KR102305219B1 - 하프돔 형상의 렌즈부재를 갖는 발광소자 패키지와 이를 이용한 발광장치 - Google Patents

하프돔 형상의 렌즈부재를 갖는 발광소자 패키지와 이를 이용한 발광장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102305219B1
KR102305219B1 KR1020210005421A KR20210005421A KR102305219B1 KR 102305219 B1 KR102305219 B1 KR 102305219B1 KR 1020210005421 A KR1020210005421 A KR 1020210005421A KR 20210005421 A KR20210005421 A KR 20210005421A KR 102305219 B1 KR102305219 B1 KR 102305219B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
emitting device
light emitting
device chip
light
lens
Prior art date
Application number
KR1020210005421A
Other languages
English (en)
Inventor
진원균
진재언
진명균
Original Assignee
진재언
진원균
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 진재언, 진원균 filed Critical 진재언
Priority to KR1020210005421A priority Critical patent/KR102305219B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102305219B1 publication Critical patent/KR102305219B1/ko
Priority to EP21919845.4A priority patent/EP4280290A1/en
Priority to PCT/KR2021/015761 priority patent/WO2022154221A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0009—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only
    • G02B19/0014—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only at least one surface having optical power
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/60—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction
    • F21K9/68—Details of reflectors forming part of the light source
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/60—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction
    • F21K9/69—Details of refractors forming part of the light source
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
    • G02B19/0061—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a LED
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0087—Simple or compound lenses with index gradient
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/52—Encapsulations
    • H01L33/54—Encapsulations having a particular shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements
    • H01L33/60—Reflective elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B2003/0093—Simple or compound lenses characterised by the shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/075—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00
    • H01L25/0753—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00 the devices being arranged next to each other

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Planar Illumination Modules (AREA)

Abstract

본 발명은 발광소자 칩에서 방출되는 빛을 굴절시켜 지향각을 제어할 수 있는 렌즈부재에 있어서, 상기 발광소자 칩이 배치되는 영역을 포함하도록 하프돔(half dome) 형상을 가지며, 상기 발광소자 칩에서 방출되는 빛의 지향각을 제어할 수 있도록 상기 지지부재에 대향하면서 상기 렌즈부재의 내부에 지향각 제어부재가 삽입될 수 있도록 안착홈을 갖는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지 및 이를 이용한 발광장치에 관한 것이다.
이러한 하프돔 형상을 갖는 렌즈부재를 갖는 발광소자 패키지를 이용함에 따라 희망하는 지향각으로 제어할 수 있음과 함께 불필요한 빛 방사의 제어를 통한 빛 공해를 줄일 수 있고, 추가적으로 휘도를 향상시킴에 따라 에너지를 절감할 수 있는 특징을 갖는다.

