KR20130081869A - 렌즈 유닛 및 발광 장치 - Google Patents

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KR20130081869A
KR20130081869A KR1020120002941A KR20120002941A KR20130081869A KR 20130081869 A KR20130081869 A KR 20130081869A KR 1020120002941 A KR1020120002941 A KR 1020120002941A KR 20120002941 A KR20120002941 A KR 20120002941A KR 20130081869 A KR20130081869 A KR 20130081869A
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김태진
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

렌즈 유닛은, 상부 방향으로 오목한 제1 리세스와, 제1 리세스에 대향하고 하부 방향으로 오목한 제2 리세스와, 제1 및 제2 리세스의 중심에서 수직 법선을 기준으로 서로 대칭된 제1 및 제2 렌즈를 포함한다. 제1 및 제2 렌즈 각각은, 제1 리세스에 형성된 입사면과, 제2 리세스에 형성된 반사면과, 입사면에 접하는 배면과, 배면과 반사면 사이에 형성된 다수의 측면을 포함한다. 제2 리세스의 최저점의 위치는 다음의 수식으로 나타내어지는 제1 높이(h1)에 의해 결정된다.
Figure pat00009
,
h1은 상기 배면으로부터 제2 리세스의 최저점까지의 높이를 나타내고, h는 렌즈 유닛의 높이를 나타내고, w는 렌즈 유닛의 폭을 나타내고, l2는 제2 리세스의 최저점으로부터 최상점까지의 수평 거리를 나타내며, θc는 반사면이 전반사를 발생시키기 위한 임계각이다.

Description

렌즈 유닛 및 발광 장치{Lens unit and light-emitting apparatus}
실시예는 렌즈 유닛에 관한 것이다.
실시예는 발광 장치에 관한 것이다.
발광 소자는 저 소비 전력, 장수명 및 환경 친화적인 장점을 가진다.
발광 소자는 조명이나 디스플레이를 위한 라이트 유닛에 널리 활용될 수 있다.
발광 소자의 광을 최적화된 광 효율로 원하는 방향으로 지향되도록 광을 제어하기 위한 렌즈 유닛이 개발되고 있다.
실시예는 새로운 구조의 렌즈 유닛을 제공한다.
실시예는 최적화된 광 효율을 얻을 수 있는 렌즈 유닛을 제공한다
실시예는 원하는 광 지향각을 얻을 수 있는 렌즈 유닛을 제공한다.
실시예는 최적화된 광 효율을 얻을 수 있는 조명 장치를 제공한다.
실시예는 원하는 광 지향각을 얻을 수 있는 조명 장치를 제공한다.
실시예에 따르면, 렌즈 유닛은, 상부 방향으로 오목한 제1 리세스; 상기 제1 리세스에 대향하고 하부 방향으로 오목한 제2 리세스; 및 상기 제1 및 제2 리세스의 중심에서 수직 법선을 기준으로 서로 대칭된 제1 및 제2 렌즈를 포함하고, 상기 제1 및 제2 렌즈 각각은, 상기 제1 리세스에 형성된 입사면; 상기 제2 리세스에 형성된 반사면; 상기 입사면에 접하는 배면; 및 상기 배면과 상기 반사면 사이에 형성된 다수의 측면을 포함하고, 상기 제2 리세스의 최저점의 위치는 다음의 수식으로 나타내어지는 제1 높이(h1)에 의해 결정된다.
Figure pat00001
,
h1은 상기 배면으로부터 상기 제2 리세스의 최저점까지의 높이를 나타내고, h는 상기 렌즈 유닛의 높이를 나타내고, w는 상기 렌즈 유닛의 폭을 나타내고, l1는 제2 리세스의 최상점으로부터 측면까지의 수평 거리를 나타내고, θc는 상기 반사면이 전반사를 발생시키기 위한 임계각이다.
실시예에 따르면, 이상의 렌즈 유닛은 조명 장치에 적용될 수 있다.
실시예는 상부에 있는 리세스(recess)의 반사면이 전반사가 되도록 하여 최적화된 광 효율을 얻을 수 있다.
실시예는 렌즈 유닛을 최적화로 설계하여 원하는 지향각의 광을 얻을 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 렌즈 유닛을 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 제2 리세스를 도시한 확대도이다.
