KR20170043229A - 렌즈 및 이를 포함하는 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

실시예는 입광면; 및 상기 광입사면과 마주보는 출광면을 포함하고, 일방향의 단면에서 상기 입광면의 HR(Height Rate)과 상기 출광면의 HR의 곱이 1.45 내지 1.66이고, 여기서, 상기 입광면의 HR은 h0/h1이고, 상기 h0는 기준선으로부터 중심축에 대응하는 입광면까지의 거리이고, 상기 h1은 상기 기준선의 일측 끝단으로부터 상기 중심축까지의 거리 중 1/3과 2/3인 지점에 각각 대응하는 상기 입광면 상의 영역 P11과 P12를 연결한 직선의 중점의 상기 기준선으로부터의 높이이고, 상기 출광면의 HR은 h3/h2이고, 상기 h3는 상기 기준선으로부터 상기 중심축에 대응하는 출광면까지의 거리이고, 상기 h2는 상기 기준선의 일측 끝단으로부터 상기 중심축까지의 거리 중 1/3과 2/3인 지점에 각각 대응하는 상기 출광면 상의 영역 P21과 P22를 연결한 직선의 중점의 상기 기준선으로부터의 높이인 렌즈를 제공한다.

Description

렌즈 및 이를 포함하는 조명 장치{LENS AND LIGHTING APPARATUS INCLUDING THE SAME}
실시예는 렌즈 및 이를 포함하는 조명 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉장고 등의 내부에 배치되는 조명 장치에 관한 것이다.
GaN, AlGaN 등의 3-5 족 화합물 반도체는 넓고 조정이 용이한 밴드 갭 에너지를 가지는 등의 많은 장점으로 인해 광 전자 공학 분야(optoelectronics)와 전자 소자를 위해 등에 널리 사용된다.
특히, 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode)나 레이저 다이오드와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
따라서, 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.
발광소자의 둘레에는 발광 구조물이나 와이어 등을 보호하는 몰딩부가 배치될 수 있는데, 실리콘 등의 재질로 이루어진 몰딩부를 통과할 때 광이 굴절되어 몰딩부가 1차 렌즈로 작용할 수 있다.
그러나, 조명 장치의 광원으로 발광소자가 사용될 때 광의 방출 경로를 조절하기 위하여 2차 렌즈가 사용될 수 있는데, 상술한 2차 렌즈가 통상 '렌즈'라 지칭된다.
렌즈의 재질이나 특히 형상에 따라 광 경로가 크게 변할 수 있으며, 특히 광원에서 방출되는 광을 특정 범위 내의 각도로 균일하게 진행시켜야 하는 조명 장치의 경우 렌즈의 형상과 작용은 더욱 중요하다.
실시예는 특정 범위 내의 각도로 광을 균일하게 방출하는 렌즈와 이를 포함하는 조명 장치를 제공하고자 한다.
실시예는 입광면; 및 상기 광입사면과 마주보는 출광면을 포함하고, 일방향의 단면에서 상기 입광면의 HR(Height Rate)과 상기 출광면의 HR의 곱이 1.45 내지 1.66이고, 여기서, 상기 입광면의 HR은 h0/h1이고, 상기 h0는 기준선으로부터 중심축에 대응하는 입광면까지의 거리이고, 상기 h1은 상기 기준선의 일측 끝단으로부터 상기 중심축까지의 거리 중 1/3과 2/3인 지점에 각각 대응하는 상기 입광면 상의 영역 P11과 P12를 연결한 직선의 중점의 상기 기준선으로부터의 높이이고, 상기 출광면의 HR은 h3/h2이고, 상기 h3는 상기 기준선으로부터 상기 중심축에 대응하는 출광면까지의 거리이고, 상기 h2는 상기 기준선의 일측 끝단으로부터 상기 중심축까지의 거리 중 1/3과 2/3인 지점에 각각 대응하는 상기 출광면 상의 영역 P21과 P22를 연결한 직선의 중점의 상기 기준선으로부터의 높이인 렌즈를 제공한다.
제1 방향의 단면에서 상기 입광면의 TR(Tangential Rate)과 상기 출광면의 TR의 곱이 0.75 내지 0.96이고, 여기서, 상기 입광면의 TR은 θ0/θ1이고, 상기 θ0는 상기 기준선의 일측 끝단으로부터 상기 중심축에 대응하는 상기 입광면의 영역을 연결한 직선이 상기 기준선과 이루는 각도이고, 상기 θ1은 상기 기준선의 일측 끝단으로부터 상기 중심축까지의 거리 중 1/3과 2/3인 지점에 각각 대응하는 상기 입광면 상의 영역 P11과 P12를 연결한 직선이 상기 기준선과 이루는 각도이고, 상기 출광면의 TR는 θ3/θ2이고, 상기 θ3는 상기 출광면의 일측 끝단으로부터 상기 중심축에 대응하는 상기 출광면의 영역을 연결한 직선이 상기 기준선과 이루는 각도이고, 상기 θ2는 상기 기준선의 일측 끝단으로부터 상기 중심축까지의 거리 중 1/3과 2/3인 지점에 각각 대응하는 상기 출광면 상의 영역 P21과 P22를 연결한 직선이 상기 기준선과 이루는 각도일 수 있다.
