KR20070065790A - 광원 패키지 구조물 - Google Patents

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KR20070065790A
KR20070065790A KR1020060121310A KR20060121310A KR20070065790A KR 20070065790 A KR20070065790 A KR 20070065790A KR 1020060121310 A KR1020060121310 A KR 1020060121310A KR 20060121310 A KR20060121310 A KR 20060121310A KR 20070065790 A KR20070065790 A KR 20070065790A
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Abstract

본 발명은 패키지 구조물에 관한 것으로서, 광원을 수용하기 위한 수용 공간, 제 1 굴절면, 및 적어도 하나의 제 2 굴절면을 포함한다. 제 1 굴절면은 광원으로부터 방출되는 광을 받아들이고 이를 굴절시켜 제 1 굴절광을 형성하며, 제 1 굴절면의 상부는 광원으로부터 방사되는 광을 굴절시키기 위한 굴절 구조를 더 포함한다. 제 2 굴절면은 제 1 굴절광을 받아들이고 굴절시켜 광원 패키지 구조물 밖으로 방사되는 제 1 방출광을 형성한다. 여기서, 끼인 각은 제 2 굴절면의 일부분의 법선 벡터와 광원 패키지 구조물의 중앙축 사이에 형성된다. 상술한 패키지 구조물은 향상된 굴절을 위하여 다양한 패키징에 사용될 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 발광다이오드(LED)로 된 광원은 엘이디로부터 방사된 광이 여러번 굴절된 다음 큰 각도록 패키지 구조물 밖으로 방출되어 엘이디 패키지 구조물이 산업 분야에서 적용되는 다양한 목적을 위한 플랫 광원(flat light source)으로 적용될 수 있게 하기 위하여 본 발명의 광원 패키지 구조물에 의해 패키징된다.
광원, 엘씨디, 엘이디, 백라이트, 굴절, 디스플레이

Description

광원 패키지 구조물{LIGHT SOURCE PACKAGE STRUCTURE}
도 1은 미국 특허 제6,679,621호에 개시된 통상의 엘이디 패키지를 도시한 개략도.
도 2A는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광원 패키지 구조물을 도시한 3차원도이다.
도 2B는 도 2A의 단면도이다.
도 2C 내지 도 2F는 도 2B의 광원 패키지 구조물에 의해 채용될 수 있는 제1 굴절면의 모양들을 도시한다.
도 3A는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광원 패키지 구조물을 도시한 단면도이다.
도 3B는 도 3A의 광원 패키지 구조물에 사용되는 굴절캡의 구조를 도시한다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광원 패키지 구조물을 도시한 단면도이다.
도 5A 및 도 5B는 본 발명의 제4 실시예에 따른 광원 패키지 구조물을 도시한 단면도들로서, 두 개의 광원 패키지 구조는 상이한 형태의 굴절 패키지 구조들을 가진다.
도 6A 및 도 6B는 본 발명의 광원 패키지 구조물에 의해 굴절되는 광의 경로 를 묘사한 개략도이다.
도 7A는 본 발명의 광원 패키지 구조물에 관한 시야각을 정의하는데 사용된다.
도 7B는 시야각과 도 7A의 광원 패키지 구조물 밖으로 방출되는 광의 조도 간의 관계를 도시한다.
도 8A는 본 발명의 제5 실시예에 따른 광원 패키지 구조물의 단면도이다.
도 8B는 시야각과 도 7A의 광원 패키지 구조물 밖으로 방출되는 광의 조도 간의 관계를 도시한다.
본 발명은 패키지 구조물에 관한 것이며, 특히 광이 큰 각도로 패키지 구조물 외부로 방출될 수 있게 하기 위하여 그 내부에서 여러 번 광을 굴절시킬 수 있는 광원 패키지 구조물에 관한 것이다.
요즈음, 휴대용 팜파일럿(palm pilot)과 같이 작은 기기나 대화면 텔레비전(TV)와 같이 큰 기기를 포함하는, 평판표시장치를 가지는 전자기기에 백라이트 모듈(backlight module)이 사용되는 것을 흔히 볼 수 있다. 비록 대부분의 백라이트 모듈이 여전히 냉음극선관 램프(CCFL)를 채용하고 있지만, 발광다이오드(LED) 기술의 발달에 따라 대형 액정표시장치(LCD)의 광원으로 발광다이오드의 사용이 보편화하고 있다. 백라이트 모듈의 설계 요구가 엘씨디 표면 전체에 걸쳐 균일한 조 도 및 대낮 환경에서도 훌륭한 콘트라스트를 만들어내는데 충분한 휘도를 생성하도록 하는 것이므로, (1) 엘이디가 씨씨에프엘보다 크기가 더 작으로면서도 더 견고하기 때문에 백라이트 모듈의 조립이 용이해질 수 있을 뿐만 아니라 광원으로 엘이디를 채용한 백라이트 모듈은 씨씨에프엘 백라이트 모듈에 비해 더 가볍고 더 작다, (2) 엘이디는 엘씨디용 백라이트 모듈로 사용될 때 더 넓은 색상 범위를 제공할 수 있기 때문에, 엘이디 백라이트 모듈을 채용한 엘씨디의 색 품질이 씨씨에프엘 백라이트 모듈을 채용한 엘씨디의 그것에 비해 더 낫다고 한다, (3) 수은을 함유한 씨씨에프엘에 비해 환경친화적이다는 장점들을 가지는 엘이디가 씨씨에프엘보다 더 바람직하다.
