KR102554658B1

KR102554658B1 - 렌즈, 렌즈를 포함하는 발광 소자 패키지 및 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치

Info

Publication number: KR102554658B1
Application number: KR1020150097053A
Authority: KR
Inventors: 박상준; 정지영
Original assignee: 쑤저우 레킨 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2015-07-08
Filing date: 2015-07-08
Publication date: 2023-07-13
Also published as: KR20170006442A

Abstract

실시 예의 발광 소자 패키지는 광축을 갖는 광원 및 광원 위에 배치되는 렌즈를 포함하고, 렌즈는 바디를 포함하고, 바디는 광원과 마주하며 불연속적으로 서로 인접하여 배치된 4개의 내부면에 의해 정의되는 제1 리세스부를 갖는 저면과, 저면으로 입사된 광을 출사 및 반사시키는 제2 리세스부를 갖는 상면 및 저면과 상면 사이에 배치된 측면을 포함한다.

Description

렌즈, 렌즈를 포함하는 발광 소자 패키지 및 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치{Lens, light emitting device package including the lens, and lighting apparatus including the package}

실시 예는 렌즈, 렌즈를 포함하는 발광 소자 패키지 및 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치에 관한 것이다.

질화갈륨(GaN)의 금속 유기화학기상 증착법 및 분자선 성장법 등의 발달을 바탕으로 고휘도 및 백색광 구현이 가능한 적색, 녹색 및 청색 LED(Light Emitting Diode)가 개발되었다.

이러한 LED는 백열등과 형광등 등의 기존 조명기구에 사용되는 수은(Hg)과 같은 환경 유해물질이 포함되어 있지 않아 우수한 친환경성을 가지며, 긴 수명, 저 전력 소비특성 등과 같은 장점이 있기 때문에 기존의 광원들을 대체하고 있다. 이러한 LED의 핵심 경쟁 요소는 고효율ㆍ고출력칩 및 패키징 기술에 의한 고휘도의 구현이다.

또한, 기존의 발광 소자 패키지에 포함되는 전술한 LED 상부에 렌즈가 배치될 수 있다. 발광 소자 패키지에서 광이 균일하게 분포되도록 하기 위해 렌즈에 대한 연구가 계속되고 있는 추세이다.

실시 예는 균일한 조도 분포를 제공할 수 있는 렌즈, 렌즈를 포함하는 발광 소자 패키지 및 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치를 제공한다.

실시 예에 의한 발광 소자 패키지는, 광축을 갖는 광원; 및 상기 광원 위에 배치되는 렌즈를 포함하고, 상기 렌즈는 바디를 포함하고, 상기 바디는 상기 광원과 마주하며 불연속적으로 서로 인접하여 배치된 4개의 내부면에 의해 정의되는 제1 리세스부를 갖는 저면; 상기 저면으로 입사된 광을 출사 및 반사시키는 제2 리세스부를 갖는 상면; 및 상기 저면과 상면 사이에 배치된 측면을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 저면에서 상기 4개의 내부면은 상기 광축을 에워싸도록 배치된 제1 내부면; 상기 제1 내부면으로부터 아래 방향으로 불연속적으로 연장된 제2 내부면; 상기 제2 내부면으로부터 아래 방향으로 불연속적으로 연장된 제3 내부면; 및 상기 제3 내부면으로부터 아래 방향으로 불연속적으로 연장된 제4 내부면을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 내부면은 상기 광원을 향해 볼록한 아크 형상을 가질 수 있고, 상기 제1 내부면은 상기 광원으로부터 방출된 광을 상기 상면으로 전달하기에 적합한 형상을 가질 수 있고, 상기 제1 내부면은 상기 광축이 지나가는 중심을 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 제2 내부면은 상기 광원으로부터 방출된 광을 입사하여 상기 측면으로 전달하기에 적합한 형상을 가질 수 있다. 상기 제2 내부면은 상기 광원을 향해 볼록한 아크 형상을 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 제3 내부면은 상기 광원으로부터 방출된 광을 상기 측면으로 전달하기에 적합한 형상을 가질 수 있다. 상기 제3 내부면은 실린더 형상을 가질 수 있다. 상기 제3 내부면은 상기 제2 내부면으로부터 상기 광축과 나란한 아래 방향으로 연장될 수 있다. 상기 제3 내부면은 평평할 수 있다.

예를 들어, 상기 제4 내부면에서 상기 제3 내부면과 접한 제1 부분의 제1 높이는 상기 제4 내부면에서 상기 렌즈의 측면과 접한 제2 부분의 제2 높이와 다를 수 있다. 상기 제1 높이는 상기 제2 높이보다 클 수 있다. 상기 제4 내부면은 러프니스를 가질 수 있다. 상기 제4 내부면의 러프니스는 10 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있다. 상기 제4 내부면은 평평할 수 있다.

예를 들어, 상기 광원의 상부면으로부터 상기 광축과 수직한 수평 방향으로 연장되는 가상의 제1 수평면은 상기 제3 내부면과 상기 제4 내부면의 경계로부터 상기 수평 방향으로 연장되는 가상의 제2 수평면과 동일하거나 낮게 위치할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 내부면, 상기 제2 내부면 및 상기 상면 각각은 베지어 곡선에 의해 정의되는 형상을 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 광축과 수직한 수평 방향으로의 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 내부면 각각의 제1, 제2, 제3 및 제4 폭의 비율은 아래와 같을 수 있다.

W1 : W2+W3 : W4 = 14 : 9 : 60

여기서, W1, W2, W3 및 W4는 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 폭에 각각 해당한다.

예를 들어, 제1 직선 거리는 상기 광축과 상기 광원의 상부면이 만나는 접점과 상기 제1 내부면까지의 직선 거리에 해당하고, 제1 각도는 상기 접점으로부터 상기 제1 내부면까지를 직선으로 연결했을 때 상기 직선과 상기 광축 간의 각도에 해당하고, 상기 제1 내부면은 제1 각도가 제1 소정 각도에 접근할수록 제1 직선 거리는 감소하고, 상기 제1 각도가 상기 제1 소정 각도보다 커질수록 상기 제1 직선 거리는 증가하는 형상을 가질 수 있다. 상기 제1 소정 각도는 20°일 수 있다.

예를 들어, 제2 직선 거리는 상기 광축과 상기 광원의 상부면이 만나는 접점과 상기 상면까지의 직선 거리에 해당하고, 제2 각도는 상기 접점으로부터 상기 상면까지를 직선으로 연결했을 때 상기 직선과 상기 광축 간의 각도에 해당하고, 상기 상면은 제2 각도가 제2 소정 각도에 접근할수록 제2 직선 거리는 증가하고, 상기 제2 각도가 상기 제2 소정 각도보다 커질수록 상기 제2 직선 거리는 감소하는 형상을 가질 수 있다. 상기 제2 소정 각도는 46°일 수 있다.

