KR20150108488A - 막대형 렌즈, 백라이트 유닛 및 조명 장치 - Google Patents

막대형 렌즈, 백라이트 유닛 및 조명 장치 Download PDF

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KR20150108488A
KR20150108488A KR1020140031196A KR20140031196A KR20150108488A KR 20150108488 A KR20150108488 A KR 20150108488A KR 1020140031196 A KR1020140031196 A KR 1020140031196A KR 20140031196 A KR20140031196 A KR 20140031196A KR 20150108488 A KR20150108488 A KR 20150108488A
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조성식
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주식회사 루멘스
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Abstract

본 발명은 막대형 렌즈, 백라이트 유닛 및 조명 장치에 관한 것으로서, 길이 방향을 따라 막대 형상으로 길게 형성되는 투광성 재질의 몸체; 및 상기 몸체의 선단 일측면 및/또는 후단 타측면에 형성되고, 상기 길이 방향으로 발광축이 형성된 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 수용할 있는 발광 소자 수용부;를 포함할 수 있다.

Description

막대형 렌즈, 백라이트 유닛 및 조명 장치{Bar type lens, backlight unit and lighting device}
본 발명은 막대형 렌즈, 백라이트 유닛 및 조명 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 디스플레이 용도나 조명 용도로 사용할 수 있는 막대형 렌즈, 백라이트 유닛 및 조명 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 화합물 반도체(compound semiconductor)의 PN 다이오드 형성을 통해 발광원을 구성함으로써, 다양한 색의 광을 구현할 수 있는 일종의 반도체 소자를 말한다. 이러한 발광 소자는 수명이 길고, 소형화 및 경량화가 가능하며, 저전압 구동이 가능하다는 장점이 있다. 또한, 이러한 LED는 충격 및 진동에 강하고, 예열시간과 복잡한 구동이 불필요하며, 다양한 형태로 기판이나 리드프레임에 실장한 후, 패키징할 수 있어서 여러 가지 용도로 모듈화하여 백라이트 유닛(backlight unit)이나 각종 조명 장치 등에 적용할 수 있다.
백라이트 유닛이나 면방광 조명 장치 등에서 널리 사용되는 직하형 발광 소자 패키지는, 유닛의 두께를 줄이는 동시에 도광판에 광을 균일하게 조사할 수 있도록 1차로 발광 소자 또는 발광 소자 패키지에서 발생된 빛을 표면 곡률을 갖는 광투과성 2차 렌즈를 통해서 넓게 분산시킬 수 있다.
그러나, 종래의 2차 렌즈는 대부분 전체적으로 구형상이나 원형판이나 단추 형상인 것으로서, 면광원으로 사용시 주변으로 둥글게 휘부가 발생되거나, 무라(Mura) 또는 색무라 현상이 발생되는 등 빛의 균일도가 떨어지는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 2차 렌즈는 도광판의 넓이가 커지거나 넓은 면적의 면발광이 필요한 경우, 행과 열을 이루어서 여러 개의 광원을 배치해야 하기 때문에 광원의 숫자가 늘어나서 제품의 생산 비용과 생산 시간이 늘어나는 등 생산성이 떨어지고, 렌즈의 크기가 상대적으로 작아서 렌즈의 광축이 쉽게 틸트(Tilt)되거나 이를 방지하기 위해서 각각의 렌즈의 광축을 개별적으로 수차례 정렬해야 하는 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 길이가 긴 막대형 렌즈를 이용하여 광균일도가 높고, 휘부 발생이나 무라 현상을 방지할 수 있으며, 면적 대비 설치할 광원의 개수를 줄여서 설치가 쉽고, 생산 비용과 생산 시간을 절감하여 생산성을 크게 높이며, 광축 정렬이 용이하여 양질의 제품을 생산할 수 있게 하는 막대형 렌즈, 백라이트 유닛 및 조명 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 막대형 렌즈는, 길이 방향을 따라 막대 형상으로 길게 형성되는 투광성 재질의 몸체; 및 상기 몸체의 선단 일측면 및/또는 후단 타측면에 형성되고, 상기 길이 방향으로 발광축이 형성된 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 수용할 있는 발광 소자 수용부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 발광 소자 수용부는, 상기 발광 소자 또는 상기 발광 소자 패키지가 삽입될 수 있도록 상기 발광 소자 또는 상기 발광 소자 패키지와 대응되도록 형성되는 입광홈부일 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 몸체는, 폭 방향으로 절단시, 위로 볼록한 곡면을 갖는 제 1 렌즈면 및 상기 제 