Description

하프돔 형상의 렌즈부재를 갖는 발광소자 패키지와 이를 이용한 발광장치{Light emitting device package Having Lens of Half Dome Shape and Lighting apparatus using the same}
본 발명은 하프돔 형상의 발광소자 패키지 및 이를 이용한 발광장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 발광소자 칩에서 방출되는 빛을 굴절시켜 지향각을 제어할 수 있는 렌즈부재에 있어서, 상기 발광소자 칩이 배치되는 영역을 포함하도록 하프돔(half dome) 형상을 가지며, 상기 발광소자 칩에서 방출되는 빛의 지향각을 제어할 수 있도록 상기 지지부재에 대향하면서 상기 렌즈부재의 내부에 지향각 제어부재가 삽입될 수 있도록 안착홈을 갖는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지 및 이를 이용한 발광장치에 관한 것이다.
이러한 하프돔 형상을 갖는 렌즈부재를 갖는 발광소자 패키지를 이용함에 따라 희망하는 지향각으로 제어할 수 있음과 함께 불필요한 빛 방사의 제어를 통한 빛 공해를 줄일 수 있고, 추가적으로 휘도를 향상시킴에 따라 에너지를 절감할 수 있는 특징을 갖는다.
일반적으로 발광소자 패키지는 기판 또는 리드프레임 위에 발광 다이오드(LED)와 같은 발광소자 칩이 실장되고, 발광소자 칩의 상부를 돔(dome) 형태의 렌즈 등으로 덮는 발광소자 패키지가 사용되고 있다.
일예로 종래기술인 도 1에 도시된 바와 같이, 발광소자 칩(200)에서 방출되는 빛의 지향각을 넓게 제어할 수 있도록 상면이 볼록한 곡면으로 구배지게 형성되어 상기 발송소자 칩(200)의 상측을 덮도록 결합되는 렌즈(300)을 포함하여 구성되는 발광소자 패키지가 사용되고 있다.
또한 상기 지향각을 제어하기 위해 렌즈(300)의 상면에 형성된 구배의 높이가 상기 구배가 시작되는 지점의 렌즈(300)의 직경의 10~30%가 되도록 제어하는 특징을 갖는 다양한 실시예들이 개시되어 있다.
이를 통해 출력창에 명부(Hot-spot)가 형성되지 않도록 빛을 고르게 방출시킬 수 있고, 보다 단순한 형상의 렌즈를 이용하여 지향각을 넓힐 수 있다. 나아가 서로 다른 색상의 빛이 혼합되는 믹싱(Mixing) 구역을 최소화함으로써 제품의 박형화(薄形化)를 구현할 수 있는 발광소자 패키지 및 이를 이용한 백라이트 유닛을 제공하고 있다.
그러나 상기와 같은 발광소자 패키지의 구조는 렌즈에 의해 배광패턴의 반치폭(半値幅)이 120°이상의 큰 지향각을 갖는 것을 목적으로 하고 있고, 렌즈(300)의 상면에 형성된 구배 높이가 0.5mm를 초과하면 지향각이 줄어들게 되면서 출사 효율이 현저히 감소하는 문제가 발생된다고 알려져 있다.
이러한 내용을 고려하면, 지향각 조절을 위한 새로운 렌즈의 구조가 요구될 수 있는데, 이를 위해 추가적인 렌즈가 요구될 경우에는 렌즈 도입에 따른 가격의 상승, 패키지 크기의 증가 및 제조상의 복잡성이 증가하는 문제가 발생될 수 있다. 이에 지향각이 희망하는 값으로 낮아지면서도 휘도가 현저히 감소되지 않고, 추가적인 렌즈의 도입 없이 단순한 구조로 지향각을 제어할 수 있는 적절한 발광소자 패키지의 구조가 요구된다.
한국 등록특허공보 제10-0649765호(2006. 11. 17.)
본 발명은 앞서 설명한 필요성에 기초하여 발명된 것으로서, 발광소자 칩에서 방출되는 빛을 제어하기 위해 지향각 제어부재를 갖는 렌즈부재를 통해 방출시킴으로써 일정 범위내의 지향각을 갖도록 제어할 수 있는 것을 목적으로 한다.
그리고 상기 발광소자 칩에서 방출되는 빛의 지향각을 다양한 각도로 지향각 제어부재를 갖는 렌즈부재의 구조를 통해 간단하게 제어함으로써 추가적인 렌즈의 도입 없이 제조비용을 절감하고, 신뢰성을 높일 뿐만 아니라 방출되는 빛을 희망하는 영역으로 방출되도록 함으로써 휘도를 높이고 에너지를 절감하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
전술한 과제를 해결하기 위한 일 실시예로서 지향각 조절된 발광소자 패키지는 기판 또는 리드프레임 등의 지지부재 위에 실장된 발광소자 칩과, 상기 발광소자 칩에서 방출되는 빛을 굴절시켜 지향각을 형성할 수 있도록 하는 렌즈부재를 포함한다.
여기에서 상기 렌즈부재(240)는, 적어도 상기 발광소자 칩이 배치되는 영역을 포함하도록 하프돔(half dome) 형상을 가지며, 상기 발광소자 칩에서 방출되는 빛의 지향각을 제어할 수 있도록 상기 지지부재에 대향하면서 상기 렌즈부재의 내부에 지향각 제어부재(230)가 삽입될 수 있도록 안착홈(도면부호 없음)을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 렌즈부재(240)의 상기 하프돔이 형성된 제1영역을 제외한 제2영역의 단면 형상은 상기 하프돔과 다른 곡률반경을 갖는 형상이거나 각도를 갖는 평면형상인 것을 특징으로 한다.
상기 지향각 제어부재(230)의 표면들 중 발광소자 칩에서 방출되는 빛을 반사시키는 제 2반사면(235)과 지지부재(202)의 표면이 연장되어 형성되는 선은 상기 제1영역과 제2영역의 경계면이 상기 지지부재의 표면과 연장되어 형성되는 선(점선으로 표시)과 실질적으로 일치되도록 형성되고, 지향각 제어부재(230)의 반사면(235)은 상기 발광소자 칩(220)의 최근접 측면과 실질적으로 평행이 되도록 이격되어 배치된 것을 특징으로 한다. 그리고 상기 지향각 제어부재(230)의 단면 형상은 직사각형 형상이거나 또는 발광소자 칩(220)의 배치 방향에 경사진 면을 갖는 사다리꼴 형상일 수 있다.
