KR20160059707A - 발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 백 라이트 유닛 - Google Patents

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KR20160059707A
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Abstract

실시 예의 발광 소자 패키지는 광원과, 광원 위에 배치된 렌즈 및 렌즈에 배치된 패턴부를 포함하고, 렌즈는 광원과 마주보는 제1 저면을 갖는 몸체 및 몸체로부터 광축 방향과 다른 방향으로 돌출된 돌출부를 포함하고, 패턴부는 돌출부 표면의 적어도 일부 또는 몸체의 제1 측면 중 적어도 한 곳에 배치될 수 있다.

Description

발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 백 라이트 유닛{Light emitting device package and backlight unit including the package}
실시 예는 발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 백 라이트 유닛에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED:Light Emitting Diode)는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기를 적외선 또는 빛으로 변환시켜서 신호를 주고 받거나, 광원으로 사용되는 반도체 소자의 일종이다.
Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체(group Ⅲ-Ⅴ nitride semiconductor)는 물리적 및 화학적 특성으로 인해 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD:Laser Diode) 등 발광소자의 핵심 소재로 각광을 받고 있다.
이러한 발광 다이오드는 백열등과 형광등 등의 기존 조명기구에 사용되는 수은(Hg)과 같은 환경 유해물질이 포함되어 있지 않아 우수한 친환경성을 가지며, 긴 수명과 저전력 소비특성 등과 같은 장점이 있기 때문에 기존의 광원들을 대체하고 있다.
전술한 발광 소자 및 그 발광 소자 위에 배치된 렌즈를 포함하는 기존의 발광 소자 패키지의 경우, 렌즈의 가장 자리의 상부에 암부 영역이 형성되어, 목표 조도면에서 조도가 불균일해지는 문제점이 있다.
미국 특허 번호 US 6,972,439 (2005년 12월 6일)(발명의 명칭:LIGHT EMITTING DIODE DEVICE)
실시 예는 균일한 조도를 구현할 수 있는 발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 백 라이트 유닛을 제공한다.
실시 예의 발광 소자 패키지는, 광원; 상기 광원 위에 배치된 렌즈; 및 상기 렌즈에 배치된 패턴부를 포함하고, 상기 렌즈는 상기 광원과 마주보는 제1 저면을 갖는 몸체; 및 상기 몸체로부터 광축 방향과 다른 방향으로 돌출된 돌출부를 포함하고, 상기 패턴부는 상기 돌출부 표면의 적어도 일부 또는 상기 몸체의 제1 측면 중 적어도 한 곳에 배치될 수 있다.
상기 몸체의 제1 상면에서 광축에 형성된 리세스를 포함하고, 상기 패턴부는 상기 리세스의 바깥쪽에 배치될 수 있다.,
상기 리세스는 곡면 또는 경사면 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 리세스는 광축을 기준으로 대칭인 단면 형상을 가질 수 있다.
상기 돌출부는 상기 제1 상면의 주위에 배치된 제2 상면; 상기 제2 상면의 반대측면인 제2 저면; 및 상기 제2 상면과 제2 저면 사이에 제2 측면을 포함하고, 상기 패턴부는 상기 제2 상면, 상기 제1 측면, 상기 제2 측면 또는 제2 저면 중 적어도 한 곳에 배치될 수 있다.
상기 렌즈의 몸체는 상기 돌출부와 상기 제1 상면 사이의 제3 상면을 더 포함할 수 있다.
상기 패턴부는 상기 제2 상면, 상기 제3 상면, 상기 제1 측면, 상기 제2 측면, 상기 제1 저면 또는 상기 제2 저면 중 적어도 한 곳에 배치될 수 있다.
상기 돌출부는 상기 제2 상면의 에지 부분에 배치될 수 있다.
상기 패턴부는 상기 제2 상면의 적어도 일부에 배치될 수 있다.
상기 돌출부가 돌출된 방향은 상기 광축과 수직일 수 있다.
상기 돌출부가 돌출된 방향과 상기 제3 상면으로부터 상기 제2 상면이 연장된 방향은 서로 동일할 수 있다.
상기 돌출부와 상기 패턴부는 일체형이거나 별개일 수 있다.
상기 발광 소자 패키지는, 상기 돌출부와 상기 패턴부를 접착시키는 접착부를 더 포함할 수 있다.
상기 돌출부의 재질과 상기 패턴부의 재질은 서로 동일할 수 있다.
상기 돌출부의 재질과 상기 패턴부의 재질은 서로 다를 수도 있다,.
상기 렌즈는 상기 광축을 기준으로 상기 광축 방향과 수직인 방향으로 대칭인 단면 형상을 가질 수 있다.
상기 렌즈와 상기 광원은 상기 광축 방향으로 서로 중첩될 수 있다.
상기 광축과 수직한 방향으로 상기 패턴부와 상기 리세스는 서로 이격될 수 있다.
상기 광축과 수직한 방향으로 상기 패턴부와 상기 리세스는 서로 접할 수 있다.
상기 돌출부의 두께는 상기 제2 저면의 폭보다 클 수 있다.
상기 패턴부는 다면체, 복수의 다각형이 결합한 복합 입체 또는 반구형, 러프니스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 패턴부는 피라미드 형태를 갖고, 상기 피라미드의 경사각은 20° 내지 80°일 수 있다. 상기 패턴부는 복수의 입체들을 포함하고, 상기 복수의 입체가 이격된거리는 0.1 ㎜ 내지 1.1 ㎜일 수 있다.
