KR20150130698A - 발광 소자 패키지 - Google Patents

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Abstract

실시 형태에 따른 발광 소자 패키지는, 기판; 상기 기판에 배치된 제1 발광 소자들, 및 상기 기판에 배치되고 상기 제1 발광 소자들을 둘러싸도록 배치된 제2 발광 소자들을 포함하는 복수의 발광 소자들; 상기 제1 발광 소자들 상에 배치된 제1 입사면, 상기 제2 발광 소자들 상에 배치된 제2 입사면, 및 상기 제1 입사면과 상기 제2 입사면 상에 배치된 출사면을 포함하는 렌즈; 및 상기 제1 발광 소자들과 상기 제2 발광 소자들의 구동을 제어하는, 전원 제어부;를 포함하고, 상기 전원 제어부가 상기 제1 발광 소자들을 온시키고, 상기 제2 발광 소자들을 오프시키면, 상기 렌즈의 출사면에서는 제1 배광각을 갖는 광이 방출되고, 상기 전원 제어부가 상기 제1 발광 소자들을 오프시키고, 상기 제2 발광 소자들을 온시키면, 상기 렌즈의 출사면에서는 제2 배광각을 갖는 광이 방출되고, 상기 제2 배광각의 최솟값은 상기 제1 배광각의 최솟값보다 크다.

Description

발광 소자 패키지{PACKAGE FOR LIGHT EMITTING DEVICE}
실시 형태는 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 전기 에너지를 빛으로 변환하는 반도체 소자의 일종이다. 발광 다이오드는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성의 장점을 가진다. 이에 기존의 광원을 발광 다이오드로 대체하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 발광 다이오드는 실내외에서 사용되는 각종 램프, 액정표시장치, 전광판, 가로등 등의 조명 장치의 광원으로서 사용이 증가되고 있는 추세이다. 발광 다이오드는 순 방향 전압 인가 시 n층의 전자와 p층의 정공이 결합하여 전도대(Conduction band)와 가전대(Valance band)의 에너지 갭에 해당하는 만큼의 빛 에너지를 생성할 수 있다.
발광 다이오드 소자의 특성을 결정하는 기준으로는 색, 휘도 및 광도 등이 있고, 이러한 발광 다이오드 소자의 특성은 1차적으로 발광 다이오드 소자에 사용되고 있는 화합물 반도체 재료에 의해 결정되지만, 2차적인 요소로는 칩을 실장하기 위한 패키지 구조에 의해서도 큰 영향을 받게 되므로, 패키지 구조 등에 많은 관심을 갖게 되었다.
도 1은 렌즈를 포함하는 종래 발광 소자 패키지(10A)를 나타낸 측 단면도이고, 도 2는 몰딩부를 포함하는 종래 발광 소자 패키지(10B)를 나타낸 측 단면도이다.
도 1의 발광 소자 패키지(10A)는, 기판(16) 상에 발광 소자(12)가 배치되고, 기판(16) 상에는 리드 프레임(14, 15)이 형성된다. 리드 프레임(14, 15)에는 발광 소자(12)의 전극(미도시)이 와이어(13) 본딩으로 연결되어 있다. 발광 소자(12) 상에는 렌즈(11)가 구비되어 있다. 도 2의 발광 소자 패키지(10B)는 기판(16)과, 기판(16) 상에 배치되는 발광 소자(12)를 포함한다. 도 2는 기판(16)의 상부에 발광 소자(12)를 둘러싸도록 형성된 몸체(18)를 포함하며, 발광 소자(12)의 보호를 위해 몸체(18)의 중앙 홀에 형성된 몰딩부(17)를 포함한다. 몰딩부(17)의 내부에는 확산제가 포함될 수 있다. 또한, 몰딩부(17) 내부에 형광체가 더 포함될 수도 있다. 그러나 도 1 및 도 2에 개시된 발광 소자 패키지(10A, 10B)는 발광 소자(12)에서 방사된 광이 일정한 광경로를 따라 발광 소자 패키지(10A, 10B)의 외부로 방사되므로, 제품마다 정해진 배향 특성을 갖게 되고 조사 빔 각도의 변경이나 조정을 위한 기능은 발광 소자(12)에 구비되어 있지 않기 때문에 배광각(light distribution angle)이 협소하고 이를 변경할 수 없다는 문제점이 있다.
실시 형태는 듀얼의 배광각을 갖는 발광 소자 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 실시 형태는 기계적인 전환이나 렌즈의 교환없이 조명기구의 소형화와 고성능화에 기여하는 발광 소자 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 실시 형태는 상황에 따라 조명 공간 분위기의 연출, 선택이 가능한 발광 소자 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
실시 형태에 따른 발광 소자 패키지는, 기판; 상기 기판에 배치된 제1 발광 소자들, 및 상기 기판에 배치되고 상기 제1 발광 소자들을 둘러싸도록 배치된 제2 발광 소자들을 포함하는 복수의 발광 소자들; 상기 제1 발광 소자들 상에 배치된 제1 입사면, 상기 제2 발광 소자들 상에 배치된 제2 입사면, 및 상기 제1 입사면과 상기 제2 입사면 상에 배치된 출사면을 포함하는 렌즈; 및 상기 제1 발광 소자들과 상기 제2 발광 소자들의 구동을 제어하는, 전원 제어부;를 포함하고, 상기 전원 제어부가 상기 제1 발광 소자들을 온시키고, 상기 제2 발광 소자들을 오프시키면, 상기 렌즈의 출사면에서는 제1 배광각을 갖는 광이 방출되고, 상기 전원 제어부가 상기 제1 발광 소자들을 오프시키고, 상기 제2 발광 소자들을 온시키면, 상기 렌즈의 출사면에서는 제2 배광각을 갖는 광이 방출되고, 상기 제2 배광각의 최솟값은 상기 제1 배광각의 최솟값보다 크다.
