KR20110054162A - 발광소자 패키지 - Google Patents

Abstract

발광소자 패키지가 제공된다.

본 발명에 따른 발광소자 패키지는 캐비티를 구비하는 몸체; 상기 캐비티 내에 배치되어 상기 몸체에 실장되는 발광소자와, 상기 발광소자를 에워싸는 수지부재를 구비하는 발광부; 및 상기 캐비티 상부에 배치되며 프레넬(Fresnel) 렌즈 형상으로 이루어져 상기 발광소자로부터 방사되는 광을 집광하는 집광부와, 상기 집광부로부터 연장되어 상기 캐비티 내에 배치되며 상기 발광소자에서 측면으로 방사되는 광을 반사하는 반사부를 구비하는 렌즈;를 포함한다.

발광소자, 칩, 렌즈, 프레넬

Description

발광소자 패키지{Light Emitting Diode Package}

본 발명은 발광소자 패키지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중앙조도가 높고 주변조도비 또한 우수하여 선명한 영상을 얻을 수 있는 발광소자 패키지에 관한 것이다.

일반적으로 카메라에 설치되는 플래시는 원통형의 방전튜브를 사용하여 야간에도 사진촬영이 가능하도록 하고 있지만, 고용량의 커패시터를 필요로하기 때문에 공간을 많이 차지하게 되어 휴대용 단말기와 같은 컴팩트한 구조에서는 적용하기가 용이하지 않다는 단점과, 전력소비가 많을 뿐 아니라 친환경적이지 못하다는 문제점이 있다.

반면에 발광소자(LED)는 우수한 광효율과 소형화가 가능하다는 장점을 가지며, 친환경 및 저소비전력 등의 이유로 TV, 컴퓨터, 조명 등 여러 분야에서 널리 사용되고 있으며, 점차적으로 활용분야를 넓혀 나가고 있는 실정이다.

최근에는 환경친화적 제품의 트렌드에 맞추어 다양한 발광소자(LED)가 개발되고 있으며, 플래시에 적용이 가능한 고출력 발광소자가 시장에 출시됨에 따라 카 메라 또는 휴대용 단말기 등에 이러한 고출력 발광소자를 탑재하여 야간 촬영 및 조명 기능을 수행하도록 하고 있다.

그러나, 발광소자를 탑재한 플래시는 중앙조도가 높다는 장점은 있으나, 반면에 주변조도비가 낮다는 단점이 있으며, 이러한 문제를 해결할 수 있는 구조에 대해서 많은 연구가 진행되고 있다.

본 발명의 목적은 플래시용 광원으로 사용되는 발광소자 패키지에서 렌즈의 구조적 변경을 통해 중앙조도가 높을 뿐만 아니라 주변조도비도 우수하여 선명한 영상을 얻을 수 있는 발광소자 패키지를 제공하는데 있다.

본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지는 캐비티를 구비하는 몸체; 상기 캐비티 내에 배치되어 상기 몸체에 실장되는 발광소자와, 상기 발광소자를 에워싸는 수지부재를 구비하는 발광부; 및 상기 캐비티 상부에 배치되며 프레넬(Fresnel) 렌즈 형상으로 이루어져 상기 발광소자로부터 방사되는 광을 집광하는 집광부와, 상기 집광부로부터 연장되어 상기 캐비티 내에 배치되며 상기 발광소자에서 측면으로 방사되는 광을 반사하는 반사부를 구비하는 렌즈;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 렌즈는 광축 방향 치수에 관하여 다음의 조건식 1을 만족시킬 수 있다.

(조건식 1) 1.0 ≤ FL_FP / CT_1 ≤ 2.0

여기서, FL_FP는 집광부의 초점거리이고, CT_1는 발광부의 발광면 중심에서 렌즈 상면 중심까지의 거리이다.

또한, 상기 렌즈는 반사부의 형상에 관하여 다음의 조건식 2를 만족시킬 수 있다.

(조건식 2) 90° < θ < 130°

여기서, θ는 반사부의 하면과 측면이 이루는 각도이다.

