KR102408719B1 - 렌즈 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지 - Google Patents

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Abstract

실시 예는 패키지 바디, 상기 패키지 바디 상에 배치되는 제1 및 제2 도전층들, 상기 제1 및 제2 도전층들과 전기적으로 연결되는 발광 소자, 및 상기 패키지 바디 상에 배치되고, 상기 발광 소자로부터 발생하는 빛을 굴절시키는 렌즈를 포함하며, 상기 렌즈는 빛이 입사되는 입사면을 갖는 하단부, 및 상기 입사면을 통과한 빛을 통과시키는 출사면을 갖는 상단부를 포함하며, 제1 평면에서의 입사각과 출사각의 비율 또는 제2 평면에서의 입사각과 출사각의 비율은 중 적어도 하나는 제3 평면에서의 입사각과 출사각의 비율보다 작고, 상기 입사각은 중앙축을 기준으로 상기 입사면으로 입사되는 빛의 각도이고, 상기 출사각은 상기 중앙축을 기준으로 상기 출사면으로 출사되는 빛의 각도이고, 상기 제1 평면 내지 제3 평면들 각각은 중앙축을 지나고 제1 방향과 평행인 평면이고, 상기 제1 평면은 상기 제2 평면과 수직이고, 상기 제3 평면은 상기 제1 평면과 상기 제2 평면 사이에 위치하고, 상기 중앙축은 상기 렌즈의 중앙을 지나고 상기 제1 방향과 평행하고, 상기 제1 방향은 상기 상단부에서 상기 하단부로 향하는 방향이다.

Description

렌즈 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지{A LENS AND A LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE INCLUDING THE SAME}
실시 예는 렌즈 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode)나 레이저 다이오드(Laser Diode:LD)와 같은 발광 소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비 전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
조명 장치나 표시 장치에는 발광 소자 패키지가 널리 사용되고 있다. 발광 소자 패키지는 일반적으로 몸체, 몸체 내에 위치하는 리드 프레임들, 및 리드 프레임들 중 어느 하나에 위치하는 발광 소자(예컨대, LED)를 포함할 수 있다.
또한 발광 소자 패키지는 렌즈를 더 포함할 수 있으며, 렌즈의 형상에 따라 발광 소자 패키지의 배광 패턴이 결정될 수 있다.
실시 예는 렌즈의 중심으로부터 출사되는 빛의 조도량의 저하율은 낮추고, 제3 평면 상으로 출사되는 빛의 조도량은 높일 수 있는 렌즈 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지를 제공한다.
실시 예에 따른 렌즈는 빛이 입사되는 입사면을 갖는 하단부; 및 상기 입사면을 통과한 빛을 통과시키는 출사면을 갖는 상단부를 포함하며, 제1 평면에서의 입사각과 출사각의 비율 또는 제2 평면에서의 입사각과 출사각의 비율은 중 적어도 하나는 제3 평면에서의 입사각과 출사각의 비율보다 작고, 상기 입사각은 중앙축을 기준으로 상기 입사면으로 입사되는 빛을 각도이고, 상기 출사각은 상기 중앙축을 기준으로 상기 출사면으로 출사되는 빛의 각도이고, 상기 제1 평면 내지 제3 평면들 각각은 중앙축을 지나고 제1 방향과 평행인 평면이고, 상기 제1 평면은 상기 제2 평면과 수직이고, 상기 제3 평면은 상기 제1 평면과 상기 제2 평면 사이에 위치하고, 상기 중앙축은 상기 렌즈의 중앙을 지나고 상기 제1 방향과 평행하고, 상기 제1 방향은 상기 상단부에서 상기 하단부로 향하는 방향이다.
상기 제1 내지 제3 평면들 각각의 입사각은 30°보다 크고, 60°보다 작거나 같을 수 있다.
상기 제1 내지 제3 평면들 각각의 입사각은 40°보다 크거나 같고, 60°보다 작거나 같을 수 있다.
상기 렌즈는 상기 제1 평면을 기준으로 좌우 대칭일 수 있다.
상기 렌즈는 상기 제2 평면을 기준으로 좌우 대칭일 수 있다.
상기 렌즈는 상기 제1 평면을 기준으로 좌우 대칭이고, 상기 제2 평면을 기준으로 좌우 대칭일 수 있다.
상기 중앙축은 상기 렌즈의 입사면의 중앙 및 상기 렌즈의 출사면의 중앙을 지나는 축이고, 상기 중앙축은 상기 발광 소자의 중앙에 정렬될 수 있다.
상기 제1 평면과 상기 제3 평면 사이의 각도는 30°~ 50°일 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 패키지 바디; 상기 패키지 바디 상에 배치되는 제1 및 제2 도전층들; 상기 제1 및 제2 도전층들과 전기적으로 연결되는 발광 소자; 및 상기 패키지 바디 상에 배치되고, 상기 발광 소자로부터 발생하는 빛을 굴절시키는 렌즈를 포함하며, 상기 렌즈는 상술한 실시 예일 수 있다.