예를 들어, 상기 제2 리세스부는 상기 광축이 지나가는 중심을 가질 수 있다.

상기 측면은 상기 광축과 나란한 수직선에 대해 상기 측면은 75°로 경사질 수 있다. 상기 렌즈는 회전 대칭인 형상을 가질 수 있다.

다른 실시 예에 의한 조명 장치는, 복수의 발광 소자 패키지; 상기 복수의 발광 소자 패키지가 안착되는 기판; 상기 복수의 발광 소자 패키지의 상부에 배치되는 광학 부재를 포함하고, 상기 복수의 발광 소자 패키지 각각은 전술한 발광 소자 패키지를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 조명 장치는 상기 기판 위에 배치된 반사층; 및 상기 기판 위에서, 상기 반사층과 상기 광원 사이에 배치된 광 흡수층을 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 광흡수층은 패턴을 가질 수 있다.

또 다른 실시 예에 의하면, 광원으로부터의 광을 균일한 조도로 분배하기 위해 발광 소자 패키지에 포함되는 렌즈는, 상기 렌즈는 바디를 포함하고, 상기 바디는 상기 광원과 마주하며 불연속적으로 서로 인접하여 배치된 4개의 내부면에 의해 정의되는 제1 리세스부를 갖는 저면; 상기 저면으로 입사된 광을 출사시키거나 반사시키는 제2 리세스부를 갖는 상면; 및 상기 저면과 상면 사이에 배치된 측면을 포함하고, 상기 4개의 내부면은 상기 광축을 에워싸도록 배치된 제1 내부면; 상기 제1 내부면으로부터 아래 방향으로 불연속적으로 연장된 제2 내부면; 상기 제2 내부면으로부터 아래 방향으로 불연속적으로 연장된 제3 내부면; 및 상기 제3 내부면으로부터 아래 방향으로 불연속적으로 연장된 제4 내부면을 포함할 수 있다.

실시 예에 따른 렌즈, 렌즈를 포함하는 발광 소자 패키지 및 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치는 균일한 조도 분포를 제공할 수 있다.

도 1은 실시 예에 의한 발광 소자 패키지의 개략적인 사시도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 발광 소자 패키지를 I-I'선을 따라 절개한 단면도를 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시된 'A' 부분을 확대 도시한 단면도를 나타낸다.
도 4a 및 도 4b는 제1 내부면이 갖는 불연속 지점을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 제1 각도의 변동에 따른 제1 직선 거리의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6 (a) 내지 (f)는 제4 내부면의 거칠기에 따른 렌즈의 상부의 발광 모습을 나타내는 도면이다.
도 7은 제2 각도의 변동에 따른 제2 직선 거리의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 실시 예에 의한 조명 장치의 단면도를 나타낸다.
도 9는 도 8에 도시된 반사층의 평면도를 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 두 개의 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.

도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.

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.

이하, 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100), 렌즈(110) 및 조명 장치(200)를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다. 편의상, 데카르트 좌표계(x축, y축, z축)를 이용하여 발광 소자 패키지(100), 렌즈(110) 및 조명 장치(200)를 설명하지만, 다른 좌표계에 의해서도 이를 설명할 수 있음은 물론이다.

도 1은 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100)의 개략적인 사시도를 나타낸다.

도 2는 도 1에 도시된 발광 소자 패키지(100)를 I-I'선을 따라 절개한 단면도를 나타낸다.

도 3은 도 2에 도시된 'A' 부분을 확대 도시한 단면도를 나타낸다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100)는 렌즈(110) 및 광원(120)을 포함할 수 있다.

광원(120)은 광을 방출하는 역할을 한다. 광원(120)은 상부 방향 또는 측부 방향 중 적어도 하나의 방향으로 광을 방출할 수 있다. 즉, 광원(120)은 상부면(122) 또는 측부면(124) 중 적어도 한 면을 통해 광을 방출할 수 있다. 광원(120)은 발광면이 향하는 방향에 따라 상면 발광형(top view type) 발광 다이오드일 수도 있고, 측면 발광형(side view type) 발광 다이오드일 수도 있고, 양면 발광형(top and side view type) 발광 다이오드일 수도 있다. 즉, 상면 발광형 광원(120)은 상부면(122)을 통해 발광하고, 측면 발광형 광원(120)은 측부면(124)을 통해 발광하고, 양면 발광형 광원(120)은 상부면(122)과 측부면(124)을 통해 모두 발광한다.

광원(120)은 발광 다이오드로 구현될 수 있으며, 적색, 녹색, 청색 또는 백색의 유색 빛을 각각 발광하는 유색 발광 다이오드 또는 자외선(UV, UltraViolet)을 발광하는 UV 발광 다이오드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 광원(120)은 발광 다이오드 칩(LED chip)일 수 있으며, 발광 다이오드 칩은 청색 LED 칩 또는 자외선 LED 칩으로 구성되거나 또는 적색 LED 칩, 녹색 LED 칩, 청색 LED 칩, 엘로우 그린(Yellow green) LED 칩, 백색 LED 칩 중에서 적어도 하나 또는 그 이상을 조합한 패키지 형태로 구성될 수도 있다.

광원(120)은 렌즈(110)와 광축(LX:Light axis) 방향(예를 들어, z축 방향)으로 서로 중첩되어 배치될 수 있으나, 실시 예는 광원(120)의 z축 및 x축 상에서의 위치에 국한되지 않는다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 광원(120)의 상부면(122)이 렌즈(110)의 바닥면(BS)보다 낮게 위치하도록 광원(120)이 배치될 수도 있다. 또는, 도 2에 도시된 바와 달리, 광원(120)의 상부면(122)이 렌즈(110)의 바닥면(BS)보다 높게 위치하도록 예를 들어, 0.1 ㎜ 높게 위치하도록 광원(120)이 배치될 수도 있다.

한편, 실시 예에 의한 렌즈(110)는 광원(120)에서 방출된 광을 굴절시킬 뿐만 아니라 반사시켜 외부로 출사할 수 있다.

렌즈(110)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(110)는 구면, 비구면 등 다양한 형상을 가질 수 있으며, 실시 예는 렌즈(110)의 형상에 국한되지 않는다.

또한, 렌즈(110)의 두께는 광축(LX) 상에서 가장 얇을 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 여기서, 광축(LX) 상에서 렌즈(110)의 두께란, 렌즈(110)에서 후술되는 제2 리세스(recess)부(R2)의 최저 정점(AP)과 후술되는 지점(P1) 간의 이격 거리에 해당할 수 있다.

