는 단일 층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 요철 패턴은 최상층 또는 어느 한 층의 표면에 형성될 수 있다. 요철 패턴은 광원(120)에 따라 배치되는 스트라이프 형상을 가질 수도 있다.

경우에 따라, 광학 부재(140)는 적어도 하나의 시트로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 광학 부재(140)는 확산 시트, 프리즘 시트, 휘도 강화 시트 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 확산 시트는 렌즈(130)로부터 출사된 광을 확산시키는 역할을 한다. 프리즘 시트는 확산된 광을 발광 영역으로 가이드하는 역할을 한다. 휘도 확산 시트는 휘도를 강화시키는 역할을 한다.

한편, 상부 지지부(150)가 각 렌즈(130)와 광학 부재(140) 사이에 배치되어, 광학 부재(140)를 고정하여 지지하는 역할을 한다. 상부 지지부(150)의 상면(152)은 광학 부재(140)와 대향하는 면이고, 상부 지지부(150)의 하면(154)은 렌즈(130)의 상면(132)과 대향하는 면이다.

도 2를 참조하면, 상부 지지부(150)는 각 렌즈(130)의 상면(132)으로부터 광학 부재(140)를 향하여 돌출된 단면 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 상부 지지부(150)는 렌즈(130)와 일체형으로 구현될 수도 있고 렌즈(130)와 분리형으로 구현될 수도 있다. 만일, 렌즈(130)와 분리형일 경우, 상부 지지부(150)는 렌즈(130)의 상면(132)의 주변부(PA)에 본딩될 수도 있다.

도 3은 다른 실시 예에 의한 조명 장치(100B)의 단면도를 나타내고, 도 4는 도 3에 도시된 'A' 부분을 확대한 분해 단면도를 나타낸다.

일 실시 예에 의하면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상부 지지부(150)의 상면(152)은 광학 부재(140)의 저면(142)과 접촉할 수 있다. 이 경우, 광학 부재(140)의 저면(142)은 평탄면일 수도 있고 어떠한 수용홈도 갖지 않을 수 있다.

다른 실시 예에 의하면, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 광학 부재(140)는 제1 수용홈(144)을 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 수용홈(144)은 상부 지지부(150)의 적어도 일부가 수용되기에 적합한 형상을 가질 수 있다. 이를 제외하면, 도 3 및 도 4에 도시된 조명 장치(100B)는 도 1 및 도 2에 도시된 조명 장치(100A)와 동일하므로, 도 1 및 도 2에 도시된 조명 장치(100A)와 중복되는 부분에 대해서는 도 1 및 도 2에 도시된 조명 장치(100A)의 설명으로 대신한다.

도 4를 참조하면, 제1 수용홈(144)은 제1 깊이(d1)를 가지며, 상부 지지부(150)는 제1 높이(h1)를 갖는다. 여기서, 제1 깊이(d1)는 상부 지지부(150)의 제1 높이(h1) 이하일 수 있다. 만일, 제1 깊이(d1)와 제1 높이(h1)가 동일할 경우, 상부 지지부(150)의 전체가 제1 수용홈(144)에 삽입될 수 있다.

다시, 도 2를 참조하면, 상부 지지부(150)의 상측 제1 폭(W1)과 하측 제2 폭(W2)은 서로 다를 수 있다. 만일, 제1 폭(W1)이 '0'일 경우, 상부 지지부(150)의 최상측은 뾰족한 형상을 갖는다. 이와 같이 상부 지지부(150)는 원뿔 또는 다각형 뿔 형상을 가질 수 있지만, 실시 예는 상부 지지부(150)의 특정 형상에 국한되지 않는다. 예를 들어, 제1 폭(W1)은 제2 폭(W2)보다 작을 수 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

도 5a 및 도 5b는 실시 예에 의한 조명 장치(100A)에서 렌즈(130)와 상부 지지부(150)의 평면 형상을 나타낸다. 여기서, 바깥 쪽원은 렌즈(130)의 평면 형상을 나타내고, 안쪽 원은 상부 리세스부(R1)의 평면 형상을 나타낸다. 설명의 편의상, 렌즈(130)와 상부 리세스(R1)는 모두 원형 평면 형상을 갖는 것으로 도시하였으나, 실시 예는 렌즈(130)와 상부 리세스(R1)의 특정한 평면 형상에 국한되지 않는다.

복수의 상부 지지부(150)는 서로 동일한 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 상부 지지부(150)는 도 5a에 예시된 바와 같이 90°의 간격으로 상호 이격되어 배치될 수도 있고, 도 5b에 예시된 바와 같이 120°의 간격으로 상호 이격되어 배치될 수도 있다.

