KR20150093282A - Led 광원 패키지 - Google Patents

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KR20150093282A
KR20150093282A KR1020140013715A KR20140013715A KR20150093282A KR 20150093282 A KR20150093282 A KR 20150093282A KR 1020140013715 A KR1020140013715 A KR 1020140013715A KR 20140013715 A KR20140013715 A KR 20140013715A KR 20150093282 A KR20150093282 A KR 20150093282A
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황성용
김경민
박영민
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

LED 광원 패키지가 제공된다. LED 광원 패키지는 회로기판, 회로기판의 상부에 안착되는 광원, 광원의 상부에 배치되고, 회로기판에 접하는 렌즈 구조물을 포함하고, 렌즈 구조물은 광원을 향하는 면이 렌즈 구조물의 중심부로 갈수록 광원을 향하여 돌출된 제 1경사면을 포함할 수 있다.

Description

LED 광원 패키지{LED LIGHT SOURCE PACKAGE}
본 발명은 LED 광원 패키지에 관한 것이다.
액정표시장치는 정보 표시 기술에서 차지하는 비중에 매우 크다. 액정표시장치는 양쪽 유리기판 사이에 액정을 삽입하여 유리기판 위아래에 있는 전원을 통해 전극을 주입, 각 액정에서 이를 변환하여 빛을 냄으로써 정보를 표시한다.
이때, 상기 액정표시장치는 자체적으로 발광하지 못하고 외부에서 들어오는 빛의 투과율을 조절하여 화상을 표시하는 수광성 소자이기 때문에 액정패널에 빛을 조사하기 위한 별도의 장치, 즉 백라이트 유닛(backlight unit)이 요구된다.
최근에는 발광다이오드(Light Emitting Diode: LED)가 액정표시장치의 백라이트 유닛의 광원으로 각광을 받고 있는데, LED는 전류가 흐를 때 빛을 내는 반도체 발광장치이다. LED는 긴 수명, 낮은 소비전력, 빠른 응답속도 및 우수한 초기 구동특성 등으로 인해 조명 장치, 전광판, 디스플레이 장치의 백라이트 유닛으로 널리 사용되고 있으며, 그 적용 분야가 점점 확대되고 있다.
LED 광원은 LED칩이 몰드 프레임 내에 위치하는 LED패키지를 회로기판 상에 배치하는 방식을 사용하거나, 표면에 형광층이 코팅되어 있는 LED칩 자체를 회로기판 상으로 실장하는 방식을 사용하고 있다.
이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 렌즈 구조물과 회로기판을 연결하는 렌즈 다리 사이에서 발생하는 빛샘 현상을 방지할 수 있는 LED 광원 패키지를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 렌즈 구조물에 형성된 밀핀 자국에 의한 빛샘 현상을 방지할 수 있는 LED 광원 패키지를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 렌즈 구조물 하측 모서리의 라운드 면에 의한 휘링 현상을 방지할 수 있는 LED 광원 패키지를 제공하는데 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 광원 패키지는, 회로기판, 회로기판의 상부에 안착되는 광원, 회로기판의 상부에 배치되고, 광원을 개재한 상태로 배치되는 렌즈 구조물을 포함하고, 렌즈 구조물은 광원을 향하는 면이 렌즈 구조물의 중심부로 갈수록 광원을 향하여 돌출된 제 1경사면을 포함할 수 있다.
또한, 광원은 LED칩을 포함하고, LED칩은 회로기판 상으로 실장될 수 있다.
또한, 광원의 발광면이 위치하는 평면은 제 1경사면을 절단할 수 있다.
또한, 발광면이 위치하는 평면을 기준으로 제 1경사면의 외측 부분은 발광면보다 상측에 위치하고, 제 1경사면의 중앙 부분은 발광면보다 하측에 위치할 수 있다.
또한, 렌즈 구조물은 회로기판을 향하여 돌출된 기둥을 더 포함하고, 돌출된 기둥은 제 1경사면에 형성될 수 있다.
또한, 돌출된 기둥은 제 1경사면에 이격되어 복수개 형성될 수 있다.
또한, 돌출된 기둥의 말단면은 제 1경사면과 동일한 경사로 형성될 수 있다.
또한, 돌출된 기둥 내에 음각의 홈을 더 포함할 수 있다.
또한, 음각의 홈은 렌즈 구조물 제 1경사면을 기준으로 돌출된 기둥의 두께보다 낮은 두께일 수 있다.
또한, 렌즈 구조물과 회로기판을 접합하기 위한 다수의 렌즈 다리를 더 포함하며, 다수의 렌즈 다리는 제 1경사면에 형성될 수 있다.
또한, 렌즈 다리는 하기 식 1의 D값이 0.05㎜ 내지 0.15㎜일 수 있다.
D = Gap1-Gap2 (1)
Gap1은 광원에서 거리가 먼 쪽에서 렌즈 다리의 회로기판과 렌즈 구조물 간의 간격이며, Gap2는 광원에서 거리가 가까운 쪽에서 렌즈 다리의 회로기판과 렌즈 구조물 간의 간격이다.
또한, 렌즈 구조물은 제 1경사면과 다른 경사각을 가지는 제 2경사면을 더 포함하며, 제 2경사면은 제 1경사면에 접하고, 렌즈 구조물의 외각에 위치할 수 있다.
또한, 제 2경사면은 제 1경사면의 경사보다 낮은 경사를 가질 수 있다.
또한, 제 2경사면은 제 1경사면과 반대 경사를 가질 수 있다.
또한, 제 2경사면 상에 형성되고, 회로기판을 향하여 돌출된 기둥을 더 포함할 수 있다.
또한, 렌즈 구조물과 회로기판을 접합하기 위한 다수의 렌즈 다리를 더 포함하며, 다수의 렌즈 다리는 제 2경사면에 형성될 수 있다.
또한, 렌즈 구조물은 회로기판을 향하여 돌출된 기둥을 더 포함하고, 돌출된 기둥은 제 2경사면에 형성될 수 있다.
과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 광원 패키지는, 회로기판, 회로기판 상에 실장된 광원, 회로기판의 상부에 배치되고, 광원을 개재한 상태로 배치되는 렌즈 구조물을 포함하고, 회로기판에서 렌즈구조물의 회로기판과 인접하는 면까지의 간격은 광원에서 멀어질수록 커질 수 있다.
또한, 렌즈 구조물과 회로기판을 접합하기 위한 다수의 렌즈 다리를 더 포함하며, 다수의 렌즈 다리는 렌즈 구조물의 회로기판과 인접하는 면에서 외각에 형성될 수 있다.
또한, 렌즈 구조물은 회로기판을 향하여 돌출된 기둥을 더 포함하고, 돌출된 기둥은 회로기판과 인접하는 면에 형성될 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
렌즈 구조물과 회로기판 사이에서 렌즈 다리의 공간에 의해 발생할 수 있는 빛샘현상을 방지할 수 있으며, 밀핀 자국에 의한 빛샘 현상을 방지할 수 있다. 또한, 렌즈 구조물의 하측 모서리의 라운드 면에 의해 발생할 수 있는 휘링 현상을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 광원 패키지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 LED 광원 패키지의 평면도이다.
도 3은 도 1의 LED 광원 패키지의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 광원 패키지의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 광원 패키지의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 구조물의 확대단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 렌즈 구조물의 확대단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 광원 패키지의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 광원 패키지의 단면도이다.
도 10 및 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 렌즈 구조물의 확대단면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 광원 패키지의 단면도이다.
도 13 내지 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 광원 패키지의 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 광원 패키지의 사시도이고, 도 2는 도 1의 LED 광원 패키지의 평면도이며, 도 3은 도 1의 LED 광원 패키지의 단면도이다.
도 1 내지 3을 참조하면, LED 광원 패키지는 회로기판(200), 회로기판(200)의 상부에 안착되는 광원(10), 회로기판(200)의 상부에 배치되고, 광원(10)을 개재한 상태로 배치되는 렌즈 구조물(100)을 포함할 수 있다. 또한, 렌즈 구조물(100)은 광원(10)을 향하는 면이 렌즈 구조물(100)의 중심부로 갈수록 광원(10)을 향하여 돌출된 제 1경사면(110)을 포함할 수 있다.
회로기판(200)은 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)일 수 있고, 에폭시, 트리아진, 실리콘 및 폴리이미드를 포함하는 유기 수지소재 및 기타 유기 수지소재로 형성될 수 있다. 또한, 회로기판(200)은 플렉서블 인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit Board FPCB) 또는 메탈코어 인쇄회로기판(Metal Core Printed Circuit Board, MCPCB)일 수도 있다.
또한, 회로기판(200)은 광원으로 전기적인 신호를 인가하기 위한 회로패턴을 포함할 수 있으며, 회로패턴은 전기전도성과 열전도성이 우수한 금속물질, 예를 들어, 금(Au), 은(Ag) 또는 구리(Cu) 등으로 형성될 수 있다.
광원(10)은 LED칩을 포함할 수 있으며, 표면에 형광체가 코팅되어 있는 LED칩이 회로기판(200) 상에 실장되어 있을 수 있다. 광원(10)은 회로기판(200) 상으로 납땜에 의해 실장되거나, 표면실장기술(Surface Mounting Technology: SMT) 등에 의해 실장될 수 있으며, 회로기판(200)과 광원(10)은 전기적으로 연결되어, 회로기판(200)으로부터 인가된 전기적인 신호에 따라 빛을 발광할 수 있다. 또한, LED칩은 LED칩의 측면에 별도의 몰드 프레임이 배치되지 않는 상태로 회로기판(200) 상으로 실장될 수 있다.
상기 형광체는 적색 형광체, 녹색 형광체, 황색 형광체 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, YAG, TAG, Silicate, Nitride, Oxy-nitride 계 물질 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
렌즈 구조물(100)은 광원(10)을 향하는 면이 렌즈 구조물(200)의 중심부로 갈수록 광원(10)을 향하여 돌출된 제 1경사면(110)을 포함할 수 있다. 즉, 렌즈 구조물(100)은 회로기판(200)을 향하는 하단부와 회로기판(200)이 형성된 반대면을 향하는 상단부로 구성될 수 있는데, 제 1경사면(110)은 회로기판(200)이 형성된 면을 향하여 형성될 수 있다.
렌즈 구조물(100)의 중심부에는 회로기판(200)에 실장된 광원(10)이 배치되고, 렌즈 구조물(100)에서 회로기판(200)과 대향하는 면에 회로기판(200 상의 광원(10)을 향하여, 돌출된 제 1 경사면(110)을 포함할 수 있다. 즉, 광원(10) 렌즈 구조물(100)과 회로기판(200) 사이에 위치하고, 평면상으로 렌즈 구조물(100)의 중심부에 위치할 수 있다. 따라서, 제 1경사면(110)은 렌즈 구조물(100)의 광원(10)을 향하는 면에 형성되고, 광원(10)이 배치된 곳으로 갈수록 돌출되어 형성될 수 있다.
다시 말하면, 본 발명의 LED 광원 패키지는 회로기판(200), 회로기판(200) 상에 실장된 광원(10), 광원(10)의 상부에 배치되고, 회로기판(200) 상에 광원(10)을 개재하여 배치되는 렌즈 구조물(100)을 포함하고, 회로기판(200)에서 렌즈 구조물(100)의 회로기판(200)과 인접하는 면까지의 간격은 광원(10)에서 멀어질수록 커질 수 있다. 이 경우, 렌즈 구조물(100)의 회로기판(200)과 인접하는 면은 상기에서 설명한 제 1경사면(110)일 수 있다.
또한, 광원(10)의 발광면이 위치하는 평면은 제 1경사면(110)을 절단할 수 있다. 즉, 광원(10)의 발광면이 위치하는 평면은 제 1경사면(110)의 중간지점에 위치할 수 있으며, 발광면이 위치하는 평면을 기준으로 제 1경사면(110)의 외각 부분은 발광면보다 상측에 위치하고, 제 1경사면(110)의 중심 부분은 발광면보다 하측에 위치할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 렌즈 구조물(100)의 제 1경사면(110)의 경사각은 0˚ 초과 내지 15˚이하일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 경사각의 용어를 보다 상세히 설명하면, 렌즈 구조물(100)의 가장자리에서 중심부로 갈수록 기울어진 정도를 의미하며, 렌즈 구조물의 하단부가 인쇄회로기판과 평행하게 배치되는 형상을 가질 경우에 대비하여 렌즈 구조물의 중심부로 기울어진 정도를 의미한다.
또한, 렌즈 구조물(100)과 회로기판(200)을 접합하기 위한 다수의 렌즈 다리(400)를 더 포함할 수 있으며, 다수의 렌즈 다리(400)는 렌즈 구조물(100)의 회로기판(200)과 인접하는 면에서 외각에 형성될 수 있다.
렌즈 구조물(100)의 상단부는 렌즈 구조물(100)의 세로 중심축으로부터 상방을 향하여 경사지게 연장된 형상인 측면 발광형(side emitting type)일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 렌즈 상단부의 형상은 당해 기술분야의 통상의 기술자가 적절히 변경 가능할 수 있다.
LED 광원 패키지는 렌즈 구조물(100)과 회로기판(200)을 접합하기 위한 다수의 렌즈 다리(400)를 더 포함할 수 있으며, 렌즈 다리(400)는 제 1경사면(110) 상에 형성될 수 있다. 렌즈 다리(400)는 렌즈 구조물(100)을 회로기판(200) 상으로 접합하기 위한 것이며, 제 1경사면(110)의 외각부에 배치될 수 있다. 즉, 렌즈 구조물(100)에서 회로기판(200)과 인접하는 면인 하단부의 중심부에는 광원(10)이 배치될 수 있으며, 하단부 제 1경사면(110)의 외각부에는 렌즈 다리(400)가 형성될 수 있다. 따라서, 렌즈 다리(400)에 의해 렌즈 구조물(100)은 회로기판(200)에 접합되면서, 회로기판(200) 상에 지지될 수 있다.
렌즈 구조물(100)은 광원(10)을 향하는 면이 렌즈 구조물(100)의 중심부로 갈수록 광원(10)을 향하여 돌출된 제 1경사면(110)을 포함하고 있기 때문에, 광원(10)이 위치하는 부분으로 갈수록 렌즈 구조물(100)과 회로기판(200) 사이의 거리가 작아질 수 있다. 따라서, 광원이 위치하는 부분에서는 렌즈 구조물(100)과 회로기판(200) 사이의 간격이 작아질 수 있으며, 외각부에는 간격이 커질 수 있다. 결과적으로, 광원(10)에서 발광되는 빛이 렌즈 구조물(100)과 회로기판(200) 사이의 공간으로 빠져나가는 것을 방지할 수 있고, 렌즈 구조물(100)의 외각부에서는 렌즈 다리(400)가 형성될 수 있는 공간이 마련될 수 있다.
렌즈 다리(400)가 형성되는 위치에서 회로기판(200)과 렌즈 구조물(100) 간의 간격이 좁을 경우, 렌즈 다리(400)에 사용되는 접착제가 렌즈 구조물(100)의 하단부에까지 접촉될 수 있어, LED 광원 패키지에서 방출되는 빛의 광학 특성이 균일하지 않게 되는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 이를 배제하고자, 접착제의 양을 줄인다면, 렌즈 구조물(100)과 회로기판(200) 사이의 접착성이 약해져, 전체적으로 LED 광원 패키지의 내구성이 약해지는 문제점이 발생할 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 우선, 렌즈 구조물(100)과 회로기판(200)이 양호한 접착 상태로 접합되기 위해서는 렌즈 구조물(100)과 회로기판(200) 사이에 렌즈 다리(400)가 형성될 수 있는 일정한 간격이 필요한데, 본 발명의 렌즈 구조물(100)은 렌즈 구조물(100)의 하단부에 광원(10)을 향하여 돌출된 제 1경사면(110)을 포함하고 있으므로, 렌즈 구조물(100)의 외각부에서는 렌즈 다리(400)가 형성될 수 있는 일정한 간격이 생길 수 있다. 따라서, 렌즈 다리(400)에 의해 렌즈 구조물(100)과 회로기판(200)을 접착력으로 접착할 수 있다.
다음으로, 광원(10)에서 발광된 빛이 회로기판(200)과 렌즈 구조물(100) 사이의 간격으로 새버려 빛샘 현상이 발생하지 않게 하기 위해서는 광원(10)과 근접하는 렌즈 구조물(100)의 위치인 중심부에서는 렌즈 구조물(100)과 회로기판(200) 사이의 간격이 작을 수록 유리한데, 본 발명의 렌즈 구조물(100)은 렌즈 하단부(10)의 중심부 부분이 회로기판을 향하여 돌출되도록 제 1경사면(110)을 포함하고 있기 때문에, 결과적으로, 광원(10) 근처에서의 렌즈 구조물(100)과 회로기판(200) 사이의 간격을 줄일 수 있다. 따라서, 빛샘 현상을 방지할 수 있다.
렌즈 다리(400)는 예를 들어, 하기 식 1의 D값이 0.05㎜ 내지 0.15㎜일 수 있다.
D = Gap1-Gap2 (1)
Gap1은 광원에서 거리가 먼 쪽에서 렌즈 다리의 회로기판과 렌즈 구조물 간의 간격이며, Gap2는 광원에서 거리가 가까운 쪽에서 렌즈 다리의 회로기판과 렌즈 구조물 간의 간격이다.
다시 말하면, Gap1은 광원과 거리가 먼 쪽에서의 렌즈 다리(400)가 형성되는 길이를 뜻하며, Gap2는 광원과 거리가 가까운 쪽에서의 렌즈 다리(400)가 형성되는 길이를 뜻한다.
렌즈 구조물(100)의 하단부가 광원(10)측면으로 갈수록 회로기판(200)을 향하여 볼록한 형상을 하기 때문에, 렌즈 다리(400)가 광원(10)측에 가까운 쪽일수록, 길이가 짧아질 수 있다.
한편, 렌즈 구조물의 하단부가 수평인 구조로 되어있는 경우, 렌즈 구조물과 회로기판 사이의 공간에 의해 광원에서의 빛이 상기 공간으로 새버려 빛샘 현상이 발생할 수 있는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 렌즈 구조물과 회로기판 사이의 공간을 줄이기 위해 렌즈 구조물과 회로기판 사이의 공간을 미세하게 할 경우, 렌즈 구조물과 회로기판을 접합하기 위한 렌즈 다리를 형성할 공간이 부족하게 될 수 있다. 따라서, 본 발명의 LED 광원 패키지와 같이, 렌즈 구조물의 하단부에서 광원이 배치된 부분으로 갈수록 돌출될 경우, 광원이 위치하는 부분에서는 렌즈 구조물과 회로기판 사이의 공간을 줄여 빛샘 현상을 방지할 수 있고, 외각부에서는 렌즈 다리를 형성할 수 있는 공간을 확보할 수 있다.
렌즈 구조물(100)의 하단부 중심에는 렌즈 구조물(100) 내부를 향하여 방사형의 빈 공간인 홈(130)이 형성될 수 있다. 렌즈 구조물(100) 상에서 홈(130)의 위치는 회로기판(200) 상에 광원(10)이 위치하는 부분에 대응하는 부분일 수 있으며, 홈(130)의 빈 공간에는 회로기판(200)에 실장된 광원(10)이 삽입되어 있을 수 있다. 한편, 홈(130)을 형성하는 빈 공간의 형상이 방사형으로 형성됨으로써, 광원(10)에서 입사된 빛이 렌즈 구조물(100) 내부로 균일하게 퍼져나가 방출되도록 할 수 있다.
다시 말하면, 렌즈 구조물(100)은 광원(10)에 대응하는 위치에 형성된 홈(130)을 포함함으로써, 렌즈 구조물(100)은 회로기판(200) 상에 실장된 광원을 둘러싸는 형태로 회로기판(200)의 상부에 안착될 수 있다.
다만, 상기에서 설명한 홈(130)의 형상은 방사형으로 한정하는 것은 아니며, 당해 기술분야의 통상의 기술자가 필요에 따라 다양한 형상으로 적절히 변형 가능하며, 본 명세서에서 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 도 4에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 광원 패키지가 도시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 렌즈 구조물(100)은 회로기판(200)을 향하여 돌출된 기둥(40)을 더 포함할 수 있으며, 돌출된 기둥(40)은 제 1경사면(110) 상에 형성될 수 있다. 또한, 돌출된 기둥(40)은 제 1경사면(110) 상에 이격되어 복수개 형성될 수 있으며, 렌즈 구조물(100)의 수직 단면 상으로 양 측면에 형성될 수 있다.
돌출된 기둥(40)은, 렌즈 구조물(100)의 제조과정에서 발생하는 밀핀에 의한 자국일 수 있다. 즉, 렌즈 구조물(100)은 렌즈 구조물의 형상과 대응되는 음각이 형성된 금형에서 성형되고, 이를 취출하는 과정에서 밀핀에 의해 금형의 외부로 밀려 취출되는데, 이 경우, 렌즈 구조물(100)에는 밀핀에 의해 자국이 형성될 수 있다.
밀핀에 의한 자국이 렌즈 구조물 내에서 음각을 형성할 경우, 렌즈 구조물 내부에서 진행하는 빛을 반사하거나, 빛의 경로를 변경하여, 렌즈 구조물의 상부에서는 특정 위치에서 빛이 집중되는 현상이 발생할 수 있다. 이러한, 현상은 결국, 렌즈 구조물에서 방출되는 빛이 균일한 휘도 분포를 가지고 방출되는 것을 방해하는 요인이 될 수 있다.
따라서, 본 발명과 같이, 밀핀에 의한 자국이 렌즈 구조물(100)의 외부로 돌출된 기둥(40)일 경우, 렌즈 구조물(100) 내부에서 진행하는 빛의 경로에 영향을 주지 않고, 따라서, 렌즈 구조물(100)에서 방출되는 빛이 균일한 휘도 분포를 가지고 방출되도록 할 수 있다. 렌즈 구조물(100)에 음각의 밀핀 자국이 형성되는 것을 방지하고, 돌출된 기둥(40) 형상의 밀핀 자국을 형성하기 위해, 렌즈 구조물(100)을 제조하는 금형의 밀핀이 위치하는 부분에 홈을 형성할 수 있다. 따라서, 렌즈 구조물(200) 자체에 돌출된 기둥(40)을 형성하고, 이를 밀핀에 의해 밀어 취출함으로써, 렌즈 구조물(200) 내부로 밀핀 자국이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
돌출된 기둥(40)은 도 4와 같이, 렌즈 다리(400)가 형성된 위치보다 외측에 형성될 수 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이, 렌즈 다리(400)가 형성된 위치보다 내측에 형성될 수 있다.
돌출된 기둥(40)은 도 6과 같이, 렌즈 구조물(100)의 제 1경사면(110)의 경사와 무관하게 형성할 수도 있으나, 도 7과 같이, 돌출된 기둥(40)의 말단면은 제 1경사면(110)과 동일한 경사로 형성될 수 있다. 즉, 돌출된 기둥(40)의 말단면은 제 1경사면(110)과 평행하게 형성될 수 있다. 돌출된 기둥(40)의 말단면을 도 7과 같이 형성할 경우, 돌출된 기둥(40)에 의해 발생할 수 있는 렌즈 구조물(100) 내에서의 단차를 줄일 수 있으며, 돌출된 기둥(40)에 의한 단차를 향하여 진행하는 빛의 반사를 줄일 수 있다. 따라서, 렌즈 구조물(100)에서 방출되는 빛이 균일한 휘도 분포를 가지고 방출되도록 할 수 있다.
도 8을 참조하면, 돌출된 기둥(40) 내에는 음각의 홈(41)을 더 포함할 수 있다. 음각의 홈(41)은 렌즈 구조물의 제조과정에서 밀핀에 의해 형성될 수 있다. 상기에서 설명한 바와 같이, 렌즈 구조물의 금형에서 밀핀이 위치하는 부분에 홈을 형성해놓음으로써, 렌즈 구조물에 돌출된 기둥을 형성할 수 있는데, 상기 금형의 밀핀 홈 내에서 밀핀은 상하 운동에 의해 성형된 렌즈 구조물의 돌출된 기둥 부분을 밀어, 렌즈 구조물을 금형의 외부로 밀어낼 수 있다. 이 경우, 밀핀 홈의 크기 보다 작은 크기를 가지는 밀핀을 사용한다면, 도 8과 같이, 렌즈 구조물의 돌출된 기둥(40) 내에는 음각의 홈(41)이 형성될 수 있다.
음각의 홈(41)은 렌즈 구조물(100)의 제 1경사면(110)을 기준으로 돌출된 기둥(40)의 두께보다 낮은 두께로 형성될 수 있다. 음각의 홈(41)이 돌출된 기둥(40)의 두께보다 두껍게 형성될 경우, 렌즈 구조물(100) 내부로 음각이 홈(41)이 형성되어, 렌즈 구조물(100) 내부에서 진행하는 빛의 경로에 영향을 줄 수 있다.
본 명세서의 도면에는 돌출된 기둥(40) 또는 음각의 홈(41)의 단면 형상이 직선 또는 사각형의 형상으로 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정하는 것은 아니고, 곡면으로 형성되거나, 삼각형 등으로 형성될 수 있으며, 렌즈 구조물(100) 내부에서의 빛의 경로에 영향을 미치지 않는 범위에서 다양한 형상을 포함할 수 있다.
도 9에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 광원 패키지가 도시되어 있으며, 도 9에 도시된 바와 같이, 렌즈 구조물(100)은 제 1경사면(110)과 다른 경사각을 가지는 제 2경사면(150)을 더 포함할 수 있다. 제 2경사면(150)은 제 1경사면(110)에 접하고, 렌즈 구조물(100)의 외각에 위치할 수 있다.
렌즈 구조물(100)은 금형에서 취출하는 과정에서 렌즈 구조물 하단부의 모서리를 완전한 직각으로 가공하는 것을 목적으로 하지만, 금형 내부의 표면장력, 기타 여러 가지 문제 등으로 인해 렌즈 구조물(100)의 하단부 모서리 면(160)이 완전한 직각으로 가공되지 못하고, 라운드 면으로 제조될 수 있다.
렌즈 구조물(100)의 하단부 모서리 면(160)이 라운드 면으로 제조될 경우, 라운드 면에서의 빛의 반사로 렌즈 구조물(100)의 상부에서는 링(Ring)의 형상으로 휘도가 집중되는 일종의 휘링 현상이 발생할 수 있다. 휘링 현상은 특정 영역에만 빛이 집중되는 것으로, 렌즈 구조물(100)에서 균일한 휘도 분포로 빛이 방출되는 것을 저해하는 요인이 될 수 있다.
따라서, 라운드 면이 형성될 수 있는 렌즈 구조(100)물의 외각부에 제 1경사면(110)과 다른 경사를 가지는 제 2경사면(150)을 형성함으로써, 모서리 면이 빛의 주된 경로상에 놓이지 않게 할 수 있고, 라운드 모서리 면(160)에 의한 휘링 현상을 방지할 수 있다. 도 10의 렌즈 구조물과 같이, 제 2경사면(150)은 제 1경사면(110)의 경사보다 낮은 경사를 가질 수 있다. 도 10과 같이, 제 1경사면(110)의 경사각을 θ1이고, 제 2경사면(150)의 경사각을 θ2라 할때, θ1의 각도는 θ2보다 큰 각도일 수 있다.
θ1은 θ1에 비해 큰 각도를 형성함으로써, 광원(10)으로부터 렌즈 구조물 내부로 입사된 빛의 경로상에 모서리 라운드 면이 위치하지 않게 하여, 휘링 현상을 방지할 수 있다. 또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 제 2경사면(151)은 제 1경사면(110)과 반대 경사를 가질 수 있다.
한편, 도면으로 도시하진 않았으나, 상기에서 설명한 렌즈 구조물 상의 돌출된 기둥은 제 2경사면 상에 형성될 수 있다. 제 2경사면 상에 돌출된 기둥이 형성될 경우, 광원으로부터 발생된 빛이 돌출된 기둥으로 진행되지 않도록 할 수 있다.
도 12에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 렌즈 구조물의 단면도가 도시되어 있다. 도 12와 같이, 렌즈 구조물(100)과 회로기판(200)을 접합하기 위한 다수의 렌즈 다리(400)를 더 포함할 수 있으며, 다수의 렌즈 다리(400)는 제 2경사면(150) 상에 형성될 수 있다. 또한, 도면상으로 도시하진 않았으나, 제 2경사면(150) 상에는 회로기판을 향하여 돌출된 기둥을 더 포함할 수 있고, 돌출된 기둥은 제 2경사면(150) 상에 형성될 수 있다.
도 13 내지 18에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 광원 패키지의 단면도들이 도시되어 있다.
이하에서는, 도 13 내지 18을 참조하여, 다양한 실시예에 대해 설명하기로 한다.
도 13과 같이, 렌즈 구조물(100)의 상단부(121) 중앙부가 오목하면서, 렌즈 구조물(100)의 외각으로 갈수록 볼록한 형상인 전면 발광형(top emitting type)일 수 있으며, 렌즈 상단부(121)의 형상은 당해 기술분야의 통상의 기술자가 적절히 변경 가능하다.
도 14를 참조하면, 도 13의 LED 광원 패키지에서 돌출된 기둥(40)을 더 포함하고 있는 점이 상이하다. 구체적으로 설명하면, 돌출된 기둥(40)은 렌즈 구조물 하단부의 일측면에 형성될 수 있으며, 렌즈 다리(400)를 기준으로 외각부에 형성될 수 있다.
도 15를 참조하면, 도 14의 LED 광원 패키지에서 돌출된 기둥(40)이 렌즈 구조물(100) 하단부의 양 측면에 형성된 점이 상이하다. 구체적으로 설명하면, 돌출된 기둥(40)은 렌즈 구조물(100) 하단부의 외각부에 형성될 수 있고, 렌즈 다리(400)를 기준으로 외각부의 양 측면에 형성될 수 있다.
돌출된 기둥(40)에 대한 설명은 상기에서 설명하였는바, 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 16를 참조하면, 도 14의 LED 광원 패키지에서 돌출된 기둥(40) 내에 음각의 홈(41)을 더 포함하고 있는 점이 상이하다. 음각의 홈(41)에 대한 설명은 상기에서 설명하였는바, 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 17을 참조하면, 도 13의 LED 광원 패키지에서 제 2경사면(150)을 더 포함하고 있은 점이 상이하다. 구체적으로 설명하면, 제 1경사면(110)에 인접하여 제 2경사면(150)이 형성될 수 있으며, 렌즈 다리(400)는 제 1경사면(110) 상에 형성될 수 있다.
도 18을 참조하면, 도 17의 LED 광원 패키지에서 제 2경사면(150) 상에 렌즈 다리(400)가 형성된 점이 상이하다.
한편, 제 2경사면(150)을 더 포함하는 경우와 제 2경사면(150) 상에 렌즈 다리(400)가 형성될 경우에 대한 설명은 상기에서 설명하였는바, 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
렌즈 구조물(100)의 재질은 투명한 재질이면 되고, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 렌즈 구조물(100)의 재질로는 수지, 플라스틱, 유리 등이 사용될 수 있다. 상기 수지로는, 예를 들면, 우레탄 아크릴레이트, 에폭시아크릴레이트, 에스테르아크릴레이트 또는 라디칼 발생형 모노머 등이 사용될 수 있으며, 이들은 각각 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다. 상기 플라스틱으로는, 예를 들면, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리스타이렌(polystyrene, PS), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephtalate, PET), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 및 PMMA와 PS의 공중합체로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다. 상기 유리로는 규소산화물(SiO2)에 산화리튬(Li2O)이나 산화붕소(B2O3), 산화칼슘(CaO), 산화칼륨(K2O), 산화마크네슘(MgO) 등의 산화물을 첨가한 실리카(silica) 또는 실리케이트(silicate) 계열을 사용할 수 있다.
한편, 렌즈 다리(400)는 렌즈 구조물(100)과 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 렌즈 다리(400)는 회로기판(200) 상으로 접착제 등에 의해 접착될 수 있으며, 상기 접착제는 렌즈 구조물(100)을 회로기판(200) 상으로 접착하기 위해 당해 기술분야에서 통상적으로 사용하는 접착제를 사용할 수 있으며, 접착제에 관한 보다 상세한 설명은 당해 기술분야에 널리 알려져 있으므로, 생략하기로 한다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예는 상기 렌즈 구조물을 제조하기 위한 렌즈 구조물 제조장치를 포함할 수 있다. 렌즈 구조물 제조장치는 렌즈 금형, 렌즈 금형 상에 형성된 밀핀 홀, 및 밀핀 홀 내부에 형성되어 렌즈 금형에서 렌즈 구조물을 취출하기 위한 밀핀을 포함할 수 있다. 또한, 렌즈 금형의 음각 형상은, 상기에서 설명한 렌즈 구조물의 형상에 대응되는 음각의 형상을 포함할 수 있다.
즉, 금형에서 음각의 형상은 렌즈 구조물의 하단부의 중심부가 가장자리부 보다 외부로 돌출되도록 하는 제 1경사면을 포함할 수 있도록, 이에 대응되는 형상을 포함할 수 있다. 또한, 성형된 렌즈 구조물을 취출하기 위한 밀핀, 및 밀핀이 금형 내에서 상하 운동하여 렌즈 구조물을 취출할 수 있도록하는 밀핀 홀을 포함할 수 있다.
또한, 금형의 밀핀 홀 상부에 음각의 기둥을 더 포함하여, 렌즈 구조물 하단부에 돌출된 기둥을 형성하도록 할 수 있다. 상기에서 설명한 바와 같이, 렌즈 구조물에서 돌출된 기둥을 형성하기 위해서는 밀핀에 의해 렌즈 구조물을 밀어내는 부분에 렌즈 구조물 상에 미리 양각 기둥을 형성하여야 하기 때문이다. 이렇게 밀핀 홀 상부에 음각의 기둥을 형성함으로써, 금형의 음각 기둥 내로 렌즈 구조물의 재료가 유입되어, 렌즈 구조물을 취출할 경우, 렌즈 구조물 돌출된 기둥을 형성할 수 있다.