상기 하단부는 상기 입사면 주위를 감싸고 상기 제1 방향으로 돌출되는 측벽을 더 포함하며, 상기 상단부는 상기 하단부의 상단을 기준으로 제2 방향으로 돌출되는 단턱부를 더 포함하며, 상기 단턱부는 상기 패키지 바디의 상부면에 의하여 지지되고, 상기 제2 방향은 상기 렌즈의 중앙으로부터 상기 렌즈의 외주면으로 향하는 방향일 수 있다.
실시 예는 렌즈의 중심으로부터 출사되는 빛의 조도량의 저하율은 낮추고, 제3 평면 상으로 출사되는 빛의 조도량은 높일 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지의 사시도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 발광 소자 패키지의 평면도를 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시된 발광 소자 패키지의 AB 방향의 단면도를 나타낸다.
도 4a는 도 1에 도시된 렌즈의 사시도를 나타낸다.
도 4b는 도 4a에 도시된 렌즈를 제1 평면을 따라서 절단한 단면도를 나타낸다.
도 4c는 도 4a에 도시된 렌즈에 대한 제1 평면, 제2 평면, 및 제3 평면을 나타낸다.
도 5는 도 1에 도시된 렌즈의 제1 평면에서의 빛의 굴절을 나타낸다.
도 6은 도 1에 도시된 렌즈의 제2 평면에서의 빛의 굴절을 나타낸다.
도 7은 도 1에 도시된 렌즈의 제3 평면에서의 빛의 굴절을 나타낸다.
도 8은 각 평면에서의 빛의 입사각, 출사각, 및 입사각과 출사각의 비율을 나타낸다.
도 9는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지로부터 조사되는 광을 스크린에 비추어 측정한 빔 패턴을 나타낸다.
도 10은 도 9의 스크린 상의 위치별 조도량을 나타낸다.
도 11은 일반적인 대칭 렌즈를 장착한 발광 소자 패키지로부터 조사되는 광을 스크린에 비추어 측정한 빔 패턴을 나타낸다.
도 12는 도 11의 스크린 상의 중앙 필드의 조도량, 및 각 평면에 평행한 제1 필드의 조도량을 나타낸다.
도 13은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지로부터 조사되는 광을 스크린에 비추어 측정한 빔 패턴을 나타낸다.
도 14는 도 12의 스크린 상의 중앙 필드의 조도량, 및 각 평면에 평행한 제1 필드의 조도량을 나타낸다.
이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 또한 동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다.
도 1은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지(100)의 사시도를 나타내고, 도 2는 도 1에 도시된 발광 소자 패키지(100)의 평면도를 나타내고, 도 3은 도 2에 도시된 발광 소자 패키지(100)의 AB 방향의 단면도를 나타낸다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 발광 소자 패키지(100)는 패키지 바디(package body, 110), 제1 도전층(122), 제2 도전층(124), 발광 소자(130), 및 렌즈(150)를 포함한다.
패키지 바디(110)는 제1 도전층(122,124), 제2 도전층(124), 발광 소자(130), 및 렌즈(150)를 지지한다.
패키지 바디(110)는 광 반사도가 높은 수지 재질, 예컨대, 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide), EMC 수지, PC 수지, 또는 PCT 수지로 형성될 수 있다. 다만 실시 예는 상술한 몸체의 재질, 구조, 및 형상으로 한정되지 않는다.
또는 다른 실시 예에서 패키지 바디(110)는 실리콘 기반의 웨이퍼 레벨 패키지(wafer level package), 실리콘 기판, 실리콘 카바이드(SiC), 질화알루미늄(aluminum nitride, AlN), Al2O3, GaN, ZnO, SiO2, Au, Si3N4, AuSn 등과 같이 절연성 또는 열전도율이 좋은 기판으로 형성될 수 있으며, 복수 개의 기판이 적층되는 구조일 수 있다.
또는 다른 실시 예에서 패키지 바디(110)는 발광 소자(130)의 점등 및 소등 간의 콘트라스트(contrast)를 높이기 위하여 빛을 흡수하거나, 광 반사율이 낮은 부재, 예컨대, 흑색 수지(black resin)로 이루어질 수 있으며, 사출 성형을 통하여 형성될 수 있다. 예컨대, 패키지 바디(110)는 카본 블랙이 혼합된 폴리프탈아미드(Polyphtalamide, PPA) 수지, 블랙 EMC(Epoxy Mold Compound) 수지, 또는 블랙 실리콘(black silicon)으로 이루어질 수 있다.
패키지 바디(110)는 바닥(102) 및 측면(103)으로 이루어지는 캐비티(cavity, 101)를 가질 수 있다. 캐비티(101)의 상부는 패키지 바디(110)의 상부면 밖으로 개방될 수 있다.
패키지 바디(110)의 캐비티(101)는 단면의 형상이 컵 형상, 오목한 용기 형상 등일 수 있으며, 캐비티(101)의 측면(103)은 캐비티(101)의 바닥(102)에 대해 경사질 수 있다.
패키지 바디(110)의 캐비티(101)의 형상은 위에서 보았을 때, 원형, 타원형, 다각형(예컨대, 사각형)일 수 있으며, 다각형인 패키지 바디(110)의 캐비티(101)의 모서리 부분은 곡면일 수도 있으나, 이에 한정하지 않는다.