또한, 상기 렌즈는 집광부와 반사부의 형상에 관하여 다음의 조건식 3을 만족시킬 수 있다.

(조건식 3) 0.6 < CT_2 / D < 1.0

여기서, CT_2는 렌즈의 중심두께이고, D는 반사부 하단의 장축 거리이다.

또한, 상기 렌즈는 상기 집광부와 반사부가 일체로 이루어져 상기 몸체와 결합을 이룰 수 있다.

또한, 상기 반사부는 외측면을 따라 구비되는 반사층을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 수지부재는 형광체를 더 함유할 수 있다.

또한, 상기 렌즈의 반사부와 상기 발광부 사이에는 소정 크기의 공간에 해당하는 공기층이 형성되어 구비될 수 있다.

또한, 상기 렌즈의 반사부와 상기 캐비티 사이에는 소정 크기의 공간에 해당하는 공기층이 형성되어 구비될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 발광소자의 전면에 구비되는 렌즈의 구조를 변경함으로써 발광소자에서 방사되는 광의 손실을 최소화하여 발광효율을 향상시키는 효과를 가진다.

또한, 중앙조도를 높여 선명한 영상을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 주변조도 비도 충분히 확보할 수 있는 장점을 가진다.

본 발명에 따른 발광소자 패키지의 실시예에 관한 사항을 도면을 참조하여 설명한다.

그러나, 본 발명의 실시예는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 도면 상에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 참조부호를 사용할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지를 나타내는 분해사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 발광소자 패키지를 나타내는 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지(1)는 몸체(10), 발광부(20), 렌즈(30)를 포함하여 구성된다.

상기 몸체(10)는 플라스틱이나 수지 또는 세라믹 재질로 형성될 수 있으며, 전면이 개방된 캐비티(11)를 구비하여 추후 설명하는 발광소자(21)를 그 내부에 수용한다.

상기 캐비티(11)는 발광소자(21)로부터 방사되는 광의 확산을 위해 내주면이 전방을 향해 경사진 구조를 형성하며, 내측보다 전면 외측으로 갈수록 내주면의 크기가 확장되도록 구성된다.

따라서, 도면과 같이 상기 캐비티(11)가 원통형 구조로 형성되어 원형 또는 타원형의 수평단면을 가지는 경우, 상기 캐비티(11)는 내측의 내경보다 외측의 내경이 더 넓은 원추 형상을 가진다.

이에 한정하지 않고, 상기 캐비티(11)가 사각형의 수평단면을 가지도록 하는 것도 가능하며, 이 경우 상기 캐비티(11)는 내측의 단면보다 외측의 단면이 더 넓은 피라미드 형상의 구조로 형성될 수 있다.

상기 발광부(20)는 상기 캐비티(11) 내에 배치되어 상기 몸체(10)에 실장되는 발광소자(21)와, 상기 발광소자(21)를 에워싸는 수지부재(22)로 구성된다.

상기 발광소자(21)는 외부에서 인가되는 전원에 의해 소정 파장의 빛을 방사하는 반도체소자의 일종이며, 본 발명에 따른 실시예에서는 단일의 발광소자가 구비되는 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며 복수개의 발광소자를 구비하는 것도 가능하다.

상기 발광소자(21)는 상기 캐비티(11) 내에 수용되어 상기 몸체(10)의 내부에 구비되는 한 쌍의 리드 프레임(미도시)과 전기적으로 연결되도록 실장된다.

상기 수지부재(22)는 미도시된 디스펜서 등을 통해 상기 캐비티(11)내에 주입되어 상기 발광소자(21) 및 상기 캐비티(11)의 저면으로 일부 노출되는 상기 리드 프레임(미도시)을 일체로 에워싸서 밀봉한다.

이때, 상기 수지부재(22)는 상기 캐비티(11) 전체에 채워지는 것이 아닌 상 기 발광소자(21)를 소정 높이만큼 에워싸는 정도로 상기 캐비티(11)의 저면 일부분에만 구비된다.

그리고, 상기 수지부재(22)는 투명 수지인 것이 바람직하며, 광의 확산 및 분산을 위해 형광체를 더 함유할 수 있다.