비록 엘이디가 바람직하지만, 광원 패키지가 특정 표면 전체에 걸쳐 균일한 조도를 생성할 수 있게 하고 점광원으로부터 면광원까지 엘이디를 운반하기 위해 엘이디 광원을 패키징할 필요는 있다. "측부 발광 엘이디 및 렌즈군"이라는 명칭의 미국 특허 제6,679,621호에 개시된 엘이디 패키지의 단면도인 도 1을 참조하라. 도 1의 엘이디 패키지는 광선들이 엘이디 패키지의 중앙축과 실질적으로 직교하는 방향으로 엘이디 패키지 밖으로 방사될 수 있도록 엘이디 패키지 상의 여러 위치에 상이한 형상의 여러 굴절면들을 배치하는 것에 의해 엘이디 밖으로 방출되는 광선들의 방향을 제어할 수 있으며, 따라서 조사 범위가 큰 측부발광 소자를 제공할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 가까운 초첨(F)로부터 방사되어 반사면(I)에 직접 입사되는 광은 반사면(I)에서 굴절면(H)로 반사되고, 면(H)에 의해 굴절되어 엘이디 패키지의 중앙축과 실질적으로 직교하는 방향으로 엘이디 패키지의 렌즈를 빠 져나간다. 가까운 초첨(F)로부터 방사되어 굴절면(156)으로 직접 입사되는 광은 면(156)에 의해 굴절되어 역시 엘이디 패키지의 중앙축과 실질적으로 직교하는 방향으로 엘이디 패키지의 렌즈를 빠져나간다. 그러나, 도 1의 엘이디 패키지는 엘이디로부터 방사된 광선을 렌즈로 단 한번 굴절시킬 수 있으며, 더욱이 엘이디를 덮는(covering) 동안 엘이디의 상단에 렌즈를 형성하는 단계가 필요할 뿐만 아니라 특정의 양수-흡입(pumping-suction) 수단을 이용하여 투명한 재질로 렌즈들과 엘이디 간의 간극을 채우는 단계가 필요하기 때문에 엘이디 패키지를 제조하는 공정이 복잡하다고 알려져 있다.
더욱이, "교체형 엘이디 램프 캡슐"이라는 명칭의 미국 특허 제6,682,21호에 개시된 엘이디 캡슐은 엘이디로부터 방사된 광선들을 반사시키기 위해 형성된 다수의 미세구조물들을 가지는 하우징을 이용한다. 그러나, 상기의 엘이디 캡슐은 부피가 커 엘씨디의 광원으로 적용되기에 적당하지 않다.
더욱이, "일체형 미세홈 렌즈를 가지는 방사상 발광 소자"라는 명칭의 미국특허 제6,670,207호에 개시된 엘이디 패키지는 엘이디의 전측에 미세홈들을 가지는 렌즈를 배열하는 것에 의해 엘이디로부터 방사된 광을 분산시킬 수 있다. 그러나, 엘이디가 그 자체로서 이상적인 점광원이 아니므로, 미세홈들을 가지는 렌즈를 이용에 의해 가능한 광의 분산은 기대에 미치지 못하며 미세홈 렌즈를 가지는 엘이디 패키지는 흔하지 않다.
그러므로, 상술한 단점들을 극복할 수 있는 개선된 엘이디 패키지 구조물이 필요하다.
본 발명의 기본적인 목적은 측부 방사형 발광 소자를 제공하기 위해 광원 패키지 구조물의 중앙축과 실질적으로 직교하는 방향으로 광을 패키지 구조물 밖으로 방사할 수 있게 하기 위해 그 내부에서 광을 여러 번 굴절시킬 수 있는 광원 패키지 구조물을 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광원을 수용하기 위한 수용 공간; 그 상부에 형성되는 적어도 하나의 테이퍼진 구조를 가지는 것으로, 광원으로부터 방출되는 광을 받아들이고 이를 굴절시켜 제 1 굴절광을 형성하기 위한 제 1 굴절면; 및 제 1 굴절광을 받아들이고 굴절시켜 광원 패키지 구조물 밖으로 방사되는 제 1 방출광을 형성하기 위한 적어도 하나의 제 2 굴절면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물을 제공한다.
바람직하게는, 테이퍼진 구조는 피라미드 또는 콘(corn) 형태일 수 있다.
바람직하게는, 수용 공간을 메울 때 광원의 외부가 수용 공간의 내부에 꽉 부착될 수 있게 하기 위하여 제 1 굴절면은 그 내부에 수용 공간을 가지는 제 1 렌즈의 실질적인 외부이다.
바람직하게는, 제 2 굴절면은 둥근팁 구조 또는 테이퍼진 구조와 같은 형상일 수 있고, 테이퍼진 구조는 피라미드 또는 콘 형태일 수 있고, 둥근팁 구조의 모양은 호형으로 정의될 수 있다.
바람직하게는, 제 1 굴절면은 거친면으로 의도된다.
바람직하게는, 제 2 굴절면은 거친면으로 의도된다.