또한 이러한 특징을 갖는 지향각 조절된 발광소자 패키지를 이용하여 제조된 디스플레이 장치와 같은 발광장치를 제공한다.
본 발명에 따른 발광소자 패키지에 의하면, 지향각 제어부재와 연계된 렌즈부재와 관련된 구조를 채택함으로써 특정 방향으로의 지향각 제어를 효율적으로 수행할 수 있어서 빛 공해를 줄일 수 있는 효과가 있다.
나아가 상기 지향각이 조절된 발광소자 패키지와 이를 이용한 발광장치는 렌즈의 추가 없이 제작할 수 있으므로 제조비용을 절감할 수 있고, 광손실 억제에 따라 휘도를 개선하여 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.
도면 1은 종래기술에 해당하는 발광소자 패키지의 단면도로서 (a) 상면이 볼록한 렌즈(300)가 하우징(100)의 상면에 안착되도록 결합된 구조의 단면도, (b) 상기 렌즈(300)가 하우징(100)의 안착홈(110) 내부를 채운 구조의 단면도이다.
도면 2는 본 발명의 실시예에 따른 지향각이 조절된 발광소자 패키지로서 (a) 리드프레임에 실장된 예, (b) 인쇄회로기판에 실장된 예의 단면도이다.
도면 3은 본 발명의 실시예에 따른 지향각이 조절된 발광소자 패키지에 포함된 렌즈부재(240)의 사시도이다.
도면 4는 본 발명의 실시예로서 지향각 제어부재의 단면 형상에 따른 지향각이 조절된 발광소자 패키지의 A-A선의 단면도이며, 도면 4(a) 및 4(b)는 각각 사다리꼴 및 직사각형 단면 형상을 나타낸다.
도면 5(a) 및 5(b)는 각각 종래기술 및 본 발명의 실시예에 따른 지향각이 조절된 발광소자 패키지에 대한 지향각 측정 결과이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 해당 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 및 세부적인 구성은 설명을 위해 단순화되었다. 그리고 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들임을 참고하여야 한다.
또한 첨부된 도면을 참고하여 설명함에 있어서, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 부호를 부여하고, 이와 관련된 중복되는 설명은 생략한다. 본 발명을 설명함에 있어서 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 경우 이에 대한 설명은 생략하도록 한다.
본 발명에 의한 지향각이 제어된 표면 실장형 발광소자 패키지의 단면도 및 렌즈부재의 사시도는 각각 도면 2 및 도면 3에 도시되어 있다. 여기에서 도면 2는 도면 3에 도시된 렌즈부재와, 지지부재 상에 실장된 발광소자 칩을 포함하는 발광소자 패키지에 있어서, 상기 렌즈부재의 중앙부분 기준(A-A선)에 대한 단면을 나타낸다. 세부적으로 도면 2(a)는 발광소자 칩이 리드프레임에 실장된 실시예이고 도면 2(b)는 발광소자 칩이 인쇄회로기판에 실장된 실시예이다.
도면 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예인 지향각이 조절된 표면 실장형 발광소자 패키지(200)는 상기 패키지의 내부 실장공간에서 적어도 하나의 발광소자 칩(220)이 지지부재(202) 위에 실장될 수 있다. 여기에서 상기 발광소자 칩은 빛의 3원색인 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)와 같이 복수 개가 이격되어 실장될 수도 있고, 필요성에 따라 백색(W) 발광소자 칩을 포함해서 적어도 하나 이상의 발광소자 칩이 실장될 수도 있다. 그리고 상기 발광소자 칩이 실장되는 지지부재(202)는 인쇄회로기판, 리드프레임 또는 임의의 하우징일 수 있다.
이러한 지지부재의 유형에 따라 다양한 예가 있을 수 있는데, 도면 2(a) 및 도 3에 도시된 일실시예를 기준으로 설명하면, 상기 발광소자 패키지는 발광소자 칩의 개수에 대응하여 발광소자 칩(220)이 실장되고 지지부재(202)에 의해 지지되는 제 1리드프레임(203)과, 상기 제 1리드프레임(203)으로부터 연장되고 발광소자 칩의 개수에 대응하여 패키지 외부로 노출되는 적어도 1개 이상의 제 1리드단자로 이루어진 제 1단자 (204)와, 상기 제 1리드프레임(203)과 이격되고 상기 패키지의 내부 실장공간으로 노출된 적어도 1개 이상의 제 2리드프레임(206)과 상기 제 2리드프레임으로부터 연장되어 패키지 외부로 노출되는 적어도 1개 이상의 제 2리드단자로 이루어진 제 2단자(208)를 포함하여 이루어진다.
상기 발광소자 칩(220)은 발광소자 패키지 당 1개 또는 그 이상의 개수가 배치될 수 있고, 상기 제 1, 제 2리드프레임 및 제 1 , 제 2 리드단자도 발광소자 칩의 개수에 대응하여 각각 쌍을 이루어 배치될 수 있으며, 앞에서 예로 설명한 바와 같이 발광소자 칩의 필요 수요에 대응하여 다양한 리드프레임 및 리드단자가 설계될 수 있다.