렌즈(110)는 바디(112)를 포함할 수 있다. 바디(112)는 저면(S1), 상면(S2) 및 측면(S3)을 포함할 수 있다.

렌즈(110)의 저면(S1)은 광원(120)과 마주하며 제1 리세스부(R1)를 가질 수 있다. 여기서, 제1 리세스부(R1)는 불연속적으로 서로 인접하여 배치된 4개의 제1, 제2, 제3 및 제4 내부면(S1-1, S1-2, S1-3, S1-4)에 의해 정의될 수 있다.

또한, 제1 리세스부(R1)는 광원(120)의 적어도 일부를 수용할 수 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 전술한 바와 같이, 광원(120)의 상부면(122)이 렌즈(110)의 바닥면(BS)보다 높게 위치하여, 광원(120)은 부분적으로 제1 리세스부(R1)에 의해 수용될 수 있다.

이하, 제1 리세스부(R1)를 정의하는 제1 내지 제4 내부면(S1-1, S1-2, S1-3, S1-4) 각각에 대해 다음과 같이 살펴본다.

제1 내부면(S1-1)은 광축(LX)이 지나가는 중심을 가질 수 있다. 제1 내부면(S1-1)에서 광축(LX)이 지나가는 경로에 위치하여 광원(120)과 마주하는 면은 불연속 지점(P1)을 포함할 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 제1 내부면(S1-1)이 갖는 불연속 지점을 설명하기 위한 그래프로서, 도 4a는 제1 내부면(S1-1)의 단면 형상을 나타내고, 도 4b는 도 4a에 도시된 제1 내부면(S1-1)의 미분값을 나타낸다.

도 2 및 도 4a를 참조하면, 제1 내부면(S1-1)은 광축(LX)을 지나는 불연속 지점(또는, 변곡점)(P1)을 기준으로 인접하는 제1 및 제2 단면(S1-1-1, S1-1-2) 형상을 가질 수 있다.

일반적으로 두 면이 불연속적으로 인접한다는 것은, 두 면 각각이 어느 한 점으로 수렴하지 않거나 미분되지 않는다는 것을 의미할 수 있다. 다시 말하면, 연속하는 두 면 각각은 어느 한 점으로 수렴하고 미분 가능하다.

이를 고려할 때, 도 2 및 도 4a를 참조하면 제1 내부면(S1-1)의 제1 및 제2 단면(S1-1-1, S1-1-2)은 서로 불연속 지점(P1)으로 수렴하지만 도 4b에 도시된 바와 같이 미분 가능하지 않다. 따라서, 제1 내부면(S1-1)의 제1 및 제2 단면(S1-1-1, S1-1-2)은 불연속적으로 인접한다고 볼 수 있다. 이와 같이, 실시 예에 의하면, 제1 내부면(S1-1)은 볼록한 부분(S1-1-1, S1-1-2)과 오목한 부분(S1-1-1과 S1-1-2의 사이)을 가지며, 제1 내부면(S1-1)의 오목한 부분은 서로 불연속적으로 인접하는 단면 형상을 갖는다.

제1 내부면(S1-1)은 광원(120)으로부터 방출된 광 특히, 광원(120)의 상부면(122)으로 방출되는 광의 대부분을 상면(S2)으로 전달하기에 적합한 형상을 가질 수 있다. 제1 내부면(S1-1)은 광원(120)을 향해 볼록한 아크 형상을 가질 수 있지만, 실시 예는 이러한 제1 내부면(S1-1)의 형상에 국한되지 않는다. 즉, 광원(120)에서 방출된 광을 상면(S2)으로 전달할 수 있다면, 제1 내부면(S1-1)은 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 내부면(S1-1)을 통해 입사된 광의 97.38%가 상면(S2)으로 전달되고, 2.62%가 측면(S3)으로 전달되도록, 제1 내부면(S1-1)의 형상을 결정할 수 있다.

도 5는 제1 각도(θ1)의 변동에 따른 제1 직선 거리(L1)의 변화를 나타내는 그래프로서, 횡축은 제1 각도(θ1)를 나타내고 종축은 제1 직선 거리(L1)를 나타낸다.

도 2 및 도 5를 참조하면, 제1 직선 거리(L1)는 광축(LX)과 광원(120)의 상부면(122)이 만나는 접점(PO)과 제1 내부면(S1-1)까지의 직선 거리에 해당한다. 또한, 제1 각도(θ1)는 접점(P0)으로부터 제1 내부면(S1-1)까지를 직선(L1)으로 연결했을 때 직선(L1)과 광축(LX)이 이루는 최소 각도에 해당한다. 이러한 정의 하에, 도 5에 예시된 바와 같이 제1 각도(θ1)가 제1 소정 각도(θ1T)에 접근할수록 제1 직선 거리(L1)는 감소하고, 제1 각도(θ1)가 제1 소정 각도(θ1T)보다 커질수록 제1 직선 거리(L1)는 증가하도록, 제1 내부면(S1-1)의 형상은 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 5를 참조하면, 제1 소정 각도(θ1T)는 20°일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

한편, 제2 내부면(S1-2)은 제1 내부면(S1-1)으로부터 아래 방향으로 불연속적으로 연장하여 배치될 수 있다. 즉, 제2 내부면(S1-2)은 제1 내부면(S1-1)과 서로 불연속적으로 인접한다. 왜냐하면, 도 2와 도 3을 참조하면, 제2 내부면(S1-2)과 제1 내부면(S1-1) 각각이 동일한 제2 변곡점(또는, 제2 변곡부)(P2)으로 수렴한다고 하더라도, 제2 내부면(S1-2)과 제1 내부면(S1-1)은 미분되지 않기 때문이다.

또한, 제2 내부면(S1-2)은 광원(120)의 상부면(122)으로부터 방출되는 빛 중에서 일부분과 광원(120)의 측부면(124)으로부터 방출되는 빛 중에서 대부분을 입사하여 측면(S3)으로 전달하기에 적합한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 내부면(S1-2)을 통해 입사된 광의 0.03%가 상면(S2)으로 전달되고, 제2 내부면(S1-2)을 통해 입사된 광의 99.97%가 측면(S3)으로 전달될 수 있도록. 제2 내부면(S1-2)의 형상이 결정될 수 있다.

제2 내부면(S1-2)은 광원(120)을 향해 볼록한 아크 형상을 가질 수 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 광원(120)으로부터 방출된 광을 예를 들어 전술한 바와 같은 비율로 측면(S3)으로 전달할 수 있다면, 제2 내부면(S1-2)은 다양한 형상을 가질 수 있다.