실시 형태에 따른 발광 소자 패키지를 사용하면, 전원 제어부를 제어하여 듀얼의 배광각을 구현할 수 있는 이점이 있다.
또한, 기계적인 전환이나 렌즈의 교환없이 조명 장치의 소형화와 고성능화가 가능한 이점이 있다.
또한, 상황에 따라 조명 공간 분위기의 연출, 선택이 가능한 이점이 있다.
도 1은 렌즈를 포함하는 종래 발광 소자 패키지를 나타낸 측 단면도이다.
도 2는 몰딩부를 포함하는 종래 발광 소자 패키지를 나타낸 측 단면도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 따른 발광 소자 패키지의 분해 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 발광 소자 패키지의 발광 소자들(130)과 렌즈(150)와의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 3 내지 도 4에 도시된 발광 소자 패키지의 내측 발광 소자(131)들만 전원 제어부(170)에 의해 온된 경우의 배광 분포를 보여주는 도면이다.
도 6은 도 3 내지 도 4에 도시된 발광 소자 패키지의 외측 발광 소자(133)들만 전원 제어부(170)에 의해 온된 경우의 배광 분포를 보여주는 도면이다.
도 7은 제2 실시 형태에 따른 발광 소자 패키지의 분해 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 발광 소자 패키지의 발광 소자들(130’)과 렌즈(150)와의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 7 내지 도 8에 도시된 발광 소자 패키지의 내측 발광 소자(131)들과 제1 중간 발광 소자(135a)들이 전원 제어부(170)에 의해 온된 경우의 배광 분포를 보여주는 도면이다.
도 10은 도 7 내지 도 8에 도시된 발광 소자 패키지의 외측 발광 소자(133)들과 제2 중간 발광 소자(135b)들이 전원 제어부(170)에 의해 온된 경우의 배광 분포를 보여주는 도면이다.
도 11은 도 4에 도시된 발광 소자 패키지의 렌즈의 형상에 따른 제1 배광각과 제2 배광각의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 <표 1> 내지 <표 3>의 결과를 정리한 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시 형태를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
실시 형태들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여(indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 3은 제1 실시 형태에 따른 발광 소자 패키지의 분해 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 발광 소자 패키지의 발광 소자들(130)과 렌즈(150)와의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 4를 참조하면, 제1 실시 형태에 따른 발광 소자 패키지는, 기판(110), 복수의 발광 소자들(130), 렌즈(150) 및 전원 제어부(170)를 포함할 수 있다.
기판(110)은 원판 형상일 수 있다.
기판(110)의 재질은 절연성 또는 전도성 재질로 형성될 수 있으며, 단층 또는 다층 구조를 포함할 수 있다. 기판(110)의 재질은 예를 들면 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 알루미늄 나이트라이드(AlN), AlOx, 액정폴리머(PSG, photo sensitive glass), 폴리아미드9T(PA9T), 신지오택틱폴리스티렌(SPS), 금속 재질, 사파이어(Al2O3), 베릴륨 옥사이드(BeO), 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 기판(110)은 사출 성형, 에칭 공정 등에 의해 형성될 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
기판(110)의 상면에는 복수의 발광 소자들(130)이 배치될 수 있다.
기판(110)은 복수의 발광 소자들(130)을 전기적으로 연결하며, 외부에서 공급되는 전원을 복수의 발광 소자들(130)로 제공할 수 있다.
복수의 발광 소자들(130) 각각은 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물을 구비할 수 있다. 예를 들어, 발광 구조물은 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 활성층이 배치된 형태로 구비될 수 있다.
제1 도전형 반도체층은 n형 반도체층을 포함할 수 있고 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에서 선택될 수 있으며 Si, Ge, Sn, Se, Te 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
활성층은 상기 제1 도전형 반도체층을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 제2 도전형 반도체층을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 서로 만나서, 활성층의 형성 물질에 따른 에너지 밴드(Energy Band)의 밴드갭(Band Gap) 차이에 의해서 빛을 방출하는 층이다. 활성층은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 도전형 반도체층은 p형 반도체층으로 구현될 수 있고 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 등에서 선택될 수 있으며 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
한편 제1 도전형 반도체층이 p형 반도체층을 포함하고 제2 도전형 반도체층이 n형 반도체층을 포함할 수도 있다. 또한 제2 도전형 반도체층 아래에는 n형 또는 p형 반도체층을 포함하는 반도체층이 더 형성될 수 있다. 이에 따라, 발광 구조물은 n-p 접합 구조, p-n 접합 구조, n-p-n 접합 구조, 및 p-n-p 접합 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
복수의 발광 소자들(130) 각각은 가시광선 대역부터 자외선 대역의 범위 중에서 선택적으로 발광할 수 있고, 반도체 재질 고유의 색을 갖는 빛을 방출할 수 있다.
