KR20140008670A - 발광 소자 패키지 - Google Patents

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Abstract

실시 예는 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지는, 발광 소자; 및 상기 발광 소자 상에 배치되고, 상기 발광 소자에서 방출되는 광이 입사되는 입사면과 평행광을 방출하는 방출면을 갖는 렌즈;를 포함하고, 상기 렌즈의 입사면은 평평한 면이고, 상기 렌즈의 방출면은 비구면이고, 상기 발광 소자에서 방출되는 광의 파장과 아래의 수학식 사이의 관계는 연속된 감소 함수(Decreasing Function) 관계이다.
Figure pat00010
여기서, R은 반경(Radius)이고, k는 코닉 상수(Conic Constant)이고, x는 반경 거리(radial distance)이고, 는 상기 렌즈(350)의 방출면으로 입사되는 광선의 입사각이다.

Description

발광 소자 패키지{LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE}
실시 예는 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, 환경친화성의 장점을 가진다. 이에 기존의 재래식 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.
실시 예는 평행광을 방출할 수 있는 발광 소자 패키지를 제공한다.
또한, 실시 예는 특정 자외선 영역의 광을 방출할 수 있는 발광 소자 패키지를 제공한다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지는, 발광 소자; 및 상기 발광 소자 상에 배치되고, 상기 발광 소자에서 방출되는 광이 입사되는 입사면과 평행광을 방출하는 방출면을 갖는 렌즈;를 포함하고, 상기 렌즈의 입사면은 평평한 면이고, 상기 렌즈의 방출면은 비구면이고, 상기 발광 소자에서 방출되는 광의 파장과 아래의 수학식 사이의 관계는 연속된 감소 함수(Decreasing Function) 관계이다.
Figure pat00001
여기서, R은 반경(Radius)이고, k는 코닉 상수(Conic Constant)이고, x는 반경 거리(radial distance)이고, 는 상기 렌즈(350)의 방출면으로 입사되는 광선의 입사각임.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지는, 발광 소자; 및 상기 발광 소자 상에 배치되고, 상기 발광 소자에서 방출되는 광이 입사되는 입사면과 평행광을 방출하는 방출면을 갖는 렌즈;를 포함하고, 상기 입사면은 평평한 면이고, 상기 방출면은 비구면이다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 사용하면, 평행광을 방출할 수 있는 이점이 있다.
또한, 실시 예는 특정 자외선 영역의 광을 방출할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 발광 소자 패키지의 광학부를 제거한 경우의 사시도.
도 3은 도 1에 도시된 발광 소자 패키지의 A-A’으로의 단면도.
도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 발광 소자와 렌즈의 관계를 설명하기 위한 도면.
도 5는 도 3에 도시된 발광 소자 패키지의 변형 예를 보여주는 단면도.
도 6은 도 5에 도시된 발광 소자 패키지의 변형 예를 보여주는 단면도.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 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)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 설명한다.
도 1은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 발광 소자 패키지의 광학부(300)를 제거한 경우의 사시도이고, 도 3은 도 1에 도시된 발광 소자 패키지의 A-A’으로의 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 실시 예에 따른 발광 소자 패키지는, 하우징(100), 발광 소자(200) 및 광학부(300)를 포함할 수 있다. 실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 반도체 노광 공정에서 이용될 수 있다. 이 경우, 발광 소자 패키지의 발광 소자(200)는 특정 파장 대역의 자외선을 방출하는 UV LED일 수 있다.
하우징(100)은 발광 소자(200)를 수납하기 위한 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 하우징(100)은 발광 소자(200)의 수납이 가능하도록 사각형의 박스 형태를 가질 수 있다.
하우징(100)은 발광 소자(200)로부터의 열을 방열하기 위한 구조와 재질일 수 있다. 하우징(100)는 열 방출 효율이 뛰어난 금속 재질 또는 수지 재질일 수 있다. 구체적으로, 하우징(100)은 높은 열 전도율(일반적으로 150Wm-1K-1 이상이고, 보다 바람직하게는 200Wm-1K-1이상)을 갖는 물질로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 구리(열전도율이 약 400Wm-1K-1), 알루미늄(열전도율이 약 250Wm-1K-1), 양극 산화처리된(adonized) 알루미늄, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금일 수 있다. 또한, 폴리머(polymer)와 같이 금속 로딩된(metal loaded) 플라스틱 물질, 예를 들어 에폭시 또는 열 전도성 세라믹 물질(예를 들어, 알루미늄 실리콘 카바이트(AlSiC)(열전도율이 약 170 내지 200 Wm-1K-1) 일 수 있다.
여기서, 하우징(100)은 방열 면적을 넓히기 위해 하우징(100)과 동일 또는 유사한 재질의 복수의 핀(Fin)들을 더 가질 수 있다. 복수의 핀들은, 하우징(100)의 외면에서 바깥쪽 방향으로 연장된 것일 수 있다.
하우징(100)은 발광 소자(200)가 배치되는 일 면(110) 및 일 면(110) 주위에 형성된 측벽(150)을 포함할 수 있다. 일 면(110)과 측벽(150)의 내면(155)은 리세스(recess)를 형성할 수 있다. 측벽(150)의 내면(155)과 일 면(110)은 둔각일 수 있고, 측벽(150)의 내면(155)은 발광 소자(200)로부터 방출된 광을 반사할 수 있는 반사면일 수 있다.
발광 소자(200)는 하우징(100)에 배치된다. 구체적으로, 발광 소자(200)는 하우징(100)의 일 면(110) 상에 배치될 수 있다. 또한, 발광 소자(200)는 하우징(100)의 리세스에 배치될 수 있다.
발광 소자(200)는 하우징(100)의 일 면(110) 상에 배치된 기판(미도시) 위에 배치될 수도 있고, 하우징(100)의 일 면(110)에 직접 배치될 수도 있다.