본 발명이 렌즈 구조물 제조방법에 대해 예를 들어 설명하면, 원하는 형상이 음각된 본 발명의 금형에 고분자 수지를 흘려 넣고, 자외선이나 열을 이용하여 경화시킨 후, 밀핀 홀로 이를 취출하는 방법을 사용할 수 있다. 또한, 음각된 본 발명의 금형 내로 유리나 플라스틱 용융액을 주입한 후 냉각하여, 밀핀 홀로 이를 취출하는 방법을 이용할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 LED 광원 패키지를 포함하는 액정표시장치를 제공할 수 있으며, 액정표시장치는 LED 광원 패키지를 포함하는 백라이트 유닛, 광학 시트 및 영상 표시부를 포함할 수 있다. 광학 시트는 휘도향상을 위한 렌티큘러 시트, 프리즘 시트, 마이크로 렌즈 어레이 시트나, 확산시트, 반사시트 등을 포함할 수 있으며, 필요에 따라, 광학 시트를 2매 이상 사용하거나, 배치관계를 변경할 수 있다. 또한, 영상 표시부는 양기판 사이에 액정을 개제한 상태로 전압 인가에 따라, 빛의 광축을 변환시켜 빛을 통과할 수 있도록 하며, 기타 편광판 컬러필터 등 당해 기술분야에 널리 알려진 구성을 포함할 수 있다. 액정표시장치의 구성에 대한 보다 상세한 설명은 당해 기술분야에 널리 알려진 구성을 채용할 수 있으며, 이에 대한 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 광원
40: 돌출된 기둥
41: 음각의 홈
100, 101: 렌즈 구조물
110: 제 1경사면
120, 121: 렌즈 구조물 상단부
130: 렌즈 구조물 중심부 홈
150: 제 2경사면
160: 렌즈 구조물의 모서리 면
200: 회로기판
400: 렌즈 다리
θ1: 제 1경사면의 경사각
θ2: 제 2경사면의 경사각

Claims (20)

  1. 회로기판;
    상기 회로기판의 상부에 안착되는 광원;
    상기 회로기판의 상부에 배치되고, 상기 광원을 개재한 상태로 배치되는 렌즈 구조물을 포함하고,
    상기 렌즈 구조물은 상기 광원을 향하는 면이 상기 렌즈 구조물의 중심부로 갈수록 상기 광원을 향하여 돌출된 제 1경사면을 포함하는 LED 광원 패키지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광원은 LED칩을 포함하고,
    상기 LED칩은 상기 회로기판 상으로 실장된 LED 광원 패키지.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 광원의 발광면이 위치하는 평면은 상기 제 1경사면을 절단하는 LED 광원 패키지.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 발광면이 위치하는 평면을 기준으로 상기 제 1경사면의 외각 부분은 상기 발광면보다 상측에 위치하고,
    상기 제 1경사면의 중심 부분은 상기 발광면보다 하측에 위치하는 LED 광원 패키지.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 렌즈 구조물은 상기 회로기판을 향하여 돌출된 기둥을 더 포함하고,
    상기 돌출된 기둥은 상기 제 1경사면에 형성된 LED 광원 패키지.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 돌출된 기둥은 상기 제 1경사면에 이격되어 복수개 형성된 LED 광원 패키지.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 돌출된 기둥의 말단면은 상기 제 1경사면과 동일한 경사로 형성된 LED 광원 패키지.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 돌출된 기둥 내에 음각의 홈을 더 포함하는 LED 광원 패키지.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 음각의 홈은 상기 렌즈 구조물 제 1경사면을 기준으로 상기 돌출된 기둥의 두께보다 낮은 두께인 LED 광원 패키지.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 렌즈 구조물과 상기 회로기판을 접합하기 위한 다수의 렌즈 다리를 더 포함하며,
    상기 다수의 렌즈 다리는 상기 제 1경사면에 형성된 LED 광원 패키지.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 렌즈 다리는 하기 식 1의 D값이 0.05㎜ 내지 0.15㎜인 LED 광원 패키지.
    D = Gap1-Gap2 (1)
    Gap1은 상기 광원에서 거리가 먼 쪽에서 상기 렌즈 다리의 상기 회로기판과 상기 렌즈 구조물 간의 간격이며,
    Gap2는 상기 광원에서 거리가 가까운 쪽에서 상기 렌즈 다리의 상기 회로기판과 상기 렌즈 구조물 간의 간격이다.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 렌즈 구조물은 상기 제 1경사면과 다른 경사각을 가지는 제 2경사면을 더 포함하며,
    상기 제 2경사면은 상기 제 1경사면에 접하고, 상기 렌즈 구조물의 외각에 위치하는 LED 광원 패키지.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제 2경사면은 상기 제 1경사면의 경사보다 낮은 경사를 가지는 LED 광원 패키지.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 제 2경사면은 상기 제 1경사면과 반대 경사를 가지는 LED 광원 패키지.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 제 2경사면 상에 형성되고, 상기 회로기판을 향하여 돌출된 기둥을 더 포함하는 LED 광원 패키지.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 렌즈 구조물과 상기 회로기판을 접합하기 위한 다수의 렌즈 다리를 더 포함하며,
    상기 다수의 렌즈 다리는 상기 제 2경사면에 형성된 LED 광원 패키지.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 렌즈 구조물은 상기 회로기판을 향하여 돌출된 기둥을 더 포함하고,
    상기 돌출된 기둥은 상기 제 2경사면에 형성된 LED 광원 패키지.
  18. 회로기판;
    상기 회로기판 상에 실장된 광원;
    상기 회로기판의 상부에 배치되고, 상기 광원을 개재한 상태로 배치되는 렌즈 구조물을 포함하고,
    상기 회로기판에서 상기 렌즈구조물의 상기 회로기판과 인접하는 면까지의 간격은 상기 광원에서 멀어질수록 커지는 LED 광원 패키지.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 렌즈 구조물과 상기 회로기판을 접합하기 위한 다수의 렌즈 다리를 더 포함하며,
    상기 다수의 렌즈 다리는 상기 렌즈 구조물의 상기 회로기판과 인접하는 면에서 외각에 형성된 LED 광원 패키지.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 렌즈 구조물은 상기 회로기판을 향하여 돌출된 기둥을 더 포함하고,
    상기 돌출된 기둥은 상기 회로기판과 인접하는 면에 형성된 LED 광원 패키지.
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