복수의 발광 소자들(130) 각각은 파장 변환층(미도시)을 포함할 수 있다. 파장 변환층(미도시)은 복수의 발광 소자들(130) 각각에서 방출되는 제1 파장의 광을 제2 파장의 광으로 변환할 수 있다. 여기서, 제1 파장과 제2 파장은 서로 다른 파장이다.
파장 변환층(미도시)은 청색 형광체, 적색 형광체, 녹색 형광체, 황색 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 청색 형광체는 Sr2MgSi2O7:Eu2 +의 물질, BaMgAl10O17:Eu(Mn), Sr5Ba3MgSi2O8:Eu2 +, Sr2P2O7:Eu2 +, SrSiAl2O3N2:Eu2 +, (Ba1 -xSrx)SiO4:Eu2+, (Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu2 +, CaMgSi2O6:Eu2 +중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 적색 형광체는 La2O2S:Eu3 +, Y2O2S:Eu3 +, Y2O3:Eu3 +(Bi3 +), CaS:Eu2 +, K5(WO4)6.25:Eu3+2.5, LiLa2O2BO3:Eu3 +중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 녹색 형광체는 ZnS:Cu+(Al3 +), SrGa2S4:Eu2 +, CaMgSi2O7:Eu2 +, Ca8Mg(SiO4)Cl2:Eu2 +(Mn2 +), (Ba, Sr)2SiO4:Eu2+ 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 황색 형광체는 Y3Al5O12:Ce3 +, Sr2SiO4:Eu2+중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 파장 변환층(미도신)이 포함하는 형광체는 이에 한정하지 않으며 이상 서술한 형광체 이외의 청색, 적색, 녹색, 황색 형광체를 포함할 수 있다.
복수의 발광 소자들(130)은 제1 발광 소자(131)들과 제2 발광 소자(133)들을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 발광 소자(131)들은 내측 발광 소자(131)들로, 제2 발광 소자(133)들은 외측 발광 소자(133)들일 수 있다. 여기서, 도면에서는 내측 발광 소자(131)들이 복수로 도시되어 있지만, 내측 발광 소자(131)는 하나일 수도 있다.
인접하는 내측 발광 소자(131)들은 서로 붙어서 배치될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 내측 발광 소자(131)들은, 소정의 간격을 두고 서로 이격되어 배치될 수도 있다.
인접하는 외측 발광 소자(133)들은 서로 붙어서 배치될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 외측 발광 소자(133)들은, 소정의 간격을 두고 서로 이격되어 배치될 수도 있다.
외측 발광 소자(133)들은 내측 발광 소자(131)들을 둘러싸도록 배치된다. 외측 발광 소자(133)들은 내측 발광 소자(131)들로부터 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다.
내측 발광 소자(131)들은 렌즈(150)의 캐비티(151) 아래에 배치되어 캐비티(151) 내부로 광을 방출할 수 있다.
내측 발광 소자(131)들은 렌즈(150)의 제1 입사면(152) 아래에 배치되어 제1 입사면(152)으로 광을 방출할 수 있다.
외측 발광 소자(133)들은 렌즈(150)의 제2 입사면(153) 아래에 배치되어 제2 입사면(153)으로 광을 방출할 수 있다.
내측 발광 소자(131)들과 외측 발광 소자(133)들은 동일한 파장의 광을 발광할 수 있고, 서로 다른 파장의 광을 발광할 수도 있다.
내측 발광 소자(131)들과 외측 발광 소자(133)들은 전원 제어부(170)와 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 내측 발광 소자(131)들과 외측 발광 소자(133)들은 전원 제어부(170)와 직접 연결될 수도 있고, 기판(110)을 통해 간접적으로 연결될 수도 있다.
내측 발광 소자(131)들과 외측 발광 소자(133)들은 전원 제어부(170)에 의해 온/오프(on/off)가 독립적으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 내측 발광 소자(131)들은 온(on)되고, 외측 발광 소자(133)들은 오프(off)될 수도 있고, 그 반대로 될 수도 있으며, 내측 발광 소자(131)들과 외측 발광 소자(133)들 모두가 동시에 온(on)되거나 동시에 오프(off)될 수 있다.
복수의 발광 소자들(130) 각각의 사이즈는, 가로와 세로가 각각 1 (mm)인 것일 수 있다. 발광 소자들(130)의 사이즈는 이에 한정하지 않으며 동일한 사이즈의 발광 소자들이 배치되거나 적어도 사이즈가 다른 하나 이상의 발광 소자들이 배치될 수도 있다.
렌즈(150)는 복수의 발광 소자들(130) 상에 배치된다. 렌즈(150)는 복수의 발광 소자들(130)로부터 방출되는 광을 소정의 각도로 배광할 수 있다.
렌즈(150)는 입사면(152, 153)과 출사면(155)을 포함할 수 있다.
렌즈(150)의 입사면(152, 153)은 복수의 발광 소자들(130)에서 방출된 광을 수신한다. 구체적으로, 렌즈(150)의 제1 입사면(152)은 내측 발광 소자(131)들에서 방출된 광을 수신하고, 렌즈(150)의 제2 입사면(153)은 외측 발광 소자(133)들에서 방출된 광을 수신할 수 있다.