다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지는, 광원; 및 상기 광원 위에 배치되는 렌즈를 포함하고, 상기 렌즈는 상부 중앙에 배치된 리세스; 및 상기 리세스를 에워싸며, 패턴을 갖는 환형 상부면을 포함할 수 있다.
또 다른 실시 예에 의한 백 라이트 유닛은, 상기 발광 소자 패키지; 및 상기 발광 소자 패키지의 상부에 배치된 광학 부재를 포함할 수 있다.
실시 예에 의한 발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 백 라이트 유닛은 렌즈의 상부 가장 자리에 패턴부를 배치함으로써, 목표 조도면에서 균일한 조도(또는, 휘도)를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 의한 발광 소자 패키지의 단면도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 렌즈의 일 실시 예에 의한 사시도를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 'A' 부분의 일 실시 예에 의한 부분 확대 단면도를 나타낸다.
도 4는 다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지의 단면도를 나타낸다.
도 5는 도 4에 도시된 'C' 부분을 확대 도시한 부분 단면도를 나타낸다.
도 6은 도 1에 도시된 'A' 부분 또는 도 4에 도시된 'C' 부분의 다른 실시 예에 의한 부분 확대 단면도를 나타낸다.
도 7a 내지 도 7f는 패턴부의 실시 예에 의한 사시도를 나타낸다.
도 8은 비교 례에 의한 발광 소자 패키지의 단면도를 나타낸다.
도 9는 도 8에 도시된 'A1' 부분을 확대 도시한 부분 단면도를 나타낸다.
도 10은 도 8 및 도 9에 도시된 발광 소자 패키지의 상부로 광이 출사되는 모습을 나타내는 사진을 나타낸다.
도 11은 실시 예에 의한 발광 소자 패키지의 단면도를 나타낸다.
도 12는 도 11에 도시된 'A' 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 13은 도 11 및 도 12에 도시된 발광 소자 패키지의 상부로 광이 출사되는 모습을 나타내는 사진을 나타낸다.
도 14는 패턴부를 일 례를 확대 도시한 사시도를 나타낸다.
도 15는 도 14에 도시된 패턴부에서 제3 각도의 변화에 따른 조도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 16은 패턴부에서 패턴 간 거리에 따른 조도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 17은 실시 예에 의한 백 라이트 유닛의 단면도를 나타낸다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상부" 및 "하부" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A, 100B) 및 백 라이트 유닛(backlight unit)(200)을 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다. 편의상, 데카르트 좌표계(x축, y축, z축)를 이용하여 발광 소자 패키지(100A, 100B) 및 백라이트 유닛(200)을 설명하지만, 다른 좌표계에 의해서도 이를 설명할 수 있음은 물론이다.
도 1은 일 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A)의 단면도를 나타내고, 도 2는 도 1에 도시된 렌즈(120A)의 일 실시 예에 의한 사시도를 나타내고, 도 3은 도 1에 도시된 'A' 부분의 일 실시 예에 의한 부분 확대 단면도를 나타낸다.
도 1에 도시된 렌즈(120A)는 도 2에 도시된 I-I'선을 따라 절개한 단면도이지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 도 1에 도시된 렌즈(120A)는 도 2에 도시된 모습 이외의 다른 모습을 가질 수도 있다.
도 1을 참조하면, 발광 소자 패키지(100A)는 광원(110), 렌즈(120A), 패턴부(130) 및 접착부(140)를 포함할 수 있다.
광원(110)은 발광 다이오드 칩(LED chip)일 수 있으며, 발광 다이오드 칩은 블루 LED 칩 또는 자외선 LED 칩으로 구성되거나 또는 레드 LED 칩, 그린 LED 칩, 블루 LED 칩, 엘로우 그린(Yellow green) LED 칩, 화이트 LED 칩 중에서 적어도 하나 또는 그 이상을 조합한 패키지 형태로 구성될 수도 있다.
여기서, 화이트 LED는 블루 LED 상에 옐로우 인광(Yellow phosphor)을 결합하거나, 블루 LED 상에 레드 인광(Red phosphor)과 그린 인광(Green phosphor)를 동시에 사용하여 구현할 수 있고, 블루 LED 상에 옐로우 인광(Yellow phosphor), 레드 인광(Red phosphor) 및 그린 인광(Green phosphor)를 동시에 사용하여 구현할 수도 있다. 비록 도시되지는 않았지만, 광원(110)은 기판(미도시) 상에 배치될 수 있다.
광원(110)은 렌즈(120A)와 광축(LX) 방향(예를 들어, z축 방향)으로 서로 중첩되어 배치될 수 있으나, 실시 예는 광원(110)의 위치에 국한되지 않는다. 광원(110)은 상면 발광형(top view type) 발광 다이오드일 수 있다. 경우에 따라서, 광원(110)은 측면 발광형(side view type) 발광 다이오드일 수도 있다.
한편, 렌즈(120A)는 광원(110) 위에 배치되며, 몸체(B) 및 돌출부(P)를 포함할 수 있다.
몸체(B)는 제1 저면(LS1), 제1 측면(SS1), 제1 상면(US1)을 포함할 수 있다.