바람직하게는, 많은 광원 패키지 구조물들을 매트릭스 형태로 배열하는 것에 의해 플랫 광원(flat light source)이 구성될 수 있고, 매트릭스는 확산 기능(diffusion)을 가지는 물질로 덮이고 메꾸어진다.
바람직하게는, 굴절캡이 제 2 굴절면의 상단에 형성되어 굴절캡이 제 2 굴절면으로 입사되지 못한 제 1 굴절광의 일부를 받아들여 굴절시킴에 따라 이로부터 방사되는 제 2 방출광을 형성한다. 더욱이, 굴절캡은 제 2 굴절면으로 입사되지 못한 제 1 굴절광의 일부를 받아들이고 굴절시켜 제 2 굴절광을 형성하기 위한 제 3 굴절면; 제 3 굴절면과 연결되고, 제 3 굴절광을 형성하도록 제 2 굴절광을 받아들여 굴절시키기 위한 제 4 굴절면; 및 제 4 굴절면 및 제 2 굴절면과 연결되고, 제 2 방출광을 형성하도록 제 3 굴절광을 받아들여 굴절시키는 제 5 굴절면을 더 포함한다.
바람직하게는, 광원 패키지 구조물은 제 2 굴절면 외측에 배치되어 이를 덮으며, 입사되는제 1 및 제 2 방출광을 받아들이고 반사시켜 제 3 방출광을 형성하기 위한 굴절 캡을 더 포함한다.
바람직하게는, 광투과성 물질로 된 층이 광원의 외부에 코팅된다.
바람직하게는, 제 2 굴절면의 일 부분의 법선 벡터와 광원 패키지 구조물의 중앙축 사이에 끼인 각이 형성되고, 끼인 각은 0도와 180도 사이의 범위에 있다.
더욱이, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 광원을 수용하기 위한 수용 공간; 그 상부에 형성되는 적어도 하나의 둥근팁 구조를 가지는 것으로, 광원 으로부터 방출되는 광을 받아들이고 이를 굴절시켜 제 1 굴절광을 형성하기 위한 제 1 굴절면; 및 제 1 굴절광을 받아들이고 굴절시켜 광원 패키지 구조물 밖으로 방사되는 제 1 방출광을 형성하기 위한 적어도 하나의 제 2 굴절면을 포함하는 것을 특징으로 하는 다른 광원 패키지 구조물을 제공한다.
더욱이, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 광원을 수용하기 위한 수용 공간; 그 상부에 형성되는 적어도 하나의 테이퍼진 구조 및 적어도 하나의 둥근팁 구조를 가지는 것으로, 광원으로부터 방출되는 광을 받아들이고 이를 굴절시켜 제 1 굴절광을 형성하기 위한 제 1 굴절면; 및 제 1 굴절광을 받아들이고 굴절시켜 광원 패키지 구조물 밖으로 방사되는 제 1 방출광을 형성하기 위한 적어도 하나의 제 2 굴절면을 포함하는 것을 특징으로 하는 또 다른 광원 패키지 구조물을 제공한다.
더욱이, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 광원을 수용하기 위한 수용 공간; 광원으로부터 방출되는 광을 받아들이고 이를 굴절시켜 제 1 굴절광을 형성하기 위한 제 1 굴절면; 제 1 굴절광을 받아들이고 굴절시켜 광원 패키지 구조물 밖으로 방사되는 제 1 방출광을 형성하기 위한 적어도 하나의 제 2 굴절면; 및 적어도 하나의 상기 제 2 굴절면과 연결되고, 제 1 굴절면의 상단으로부터 방사되는 상기 제 1 굴절광의 일부를 반사하여 반사된 제 1 굴절광이 제 2 굴절면으로 입사될 수 있게 하는 반사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물을 제공한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명한다.
도 2A 및 도 2B는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광원 패키지 구조물을 각각 도시한 3차원도 및 단면도이다. 광원 패키지 구조물(2)은 광원(9)을 수용하기 위한 수용 공간(20), 제1 굴절면(21) 및 적어도 하나의 제2 굴절면(22)를 포함한다. 제1 굴절면은 광원(9)으로부터 방출되는 광을 받아들이는 동시에 이를 굴절시켜 제1 굴절광을 형성하기 위하여 광원(9)에 중첩 배치되며, 제1 굴절면의 상부는 광원으로부터 방사된 광을 굴절시키기 위한 굴절 구조를 더 가지는데, 적어도 하나의 테이퍼진 구조(210)가 제1 굴절면(21)의 상부에 형성되고 동시에 수용 공간의 내부를 메울 때 광원(9)의 외부가 수용 공간(20)의 내부에 꽉 부착될 수 있게 하기 위해 제1 굴절면(21)은 내부에 수용 공간(20)을 가지는 제1 렌즈의 실질적인 외부가 된다. 테이퍼 구조(210)는 피라미드 또는 콘 형태의 구조일 수 있다.