제1 도전층(122) 및 제2 도전층(124)은 서로 전기적으로 분리되도록 패키지 바디(110)에 배치된다. 제1 및 제2 도전층들(122,124)은 제1 및 제2 리드 프레임들(lead frames)의 용어로 사용될 수도 있다.
제1 도전층(122) 및 제2 도전층(124)은 도전성 물질, 예컨대, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P) 중 적어도 하나로 형성되거나, 또는 이들 중 적어도 하나를 포함하는 합금으로 형성될 수 있으며, 단층 또는 다층 구조일 수 있다.
제1 및 제2 도전층들(122, 124)의 표면, 예컨대, 상부면에는 발광 소자(130)에서 방출된 빛을 반사시킬 수 있는 반사 물질, 예컨대, Ag이 코팅될 수도 있다.
제1 및 제2 도전층들(122, 124) 각각의 일단은 패키지 바디(110)의 밖으로 노출될 수 있다. 예컨대, 제1 도전층(122)의 일단은 패키지 바디(110)의 제1 측면으로 노출될 수 있고, 제2 도전층(124)의 일단은 패키지 바디(110)의 제2 측면으로 노출될 수 있으며, 패키지 바디(110)의 제1 측면과 제2 측면은 서로 마주 보는 측면일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 도전층(122)과 제2 도전층(124) 사이에는 패키지 바디(110)의 일부가 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 도전층(122)과 제2 도전층(124) 사이에는 패키지 바디(110)의 바닥(102)이 배치될 수 있다.
제1 및 제2 도전층들(122, 124) 각각의 상부면은 캐비티(101)에 의하여 노출될 수 있다.
발광 소자(130)는 패키지 바디(110)의 캐비티(101) 내에 배치되며, 제1 및 제2 도전층들(122,124)과 전기적으로 연결되며, 빛을 발생한다.
발광 소자(130)는 캐비티(101)에 의하여 노출되는 제1 도전층(122)의 상부면 상에 배치될 수 있다.
예컨대, 발광 소자(130)는 발광 다이오드(light emitting diode, LED)일 수 있으며, 다이 본딩(die bonding) 또는 와이어 본딩(wire bonding)에 의하여 제1 및 제2 도전층들(122,124)과 전기적으로 연결될 수 있다.
렌즈(150)는 패키지 바디(110) 상에 배치되며, 발광 소자(130)로부터 발생하는 빛을 굴절시킨다. 예컨대, 렌즈(150)는 패키지 바디(110)의 상부면 상에 배치될 수 있다.
패키지 바디(110)는 캐비티(101)의 측면(103)으로부터 수평 방향으로 돌출되는 돌출부(140)를 가질 수 있다. 예컨대, 수평 방향은 캐비티(101)의 측면(103)으로부터 캐비티(101)의 중앙으로 향하는 방향일 수 있다.
패키지 바디(110)의 돌출부(140)는 캐비티(101)의 측면(103)을 따라서 형성되는 링 형상일 수 있으며, 캐비티(101)의 측면(103)의 최상단으로부터 이격하여 위치할 수 있다.
렌즈(150)의 가장 자리는 돌출부(140) 상에 배치될 수 있고, 돌출부(140)에 의하여 렌즈(150)는 지지될 수 있다.
돌출부(140) 상에 배치된 렌즈(130)는 발광 소자(130)로부터 이격할 수 있다. 렌즈(130)는 투광성의 수지 재질이거나 유리 재질로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
캐비티(101) 내의 발광 소자(130)와 렌즈(150)의 입사면(152) 사이의 공간에는 공기가 채워질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 렌즈(150)의 입사면(152) 아래의 캐비티(101) 공간에는 일정한 굴절률을 갖는 물질, 예컨대, 수지가 채워질 수도 있다. 이때 채워지는 수지는 렌즈(150)의 출사면과 접할 수 있다.
렌즈(150)는 빛이 입사하는 입사면(152), 및 입사면(152)을 통과한 빛이 통과하는 출사면(154)을 포함할 수 있다.
도 4a는 도 1에 도시된 렌즈(150)의 사시도를 나타내고, 도 4b는 도 4a에 도시된 렌즈(150)를 제1 평면(V)을 따라서 절단한 단면도를 나타내고, 도 4c는 도 4a에 도시된 렌즈(150)에 대한 제1 평면(V), 제2 평면(H), 및 제3 평면(α)을 나타낸다. 도 4a 및 도 4b에서는 도 1에 도시된 렌즈(150)를 180도 회전하여 도시한다.
도 4a 내지 도 4b를 참조하면, 렌즈(150)는 입사면(152)을 갖는 하단부(S1), 및 하단부(152) 상에 위치하고, 출사면(154)을 갖는 상단부(S2)를 포함한다.
렌즈(150)의 하단부(S1)는 제1 방향(301)으로 볼록한 입사면(152), 및 입사면(152) 주위를 감싸고 제1 방향(301)으로 돌출되는 측벽(401)을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 방향(301)은 상단부(S2)의 출사면(154)에서 하단부(S1)의 입사면(152)으로 향하는 방향일 수 있다.
다른 실시 예에서는 렌즈(150)의 하단부(S1)의 입사면(152)은 제1 방향으로(301)으로 오목하거나, 또는 오목한 부분과 볼록한 부분을 모두 포함할 수도 있다.