도 3은 실시예에 따른 발광 장치를 도시한 단면도이다.
도 4는 실시예에 따른 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 5는 실시예에 따른 발광 소자를 갖는 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 6은 실시예에 따른 조명 장치의 사시도이다.
발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 렌즈 유닛을 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 제2 리세스를 도시한 확대도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 렌즈 유닛(1)은 제1 및 제2 리세스(11, 13) 및 제1 및 제2 렌즈(11, 13)를 포함할 수 있다.
상기 제1 리세스(11)는 상부 방향으로 오목하도록 형성되고, 상기 제2 리세스(13)는 하부 방향으로 오목하도록 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제1 리세스(11)는 상기 렌즈 유닛(1)의 하부에 형성되고, 상기 제2 리세스(13)는 상기 렌즈 유닛(1)의 상부에 형성될 수 있다.
상기 제1 리세스(11)와 상기 제2 리세스(13)는 수평 방향의 수평 법선을 기준으로 서로 동일한 형상으로 대칭되거나 서로 상이한 형상으로 대칭될 수 있다.
예컨대, 상기 제1 리세스(11)와 제2 리세스(13) 모두 구 형상이나 뿔 형상으로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
예컨대, 상기 제1 리세스(11)는 상부 방향으로 오목한 반구 형상으로 형성되는데 반해, 상기 제2 리세스(13)는 하부 방향으로 오목한 뿔 형상으로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제1 및 제2 렌즈(11, 13)는 상기 제1 및 제2 리세스(11, 13)의 중심에서 수직 방향의 수직 법선을 기준으로 서로 동일한 형상으로 대칭될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제1 및 제2 렌즈(11, 13)는 서로 동일한 형상으로 대칭되므로, 설명의 편의상 제1 렌즈(11)를 중심으로 설명한다.
설명되지 않은 제2 렌즈(13)는 제1 렌즈(11)의 설명으로부터 용일하게 이해될 수 있다.
상기 제1 렌즈(11)는 입사면(21), 반사면(23), 배면(24), 상면 (28) 및 제1 내지 제3 측면(25 내지 27)을 형성할 수 있다.
상기 입사면(21), 상기 반사면(23), 상기 배면(24), 상기 상면 (28) 및 상기 제1 내지 제3 측면(25 내지 27) 각각은 광의 진행 경로를 제어하는 역할을 할 수 있다. 즉, 상기 입사면(21), 상기 반사면(23), 상기 배면(24), 상기 상면 (28) 및 상기 제1 내지 제3 측면(25 내지 27) 각각에 의해 상기 렌즈 유닛(1) 내의 광이 반사 또는 투과되도록 진행될 수 있다.
예컨대, 상기 렌즈 유닛(1)의 광은 상기 반사면(23)에 의해 반사되어 상기 제3 면으로 진행되고, 상기 제3 면에 의해 투과되거나 반사될 수 있다. 상기 제3 면에 의해 반사된 광은 상기 제1 면에 의해 반사되어 상기 반사면(23)으로 진행되고, 다시 상기 (23)에 의해 반사되어 상기 제3 측면(27)을 통해 외부로 출사될 수 있다.
아울러, 상기 제1 렌즈(11) 내의 광은 상기 입사면(21), 상기 반사면(23), 상기 배면(24), 상기 상면 (28) 및 상기 제1 내지 제3 측면(25 내지 27) 각각에 의해 반사되어 상기 제2 렌즈(13) 내로 진행될 수도 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 배면(24)은 직선 형상을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 배면(24)은 다른 소자, 예컨대 발광 소자에 부착되기 위한 면일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 배면(24)은 상기 제1 렌즈(11)의 내부의 광을 반사시키는 역할을 할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 발광 소자에 틸트(tilt) 없이 부착되어야 제1 및 제2 렌즈(11, 13)로부터 동일한 광 효율을 얻을 수 있으므로, 상기 배면(24)은 미세한 수평 균일도를 유지하도록 직선 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 상기 배면(24)의 수평 균일도는 5nm 내지 50nm일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 입사면(21), 상기 반사면(23), 상기 상면 (28) 및 상기 제1 내지 제3 측면(25 내지 27)은 직선 형상을 가질 수 있다.