또한 지향각 조절된 발광소자 패키지(200)는 인쇄회로기판 또는 리드프레임 등의 지지부재(202) 위에 실장된 발광소자 칩(220)과 함께 상기 발광소자 칩에서 방출되는 빛을 굴절시켜 지향각을 형성할 수 있도록 작용하는 반사부재(210), 지향각 제어부재(230), 반사부재(210)와 지향각 제어부재(230) 사이의 공간에서 상기 발광소자 칩(220)을 둘러싸도록 형성된 몰딩부재, 그리고 이들의 상부측에 형성된 렌즈부재(240)를 포함한다.
여기에서 상기 렌즈부재(240)는, 상기 렌즈부재(240)의 내부 하면에 발광소자 칩에서 방출되는 빛의 지향각을 제어할 수 있는 반사부재(210) 및 지향각 제어부재(230)가 결합될 수 있도록 그 형상에 대응하여 안착홈(도면부호 없음)이 형성된다. 이때 상기 지향각 제어부재(230)의 하면은 상기 발광소자 칩(220)이 실장된 실장면에 대향되도록 배치되고, 상기 지향각 제어부재(230)는 그 측면인 제 2반사면(235)이 상기 발광소자 칩(220)의 최근접 측면과 실질적으로 나란하게 평행이 되도록 이격거리(d) 만큼 이격되어 배치되어 상기 발광소자 칩(220)의 상부 표면은 상기 지향각 제어부재(230)에 의해 가려지지 않도록 배치된다. 상기 렌즈부재(240)는 그 형상에 대응되는 금형 캐비티를 갖는 다이캐스팅 장치를 이용하여 제조될 수 있다.
상기 렌즈부재(240)에 형성된 안착홈에는 반사부재(210), 몰딩부재, 및 지향각 제어부재(240)의 구성들 형상에 대응하여 형성될 수 있으며, 이들 구성은 상기 안착홈에 끼워 맞춤되어 결합될 수 있다. 또한 각 구성들 중 적어도 반사부재(210)와 몰딩부재의 상부표면, 그리고 지향각 제어부재(230)의 제 2반사면(235)은 상기 안착홈 내부의 노출표면과 이격거리를 최소화하여 실질적으로 일체화된 것처럼 결합시키는 것이 바람직하다.
지향각 제어를 위한 상기 지향각 제어부재(230)는 반사 특성 및 최적의 휘도특성을 종합적으로 고려하여 상기 렌즈부재(240)의 재질과 다른 재질의 물질로 제작될 수 있다. 지향각 제어부재(230)와 반사부재(210)는 고강도 재료로서, 가볍고 외부 충격에 강하며, 내열성, 내구성 및 광투과율이 우수하고, 온도변화나 수분에 영향이 없는 다양한 재료 중에 선택될 수 있다. 그 일예로서 폴리프탈아미드(polyphthalamide, PPA) 또는 폴리사이클로헥실렌 테레프탈레이트(polycy-clohexylene terephthalate, PCT)로 형성될 수 있다. 상기 렌즈부재(240)는 실리콘 등으로 제작될 수도 있고, 통상적으로 발광장치용으로 사용되는 일반적인 렌즈 소재를 채용하여 제작될 수 있다.
그리고 상기 반사부재(210)의 제 1반사면(215)과 상기 지향각 제어부재(230)의 적어도 상기 제 2반사면(235) 중 적어도 하나의 구성에는 반사막이 추가로 형성될 수 있는데, 이러한 반사막으로는 반사 특성, 휘도의 향상과 함께 발광되는 빛의 파장을 고려하여 알루미늄, 알루미늄합금, 지르코늄합금 등의 금속 중에서 선택되어 이루어지는 단층 또는 복수의 금속 코팅층, 유전체로 이루어진 다층 반사층 등 공지의 다양한 반사막(미도시)이 추가로 형성될 수 있다.
지향각의 제어를 효과적으로 수행할 수 있도록 상기 지향각 제어부재(230)의 단면 형상은 도면 4(a)와 같이 발광소자 칩 측면이 경사면을 갖도록 형성된 사다리꼴 형상이거나, 도면 4(b)처럼 직사각형 형상일 수 있다. 상기 사다리꼴 형상의 상기 경사면은 도면 4(a)와 같이 평면의 단면 형상일 수도 있지만, 지향각 제어 필요성에 의해서 이러한 평면 보다 상기 지향각 제어부재(230)의 내측으로 휘어진 반사면을 가지는 것도 가능하다. 이상의 다양한 형상 외에도 상기 지향각 제어부재(230)의 단면 형상은 본 발명의 지향각 제어 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 지지부재 및 발광소자 칩의 배치 상황에 따라 다양한 형상으로 설계변경도 가능하다.
한편, 상기 지향각 제어부재(230)의 폭(w)은 특별히 한정되지 않지만 가급적 좁은 폭을 갖는 것이 바람직하며(예: 0.30mm), 상기 지향각 제어부재(230)의 높이(h)는 발광소자 칩(220)과 지향각 제어부재(230) 사이의 이격 거리(d)에 따라 영향을 받을 수 있으며, 상기 발광소자 칩(220)의 두께보다 크게 형성해야 한다. 바람직하게는 상기 지향각 제어부재(230)의 높이(h)는 발광소자 칩(220)의 두께보다 적어도 2배 이상일 수 있고, 더 바람직하게는 3~10배의 범위를 가질 수 있다. 하나의 예로서 이격거리(d)가 0.36mm이고 발광소자 칩(220)의 두께가 0.1mm인 경우에 상기 지향각 제어부재(230)의 높이는 0.7mm 전후의 값을 가질 수 있다.
지향각 제어부재(230)를 포함하는 상기 렌즈부재(240)의 최외측 표면 형상은 도면 2 및 도면 3에 도시된 바와 같이 제1영역 및 제2영역에 따라 별도로 설명될 수 있다. 구체적으로 렌즈부재(240)는 도면 3의 A-A선 위치에서 반사부재(210)와 발광소자 칩(220)이 배치되는 영역을 포함하고 상부 표면이 하프돔(half dome) 형상을 갖는 제1영역과, 지향각 제어부재(230)가 배치된 영역을 포함하고 최상부 위치(A)에서 지지부재(202) 상부 표면 방향으로 돔 형상보다 곡률이 상이하거나 그 단면이 직선을 이루어 삼각형상을 갖는 제2영역으로 이루어질 수 있다.