제1 저면(LS1)은 광원(110)과 마주하며, 광원(110)에서 방출된 광이 입사되는 면에 해당한다. 도 1의 경우 제1 저면(LS1)은 플랫(flat)한 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 제1 저면(LS1)의 형태에 국한되지 않는다. 다른 실시 예에 의하면 몸체(B)의 낮은 부분에 광원(110)의 적어도 일부를 수용 가능한 홈부(미도시)가 형성될 수도 있고, 도 11에 도시된 바와 같이 제1 저면(LS1)은 광원(110)을 향해 볼록한 형상을 가질 수도 있다.
제1 측면(SS1)은 돌출부(P)에 인접한 면일 수 있다. 돌출부(P)가 도 1에 예시된 바와 같이 몸체(B)의 상부, 중간부 또는 하부 중에서 상부에 위치할 때, 제1 측면(SS1)은 돌출부(P) 아래에 위치할 수 있다. 여기서, 제1 측면(SS1)은 광축(LX)과 나란한 가상의 수직선(VL1)으로부터 제1 각도(θ1)만큼 경사질 수 있다. 여기서, 제1 각도(θ1)는 -90°보다 크고 90°보다 작을 수 있다.
제1 상면(US1)은 리세스(R:Recess)가 형성된 면일 수 있다. 리세스(R)는 렌즈(120A)의 상부 중앙에 배치될 수 있다. 리세스(R)는 도 1에 도시된 바와 같이 광축(LX)에 형성될 수 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 리세스(R)는 제1 저면(LS1)으로 갈수록 오목한 형상일 수 있다. 또한, 리세스(R)는 광축(LX)을 기준으로 y축 방향으로 대칭인 단면 형상을 가질 수도 있다.
한편, 돌출부(P)는 몸체(B)로부터 광축(LX) 방향과 다른 방향으로 돌출될 수 있다. 이때, 돌출부(P)가 돌출된 방향은 광축(LX) 방향인 z축 방향에 수직인 y축 방향일 수 있으나, 실시 예는 돌출부(P)가 돌출된 방향에 국한되지 않는다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 돌출부(P)는 제2 상면(US2), 제2 측면(SS2) 및 제2 저면(LS2)을 포함할 수 있다.
도 2에 예시된 바와 같이, 제2 상면(US2)은 몸체(B)의 제1 상면(US1)의 주변에 배치될 수 있다. 즉, 제2 상면(US2)은 리세스(R)를 에워싸는 환형 평면 형상을 가질 수 있다. 제2 상면(US2)은 광이 출사되는 렌즈(120A)의 최상부면일 수 있으나, 실시 예는 제2 상면(US2)의 위치에 국한되지 않는다.
예를 들어, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 제2 상면(US2)은 제1 상면(US1)으로부터 광축(LX)과 수직하는 방향(예를 들어 y축 방향)으로 연장될 수 있다.
돌출부(P)에서 제2 저면(LS2)은 제2 상면(US2)의 반대측 면일 수 있다. 예를 들어, 제2 저면(LS2)은 제1 측면(SS1)으로부터 광축(LX)과 수직하는 방향(예를 들어, y축 방향)으로 연장되어 형성될 수 있다.
제2 측면(SS2)은 제2 상면(US2)과 제2 저면(LS2) 사이에 위치할 수 있다. 예를 들어, 제2 측면(S22)은 광축(LX)과 나란한 가상의 수직선(VL2)으로부터 제2 각도(θ2)만큼 경사질 수 있다. 여기서, 제2 각도(θ2)는 -90°보다 크고 90°보다 작을 수 있다.
또한, 렌즈(120A)는 광축(LX)을 기준으로 광축(LX) 방향(예를 들어, z축 방향)과 수직인 방향(예를 들어, y축 방향)으로 대칭인 단면 형상을 가질 수 있다.
한편, 실시 예에 의하면, 패턴부(130)가 렌즈(120A)에 배치될 수 있다. 패턴부(130)는 돌출부(P) 표면의 적어도 일부 또는 몸체(B)의 제1 측면(SS1) 중 적어도 한 곳에 배치될 수 있다. 즉, 패턴부(130)는 제2 상면(US2), 제1 측면(SS1), 제2 측면(SS2) 또는 제2 저면(LS2) 중 적어도 한 곳에 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 패턴부(130)는 돌출부(P)의 제2 상면(US2)에 배치될 수 있다. 이 경우, 패턴부(130)는 리세스(R)(즉, 제1 상면(US1))의 바깥 쪽에 배치될 수 있다. 리세스(R)가 렌즈(120A)의 중앙 부분에 배치될 경우, 패턴부(130)는 렌즈(120A)의 중앙 부분을 에워싸며 바깥 쪽에 배치될 수 있다.
도 4는 다른 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100B)의 단면도를 나타내고, 도 5는 도 4에 도시된 'C' 부분을 확대 도시한 부분 단면도를 나타낸다.
일 실시 예에 의하면, 도 1에 도시된 바와 같이 리세스(R)는 곡면으로 이루질 수 있다. 즉, 광축(LX)과 수직한 방향(예를 들어, y축 방향)으로 리세스(R)의 제1 폭(W1)은 광축(LX) 방향으로 광원(110)에 가까워질수록 감소할 수 있다.
다른 실시 예에 의하면, 도 4에 예시된 바와 같이, 렌즈(120B)의 제1 상면(US1)에 의해 형성되는 리세스(R)는 곡면이 아닌 경사면으로 이루어질 수 있다.