한편, 제3 내부면(S1-3)은 제2 내부면(S1-2)으로부터 아래 방향으로 불연속적으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 제3 내부면(S1-3)은 제2 내부면(S1-2)으로부터 아래 방향인 z축 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있다.

제3 내부면(S1-3)은 제2 내부면(S1-2)과 서로 불연속적으로 인접하여 배치된다. 왜냐하면, 제3 내부면(S1-3)과 제2 내부면(S1-2) 각각이 동일한 제3 변곡점(또는, 제3 변곡부)(P3)으로 수렴한다고 하더라도, 제3 내부면(S1-3)과 제2 내부면(S1-2)은 미분되지 않기 때문이다.

제3 내부면(S1-3)은 광원(120)으로부터 방출된 광을 측면(S3)으로 전달하기에 적합한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제3 내부면(S1-3)을 통해 입사된 광의 0.01%가 상면(S2)으로 전달되고, 99.99%가 측면(S3)으로 전달될 수 있도록, 제3 내부면(S1-3)의 형상을 결정할 수 있다.

예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 제3 내부면(S1-3)은 실린더 형상을 가질 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 광원(120)으로부터 방출된 광을 측면(S3)으로 전달할 수 있다면, 제3 내부면(S1-3)은 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 제3 내부면(S1-3)의 단면은 (x,z) 좌표상에서 2개의 지점 즉, (6.316, 0.516)과 (6.316, 0.2)을 연결하는 직선에 해당할 수 있다.

제1 내부면(S1-1) 및 제2 내부면(S1-2) 각각은 곡면 형태를 갖는 반면, 제3 내부면(S1-3)은 평평한 면일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 제3 내부면(S1-3) 역시 곡면 형태를 가질 수 있다.

한편, 제4 내부면(S1-4)은 제3 내부면(S1-3)으로부터 아래 방향으로 불연속적으로 연장되어 배치될 수 있다. 즉, 제4 내부면(S1-4)은 제3 내부면(S1-3)과 서로 불연속적으로 인접하여 배치될 수 있다. 왜냐하면, 제4 내부면(S1-4)과 제3 내부면(S1-3) 각각이 동일한 제4 변곡점(또는, 제4 변곡부)(P4)으로 수렴한다고 하더라도, 제4 내부면(S1-4)과 제3 내부면(S1-3)은 서로 미분되지 않기 때문이다.

제4 내부면(S1-4)은 광원(120)으로부터 방출된 광이 상면(S2)과 측면(S3)으로 향하기에 적합한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제4 내부면(S1-4)을 통해 입사된 광의 2.39%가 상면(S2)으로 전달되고, 97.61%가 측면(S3)으로 전달될 수 있도록, 제4 내부면(S1-4)의 형상을 결정할 수 있다.

제4 내부면(S1-4)은 제1 또는 제2 내부면(S1-1, S1-2)과 같은 곡면 형상을 갖지 않고 평평한 단면 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 2의 단면 형상에서 제4 내부면(S1-4)은 (x,z) 좌표상에서 2개의 지점 즉, (6.316, 0.2)과 (8.643, 0.1)을 연결한 직선에 해당할 수 있다.

제4 내부면(S1-4)은 러프니스(roughness)를 가질 수 있다. 이와 같이 제4 내부면(S1-4)이 러프니스를 가질 경우, 렌즈(110)의 내부에서 탈출하지 못한 광을 탈출시킬 수 있다.

도 6 (a) 내지 (f)는 제4 내부면(S1-4)의 거칠기에 따른 렌즈(110)의 상부의 발광 모습을 나타내는 도면이다.

일반적으로 표면의 거칠기는 RMS micro-roughness로 나타내질 수 있다. 즉, RMS micro-roughness란 어느 표면의 평균 위치 대비 각 위치의 평균 높낮이 값으로 볼 수 있다.

도 6 (a)에 도시된 바와 같이 제4 내부면(S1-4)이 거칠기를 갖지 않을 때보다는, 도 6 (b) 내지 도 6 (c)에 도시된 바와 같이 제4 내부면(S1-4)이 거칠기를 가질 때, 렌즈(110)의 상부로부터 출사되는 광이 면적이 넓어짐을 알 수 있다. 도 6 (b), (c), (d), (e) 및 (f)는 제2 내부면(S1-4)의 거칠기가 3 ㎛, 10 ㎛, 30 ㎛, 70 ㎛ 및 100 ㎛인 경우를 각각 나타낸다.

도 6 (a) 내지 도 6 (f)를 참조하면, 제4 내부면(S1-4)의 거칠기는 10 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

한편, 제4 내부면(S1-4)에서 제3 내부면(S1-3)과 접한 부분의 제1 높이(H1)는 제4 내부면(S1-4)이 렌즈(110)의 측면(S3)과 접한 부분의 제2 높이(H2)와 다를 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 제1 높이(H1)는 제2 높이(H2)보다 클 수 있다. 즉, 제4 내부면(S1-4)은 렌즈(110)의 안쪽으로 테이퍼진 단면 형상을 가질 수 있으나, 실시 예는 제4 내부면(S1-4)의 경사진 방향에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면, 제1 높이(H1)는 제2 높이(H2)보다 작을 수도 있다.

또한, 가상의 제1 수평면(HP1)은 가상의 제2 수평면(HP2)과 동일하거나 제2 수평면(HP2)보다 낮게 위치할 수 있다. 여기서, 가상의 제1 수평면(HP1)이란, 광원(120)의 상부면(122)으로부터 광축(LX)과 수직한 수평 방향 즉, x축 방향으로 으로 연장되는 가상의 수평면을 의미한다. 가상의 제2 수평면(HP2)이란, 제3 내부면(S1-3)과 제4 내부면(S1-4)의 경계(P4)로부터 수평 방향인 x축 방향으로 연장되는 가상의 수평면을 의미한다.

또한, 광축(LX)과 제1 내부면(S1-1)이 만나는 지점(P1)으로부터 광원(120)의 상부면(122)까지의 직선 거리는 0.8 ㎜ 내지 1.2 ㎜ 예를 들어, 1.0 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

또한, 광축(LX)과 수직한 수평 방향인 x축 방향으로 제1, 제2, 제3 및 제4 내부면(S1-1, S1-2, S1-3, S1-4) 각각의 폭을 제1, 제2, 제3 및 제4 폭(W1, W2, W3, W4)이라 하자. 이때, 조도 분포를 균일하게 하기 위한 제1 내지 제4 폭(W1, W2, W3, W4)의 비율은 다음 수학식 1과 같을 수 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

도 2의 경우 제3 내부면(S1-3)은 제2 내부면(S1-2)으로부터 수직 방향인 z축 방향으로 연장되므로, W3은 0인 것으로 도시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

또한, 렌즈(110)의 전체 폭(W0)은 17 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 전체 폭(W0)의 특정한 값에 국한되지 않는다.