발광 소자(200)는 한 개일 수도 있고, 복수일 수도 있다. 발광 소자(200)가 복수일 경우, 복수의 발광 소자(200)들은 하우징(100)의 일 면(110) 위에 균일하게 배열될 수 있다.
복수의 발광 소자(200)들은 광학부(300)의 복수의 렌즈(350)들과 일대일로 대응할 수 있다. 구체적으로, 하나의 발광 소자(200)는 하나의 렌즈(350)와 대응되도록, 하나의 렌즈(350)는 하나의 발광 소자(200) 상에 배치될 수 있다.
발광 소자(200)는 자외선 영역의 광을 방출하는 발광 소자일 수 있다. 예를 들면, 발광 소자(200)는 주 피크가 365nm, 405nm 및 436nm인 자외선 영역의 광을 방출하는 발광 다이오드일 수 있다. 여기서, 발광 소자(200)가 발광 다이오드이면, 노광 공정에 불필요한 자외선이 방출되지 않는 이점이 있어, 불필요한 자외선을 제거하기 위한 별도의 필터링 공정이 불필요한 이점이 있다.
복수의 발광 소자(200)들 중 하나는 365nm의 자외선을, 다른 하나는 405nm의 자외선을, 또 다른 하나는 435nm의 자외선을 방출할 수도 있다. 한편, 복수의 발광 소자(200)들 전부는 365nm, 405nm 및 436nm 중 어느 하나의 자외선을 방출할 수도 있다.
광학부(300)는 발광 소자(200)로부터 입사되는 광을 투과시켜 방출한다. 구체적으로, 광학부(300)는 발광 소자(200)로부터 입사되는 광을 평행광으로 변형하여 방출한다.
광학부(300)는 베이스부(310)와 렌즈(350)를 포함할 수 있다. 베이스부(310)는 하우징(100) 상에 배치되고, 렌즈(350)는 베이스부(310)의 중앙부에 배치될 수 있다. 베이스부(310)와 렌즈(350)는 동일한 재질로 형성된 것으로서 일체일 수도 있고, 별개의 구성으로서 서로 결합된 것일 수도 있다.
광학부(300)의 베이스부(310)는 하우징(100) 상에 배치된다. 구체적으로, 광학부(300)의 베이스부(310)는 하우징(100)의 측벽(150) 상에 배치됨으로써, 렌즈(350)를 발광 소자(200)로부터 일정 간격 이격시킬 수 있다.
렌즈(350)는 복수로 베이스부(310)에 배치될 수 있다. 복수의 렌즈(350)들은 발광 소자(200)들과 일대일로 대응될 수 있다.
하나의 렌즈(350)는 하나의 발광 소자(200)로부터 입사되는 광을 평행광으로 변환하여 방출할 수 있다. 도 4를 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다.
도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 발광 소자(200)와 렌즈(350)의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 렌즈(350)는 발광 소자(200) 상에 배치된다. 또한, 렌즈(350)는 입사면과 방출면을 갖는다. 입사면은 발광 소자(200)의 발광면과 평행한 평평한 면일 수 있고, 방출면은 비구면일 수 있다. 발광 소자(200)로부터 방출되는 광은 렌즈(350)의 입사면으로 입사되고, 렌즈(350)의 내부를 지나 방출면을 통해 외부로 방출된다.
여기서, 렌즈(350)의 방출면에서 방출되는 광의 형태는 발광 소자(200)에서 방출되는 광의 형태와 상이하다. 즉, 발광 소자(200)는 소정의 지향각(beam angle)을 갖고 광을 발산하지만, 렌즈(350)에서 방출되는 광은 발산 및 집광되지 않는다. 즉, 발광 소자(200)에서 방출되는 광은 발산광이고, 렌즈(350)에서 방출되는 광은 평행광이다.
여기서, 발광 소자(200)에서 방출되는 광의 파장(λ)과 아래 <수학식 1>의 관계가 연속된 감소 함수(Decreasing Function)의 관계에 있으면, 렌즈(350)의 방출면에서 방출되는 광은 평행광이 될 수 있다.
Figure pat00002
위 <수학식 1>은 아래와 같은 과정을 통해 유도될 수 있다.
우선, 렌즈(350)의 방출면의 접선의 방정식을 계산한다. 상기 접선의 방정식은 아래 <수학식 2>의 새그(Sag) 방정식을 이용한다.
Figure pat00003
위 <수학식 2>에서, R은 반경(Radius)이고, k는 코닉 상수(Conic Constant)이고, x는 반경 거리(radial distance)이다.
렌즈(350)의 방출면의 접선의 방정식은, 아래 <수학식 3>과 같이, 위 <수학식 2>를 x에 대하여 미분한 것일 수 있다.
Figure pat00004
다음으로, 위 <수학식 3>의 접선의 방정식을 이용하여 법선(S)의 방정식을 계산한다. 법선(S)의 방정식을 계산하면, 아래의 <수학식 4>와 같다.
Figure pat00005
한편, 스넬의 법칙(Snell’s Law)은 아래의 <수학식 5>와 같다.
Figure pat00006
위 <수학식 5>에서, n1은 렌즈(350)의 굴절률이고, n2는 공기의 굴절률이며,
Figure pat00007
는 렌즈(350)의 방출면으로 입사되는 광선의 입사각으로서, 렌즈(350) 내부에서의 법선(S)과 광선 사이의 각도이고,
Figure pat00008
는 렌즈(350)의 방출면에서 외부로 방출되는 광선의 출사각으로서, 렌즈(350) 외부에서의 법선(S)과 광선 사이의 각도이다.
위 <수학식 5>를 n에 대해서 정리한 후, <수학식 4>를 적용하면, <수학식 1>을 유도할 수 있다.
도 5는 도 3에 도시된 발광 소자 패키지의 변형 예를 보여주는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 다른 실시 예에 따른 발광 소자 패키지의 광학부(300’)는 하나의 렌즈(350’)를 갖는다. 하나의 렌즈(350’)는 복수의 발광 소자(200)들 상에 배치된다. 즉, 하나의 렌즈(350’)는 복수의 발광 소자(200)들과 대응된다. 여기서, 복수의 발광 소자(200)들은 365nm, 405nm 및 436nm 중 어느 하나의 파장을 갖는 자외선을 방출하는 발광 다이오드일 수 있다.
하나의 렌즈(350’)와 복수의 발광 소자(200)들 간에도, 도 4에 도시된 관계가 성립할 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 발광 소자 패키지의 변형 예를 보여주는 단면도이다.
도 6을 참조하면, 또 다른 실시 예에 따른 발광 소자 패키지의 광학부(300’)는 하나의 렌즈(350’)을 갖고, 하나의 렌즈(350’)은 하나의 발광 소자(200) 상에 배치된다. 즉, 하나의 렌즈(350’)는 하나의 발광 소자(200)와 대응된다. 여기서, 하나의 발광 소자(200)는 365nm, 405nm 및 436nm 중 어느 하나의 파장을 갖는 자외선을 방출하는 발광 다이오드일 수 있다.
하나의 렌즈(350’)와 하나의 발광 소자(200)간에는 도 4에 도시된 관계가 성립할 수 있다.
이상에서 실시 예를 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, 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.
100: 하우징
200: 발광 소자
300: 광학부