렌즈(150)의 입사면(152, 153)은 복수의 발광 소자들(130) 상에 배치된다. 구체적으로, 렌즈(150)의 제1 입사면(152)은 내측 발광 소자(131)들 상에 배치되고, 렌즈(150)의 제2 입사면(153)은 외측 발광 소자(133)들 상에 배치될 수 있다.
렌즈(150)의 입사면(152, 153)은 제1 입사면(152)과 제2 입사면(153)을 포함할 수 있다.
제1 입사면(152)은 곡면일 수 있다. 제1 입사면(152)는 위로 볼록한 곡면일 수 있다.
제1 입사면(152)는 구면일 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니며, 제1 입사면(152)은 비구면일 수도 있다.
제1 입사면(152)은 렌즈(150)의 캐비티(151)를 정의할 수 있다. 캐비티(151)의 형상은 제1 입사면(152)의 형상에 따라 달라질 수 있다. 도면에서 제1 입사면(152)의 형상이 구면이므로, 캐비티(151)의 형상은 반구 형상일 수 있다. 제1 입사면(152)의 단면의 형상은 반원형으로 형성될 수 있으나 이에 한정하지 않으며 반타원형 또는 다각형으로 형성될 수도 있다.
제2 입사면(153)은 제1 입사면(152)을 둘러싸는 링 형상의 평면일 수 있다.
제2 입사면(153)과 제1 입사면(152)은 일체로 형성될 수 있다. 원 형상에서 중앙부가 위로 볼록하도록 형성된 부분이 제1 입사면(152)이 되고, 제2 입사면(152)를 제외한 평평한 부분이 제2 입사면(153)이 된다.
제2 입사면(153)은 외측 발광 소자(133)들 각각의 상면에 배치될 수도 있고, 외측 발광 소자(133)들 각각의 상면으로부터 소정 간격 이격될 수도 있다. 제2 입사면(153)이 외측 발광 소자(133)들 각각의 상면으로부터 소정 간격 이격되는 경우, 제2 입사면(153)과 외측 발광 소자(133)들 각각의 상면을 이격시키기 위한 부재(미도시)가 실시 형태에 따른 발광 소자 패키지에 더 포함될 수 있다. 예를 들어, 부재(미도시)는 기판(110)과 렌즈(150) 사이에 배치될 수도 있고, 렌즈(150)의 일부이거나 기판(110)의 일부일 수도 있다.
렌즈(150)의 출사면(155)은 입사면(152, 153)을 통해 입사된 광을 렌즈(150) 밖으로 방출한다.
렌즈(150)의 출사면(155)은 입사면(152, 153) 상에 배치된다.
렌즈(150)의 출사면(155)은 도면에 도시된 바와 같이 위로 볼록할 수 있다. 렌즈(150)의 출사면(155)은 아래로 볼록할 수도 있다.
렌즈(150)의 출사면(155)은 구면일 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니며, 렌즈(150)의 출사면(155)는 비구면일 수 있다. 출사면(155)의 단면의 형상은 반원형으로 형성될 수 있으나 이에 한정하지 않으며 반타원형 또는 다각형으로 형성될 수도 있다.
렌즈(150)는 투광성 수지 재질 예컨대, 에폭시 또는 실리콘을 포함하거나, 유리 재질로 형성될 수 있다.
전원 제어부(170)는 복수의 발광 소자들(130)의 구동을 제어한다. 전원 제어부(170)는 내측 발광 소자(131)들과 외측 발광 소자(133)들이 서로 독립적으로 구동되도록 제어한다. 전원 제어부(170)는 내측 발광 소자(131)들의 온/오프(on/off)를 제어하고, 외측 발광 소자(133)들의 온/오프(on/off)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 전원 제어부(170)는 내측 발광 소자(131)들은 온(on) 시키고, 외측 발광 소자(133)들은 오프(off) 시킬 수도 있다. 그 반대로도 가능하며, 내측 발광 소자(131)들과 외측 발광 소자(133)들을 모두 온(on) 시킬 수도 있고, 모두 오프(off) 시킬 수도 있다.
전원 제어부(170)는 복수의 발광 소자들(130)의 구동을 외부 입력 신호에 따라 제어할 수도 있고, 디폴트로 미리 설정된 방법에 따라 제어할 수도 있다.
전원 제어부(170)는 기판(110)에 전기적으로 연결되어 내측 발광 소자(131)들과 외측 발광 소자(133)들의 구동을 제어할 수도 있고, 내측 발광 소자(131)들과 외측 발광 소자(133)들과 직접적으로 연결되어 내측 발광 소자(131)들과 외측 발광 소자(133)들의 구동을 제어할 수도 있다.
제1 실시 형태에 따른 발광 소자 패키지는, 복수의 발광 소자들(130), 렌즈(150) 및 전원 제어부(170)에 의해, 서로 다른 두 개의 제1 배광각과 제2 배광각을 가질 수 있다. 구체적으로 도 5 내지 도 6을 참조하여 설명하도록 한다.
도 5는 도 3 내지 도 4에 도시된 발광 소자 패키지의 내측 발광 소자(131)들만 전원 제어부(170)에 의해 온(on)된 경우의 배광 분포를 보여주는 도면이고, 도 6은 도 3 내지 도 4에 도시된 발광 소자 패키지의 외측 발광 소자(133)들만 전원 제어부(170)에 의해 온(on)된 경우의 배광 분포를 보여주는 도면이다.