여기에서 지향각 제어부재(230)의 표면들 중 발광소자 칩에서 방출되는 빛을 반사시키는 제 2반사면(235)과 지지부재(202)의 표면이 연장되어 형성되는 선(점선으로 표시)은 상기 제1영역과 제2영역의 경계면이 상기 지지부재의 표면과 연장되어 형성되는 선과 실질적으로 일치되도록 형성될 수 있다. 다른 실시예로는 지향각 범위의 제어를 위해서는 최상부 위치(A)에서 지지부재(202) 상부 표면측 방향으로 연장되어 형성되는 선은 발광소자 칩(220)의 지향각 제어부재(230) 방향 측면이 상기 지지부재(202)의 상부 표면측 방향으로 연장되어 형성되는 선과 실질적으로 일치되도록 형성할 수 있다. 한편 상기 지향각 제어부재(230)의 제 2반사면(235)은 상기 발광소자 칩(220)의 최근접 측면과 실질적으로 평행이 되도록 이격되어 배치되고, ‘실질적으로 일치’ 및 ‘실질적으로 평행’의 의미는 통상적으로 제조할 때 예측될 수 있는 오차범위 내를 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
상기 렌즈부재(240)의 상기 최상부 위치(A), 지향각 제어부재(230)의 재질 및 높이, 제 2반사면(235)의 형상, 발광소자 칩(220)과 지향각 제어부재(230), 제 2반사면의 이격거리 등 이들 구성 간의 상대적 배치는 최적의 또는 호적의 지향각 특성에 따라 다양한 형태로 설계가 변경될 수 있음을 이해해야 한다. 이들 구성의 배치를 최적화하는 과정 및 렌즈부재(240)의 하프돔의 곡률 제어을 통해 발광소자 패키지의 지향각을 제어함으로써 필요성이 떨어지는 영역으로 빛이 방출되는 것을 최소화할 수 있고 지향각 내로 방출되는 빛을 집광함에 따라 휘도의 향상 및 에너지 절감을 이루는 효과를 달성할 수 있다.
한편 도면 2(b)에 도시된 바와 같이 발광소자 칩(220)이 인쇄회로기판에 실장된 발광소자 패키지는 앞서 설명한 도면 2(a)와 비교하여 지지부재(202)의 형태가 단순히 리드프레임에서 인쇄회로기판으로 치환된 것으로 볼 수 있어서, 이를 제외한 나머지 특징은 도면 2(a)에 대하여 앞에서 설명한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
도면 4(a)와 4(b)에 도시된 바와 같이 렌즈부재(240)의 상부표면은 앞서 설명한 제1영역과 제2영역 사이에서 지향각 제어부재(230)의 상부표면에 대응하는 제3영역에 따라 다르게 형성될 수 있다. 제1영역은 지향각 제어부재(230)을 기준으로 도면상에서 우측에 배치된 발광소자 칩(220)이 형성된 영역에 해당되며, 제2영역은 지향각 제어부재(230)가 배치된 상기 제3영역을 기준으로 상기 제1영역과 대향되는 영역을 나타낸다. 여기에서 상기 렌즈부재(240)의 최외측 표면 형상은 상기 제3영역에서 상기 발광소자 칩(220)의 실장면과 실질적으로 동일하게 평면을 가질 수 있다. 상기 제1영역에서 하프돔 형상처럼 볼록면 형상으로 이루어지는 것이 바람직하고, 나머지 제2영역에서 상기 실장면을 향해 곡면 또는 실질적으로 평면을 이루도록 형성될 수 있다. 물론 제조상의 편리성을 위해 상기 제2영역과 제3영역에서의 렌즈부재(240)의 최외측 표면 형상은 도면 2와 같이 상기 실장면을 향해 곡면 또는 실질적 평면을 이루도록 형성될 수 있다.
상기 렌즈부재(240)와 상기 지지부재(202) 사이의 결합은 접착제를 이용하여 부착시키는 것도 가능하고, 정밀도를 고려하여 추가의 결합부재(미도시)를 이용하여 상기 렌즈부재(240)와 상기 지지부재(202)를 결합시키는 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 지향각이 조절된 발광소자 패키지와, 도면 1과 같이 종래기술에 따른 표면실장형 발광소자 패키지에 대한 수직 방향 지향각 측정 결과가 첨부된 도면 5b 및 도면 5a에 각각 도시되어 있다. 해당 도면에서 비교되는 것처럼 종래기술(도면 5a)의 지향각인 약 140°와 달리 실시예(도면 5b)의 지향각은 약 60°정도로 상당폭 축소 조절될 수 있음을 확인할 수 있다.
앞서 살펴본 지향각이 조절된 발광소자 패키지(200)는 옥외용 전광판, 도로 전광표지판 등 다양한 디스플레이 장치 등의 발광장치에 적용될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지는 복수 개 결합시켜 모듈로 구성되고, 이들 모듈을 평면에 배치함으로써 전광판 등의 디스플레이장치와 같은 발광장치를 구성할 수 있다.
이러한 발광장치에는 복수 개의 모듈들 각각 또는 모듈 내의 발광소자 패키지 각각에 대해 지향각을 개별적으로 제어함으로써 디스플레이가 필요하지 않은 영역에 빛 공해를 최소화시키도록 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것에 해당되며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그리고 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정해지는 것임은 자명하다 할 것이다.
200 : 발광소자 패키지 202 : 지지부재
203 : 제 1리드프레임 204 : 제 1단자
206 : 제 2리드프레임 208 : 제 2단자
210 : 반사부재 215 : 제 1반사면
220 : 발광소자 칩 230 : 지향각 제어부재
235 : 제 2반사면 240 : 렌즈부재
d : 이격거리 w : 폭