렌즈(150)의 하단부(S1)는 입사면(152)과 측벽(401)의 내측면(152a)으로 이루어지고, 제1 방향(301)과 반대 방향으로 함몰되는 홈 구조를 가질 수 있다.
예컨대, 발광 소자(130)로부터 조사되는 빛은 입사면(152), 및 측벽(401)의 내측면(152a)으로 입사될 수 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 측벽(401)의 형상은 원형, 타원형, 사각형을 포함하는 다각형 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 렌즈(150)의 하단부(S1)의 측벽(401)의 최하단(401a)은 렌즈(150)의 입사면(152)의 중앙(152-1)보다 아래에 위치할 수 있다.
예컨대, 렌즈(150)의 출사면(154)의 중앙(154-1)으로부터 렌즈(150)의 입사면(152)의 중앙(152-1)까지의 거리(H1)는 렌즈(150)의 출사면(154)의 중앙(154-1)으로부터 렌즈(150)의 측벽(401)의 최하단(401a)까지의 거리(H2)보다 짧을 수 있다(H2<H2).
렌즈(150)의 상단부(S2)는 입사면(152)을 통과한 빛을 통과시키는 출사면(154), 및 제2 방향(302)으로 돌출되는 단턱부(402)를 포함할 수 있다.
렌즈(150)의 출사면(154)은 제1 방향으로(301)으로 볼록하거나, 또는 오목하거나 또는 오목한 부분과 볼록한 부분을 모두 포함할 수도 있다.
예컨대, 렌즈(150)의 출사면(154)은 상단부(S2)의 상부면일 수 있다. 또한 예컨대, 렌즈(150)의 출사면(154)은 제1 방향(301)으로 입사면(152)에 대응하는 제1 부분(154a), 및 제1 부분(154a) 주위에 위치하고 하단부(S1)의 측벽(401)에 대응하거나 또는 제1 방향으로 정렬되는 제2 부분(154b)을 포함할 수 있다.
출사면(154)의 제1 부분(154a)은 제1 방향과 반대 방향으로 볼록할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 출사면(154)의 제2 부분(154b)은 렌즈(150)의 상단부(S2)의 최상단(401b을 기준으로 아래로 기울어진 경사면일 수 있다.
렌즈(150)의 단턱부(402)는 하단부(S1)의 상단, 또는 하단부(S1)의 측벽(401)의 최상단을 기준으로 제2 방향(302)으로 돌출될 수 있다. 제2 방향(302)은 제1 방향(301)과 수직인 방향일 수 있다. 예컨대, 제2 방향(302)은 렌즈(150)의 중앙 또는 중앙축(501)으로부터 렌즈(150)의 외주면으로 향하는 방향일 수 있다.
렌즈(150)의 단턱부(402)는 패키지 바디(110)의 상부면에 배치될 수 있고, 패키지 바디(110)의 상부면에 의하여 지지될 수 있다.
예컨대, 렌즈(150)의 단턱부(402)는 패키지 바디(110)의 돌출부(140) 상에 배치될 수 있고, 패키지 바디(110)의 돌출부(140)에 의하여 지지될 수 있다.
예컨대, 발광 소자(130)로부터 발생하는 빛은 주로 렌즈(150)의 입사면(152)으로 입사될 수 있으며, 입사면(152)을 통과한 빛은 중심축(501)을 기준으로 약 60°이하의 배광 특성을 나타낼 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 예컨대, 발광 소자(130)로부터 발생하는 빛 중 일부는 렌즈(150)의 하단부(S1)의 측벽(401)의 내측면(152a)으로 입사될 수 있으며, 내측면(152a)으로 입사된 빛은 주로 측벽(401)의 외주면(152b)에 의하여 전반사될 수 있다. 렌즈(150)의 하단부(S1)의 측벽(401)의 외주면(152b)에 의하여 전반사된 빛은 렌즈(150)의 상단부(S2)의 출사면(154)의 제2 부분(154b)을 통과하여 출사될 수 있으며, 출사면(154)의 제2 부분(154b)을 통과한 빛은 중심축(501)을 기준으로 약 60°를 초과하는 배광 특성을 나타낼 수 있다.
또한 예컨대, 출사면(154)의 제1 부분(154a)은 제1 방향(301)과 반대 방향으로 볼록하기 때문에, 중심축(501)을 기준으로 약 30°이하의 배광 특성을 갖도록 광을 집중시키는 역할을 할 수 있다. 또한 예컨대, 출사면(154)의 제2 부분(154b)은 중심축(501)을 기준으로 약 30°를 초과하는 배광 특성을 갖도록 하는 역할을 할 수 있다.
도 4b에서 설명한 렌즈(150)의 하단부(S1), 및 상단부(S2)의 형상은 후술하는 제1 내지 제3 평면들(V,H,α) 각각의 입사각(θ1e,θ2e ,θ3e )과 출사각(θ1o,θ2o, θ3o)의 비율의 대소 관계를 만족하는 하나의 실시 예에 지나지 않는다. 즉 렌즈(150)의 형상은 후술하는 입사각(θ1e,θ2e ,θ3e )과 출사각(θ1o,θ2o, θ3o)의 비율의 대소 관계를 만족하는 한 다양한 형태로 구현될 수 있다.