상기 렌즈(30)는 상기 캐비티(11)를 덮도록 상기 몸체(10)의 전면에 구비되며, 상기 발광소자(21)로부터 방사되는 광을 집광하는 집광부(31)와, 상기 집광부(31)로부터 연장되어 상기 캐비티(11) 내에 배치되며 상기 발광소자(21)에서 측면으로 방사되는 광을 전방으로 반사하는 반사부(32)로 구성된다.

도면에서와 같이, 상기 집광부(31)는 상면(전면)과 하면(후면)이 수평한 원반형 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정하지 않고 사각형 등의 다각형 구조로도 형성될 수 있으며, 상기 본체(10)의 단면과 실질적으로 대응되는 크기를 가진다.

특히, 상기 집광부(31)는 물체측 전방을 향하는 상면에 동심원 홈이 광축을 중심으로 복수개 형성되어 있는 프레넬(Fresnel) 렌즈인 것이 바람직하다.

상기 반사부(32)는 상기 집광부(31)의 중심인 광축을 따라서 상기 집광부(31)의 하면으로부터 연장되어 돌출되는 구조로 형성된다.

이러한 반사부(32)는 돌출된 하면과 상기 발광부(20)의 상면이 서로 대향하는 구조로 상기 캐비티(11) 내에 배치되어 상기 발광소자(21)에서 측면을 향해 방사되는 광을 상기 반사부(32)의 측면에서 반사시켜 전방의 집광부(31)를 향하도록 제어한다.

따라서, 상기 반사부(32)는 상기 본체(10)의 캐비티(11) 내에 배치될 수 있 도록 상기 캐비티(11)의 형상과 대응되는 형상을 가진다. 도면에서는 원추 형상을 가지는 캐비티(11)에 대응하여 상기 반사부(32)가 원추 형상으로 형성되는 것으로 도시하고 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.

즉, 상기 캐비티(11)가 피라미드 형상을 가지는 경우 상기 반사부(32)도 이에 대응하는 피라미드 형상으로 형성될 수 있다.

보다 효율적인 반사를 위해 상기 반사부(32)의 외측면에는 고반사율을 가지는 반사층(미도시)을 더 구비할 수 있다. 상기 반사층은 상기 반사부(32)의 외측면을 따라서 코팅되거나 박막 형상으로 부착하는 방식으로 구비될 수 있다.

상기 집광부(31)와 반사부(32)는 일체로 이루어져 상기 렌즈(30)를 형성하며, 바람직하게는 다이캐스팅 등을 통해 일체로 제조되는 상기 렌즈(30)는 별도로 제조되는 상기 몸체(10)와 결합하여 발광소자 패키지(1)를 형성한다.

이때, 상기 렌즈(30)의 반사부(32)와 상기 발광부(20) 사이에는 굴절률의 변화를 통한 광 입사량의 증가를 위해 소정 크기의 공간에 해당하는 공기층(40)이 형성되어 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 공기층(40)은 상기 반사부(32)의 외측면과 상기 캐비티(11) 사이에도 형성될 수 있으며, 따라서 굴절률의 변화를 통한 전반사를 용이하게 하여 광 입사량을 증가시키는 것이 가능하다.

이 경우, 상기 반사부(32)의 외측면은 반사층을 구비하지 않는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 렌즈(30)는 중앙조도를 높이면서 주변조도비를 적절히 확보하기 위해서 상기한 바와 같은 특징과 함께 다음과 같은 조건식을 만족하는 범위 내에서 구현되도록 함이 바람직하다.

우선, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈(30)는 광축 방향 치수에 관하여 다음의 조건식 1을 만족시키는 범위 내에서 구현됨이 바람직하다.

(조건식 1) 1.0 ≤ FL_FP / CT_1 ≤ 2.0

여기서, FL_FP는 집광부(31)의 초점거리이고, CT_1는 발광부(20)의 발광면 중심에서 렌즈(30) 상면 중심까지의 거리이다.

상기 조건식 1은 물체측 전방에서의 중앙조도를 높이고, 주변조도비를 적절히 확보하기 위한 수단이다.