도 2A에 도시된 광원(9)은 단순 엘이디이거나 또는, 대만특허 제M270491호에 개시된 바와 같은 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)나 유사한 합성수지와 같은 통상의 투명 재질의 층으로 코팅된 엘이디일 수 있다. 더욱이, 각각의 제2 굴절면이 제1 굴절광을 받아들이고 굴절시켜 광원 패키지 구조물(2)의 중앙축과 직교하는 방향으로 광원 패키지 구조물(2) 밖으로 방사되는 제1 방출광을 형성하기 위해 사용된다. 여기서, 제2 굴절면(22)의 일 부분의 법선 벡터(normal vector)(51)와 광원 패키지 구조물(2)의 중앙축 사이에 끼인 각이 형성되며, 끼인 각은 0도와 180도 사이에 분포된다.
도 2C 내지 도 2F는 도 2B의 광원 패키지 구조물에 의해 채용될 수 있는 제1 굴절면의 모양들을 도시한다. 광원 패키지 구조물의 중앙축과 대략 직교하는 방향으로 광을 굴절시키기 위한 제1 굴절면의 상부에 형성될 수 있는 다양한 구조가 있다. 도 2C에 있어서, 제1 굴절면(21a)의 모양은 콘 또는 피라미드와 같은 형태이며, 그에 따라 광은 광원 패키지 구조물의 중앙축과 직교하는 방향으로 굴절된다. 도 2D에 있어서, 다수의 피라미드를 포함하는 톱니 구조(211)가 제1 굴절면(21b)의 상부에 형성된다. 도 2E에 있어서, 소정 곡률(211)을 가지는 적어도 하나의 둥근팁 구조(ruond-tipped structure)가 제1 굴절면(21c)의 상부에 형성된다. 도 2F에 도시된 바와 같이, 다수의 테이퍼 구조와 다수의 둥근팁 구조의 조합(213)이 제1 굴절면(21d)의 상부에 형성될 수도 있다. 더욱이, 제1 및 제2 굴절면 모두 거친면으로 의도될 수도 있다.
도 3A는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광원 패키지 구조물의 단면도이다. 광원 패키지 구조물(3)은 광원을 수용하기 위한 수용 공간(30), 광원(9)으로부터 방출되는 광을 받아들이는 동시에 이를 굴절시켜 제1 굴절광을 형성하기 위한 것으로 광원(9)을 덮는 제1 굴절면(31), 제1 굴절광을 받아들이고 굴절시켜 광원 패키지 구조물(3) 바깥으로 방출되는 제1 방출광을 형성하기 위한 제2 굴절면(32), 및 제2 굴절면의 상단에 형성되고 제2 굴절면으로 입사되지 못한 제1 굴절광의 부분을 받아들이고 굴절시켜 그로부터 방사되는 제2 방출광을 형성하는 굴절캡(33)을 포함하며, 0도와 180도 사이에 분포되는 끼인 각이 제2 굴절면(32)의 법선 벡터와 광원 패키지 구조물(3)의 중앙축 사이에 형성된다.
도 3A에 도시된 실시예에 있어서, 굴절캡(33)은 제2 굴절면(32)으로 입사되지 못한 제1 굴절광의 부분을 받아들이고 굴절시켜 제2 굴절광을 형성하기 위한 제3 굴절면(330), 제3 굴절면(330)과 연결되는 것으로 제3 굴절광을 형성하도록 제2 굴절광을 받아들여 굴절시키기 위한 4 굴절면(331), 및 제4 및 제2 굴절면(331, 32)과 연결되는 것으로 제2 방출광을 형성하도록 제3 굴절광을 받아들여 굴절시키기 위한 제5 굴절면(332)을 포함한다. 굴절캡(33)의 배치에 의해, 광원 패키지 구조물(3)의 상단으로부터 방사되기 전에 광선들은 굴절캡(33)이 없는 경우보다 적어도 두 번 더 굴절되어 방사광은 큰 각도로 굴절되고 따라서 광원 패키지 구조물(3)의 중앙축과 거의 직교하게 된다. 도 3A에 있어서, 제3 굴절면(330)의 일 부분의 법선 벡터는 광원 패키지 구조물(3)의 중앙축과 평행하다. 도 3B에 있어서, 제2 굴절광을 형성하도록 비교적 큰 각도로 굴절되는 제3 굴절면(330a)으로 입사되는 제1 굴절광의 각도를 증가시키기 위하여 제3 굴절면(330a)의 모양은 피라미드 또는 콘 모양일 수도 있다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광원 패키지 구조물의 단면도이다. 도 4의 광원 패키지 구조물(7)은 광원(9)을 수용하기 위한 수용 공간(70), 제1 굴절면(71), 적어도 하나의 제2 굴절면(72), 및 반사면(73)을 포함한다. 제1 굴절면(71)은 광원(9)을 덮도록 놓이고, 광원(9)으로부터 방출되는 광을 받아들이는 동시에 제1 굴절광을 형성하도록 이를 굴절하기 위한 것이며, 제1 굴절면(71)은 기둥과 같은 형상이다. 광원(9)은 단순한 엘이디 또는 통상의 투명 재질의 층으로 코팅된 엘이디일 수 있다. 동일한 방식으로 제2 굴절면(72)은 제1 굴절광을 받아들 이고 굴절시켜 광원 패키지 구조물(7) 밖으로 방사되는 제1 방출광을 형성하기 위해 사용되며, 제2 굴절면(72)의 일 부분의 법선 벡터와 광원 패키지 구조물(7)의 중앙축 사이에 끼인 각이 형성된다. 반사면(73)은 제1 굴절면(71)의 상단으로부터 방사되는 제1 굴절광의 일부를 반사하는 동시에 반사된 제1 굴절광이 제2 굴절면(72)으로 입사될 수 있게 하기 위하여 광원 패키지 구조물(7)의 상부에 배치되고 제2 굴절면(72)에 연결된다. 각각의 제1 굴절면(71), 제2 굴절면(72) 및 반사면(73)은 테이퍼진 구조 또는 둥근팁 구조일 수 있으며 동시에 모두 거친 표면으로 설계될 수도 있다. 더욱이, 수용 공간의 내부를 메울 때 광원(9)의 외부가 수용 공간(70)의 내부에 꽉 부착될 수 있게 하기 위해 제1 굴절면(71)은 내부에 수용 공간(70)을 가지는 제1 렌즈의 실질적인 외부가 되며, 이는 상술한 실시예의 것과 유사하므로 여기서 더 설명하지는 않는다.