렌즈(150)의 중앙축(501)은 렌즈(150)의 중앙을 지나고, 제1 방향(301)과 평행한 축일 수 있다. 렌즈(150)의 중앙축(501)은 발광 소자(130)의 중앙에 정렬될 수 있다.
예컨대, 렌즈(150)의 중앙축(501)은 입사면(152)의 중앙(152-1)과 출사면(154)의 중앙(154-1)을 지나고, 제1 방향(301)과 평행한 축일 수 있다. 예컨대, 렌즈(150)의 중앙축(501)은 제1 및 제2 도전층들(122,124)의 상부면에 대하여 수직일 수 있다.
제1 평면(V)은 렌즈(150)의 중앙, 또는 중앙축(501)을 지나고, 제1 방향(301)과 평행인 평면일 수 있다.
제2 평면(H)은 렌즈(150)의 중앙 또는 중앙축(501)을 지나고, 제1 방향(301)과 평행이며, 제1 평면(V)과 수직인 평면일 수 있다.
제3 평면(α)은 렌즈(150)의 중앙 또는 중앙축(501)을 지나고, 제1 방향(301)과 평행이며, 제1 평면(V)과 제2 평면(H) 사이에 위치하는 평면일 수 있다. 예컨대, 제1 평면(V)과 제3 평면(α) 사이의 각도(β)는 기설정된 각도일 수 있으며, 기설정된 각도는 30°~ 50°일 수 있다. 예컨대, 기설정된 각도는 45°일 수 있다.
기설정된 각도(β)를 30°~ 50°로 하는 이유는 제3 평면(α)에 평행한 제1 필드(1.0 Field(α))의 조도량을 높일 수 있는 빔 패턴을 갖도록 렌즈(150)의 형상을 만들기 위함이다. 예컨대, 기설정된 각도(β)를 30°보다 작거나, 또는 50°보다 큰 경우에는 제3 평면(α)에 평행한 제1 필드(1.0 Field(α))의 조도량을 높일 수 있는 효과가 작게 나타나기 때문이다.
도 9에서 설명하는 바와 같이, 스크린의 가로 및 세로의 비가 약 4:3 정도일 때, 제2 평면 기준으로 기설정된 각도(β)가 약 37°정도가 될 수 있다. 또한 스크린의 가로 및 세로의 비가 약 5:3 정도일 때, 기설정된 각도(β)는 30°를 조금 넘을 수 있다. 또한 스크린의 가로 및 세로의 비가 약 1:1 정도일 때, 기설정된 각도(β)는 약 45°정도일 수 있다.
예컨대, 제1 평면(V), 제2 평면(H), 및 제3 평면(α) 각각은 제1 및 제2 도전층들(122,124)의 상부면에 대하여 수직일 수 있다.
예컨대, xyz 좌표계에서, 렌즈(150)의 중앙축(501)은 Z축에 해당할 수 있고, 제1 평면(V)은 xz 평면에 해당할 수 있고, 제2 평면(H)은 yz평면에 해당할 수 있고, 제3 평면(α)은 xz 평면과 yz평면 사이에 위치하고, xz 평면과 yz평면 각각과 평행한 평면일 수 있다.
렌즈(150)는 제1 평면(V) 또는 제2 평면(H) 중 적어도 하나를 기준으로 좌우 대칭이다.
예컨대, 렌즈(150)는 제1 평면(V)을 기준으로 좌우 대칭일 수 있다. 또는 렌즈(150)는 제2 평면(H)을 기준으로 좌우 대칭일 수 있다. 또는 렌즈(150)는 제1 평면(V)을 기준으로 좌우 대칭임과 동시에 제2 평면(H)을 기준으로 좌우 대칭일 수 있다.
제1 내지 제3 평면들(V,H,α) 각각에 대하여 발광 소자(130)로부터 발생하는 빛이 하단부(S1)의 입사면(152)으로 입사하는 각도(예컨대, θ1e, θ2e, θ3e)(이하 "입사각"이라 한다)와 입사면(152)으로 입사한 빛이 상단부(S2)의 출사면(154)으로부터 출사하는 각도(예컨대, θ1o, θ2o, θ3o)(이하 "출사각"이라 한다)의 비율에 의하여 렌즈(150)의 형상이 결정될 수 있다.
렌즈(150)의 입사각은 렌즈(150)의 중앙축(501)을 기준으로 렌즈(150)의 입사면(152)으로 입사하는 빛의 기울어진 각도일 수 있고, 렌즈(150)의 출사각은 렌즈(150)의 중앙축(501) 또는 중앙축(501)과 평행한 축(501a)을 기준으로 렌즈(150)의 출사면(154)으로 출사하는 빛의 기울어진 각도일 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 렌즈(150)의 제1 평면(V)에서의 빛의 굴절을 나타내고, 도 6은 도 1에 도시된 렌즈(150)의 제2 평면(H)에서의 빛의 굴절을 나타내고, 도 7은 도 1에 도시된 렌즈(150)의 제3 평면(α)에서의 빛의 굴절을 나타내고, 도 8은 각 평면에서의 빛의 입사각(θ1e,θ2e ,θ3e ), 출사각(θ1o,θ2o, θ3o), 및 입사각(θ1e,θ2e ,θ3e )과 출사각(θ1o,θ2o, θ3o)의 비율(θ1o/θ1e,θ2o/θ2e,θ3o/θ3e)을 나타낸다.