도 5 내지 도 6의 배광 분포는, 도 3 내지 도 4에 도시된 발광 소자 패키지의 렌즈(150)의 출사면(155)과 렌즈(150)의 제1 입사면(152)을 구면으로 가정하였고, 렌즈(150)의 출사면(155)의 곡률 반지름(R1)은 5 (mm)이고, 렌즈(150)의 제1 입사면(152)의 곡률 반지름(R2)은 2.5 (mm)이며, 렌즈(150)의 직경(Φ1)은 10 (mm)이며, 렌즈(150)의 굴절률은 1.5로 가정한 것이다.
도 5를 참조하면, 제1 실시 형태에 따른 발광 소자 패키지의 내측 발광 소자(131)들만 온(on)된 경우에 렌즈(150)의 출사면(155)에서 방출되는 광의 제1 배광각은 대략 66도(°)이다.
도 6을 참조하면, 제1 실시 형태에 따른 발광 소자 패키지의 외측 발광 소자(133)들만 온(on)된 경우에 렌즈(150)의 출사면(155)에서 방출되는 광의 제2 배광각은 대략 82도(°)이다.
이와 같이, 제1 실시 형태에 따른 발광 소자 패키지는, 전원 제어부(170)의 간단한 제어를 통해 서로 다른 두 개의 제1 배광각과 제2 배광각을 구현할 수 있다. 여기서, 제2 배광각의 최솟값은 제1 배광각의 최솟값보다 크다.
여기서, 내측 발광 소자(131)들과 외측 발광 소자(133)들이 서로 다른 색상 또는 서로 다른 파장의 광을 방출하고, 전원 제어부(170)가 내측 발광 소자(131)들과 외측 발광 소자(133)들을 동시에 온(on)시키는 경우에는, 두 가지 서로 다른 광을 혼합시킬 수 있기 때문에, 제1 실시 형태에 따른 발광 소자 패키지는 감성 조명을 구현할 수 있다.
도 7은 제2 실시 형태에 따른 발광 소자 패키지의 분해 사시도이고, 도 8은 도 7에 도시된 발광 소자 패키지의 발광 소자들(130’)과 렌즈(150)와의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 도 8에 도시된 발광 소자 패키지는, 기판(110), 복수의 발광 소자들(130’), 렌즈(150) 및 전원 제어부(170)를 포함할 수 있다. 기판(110), 렌즈(150) 및 전원 제어부(170)는 도 3 내지 도 4에 도시된 발광 소자 패키지의 기판(110), 렌즈(150) 및 전원 제어부(170)와 동일하므로 이하에서는 복수의 발광 소자들(130’)에 대해서 설명하도록 한다.
도 7 내지 도 8에 도시된 발광 소자 패키지의 복수의 발광 소자들(130’)은 도 3 내지 도 4에 도시된 발광 소자 패키지의 복수의 발광 소자들(130)과 다르다.
구체적으로, 도 3 내지 도 4에 도시된 발광 소자 패키지의 복수의 발광 소자들(130)은 내측 발광 소자(131)들과 외측 발광 소자(133)들을 포함한다. 내측 발광 소자(131)들은 렌즈(150)의 제1 입사면(152) 아래에 배치되고, 외측 발광 소자(133)들은 렌즈(150)의 제2 입사면(153) 아래에 배치된다. 반면, 도 7 내지 도 8에 도시된 발광 소자 패키지의 복수의 발광 소자들(130’)은, 내측 발광 소자(131)들, 외측 발광 소자(133)들 및 중간 발광 소자(135)들을 포함한다. 내측 발광 소자(131)들은 렌즈(150)의 제1 입사면(152) 아래에 배치되고, 외측 발광 소자(133)들은 렌즈(150)의 제2 입사면(153) 아래에 배치되고, 중간 발광 소자(135)들 각각의 일부는 제1 입사면(152) 아래에 나머지 일부는 제2 입사면(153) 아래에 배치된다.
도 3 내지 도 4에 도시된 발광 소자 패키지에서의 내측 발광 소자(131)들은 외측 발광 소자(133)들과 소정 간격 이격되어 배치된다. 반면, 도 7 내지 도 8에 도시된 발광 소자 패키지에서의 내측 발광 소자(131)들과 외측 발광 소자(133)들 사이에 중간 발광 소자(135)들이 배치된다. 도 3 내지 도 4에 도시된 발광 소자 패키지의 외측 발광 소자(133)들이 내측 발광 소자(131)들로부터 소정 간격 이격되어 배치되면, 도 7 내지 도 8에 도시된 발광 소자 패키지보다 제1 배광각은 더 좁아지고, 제2 배광각은 더 넓어지는 이점이 있다.
도 3 내지 도 4에 도시된 발광 소자 패키지에서, 내측 발광 소자(131)들에서 방출되는 광은 렌즈(150)의 제1 입사면(152)으로 입사되고, 외측 발광 소자(133)들에서 방출되는 광은 렌즈(150)의 제2 입사면(153)으로 입사된다.
반면, 도 7 내지 도 8에 도시된 발광 소자 패키지에서, 내측 발광 소자(131)들에서 방출된 광은 렌즈(150)의 제1 입사면(152)으로 입사되고, 외측 발광 소자(133)들에서 방출된 광은 렌즈(150)의 제2 입사면(153)으로 입사된다. 그리고, 각 중간 발광 소자(135)에서 방출된 광은 제1 입사면(152)과 제2 입사면(153)으로 함께 입사된다. 즉, 각 중간 발광 소자(135)에서 방출되는 광 중 일부는 제1 입사면(152)으로 입사되고 나머지는 제2 입사면(153)으로 입사된다.