다른 실시예는 입광면; 및 상기 광입사면과 마주보는 출광면을 포함하고, 제1 방향의 단면에서 상기 입광면의 TR(Tangential Rate)과 상기 출광면의 TR의 곱이 0.75 내지 0.96이고, 여기서, 상기 입광면의 TR은 θ0/θ1이고, 상기 θ0는 기준선의 일측 끝단으로부터 상기 중심축에 대응하는 상기 입광면의 영역을 연결한 직선이 상기 기준선과 이루는 각도이고, 상기 θ1은 상기 기준선의 일측 끝단으로부터 상기 중심축까지의 거리 중 1/3과 2/3인 지점에 각각 대응하는 상기 입광면 상의 영역 P11과 P12를 연결한 직선이 상기 기준선과 이루는 각도이고, 상기 출광면의 TR는 θ3/θ2이고, 상기 θ3는 상기 출광면의 일측 끝단으로부터 상기 중심축에 대응하는 상기 출광면의 영역을 연결한 직선이 상기 기준선과 이루는 각도이고, 상기 θ2는 상기 기준선의 일측 끝단으로부터 상기 중심축까지의 거리 중 1/3과 2/3인 지점에 각각 대응하는 상기 출광면 상의 영역 P21과 P22를 연결한 직선이 상기 기준선과 이루는 각도인 렌즈를 제공한다.
제1 방향의 단면에서 상기 입광면의 HR(Height Rate)과 상기 출광면의 HR의 곱이 1.45 내지 1.66이고, 여기서, 상기 입광면의 HR은 h0/h1이고, 상기 h0는 상기 기준선으로부터 중심축에 대응하는 입광면까지의 거리이고, 상기 h1은 상기 기준선의 일측 끝단으로부터 상기 중심축까지의 거리 중 1/3과 2/3인 지점에 각각 대응하는 상기 입광면 상의 영역 P11과 P12를 연결한 직선의 중점의 상기 기준선으로부터의 높이이고, 상기 출광면의 HR은 h3/h2이고, 상기 h3는 상기 기준선으로부터 상기 중심축에 대응하는 출광면까지의 거리이고, 상기 h2는 상기 기준선의 일측 끝단으로부터 상기 중심축까지의 거리 중 1/3과 2/3인 지점에 각각 대응하는 상기 출광면 상의 영역 P21과 P22를 연결한 직선의 중점의 상기 기준선으로부터의 높이일 수 있다.
입광면과 상기 출광면은 상기 중심축에 대하여 대칭을 이룰 수 있다.
제1 방향과 교차하는 제2 방향으로, 상기 입광면 및 출광면 중 적어도 하나의 형상이 일정한 구간 동일 할 수 있다.
입광면 또는 상기 출광면은 비구면 또는 구면일 수 있다.
P11 또는 상기 P12의 양측에서 상기 입광면의 곡률이 변할 수 있다.
P21 또는 상기 P22의 양측에서 상기 입광면의 곡률이 변할 수 있다.
입광면과 상기 출광면은, 각각 P12와 P22와 인접한 영역에서 상기 기준선으로부터 가장 멀리 배치될 수 있다.
출광면의 중앙 영역에 리세스(recess)가 형성될 수 있다.
기준선과 수직한 방향에서 두께가 일정하지 않을 수 있다.
또 다른 실시예는 바닥면과 측벽을 포함하는 몸체; 상기 바닥면에 배치되고, 회로 기판과 발광 소자를 포함하는 광원 모듈; 및 상기 측벽 상에 배치되는 제1 항 또는 제3 항의 렌즈를 포함하는 조명 장치를 제공한다.
렌즈의 상기 입광면은, 상기 제1 방향의 양끝단에서 상기 측벽과 접촉할 수 있다.
실시예들에 따른 렌즈가 구비된 조명 장치에서는, 제1 방향에서 80도 내지 90도의 범위에서 광도가 균일하고 제2 방향으로 일정한 배광이 형성되어, 냉장고 등의 내부에 배치될 때 라인 형상으로 균일한 광원으로 사용될 수 있다.
도 1은 냉장고에 배치된 조명 장치를 나타낸 도면이고,
도 2a는 도 1의 조명 장치의 일실시예의 사시도이고,
도 2b는 도 2a의 I-I' 방향의 단면도이고,
도 2c는 도 2a의 렌즈 방향에서의 평면도이고,
도 2d는 도 2b의 발광소자의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 3a는 도 2a의 렌즈를 상세히 나타낸 도면이고,
도 3b 내지 도 3d는 도 3a의 제1 방향을 상세히 나타낸 도면이고,
도 4a 내지 도 4f는 실시예 1 내지 실시예 6에 따른 렌즈가 배치된 조명 장치에서 방출되는 광의 배광을 나타내고,
도 5a 내지 도 5f는 실시예 1 내지 실시예 6에 따른 렌즈가 배치된 조명 장치에서 방출되는 광의 배광을 나타낸다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 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)" 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 냉장고에 배치된 조명 장치를 나타낸 도면이다.