각 평면(V, H,α)에서의 발광 소자(130)로부터 조사되는 입사광은 중앙축(501)을 기준으로 각 평면(V, H,α)의 일 측으로부터 조사되는 제1 입사광(a1,a2,a3), 및 각 평면(V, H,α)의 타 측으로부터 조사되는 제2 입사광(b1,b2,b3)을 포함할 수 있다.
각 평면(V, H,α)에서의 렌즈(150)로부터 출사되는 출사광은 중앙축(501)을 기준으로 각 평면(V, H,α)의 일 측으로 출사되는 제1 출사광(c1,c2,c3), 및 각 평면(V, H,α)의 타 측으로부터 출사되는 제2 출사광(d1,d2,d3)을 포함할 수 있다.
예컨대, 제1 입사광(a1,a2,a3)의 입사각 및 제1 출사광(c1,c2,c3)의 출사각은 양의 값으로 설정할 수 있고, 제2 입사광(b1,b2,b3)의 입사각 및 제2 출사광(d1,d2,d3)의 출사각은 음의 값으로 설정할 수 있다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 제1 평면(V)에서의 빛의 입사각(θ1e)과 출사각(θ1o)의 비율(θ1o/θ1e) 또는 제2 평면(H)에서의 빛의 입사각(θ2e)과 출사각(θ2o)의 비율(θ2o/θ2e)은 중 적어도 하나는 제3 평면(α)에서의 빛의 입사각(θ3e)과 출사각(θ3o)의 비율(θ3o/θ3e)보다 작다(θ1o/θ1e < θ3o/θ3e, θ2o/θ2e < θ3o/θ3e). 예컨대, 각 평면에서 입사각과 출사각의 비율은 입사각의 절대값과 출사각의 절대값의 비율일 수 있다.
이때 제1 내지 제3 평면들(V,H,α) 각각의 입사각(θ1e,θ2e ,θ3e )은 30°보다 크고, 60°보다 작거나 같을 수 있다. 이는 발광 소자(130)로부터 조사되는 빛 중에서 배광 패턴을 결정하는 기설정된 이상의 광속을 갖는 빛의 입사각(θ1e,θ2e ,θ3e )이 30°보다 크고 60°보다 작거나 같기 때문이다.
즉 빔 패턴의 외곽에 영향을 미치면서 발광 소자(130)에서 조사되는 빛 중에서 광도가 50% 이상인 주요 유효 광의 입삭각의 범위가 30°보다 크고 60°보다 작거나 같기 때문이다.
예컨대, 제1 내지 제3 평면들(V,H,α) 각각의 입사각(θ1e,θ2e ,θ3e )은 40°보다 크거나 같고, 60°보다 작거나 같을 수 있다.
예컨대, 제1 내지 제3 평면들(V,H,α) 각각의 입사각(θ1e,θ2e ,θ3e )이 40°~ 60°일 경우, 제1 평면(V)에서의 빛의 입사각(θ1e)과 출사각(θ1o)의 비율(θ1o/θ1e) 및 제2 평면(H)에서의 빛의 입사각(θ2e)과 출사각(θ2o)의 비율(θ2o/θ2e)은 제3 평면(α)에서의 빛의 입사각(θ3e)과 출사각(θ3o)의 비율(θ3o/θ3e)보다 작을 수 있다.
또한 예컨대, 제1 내지 제3 평면들(V,H,α) 각각의 입사각(θ1e,θ2e ,θ3e )은 45°또는 60°일 수 있다.
렌즈(150)는 제1 평면(V), 및 제2 평면(H) 각각의 입사각(θ1e,θ2e )에 대한 출사각(θ1o,θ2o)의 비율(θ1o/θ1e,θ2o/θ2e)이 제3 평면(α)의 입사각(θ3e)에 대한 출사각(θ3o)의 비율(θ3o/θ3e)보다 작은 형상을 갖기 때문에, 실시 예는 렌즈(150)의 중심에서의 조도량의 저하율은 낮추고, 렌즈(150)의 대각선 방향, 예컨대, 제3 평면(α)에서의 조도량은 높일 수 있다.
도 9는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지(100)로부터 조사되는 광을 스크린에 비추어 측정한 빔 패턴을 나타내며, 도 10은 도 9의 스크린 상의 위치별 조도량을 나타낸다. 발광 소자 패키지(100)와 스크린까지의 거리는 1000mm이고, FOV(Field of View)는 80이고, 스크린의 가로 × 세로의 사이즈는 1342,559mm × 1006.92mm이다. 스크린은 도 9에 도시된 바와 같이 일정한 면적을 갖는 복수의 필드들로 구분될 수 있다.