도 2를 참조하면, 실시 예에 의한 렌즈(110)의 저면(S1)의 단면에서, 저면(S1)은 7개의 불연속점을 가질 수 있다. 여기서, 7개의 불연속점이란, P1, 광축(LX)을 기준으로 오른쪽과 왼쪽에 각각 3개의 지점(P2, P3, P4)을 포함할 수 있다.

또한, 광원(120)으로부터 방출되는 광은 저면(S1)의 제1 내지 제4 내부면(S1-1, S1-2, S1-3, S1-4)을 통해 렌즈(110)로 입사될 수 있다. 광원(120)으로부터 방출된 광의 대부분은 제1 내부면(S1-1)을 통해 렌즈(110)로 입사되고, 나머지 광은 제2 내지 제4 내부면(S1-2, S1-3, S1-4)을 통해 렌즈(110)로 입사되도록, 렌즈(110)와 광원(120)이 서로 이격된 거리 및 저면(S1)의 형상을 결정할 수 있다.

예를 들어, 광원(120)으로부터 방출되는 광의 전체 량의 87.60%가 제1 내부면(S1-1)을 통해 입사되고, 9.99%가 제2 내부면(S1-2)을 통해 입사되고, 1.77%가 제3 내부면(S1-3)을 통해 입사되고, 0.64%가 제4 내부면(S1-4)을 통해 입사되도록, 렌즈(110)의 저면(S1)의 형상 및/또는 광원(120)과 저면(S1) 사이의 이격 거리가 결정될 수도 있다.

한편, 렌즈(110)의 상면(S2)은 저면(S1)의 반대측 면으로서, 저면(S1)으로 입사된 광을 출사시키고 반사시키는 역할을 하며 제2 리세스부(R2)를 가질 수 있다. 즉, 광원(120)으로부터 방출되어 저면(S1)을 통해 입사된 광은 제2 리세스부(R2)에 도달한 후, 제2 리세스부(R2)에 의해 굴절되어 렌즈(110)의 상부 방향으로 출사될 수도 있고, 제2 리세스부(R2)에 의해 반사되어 렌즈(110)의 측부 방향으로 출사될 수도 있다.

또한, 제2 리세스부(R2)는 광원(120)을 향해 오목한 형태를 가질 수 있으며, 바디(112)의 상면(S2)의 중심에 배치될 수 있다. 또한, 제2 리세스부(R2)의 최저 정점(AP)은 광축(LX) 상에 위치할 수 있다. 이때, 제2 리세스부(R2)는 광축(LX)을 중심으로 수평 방향인 x축 방향으로 대칭인 단면 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 제1 리세스부(R1)와 마찬가지로 제2 리세스부(R2)는 광축(LX)이 지나가는 중심을 가질 수 있다. 그러나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면, 제1 및 제2 리세스부(R1, R2) 각각은 광축(LX)이 지나가는 지점에 인접한 중심을 가질 수도 있다.

또한, 제2 리세스부(R2)의 평면 형상은 광축(LX)과 수직인 x축 또는 y축을 중심으로 서로 대칭일 수 있다.

또한, 제2 리세스부(R2)는 곡면이나 평평한 면을 포함할 수 있다. 즉, 제2 리세스부(R2)를 형성하는 상면(S2)은 곡선 형태일 수도 있고 직선 형태일 수도 있고, 곡선과 직선이 혼합된 형태일 수 있지만, 실시 예는 상면(S2)의 특정 형태에 국한되지 않는다.

도 7은 제2 각도(θ2)의 변동에 따른 제2 직선 거리(L2)의 변화를 나타내는 그래프로서, 횡축은 제2 각도(θ2)를 나타내고 종축은 제2 직선 거리(L2)를 나타낸다.

도 2 및 도 7을 참조하면, 제2 직선 거리(L2)는 광축(LX)과 광원(120)의 상부면(122)이 만나는 접점(PO)과 렌즈(110)의 상면(S2)까지의 직선 거리에 해당한다. 제2 각도(θ2)는 접점(PO)으로부터 렌즈(110)의 상면(S2)까지를 직선(L2)으로 연결했을 때, 직선(L2)과 광축(LX)이 이루는 최소 각도에 해당한다. 이러한 가정 하에, 렌즈(110)의 상면(S2)은 제2 각도(θ2)가 제2 소정 각도(θ2T)에 접근할수록 제2 직선 거리(L2)는 증가하고, 제2 각도(θ2)가 제2 소정 각도(θ2T)보다 커질수록 제2 직선 거리(L2)는 감소하는 형상을 가질 수 있다. 도 7을 참조하면, 제2 소정 각도(θ2T)는 46°일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

또한, 렌즈(110)의 제3 내부면(S1-3)과 제4 내부면(S1-4)은 평평한 형상을 갖지만, 제1 내부면(S1-1), 제2 내부면(S1-2) 및 상면(S2) 각각은 베지어 곡선(Bezier curve)에 의해 정의되는 형상을 가질 수 있다.

예를 들어, 제1 내부면(S1-1)은 도 2에 도시된 단면도의 (x,z) 좌표축에서 4개의 지점 즉, (0, 1.507), (0.527, 1.099), (2.448, 0.601), (5.498, 1.501)을 연결하는 베지어 곡선으로 구성될 수 있다. 또한, 제2 내부면(S1-2)은 도 2에 도시된 단면도의 (x,z) 좌표축에서 3개의 지점 즉, (5.498, 1.501), (5.498, 0.6), (6.316, 0.516)을 연결하는 베지어 곡선으로 구성될 수 있다. 또한, 상면(S2)은 도 2에 도시된 단면도의 (x,z) 좌표축에서 4개의 지점 즉, (0, 1.88), (1.409, 3.726), (5.196, 6.864), (6.885, 6.822)을 연결하는 베지어 곡선으로 구성될 수 있다.

또한, 도 2를 참조하면, 상면(S2)의 전체가 제2 리세스부(R2)를 형성하는 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면, 측면(S3)과 접하는 상면(S2)의 가장 자리는 제2 리세스부(R2)를 형성하는 대신에 평평한 면을 가질 수 있다.

한편, 렌즈(110)의 측면(S3)은 저면(S1)과 상면(S2) 사이에 배치된다. 렌즈(110)의 측면(S3)은 저면(S1)으로 입사되어 굴절한 빛이 도달하여 반사되거나 굴절되며, 상면(S2)에서 반사된 빛이 도달하여 투과되고 반사될 수 있는 면이다. 측면(S3)은 광축(LX)과 나란한 수직선(PX)에 대해 75°의 제3 각도(θ3)로 경사질 수 있다. 예를 들어, 측면(S3)의 단면은 도 2에 도시된 (x,z) 좌표계에서 (6.885, 6.822), (8.643, 0.1)을 연결하는 직선으로 구현될 수 있다. 도 2의 경우, 측면(S3)은 평평한 단면 형상을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면, 측면(S3)은 곡면 형태를 가질 수도 있고, 곡면과 직선면이 혼합된 형태를 가질 수도 있다.