도 5A 및 도 5B는 본 밤령의 제4 실시예에 따른 광원 패키지 구조물들을 도시한 단면도들로서, 두 광원 패키지 구조물들은 상이한 형태의 굴절 패키지들을 가진다. 본 발명의 핵심은 광원 패키지 구조물이 엘이디로부터 방사되는 광선들을 한번 이상 굴절시킬 수 있도록 설계하는데 있으므로, 도 5A에 도시된 바와 같이, 굴절 패키지(42)가 상술한 실시예들의 제2 굴절면 외측에 배치되고 동시에 굴절 패키지로 입사되는 제 1 및 제 2 방출광을 받아들여 반사시켜 제3 방출광을 형성하게 하기 위하여 제2 굴절면을 덮는다. 도 5A에 있어서, 도 2A, 도 3A, 및 도 4에 개시된 광원 패키지 구조물들은 제1 굴절부(41)로 정의되며, 제1 굴절부(41)가 적어도 하나의 굴절 패키지(42)에 의해 덮일 수 있게 함으로써, 광원(9)의 광은 우선 제1 굴절부(41)에 의해 굴절되고 나서 굴절 패키지(42)에 의해 더 굴절되고, 이에 의해 광은 도 5A의 광원 패키지 구조물의 중앙축과 직교하는 방향에 더욱 가깝게 광원 패키지 구조물 밖으로 방출될 수 있다. 도 5A 및 도 5B에 도시된 바와 같이, 제1 굴절부(41)는 제1 굴절면(411) 및 제2 굴절면(412)을 포함하며, 이에 의해 제1 굴절면(411)에 의해 굴절된 광은 제2 굴절면(412)으로 보내지고 여기서 다시 굴절되어 굴절 패키지(42)로 입사된다. 일반적으로, 제1 굴절부(41)의 상단은 반사면으로 설계되어 제1 굴절면(411)의 제1 굴절광의 일부를 반사시키는데 사용되고 반사된 제1 굴절광은 제2 굴절면(412)으로 입사될 수 있다.
더욱이, 굴절 패키지(42)는 제6 굴절면(421) 및 제7 굴절면(422)을 포함하여 상술한 실시예들에서 도시된 바와 유사하게 구성될 수 있으며, 제1 굴절부(41) 밖으로 방출된 광은 제6 및 제7 굴절면에 의해 연속된 방식으로 굴절될 수 있다. 도 5A에 도시된 실시예에 있어서, 굴절 패키지(42)의 구조는 제1 굴절부(41)의 구조와 동일하다.
그러나, 도 5B에 도시된 바와 같이, 굴절 패키지(42a의 구조는 제1 굴절부의 구조와 상이할 수도 있다. 굴절 패키지(42a)는 제1 굴절부(41) 밖으로 방출되는 광을 받아들여 이를 굴절시키기 위해 실질적으로 만곡된 스크린이며, 굴절 패키지(42a)는 제1 굴절부 밖으로 방출되는 광을 받아들여 이를 굴절시키기 위한 제6 굴절면(421a) 및 제6 굴절면(421a) 밖으로 방출되는 광을 받아들여 이를 굴절시키기 위한 제7 굴절면(422a)을 더 포함한다. 굴절 패키지(42a)는 제1 굴절부(41) 밖으로 방출되는 광을 두 번 이상 굴절시켜 광원 패키지 구조물에 의해 요구되는 굴 절 효과를 향상시키도록 의도된다.
도 6A 및 도 6B는 본 발명의 광원 패키지 구조물에 의해 굴절되는 광의 경로들을 묘사한 개략도이다. 도 6A에 있어서, 엘이디로 구성된 광원으로부터 방사되는 광선들(90a, 91a, 92a)가 제1 굴절면(21)의 대응하는 부분으로 각각 입사될 때, 이들은 각각의 광선(90a, 91a, 92a)이 소한 매질로부터 밀한 매질로 진행하는 것에 따라 굴절면의 대응하는 부분의 법선 벡터를 향해 굴절되어 3개의 제1 굴절 광선(90b, 91b, 92b)을 형성한다. 그리고나서, 3개의 제1 굴절 광선들(90b, 91b, 92b)은 제2 굴절면(33)의 대응하는 부분으로 각각 더 입사되고, 이들은 각각의 광선(90b, 91b, 92b)이 밀한 매질로부터 소한 매질로 진행하는 것에 따라 굴절면의 대응하는 부분의 법선 벡터로부터 멀어지도록 굴절되어 3개의 방출 광선(90c, 91c, 92c)을 형성한다. 결국 상술한 두 번의 굴절에 의해 3개의 방출 광선들(90c, 91c, 92c)은 광원 패키지 구조물(2)의 중앙축과 직교하는 방향으로 진행하도록 보내진다.