조건식 1의 하한을 벗어나게 되면 중앙조도는 높아지지만 주변조도비가 현저하게 줄어들게 되어 야간 사진촬영시에 주변 피사체가 어둡게 촬영되는 문제점이 있다.

그리고, 조건식 1의 상한을 벗어나게 되면 주변조도비는 충분히 확보할 수 있지만 중앙조도가 상대적으로 낮아지게 되어 선명한 영상을 얻는 것이 어렵게 된다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈(30)는 상기한 조건식 1과 함께 또는 독립적으로 반사부(32)의 형상에 관하여 다음의 조건식 2를 만족시키는 범위 내에서 구현됨이 바람직하다.

(조건식 2) 90° < θ < 130°

여기서, θ는 반사부(32)의 하면과 측면이 이루는 각도이다.

상기 조건식 2는 발광소자(21)에서 방사된 광이 반사부(32) 측면에서 반사되어 집광부(31)를 통과하면서 굴절된 후 물체측 전방으로 향하게 하기 위한 수단이다.

조건식 2의 하한을 벗어나게 되면 반사부(32) 측면에서 반사된 광이 집광부(31) 가장자리를 통과하게 되어 전방으로 향하지 못하는 경우가 많이 발생하게 되어 광 손실이 커지게 된다.

그리고, 조건식 2의 상한을 벗어나게 되면 반사부(32) 측면에서 반사된 광이 대부분 물체측 전방 중심으로 향하게 되어 주변조도비가 크게 떨어지게 된다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈(30)는 상기 조건식 1 및 조건식 2 중 적어도 하나와 함께 또는 독립적으로 집광부(31)와 반사부(32)의 형상에 관하여 다음의 조건식 3을 만족시키는 범위 내에서 구현됨이 바람직하다.

(조건식 3) 0.6 < CT_2 / D < 1.0

여기서, CT_2는 렌즈(30)의 중심두께이고, D는 반사부(32) 하단의 장축 거리이다. 도 4a에서와 같이 반사부(32)가 원형으로 형성되는 경우 D는 반사부(32) 하단의 지름이 되고, 도 4b에서와 같이 직사각형으로 형성되는 경우 장축 거리가 된다.

상기 조건식 3은 중앙조도를 충분히 확보하고, 주변조도비를 적절히 달성하면서 슬림화를 달성하기 위한 수단이다.

조건식 3의 하한을 벗어나게 되면 광원인 발광부(20)와 렌즈(30)의 거리가 너무 가까워지게 되어 광의 확산효과가 커지게 됨에 따라서 전방으로 향하는 광이 크게 줄어들게 되며, 따라서 광 손실이 커지게 된다.

그리고, 조건식 3의 상한을 벗어나게 되면 전방으로 향하는 광을 증가시킬 수는 있으나, 조명광학계의 크기가 커지게 되어 슬림화 달성이 어렵게 된다.

이하, 구체적인 수치 실시예와 비교예를 통하여 본 발명에 대해 살펴본다.

- 실시예 1 -

본 실시예 1에 따른 FL_FP는 3.036이고, CT_1은 1.65, θ는 100°, CT_2는 1.5, D는 1.94이다.

상기 각 수치들의 적용에 따라 상기한 조건식들의 값은 다음과 같이 나타내어진다.

[조건식 1] : 1.84

[조건식 2] : 100

[조건식 3] : 0.77

- 실시예 2 -

본 실시예 2에 따른 FL_FP는 2.632이고, CT_1은 1.55, θ는 107°, CT_2는 1.4, D는 1.84이다.

상기 각 수치들의 적용에 따라 상기한 조건식들의 값은 다음과 같이 나타내어진다.

[조건식 1] : 1.70

[조건식 2] : 107

[조건식 3] : 0.76

- 실시예 3 -

본 실시예 3에 따른 FL_FP는 2.227이고, CT_1은 1.55, θ는 115°, CT_2는 1.4, D는 1.74이다.

상기 각 수치들의 적용에 따라 상기한 조건식들의 값은 다음과 같이 나타내어진다.

[조건식 1] : 1.44

[조건식 2] : 115

[조건식 3] : 0.80

이상의 실시예 1 내지 실시예 3은 상기 조건식 1 내지 조건식 3을 만족하는 범위 내에서의 시험값들임을 확인할 수 있으며, 하기 [표]에서 알 수 있듯이 주변조도비가 70%대를 나타내는 것으로 보아 충분한 주변조도비를 확보할 수 있음을 알 수 있다.

여기서, 주변조도비는 1m 떨어진 물체에서 화각(view angle) 62°에 해당되는 지점의 70%의 위치에서의 조도 평균값을 중심조도로 나눈 값이다.

[표]

반면에, 비교예 1의 경우 조건식 1의 하한인 1.0을 벗어나 주변조도비가 떨어짐을 알 수 있으며(48%), 비교예 2의 경우 조건식 2의 하한인 90°를 벗어나 광손실이 증가됨을 알 수 있다(52%).

그리고, 비교예 3의 경우 조건식 3의 하한인 0.6을 벗어나 광손실이 증가됨을 알 수 있다(54%).

이상의 실시예 및 비교예를 통하여 중앙조도를 높여 선명한 영상을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 주변조도비도 충분히 확보할 수 있는 발광소자 패키지를 구성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지를 나타내는 분해사시도이다.

도 2는 도 1에 도시한 발광소자 패키지를 나타내는 단면도이다.

도 3은 도 2에 도시한 발광소자 패키지에서 렌즈의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 4는 도 3에 도시한 렌즈에서 반사부를 실시예 별로 나타내는 저면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10....... 본체 11....... 캐비티

20....... 발광부 21....... 발광소자

22....... 수지부재 30....... 렌즈

40....... 공기층

Claims (9)

1. 캐비티를 구비하는 몸체;

   상기 캐비티 내에 배치되어 상기 몸체에 실장되는 발광소자와, 상기 발광소자를 에워싸는 수지부재를 구비하는 발광부; 및

   상기 캐비티 상부에 배치되며 프레넬(Fresnel) 렌즈 형상으로 이루어져 상기 발광소자로부터 방사되는 광을 집광하는 집광부와, 상기 집광부로부터 연장되어 상기 캐비티 내에 배치되며 상기 발광소자에서 측면으로 방사되는 광을 반사하는 반사부를 구비하는 렌즈;

   를 포함하는 발광소자 패키지.
2. 제1항에 있어서,

   상기 렌즈는 광축 방향 치수에 관하여 다음의 조건식 1을 만족시키는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.

   (조건식 1) 1.0 ≤ FL_FP / CT_1 ≤ 2.0

   여기서, FL_FP : 집광부의 초점거리

   CT_1 : 발광부의 발광면 중심에서 렌즈 상면 중심까지의 거리
3. 제1항에 있어서,

   상기 렌즈는 반사부의 형상에 관하여 다음의 조건식 2를 만족시키는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.

   (조건식 2) 90° < θ < 130°

   여기서, θ : 반사부의 하면과 측면이 이루는 각도
4. 제1항에 있어서,

   상기 렌즈는 집광부와 반사부의 형상에 관하여 다음의 조건식 3을 만족시키는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.

   (조건식 3) 0.6 < CT_2 / D < 1.0

   여기서, CT_2 : 렌즈의 중심두께

   D : 반사부 하단의 장축 거리
5. 제1항에 있어서,

   상기 렌즈는 상기 집광부와 반사부가 일체로 이루어져 상기 몸체와 결합을 이루는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
6. 제1항에 있어서,

   상기 반사부는 외측면을 따라 구비되는 반사층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
7. 제1항에 있어서,

   상기 수지부재는 형광체를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
8. 제1항에 있어서,

   상기 렌즈의 반사부와 상기 발광부 사이에는 소정 크기의 공간에 해당하는 공기층이 형성되어 구비되는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
9. 제1항에 있어서,

   상기 렌즈의 반사부와 상기 캐비티 사이에는 소정 크기의 공간에 해당하는 공기층이 형성되어 구비되는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.

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