또한, 복수의 상부 지지부(150)는 광축을 기준으로 대칭으로 배열된 평면 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 5a를 참조하면, 복수의 상부 지지부(150)가 광축(LX)을 기준으로 대칭된 평면 형상을 가짐을 알 수 있다.

도 1, 도 2, 도 3, 도 5a 및 도 5b의 경우, 상부 지지부(150)는 복수 개인 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 상부 지지부(150)의 개수에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면, 상부 지지부(150)의 개수는 2개 이하이거나 5개 이상일 수도 있다. 또한, 렌즈(130)의 상부에 전술한 바와 같이 상부 리세스(R1)가 형성되지 않고 볼록한 형상을 가질 경우, 렌즈(130)의 상면의 볼록한 부분에서 광축(LX)이 지나가는 지점에 한 개의 상부 지지부(160)가 배치될 수도 있다.

도 6은 또 다른 실시 예에 의한 조명 장치(100C)의 단면도를 나타낸다.

도 6에 도시된 조명 장치(100C)는 기판(110), 복수의 광원(120), 복수의 렌즈(130), 광학 부재(140), 상부 지지부(150) 및 하부 지지부(160)를 포함할 수 있다. 여기서, 기판(110)과 각 광원(120)은 도 1에 도시된 기판(110) 및 각 광원(120)에 각각 해당하므로 중복되는 설명을 생략한다.

도 1 및 도 2에 도시된 조명 장치(100A)와 달리, 도 6에 도시된 조명 장치(100C)에서 상부 지지부(150)는 광학 부재(140)로부터 렌즈(130)를 향해 돌출된 형상을 가질 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 도 6에 도시된 'B' 부분의 실시 예(B1, B2)에 의한 확대된 분해 단면도를 나타낸다.

도 7a에 예시된 일 실시 예(B1)에 의하면, 렌즈(130)의 주변부(PA)의 상면(132)은 평평한 단면 형상을 가질 수 있다. 따라서, 광학 부재(140)로부터 돌출된 상부 지지부(150)는 렌즈(130)의 평평한 상면(132)과 접촉할 수 있다.

도 7b에 예시된 다른 실시 예(B2)에 의하면, 렌즈(130)는 제2 수용홈(138)을 포함할 수 있다. 여기서, 제2 수용홈(138)은 상부 지지부(150)의 적어도 일부가 수용되기에 적합한 단면 형상을 가질 수 있다. 제2 수용홈(138)은 제2 깊이(d2)를 가지며, 상부 지지부(150)는 제2 높이(h2)를 갖는다. 여기서, 제2 깊이(d2)는 상부 지지부(150)의 제2 높이(h2) 이하일 수 있다. 만일, 제2 깊이(d2)와 제2 높이(h2)가 동일할 경우, 상부 지지부(150)의 전체가 제2 수용홈(138)에 삽입될 수 있다.

또한, 도 7a를 참조하면, 상부 지지부(150)의 상측 제3 폭(W3)과 하측 제4 폭(W4)은 서로 다를 수 있다. 만일, 제4 폭(W4)이 '0'일 경우, 상부 지지부(150)의 하측은 뾰쪽한 형상을 가지며, 상부 지지부(150)는 원뿔 또는 다각형 뿔 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제4 폭(W4)은 제3 폭(W3)보다 작을 수 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

전술한 바와 같이 상부 지지부(150) 및 렌즈(130)의 형상이 다름을 제외하면, 도 6에 도시된 조명 장치(100C)는 도 1에 도시된 조명 장치(100A)와 동일하므로 중복되는 설명은 도 1에 도시된 조명 장치(100A)의 설명으로 대신한다.

다시, 도 1 및 도 2를 참조하면, 조명 장치(100A)의 하부 지지부(160)는 각 렌즈(130)와 기판(110) 사이에 배치되어 각 렌즈(130)를 지지하는 역할을 한다. 하부 지지부(160)는 기판(110)에 안착 또는 결합될 수 있다.

도 8a 내지 도 8c는 도 1에 도시된 'C' 부분의 실시 예(C1, C2, C3)를 확대 도시한 분해 단면도를 나타낸다.

일 실시 예에 의하면, 도 2에 예시된 바와 같이 하부 지지부(160)는 각 렌즈(130)의 저면(134)으로부터 기판(110)을 향하여 돌출된 형상을 가질 수 있다. 이때, 하부 지지부(160)는 기판(110)의 평평한 상면에 안착 또는 접촉 또는 결합될 수 있다.