1 렌즈면과 대칭을 이루는 제 2 렌즈면이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 몸체는, 길이 방향으로 절단시, 위로 또는 아래로 볼록한 곡면을 갖는 제 3 렌즈면 및 상기 제 3 렌즈면과 대칭을 이루는 제 4 렌즈면이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 몸체의 하면에 반사면 또는 요철면이 형성되는 것일 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 백라이트 유닛은, 상면에 출광면이 형성되는 도광판; 상기 도광판의 하방에 상기 도광판을 가로질러서 제 1 방향으로 길게 설치되는 적어도 하나의 막대형 렌즈; 상기 막대형 렌즈의 일측 방향 및/또는 타측 방향에 설치되고, 상기 막대형 렌즈를 향하여 발광축이 형성되는 복수개의 발광 소자; 및 복수개의 상기 발광 소자가 안착되고, 상기 도광판의 하방에 제 2 방향으로 길게 형성되는 막대형 기판;을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 막대형 렌즈는, 길이 방향을 따라 막대 형상으로 길게 형성되는 투광성 재질의 몸체; 및 상기 몸체의 선단 일측면 및/또는 후단 타측면에 형성되고, 상기 길이 방향으로 발광축이 형성된 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 수용할 있는 발광 소자 수용부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 발광 소자 수용부는, 상기 발광 소자 또는 상기 발광 소자 패키지가 삽입될 수 있도록 상기 발광 소자 또는 상기 발광 소자 패키지와 대응되도록 형성되는 입광홈부일 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따른 백라이트 유닛은, 상기 막대형 렌즈의 하방에 설치되고, 상기 막대형 렌즈의 하방으로 발산되는 빛을 상방으로 반사시키는 반사 부재;를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 조명 장치는, 상면에 출광면이 형성되는 도광판; 상기 도광판의 하방에 상기 도광판을 가로질러서 제 1 방향으로 길게 설치되는 적어도 하나의 막대형 렌즈; 상기 막대형 렌즈의 일측 방향 및/또는 타측 방향에 설치되고, 상기 막대형 렌즈를 향하여 발광축이 형성되는 복수개의 발광 소자; 및 복수개의 상기 발광 소자가 안착되고, 상기 도광판의 하방에 제 2 방향으로 길게 형성되는 막대형 기판;을 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 길이가 긴 막대형 렌즈를 서로 평행하게 배치하여 광균일도가 높고, 휘부 발생이나 무라 현상을 방지할 수 있으며, 막대형 렌즈의 몸체 양측면에만 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 배치하여 면적 대비 설치할 광원의 개수를 줄여서 설치가 쉽고, 생산 비용과 생산 시간을 절감하여 생산성을 크게 높이며, 광축 정렬이 용이하여 양질의 제품을 생산할 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 막대형 렌즈를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 막대형 렌즈의 II-II 절단면을 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1의 막대형 렌즈의 III-III 절단면을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 막대형 렌즈를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 막대형 렌즈를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 막대형 렌즈를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 막대형 렌즈를 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 막대형 렌즈를 포함하는 백라이트 유닛 및 조명 장치를 나타내는 단면도이다.
도 9는 도 8의 백라이트 유닛 및 조명 장치를 나타내는 부품 분해 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면, 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 막대형 렌즈(10)를 나타내는 사시도이다. 그리고, 도 2는 도 1의 막대형 렌즈(10)의 II-II 절단면을 나타내는 단면도이고, 도 3은 도 1의 막대형 렌즈(10)의 III-III 절단면을 나타내는 단면도이다.
먼저, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 막대형 렌즈(10)는, 크게 몸체(11) 및 발광 소자 수용부(12)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 몸체(11)는, 길이 방향을 따라 막대 형상으로 길게 형성되는 것으로서, 발광 소자나, 기타 광원에서 발생된 빛을 길이 방향을 안내할 수 있도록 형성되는 투광성 재질의 구조물일 수 있다.