도 7 내지 도 8에 도시된 발광 소자 패키지에 있어서, 전원 제어부(170)에 의해 내측 발광 소자(131)들이 온(on)되고, 외측 발광 소자(133)들이 오프(off)되는 경우에, 중간 발광 소자(135)들 중 일부는 내측 발광 소자(131)들과 함께 온(on)되고, 나머지는 외측 발광 소자(133)들과 함께 오프(off)될 수 있다.
여기서, 중간 발광 소자(135)들 중 내측 발광 소자(131)들과 함께 구동하는 제1 중간 발광 소자들(135a)과 외측 발광 소자(133)들과 함께 구동하는 제2 중간 발광 소자들(135b)은 다음과 방법으로 결정될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 각 중간 발광 소자(135)의 발광면은, 렌즈(150)의 제1 입사면(152)와 제2 입사면(153) 아래에 배치되는데, 중간 발광 소자(135)의 발광면 중 제1 입사면(152) 아래에 배치된 제1 발광면(135a-1, 135b-1)의 면적과 제2 입사면(153) 아래에 배치된 제2 발광면(135a-2, 135b-2)의 면적의 크기를 비교하여 중간 발광 소자(135)들 중 내측 발광 소자(131)들과 함께 구동하는 제1 중간 발광 소자(135a)들과 외측 발광 소자(133)들과 함께 구동하는 제2 중간 발광 소자(135b)들을 결정할 수 있다. 예를 들어, 어느 하나의 중간 발광 소자(135)에 있어서, 제1 발광면(135a-1)의 면적이 제2 발광면(135a-2)의 면적보다 크면 해당 중간 발광 소자(135a)는 내측 발광 소자(131)들과 함께 온(on) 또는 오프(off)되고, 반대의 경우에는 해당 중간 발광 소자(135b)는 외측 발광 소자(133)들과 함께 온(on) 또는 오프(off)될 수 있다.
제2 실시 형태에 따른 발광 소자 패키지는, 복수의 발광 소자들(130’), 렌즈(150) 및 전원 제어부(170)에 의해, 서로 다른 두 개의 제1 배광각과 제2 배광각을 구현할 수 있다. 구체적으로 도 9 내지 도 10을 참조하여 설명하도록 한다.
도 9는 도 7 내지 도 8에 도시된 발광 소자 패키지의 내측 발광 소자(131)들과 제1 중간 발광 소자(135a)들이 전원 제어부(170)에 의해 온(on)된 경우의 배광 분포를 보여주는 도면이고, 도 10은 도 7 내지 도 8에 도시된 발광 소자 패키지의 외측 발광 소자(133)들과 제2 중간 발광 소자(135b)들이 전원 제어부(170)에 의해 온(on)된 경우의 배광 분포를 보여주는 도면이다.
도 9 내지 도 10의 배광 분포는, 도 7 내지 도 8에 도시된 발광 소자 패키지의 렌즈(150)의 출사면(155)과 렌즈(150)의 제1 입사면(152)을 구면으로 가정하였고, 렌즈(150)의 출사면(155)의 곡률 반지름(R1)은 5 (mm)이고, 렌즈(150)의 제1 입사면(152)의 곡률 반지름(R2)은 2.5 (mm)이며, 렌즈(150)의 직경(Φ)은 10 (mm)이며, 렌즈(150)의 굴절률은 1.5로 가정한 것이다.
도 9를 참조하면, 제2 실시 형태에 따른 발광 소자 패키지의 내측 발광 소자(131)들과 제1 중간 발광 소자(135a)들이 함께 온(on)된 경우에 렌즈(150)의 출사면(155)에서 방출되는 광의 제1 배광각은 대략 68도(°)이다.
도 10을 참조하면, 제2 실시 형태에 따른 발광 소자 패키지의 외측 발광 소자(133)들과 제2 중간 발광 소자(135b)들이 함께 온(on)된 경우에 렌즈(150)의 출사면(155)에서 방출되는 광의 제2 배광각은 대략 81도(°)이다.
이와 같이, 제2 실시 형태에 따른 발광 소자 패키지는, 전원 제어부(170)의 간단한 제어를 통해 서로 다른 두 개의 제1 배광각과 제2 배광각을 구현할 수 있다. 제2 배광각의 최솟값은 제1 배광각의 최솟값보다 크다.
여기서, 내측 발광 소자(131)들과 외측 발광 소자(133)들이 서로 다른 색상 또는 서로 다른 파장의 광을 방출하고, 전원 제어부(170)가 내측 발광 소자(131)들과 외측 발광 소자(133)들을 동시에 온(on)시키는 경우에는, 두 가지 서로 다른 광을 혼합시킬 수 있기 때문에, 감성 조명을 구현할 수 있다.