또 다른 실시 예에 의하면, 비록 도시되지는 않았지만, 리세스(R)는 도 4에 예시된 곡면과 도 1에 도시된 경사면이 복합된 형태로 이루어질 수도 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 렌즈(120A)의 제1 상면(US1)은 제2 상면(US1)과 바로 접할 수 있다. 또는, 도 4 및 도 5를 참조하면, 렌즈(120B)의 몸체(B)는 제3 상면(US3)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 제3 상면(US3)은 돌출부(P)와 제1 상면(US1) 사이에 위치할 수 있다. 예시된 바와 같이, 제3 상면(US3)은 제1 상면(US1)으로부터 광축(LX) 방향(예를 들어, z축 방향)과 수직한 방향(예를 들어, y축 방향)으로 제2 상면(US2)까지 연장될 수 있다. 즉, 제2 상면(US2)은 리세스(R)가 형성된 제1 상면(US1) 대신에 제3 상면(US3)으로부터 연장된 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 돌출부(P)의 제2 상면(US2)은 제3 상면(US3)으로부터 광축(LX) 방향(예를 들어, z축 방향)과 수직한 방향(예를 들어, y축 방향)으로 연장될 수 있다.
또한, 돌출부(P)가 돌출된 방향(예를 들어, y축 방향)과 제2 상면(US2)이 제3 상면(US3)으로부터 연장된 방향(예를 들어, y축 방향)은 서로 동일할 수 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
도 4 및 도 5에 예시된 바와 같이, 몸체(B)가 제3 상면(US3)을 더 포함할 경우, 패턴부(130)는 제2 상면(US2), 제3 상면(US3), 제1 측면(US1), 제2 측면(SS2) 또는 제2 저면(LS2) 중 적어도 한 곳에 배치될 수 있다.
패턴부(130)는 도 1 내지 도 3에 예시된 바와 같이 제2 상면(US2)의 전체에 배치될 수도 있고, 도 4 및 도 5에 예시된 바와 같이 제2 상면(US2)과 제3 상면(US3) 전체에 걸쳐 배치될 수도 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 패턴부(130)는 제2 상면(US2)의 적어도 일부에만 배치될 수도 있고, 제2 상면(US2)의 적어도 일부와 제3 상면(US3)의 적어도 일부에 배치될 수도 있고, 제3 상면(US3)의 적어도 일부에만 배치될 수도 있다.
전술한 차이점을 제외하면, 도 4 및 도 5에 예시된 발광 소자 패키지(100B)는 도 1 내지 도 3에 예시된 발광 소자 패키지(100A)와 동일하므로 중복되는 설명을 생략한다.
또한, 도 1 내지 도 5에 예시된 바와 같이, 광축(LX)과 수직한 방향(예를 들어, y축 방향)으로 패턴부(130)와 리세스(R)는 서로 접하여 배치될 수 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면, 비록 도시되지는 않았지만, 광축(LX)과 수직한 방향으로 패턴부(130)와 리세스(R)는 서로 이격되어 배치될 수도 있다.
또한, 패턴부(130)는 제2 상면(US2)의 에지 부분에 배치될 수 있다. 또한, 돌출부(P)의 제2 상면(US2)이 리세스(R)를 에워싸는 환형 평면 형상을 가질 경우, 패턴부(130)도 리세스(R)를 에워싸는 평면 형상으로 제2 상면(US2) 위에 배치될 수 있다.
도 6은 도 1에 도시된 'A' 부분 또는 도 4에 도시된 'C' 부분의 다른 실시 예(D)에 의한 부분 확대 단면도를 나타낸다. 여기서, 참조부호 '120'은 도 1 또는 도 4에 도시된 렌즈(120A, 120B)에 해당한다.
일 실시 예에 의하면, 도 3 및 도 5에 예시된 바와 같이, 돌출부(P)와 패턴부(130)는 별개일 수 있다. 이 경우, 접착부(140)가 돌출부(P)와 패턴부(130)를 접착시키는 역할을 할 수 있다. 또한, 돌출부(P)의 재질과 패턴부(130)의 재질은 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다. 경우에 따라, 접착부(140)는 생략될 수도 있다.
다른 실시 예에 의하면, 도 6에 예시된 바와 같이, 돌출부(P)와 패턴부(130)는 일체형일 수 있다. 이 경우, 돌출부(P)의 재질과 패턴부(130)의 재질은 서로 동일할 수 있으며, 접착부(140)는 생략될 수 있다.
한편, 패턴부(130)는 다양한 형상을 가질 수 있다. 패턴부(130)는 사각뿔과 같이 복수개의 면으로 이루어진 다면체, 복수의 다각형 또는 다면체가 결합한 복합 입체 또는 반구형, 러프니스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이하, 패턴부(130)의 형상에 대해 도면을 참조하여 다음과 같이 구체적으로 살펴본다.
도 7a 내지 도 7f는 패턴부(130)의 실시 예(130A 내지 130F)에 의한 사시도를 나타낸다.
도 7a 내지 도 7f에 도시된 렌즈(120)는 도 1, 도 2, 도 3, 도 4 또는 도 5에 도시된 렌즈(120A, 120B)일 수 있고, 패턴부(130A 내지 130F)는 도 1 내지 도 5에 도시된 패턴부(130)의 실시 예에 해당한다.