여기서, 이러한 투광성 재질의 상기 몸체(11)는, 적어도 유리, 아크릴, 에폭시 수지는 물론, EMC, 에폭시 수지 조성물, 실리콘 수지 조성물, 변성 에폭시 수지 조성물, 변성 실리콘 수지 조성물, 폴리이미드 수지 조성물, 변성 폴리이미드 수지 조성물, 폴리프탈아미드(PPA), 폴리카보네이트 수지, 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 액정 폴리머(LCP), ABS 수지, 페놀 수지, 아크릴 수지, PBT 수지 등을 선택하여 이루어질 수 있다.
이외에도, 상기 몸체(11)는, 폴리카보네이트 계열, 폴리술폰계열, 폴리아크릴레이트 계열, 폴리스틸렌계, 폴리비닐클로라이드계, 폴리비닐알코올계, 폴리노르보넨 계열, 폴리에스테르 등이 적용될 수 있고, 이외에도 각종 투광성 수지 계열의 재질이 적용될 수 있다.
또한, 광분산성을 높이기 위하여 상기 몸체(11)의 표면이나 내부에 미세 패턴이나 미세 돌기나 확산막등을 형성하거나, 미세 기포를 형성하는 등 다양한 방법으로 산란 패턴이나 산란 부재 등이 설치될 수 있다.
또한, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 몸체(11)는 길이 방향으로 길게 형성되고, 선단에 일측면(11a)이 형성되며, 후단에 타측면(11b)이 형성되는 막대 형상일 수 있다.
여기서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 몸체(11)의 상면 및 하면은 각각 단면이 직선인 막대 형상일 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 몸체(11)는, 폭(W) 방향으로 절단시, 위로 볼록한 곡면을 갖는 제 1 렌즈면(F1) 및 폭 중심선(CL1)을 기준으로 상기 제 1 렌즈면(F1)과 선대칭을 이루는 제 2 렌즈면(F2)이 형성될 수 있다.
여기서, 상기 제 1 렌즈면(F1) 및 상기 제 2 렌즈면(F2)는 각각 위로 볼록한 형상인 것으로 전체적으로 상기 제 1 렌즈면(F1) 및 상기 제 2 렌즈면(F2)은 갈매기 형상으로 형성될 수 있다. 그러나, 이러한 상기 제 1 렌즈면(F1) 및 상기 제 2 렌즈면(F2)의 형상은 반드시 도면에 국한되는 것은 아니고, 이외에도, 오목하거나 다중 곡선형 등 매우 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 이러한 상기 몸체(11)의 재질이나 구조 역시, 도면에 국한되지 않고, 매우 다양한 형상이나 재질로 이루어지는 것이 가능하다.
한편, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 발광 소자 수용부(12)는, 상기 몸체(11)의 선단 일측면(11a) 및 후단 타측면(11b)에 각각 적어도 하나 이상으로 형성되는 것으로서, 상기 길이 방향으로 발광축(LS)이 형성된 발광 소자(20) 또는 발광 소자 패키지를 수용할 있는 부분일 수 있다.
여기서, 상기 발광축(LS)이란 상기 발광 소자(20)의 발광면을 통해 발산되는 빛들의 배광 분포들 중에서 가장 많은 양의 빛들이 통과하는 경로를 향하는 방향축을 지칭할 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 발광 소자 수용부(12)는, 도 1 내지 상기 발광 소자(20) 또는 상기 발광 소자 패키지가 삽입될 수 있도록 상기 발광 소자(20) 또는 상기 발광 소자 패키지와 대응되도록 형성되는 입광홈부일 수 있다.
따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 본 발명의 일부 실시예들에 따른 상기 막대형 렌즈(10)의 작동 과정을 설명하면, 상기 발광 소자 수용부(12)에 수용된 상기 발광 소자(20)의 상기 발광축(LS)을 따라 빛이 발산되면 상기 발광축(LS)을 따라 길게 형성된 상기 몸체(11)의 내부로 빛이 유입될 수 있고, 이렇게 유입된 상기 빛들의 일부는 상기 발광축(LS)을 따라 상기 몸체(11)의 내부를 관통하거나, 상기 몸체(11)의 표면에 전반사 또는 부분적으로 반사되면서 상기 몸체(11)의 전부분으로 유도될 수 있으며, 이렇게 유도된 빛들과 상기 빛들의 다른 일부들은 상기 몸체(11)의 외부로 누출되면서 보다 넓은 면적으로 발산될 수 있다.