도 6B에 있어서, 굴절캡은 광원 패키지 구조물의 상부에 배열되고 제 2 굴절면으로 직접 입사되지 못한 제 1 굴절광의 일부를 받아들여 광원 패키지 구조물의 중앙축과 직교하는 방향으로 그로부터 방사되는 제 2 방출광을 형성하도록 의도된다. 첫째로, 엘이디로부터 방사되는 광선(93a)는 제 1 굴절면(31)의 테이퍼진 구조(31)의 대응하는 부분으로 입사되고, 소한 매질로부터 밀한 매질로 진행하는 것에 따라 대응하는 부분의 법선 백터를 향해 굴절되어 제 1 굴절광선(93b)을 형성한다. 다음으로, 제 1 굴절광(93b)이 제 3 굴절면을 통과함에 따라 즉 제 1 굴절광 (93b)이 밀한 매질로부터 소한 매질로 진행하는 것에 따라, 제 1 굴절광은 입사된 제 3 굴절면(330)의 대응하는 부분의 법선 벡터로부터 멀어지도록 굴절되고 이에 따라 제 2 굴절광(93c)를 형성한다. 원래의 광선(93a)가 중앙축과 거의 평행한 방향으로 광원 패키지 구조물의 상단을 향해 방출되기 때문에, 제 2 굴절광(93c)이 여전히 광원 패키지 구조물의 중앙축과 직교하는 방향으로 광원 패키지 구조물 밖으로 방출되기에 충분하도록 굴절되지 못함에 유의하라. 그러므로, 제 2 굴절광(93c)은 제 3 굴절광(93d)을 형성하도록 제 4 굴절면(331)에 의해 한번 더 굴절되고, 그리고 나서 제 3 굴절광(93)은 제 5 굴절면(332)으로 입사되어 굴절되고 광원 패키지 구조물의 중앙축과 직교하는 방향으로 광원 패키지 구조물 밖으로 방사되는 방출광을 형성하도록 다시 한번 안내된다. 도 6B에 도시된 실시예에 있어서, 제 4 및 제 5 굴절면은 둘 다 울퉁불퉁한 면 또는 거친 면으로 의도될 수 있다.
각각 광원 패키지 구조물과 관련한 시야각을 정의하도록 사용되는 개략도 및 시야각과 도 7A의 광원 패키지 구조물 밖으로 방출되는 광의 조도 사이의 관계를 도시한 개략도인 도 7A 및도 7B를 참조하면, 광원 패키지 구조물의 중앙축은 0도 시야각으로 정의되고 이에 직교하는 왼쪽 방향은 -90도 시야각으로 정의되며 이에 직교하는 오른쪽 방향은 90도 시야각으로 정의된다. 도 7B에 도시된 바와 같이, 60도 및 -60도 시야각의 범위 내에서 본 발명의 광원 패키지 구조물로부터 방사되는 광의 조도는 비교적 약하며, 시야각이 60도 및 -60도 범위를 벗어날 때 조도는 더 강하게 측정된다. 그러므로, 광원 패키지 구조물이 방사된 광의 대부분이 그에 의해 그의 중앙축과 거의 직교하는 방향으로 방출될 수 있게 할 수 있다는 것이 명 확하다.
도 8A는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 광원 패키지 구조물의 단면도다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제 1 굴절면의 상부에 테이퍼진 구조를 배열하는 대신, 제 1 굴절면의 상단이 톱니 모양을 가지며, 이에 의해 본 발명의 유용성이 향상시키기 위해 광원 패키지 구조물의 전체 높이가 낮아질 수 있다. 도 8B에 있어서, 시야각과 도 8A의 광원 패키지 구조물 밖으로 방출되는 광의 조도 사이의 관계는 도 7B에 도시된 바와 유사하며, 따라서 여기서 더 설명하지는 않는다.
바람직한 측면에서, 다수의 광원 패키지 구조물들이 매트릭스 형태로 배열되고 이 매트릭스가 확산판 또는 확산필름과 같은 확산 기능(diffusion capability)을 가지는 물질로 덮이고 밀폐되는 것에 의해 플랫 광원(flat light sourcr)이 구성될 수 있다. 더욱이 조준판(collimating plate)이 확산판 또는 확산 필름에 포개지도록 선택적으로 배열될 수 있다. 이렇게 제조된 플랫 광원은 엘씨디의 백라이트 모듈로 채용되거나, 실내용 조명기구로 채용되거나, 또는 상업용 광고판의 광원으로 채용되는 등 다양한 용도를 가질 수 있으나, 여기에 한정되지 않는다. 더욱이, 광원을 본 발명의 광원 패키지 구조물에 패킹(packing)하는 것이 비교적 용이하다. 속이 빈 수용 공간이 제 1 굴절면의 내부에 형성됨으로써, 광원 패키지 구조물을 광원에 씌우는 것에 의해 패킹은 간단하게 달성될 수 있다. 그러므로, 미국 특허 제6,679,621호에서 둘 다 개시된, 엘이디의 상단에 렌즈를 형성하고 이를 덮는 단계 및 투명한 물질로 렌즈와 엘이디 간의 간극을 메우기 위한 특정의 양 수-흡입 단계는 더 이상 필요 없다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예들에만 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명을 다양하게 변형 실시할 수 있을 것이다. 그리고, 이는 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있을 것이다.