다른 실시 예에 의하면, 도 8a에 예시된 바와 같이, 기판(110)은 제3 수용홈(112)을 포함할 수 있다. 제3 수용홈(112)은 하부 지지부(160)의 적어도 일부가 수용되기에 적합한 형상을 가질 수 있다. 제3 수용홈(112)은 제3 깊이(d3)를 가지며, 하부 지지부(160)는 제3 높이(h3)를 갖는다. 여기서, 제3 깊이(d3)는 하부 지지부(160)의 제3 높이(h3) 이하일 수 있다. 만일, 제3 깊이(d3)와 제3 높이(h3)가 동일할 경우, 하부 지지부(160)의 전체가 제3 수용홈(112)에 삽입될 수 있다.

또 다른 실시 예에 의하면, 도 8b에 예시된 바와 같이, 하부 지지부(160)는 기판(110)으로부터 렌즈(130)를 향하여 돌출된 형상을 가질 수도 있다. 이때, 하부 지지부(160)는 렌즈(130)의 평평한 저면(134)에 접촉 또는 결합될 수 있다.

또 다른 실시 예에 의하면, 도 8c에 예시된 바와 같이, 렌즈(130)는 제4 수용홈(139)을 포함할 수 있다. 제4 수용홈(139)은 하부 지지부(160)의 적어도 일부가 수용되기에 적합한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제4 수용홈(139)은 제4 깊이(d4)를 가지며, 하부 지지부(160)는 제4 높이(h4)를 갖는다. 여기서, 제4 깊이(d4)는 하부 지지부(160)의 제4 높이(h4) 이하일 수 있다. 만일, 제4 깊이(d4)와 제4 높이(h4)가 동일할 경우, 하부 지지부(160)의 전체가 제4 수용홈(139)에 삽입될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 기판(110)과 광학 부재(140) 사이의 간격(TH)인 에어 갭(air gap)은 다음 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.

여기서, H1은 렌즈(130)의 측면(136)의 높이를 나타내고, H2는 상부 지지부(150)의 높이를 나타내고, H3는 하부 지지부(160)의 높이를 나타낸다.

도 9는 또 다른 실시 예에 의한 조명 장치(100D)의 결합 단면도를 나타내고, 도 10은 도 9에 도시된 조명 장치(100D)의 분해 단면도를 나타낸다.

도 9 및 도 10에 도시된 조명 장치(100D)는 기판(110), 복수의 광원(120), 복수의 렌즈(130), 광학 부재(140) 및 하부 지지부(160)를 포함한다. 도 1 및 도 2에 도시된 조명 장치(100A)와 달리, 도 9 및 도 10에 도시된 조명 장치(100D)는 상부 지지부(150)를 포함하지 않는다. 이를 제외하면, 도 9 및 도 10에 도시된 조명 장치(100D)는 도 1 및 도 2에 도시된 조명 장치(100A)와 동일하므로 동일한 참조부호를 사용하였으며, 중복되는 설명을 생략한다.

도 10에 도시된 렌즈(130)의 저면(134)과 측면(136)은 도 2에 도시된 저면(134)과 측면(136)과 각각 동일하다. 이때, 렌즈(130)의 상면은 중심부(CA)에 위치한 제1 상면(132A)과 주변부(PA)에 위치한 제2 상면(132B)으로 구분될 수 있다. 여기서, 제1 상면(132A)은 도 2에 도시된 바와 같이 상부 리세스부(R1)를 형성하는 상부면이다. 제2 상면(132B)은 상부 리세스부(R1)의 주변인 주변부(PA)에 위치하며 광학 부재(140)의 저면(142)과 접하는 지지면에 해당한다.

도 9 및 도 10에 도시된 조명 장치(100D)는 상부 지지부(150)를 포함하지 않으므로, 기판(110)과 광학 부재(140) 사이의 간격(TH)인 에어 갭은 다음 수학식 2와 같이 표현된다.

도 1 및 도 2에 도시된 조명 장치(100A)의 경우 상부 지지부(150)를 통해 광학 부재(140)를 지지하는 반면, 도 9 및 도 10에 도시된 조명 장치(100D)는 렌즈(130)의 제2 상면(132B)을 통해 광학 부재(140)를 지지한다.

또한, 전술한 실시 예에 의한 조명 장치(100A 내지 100D)에서 하부 지지부(160)는 3개인 것으로 도시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면 하부 지지부(160)의 개수는 2개이하이거나 4개 이상일 수도 있다.

만일, 상부 지지부(160)가 도 9 및 도 10에 예시된 바와 같이 생략되거나 도 3에 예시된 바와 같이 제1 수용홈(144)에 완전히 삽입되고, 도 8a에 예시된 바와 같이 하부 지지부(160)가 기판(110)의 제3 수용홈(112)에 완전히 삽입되거나 도 8c에 예시된 바와 같이 렌즈(130)의 제4 수용홈(139)에 완전히 삽입될 경우, 에어 갭은 렌즈(130)의 두께(H1)에 해당할 수 있다.