여기서, 상기 발광 소자(20)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 패드와 제 2 패드를 갖는 플립칩(flip chip) 형태의 LED(Light Emitting Diode)일 수 있다.
이러한, 상기 발광 소자(20)는, 반도체로 이루어질 수 있다. 예를 들어서, 질화물 반도체로 이루어지는 청색, 녹색, 적색, 황색 발광의 LED, 자외 발광의 LED, 적외 발광의 LED 등이 적용될 수 있다. 질화물 반도체는, 일반식이 AlxGayInzN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, x+y+z=1)으로 나타내진다.
또한, 상기 발광 소자(20)는, 예를 들면, MOCVD법 등의 기상성장법에 의해, 성장용 사파이어 기판이나 실리콘 카바이드 기판 상에 InN, AlN, InGaN, AlGaN, InGaAlN 등의 질화물 반도체를 에피택셜 성장시켜 구성할 수 있다. 또한, 상기 발광 소자(20)는, 질화물 반도체 이외에도 ZnO, ZnS, ZnSe, SiC, GaP, GaAlAs, AlInGaP 등의 반도체를 이용해서 형성할 수 있다. 이들 반도체는, n형 반도체층, 발광층, p형 반도체층의 순으로 형성한 적층체를 이용할 수 있다. 상기 발광층(활성층)은, 다중 양자웰 구조나 단일 양자웰 구조를 한 적층 반도체 또는 더블 헤테로 구조의 적층 반도체를 이용할 수 있다. 또한, 상기 발광 소자(20)는, 디스플레이 용도나 조명 용도 등 용도에 따라 임의의 파장의 것을 선택할 수 있다.
여기서, 상기 성장용 기판으로는 필요에 따라 절연성, 도전성 또는 반도체 기판이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 성장용 기판은 사파이어, SiC, Si, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN일 수 있다. GaN 물질의 에피성장을 위해서는 동종 기판인 GaN 기판이 좋으나, GaN 기판은 그 제조상의 어려움으로 생산단가가 높은 문제가 있다.
이종 기판으로는 사파이어, 실리콘 카바이드(SiC) 기판 등이 주로 사용되고 있으며. 가격이 비싼 실리콘 카바이드 기판에 비해 사파이어 기판이 더 많이 활용되고 있다. 이종 기판을 사용할 때는 기판 물질과 박막 물질 사이의 격자상수의 차이로 인해 전위(dislocation) 등 결함이 증가한다. 또한, 기판 물질과 박막 물질 사이의 열팽창계수의 차이로 인해 온도 변화시 휨이 발생하고, 휨은 박막의 균열(crack)의 원인이 된다. 기판과 GaN계인 발광 적층체 사이의 버퍼층을 이용해 이러한 문제를 감소시킬 수도 있다.
또한, 상기 성장용 기판은 LED 구조 성장 전 또는 후에 LED 칩의 광 또는 전기적 특성을 향상시키기 위해 칩 제조 과정에서 완전히 또는 부분적으로 제거되거나 패터닝하는 경우도 있다.
예를 들어, 사파이어 기판인 경우는 레이저를 기판을 통해 반도체층과의 계면에 조사하여 기판을 분리할 수 있으며, 실리콘이나 실리콘 카바이드 기판은 연마/에칭 등의 방법에 의해 제거할 수 있다.
또한, 상기 성장용 기판 제거 시에는 다른 지지 기판을 사용하는 경우가 있으며 지지 기판은 원 성장 기판의 반대쪽에 LED 칩의 광효율을 향상시키게 위해서, 반사 금속을 사용하여 접합하거나 반사구조를 접합층의 중간에 삽입할 수 있다.
또한, 상기 성장용 기판 패터닝은 기판의 주면(표면 또는 양쪽면) 또는 측면에 LED 구조 성장 전 또는 후에 요철 또는 경사면을 형성하여 광 추출 효율을 향상시킨다. 패턴의 크기는 5nm ~ 500㎛ 범위에서 선택될 수 있으며 규칙 또는 불규칙적인 패턴으로 광 추출 효율을 좋게 하기 위한 구조면 가능하다. 모양도 기둥, 산, 반구형, 다각형 등의 다양한 형태를 채용할 수 있다.