냉장고(100)의 내부에 조명 장치(200)가 배치될 수 있는데, 조명 장치(200)는 냉장고의 안쪽의 모서리에 배치될 수 있으며, 도시된 바와 같이 세로 방향으로 배치될 수 있다.
상술한 조명 장치(200)와 인접한 냉장고의 몸체는 80도( °) 내지 100도( °)의 각도를 이룰 수 있으며, 따라서 조명 장치(200)에서 방출되는 광(Light)도 90도 이내의 영역으로 주로 진행될 필요가 있다. 상세하게는, 조명 장치(200)에서 방출되는 광은 80도 내지 90도의 범위의 배광 분포를 가질 수 있고, 상술한 각도 범위 내에서 광도 분포가 거의 일정해야 한다.
도 2a는 도 1의 조명 장치의 일실시예의 사시도이고, 도 2b는 도 2a의 I-I' 방향의 단면도이고, 도 2c는 도 2a의 렌즈 방향에서의 평면도이다.
도 2b의 좌우 방향을 제1 방향이라 할 때, 조명 장치(200)는 제1 방향과 교차하며 수직 또는 수직에 가까운 제2 방향으로 긴 형상일 수 있다.
도 2a에서 I-I' 방향이 제2 방향일 수 있고, 조명 장치(200)는 제2 방향으로 형상이 일정한 구간 동안 동일할 수 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 조명 장치(200)의 몸체는 바닥면(230a)과 측벽(230b)를 포함하고, 측벽(230b)의 상부를 덮으며 렌즈(250)가 배치된다.
몸체의 바닥면(230a) 상에는 광원 모듈이 배치될 수 있는데, 광원 모듈은 회로 기판(220)과 회로 기판(220) 상의 발광 소자(210)를 포함할 수 있으며, 회로 기판(220)은 인쇄회로기판(Printedcircuit board)이나 연성회로기판(flexible circuit board) 등이 사용될 수 있다.
렌즈(250)는 후술하는 입광면(S1)이 제1 방향의 양끝단에서 측벽(230b)과 접촉할 수 있다.
바닥면(230a)과 측벽(230b) 및 렌즈(250)로 둘러싸이는 조명 장치(200) 내부의 공간에는 보이드(void)가 형성될 수 있고, 상술한 공간 폭(W0)은 발광 소자(210)로부터 기준선(reference)까지의 거리(d0)보다 클 수 있다. 즉, 상술한 보이드는 가로 방향으로 더 긴 형상일 수 있다.
조명 장치를 얇게 형성하기 위하여, 렌즈(250)의 두께는 2 밀리미터 이하일 수 있는데, 여기서 렌즈의 '두께'는 도 3d에서 'h3'일 수 있다.
렌즈(250)의 형상은 도 3a 내지 도 3d를 참고하여 후술한다.
도 2d는 도 2b의 발광소자의 일실시예를 나타낸 도면이다.
발광 소자(210)는 발광 다이오드(Light emitting diode)일 수 있고, 예를 들면 수직형 발광소자, 수평형 발광소자 또는 플립칩 타입의 발광소자 등이 사용될 수 있으며, 도 2d에서 수직형 발광소자가 일례로 도시되고 있다.
발광소자(210)는 지지기판(215) 상에 접합층(214)과 반사층(213) 및 오믹층(212)이 배치되고, 오믹층(212) 상에 발광 구조물(light emitting structure, 211)이 배치될 수 있고, 발광 구조물의 하부의 가장 자리 영역에는 채널층(channel layer, 219)이 배치될 수 있다.
지지기판(215)은 베이스 기판으로서, 구리(Cu), 금(Au), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 구리-텅스텐(Cu-W) 등 중에서 적어도 하나로 구현될 수 있다. 또한 지지기판(215)은 캐리어 웨이퍼, 예를 들어 Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC, SiGe, Ga2O3, GaN 등으로 구현될 수 있다.
상기 지지기판(215)상에는 접합층(214)이 배치될 수 있다. 접합층(214)은 지지기판(215)에 반사층(213)을 접합시킬 수 있다. 접합층(214)은 예를 들어 Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag 또는 Ta 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층으로 배치될 수 있다.
접합층(214) 상에는 반사층(213)이 배치될 수 있다. 반사층(213)은 반사특성이 우수한 물질, 예를 들어 은(Ag), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 루비듐(Rh), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 백금(Pt), 금(Au), 하프늄(Hf) 및 이들의 선택적인 조합으로 구성된 물질 중에서 형성되거나, 상기 금속 물질과 IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 단층 또는 다층으로 형성할 수 있다. 또한 반사층(213)은 IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 적층할 수 있으며 이에 한정하지 않는다.
반사층(213) 상에는 오믹층(212)이 형성되는데, 오믹층(212)은 발광 구조물의 하면에 오믹 접촉되며, 층 또는 복수의 패턴으로 형성될 수 있다.
오믹층(212)은 투광성 전극층과 금속이 선택적으로 사용될 수 있으며, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni, Ag, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 하나 이상을 이용하여 단층 또는 다층으로 구현할 수 있다.
지지기판(215), 접합층(214), 반사층(213) 및 반사층(212)은 제2 전극으로 작용할 수 있으며 발광 구조물에 전류를 공급할 수 있다.
제2 전극과 발광 구조물(211)의 가장 자리 사이에 채널층(219)이 배치될 수 있다. 채널층(219)은 발광 구조물의 하부 가장자리 영역에 배치될 수 있고 투광성 물질로 형성될 수 있으며 예컨대 금속 산화물, 금속 질화물, 투광성 질화물, 투광성 산화물 또는 투광성 절연층으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 채널층(219)는 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZON(IZO nitride), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3, TiO2 등에서 선택적으로 형성될 수 있다.
오믹층(212) 상에는 발광 구조물(211)이 배치될 수 있다. 발광 구조물(211)은 제1 도전형반도체층(211a)과 활성층(211b) 및 제2 도전형 반도체층(211c)을 포함하여 이루어진다.
제1 도전형 반도체층(211a)은 Ⅲ-Ⅴ, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(211a)은 AlxInyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaN, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(211a)이 n형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(211a)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
활성층(211b)은 제1 도전형 반도체층(211a)과 제2 도전형 반도체층(211c) 사이에 배치되며, 단일 우물 구조(Double Hetero Structure), 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(MQW:Multi Quantum Well) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
활성층(211b)은 Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 구현될 수 있고, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가질 수 있으며, 우물층과 장벽층, 예를 들면 AlGaN/AlGaN, InGaN/GaN, InGaN/InGaN, AlGaN/GaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
우물층은 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(211c)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(211c)은 Ⅲ-Ⅴ, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(211c)은 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, AlGaN, GaNAlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(211c)이 p형 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다. 제2 도전형 반도체층(211c)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도시되지는 않았으나, 활성층(211b)과 제2 도전형 반도체층(211c)의 사이에는 전자 차단층(Electron blocking layer)가 배치될 수 있다. 전자 차단층은 초격자(superlattice) 구조로 이루어질 수 있는데, 초격자는 예를 들어 제2 도전형 도펀트로 도핑된 AlGaN이 배치될 수 있고, 알루미늄의 조성비를 달리하는 GaN이 층(layer)을 이루어 복수 개 서로 교대로 배치될 수도 있으나 이에 한정하지 않는다.
제1 도전형 반도체층(211a)의 표면이 요철 등의 패턴을 이루어 광추출 효율을 향상시킬 수 있고, 제1 도전형 반도체층(211a)의 표면에는 제1 전극(216)이 배치되는데 도시된 바와 같이 제1 전극(216)이 배치되는 제1 도전형 반도체층(211a)의 표면은 제1 도전형 반도체층(211a)의 표면을 따라 패턴을 이루거나 패턴을 이루지 않을 수 있다. 제1 전극(216)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au), 로듐(Rh), 텅스텐(W), 플래티늄(Pt) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
발광 구조물(211)의 하부에는 제1 전극(216)과 대응하여 전류 차단층(218, current blocking layer)이 배치될 수 있는데, 전류 차단층은 절연성 물질로 이루어질 수 있으며, 전류 차단층에 의하여 지지기판(215) 방향에서 공급되는 전류가 제2 도전형 반도체층(211c)의 전 영역으로 고루 공급될 수 있다. 전류 차단층(218)은 제1 전극(216)과 수직적으로 중첩하는 영역에 배치될 수 있으나 이에 한정하지 않는다.
발광 구조물(211)의 둘레에는 패시베이션층(217)이 형성될 수 있는데, 패시베이션층(217)은 절연물질로 이루어질 수 있으며, 절연물질은 비전도성인 산화물이나 질화물로 이루어질 수 있다. 일 예로서, 상기 패시베이션층(217)은 실리콘 산화물(SiO2)층, 산화 질화물층, 산화 알루미늄층 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.
도 3a는 도 2a의 렌즈를 상세히 나타낸 도면이다.
상술한 제1 방향으로의 렌즈(250)의 단면을 나타내고 있으며, 중심축(center)에 대하여 제1 방향(first side)과 제2 방향(second side)으로 제1 부분(250a)과 제2 부분(250b)이 대칭을 이루며 형성될 수 있다.그리고, 렌즈(250)의 상하 방항에서의 두께는 렌즈(250)의 각 영역에서 다를 수 있으며, 예를 들면 중심축에 대응하는 영역에서 렌즈(250)의 두께가 가장 두꺼울 수 있으나 이에 한정하지는 않는다. 여기서, '상하 방향'은 기준선(reference line)과 수직한 방향을 뜻한다.
그리고, 기준선(reference line)은 상술한 발광 소자(210)의 발광면과 나란할 수 있으며, 또한 몸체의 한 쌍의 측벽(230b)의 상부면을 연결한 가상의 선일 수 있다.
도 3b 내지 도 3d는 도 3a의 제1 방향을 상세히 나타낸 도면이다.
도 3a에서 설명한 바와 같이, 렌즈(250)는 제1 부분(250a)과 제2 부분(250b)이 서로 대칭이고, 다양한 재료 예를 들면 폴리카보네이트로 이루어질 수 있으며, 도 3b 내지 도 3d에서는 제1 부분(250a)의 형상만을 설명한다.
도 3b에서, 렌즈의 제1 부분(250a)의 입광면(S1)과 출광면(S2)이 도시되고 있다. 입광면(S1)은 상술한 발광 소자(210)에서 방출된 광이 입사되는 영역이고, 출광면(S2)은 입광면(S1)과 마주보며 상술한 광이 외부로 방출되는 영역일 수 있다.
도 3b에서 기준선이 렌즈의 제1 부분(250a)과 만나는 일측 끝단으로부터 중심축까지의 거리(a)를 3등분할 때, 거리(a) 중 1/3과 2/3가 되는 지점에 대응하는 입광면(S1) 상의 영역을 각각 P11과 P12라 할 수 있고, 거리(a) 중 1/3과 2/3가 되는 지점에 대응하는 출광면(S2) 상의 영역을 각각 P21과 P22라 할 수 있다. 여기서, '대응하는' 영역이라 함은 기준선에 수직한 방향으로 대응됨을 뜻한다.
상술한 P11과 P12, 그리고 P21과 P22의 양측에서 렌즈의 곡률이 변할 수 있으며, 렌즈의 입광면과 출광면은 각각 곡면을 이룰 수 있으며, 상세하게는 비구면 또는 구면을 이룰 수 있다.
또한, 입광면(S1)의 각 지점에서의 곡률과 상기 입광면(S1)에 수직 방향으로 대응하는 지점에서의 출광면(S2)의 곡률은 서로 동일할 수 있으나, 반드시 이에 한정하지 않는다.
도 3c에서, 4개의 직선 Line 0 내지 Line 3이 도시되고 있다.
Line 0는 기준선의 일측 끝단, 기준선이 렌즈의 제1 부분(250a)과 만나는 부분으로부터 중심축에 대응하는 입광면(S1)의 영역을 연결한 직선일 수 있다.
Line 1은 상술한 P11과 P12를 연결한 직선일 수 있다.
Line 2는 상술한 P21과 P22를 연결한 직선일 수 있다.
Line 3는 출광면(S2)의 일측 끝단으로부터 중심축에 대응하는 출광면(S2)의 영역을 연결한 직선일 수 있다. 여기서, 출광면(S2)의 일측 끝단은, 출광면(S2)이 기준선의 연장선과 만나는 영역일 수 있다.
도 3c에서, θ0는 기준선과 Line 0가 이루는 각도일 수 있고, θ1은 기준선과 Line 1이 이루는 각도일 수 있고, θ2는 기준선과 Line 2가 이루는 각도일 수 있고, θ3는 기준선과 Line 3가 이루는 각도일 수 있다.
도 3d에서 4개의 높이 h0 내지 h3가 도시되고 있다.
h0는 기준선으로부터, 중심축에 대응하는 입광면(S1)까지의 거리일 수 있다.
h1은 기준선으로부터 Line 1의 중점(P13)까지의 거리일 수 있다.
h2는 기준선으로부터 Line 2의 중점(P23)까지의 거리일 수 있다.
h3는 기준선으로부터, 중심축에 대응하는 출광면(S2)까지의 거리일 수 있다.
그리고, 도 3b 내지 도 3d에서 입광면(S1)과 출광면(S2)이 각각 P12와 P22와 인접한 영역에서 가장 높게 배치되는데, 반드시 이에 한정하지 않으며, 중심축에 대응하는 영역에서 출광면(S2)이 가장 높은 영역에 배치될 수도 있다.
도 3b 내지 도 3d에 도시된 바와 같이 입광면(S1)과 출광면(S2)이 각각 P12와 P22와 인접한 영역에서 가장 높게 배치될 때, 렌즈(250)의 전체 형상은 출광면(S2)의 중앙 영역이 일부 함몰되어 리세스(recess)가 형성될 수 있다.
상술한 렌즈(250)에서 h0/h1을 입광면의 HR(Height Rate)이라 하고, h3/h2를 출광면의 HR이라 할 수 있다. 그리고, θ0/θ1을 입광면의 TR(Tangential Rate)이라 하고, θ3/θ2를 출광면의 TR이라 할 수 있다.
표 1은 실시예 1 내지 실시예 6에 따른 렌즈의 특성을 나타내고, 도 4a 내지 도 4f는 실시예 1 내지 실시예 6에 따른 렌즈가 배치된 조명 장치에서 방출되는 광의 배광을 나타낸다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6

S1
 h1 0.41 0.425 0.429 0.384 0.4 0.41
HR1 1.2195 1.176471 1.165501 1.302083 1.25 1.219512
θ1 3.4 3.3 3.3 3.2 3.6 3.01
TR1 0.8026 0.827237 0.827237 0.85315 0.758333 0.906977

S2

 h2 1.57 1.6 1.6 1.57 1.57 1.6
HR2 1.2739 1.25 1.25 1.274084 1.274084 1.250183
θ2 9 9.0 9.0 9.0 9.1 8.6
TR2 1.0102 1.010169 1.010169 1.010169 0.998882 1.057918
HR의 곱
 1.5535187 1.470803 1.45709 1.658964 1.592605 1.524613
TR의 곱
 0.8107676 0.835685 0.835685 0.8618 0.757486 0.959507
BA
 95.297 95.338 95.374 95.090 95.049 95.591
FA
 107.40 107.61 107.71 106.73 106.74 107.60
CD(20/0)
 0.99671 0.99802 0.99458 1.0194 0.98368 1.0196
CD(40/0)
 0.99114 0.98742 0.98058 1.0197 1.0183 1.0012
실시예 1 내지 실시예 6에서, 입광면(S1)의 HR과 출광면(S2)의 HR의 곱은 1.45보다 크고 1.66보다 작을 수 있으며, 입광면(S1)의 TR과 출광면(S2) TR의 곱은 0.75보다 크고 0.96보다 작을 수 있다.
그리고, 실시예 1 내지 실시예 6에서, 빔 앵글(BA)은 90도보다 크고 100도보다 작을 수 있고, 필드 앵글(FA)은 100도보다 크고 110도보다 작을 수 있다.
발광 소자 내지 발광 소자 패키지에서 방출되는 광은 각도에 따라 다양한 광도 분포를 가질 수 있는데, 빔 앵글(Beam angle)은 최대 광도의 1/2 이상의 광도를 가지는 광의 분포 범위를 나타내고, 필드 앵글(Field angle)은 최대 광도의 1/10 이상의 광도를 나타내는 광의 분포 범위를 나타낸다. 여기서, '광도'는 광원에서 이격된 거리에서 측정되는 밝기를 나타내며, 상세하게는 광원으로부터 단위거리만큼 떨어진 곳에서 빛의 진행 방향에 수직으로 놓인 단위 면적을 단위 시간에 통과하는 빛의 양을 뜻하며, 단위로는 cd(칸델라)를 사용할 수 있다.
그리고, CD(20/0)은 발광소자의 상부면에서 측정된 광도에 대한 발광 소자의 상부면에서 각도 20도 이격된 영역에서 측정된 광도를 뜻하며, CD(40/0)은 발광소자의 상부면에서 측정된 광도에 대한 발광 소자의 상부면에서 각도 40도 이격된 영역에서 측정된 광도를 뜻한다.
CD(20/0)이 1에 가까울수록, 발광 소자의 상부면에서 각도 20도 이격된 영역에서 측정된 광도가 발광소자의 상부면에서 측정된 광도와 동일해짐을 뜻한다. 그리고, CD(40/0)이 1에 가까울수록, 발광 소자의 상부면에서 각도 40도 이격된 영역에서 측정된 광도가 발광소자의 상부면에서 측정된 광도와 동일해짐을 뜻한다.
실시예 1 내지 실시예 6에서, CD(20/0)과 CD(40/0)은 각각 98보다 크고 102보다 작을 수 있다.
즉, 상술한 바와 같이 실시예 1 내지 실시예 6에서, 입광면(S1)의 HR과 출광면(S2)의 HR의 곱은 1.45보다 크고 1.66보다 작을 수 있고, 입광면(S1)의 TR과 출광면(S2) TR의 곱은 0.75보다 크고 0.96보다 작을 수 있을 때, 빔 앵글(BA)은 90도보다 크고 100도보다 작고, 필드 앵글(FA)은 100도보다 크고 110도보다 작으며, CD(20/0)과 CD(40/0)은 각각 0.98보다 크고 1.02보다 작을 수 있다.
입광면(S1)의 HR과 출광면(S2)의 HR의 곱은 1.45 이하일 때, 렌즈로부터 출사되는 광의 배광 분포가 고르지 않을 수 있는데, 후술하는 비교예 1과 같이 발광 소자의 상부면에서 각도 40도 이격된 영역에서 측정된 광도가 발광소자의 상부면에서 측정된 광도의 98% 이하가 될 수 있다.
입광면(S1)의 HR과 출광면(S2)의 HR의 곱이 1.66 이상일 때, 렌즈로부터 출사되는 광의 배광 분포가 고르지 않을 수 있는데, 후술하는 비교예 2와 같이 발광 소자의 상부면에서 각도 20도와 40도 이격된 영역에서 측정된 광도가 발광소자의 상부면에서 측정된 광도의 102% 이상이 될 수 있다.
입광면(S1)의 TR과 출광면(S2)의 TR의 곱이 0.75 이하일 경우 비교예 3에 기재된 바와 같이, 발광 소자의 상부면에서 40도 이격된 영역에서 측정된 광도가 발광소자의 상부면에서 측정된 광도의 102% 이상이 되어, 배광 분포가 고르지 않을 수 있다.
그리고, 입광면(S1)의 TR과 출광면(S2) TR의 곱이 0.96 이상일 경우 비교예 6에 기재된 바와 같이, 발광 소자의 상부면에서 20도 이격된 영역에서 측정된 광도가 발광소자의 상부면에서 측정된 광도의 102% 이상이 되어, 배광 분포가 고르지 않을 수 있다.
도 4a 내지 도 4f에서 녹색으로 도시된 배광 분포가 표 1에 도시된 실시예 1 내지 실시예 6에 따른 렌즈가 배치된 조명 장치에서 방출되는 광에서 측정된 것이고, 청색으로 도시된 배광 분포는 표 1에서 측정된 방향과 수직 방향 즉 상술한 제2 방향에서 측정한 배광 분포를 나타낸다.
표 2는 비교예 1 내지 비교예 7에 따른 렌즈의 특성을 나타내고, 도 5a 내지 도 5f는 비교예 1 내지 비교예 6에 따른 렌즈가 배치된 조명 장치에서 방출되는 광의 배광을 나타낸다.
비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 비교예 6

S1

 h1 0.432 0.383 0.4 0.4 0.41 0.41
HR1 1.157407 1.305483 1.25 1.25 1.219512 1.219512
θ1 3.3 3.2 3.7 3.6 3 3.01
TR1 0.827237 0.85315 0.737838 0.758333 0.91 0.906977

S2

 h2 1.6 1.57 1.57 1.57 1.6 1.6
HR2 1.25 1.274084 1.274084 1.274084 1.250183 1.250183
θ2 9.0 9.0 9.1 9.2 8.6 8.55
TR2 1.010169 1.010169 0.998882 0.987839 1.057918 1.064198
HR의 곱 1.446971 1.663295 1.592605 1.592605 1.524613 1.524613
TR의 곱 0.835685 0.8618 0.737013 0.749111 0.962705 0.965203
BA 95.393 95.079 95.018 95.038 95.595 95.598
FA 107.80 106.67 106.57 106.83 107.61 107.60
CD(20/0) 0.99046 1.0224 1.0041 0.99614 1.02 1.0205
CD(40/0) 0.97493 1.0219 1.0286 1.0213 1.000 1.0005
비교예 1은 입광면의 HR과 출광면의 HR의 곱이 1.45이하이고, 이때 CD(40/0)의 값이 0.98 이하이며, 도 5a에 도시된 바와 같이 발광 소자의 상부면에서 각도 40도 이격된 영역에서 측정된 광도가 발광소자의 상부면에서 측정된 광도의 98% 이하이다.
비교예 2는 입광면의 HR과 출광면의 HR의 곱이 1.66 이상이고, 이때 CD(20/0)과 CD(40/0)의 값이 1.02 이상이며, 도 5b에 도시된 바와 같이 발광 소자의 상부면에서 각도 20도와 40도 이격된 영역에서 측정된 광도가 발광소자의 상부면에서 측정된 광도의 102% 이상이다.
비교예 3은 입광면의 TR과 출광면의 TR의 곱이 0.75 이하이고, 이때 CD(40/0)의 값이 1.02 이상이며, 도 5c에 도시된 바와 같이 발광 소자의 상부면에서 40도 이격된 영역에서 측정된 광도가 발광소자의 상부면에서 측정된 광도의 102% 이상이다.
비교예 4는 입광면의 TR과 출광면의 TR의 곱이 0.75 이하이고, 이때 CD(40/0)의 값이 1.02 이상이며, 도 5d에 도시된 바와 같이 발광 소자의 상부면에서 40도 이격된 영역에서 측정된 광도가 발광소자의 상부면에서 측정된 광도의 102% 이상이다.
비교예 5는 입광면의 TR과 출광면의 TR의 곱이 0.96 이상이고, 이때 CD(20/0)의 값이 1.02 이상이며, 도 5e에 도시된 바와 같이 발광 소자의 상부면에서 20도 이격된 영역에서 측정된 광도가 발광소자의 상부면에서 측정된 광도의 102% 이상이다.
비교예 6은 입광면의 TR과 출광면의 TR의 곱이 0.96 이상이고, 이때 CD(20/0)의 값이 1.02 이상이며, 도 5f에 도시된 바와 같이 발광 소자의 상부면에서 20도 이격된 영역에서 측정된 광도가 발광소자의 상부면에서 측정된 광도의 102% 이상이다.
실시예들에 따른 렌즈가 구비된 조명 장치에서는, 제1 방향에서 80도 내지 90도의 범위에서 광도가 균일하고 제2 방향으로 일정한 배광이 형성되어, 냉장고 등의 내부에 배치될 때 라인 형상으로 균일한 광원으로 사용될 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 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.
100: 냉장고 200: 조명 장치
210: 발광 소자 220: 회로 기판
230a: 바닥면 230b: 측벽
250: 렌즈 250a: 제1 부분
250b: 제2 부분

Claims (15)

  1. 입광면; 및
    상기 광입사면과 마주보는 출광면을 포함하고,
    제1 방향의 단면에서 상기 입광면의 HR(Height Rate)과 상기 출광면의 HR의 곱이 1.45 내지 1.66이고,
    여기서, 상기 입광면의 HR은 h0/h1이고, 상기 h0는 기준선으로부터 중심축에 대응하는 입광면까지의 거리이고, 상기 h1은 상기 기준선의 일측 끝단으로부터 상기 중심축까지의 거리 중 1/3과 2/3인 지점에 각각 대응하는 상기 입광면 상의 영역 P11과 P12를 연결한 직선의 중점의 상기 기준선으로부터의 높이이고,
    상기 출광면의 HR은 h3/h2이고, 상기 h3는 상기 기준선으로부터 상기 중심축에 대응하는 출광면까지의 거리이고, 상기 h2는 상기 기준선의 일측 끝단으로부터 상기 중심축까지의 거리 중 1/3과 2/3인 지점에 각각 대응하는 상기 출광면 상의 영역 P21과 P22를 연결한 직선의 중점의 상기 기준선으로부터의 높이인 렌즈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 방향의 단면에서 상기 입광면의 TR(Tangential Rate)과 상기 출광면의 TR의 곱이 0.75 내지 0.96이고,
    여기서, 상기 입광면의 TR은 θ0/θ1이고, 상기 θ0는 상기 기준선의 일측 끝단으로부터 상기 중심축에 대응하는 상기 입광면의 영역을 연결한 직선이 상기 기준선과 이루는 각도이고, 상기 θ1은 상기 기준선의 일측 끝단으로부터 상기 중심축까지의 거리 중 1/3과 2/3인 지점에 각각 대응하는 상기 입광면 상의 영역 P11과 P12를 연결한 직선이 상기 기준선과 이루는 각도이고,
    상기 출광면의 TR는 θ3/θ2이고, 상기 θ3는 상기 출광면의 일측 끝단으로부터 상기 중심축에 대응하는 상기 출광면의 영역을 연결한 직선이 상기 기준선과 이루는 각도이고, 상기 θ2는 상기 기준선의 일측 끝단으로부터 상기 중심축까지의 거리 중 1/3과 2/3인 지점에 각각 대응하는 상기 출광면 상의 영역 P21과 P22를 연결한 직선이 상기 기준선과 이루는 각도인 렌즈.
  3. 입광면; 및
    상기 광입사면과 마주보는 출광면을 포함하고,
    제1 방향의 단면에서 상기 입광면의 TR(Tangential Rate)과 상기 출광면의 TR의 곱이 0.75 내지 0.96이고,
    여기서, 상기 입광면의 TR은 θ0/θ1이고, 상기 θ0는 기준선의 일측 끝단으로부터 상기 중심축에 대응하는 상기 입광면의 영역을 연결한 직선이 상기 기준선과 이루는 각도이고, 상기 θ1은 상기 기준선의 일측 끝단으로부터 상기 중심축까지의 거리 중 1/3과 2/3인 지점에 각각 대응하는 상기 입광면 상의 영역 P11과 P12를 연결한 직선이 상기 기준선과 이루는 각도이고,
    상기 출광면의 TR는 θ3/θ2이고, 상기 θ3는 상기 출광면의 일측 끝단으로부터 상기 중심축에 대응하는 상기 출광면의 영역을 연결한 직선이 상기 기준선과 이루는 각도이고, 상기 θ2는 상기 기준선의 일측 끝단으로부터 상기 중심축까지의 거리 중 1/3과 2/3인 지점에 각각 대응하는 상기 출광면 상의 영역 P21과 P22를 연결한 직선이 상기 기준선과 이루는 각도인 렌즈.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 방향의 단면에서 상기 입광면의 HR(Height Rate)과 상기 출광면의 HR의 곱이 1.45 내지 1.66이고,
    여기서, 상기 입광면의 HR은 h0/h1이고, 상기 h0는 상기 기준선으로부터 중심축에 대응하는 입광면까지의 거리이고, 상기 h1은 상기 기준선의 일측 끝단으로부터 상기 중심축까지의 거리 중 1/3과 2/3인 지점에 각각 대응하는 상기 입광면 상의 영역 P11과 P12를 연결한 직선의 중점의 상기 기준선으로부터의 높이이고,
    상기 출광면의 HR은 h3/h2이고, 상기 h3는 상기 기준선으로부터 상기 중심축에 대응하는 출광면까지의 거리이고, 상기 h2는 상기 기준선의 일측 끝단으로부터 상기 중심축까지의 거리 중 1/3과 2/3인 지점에 각각 대응하는 상기 출광면 상의 영역 P21과 P22를 연결한 직선의 중점의 상기 기준선으로부터의 높이인 렌즈.
  5. 제1 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 입광면과 상기 출광면은 상기 중심축에 대하여 대칭을 이루는 렌즈.
  6. 제1 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로, 상기 입광면 및 출광면 중 적어도 하나의 형상이 일정한 구간 동일한 렌즈.
  7. 제1 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 입광면 또는 상기 출광면은 비구면 또는 구면인 렌즈.
  8. 제1 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 P11 또는 상기 P12의 양측에서 상기 입광면의 곡률이 변하는 렌즈.
  9. 제1 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 P21 또는 상기 P22의 양측에서 상기 출광면의 곡률이 변하는 렌즈.
  10. 제1 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 입광면과 상기 출광면은, 각각 P12와 P22와 인접한 영역에서 상기 기준선으로부터 가장 멀리 배치되는 렌즈.
  11. 제1 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 출광면의 중앙 영역에 리세스(recess)가 형성된 렌즈.
  12. 제1 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 기준선과 수직한 방향에서 두께가 일정하지 않은 렌즈.
  13. 바닥면과 측벽을 포함하는 몸체;
    상기 바닥면에 배치되고, 회로 기판과 발광 소자를 포함하는 광원 모듈; 및
    상기 측벽 상에 배치되는 제1 항 또는 제3 항의 렌즈를 포함하는 조명 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로, 상기 렌즈의 입광면 및 출광면 중 적어도 하나의 형상이 일정한 구간 동일한 조명 장치.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 렌즈의 상기 입광면은, 상기 제1 방향의 양끝단에서 상기 측벽과 접촉하는 조명 장치.
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