한편, 도 7 내지 도 10에 도시된 제2 발광 소자 패키지와 도 3 내지 도 6에 도시된 제1 발광 소자 패키지의 배광 분포를 비교해 보면, 제2 발광 소자 패키지의 제1 배광각과 제2 배광각의 차이가 대략 13도인 반면, 제1 발광 소자 패키지의 제1 배광각과 제2 배광각의 차이는 대략 16도이다. 제2 발광 소자 패키지의 두 배광각의 차이(대략 13도)가 제1 발광 소자 패키지의 두 배광각의 차이(대략 16도)보다 작은 이유는, 제2 발광 소자 패키지는 렌즈(150)의 제1 입사면(152)과 제2 입사면(153) 아래에 배치된 중간 발광 소자(135)들을 더 포함하기 때문이다.
도 3 내지 도 6에 도시된 제1 발광 소자 패키지와 도 7 내지 도 10에 도시된 제2 발광 소자 패키지의 장점은 아래와 같다.
도 3 내지 도 6에 도시된 제1 발광 소자 패키지는, 도 7 내지 도 10에 도시된 제2 발광 소자 패키지와 달리, 중간 발광 소자(135)들이 없기 때문에 내측 발광 소자(131)들과 외측 발광 소자(133)들에 의한 배광 효과를 명확하게 구분할 수 있다.
도 7 내지 도 10에 도시된 제2 발광 소자 패키지는 중간 발광 소자(135)들을 더 사용할 수 있으므로, 도 3 내지 도 6에 도시된 제1 발광 소자 패키지보다 광량을 더 증가시킬 수 있다.
도 11은 도 4에 도시된 발광 소자 패키지의 렌즈의 형상에 따른 제1 배광각과 제2 배광각의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 11에서, 출사면(155)과 제1 입사면(152)은 구면, 렌즈(150)의 직경(Φ1)은 10 (mm), 캐비티(151)의 직경(Φ2)은 5 (mm)로 고정된 값이다.
출사면(155)의 곡률 반지름(R1), 제1 입사면(152)의 곡률 반지름(R2), 렌즈(150)의 높이(h) 및 렌즈(150)의 중심 두께(t)를 변화시켰을 때, 렌즈(150)에서 방출되는 광의 제1 배광각과 제2 배광각의 변화를 이하에서 구체적으로 설명하도록 한다. 여기서, 제1 배광각은 내측 발광 소자(131)들이 전원 제어부(170)에 의해 구동되었을 때 렌즈(150)에서 방출되는 광의 배광각이고, 제2 배광각은 외측 발광 소자(133)들이 전원 제어부(170)에 의해 구동되었을 때 렌즈(150)에서 방출되는 광의 배광각이다. 그리고, 제1 배광각과 제2 배광각은 방출되는 광의 최댓값의 반치각이다.
아래의 <표 1>은 h가 5 (mm)일 때, t에 변화에 따른 제1 배광각, 제2 배광각, R1 및 R2의 변화를 보여주는 표이다. <표 1>에서 ‘-‘는 R2가 무한대가 되어 측정할 수 없는 값이다.
t (mm) 제1 배광각 (°) 제2 배광각 (°) R1 (mm) R2 (mm)
2.5 66.0 82.0 5.0 2.50
3.0 57.0 80.5 5.0 2.56
3.5 47.5 80.0 5.0 2.83
4.0 41.5 80.5 5.0 3.63
4.5 40.5 80.5 5.0 6.50
5.0 39.5 - 5.0 ∞
아래의 <표 2>는 h가 4.5 (mm)일 때, t에 변화에 따른 제1 배광각, 제2 배광각, R1 및 R2의 변화를 보여주는 표이다. <표 2>에서 ‘-‘는 R2가 무한대가 되어 측정할 수 없는 값이다.
t (mm) 제1 배광각 (°) 제2 배광각 (°) R1 (mm) R2 (mm)
2.0 66.0 77.0 5.03 2.50
2.5 54.0 77.0 5.03 2.56
3.0 39.0 73.5 5.03 2.83
3.5 30.0 75.5 5.03 3.63
4.0 32.0 78.5 5.03 6.50
4.5 34.5 - 5.03 ∞
아래의 <표 3>은 h가 4.0 (mm)일 때, t에 변화에 따른 제1 배광각, 제2 배광각, R1 및 R2의 변화를 보여주는 표이다. <표 3>에서 ‘-‘는 R2가 무한대가 되어 측정할 수 없는 값이다.
t (mm) 제1 배광각 (°) 제2 배광각 (°) R1 (mm) R2 (mm)
1.5 76.0 76.0 5.13 2.50
2.0 66.0 68.0 5.13 2.56
2.5 54.0 66.0 5.13 2.83
3.0 47.0 68.0 5.13 3.63
3.5 45.5 68.0 5.13 6.50
4.0 44.0 - 5.13 ∞
위 <표 1> 내지 <표 3>을 정리하면, 도 12와 같다.
도 12를 참조하면, <표 1>의 경우에는 내측 발광 소자(131)들이 전원 제어부(170)에 의해 온(on)되면 렌즈(150)에서는 39.5도 ~ 66도 사이의 제1 배광각을 갖는 광이 방출되고, 외측 발광 소자(133)들이 전원 제어부(170)에 의해서 온(on)되면 렌즈(150)에서는 80도 ~ 82도 사이의 제2 배광각을 갖는 광이 방출된다. 제2 배광각의 최솟값이 제1 배광각의 최솟값보다 큼을 확인할 수 있다.
<표 2>의 경우에는 내측 발광 소자(131)들이 전원 제어부(170)에 의해 온(on)되면 렌즈(150)에서는 30도 ~ 66도 사이의 제1 배광각을 갖는 광이 방출되고, 외측 발광 소자(133)들이 전원 제어부(170)에 의해서 온(on)되면 렌즈(150)에서는 73.5도 ~ 78.5도 사이의 제2 배광각을 갖는 광이 방출된다. 제2 배광각의 최솟값이 제1 배광각의 최솟값보다 큼을 확인할 수 있다.
<표 3>의 경우에는 내측 발광 소자(131)들이 전원 제어부(170)에 의해 온되면 렌즈(150)에서는 44도 ~ 76도 사이의 제1 배광각을 갖는 광이 방출되고, 외측 발광 소자(133)들이 전원 제어부(170)에 의해서 온되면 렌즈(150)에서는 66도 ~ 76도 사이의 제2 배광각을 갖는 광이 방출된다. 제2 배광각의 최솟값이 제1 배광각의 최솟값보다 큼을 확인할 수 있다.
<표 1> 내지 <표 3> 및 도 12를 참고하면, 설계자는 자신이 원하는 제1 배광각과 제2 배광각을 갖는 렌즈(150)를 설계할 수 있다.
본 발명의 여러 실시 형태에 따른 발광 소자 패키지는 LED 디바이스, 주택용 조명(예를 들어, 다운 라이트(downlight), 천장등, 펜던트 라이트, 데스크 라이트, 전구형 라이트 등), 점포용 조명(예를 들어, 스포트용 라이트, 디스플레이용 라이트, 스튜디오용 라이트 등), 옥외산업용 조명(예를 들어, 도로 조명, 가로등, 스타디움 조명, 고천정조명, 펄라이트(pearlite), 투광기 등), 가전제품용 조명, 자동차용 조명, 항공우주용 조명, 선박용 조명, 의료용 조명, 전광 장식용 조명 및 농림수산업용 조명 등에 사용될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
또한, 이상에서 실시 형태를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 형태의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 형태에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 기판
130, 130’: 복수의 발광 소자들
150: 렌즈
170: 전원 제어부

Claims (6)

  1. 기판;
    상기 기판에 배치된 제1 발광 소자들, 및 상기 기판에 배치되고 상기 제1 발광 소자들을 둘러싸도록 배치된 제2 발광 소자들을 포함하는 복수의 발광 소자들;
    상기 제1 발광 소자들 상에 배치된 제1 입사면, 상기 제2 발광 소자들 상에 배치된 제2 입사면, 및 상기 제1 입사면과 상기 제2 입사면 상에 배치된 출사면을 포함하는 렌즈; 및
    상기 제1 발광 소자들과 상기 제2 발광 소자들의 구동을 제어하는, 전원 제어부;를 포함하고,
    상기 전원 제어부가 상기 제1 발광 소자들을 온시키고, 상기 제2 발광 소자들을 오프시키면, 상기 렌즈의 출사면에서는 제1 배광각을 갖는 광이 방출되고,
    상기 전원 제어부가 상기 제1 발광 소자들을 오프시키고, 상기 제2 발광 소자들을 온시키면, 상기 렌즈의 출사면에서는 제2 배광각을 갖는 광이 방출되고,
    상기 제2 배광각의 최솟값은 상기 제1 배광각의 최솟값보다 큰, 발광 소자 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈의 제1 입사면과 상기 렌즈의 출사면은 구면이고,
    상기 렌즈의 제2 입사면은 링 형상의 평면인, 발광 소자 패키지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 발광 소자들은 상기 제1 발광 소자들과 소정 간격 이격된, 발광 소자 패키지.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 발광 소자들은,
    상기 제1 발광 소자들과 상기 제2 발광 소자들 사이에 배치된 중간 발광 소자들을 포함하고,
    상기 중간 발광 소자들은 상기 렌즈의 제1 입사면과 상기 제2 입사면 아래에 배치된, 발광 소자 패키지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 중간 발광 소자들 각각의 발광면은 상기 렌즈의 제1 입사면 아래에 배치된 제1 발광면과 상기 렌즈의 제2 입사면 아래에 배치된 제2 발광면을 포함하고,
    상기 전원 제어부는, 상기 중간 발광 소자들 중 상기 제1 발광면의 면적이 상기 제2 발광면의 면적보다 큰 제1 중간 발광 소자를 상기 제1 발광 소자들과 함께 구동되도록 제어하고, 상기 중간 발광 소자들 중 상기 제1 발광면의 면적이 상기 제2 발광면의 면적보다 작은 제2 중간 발광 소자를 상기 제2 발광 소자들과 함께 구동되도록 제어하는, 발광 소자 패키지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 발광 소자들에서 방출되는 광의 파장은 상기 제2 발광 소자들에서 방출되는 광의 파장과 서로 다르고,
    상기 전원 제어부는, 상기 제1 발광 소자들과 상기 제2 발광 소자들을 동시에 온시키는, 발광 소자 패키지.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20070017920A (ko) * 2005-08-08 2007-02-13 아바고 테크놀로지스 이씨비유 아이피 (싱가포르) 피티이 리미티드 플래시 모듈
JP2010272527A (ja) * 2009-05-25 2010-12-02 Lg Innotek Co Ltd ギャップ部材、レンズ及びこれを備えた照明装置
JP5010010B2 (ja) * 2010-04-16 2012-08-29 フェニックス電機株式会社 発光装置

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