상기 사파이어 기판의 경우, 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 및 a측 방향의 격자상수가 각각 13.001과 4.758 이며, C면, A면, R면 등을 갖는다. 이 경우, 상기 C면은 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 성장용 기판으로 주로 사용된다.
또한, 상기 성장용 기판의 다른 물질로는 Si 기판을 들 수 있으며, 대구경화에 보다 적합하고 상대적으로 가격이 낮아 양산성이 향상될 수 있다.
또한, 상기 실리콘(Si) 기판은 GaN계 반도체에서 발생하는 빛을 흡수하여 발광소자의 외부 양자 효율이 낮아지므로, 필요에 따라 상기 기판을 제거하고 반사층이 포함된 Si, Ge, SiAl, 세라믹, 또는 금속 기판 등의 지지기판을 추가로 형성하여 사용한다.
상기 Si 기판과 같이 이종 기판상에 GaN 박막을 성장시킬 때, 기판 물질과 박막 물질 사이의 격자 상수의 불일치로 인해 전위(dislocation) 밀도가 증가하고, 열팽창 계수 차이로 인해 균열(crack) 및 휨이 발생할 수 있다. 발광 적층체의 전위 및 균열을 방지하기 위한 목적으로 성장용 기판과 발광적층체 사이에 버퍼층을 배치시킬 수 있다. 상기 버퍼층은 활성층 성장시 기판의 휘는 정도를 조절해 웨이퍼의 파장 산포를 줄이는 기능도 한다.
여기서, 상기 버퍼층은 AlxInyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, x+y≤1), 특히 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, 또는 InGaNAlN를 사용할 수 있으며, 필요에 따라 ZrB2, HfB2, ZrN, HfN, TiN 등의 물질도 사용할 수 있다. 또한, 복수의 층을 조합하거나, 조성을 점진적으로 변화시켜 사용할 수도 있다.
또한, 도시하지 않았지만, 상기 발광 소자(20)는, 상기 패드 이외에도 펌프나 솔더 등의 신호전달매체를 갖는 플립칩 형태일 수 있고, 이외에도, 단자에 본딩 와이어가 적용되거나, 부분적으로 제 1 단자 또는 제 2 단자에만 본딩 와이어가 적용되는 발광 소자나, 수평형, 수직형 발광 소자 등이 모두 적용될 수 있다.
또한, 상기 제 1 패드와 제 2 패드를 대신하여 다양한 형상의 전극이나 단자가 설치될 수 있고, 예컨대 하나의 암 상에 다수 핑거들이 구비된 핑거 구조를 가질 수도 있다.
또한, 상기 발광 소자(20)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 몸체(11)의 선단 일측면(11a) 및 후단 타측면(11b)에 각각 1개씩 설치될 수도 있고, 이외에도 상기 몸체(11)의 선단 일측면(11a) 및 후단 타측면(11b)에 각각 복수개가 설치되는 것도 가능하다. 또한, 상기 발광 소자(20) 대신 발광 소자(20)를 포함하는 발광 소자 패키지가 적용될 수 있다. 이외에도, 상기 발광 소자(20) 또는 발광 소자 패키지를 포함하는 발광 소자 패키지 모듈이 적용되는 것도 가능하다.
도 4는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 막대형 렌즈(10)를 나타내는 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 막대형 렌즈(10)의 몸체(11)는, 길이 방향으로 절단시, 위로 볼록한 곡면을 갖는 제 3 렌즈면(F3) 및 길이 중심선(CL2)을 기준으로 상기 제 3 렌즈면(F3)과 선대칭을 이루는 제 4 렌즈면(F4)이 형성될 수 있다. 여기서, 이러한 상기 제 3 렌즈면(F3) 및 상기 제 4 렌즈면(F4)의 곡률이나 위치나 굴곡 형상 등은 상기 몸체(11)의 광학적인 특성, 즉 재질이나, 길이, 폭 등의 규격이나, 상기 발광 소자(20)의 광학적 특성이나 설치 위치 등에 따라 최적화되어 설계될 수 있는 것으로서, 이는 상기 몸체(11)의 길이 방향으로 광균일도를 향상시키기 위함이다.