Claims (6)

  1. 발광 소자; 및
    상기 발광 소자 상에 배치되고, 상기 발광 소자에서 방출되는 광이 입사되는 입사면과 평행광을 방출하는 방출면을 갖는 렌즈;를 포함하고,
    상기 렌즈의 입사면은 평평한 면이고, 상기 렌즈의 방출면은 비구면이고,
    상기 발광 소자에서 방출되는 광의 파장과 아래의 수학식 사이의 관계는 연속된 감소 함수(Decreasing Function) 관계인, 발광 소자 패키지.
    Figure pat00009

    여기서, R은 반경(Radius)이고, k는 코닉 상수(Conic Constant)이고, x는 반경 거리(radial distance)이고, 는 상기 렌즈(350)의 방출면으로 입사되는 광선의 입사각임.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 소자와 상기 렌즈는 복수이고,
    상기 복수의 발광 소자들과 상기 복수의 렌즈들은 일대일로 대응하는 발광 소자 패키지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 발광 소자들은 주 피크가 365nm, 405nm 및 436nm인 자외선 영역의 광을 방출하는 발광 소자 패키지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 소자는 주 피크가 365nm, 405nm 및 436nm 중 어느 하나의 자외선 영역의 광을 방출하는 발광 다이오드인 발광 소자 패키지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 소자가 배치되는 리세스를 갖는 하우징; 및
    상기 렌즈를 포함하고, 상기 하우징 상에 배치되는 광학부;
    를 포함하는 발광 소자 패키지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 발광 소자가 배치되는 일 면과 상기 일 면을 둘러싸는 측벽을 갖는 발광 소자 패키지.
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