Claims (7)

  1. 지지부재 위에 실장된 발광소자 칩(220)과;
    상기 발광소자 칩(220)에서 방출되는 빛을 굴절시켜 지향각을 형성할 수 있도록 하는 렌즈부재(240);를 포함하되,
    상기 렌즈부재(240)는 적어도 상기 발광소자 칩이 배치되는 영역을 포함하도록 하프돔(half dome) 형상을 가지며,
    상기 발광소자 칩에서 방출되는 빛의 지향각을 제어할 수 있도록 상기 지지부재에 대향하면서 상기 렌즈부재의 내부에 상기 발광소자 칩(220)에서 방출되는 빛을 반사시키는 제 2반사면(235)이 형성되는 지향각 제어부재(230) 및 제 1반사면(215)이 형성되는 반사부재(210)가 삽입될 수 있도록 안착홈을 가지고,
    상기 렌즈부재(240)의 상기 하프돔이 형성된 제1영역을 제외한 제2영역의 단면 형상은 상기 하프돔과 다른 곡률반경을 갖는 형상이거나 각도를 갖는 평면 형상이며,
    상기 발광소자 칩(220)에서 방출되는 빛을 반사시키는 제 2 반사면(235)과 지지부재(202)의 표면이 연장되어 형성되는 선은 상기 제1영역과 제2영역의 경계면이 상기 지지부재의 표면과 연장되어 형성되는 선과 실질적으로 일치되도록 형성되고, 상기 지향각 제어부재(230)의 단면 형상은 직사각형인 것을 특징으로 하는 지향각 조절된 발광소자 패키지.