렌즈(120) 위에 배치된 패턴부(130)는 도 7a에 예시된 바와 같이 피라미드(pyramid)-범프(bump)형(130A)일 수도 있고, 도 7b에 예시된 바와 같이 피리미드-지그재그형(130B)일 수도 있고, 도 7c에 예시된 바와 같이 피리미드-홀(hole)형(130C)일 수도 있고, 도 7d에 예시된 바와 같이 반구형(130D)일 수도 있고, 도 7e에 예시된 바와 같이 원뿔(cone)형(130E)일 수도 있고, 도 7f에 예시된 바와 같이 식각된 러프니스를 갖는 형태(130F)일 수도 있다.
또는, 패턴부(130)는 도 7a, 도 7b, 도 7c, 도 7d, 도 7e 또는 도 7f에 도시된 형태 중 적어도 하나를 복합적으로 가질 수도 있다. 도 7a 내지 도 7f는 패턴부(130)의 실시 예에 불과하며, 패턴부(130)의 형상은 이에 국한되지 않으며 다양할 수 있다.
도 8은 비교 례에 의한 발광 소자 패키지의 단면도를 나타내고, 도 9는 도 8에 도시된 'A1' 부분을 확대 도시한 부분 단면도를 나타낸다.
도 1 내지 도 3에 도시된 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A)와 달리, 도 8 및 도 9에 도시된 비교 례에 의한 발광 소자 패키지는 패턴부(130)를 포함하지 않고, 렌즈(120C)는 제1 상면(US1)뿐만 아니라 제3 상면(US3)을 더 포함한다. 이를 제외하면, 도 8 및 도 9에 도시된 비교 례에 의한 발광 소자 패키지는 도 1 내지 도 3에 도시된 발광 소자 패키지(100A)와 동일하므로 중복되는 설명을 생략한다.
먼저, 광원(110)에서 방출된 광은 제1 저면(LS1)을 통해 입사되어 굴절된다. 이후, 제1 저면(LS1)에서 굴절된 광은 제1 상면(US1)에서 반사된다. 제1 상면(US1)에서 반사된 광이 돌출부(P)로 진행한 후, 돌출부(P)의 각 면(US2, SS2, LS2)에서 3가지의 제1, 제2 및 제3 광(L1, L2, L3)으로 분리되어 출사된 후 목표 조도면(TL)에 도달할 수 있다. 제1, 제2 및 제3 광(L1, L2, L3)이 목표 조도면(TL)을 통해 제1, 제2 및 제3 광 출사 영역(TLA1, TLA2, TLA3)으로 출사되는 과정을 살펴보면 다음과 같다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 제1 상면(US1)에서 반사된 제1 광(L1)은 제1 측면(SS1)에서 굴절된 후 출사되어 제2 저면(LS2)에 입사된 후 굴절된다. 이후, 제2 저면(LS2)에서 굴절된 광은 제2 측면(SS2)에서 전반사되어 제2 및 제3 상면(US2, US3)으로 입사된다. 이후, 제1 광(L1)은 제2 및 제3 상면(US2, US3)에서 굴절되어 제1 광 출사 영역(TLA1)으로 출사될 수 있다.
제2 광(L2)은 제2 측면(SS2)에서 굴절된 후 제3 광 출사 영역(TLA3)으로 출사될 수 있다.
제3 광(L3)은 제2 및 제3 상면(US2, US3)에서 전반사된 후, 제2 측면(SS2)에서 굴절되어 출사된다. 이때, 광원(110) 아래에 하부 반사 시트(150)가 배치될 경우, 제2 측면(SS2)으로부터 출사된 광은 하부 반사 시트(150)에서 반사 및 산란되어 대부분은 제3 광 출사 영역(TLA3)으로 진행하며 나머지는 제1 및 제2 광 출사 영역(TLA1, TLA2)으로 진행할 수 있다. 여기서, 제3 광 출사 영역(TLA3)으로 진행하는 광량과 비교할 때, 제1 및 제2 광 출사 영역(TLA1, TLA2)으로 진행하는 광은 극히 작음을 알 수 있다.
여기서, 하부 반사 시트(150)는 금속 또는 금속 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au) 또는 이산화 티타늄(TiO2)과 같이 높은 반사율을 가지는 금속 또는 금속 산화물을 포함하여 구성될 수 있다.
도 10은 도 8 및 도 9에 도시된 발광 소자 패키지의 상부로 광이 출사되는 모습을 나타내는 사진으로서, 횡축은 x축을 나타내고 종축은 y축을 나타낸다.
전술한 도 8 및 도 9에 예시된 비교 례의 경우, 도 10에 도시된 바와 같이 목표 조도면(TL)에서 제1 및 제3 광 출사 영역(TLA1, TLA3)은 명부로 나타난다. 그러나, 제1 광 출사 영역(TLA1)과 제3 광 출사 영역(TLA3) 사이의 제2 광 출사 영역(TLA2)에 어두운 띠 형태의 암부가 형성됨을 알 수 있다. 이와 같이 암부가 제2 광 출사 영역(TLA2)에 형성될 경우 목표 조도면(TL)에서 전체적인 광 균일도가 저하될 수 있다. 후술되는 바와 같이, 발광 소자 패키지가 백라이트 유닛(200)에 적용될 경우, 이러한 암부의 발생으로 인해 발광 소자 패키지가 배치된 지점에 중심 핫 스팟 및 조도 불균일 현상이 나타날 수 있다.
도 11은 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A)의 단면도를 나타내고, 도 12는 도 11에 도시된 'A' 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 11은 도 1에 도시된 발광 소자 패키지(100A)와 동일하고, 도 12에 도시된 'A' 부분은 도 5에 도시된 'A' 부분과 동일하다. 다만, 도 11 및 도 12는 도 1 및 도 5에 도시된 발광 소자 패키지(100A)에서 제1, 제2 및 제3 광(L1, L2, L3)이 출사되는 모습을 부가적으로 보여준다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 제1 광(L1)은 제1 측면(SS1)에서 굴절된 후 출사되어 제2 저면(LS2)에 입사된 후 굴절된다. 이후, 제2 저면(LS2)에서 굴절된 광은 제2 측면(SS2)에서 전반사되어 제2 및 제3 상면(US2, US3)으로 입사된다. 이후, 제1 광(L1)은 제2 및 제3 상면(US2, US3)에서 굴절 및 산란되어 제1 및 제2 광 출사 영역(TLA1, TLA2)으로 출사된다. 여기서, 도 8 및 도 9에 도시된 비교 례에 의한 발광 소자 패키지와 달리, 도 11 및 도 12에 도시된 실시 예에 의한 발광 소자 패키지(100A)의 경우 패턴부(130)가 제2 및 제3 상면(US2, US3)에 배치됨으로 인해, 제1 광 출사 영역(TLA1)으로만 진행하는 광이 패턴부(130)에 의해 광 경로가 변하여 제2 광 출사 영역(TLA2)으로도 출사됨을 알 수 있다. 따라서, 전술한 비교 례보다 목표 조도면(TL)에서 조도(또는, 휘도)가 상대적으로 균일함을 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 패턴부(130)는 제2 상면(US2), 제3 상면(US3), 제2 저면(LS2), 제1 측면(LS1) 또는 제2 측면(LS2) 중 적어도 한 곳에 배치될 수 있다. 이때, 제2 저면(LS2), 제1 측면(LS1) 또는 제2 측면(LS2)에 배치되는 경우와 비교할 때, 패턴부(130)가 제2 상면(US2) 또는 제3 상면(US3) 중 적어도 한 곳에 배치될 때, 조도의 균일도는 더 높을 수 있다.
이때, 제1 광(L1)이 제2 측면(SS2)에서 전반사되는 량을 증가시키기 위해, 도 11을 참조하면, 돌출부(P)의 두께(T)는 제2 저면(LS2)의 제2 폭(W2)보다 클 수 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
도 13은 도 11 및 도 12에 도시된 발광 소자 패키지(100A)의 상부로 광이 출사되는 모습을 나타내는 사진으로서, 횡축은 x축을 나타내고 종축은 y축을 나타낸다.
전술한 도 10에 예시된 사진에서 제2 광 출사 영역(TLA2)에 암부가 보여지는 것과 달리, 도 13을 참조하면, 제1 광 출사 영역(TLA1)과 제3 광 출사 영역(TLA3) 사이의 제2 광 출사 영역(TLA2)에서 암부가 형성되지 않음을 알 수 있다. 이는 패턴부(130)에 의해 제1 광(L1)이 경로를 바꾸어 제2 광 출사 영역(TLA2)으로 출사되었기 때문이다.
제2 광(L2)은 제2 측면(SS2)에서 굴절된 후 제3 광 출사 영역(TLA3)으로 출사된다. 이와 같이, 제2 광(L2)의 광 경로는 패턴부(130)에 의해 영향을 받지 않는다.
제3 광(L3)은 제2 및 제3 상면(US2, US3)에서 전반사된 후, 제2 측면(SS2)에서 굴절되어 출사된다. 전술한 바와 같이, 렌즈(120A)의 아래에 하부 반사 시트(150)가 배치될 경우, 제2 측면(SS2)으로부터 출사된 광은 하부 반사 시트(150)에서 반사 및 산란되어 대부분은 제3 광 출사 영역(TLA3)으로 진행하며 나머지는 제1 및 제2 광출사 영역(TLA1, TLA2)으로 고르게 진행할 수 있다. 여기서, 제3 광 출사 영역(TLA3)으로 진행하는 광량과 비교할 때, 제1 및 제2 광 출사 영역(TLA1, TLA2)으로 진행하는 광은 극히 작음을 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 패턴부(130)가 배치됨으로 인해, 제2 광 출사 영역(TLA2)으로도 광이 출사될 수 있다. 따라서, 패턴부(130)가 제2 또는 제3 상면(US2, US3) 중 적어도 한 곳 중 어느 곳에 배치되는가는 제2 광 출사 영역(TLA2)으로도 광이 출사될 수 있는가의 여부에 따라 결정될 수 있다.
이하, 패턴부(130)의 형태에 따른 목표 조도면(TL)에서의 조도 변화를 다음과 같이 설명한다.
도 14는 패턴부(130)를 일 례를 확대 도시한 사시도를 나타낸다.
도 14에 도시된 패턴부(130)는 피라미드 형태를 갖는다. 즉, 패턴부(130)는 사각뿔 형태를 갖는다. 이때, 사각뿔에서 측부 모서리는 가상의 수직선(VL3)에 대해 제3 각도(θ3)만큼 경사질 수 있다. 또한, 복수의 사각뿔은 서로 소정 거리(d)만큼 이격될 수 있다.
전술한 패턴부(130)의 형태에 따라 목표 조도면(TL)에서의 조도가 변할 수 있다. 예를 들어, 제3 각도(θ3)와 거리(d)에 따라 목표 조도면(TL)에서의 조도가 변할 수 있다.
도 15는 도 14에 도시된 패턴부(130)에서 제3 각도(θ3)의 변화에 따른 조도(illuminance) 변화를 나타내는 그래프로서, 횡축은 제3 각도(θ3)를 나타내고, 왼쪽 종축은 렌즈(120A, 120B)의 제1 광 출사 영역(TLA1)에서의 제1 조도(LU1)와 제2 광 출사 영역(TLA2)에서의 제2 조도(LU2)를 나타내고, 오른쪽 종축은 다음 수학식 1과 같이 표현되는 제1 조도(LU1)와 제2 조도(LU2) 간의 조도 비율(LUR)을 나타낸다.
Figure pat00001
도 15를 참조하면, 인간의 시각이 쉽게 인지하지 못하는 조도 비율(LUR)이 40% 이하일 경우, 제3 각도(θ3)는 20° 내지 80°일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
도 16은 패턴부(130)에서 패턴 간 거리(d)에 따른 조도 변화를 나타내는 그래프로서, 횡축은 거리(d)를 나타내고 종축은 조도를 나타낸다.
도 16을 참조하면, 제1 조도(LU1)가 가장 낮은 거리(d)인 0.6 ㎜에서 제1 및 제2 조도(LU1, LU2) 간의 조도 균일도가 가장 좋다. 또한, 복수의 입체가 이격된 거리(d)가 0.1 ㎜ 내지 1.1 ㎜에서 조도 변화는 미미함을 알 수 있다. 따라서, 거리(d)는 0.1 ㎜ 내지 1.1 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
전술한 실시 예에 의한 발광 소자 패키지는 조명 장치, 표시 장치, 지시 장치 등 다양한 분야에 적용될 수 있다. 예를 들어, 조명 장치는 램프, 가로등을 포함할 수 있다. 특히, 발광 소자 패키지는 백라이트 유닛에 적용될 수 있다.
이하, 전술한 실시 예에 의한 발광 소자 패키지를 포함하는 백 라이트 유닛에 대해 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 17은 실시 예에 의한 백 라이트 유닛(200)의 단면도를 나타낸다.
도 17에 도시된 백라이트 유닛(200)은 기판(210), 복수의 발광 소자 패키지(100A), 도광판(220) 및 광학 부재(230)를 포함할 수 있다.
일반적으로 백 라이트 유닛은 광원의 배치 형태에 따라 에지(edge)형과 직하(direct)형으로 분류될 수 있다. 에지형은 광원이 백 라이트 유닛의 에지에 배치되고, 직하형은 광원이 백 라이트 유닛의 아래에 배치된다. 도 17에 도시된 백 라이트 유닛(200)은 직하형 백 라이트 유닛으로서, 램버시안 광이 출사되는 발광 다이오드를 광원(110)으로서 이용할 수 있다. 직하 방식은 보통 20인치 이상의 디스플레이에 사용되는 기술로써, 패널 하부에 광원(110)을 복수 개로 배치하므로 에지 방식에 비해 광효율이 우수한 장점이 있어 고휘도를 요구하는 대형 디스플레이에 주로 사용될 수 있다.
도 17을 참조하면, 복수 개의 발광 소자 패키지(100A)가 기판(예를 들어, 인쇄 회로 기판)(210)에 어레이 형태로 실장될 수 있다.
기판(210)은 전원을 공급하는 어댑터와 광원(110)을 연결하기 위한 전극 패턴이 형성되어 있을 수 있다. 예를 들어, 기판(210)의 상면에는 광원(110)과 어댑터를 연결하기 위한 전극 패턴이 형성될 수 있다.
이러한 기판(210)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 유리, 폴리카보네이트(PC), 실리콘(Si)으로부터 선택된 어느 한 물질로 이루어진 PCB(Printed Circuit Board) 기판일 수도 있고, 필름 형태로 형성될 수도 있다.
또한, 기판(210)은 단층 PCB, 다층 PCB, 세라믹 기판, 메탈 코아 PCB 등을 선택적으로 사용할 수 있다.
도광판(220)은 발광 소자 패키지(100A)에서 방출된 광은 가이드하는 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 도광판(220)은 PMMA(Polymethylmethacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthlate), COC(Cyclic Olefin Copolymers), PEN(polyethylene naphthalate), PC(Polycarbonate), PS(Polystyrene), 및 MS(Mathacylate styrene) 수지 중 어느 하나일 수 있다.
광학 부재(230)는 도광판(220)의 상부에 배치될 수 있다. 광학 부재(230)는 도광판(220)을 통해 출사되는 광을 확산시키는 역할을 하며, 확산 효과를 증가시키기 위해 상부 표면에 요철 패턴을 형성할 수도 있다.
광학 부재(230)은 단일 층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 요철 패턴은 최상층 또는 어느 한 층의 표면에 형성될 수 있다. 요철 패턴은 광원(110)에 따라 배치되는 스트라이프 형상을 가질 수도 있다.
경우에 따라, 광학 부재(230)는 적어도 하나의 시트로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 광학 부재(230)는 확산 시트, 프리즘 시트, 휘도 강화 시트 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 확산 시트는 발광 소자 패키지(100A)로부터 출사된 광을 확산시키는 역할을 한다. 프리즘 시트는 확산된 광을 발광 영역으로 가이드하는 역할을 한다. 휘도 확산 시트는 휘도를 강화시키는 역할을 한다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 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.
100A, 100B: 발광 소자 패키지 110: 광원
120, 120A, 120B, 120C: 렌즈 130, 130A 내지 130F: 패턴부
140: 접착부 150: 하부 반사 시트
200: 백 라이트 유닛 210: 기판
220: 도광판 230: 광학 부재

Claims (26)

  1. 광원;
    상기 광원 위에 배치된 렌즈; 및
    상기 렌즈에 배치된 패턴부를 포함하고,
    상기 렌즈는
    상기 광원과 마주보는 제1 저면을 갖는 몸체; 및
    상기 몸체로부터 광축 방향과 다른 방향으로 돌출된 돌출부를 포함하고,
    상기 패턴부는 상기 돌출부 표면의 적어도 일부 또는 상기 몸체의 제1 측면 중 적어도 한 곳에 배치된 발광 소자 패키지.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 몸체의 제1 상면에서 광축에 형성된 리세스를 포함하고,
    상기 패턴부는 상기 리세스의 바깥쪽에 배치된 발광 소자 패키지.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 리세스는 곡면 또는 경사면 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자 패키지.
  4. 제2 항에 있어서, 상기 리세스는 광축을 기준으로 대칭인 단면 형상을 갖는 발광 소자 패키지.
  5. 제2 항에 있어서, 상기 돌출부는
    상기 제1 상면의 주위에 배치된 제2 상면;
    상기 제2 상면의 반대측면인 제2 저면; 및
    상기 제2 상면과 제2 저면 사이에 제2 측면을 포함하고,
    상기 패턴부는 상기 제2 상면, 상기 제1 측면, 상기 제2 측면 또는 제2 저면 중 적어도 한 곳에 배치된 발광 소자 패키지.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 렌즈의 몸체는
    상기 돌출부와 상기 제1 상면 사이의 제3 상면을 더 포함하는 발광 소자 패키지.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 패턴부는 상기 제2 상면, 상기 제3 상면, 상기 제1 측면, 상기 제2 측면, 상기 제1 저면 또는 상기 제2 저면 중 적어도 한 곳에 배치된 발광 소자 패키지.
  8. 제5 항에 있어서, 상기 돌출부는 상기 제2 상면의 에지 부분에 배치된 발광 소자 패키지.
  9. 제5 항에 있어서, 상기 패턴부는 상기 제2 상면의 적어도 일부에 배치된 발광 소자 패키지.
  10. 제2 항에 있어서, 상기 돌출부가 돌출된 방향은 상기 광축과 수직인 발광 소자 패키지.
  11. 제6 항에 있어서, 상기 돌출부가 돌출된 방향과 상기 제3 상면으로부터 상기 제2 상면이 연장된 방향은 서로 동일한 발광 소자 패키지.
  12. 제1 항에 있어서, 상기 돌출부와 상기 패턴부는 일체형인 발광 소자 패키지.
  13. 제1 항에 있어서, 상기 돌출부와 상기 패턴부는 별개인 발광 소자 패키지.
  14. 제13 항에 있어서, 상기 돌출부와 상기 패턴부를 접착시키는 접착부를 더 포함하는 발광 소자 패키지.
  15. 제13 항에 있어서, 상기 돌출부의 재질과 상기 패턴부의 재질은 서로 동일한 발광 소자 패키지.
  16. 제13 항에 있어서, 상기 돌출부의 재질과 상기 패턴부의 재질은 서로 다른 발광 소자 패키지.
  17. 제1 항에 있어서, 상기 렌즈는 상기 광축을 기준으로 상기 광축 방향과 수직인 방향으로 대칭인 단면 형상을 갖는 발광 소자 패키지.
  18. 제1 항에 있어서, 상기 렌즈와 상기 광원은 상기 광축 방향으로 서로 중첩된 발광 소자 패키지.
  19. 제2 항에 있어서, 상기 광축과 수직한 방향으로 상기 패턴부와 상기 리세스는 서로 이격된 발광 소자 패키지.
  20. 제2 항에 있어서, 상기 광축과 수직한 방향으로 상기 패턴부와 상기 리세스는 서로 접한 발광 소자 패키지.
  21. 제5 항에 있어서, 상기 돌출부의 두께는 상기 제2 저면의 폭보다 큰 발광 소자 패키지.
  22. 제1 항 내지 제21 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 패턴부는 다면체, 복수의 다각형이 결합한 복합 입체 또는 반구형, 러프니스 중 적어도 하나를 포함하는 발광 소자 패키지.
  23. 제22 항에 있어서, 상기 패턴부는 피라미드 형태를 갖고, 상기 피라미드의 경사각은 20° 내지 80°인 발광 소자 패키지.
  24. 제22 항에 있어서, 상기 패턴부는 복수의 입체들을 포함하고, 상기 복수의 입체가 이격된거리는 0.1 ㎜ 내지 1.1 ㎜인 발광 소자 패키지.
  25. 광원; 및
    상기 광원 위에 배치되는 렌즈를 포함하고,
    상기 렌즈는
    상부 중앙에 배치된 리세스; 및
    상기 리세스를 에워싸며, 패턴을 갖는 환형 상부면을 포함하는 발광 소자 패키지.
  26. 제1 항 내지 제21 항 및 제25 항 중 어느 한 항에 기재된 발광 소자 패키지; 및
    상기 발광 소자 패키지의 상부에 배치된 광학 부재를 포함하는 백 라이트 유닛.
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