Claims (44)

  1. 광원 패키지 구조물로서,
    광원을 수용하기 위한 수용 공간;
    그 상부에 형성되는 적어도 하나의 테이퍼진 구조를 가지는 것으로, 광원으로부터 방출되는 광을 받아들이고 이를 굴절시켜 제 1 굴절광을 형성하기 위한 제 1 굴절면; 및
    제 1 굴절광을 받아들이고 굴절시켜 광원 패키지 구조물 밖으로 방사되는 제 1 방출광을 형성하기 위한 적어도 하나의 제 2 굴절면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 테이퍼진 구조는 피라미드 및 콘 형태로 구성된 그룹으로부터 선택되는 구조인 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 수용 공간을 메울 때 광원의 외부가 수용 공간의 내부에 꽉 부착될 수 있게 하기 위하여 상기 제 1 굴절면은 그 내부에 상기 수용 공간을 가지는 제 1 렌즈의 실질적인 외부인 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 굴절면은 테이퍼진 구조와 같은 형상으로 이루 어지는 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 굴절면은 그 모양이 호형, 비구면형, 렌즈형, 구형 중 어느 하나로 정의되는 둥근팁 구조로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 구조와 같은 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 굴절면은 거친면으로 의도되는 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 굴절면은 거친면으로 의도되는 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  8. 제 1 항에 있어서, 많은 광원 패키지 구조물들을 매트릭스 형태로 배열하는 것에 의해 플랫 광원이 구성될 수 있고, 상기 매트릭스는 확산기로 덮이는 광원 패키지 구조물.
  9. 제 1 항에 있어서, 굴절캡이 제 2 굴절면의 상단에 형성되어 상기 굴절캡이 제 2 굴절면으로 입사되지 못한 제 1 굴절광의 일부를 받아들여 굴절시킴에 따라 이로부터 방사되는 제 2 방출광을 형성하는 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 굴절캡은
    상기 제 2 굴절면으로 입사되지 못한 제 1 굴절광의 일부를 받아들이고 굴절시켜 제 2 굴절광을 형성하기 위한 제 3 굴절면;
    제 3 굴절면과 연결되고, 제 3 굴절광을 형성하도록 제 2 굴절광을 받아들여 굴절시키기 위한 제 4 굴절면; 및
    제 4 굴절면 및 제 2 굴절면과 연결되고, 제 2 방출광을 형성하도록 제 3 굴절광을 받아들여 굴절시키는 제 5 굴절면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  11. 제 1 항에 있어서, 제 2 굴절면 외측에 배치되어 이를 덮으며, 입사되는제 1 및 제 2 방출광을 받아들이고 반사시켜 제 3 방출광을 형성하기 위한 굴절 패키지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  12. 제 1 항에 있어서, 광투과성 물질로 된 층이 상기 광원의 외부에 코팅되는 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 광투과성 물질은 피엠엠에이(PMMA)인 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 굴절면의 일 부분의 법선 벡터와 상기 광원 패키지 구조물의 중앙축 사이에 끼인 각이 형성되는 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 끼인 각은 0도와 180도 사이의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  16. 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 둥근팁 구조가 제 1 굴절면의 상부에 형성되고 상기 적어도 하나의 테이퍼진 구조에 연결되는 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  17. 제 16 항에 있어서, 둥근팁 구조의 모양은 호형, 비구면형, 렌즈형, 구형 중 어느 하나로 정의되는 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  18. 제 16 항에 있어서, 둥근팁 구조의 경로는 곡선인 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 테이퍼진 구조의 경로는 곡선인 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  20. 광원 패키지 구조물로서,
    광원을 수용하기 위한 수용 공간;
    그 상부에 형성되는 적어도 하나의 둥근팁 구조를 가지는 것으로, 광원으로부터 방출되는 광을 받아들이고 이를 굴절시켜 제 1 굴절광을 형성하기 위한 제 1 굴절면; 및
    제 1 굴절광을 받아들이고 굴절시켜 광원 패키지 구조물 밖으로 방사되는 제 1 방출광을 형성하기 위한 적어도 하나의 제 2 굴절면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  21. 제 20 항에 있어서, 광원의 외부가 수용 공간의 내부에 꽉 부착될 수 있게 하기 위하여 상기 제 1 굴절면은 그 내부에 수용 공간을 가지는 제 1 렌즈의 실질적인 외부인 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  22. 제 20 항에 있어서, 둥근팁 구조의 모양은 호형, 비구면형, 렌즈형, 구형 중 어느 하나로 정의되는 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  23. 제 20 항에 있어서, 둥근팁 구조의 경로는 곡선인 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  24. 제 20 항에 있어서, 상기 제 2 굴절면의 테이퍼진 구조와 같은 형상으로 이 루어지는 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  25. 제 20 항에 있어서, 상기 제 2 굴절면은 그 모양이 호형, 비구면형, 렌즈형, 구형 중 어느 하나로 정의되는 둥근팁 구조로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 구조와 같은 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  26. 제 20 항에 있어서, 상기 제 1 굴절면은 거친면으로 의도되는 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  27. 제 20 항에 있어서, 상기 제 2 굴절면은 거친면으로 의도되는 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  28. 제 20 항에 있어서, 많은 광원 패키지 구조물들을 매트릭스 형태로 배열하는 것에 의해 플랫 광원이 구성될 수 있고, 상기 매트릭스는 확산기로 덮이는 광원 패키지 구조물.