  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 지향각 제어부재(230)의 제 2반사면(235)은 상기 발광소자 칩(220)의 최근접 측면과 실질적으로 평행이 되도록 이격되어 배치된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.

  5. 제 4항에 있어서,
    상기 발광소자 칩(220)은 한 개로 이루어지거나 적어도 2개 이상이 서로 이격되어 배치된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  6. 삭제
  7. 제 1항, 제 4항, 제 5항 중 어느 한 항에 기재된 발광소자 패키지를 포함하는 발광장치에 있어서,
    상기 지향각 조절된 발광소자 패키지를 이용하여 발광되는 빛의 지향각을 조절하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
KR1020210005421A 2021-01-14 2021-01-14 하프돔 형상의 렌즈부재를 갖는 발광소자 패키지와 이를 이용한 발광장치 KR102305219B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210005421A KR102305219B1 (ko) 2021-01-14 2021-01-14 하프돔 형상의 렌즈부재를 갖는 발광소자 패키지와 이를 이용한 발광장치
EP21919845.4A EP4280290A1 (en) 2021-01-14 2021-11-03 Light-emitting device package having half-dome-shaped lens member, and light-emitting device using same
PCT/KR2021/015761 WO2022154221A1 (ko) 2021-01-14 2021-11-03 하프돔 형상의 렌즈부재를 갖는 발광소자 패키지와 이를 이용한 발광장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210005421A KR102305219B1 (ko) 2021-01-14 2021-01-14 하프돔 형상의 렌즈부재를 갖는 발광소자 패키지와 이를 이용한 발광장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102305219B1 true KR102305219B1 (ko) 2021-09-24

Family

ID=77914646

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210005421A KR102305219B1 (ko) 2021-01-14 2021-01-14 하프돔 형상의 렌즈부재를 갖는 발광소자 패키지와 이를 이용한 발광장치