상기 입사면(21), 상기 반사면(23), 상기 상면 (28) 및 상기 제1 내지 제3 측면(25 내지 27) 중 적어도 하나의 면은 직선 형상을 가지지 않을 수 있다. 예컨대, 상기 직선 형상이 아닌 형상은 곡선 형상일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제1 리세스(11)는 상부 방향으로 오목한 형상으로 형성되고, 상기 오목한 형상의 내면은 입사면(21)으로 명명될 수 있다.
상기 입사면(21)은 상기 제1 리세스(11) 내에서 수직 법선 방향을 기준으로 서로 대칭되도록 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 입사면(21)은 발광 소자의 광이 입사되는 면으로서, 발광 소자의 광을 최대한 렌즈 유닛(1)의 내부로 제공하여 주는 역할을 할 수 있다. 따라서, 상기 입사면(21)은 이러한 역할을 갖도록 다양한 기하학적인 형상으로 형성될 수 있다.
예컨대, 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 입사면(21)은 상기 구 형상으로 형성될 수 있다.
도면에 도시되지 않았지만, 상기 입사면(21)은 상부 방향으로 오목한 뿔 형상으로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
도면에 도시되지 않았지만, 상기 입사면(21)은 서로 상이한 내각을 갖는 다수의 면을 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
도면에 도시되지 않았지만, 상기 입사면(21)은 요철 형상으로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 입사면(21)과 상기 배면(24)은 서로 접하도록 형성될 수 있다.
상기 제2 리세스(13)는 하부 방향으로 오목한 형상으로 형성되고, 상기 오목한 형상의 내면은 반사면(23)으로 명명될 수 있다.
상기 반사면(23)은 상기 제2 리세스(13) 내에서 수직 법선 방향을 기준으로 서로 대칭되도록 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 반사면(23)은 상기 발광 소자로부터 상기 입사면(21)을 통해 렌즈 유닛(1) 안으로 들어온 광을 반사시키는 역할을 할 수 있다.
상기 반사면(23)은 그 기하학적 형상에 따라 광을 전반사 또는 반사 및 투과시킬 수 있다.
실시예의 반사면(23)은 전반사 기능을 갖도록 설계될 수 있다.
상기 반사면(23)은 수직 법선에 대해 경사진 제1 경사각(θ1)을 가질 수 있다.
상기 제1 경사각(θ1)에 따라 상기 반사면(23)에 의해 광이 전반사될 수도 있고, 일부 광은 반사되고 또 다른 일부 광은 투과될 수도 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제1 경사각(θ1)은 제2 경사각((θin)과 밀접한 관련이 있는데, 나중에 상세히 설명하기로 한다.
상기 상면 (28)은 상기 배면(24)에 대향되며 상기 배면(24)과 평행하도록 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 즉, 상기 상면 (28)과 상기 배면(24)은 수직 법선에 수직인 수평 법선에 평행하도록 형성될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 측면(25 내지 27) 또한 광을 반사 또는 투과시켜 광의 진행 방향을 제어할 수 있다.
상기 제1 측면(25)은 상기 배면(24)에 접하고, 상기 배면(24)과의 내각이 둔각, 예컨대 90° 이상인 각일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제1 측면(25)은 상기 배면(24)에 대해 둔각을 가지므로, 수평 법선에 대해 상부 대각선 방향으로 기울어질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제2 측면(26)은 상기 제1 측면(25)에 접하고, 상기 제1 측면(25)과의 내각이 둔각일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제2 측면(26)은 수직 법선에 평행하도록 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 2 측면(26)은 상기 배면(24) 및 상기 상면 (28) 중 어느 하나의 면에 수직으로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제3 측면(27)은 상기 제2 측면(26)과 상기 상면 (28)에 접하고, 상기 제2 측면(26)의 내각이 둔각이고 상기 상면 (28)과의 내각이 둔각일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제3 측면(27)은 상기 상면 (28)에 대해 둔각을 가지므로, 수평 법선에 대해 하부 대각선 방향으로 기울어질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 상면 (28)은 상기 배면(24)보다 큰 폭을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 상면 (28)은 상기 제2 측면(26)과 동일한 폭을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 제3 측면(27)은 상기 제1 측면(25)보다 큰 폭을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 상기 제3 측면(27)과 상기 제1 측면(25)은 동일한 폭을 가질 수도 있다.
한편, 실시예는 상기 반사면(23)이 광에 대해 전반사를 발생시키기 위한 임계각을 가질 때, 제2 리세스(13)의 최저점의 위치를 산출할 수 있다.
즉, 상기 제2 리세스(13)의 최저점은 상기 배면(24)으로부터 제1 높이에 위치될 수 있다.
상기 제1 높이는 수학식 1과 같이 산출될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00002
여기서, h는 렌즈 유닛(1)의 높이를 나타내고, w는 렌즈 유닛(1)의 폭을 나타내고, l1는 제2 리세스의 최상점으로부터 측면까지의 수평 거리를 나타내고, θc는 상기 반사면(23)이 전반사를 발생시키기 위한 임계각을 나타내며, h1은 배면(24)으로부터 제2 리세스(13)의 최저점까지의 높이를 나타낼 수 있다.
h와 w는 렌즈 유닛(1)의 사이즈를 결정하는 것으로서, 렌즈 유닛(1)의 설계에 따라 결정되는 상수일 수 있다.
수학식 1의 산출 과정을 상세히 설명한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 제1 경사각(θ1)은 수학식 2로 나타내질 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00003
여기서, l1은 제2 리세스(13)의 최상점으로부터 측면, 예컨대 제2 측면(26)까지의 수평 거리를 나타내고, 상기 h2는 제2 리세스(13)의 최저점으로부터 상면 (28)까지의 높이를 나타낼 수 있다.
제1 경사각(θ1)과 제2 경사각(θin)의 합은 90°이 될 수 있다.
이때, 제2 경사각(θin)은 상기 반사면(23)이 전반사를 발생시키기 위한 광의 임계각(c)일 수 있다.
따라서, 임계각(θc)은 수학식 3과 같이 나타내어질 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00004
이를 정리하면, 수학식 4로 나타내어질 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00005
이때, h= h1+h2이므로, 수학식 4를 여기에 대입하여 정리하면, 수학식 1이 산출될 수 있다.
이러한 경우, 광의 임계각(θc)이 구해지면, 이러한 임계각이 제2 경사각(θin)이므로, 상기 반사면(23)의 기울기가 정해지고, l1의 가변에 따라, 제2 리세스(13)의 최저점의 위치가 달라질 수 있다.
비록 제2 리세스(13)의 최저점의 위치가 달라지더라도 상기 반사면(23)의 전반사를 갖기 위한 제2 경사각의 기울기는 고정될 수 있다.
따라서, 상기 반사면(23)이 전반사로 기능하기 위해서는 상기 광이 적어도 임계각(θc)보다 큰 각도로 입사되어야 한다. 따라서, 수직 법선에 대한 상기 반사면(23)의 기울기인 제2 경사각(θin)은 임계각(θc) 이상으로 설정되도록 상기 반사면(23)이 기울어질 수 있다.
상기 렌즈 유닛(1)의 굴절률은 1.3 내지 1.7일 수 있다. 이러한 경우, 임계각(θc)에 해당하는 제2 경사각(θin)은 36° 내지 50°일 수 있다.
따라서, 상기 반사면(23)의 제2 경사각(θin)은 36° 내지 50°보다 크도록 설정될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
다시 말해, 상기 반사면(23)의 제2 경사각(θin)은 상기 렌즈 유닛(1)의 매질 종류에 따른 굴절률에 의해 가변될 수 있다.
한편, 제1 리세스(11)의 최상점으로부터 제2 리세스(13)의 최저점까지의 높이(h4)가 고정되는 경우, 배면(24)으로부터 제2 리세스(13)의 최저점까지의 높이(h3)는 수학식 5로 나타내어질 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00006
도 3은 실시예에 따른 발광 장치를 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 실시예에 따른 발광 장치(10)는 발광 패키지(50)와 다수의 렌즈 유닛(1)을 포함할 수 있다.
상기 발광 패키지(50)는 패키지 기판, 상기 패키지 기판 상에 반사 부재 및 상기 패키지 기판 상에 다수의 발광 소자를 포함할 수 있다.