도 11은 전술한 렌즈(130)의 다른 실시 예(130)에 의한 단면도를 나타낸다.

도 1 및 도 2에 도시된 렌즈(130)의 저면(134)이 평평한 것과 달리, 도 11에 예시된 렌즈(130)는 저면(134A, 134B)에 의해 형성되는 하부 리세스(R2)를 가질 수 있다. 여기서, 하부 리세스(R2)는 광축(LX) 방향으로 상부 리세스(R1)와 일렬로 정렬되어 형성될 수 있다. 광원(120)의 적어도 일부는 하부 리세스(R2)에 수용될 수 있다. 여기서, 하부 리세스(R2)는 사각형 단면 형상을 갖는 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 하부 리세스(R2)는 사각형 이외의 다양한 다각형, 원형, 반구형, 또는 이들의 조합의 단면 형상을 가질 수 있다.

도 11을 참조하면, 광원(120)에서 방출된 광은 렌즈(130)의 저면(134A, 134B)에서 굴절되어 상면(132)이나 측면(136)으로 진행한다. 이때, 도 11에 예시된 바와 같이 저면(134A, 134B)에서 굴절된 광은 상면(132)에서 반사되어 측면(136)으로 진행할 수도 있고, 도 11에 예시된 바와 달리 상면(132)에서 굴절되어 렌즈(130) 상부로 출사될 수도 있다.

렌즈(130)의 측면(136)은 상면(132)에서 반사된 광 또는 저면(134A, 134B)에서 굴절된 광을 굴절시켜 렌즈(130)의 측부 방향으로 출사시킬 수 있다.

이때, 도 11에 도시된 바와 같이, 렌즈(130)의 상측 모서리 부분(D)으로는 광이 출사되지 않거나, 이 부분(D)을 통해 출사되는 광의 량은 다른 부분으로부터 출사되는 광의 량보다 작다. 따라서, 전술한 상부 지지부(150)가 이 부분(D)에 배치될 경우, 광의 출사에 영향을 미치지 않거나 미치는 영향을 최소화시킬 수 있다. 즉, 상부 지지부(150)는 렌즈(130)에서 광의 진행 경로에 영향을 미치지 않는 부분에 배치될 수 있다.

도 12는 전술한 실시 예에 의한 조명 장치(100A 내지 100D)에서 광학 부재(140)와 상부 지지부(150)만의 평면도를 나타낸다.

도 12를 참조하면, 상부 지지부(150)는 y축 방향으로 6개가 배치되고, x축 방향으로 3개가 배치됨을 알 수 있다. 이와 같이, 복수 개의 상부 지지부(150)가 일정한 간격으로 이격되어 광학 부재(140)를 지지할 수 있음을 알 수 있다.

도 13은 비교 례에 의한 조명 장치의 단면도를 나타낸다.

도 13에 도시된 조명 장치는 기판(10), 발광부(20), 지지대(30), 광학 부재(40) 및 프레임(50)을 포함한다. 여기서, 기판(10) 및 광학 부재(40)는 도 1에 도시된 기판(110) 및 광학 부재(140)와 각각 동일한 역할을 수행할 수 있다. 또한, 발광부(20)는 도 1에 도시된 광원(120)과 렌즈(130)의 역할을 수행할 수 있다.

도 13을 참조하면, 비교 례에 의한 조명 장치에서 지지대(30)는 기판(10) 위에 배치되어 광학 부재(40)를 지탱하는 역할을 한다. 이와 같이, 기판(10)과 광학 부재(40) 사이의 간격(TH)(또는, 에어 갭)을 일정하게 유지하기 위해, 비교 례에 의한 조명 장치는 지지대(30)를 요구한다. 만일, 간격(TH)이 줄어들 경우 더 많은 지지대(30)가 필요하게 된다. 이로 인해, 비교 례의 조명 장치의 제조 비용이 상승할 뿐만 아니라 발광부(20)로부터 출사되는 광이 지지대(30)의 그림자에 의해 품질에 악영향을 미칠 수 있다.