예컨데, 상기 몸체(11)의 길이 중심선(CL2) 부근에 휘부가 발생되는 경우에는, 상기 제 제 3 렌즈면(F3) 및 상기 제 4 렌즈면(F4)의 위로 볼록한 곡면의 곡률을 낮추어서 상기 몸체(11)의 길이 중심선(CL2) 부근에 집중되던 빛을 테두리부로 분산시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 막대형 렌즈(10)를 나타내는 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 막대형 렌즈(10)의 몸체(11)는, 길이 방향으로 절단시, 아래 및 위로 볼록한 곡면을 갖는 제 5 렌즈면(F5) 및 길이 중심선(CL2)을 기준으로 상기 제 5 렌즈면(F5)과 선대칭을 이루는 제 6 렌즈면(F6)이 형성될 수 있다. 여기서, 이러한 상기 제 5 렌즈면(F5) 및 상기 제 6 렌즈면(F6)의 곡률이나 위치나 굴곡 형상 등은 상기 몸체(11)의 광학적인 특성, 즉 재질이나, 길이, 폭 등의 규격이나, 상기 발광 소자(20)의 광학적 특성이나 설치 위치 등에 따라 최적화되어 설계될 수 있는 것으로서, 이는 상기 몸체(11)의 길이 방향으로 광균일도를 향상시키기 위함이다.
예컨데, 상기 몸체(11)의 길이 중심선(CL2) 부근에 암부가 발생되는 경우에는, 상기 제 제 5 렌즈면(F5) 및 상기 제 6 렌즈면(F6)의 아래로 볼록한 곡면의 곡률을 낮추어서 상기 몸체(11)의 길이 중심선(CL2) 부근에 빛을 집중시켜서 암부를 해소할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 막대형 렌즈(10)를 나타내는 단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 몸체(11)의 상방으로 빛을 유도할 수 있도록 상기 몸체(11)의 하면에 반사면(13)이 형성될 수 있다.
여기서, 이러한 상기 반사면(13)은 금속층이나, 기타 반사물질이 포함된 EMC, 반사물질이 포함된 화이트 실리콘, PSR(Photoimageable Solder Resist)이 적용될 수 있고, 이외에도 에폭시 수지 조성물, 실리콘 수지 조성물, 변성 에폭시 수지 조성물, 변성 실리콘 수지 조성물, 폴리이미드 수지 조성물, 변성 폴리이미드 수지 조성물, 폴리프탈아미드(PPA), 폴리카보네이트 수지, 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 액정 폴리머(LCP), ABS 수지, 페놀 수지, 아크릴 수지, PBT 수지, 브래그(Bragg) 반사층, 에어갭(air gap), 전반사층, 금속층 및 이들의 조합 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어질 수 있다.
도 7은 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 막대형 렌즈(10)를 나타내는 단면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 몸체(11)의 하방으로 발산되는 빛을 산란시켜서 빛의 균일도를 향상시킬 수 있도록 상기 몸체(11)의 하면에 요철면(14)이 형성될 수 있다.
여기서, 이러한 상기 요철면(14)은 줄 무늬나 도트 무늬나 빗살 무늬나 체인 무늬나 바둑판 무늬나 거친면이나 미세 돌기부 또는 미세 홈부 등 각종 패턴을 형성하여 이루어질 수 있다.
이외에도, 상기 요철면(14)은 미세 알갱이가 포함되거나, 분산층들이 형성되는 등 매우 다양한 형태의 요철 구조가 적용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 막대형 렌즈(10)를 포함하는 백라이트 유닛(100) 및 조명 장치(1000)를 나타내는 단면도이고, 도 9는 도 8의 백라이트 유닛(100) 및 조명 장치(1000)를 나타내는 부품 분해 사시도이다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 백라이트 유닛(100)은, 상면에 출광면이 형성되는 도광판(30)과, 상기 도광판(30)의 하방에 상기 도광판(30)을 가로질러서 제 1 방향으로 길게 설치되는 적어도 하나의 막대형 렌즈(10)와, 상기 막대형 렌즈(10)의 일측 방향 및/또는 타측 방향에 설치되고, 상기 막대형 렌즈(10)를 향하여 발광축(Ls)이 형성되는 복수개의 발광 소자(20) 및 복수개의 상기 발광 소자(20)가 안착되고, 상기 도광판(30)의 하방에 제 2 방향으로 길게 형성되는 막대형 기판(40)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 도광판(30)은, 상기 막대형 렌즈(10)에서 전달된 빛을 유도할 수 있도록 투광성 재질로 제작될 수 있는 광학 부재일 수 있다.