상기 패키지 기판은 인쇄회로기판(PCB) 또는 메탈 코어 인쇄회로기판(MCPCB: metal core printed circuit board)일 수 있다. 상기 패키지 기판은 단단한 하드 타입(hard type)이거나 구부릴 수 있는 플렉서블 타입(flexible type)일 수 있다.
상기 반사 부재는 광을 반사하기 위한 부재로서, 상기 발광 소자를 제외한 상기 패키지 기판의 전 영역 상에 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
예컨대, 상기 반사 부재는 테이프 형상으로 상기 패키지 기판 상에 라미네이트 공정에 의해 부착될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 패키지 기판 상에는 서로 간에 이격된 다수의 발광 소자가 배치될 수 있다.
상기 각 발광 소자는 상기 패키지 기판과 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 패키지 기판에서 제공된 전기적인 신호에 의해 상기 각 발광 소자로부터 광이 발광될 수 있다.
상기 발광 소자는 컬러 광을 발광할 수 있다. 예컨대, 상기 발광 소자는 적색 발광 소자, 녹색 발광 소자, 청색 발광 소자 및 백색 발광 소자 중 하나 또는 이들 모두일 수 있다.
상기 발광 소자는 자외선 발광 소자일 수 있다.
상기 발광 소자는 반도체 재료를 포함할 수 있다. 상기 발광 소자는 3족 내지 5족 원소의 화합물 반도체 재료로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 화합물 반도체 재료는 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP 및 AlGaInP로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 발광 패키지(50) 상에 다수의 렌즈 유닛(1)이 배치될 수 있다.
상기 각 렌즈 유닛(1)은 상기 패키지 기판 상에 형성된 각 발광 소자에 대응하도록 배치되지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 렌즈 유닛(1)은 상기 발광 패키지(50)에 부착될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
예컨대, 상기 렌즈 유닛(1)의 배면(24)은 상기 발광 패키지(50)의 반사 부재 상면 (28)에 면 접촉으로 부착될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 발광 소자는 상기 렌즈 유닛(1)의 제1 리세스(11)의 입사면(21)으로부터 이격되도록 배치되거나 상기 입사면(21)에 면접촉으로 배치될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기 렌즈 유닛(1)은 상기 발광 소자로부터의 광이 모두 입사되고 그 안에서 광이 퍼지도록 제어되어 출사되는 구조를 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 렌즈 유닛(1)은 반사 손실을 최소화하여 최대 광량이 렌즈 유닛(1) 안으로 입사되도록 하고, 광이 최대 지향각을 가지고 최대 효율로 출사되도록 제어하기 위한 형상을 가질 수 있다.
상기 패키지 기판 상에 배치된 상기 반사 부재는 상기 렌즈 유닛(1)으로부터 상기 패키지 기판으로 입사된 광을 반사시켜 다시 상기 렌즈 유닛(1)으로 제공하여 줌으로써, 광의 리사이클링(recycling)에 의한 광 손실을 최소화하여 광 효율을 극대화시킬 수 있다.
만일 상기 반사 부재가 없다면, 상기 렌즈 유닛(1)으로부터 하부 방향으로 진행된 광은 손실로서 발생하게 되어, 광 효율이 줄어들게 된다.
이상에서는 발광 패키지(50) 상에 다수의 렌즈 유닛(1)이 형성된 발광 장치(10)가 제시되고 있지만, 실시예는 발광 패키지의 패키지 기판(51) 상에 렌즈 유닛(1)이 구비된 발광 소자(53)로 이루어진 발광 모듈로서는 응용될 수 있다.
이하에서, 도 4의 발광 모듈(1031)에서, 발광 장치(10)는 도 3에서 렌즈 유닛(1)이 구비된 발광 소자(53)에 대응되고, 모듈 기판(1033)은 도 3에서 패키지 기판(51)에 대응될 수 있다.
또한, 도 5의 발광 모듈(1160)에서, 발광 장치(10)는 도 3에서 렌즈 유닛(1)에 구비된 발광 소자(53)에 대응되고, 발광 기판(1120)은 도 3에서 패키지 기판(51)에 대응될 수 있다.
아울러, 도 6의 발광 모듈(1530)에서, 발광 장치(10)은 도 3에서 렌즈 유닛(1)에 구비된 발광 소자(53)에 대응되고, 발광 기판(1120)은 도 3에서 패키지 기판(51)에 대응될 수 있다.
실시예에 따른 발광 장치(10)는 라이트 유닛에 적용될 수 있다. 상기 라이트 유닛은 복수의 발광 장치(10)가 어레이된 구조를 포함하며, 도 8 및 도 9에 도시된 표시 장치와, 도 10에 도시된 조명 장치를 포함하고, 조명등, 신호등, 차량 전조등, 전광판, 지시등과 같은 유닛에 적용될 수 있다.
도 4는 실시예에 따른 표시 장치를 도시한 분해 사시도이다.
도 4를 참조하면, 제1 실시예에 따른 표시 장치(1000)는 도광판(1041)과, 상기 도광판(1041)에 빛을 제공하는 발광 모듈(1031)과, 상기 도광판(1041) 아래에 반사 부재(1022)와, 상기 도광판(1041) 위에 광학 시트(1051)와, 상기 광학 시트(1051) 위에 표시 패널(1061)과, 상기 도광판(1041), 발광 모듈(1031) 및 반사 부재(1022)를 수납하는 바텀 커버(1011)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 바텀 커버(1011), 반사시트(1022), 도광판(1041), 광학 시트(1051)는 라이트 유닛(1050)으로 정의될 수 있다.
상기 도광판(1041)은 상기 발광 모듈(1031)로부터 제공된 빛을 확산시켜 면광원화 시키는 역할을 한다. 상기 도광판(1041)은 투명한 재질로 이루어지며, 예를 들어, PMMA(polymethyl metaacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthlate), PC(poly carbonate), COC(cycloolefin copolymer) 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈(1031)은 상기 도광판(1041)의 적어도 일 측면에 배치되어 상기 도광판(1041)의 적어도 일 측면에 빛을 제공하며, 궁극적으로는 표시 장치의 광원으로써 작용하게 된다.
상기 발광모듈(1031)은 상기 바텀 커버 내에 적어도 하나가 배치되며, 상기 도광판(1041)의 일 측면에서 직접 또는 간접적으로 광을 제공할 수 있다. 상기 발광 모듈(1031)은 모듈 기판(1033)과 발광 장치(10)를 포함하며, 상기 발광 장치(10)는 상기 모듈 기판(1033) 상에 일정 간격으로 어레이될 수 있다. 상기 발광 장치(10)는 상기 바텀 커버(1011)의 측면 또는 방열 플레이트 상에 탑재될 경우, 상기 모듈 기판(1033)은 제거될 수 있다. 상기 방열 플레이트의 일부는 상기 바텀 커버(1011)의 상면에 접촉될 수 있다. 따라서, 발광 장치(10)에서 발생된 열은 방열 플레이트를 경유하여 바텀 커버(1011)로 방출될 수 있다.
상기 복수의 발광 장치(10)는 상기 모듈 기판(1033) 상에 빛이 방출되는 출사면이 상기 도광판(1041)과 소정 거리 이격되도록 탑재될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 장치(10)는 상기 도광판(1041)의 일측면인 입광부에 광을 직접 또는 간접적으로 제공할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 도광판(1041) 아래에는 상기 반사 부재(1022)가 배치될 수 있다. 상기 반사 부재(1022)는 상기 도광판(1041)의 하면으로 입사된 빛을 반사시켜 상기 표시 패널(1061)로 공급함으로써, 상기 표시 패널(1061)의 휘도를 향상시킬 수 있다. 상기 반사 부재(1022)는 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 반사 부재(1022)는 상기 바텀 커버(1011)의 상면일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 상기 도광판(1041), 발광 모듈(1031) 및 반사 부재(1022) 등을 수납할 수 있다. 이를 위해, 상기 바텀 커버(1011)는 상면이 개구된 박스(box) 형상을 갖는 수납부(1012)가 구비될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 바텀 커버(1011)는 탑 커버(미도시)와 결합될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으며, 프레스 성형 또는 압출 성형 등의 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 또한 상기 바텀 커버(1011)는 열 전도성이 좋은 금속 또는 비 금속 재료를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 표시 패널(1061)은 예컨대, LCD 패널로서, 서로 대향되는 투명한 재질의 제 1 및 제 2기판, 그리고 제 1 및 제 2기판 사이에 개재된 액정층을 포함한다. 상기 표시 패널(1061)의 적어도 일면에는 편광판이 부착될 수 있으며, 이러한 편광판의 부착 구조로 한정하지는 않는다. 상기 표시 패널(1061)은 상기 발광 모듈(1031)로부터 제공된 광을 투과 또는 차단시켜 정보를 표시하게 된다. 이러한 표시 장치(1000)는 각 종 휴대 단말기, 노트북 컴퓨터의 모니터, 랩탑 컴퓨터의 모니터, 텔레비전과 같은 영상 표시 장치에 적용될 수 있다.
상기 광학 시트(1051)는 상기 표시 패널(1061)과 상기 도광판(1041) 사이에 배치되며, 적어도 한 장 이상의 투광성 시트를 포함한다. 상기 광학 시트(1051)는 예컨대 확산 시트(diffusion sheet), 수평 및 수직 프리즘 시트(horizontal/vertical prism sheet), 및 휘도 강화 시트(brightness enhanced sheet) 등과 같은 시트 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 또는/및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 상기 표시 패널(1061)로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다. 또한 상기 표시 패널(1061) 위에는 보호 시트가 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 모듈(1031)의 광 경로 상에는 광학 부재로서, 상기 도광판(1041), 및 광학 시트(1051)를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 5는 실시예에 따른 표시 장치를 도시한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 제2 실시예에 따른 표시 장치(1100)는 바텀 커버(1152), 상기에 개시된 발광 장치(10)가 어레이된 모듈 기판(1120), 광학 부재(1154), 및 표시 패널(1155)을 포함한다.
상기 모듈 기판(1120)과 상기 발광 장치(10)는 발광 모듈(1160)로 정의될 수 있다. 상기 바텀 커버(1152), 적어도 하나의 발광 모듈(1160), 광학 부재(1154)는 라이트 유닛(미도시)으로 정의될 수 있다. 상기 바텀 커버(1152)에는 수납부(1153)를 구비할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 광학 부재(1154)는 렌즈, 도광판, 확산 시트, 수평 및 수직 프리즘 시트, 및 휘도 강화 시트 등에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 도광판은 PC 재질 또는 PMMA(Poly methy methacrylate) 재질로 이루어질 수 있으며, 이러한 도광판은 제거될 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 상기 표시 패널(1155)으로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다.
상기 광학 부재(1154)는 상기 발광 모듈(1160) 위에 배치되며, 상기 발광 모듈(1160)로부터 방출된 광을 면 광원하거나, 확산, 집광 등을 수행하게 된다.
도 6은 실시예에 따른 조명 장치를 도시한 사시도이다.
도 6을 참조하면, 실시예에 따른 조명 장치는 케이스(1510)와, 상기 케이스(1510)에 설치된 발광모듈(1530)과, 상기 케이스(1510)에 설치되며 외부 전원으로부터 전원을 제공받는 연결 단자(1520)를 포함할 수 있다.
상기 케이스(1510)는 방열 특성이 양호한 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.
상기 발광 모듈(1530)은 모듈 기판(1532)과, 상기 모듈 기판(1532)에 탑재되는 실시 예에 따른 발광 장치(10)를 포함할 수 있다. 상기 발광 장치(10)는 복수개가 매트릭스 형태 또는 소정 간격으로 이격되어 어레이될 수 있다.
상기 모듈 기판(1532)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있으며, 예를 들어, 일반 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 메탈 코아(Metal Core) PCB, 연성(Flexible) PCB, 세라믹 PCB, FR-4 기판 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 모듈 기판(1532)은 빛을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등의 코팅층될 수 있다.
상기 모듈 기판(1532) 상에는 적어도 하나의 발광 장치(10)가 탑재될 수 있다. 상기 발광 패키지(10) 각각은 적어도 하나의 LED(LED: Light Emitting Diode) 칩을 포함할 수 있다. 상기 LED 칩은 적색, 녹색, 청색 또는 백색 등과 같은 가시 광선 대역의 발광 다이오드 또는 자외선(UV, Ultra Violet)을 발광하는 UV 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 발광 모듈(1530)은 색감 및 휘도를 얻기 위해 다양한 발광 장치(10)의 조합을 가지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 고 연색성(CRI)을 확보하기 위해 백색 발광 다이오드, 적색 발광 다이오드 및 녹색 발광 다이오드를 조합하여 배치할 수 있다.
상기 연결 단자(1520)는 상기 발광 모듈(1530)과 전기적으로 연결되어 전원을 공급할 수 있다. 상기 연결 단자(1520)는 소켓 방식으로 외부 전원에 돌려 끼워져 결합되지만, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 상기 연결 단자(1520)는 핀(pin) 형태로 형성되어 외부 전원에 삽입되거나, 배선에 의해 외부 전원에 연결될 수도 있는 것이다.
1: 렌즈 유닛 10: 발광 장치
11, 13: 렌즈 15, 17: 리세스
21: 입사면 23: 반사면
24: 배면 25, 26, 27: 제1 내지 제3 측면
28: 상면 50: 발광 패키지
51: 패키지 기판 53: 발광 소자
55; 반사 부재 P1: 제1 리세스의 최상점
P2; 제2 리세스의 최저점 h: 렌즈 유닛의 높이
W: 렌즈 유닛의 폭
l1: 제2 리세스의 최상점으로부터 측면까지의 수평 거리
l2: 제2 리세스의 최저점으로부터 최상점까지의 수평 거리
h1: 배면으로부터 제2 리세스의 최저점까지의 높이
h2: 제2 리세스의 최저점으로부터 상면까지의 높이
h3: 배면으로부터 제2 리세스의 최저점까지의 높이
h4: 제1 리세스의 최상점으로부터 제2 리세스의 최저점까지의 높이

Claims (9)

  1. 상부 방향으로 오목한 제1 리세스;
    상기 제1 리세스에 대향하고 하부 방향으로 오목한 제2 리세스; 및
    상기 제1 및 제2 리세스의 중심에서 수직 법선을 기준으로 서로 대칭된 제1 및 제2 렌즈를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 렌즈 각각은,
    상기 제1 리세스에 형성된 입사면;
    상기 제2 리세스에 형성된 반사면;
    상기 입사면에 접하는 배면; 및
    상기 배면과 상기 반사면 사이에 형성된 다수의 측면을 포함하고,
    상기 제2 리세스의 최저점의 위치는 다음의 수식으로 나타내어지는 제1 높이(h1)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 렌즈 유닛.
    Figure pat00007
    ,
    h1은 상기 배면으로부터 상기 제2 리세스의 최저점까지의 높이를 나타내고, h는 상기 렌즈 유닛의 높이를 나타내고, w는 상기 렌즈 유닛의 폭을 나타내고, l1는 제2 리세스의 최상점으로부터 측면까지의 수평 거리를 나타내고, θc는 상기 반사면이 전반사를 발생시키기 위한 임계각임.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 리세스의 최상점의 위치는 다음의 수식으로 나타내어지는 제2 높이(h2)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 렌즈 유닛.
    Figure pat00008
    ,
    h3는 상기 제1 리세스의 최상점으로부터 상기 제2 리세스의 최저점까지의 높이를 나타냄.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 임계각은 상기 수직 법선에 수직인 수평 법선에 대한 상기 반사면의 기울기인 렌즈 유닛.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 배면은 상기 수직 법선에 수직인 수평 법선에 평행한 직선 형상을 포함하는 렌즈 유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 리세스의 최저점의 위치는 상기 제2 리세스의 최저점으로부터 최상점까지의 수평 거리에 따라 달라지는 렌즈 유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 측면은 서로 간의 내각이 둔각인 렌즈 유닛.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 측면 중 상기 배면에 접하는 측면은 상기 배면의 내각이 둔각인 렌즈 유닛.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 수직 법선에 수직인 수평 법선에 대한 상기 반사면의 각도는 36° 내지 50°보다 크도록 설정되는 렌즈 유닛.
  9. 기판;
    상기 기판 상에 배치된 다수의 발광 소자;
    상기 기판 상에 배치된 반사 부재; 및
    상기 반사 부재 상에 상기 각 발광 소자에 대응되도록 배치된 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 렌즈 유닛을 포함하는 조명 장치.
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