또한, 도 2의 경우 제3 각도(θ3)는 양(+)의 값을 갖는 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면 제3 각도(θ3)는 음(-)의 값을 가질 수도 있다.

또한, 광원(120)의 상부면(122)과 렌즈(110)의 바닥면(BS)이 동일 수평면 상에 배치될 때, 전술한 수학식 1에서와 같이 렌즈(110)의 형상을 설계하면, 제2 및 제3 내부면(S1-2, S1-3)을 통해 입사된 빛은 가상의 제1 수평면(HP1)을 기준으로 5° 내지 15°의 제4 각도(θ4)의 범위 사이의 측면(S3)으로 방출될 수 있다.

또한, 도 2에서, 광축(LX)과 나란하며 측면(S3)의 하부 선단을 지나는 수직선(PX)으로부터 측면(S3)의 상부 선단이 이격된 거리(L3)는 다음 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.

여기서, H는 렌즈(110)의 높이를 나타낸다.

또한, 전술한 렌즈(110)는 회전 대칭인 형상을 가질 수 있다. 이때, 렌즈(110)의 회전 대칭 형상의 중심은 광축(LX)일 수도 있다. 이 경우, 도 2에 도시된 렌즈(110)의 단면 형상에서, 저면(S1), 상면(S2) 및 측면(S3) 각각은 광축(LX)을 회전시킨 대칭 형상을 가질 수 있다.

전술한 발광 소자 패키지(100)는 다양한 분야에 적용될 수 있다. 예를 들어, 발광 소자 패키지(100)는 조명 장치에 적용될 수 있다. 예를 들어, 조명 장치는 백 라이트 유닛, 조명 유닛, 지시 장치, 램프 또는 가로등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

이하, 발광 소자 패키지(100)를 포함하는 실시 예의 조명 장치(200)에 대해 다음과 같이 살펴본다.

도 8은 실시 예에 의한 조명 장치(200)의 단면도를 나타낸다.

도 9는 도 8에 도시된 반사층(220)의 평면도를 나타낸다. 도 8은 도 9에 도시된 Ⅱ-Ⅱ' 선을 따라 절개한 단면도에 해당한다. 설명의 편의상, 도 9에서, 광흡수층(230) 및 광학 부재(240)의 도시는 생략되었다. 또한, 도 9의 경우, 복수의 발광 소자 패키지(100-1, 100-2, 100-3) 각각에서 렌즈(110-1, 110-2, 110-3)의 상부 모습만이 보이지만, 렌즈(110-1, 110-2, 110-3)의 하부에 도 8에 도시된 바와 같이 각각 해당하는 광원(120-1, 120-2, 120-3)이 배치되어 있음은 물론이다.

도 8에 도시된 조명 장치(200)는 복수의 발광 소자 패키지(100-1, 100-2, 100-3), 기판(210), 반사층(220), 광흡수층(230) 및 광학 부재(240)를 포함할 수 있다.

복수의 발광 소자 패키지(100-1, 100-2, 100-3)는 기판(210)에 어레이 형태로 실장될 수 있다.

복수의 발광 소자 패키지(100-1, 100-2, 100-3) 각각은 도 1 내지 도 3에 도시된 발광 소자 패키지(100)에 해당할 수 있다. 따라서, 렌즈(110-1, 110-2, 110-3)은 도 1 내지 도 3에 도시된 렌즈(110)에 해당하고, 광원(120-1, 120-2, 120-3)은 도 1 내지 도 3에 도시된 광원(120)에 해당하므로, 이들에 대한 중복되는 설명을 생략한다.

그러나, 다른 실시 예에 의하면, 복수의 발광 소자 패키지(100-1, 100-2, 100-3) 중 일부만이 도 1 내지 도 3에 도시된 발광 소자 패키지(100)에 해당하고 나머지는 도 1 내지 도 3에 도시된 발광 소자 패키지(100)와 다른 형태를 가질 수도 있다.

또한, 도 8 및 도 9에 도시된 조명 장치(200)는 12개의 발광 소자 패키지를 갖는 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 조명 장치(200)는 12개보다 많거나 작은 발광 소자 패키지를 포함할 수도 있다.

기판(210)은 복수의 발광 소자 패키지(100-1, 100-2, 100-3), 반사층(220) 또는 광흡수층(230) 중 적어도 하나가 안착되는 부분이다. 예를 들어, 도 8의 경우, 복수의 발광 소자 패키지(100-1, 100-2, 100-3), 반사층(220) 및 광흡수층(230)이 모두 기판(210) 위에 모두 안착된 것으로 예시되어 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

기판(210)은 전원을 공급하는 어댑터와 발광 소자 패키지(100-1, 100-2, 100-3)를 연결하기 위한 전극 패턴이 절연체에 인쇄된 것일 수 있다. 예를 들어, 기판(210)의 상면에는 발광 소자 패키지(100-1, 100-2, 100-3)와 어댑터를 연결하기 위한 전극 패턴이 형성될 수 있다.

이러한 기판(210)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(210)은 단층 PCB, 다층 PCB, 세라믹 기판, 메탈 코아 PCB 등을 선택적으로 사용할 수 있다.

도 8 및 도 9을 참조하면, 반사층(220)은 기판(210) 위에 배치될 수 있다. 반사층(220)이 배치될 경우, 렌즈(110-1, 110-2, 110-3)로 입사된 후 외부로 출사되지 않고 아래 방향인 -z축 방향으로 진행되는 광은 반사층(220)에서 반사되어 렌즈(110)로 재 입사될 수 있다. 이로 인해, 렌즈(110-1, 110-2, 110-3)를 통해 출사되는 광량이 증가할 수 있다.

광흡수층(230)은 기판(210) 위에 배치되며, 반사층(220)와 광원(120-1, 120-2, 120-3) 사이에 배치되어, 광을 흡수할 수 있다. 이와 같이 광흡수층(230)이 배치될 경우, 중심 휘점이 감소하여 조명 장치(200)로부터 방출되는 광의 세기는 균일해질 수 있다. 이러한 광흡수층(230)의 역할을 보다 충실히 수행하기 위해 광흡수층(230)은 패턴을 가질 수도 있다. 만일, 광흡수층(230)이 패턴을 가질 경우, 조명 장치(200)의 광 균일도는 더욱 개선될 수 있다. 예를 들어, 광흡수층(230)이 원형 평면 형상을 가질 경우, 광흡수층(230)의 지름(Φ)은 8 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

한편, 광학 부재(240)는 복수의 발광 소자 패키지(100-1, 100-2, 100-3)의 상부에 배치될 수 있다. 광학 부재(240)는 발광 소자 패키지(100-1, 100-2, 100-3)를 통해 출사되는 광을 확산시키는 역할을 하며, 확산 효과를 증가시키기 위해 상부 표면에 요철 패턴을 형성할 수도 있다.