  29. 제 20 항에 있어서, 상기 굴절캡은
    상기 제 2 굴절면으로 입사되지 못한 제 1 굴절광의 일부를 받아들이고 굴절시켜 제 2 굴절광을 형성하기 위한 제 3 굴절면;
    제 3 굴절면과 연결되고, 제 3 굴절광을 형성하도록 제 2 굴절광을 받아들여 굴절시키기 위한 제 4 굴절면; 및
    제 4 굴절면 및 제 2 굴절면과 연결되고, 제 2 방출광을 형성하도록 제 3 굴절광을 받아들여 굴절시키는 제 5 굴절면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 굴절캡은
    상기 제 2 굴절면으로 입사되지 못한 제 1 굴절광의 일부를 받아들이고 굴절시켜 제 2 굴절광을 형성하기 위한 제 3 굴절면;
    제 3 굴절면과 연결되고, 제 3 굴절광을 형성하도록 제 2 굴절광을 받아들여 굴절시키기 위한 제 4 굴절면; 및
    제 4 굴절면 및 제 2 굴절면과 연결되고, 제 2 방출광을 형성하도록 제3 굴절광을 형성하도록 제 3 굴절광을 받아들여 굴절시키는 제 5 굴절면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  31. 제 20 항에 있어서, 제 2 굴절면 외측에 배치되어 이를 덮으며, 입사되는제 1 및 제 2 방출광을 받아들이고 반사시켜 제 3 방출광을 형성하기 위한 굴절 패키지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  32. 제 20 항에 있어서, 광투과성 물질로 된 층이 상기 광원의 외부에 코팅되는 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  33. 제 32 항에 있어서, 상기 광투과성 물질은 피엠엠에이(PMMA)인 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  34. 제 20 항에 있어서, 상기 제 2 굴절면의 일 부분의 법선 벡터와 상기 광원 패키지 구조물의 중앙축 사이에 끼인 각이 형성되는 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  35. 제 34 항에 있어서, 상기 끼인 각은 0도와 180도 사이의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  36. 광원 패키지 구조물로서,
    광원을 수용하기 위한 수용 공간;
    광원으로부터 방출되는 광을 받아들이고 이를 굴절시켜 제 1 굴절광을 형성하기 위한 제 1 굴절면;
    상기 제 1 굴절광을 받아들이고 굴절시켜 광원 패키지 구조물 밖으로 방사되는 제 1 방출광을 형성하기 위한 적어도 하나의 제 2 굴절면; 및
    적어도 하나의 상기 제 2 굴절면과 연결되고, 상기 제 1 굴절면의 상단으로부터 방사되는 상기 제 1 굴절광의 일부를 반사하여 반사된 제 1 굴절광이 상기 제 2 굴절면으로 입사될 수 있게 하는 반사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 패 키지 구조물.
  37. 제 36 항에 있어서, 적어도 하나의 둥근팁 구조가 상기 제 1 굴절면의 상부에 형성되는 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  38. 제 36 항에 있어서, 적어도 하나의 테이퍼진 구조가 상기 제 1 굴절면의 상부에 형성되는 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  39. 상기 테이퍼진 구조는 피라미드 및 콘 형태로 구성된 그룹으로부터 선택되는 구조인 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  40. 제 36 항에 있어서, 광원의 외부가 수용 공간의 내부에 꽉 부착될 수 있게 하기 위하여 상기 제 1 굴절면은 그 내부에 수용 공간을 가지는 제 1 렌즈의 실질적인 외부인 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  41. 제 37 항에 있어서, 둥근팁 구조의 모양은 호형, 비구면형, 렌즈형, 구형 중 어느 하나로 정의되는 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  42. 제 34 항에 있어서, 많은 광원 패키지 구조물들을 매트릭스 형태로 배열하는 것에 의해 플랫 광원이 구성될 수 있고, 상기 매트릭스는 확산기로 덮이는 광원 패 키지 구조물.
  43. 제 36 항에 있어서, 제 2 굴절면 외측에 배치되어 이를 덮으며, 입사되는제 1 및 제 2 방출광을 받아들이고 반사시켜 제 3 방출광을 형성하기 위한 굴절 패키지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
  44. 제 36 항에 있어서, 광투과성 물질로 된 층이 상기 광원의 외부에 코팅되는 것을 특징으로 하는 광원 패키지 구조물.
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