예컨대, 스크린의 4개의 모서리에 인접하는 필드를 1필드(1.0F)로 정의할 수 있고, 스크린 중앙을 0.1 필드로 정의할 수 있고, 그 사이의 공간을 일정하게 분할하여 복수의 필드들로 구분할 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 스크린의 중앙에 위치하는 필드는 렌즈(150)의 중앙에 대응할 수 있고, 스크린의 중앙을 지나는 수직 방향의 직선에 정렬되는 제1 필드들은 렌즈(150)의 제1 평면(V)에 대응할 수 있고, 스크린의 중앙을 지나는 수평 방향의 직선에 정렬되는 제2 필드들은 렌즈(150)의 제2 평면(H)에 대응할 수 있고, 스크린의 중앙을 지나고 제1 필드들과 제2 필드들 사이에 위치하는 제3 필드들은 렌즈(150)의 제3 평면(α)에 대응할 수 있다.
스크린의 중앙의 조도량은 87.64[Lux]이고, 스크린의 제1 필드(1.0F)의 조도량은 스크린의 중앙의 조도량 대비 30%이상인 것을 알 수 있다. 실시 예는 대각선 방향, 즉 렌즈(150)의 제3 평면(α)과 평행한 방향으로의 조도량이 스크린의 중앙 조도량 대비 30% 이상을 갖도록, 렌즈(150)의 제3 평면(α)과 평행한 방향으로의 조도량을 향상시킬 수 있다.
도 11은 일반적인 대칭 렌즈(symetric lens)를 장착한 발광 소자 패키지로부터 조사되는 광을 스크린에 비추어 측정한 빔 패턴을 나타내며, 도 12는 도 11의 스크린 상의 중앙 필드(center)의 조도량, 및 각 평면에 평행한 제1 필드의 조도량을 나타내고, 도 13은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지(100)로부터 조사되는 광을 스크린에 비추어 측정한 빔 패턴을 나타내며, 도 14는 도 12의 스크린 상의 중앙 필드(center)의 조도량, 및 각 평면에 평행한 제1 필드의 조도량을 나타낸다.
도 11 및 도 13 각각에서 발광 소자 패키지와 스크린까지의 거리는 1000mm이고, FOV(Field of View)는 80이고, 스크린의 가로 × 세로의 사이즈는 1335mm × 1001mm이다. 또한 렌즈를 제외한 발광 소자 패키지의 나머지 구성 요소들을 도 11 및 도 13에서 동일하다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 스크린 중앙의 조도량은 72.05[Lux]이고, 제1 평면(V)에 평행한 제1 필드(1.0 Field(V))의 조도량은 35.97[Lux]이고, 제2 평면(H)에 평행한 제1 필드(1.0 Field(H))의 조도량은 23.69[Lux]이고, 제3 평면(α)에 평행한 제1 필드(1.0 Field(α))의 조도량은 27.14[Lux]이다. 그리고 각 평면(V, H,α)에 평행한 제1 필드(1.0 Field(V), 1.0 Field(H),1.0 Field(α))의 조도량은 스크린의 중앙 필드(Center)의 조도량 대비 30% 이상일 수 있다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 스크린 중앙의 조도량은 108.82.05[Lux]이고, 제1 평면(V)에 평행한 제1 필드(1.0 Field(V))의 조도량은 95.27[Lux]이고, 제2 평면(H)에 평행한 제1 필드(1.0 Field(H))의 조도량은 67.41[Lux]이고, 제3 평면(α)에 평행한 제1 필드(1.0 Field(α))의 조도량은 40.31[Lux]이다. 그리고 각 평면(V, H,α)에 평행한 제1 필드(1.0 Field(V), 1.0 Field(H),1.0 Field(α))의 조도량은 스크린의 중앙 필드(Center)의 조도량 대비 30% 이상일 수 있다.
도 11 및 도 12에서의 각 평면(V, H,α)에 평행한 제1 필드(1.0 Field(V), 1.0 Field(H),1.0 Field(α))의 조도량, 및 도 13 및 도 14에서의 각 평면(V, H,α)에 평행한 제1 필드(1.0 Field(V), 1.0 Field(H),1.0 Field(α))의 조도량은 모두 스크린의 중앙 필드(Center)의 조도량 대비 30% 이상이다. 그러나 도 11 및 도 12에서의 중앙 필드(center)의 조도량은 도 13 및 도 14에서의 중앙 필드의 조도량에 비하여 36.77[Lux]만큼 떨어지는 것을 알 수 있다.
즉 도 11 및 도 12에서는 제1 필드(1.0 Field(V), 1.0 Field(H),1.0 Field(α))의 조도량은 중앙 필드(Center)의 조도량 대비 30% 이상으로 향상시킬 수 있지만, 중앙 필드의 조도량이 급격히 떨어짐을 알 수 있다. 도 13 및 도 14에서는 제1 필드(1.0 Field(V), 1.0 Field(H),1.0 Field(α))의 조도량을 중앙 필드(Center)의 조도량 대비 30% 이상으로 향상시킴과 동시에 중앙 필드의 조도량의 저하율은 낮춤으로써, 전체 조도량의 균일도를 향상시킬 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 패키지 바디 122: 제1 도전층
124: 제2 도전층 130: 발광 소자
150: 렌즈.