광학 부재(240)는 단일 층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 요철 패턴은 최상층 또는 어느 한 층의 표면에 형성될 수 있다. 요철 패턴은 발광 소자 패키지(100-1, 100-2, 100-3)에 따라 배치되는 스트라이프 형상을 가질 수도 있다. 경우에 따라, 광학 부재(240)는 적어도 하나의 시트로 이루어질 수 있다.

광학 부재(240)는 기판(210)으로부터 소정 거리(D)만큼 이격되어 배치될 수 있다. 여기서, 소정 거리(D)란, 광학 부재(240)의 저면으로부터 기판(210)의 상면까지의 거리로서 정의될 수 있다. 광학 부재(240)와 반사층(220) 사이의 공간은 공기로 채워지거나 도광판(미도시)으로 채워질 수 있다. 만일, 광학 부재(240)와 반사층(220) 사이의 공간이 공기로 채워질 경우, 소정 거리(D)를 '에어 갭'이라 할 수 있다.

또한, 렌즈(110)와 광원(120) 사이의 공간은 공기로 채워지거나 형광체층(미도시)로 채워질 수도 있다. 형광체층은 형광체(또는, 인광 물질)를 포함하고, 형광체는 광원(120)에서 방출된 광의 파장을 변화시킬 수 있다. 형광체로는 광원(120)에서 발생된 빛을 백색광으로 변환시킬 수 있는 YAG계, TAG계, Silicate계, Sulfide계 또는 Nitride계 중 어느 하나의 파장변환수단인 형광물질이 포함될 수 있으나, 실시 예는 형광체의 종류에 국한되지 않는다.

YAG 및 TAG계 형광물질에는 (Y, Tb, Lu, Sc ,La, Gd, Sm)3(Al, Ga, In, Si, Fe)5(O, S)12:Ce 중에서 선택하여 사용가능하며, Silicate계 형광물질에는 (Sr, Ba, Ca, Mg)2SiO4: (Eu, F, Cl) 중에서 선택 사용 가능하다.

또한, Sulfide계 형광물질에는 (Ca,Sr)S:Eu, (Sr,Ca,Ba)(Al,Ga)2S4:Eu 중에서 선택하여 사용가능하며, Nitride계 형광체는 (Sr, Ca, Si, Al, O)N:Eu (예, CaAlSiN4:Eu β-SiAlON:Eu) 또는 Ca-α SiAlON:Eu계인 (Cax,My)(Si,Al)12(O,N)16, 여기서 M 은 Eu, Tb, Yb 또는 Er 중 적어도 하나의 물질이며 0.05<(x+y)<0.3, 0.02<x<0.27 and 0.03<y<0.3, 형광체 성분 중에서 선택하여 사용할 수 있다.

적색 형광체로는, N(예,CaAlSiN3:Eu)을 포함하는 질화물(Nitride)계 형광체를 사용할 수 있다. 이러한 질화물계 적색 형광체는 황화물(Sulfide)계 형광체보다 열, 수분 등의 외부 환경에 대한 신뢰성이 우수할 뿐만 아니라 변색 위험이 작다.

또한, 도 8 및 도 9을 참조하면, 복수의 발광 소자 패키지(100-1, 100-2, 100-3)은 서로 소정 간격(SL)으로 이격되어 배치될 수 있다. 복수의 발광 소자 패키지(100-1, 100-2, 100-3)가 서로 이격된 거리는 일정할 수도 있고 서로 다를 수도 있다.

또한, 실시 예에 의한 조명 장치(200)의 반치폭(FWHM:Full Width at Half Maximum)은 175 ㎜이고, 쿼터폭(FWQM:Full Width at Quarter Maximum)은 260 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 이러한 반치폭과 쿼터폭이 획득되도록, 소정 간격(SL)은 결정될 수 있다.

도 8 및 도 9에 예시된 바와 같이, 복수의 발광 소자 패키지(100-1, 100-2, 100-3)가 칩 온 보드(COB:Chip-On-Board) 형태로 배치될 경우, 발광 소자 패키지(100-1, 100-2, 100-3) 각각에서 광원(120-1, 120-2, 120-3)의 5면으로 발광되는 광의 제어가 어려울 수 있다. 그러나, 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100-1, 100-2, 100-3)의 경우 전술한 바와 같은 형상을 갖는 렌즈(110-1, 110-2, 110-3)를 해당하는 각 광원(120-1, 120-2, 120-3)의 위에 배치함으로써, 각 발광 소자 패키지(100-1, 100-2, 100-3)로부터 방출되는 빛을 고르게 분포하도록 할 수 있고, 결국은 조명 장치(200)로부터 방출되는 조도의 분포가 고를 수 있다.

이와 같이, 조명 장치(200)로부터 방출되는 빛의 조도 분포가 고르게 될 수 있어, 도 8에 도시된 광학 부재(240)와 기판(210) 사이의 거리(D)를 줄일 수 있다. 예를 들어, 거리(D)는 25 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 이와 같이, 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100-1, 100-2, 100-3)를 사용할 경우 조명 장치(200)의 z축 방향으로의 두께가 줄어들어 슬림화될 수 있다.

또한, 전술한 조명 장치(200)는 백라이트 유닛에 해당할 수도 있다. 백 라이트 유닛은 디스플레이 장치에서 다양한 색을 구현하는 액정이 자체적으로 빛을 방출할 수 없으므로, 액정에 빛을 제공하는 광원의 역할을 수행할 수 있다. 백 라이트 유닛을 광원(120)이 배치되는 형태에 따라 에지형과 직하형으로 구분될 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같은 조명 장치(200)는 직하형 백 라이트 유닛의 단면 형상일 수 있다. 이 경우, 광학 부재(240)는 디퓨저(diffuser)(242), 확산 필름(diffuse film)(244) 및 프리즘 필름(prism film)(246)을 포함할 수 있다.

디퓨저(242)는 발광 소자 패키지(100-1, 100-2, 100-3)로부터 출사된 광을 확산시키는 역할을 한다. 확산 필름(244)은 확산된 광의 휘도를 증가시키는 역할을 한다. 프리즘 필름(246)은 휘도가 강화된 광을 발광 영역으로 가이드하는 역할을 한다.