반면에, 전술한 도 1, 도 2, 도 3, 도 6, 도 9 및 도 10에 예시된 실시 예에 의한 조명 장치(100A 내지 100D)의 경우 지지대(30)를 사용하지 않고 상부 지지부(150)를 이용하거나 도 9 및 도 10에 예시된 바와 같이 렌즈(130) 자체의 지지면(132B)을 이용하여 광학 부재(140)를 지지할 수 있다. 이로 인해, 실시 예에 의한 조명 장치(100A 내지 100D)의 경우 비교 례보다 제조 비용이 절감될 수 있고, 상부 지지부(150)를 투명한 재질로 구현할 경우 비교 례에서와 같이 지지대(30)의 그림자에 의한 품질 저하를 방지할 수 있다.

또한, 광이 출사되지 않거나 상대적으로 적게 출사되는 렌즈(130)의 상부면에 상부 지지부(150)를 배치하거나 지지면(132B)으로 이용하기 때문에, 광 출사에 영향을 미치지 않을 수 있다.

또한, 비교 례에 의한 조명 장치의 경우, 광학 부재(40)가 프레임(50)에 안정감있게 고정 배치될 수 있도록, 광학 부재(40)가 접촉되는 프레임(50)의 상단은 굴곡진 형상(D)을 갖는다. 이로 인해 베젤의 폭(WB)을 줄이는 데 한계를 갖는다.

반면에, 실시 예에 의한 조명 장치(100A 내지 100D)의 경우, 도 1, 도 2, 도 3, 도 6에 도시된 바와 같이 상단 지지부(160)에 의해 광학 부재(140)가 안정감있게 지지되거나 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 렌즈(130) 자체에 의해 광학 부재(140)가 안정감있게 지지되므로, 도 13에서와 같은 굴곡진 형상(D)이 프레임(50)에 형성될 필요가 않어, 베젤의 폭(WB)을 기존보다 줄일 수 있다.

전술한 실시 예에 의한 조명 장치는 표시 장치, 지시 장치 등 다양한 분야에 적용될 수 있다. 예를 들어, 조명 장치는 램프, 가로등을 포함할 수 있으며, 백라이트 유닛에도 적용될 수 있다.

이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 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.

100A 내지 100D: 조명 장치 110: 기판
120: 광원 130: 렌즈
140: 광학 부재 150: 상부 지지부
160: 하부 지지부

Claims

상면과 하면을 포함하고, 상기 상면에서 상기 하면을 향하여 오목한 리세스를 포함하는 렌즈;
상기 렌즈 상에 배치되는 복수의 돌기;
상기 렌즈 상에 배치되는 광학 부재;
상기 렌즈의 상기 하면에 배치되는 하부 지지부; 및
상기 하부 지지부의 하면에 배치되는 기판을 포함하고,
상기 리세스는 상기 상면에서 상기 하면을 향할수록 폭이 점진적으로 감소하여 상기 렌즈의 하면에 가장 인접한 영역에서 폭이 가장 좁은 중심부를 포함하고,
상기 렌즈의 상면은 상기 리세스 주위를 따라 배치된 평탄면을 포함하고,
상기 복수의 돌기는 상기 평탄면 상에 서로 균등한 간격으로 이격되어 배치되고,
상기 복수의 돌기는 상기 광학 부재와 결합되는 광학 장치.
제1 항에 있어서,
상기 렌즈의 상면은 상기 리세스에 대응되는 곡면을 포함하고,
상기 곡면은, 상기 중심부와 상기 하면을 수직으로 연결하는 가상선을 향하여 볼록하고,
상기 렌즈의 곡면은 상기 중심부에서 상기 하면을 향하여 뾰족한 광학 장치.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 중심부에서 상기 하면에 수직하게 연결된 가상선을 기준으로, 상기 복수의 돌기는 서로 대칭되는 위치에 배치되는 광학 장치.
제3 항에 있어서, 상기 복수의 돌기 각각이 상기 가상선을 향하는 복수의 가상의 직선이 서로 이루는 각은 균일한 광학 장치.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 복수의 돌기는 각각 평탄한 상면을 포함하는 광학 장치.
제6 항에 있어서,
상기 복수의 돌기는 각각 뾰족한 최상부를 갖고,
상기 광학 부재는 상기 최상부에 대응 되는 영역에 형성된 홈을 포함하는 광학 장치.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 렌즈의 상기 하면과 상기 기판 사이에 배치되는 발광 소자를 포함하고,
상기 하부 지지부는 상기 발광 소자를 둘러싸는 광학 장치.
제9 항에 있어서,
상기 하부 지지부는 상기 돌기보다 상기 중심부와 상기 하면을 수직으로 연결하는 가상선에 더 인접하고,
상기 발광 소자는 상기 중심부와 수직으로 중첩되고,
상기 광학 부재는 상기 광학 부재의 저면으로 입사되는 광을 상기 광학 부재 내에서 확산하고, 상기 확산된 광을 상면으로 출사하는 광학 장치.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제