이러한, 상기 도광판(30)은, 상기 막대형 렌즈(10)를 통과한 빛의 경로에 설치되어, 상기 막대형 렌즈(10)에서 발산된 빛을 보다 넓은 면적으로 전달할 수 있다.
이러한, 상기 도광판(30)은, 그 재질이 폴리카보네이트 계열, 폴리술폰계열, 폴리아크릴레이트 계열, 폴리스틸렌계, 폴리비닐클로라이드계, 폴리비닐알코올계, 폴리노르보넨 계열, 폴리에스테르 등이 적용될 수 있고, 이외에도 각종 투광성 수지 계열의 재질이 적용될 수 있다. 또한, 상기 도광판(30)은, 표면에 미세 패턴이나 미세 돌기나 확산막등을 형성하거나, 내부에 미세 기포를 형성하는 등 다양한 방법으로 이루어질 수 있다.
여기서, 도시하지 않았지만, 상기 도광판(30)의 상방에는 각종 확산 시트, 프리즘 시트, 필터 등의 광학계(S)가 추가로 설치될 수 있다. 또한, 상기 도광판(30)의 상방에는 LCD 패널 등 각종 디스플레이 패널(D)이 설치될 수 있다.
또한, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 막대형 기판(40)은 서로 평행하게 설치되는 상기 막대형 렌즈(10)들의 양측면에 각각 1개씩 설치되는 것으로서, 그 표면에 전극층이 설치되어 상기 막대형 기판(40)을 지지하는 역할을 하는 동시에, 상기 발광 소자(20)와 전기적으로 연결되어 상기 발광 소자(20)에 전원을 인가하는 역할을 할 수 있다.
또한, 상기 막대형 렌즈(10)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상술된 본 발명의 일부 실시예들에 따른 막대형 렌즈(10)의 구성 요소들과 그 역할 및 구성이 동일할 수 있다. 따라서, 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 백라이트 유닛(100)은, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 막대형 렌즈(10)의 하방에 설치되고, 상기 막대형 렌즈(10)의 하방으로 발산되는 빛을 반사면(50a)을 이용하여 상방으로 반사시키는 반사 부재(50)를 더 포함할 수 있다.
그러므로, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 백라이트 유닛(100)은 길이가 긴 본 발명의 상기 막대형 렌즈(10)를 서로 평행하게 배치하여 광균일도가 높고, 휘부 발생이나 무라 현상을 방지할 수 있으며, 상기 막대형 렌즈(10)의 몸체(11) 양측면에만 발광 소자(20) 또는 발광 소자 패키지를 배치하여 면적 대비 설치할 광원의 개수를 줄여서 설치가 쉽고, 생산 비용과 생산 시간을 절감하여 생산성을 크게 높이며, 광축 정렬이 용이하여 양질의 제품을 생산할 수 있다.
한편, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 조명 장치(1000)는, 상면에 출광면이 형성되는 도광판(30)과, 상기 도광판(30)의 하방에 상기 도광판(30)을 가로질러서 제 1 방향으로 길게 설치되는 적어도 하나의 막대형 렌즈(10)와, 상기 막대형 렌즈(10)의 일측 방향 및/또는 타측 방향에 설치되고, 상기 막대형 렌즈(10)를 향하여 발광축(LS)이 형성되는 복수개의 발광 소자(20) 및 복수개의 상기 발광 소자(20)가 안착되고, 상기 도광판(30)의 하방에 제 2 방향으로 길게 형성되는 막대형 기판(40)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 도광판(30)과, 상기 막대형 렌즈(10)와, 상기 발광 소자(20) 및 상기 막대형 기판(40)은 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상술된 본 발명의 일부 실시예들에 따른 백라이트 유닛(100)의 구성 요소들과 그 역할 및 구성이 동일할 수 있다. 따라서, 상세한 설명은 생략한다.
이외에도, 본 발명은, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 막대형 렌즈(10), 백라이트 유닛(100) 및 조명 장치(1000)를 포함하는 디스플레이 장치를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 디스플레이 장치는, 각종 핸드폰, 스마트폰, 스마트 패드, 모니터, TV, 스마트 TV 등 각종 정보 단말기나, 영상 재생 장치 등을 포함할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 막대형 렌즈
11: 몸체
12: 발광 소자 수용부
13: 반사면
14: 요철면
20: 발광 소자
CL1: 폭 중심선
CL2: 길이 중심선
F1: 제 1 렌즈면
F2: 제 2 렌즈면
F3: 제 3 렌즈면
F4: 제 4 렌즈면
F5: 제 5 렌즈면
F6: 제 6 렌즈면
30: 도광판
40: 막대형 기판
50: 반사 부재
100: 백라이트 유닛
1000: 조명 장치

Claims (10)

  1. 길이 방향을 따라 막대 형상으로 길게 형성되는 투광성 재질의 몸체; 및
    상기 몸체의 선단 일측면 및/또는 후단 타측면에 형성되고, 상기 길이 방향으로 발광축이 형성된 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 수용할 있는 발광 소자 수용부;
    를 포함하는, 막대형 렌즈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 소자 수용부는, 상기 발광 소자 또는 상기 발광 소자 패키지가 삽입될 수 있도록 상기 발광 소자 또는 상기 발광 소자 패키지와 대응되도록 형성되는 입광홈부인, 막대형 렌즈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 몸체는, 폭 방향으로 절단시, 위로 볼록한 곡면을 갖는 제 1 렌즈면 및 상기 제 1 렌즈면과 대칭을 이루는 제 2 렌즈면이 형성되는, 막대형 렌즈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 몸체는, 길이 방향으로 절단시, 위로 또는 아래로 볼록한 곡면을 갖는 제 3 렌즈면 및 상기 제 3 렌즈면과 대칭을 이루는 제 4 렌즈면이 형성되는, 막대형 렌즈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 몸체의 하면에 반사면 또는 요철면이 형성되는 것인, 막대형 렌즈.
  6. 상면에 출광면이 형성되는 도광판;
    상기 도광판의 하방에 상기 도광판을 가로질러서 제 1 방향으로 길게 설치되는 적어도 하나의 막대형 렌즈;
    상기 막대형 렌즈의 일측 방향 및/또는 타측 방향에 설치되고, 상기 막대형 렌즈를 향하여 발광축이 형성되는 복수개의 발광 소자; 및
    복수개의 상기 발광 소자가 안착되고, 상기 도광판의 하방에 제 2 방향으로 길게 형성되는 막대형 기판;
    을 포함하는, 백라이트 유닛.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 막대형 렌즈는,
    길이 방향을 따라 막대 형상으로 길게 형성되는 투광성 재질의 몸체; 및
    상기 몸체의 선단 일측면 및/또는 후단 타측면에 형성되고, 상기 길이 방향으로 발광축이 형성된 발광 소자 또는 발광 소자 패키지를 수용할 있는 발광 소자 수용부;
    를 포함하는, 백라이트 유닛.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 발광 소자 수용부는, 상기 발광 소자 또는 상기 발광 소자 패키지가 삽입될 수 있도록 상기 발광 소자 또는 상기 발광 소자 패키지와 대응되도록 형성되는 입광홈부인, 백라이트 유닛.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 막대형 렌즈의 하방에 설치되고, 상기 막대형 렌즈의 하방으로 발산되는 빛을 상방으로 반사시키는 반사 부재;
    를 더 포함하는, 백라이트 유닛.
  10. 상면에 출광면이 형성되는 도광판;
    상기 도광판의 하방에 상기 도광판을 가로질러서 제 1 방향으로 길게 설치되는 적어도 하나의 막대형 렌즈;
    상기 막대형 렌즈의 일측 방향 및/또는 타측 방향에 설치되고, 상기 막대형 렌즈를 향하여 발광축이 형성되는 복수개의 발광 소자; 및
    복수개의 상기 발광 소자가 안착되고, 상기 도광판의 하방에 제 2 방향으로 길게 형성되는 막대형 기판;
    을 포함하는, 조명 장치.
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