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.

100, 100-1, 100-2, 100-3: 발광 소자 패키지
110, 110-1, 110-2, 110-3: 렌즈
120, 120-1, 120-2, 120-3: 광원
200: 조명 장치 210: 기판
220: 반사층 ` 230: 광흡수층
240: 광학 부재 242: 디퓨저
244: 확산 필름 246: 프리즘 필름

Claims

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광축을 갖는 광원; 및
상기 광원 위에 배치되는 렌즈를 포함하고,
상기 렌즈는 바디를 포함하고, 상기 바디는
상기 광원과 마주하며 불연속적으로 서로 인접하여 배치된 4개의 내부면에 의해 정의되는 제1 리세스부를 갖는 저면;
상기 저면으로 입사된 광을 출사 및 반사시키는 제2 리세스부를 갖는 상면; 및
상기 저면과 상면 사이에 배치된 측면을 포함하고,
상기 저면에서 상기 4개의 내부면은
상기 광축을 에워싸도록 배치된 제1 내부면;
상기 제1 내부면으로부터 아래 방향으로 불연속적으로 연장된 제2 내부면;
상기 제2 내부면으로부터 아래 방향으로 불연속적으로 연장된 제3 내부면; 및
상기 제3 내부면으로부터 아래 방향으로 불연속적으로 연장된 제4 내부면을 포함하고,
상기 제1 내부면은 상기 광원을 향해 볼록한 아크 형상을 갖고,
상기 제1 내부면은 상기 광원으로부터 방출된 광을 상기 상면으로 전달하기에 적합한 형상을 갖고,
상기 제1 내부면은 상기 광축이 지나가는 중심을 갖고,
제1 직선 거리는 상기 광축과 상기 광원의 상부면이 만나는 접점과 상기 제1 내부면까지의 직선 거리에 해당하고, 제1 각도는 상기 접점으로부터 상기 제1 내부면까지를 직선으로 연결했을 때 상기 직선과 상기 광축 간의 각도에 해당하고,
상기 제1 내부면은 상기 제1 각도가 제1 소정 각도에 접근할수록 상기 제1 직선 거리는 감소하고, 상기 제1 각도가 상기 제1 소정 각도보다 커질수록 상기 제1 직선 거리는 증가하는 형상을 갖는 발광 소자 패키지.
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광축을 갖는 광원; 및
상기 광원 위에 배치되는 렌즈를 포함하고,
상기 렌즈는 바디를 포함하고, 상기 바디는
상기 광원과 마주하며 불연속적으로 서로 인접하여 배치된 4개의 내부면에 의해 정의되는 제1 리세스부를 갖는 저면;
상기 저면으로 입사된 광을 출사 및 반사시키는 제2 리세스부를 갖는 상면; 및
상기 저면과 상면 사이에 배치된 측면을 포함하고,
상기 저면에서 상기 4개의 내부면은
상기 광축을 에워싸도록 배치된 제1 내부면;
상기 제1 내부면으로부터 아래 방향으로 불연속적으로 연장된 제2 내부면;
상기 제2 내부면으로부터 아래 방향으로 불연속적으로 연장된 제3 내부면; 및
상기 제3 내부면으로부터 아래 방향으로 불연속적으로 연장된 제4 내부면을 포함하고,
상기 제2 내부면은 상기 광원으로부터 방출된 광을 입사하여 상기 측면으로 전달하기에 적합한 형상을 갖고,
상기 제2 내부면은 상기 광원을 향해 볼록한 아크 형상을 갖고,
상기 제3 내부면은 상기 광원으로부터 방출된 광을 상기 측면으로 전달하기에 적합한 형상을 갖고,
상기 제3 내부면은 실린더 형상을 갖고,
상기 제3 내부면은 상기 제2 내부면으로부터 상기 광축과 나란한 아래 방향으로 연장되고,
상기 제3 내부면은 평평하며,
상기 제4 내부면에서 상기 제3 내부면과 접한 제1 부분의 제1 높이는 상기 제4 내부면에서 상기 렌즈의 측면과 접한 제2 부분의 제2 높이와 다르고,
상기 제4 내부면은 10 ㎛ 내지 100 ㎛의 러프니스를 갖고 평평한 발광 소자 패키지.
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광축을 갖는 광원; 및
상기 광원 위에 배치되는 렌즈를 포함하고,
상기 렌즈는 바디를 포함하고, 상기 바디는
상기 광원과 마주하며 불연속적으로 서로 인접하여 배치된 4개의 내부면에 의해 정의되는 제1 리세스부를 갖는 저면;
상기 저면으로 입사된 광을 출사 및 반사시키는 제2 리세스부를 갖는 상면; 및
상기 저면과 상면 사이에 배치된 측면을 포함하고,
상기 저면에서 상기 4개의 내부면은
상기 광축을 에워싸도록 배치된 제1 내부면;
상기 제1 내부면으로부터 아래 방향으로 불연속적으로 연장된 제2 내부면;
상기 제2 내부면으로부터 아래 방향으로 불연속적으로 연장된 제3 내부면; 및
상기 제3 내부면으로부터 아래 방향으로 불연속적으로 연장된 제4 내부면을 포함하고,
상기 광원의 상부면으로부터 상기 광축과 수직한 수평 방향으로 연장되는 가상의 제1 수평면은 상기 제3 내부면과 상기 제4 내부면의 경계로부터 상기 수평 방향으로 연장되는 가상의 제2 수평면과 동일하거나 낮게 위치하고,
상기 제1 내부면, 상기 제2 내부면 및 상기 상면 각각은 베지어 곡선에 의해 정의되는 형상을 갖고,
상기 광축과 수직한 수평 방향으로의 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 내부면 각각의 제1, 제2, 제3 및 제4 폭의 비율은 아래와 같고,
W1 : W2+W3 : W4 = 14 : 9 : 60
(여기서, W1, W2, W3 및 W4는 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 폭에 각각 해당한다.)
제2 직선 거리는 상기 광축과 상기 광원의 상부면이 만나는 접점과 상기 상면까지의 직선 거리에 해당하고, 제2 각도는 상기 접점으로부터 상기 상면까지를 직선으로 연결했을 때 상기 직선과 상기 광축 간의 각도에 해당하고,
상기 상면은 제2 각도가 제2 소정 각도에 접근할수록 제2 직선 거리는 증가하고, 상기 제2 각도가 상기 제2 소정 각도보다 커질수록 상기 제2 직선 거리는 감소하는 형상을 갖고,
상기 제2 리세스부는 상기 광축이 지나가는 중심을 갖는 발광 소자 패키지.
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