Claims (10)

  1. 렌즈에 있어서,
    제1 방향으로 볼록한 입사면과 상기 입사면 주위를 감싸고 상기 입사면을 기준으로 상기 제1 방향으로 돌출되는 측벽을 포함하는 하단부; 및
    상기 입사면에 대응하는 제1 부분과 상기 제1 부분을 감싸고 상기 측벽에 대응하는 제2 부분을 포함하는 출사면을 갖는 상단부를 포함하고,
    상기 출사면의 상기 제2 부분은 상기 상단부의 가장 자리에서 상기 상단부의 중심 방향으로 아래로 기울어진 경사면이고,
    제1 내지 제3 평면들의 동일한 입사각에 관하여 상기 제3 평면에서의 입사각과 출사각의 비율은 상기 제1 평면에서의 입사각과 출사각의 비율 및 상기 제2 평면에서의 입사각과 출사각의 비율보다 크고,
    상기 입사각은 중앙축을 기준으로 상기 입사면으로 입사되는 빛의 각도이고,
    상기 출사각은 상기 중앙축을 기준으로 상기 출사면으로 출사되는 빛의 각도이고,
    상기 동일한 입사각의 범위는 30°보다 크고, 60°보다 작거나 같고,
    상기 제1 평면과 상기 제3 평면 사이의 각도는 30°~ 50°이고,
    상기 제1 평면 내지 제3 평면들 각각은 중앙축을 지나고 제1 방향과 평행인 평면이고, 상기 제1 평면은 상기 제2 평면과 수직이고, 상기 제3 평면은 상기 제1 평면과 상기 제2 평면 사이에 위치하고, 상기 중앙축은 상기 렌즈의 중앙을 지나고 상기 제1 방향과 평행하고, 상기 제1 방향은 상기 상단부에서 상기 하단부로 향하는 방향인 렌즈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 평면들의 동일한 입사각은 40°보다 크거나 같고, 60°보다 작거나 같은 렌즈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 평면을 기준으로 좌우 대칭이고, 상기 제2 평면을 기준으로 좌우 대칭인 렌즈.
  4. 빛이 입사되는 입사면을 갖는 하단부; 및
    상기 입사면을 통과한 빛을 통과시키는 출사면을 갖는 상단부를 포함하고,
    상기 하단부는 제1 방향으로 볼록한 형상이고, 중앙에 상기 제1 방향과 반대 방향으로 함몰되는 홈, 및 상기 홈을 감싸도록 위치하는 측벽을 포함하고, 상기 입사면은 상기 홈의 하면과 측면을 포함하고,
    상기 상단부는 상기 입사면에 대응하는 제1 부분과 상기 제1 부분을 감싸고 상기 측벽에 대응하는 제2 부분을 포함하는 출사면을 포함하고,
    상기 출사면의 상기 제2 부분은 상기 상단부의 가장 자리에서 상기 상단부의 중심 방향으로 아래로 기울어진 경사면이고,
    제1 내지 제3 평면들의 동일한 입사각에 관하여 상기 제3 평면에서의 입사각과 출사각의 비율은 상기 제1 평면에서의 입사각과 출사각의 비율 및 상기 제2 평면에서의 입사각과 출사각의 비율보다 크고,
    상기 제1 내지 제3 평면들의 동일한 입사각의 범위는 30°보다 크고, 60°보다 작거나 같고,
    상기 제1 평면과 상기 제3 평면 사이의 각도는 30°~ 50°이고,
    상기 입사각은 중앙축을 기준으로 상기 입사면으로 입사되는 빛의 각도이고, 상기 출사각은 상기 중앙축을 기준으로 상기 출사면으로 출사되는 빛의 각도이고, xyz 좌표계에서 상기 중앙축은 Z축에 해당하고, 상기 제1 평면은 xz 평면에 해당하고, 상기 제2 평면은 yz 평면에 해당하고, 상기 제3 평면은 상기 제1 평면과 상기 제2 평면 사이에 위치하고 상기 제1 및 제2 평면들 각각과 평행하고, 상기 제1 방향은 상기 상단부에서 상기 하단부로 향하는 방향인 렌즈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 홈의 하면은 상기 제1 방향으로 볼록한 곡면인 렌즈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 하단부의 최하단은 상기 입사면의 중앙보다 아래에 위치하는 렌즈.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 상단부는 상기 하단부의 측면을 기준으로 제2 방향으로 돌출되는 단턱부를 가지며, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 수직인 방향인 렌즈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부분의 중심은 상기 입사면의 중심에 정렬되는 렌즈.
  9. 패키지 바디;
    상기 패키지 바디 상에 배치되는 제1 및 제2 도전층들;
    상기 제1 및 제2 도전층들과 전기적으로 연결되는 발광 소자; 및
    상기 패키지 바디 상에 배치되고, 상기 발광 소자로부터 발생하는 빛을 굴절시키는 렌즈를 포함하며,
    상기 렌즈는 상기 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 렌즈인 발광 소자 패키지.
  10. 패키지 바디;
    상기 패키지 바디 상에 배치되는 제1 및 제2 도전층들;
    상기 제1 및 제2 도전층들과 전기적으로 연결되는 발광 소자; 및
    상기 패키지 바디 상에 배치되고, 상기 발광 소자로부터 발생하는 빛을 굴절시키는 렌즈를 포함하며,
    상기 렌즈는 청구항 제7항에 기재된 렌즈이고,
    상기 단턱부는 상기 패키지 바디의 상부면에 의하여 지지되는 발광 소자 패키지.
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