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4280290A1 (ko)
KR (1) KR102305219B1 (ko)
WO (1) WO2022154221A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022154221A1 (ko) * 2021-01-14 2022-07-21 진재언 하프돔 형상의 렌즈부재를 갖는 발광소자 패키지와 이를 이용한 발광장치
KR20230144350A (ko) 2022-04-07 2023-10-16 주식회사 엘앤디테크 빛 번짐을 방지할 수 있는 발광장치

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004288866A (ja) * 2003-03-20 2004-10-14 Koha Co Ltd Ｌｅｄランプ
KR100649765B1 (ko) 2005-12-21 2006-11-27 삼성전기주식회사 엘이디 패키지 및 이를 이용한 백라이트유닛
KR20120039701A (ko) * 2009-07-06 2012-04-25 크리 후이저우 옵토 리미티드 경사진 피크 방사 패턴을 가지는 발광 다이오드 디스플레이
KR102105793B1 (ko) * 2019-06-12 2020-04-28 진명균 지향각이 조절된 발광소자 패키지 및 그를 이용한 발광장치

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101239835B1 (ko) * 2011-04-19 2013-03-06 한국광기술원 지향성 발광 패턴을 갖는 발광 다이오드 패키지 및 이를 이용한 액정 디스플레이 장치
KR102305219B1 (ko) * 2021-01-14 2021-09-24 진재언 하프돔 형상의 렌즈부재를 갖는 발광소자 패키지와 이를 이용한 발광장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004288866A (ja) * 2003-03-20 2004-10-14 Koha Co Ltd Ｌｅｄランプ
KR100649765B1 (ko) 2005-12-21 2006-11-27 삼성전기주식회사 엘이디 패키지 및 이를 이용한 백라이트유닛
KR20120039701A (ko) * 2009-07-06 2012-04-25 크리 후이저우 옵토 리미티드 경사진 피크 방사 패턴을 가지는 발광 다이오드 디스플레이
KR102105793B1 (ko) * 2019-06-12 2020-04-28 진명균 지향각이 조절된 발광소자 패키지 및 그를 이용한 발광장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022154221A1 (ko) * 2021-01-14 2022-07-21 진재언 하프돔 형상의 렌즈부재를 갖는 발광소자 패키지와 이를 이용한 발광장치
KR20230144350A (ko) 2022-04-07 2023-10-16 주식회사 엘앤디테크 빛 번짐을 방지할 수 있는 발광장치

Also Published As

Publication number Publication date
EP4280290A1 (en) 2023-11-22
WO2022154221A1 (ko) 2022-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2337072B1 (en) Light emitting device and light unit using the same
US8961043B2 (en) Light emitting device package and backlight unit using the same
TWI451045B (zh) 具有波長轉換的側發光裝置
JP6284659B2 (ja) 発光ダイオードパッケージ構造
US8864357B2 (en) Light emitting device and light unit having the same
KR102305219B1 (ko) 하프돔 형상의 렌즈부재를 갖는 발광소자 패키지와 이를 이용한 발광장치
US8465176B2 (en) Light emitting device and light unit using the same
WO2012001938A1 (ja) 発光装置、バックライトユニット、液晶表示装置及び照明装置
US8801232B2 (en) Light emitting device package and display device therewith
US9347645B2 (en) Illumination unit and display apparatus using the same
US20170328525A1 (en) Light-Emitting Diode and Lighting Module
JP6575507B2 (ja) 発光装置および集積型発光装置
JP7231845B2 (ja) 光源装置
US20180114780A1 (en) Light emitting device array and lighting system including the same
US8872300B2 (en) Light emitting device module
CN107710427B (zh) 发光二极管封装
US20130214304A1 (en) Illuminating device
KR20120013795A (ko) 발광소자 패키지
EP3198659B1 (en) Luminance pattern shaping using a back-emitting led and a reflective substrate
KR20230144350A (ko) 빛 번짐을 방지할 수 있는 발광장치
KR101818752B1 (ko) 발광소자 어레이
KR20120073931A (ko) 발광소자 어레이
KR101873558B1 (ko) 발광소자 어레이
KR20120034997A (ko) 발광소자 패키지
KR20140096852A (ko) 발광 소자 패키지

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant