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KR20180004439A - 광학 렌즈, 및 이를 구비한 라이트 유닛 및 조명 장치 - Google Patents

광학 렌즈, 및 이를 구비한 라이트 유닛 및 조명 장치 Download PDF

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KR20180004439A
KR20180004439A KR1020160083986A KR20160083986A KR20180004439A KR 20180004439 A KR20180004439 A KR 20180004439A KR 1020160083986 A KR1020160083986 A KR 1020160083986A KR 20160083986 A KR20160083986 A KR 20160083986A KR 20180004439 A KR20180004439 A KR 20180004439A
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KR
South Korea
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incident
optical lens
light
exit surface
recess
Prior art date
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KR1020160083986A
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Inventor
김기현
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
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Publication date
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Abstract

실시 예에 개시된 광학 렌즈는, 투명한 몸체 하부에 바닥 면으로부터 오목한 리세스; 상기 리세스의 상면에 제1입사면, 상기 리세스의 양 측면에 서로 대응되는 제2입사면과 제3입사면을갖는 복수의 입사면; 상기 몸체의 서로 반대 측면에 배치된 제1전반사면 및 제2전반사면; 및 상기 몸체의 상부 센터에 제1출사면, 상기 제1출사면의 양측에 제2출사면 및 제3출사면을 포함하며, 상기 제1출사면은 볼록한 곡면을 가지며, 상기 제2출사면은 볼록한 곡면을 가지며, 상기 제3출사면은 오목한 곡면을 포함한다.

Description

광학 렌즈, 및 이를 구비한 라이트 유닛 및 조명 장치{OPTICAL LENS, LIGHT UINT AND LIGHTING APPARATUS HAVING THEREOF}
본 발명은 광학 렌즈에 관한 것이다.
본 발명은 광학 렌즈를 갖는 라이트 유닛 및 조명 장치에 관한 것이다.
GaN, AlGaN 등의 화합물을 포함하는 반도체 소자는 넓고 조정이 용이한 밴드 갭 에너지를 가지는 등의 많은 장점을 가져서 발광 소자, 수광 소자 및 각종 다이오드 등으로 다양하게 사용될 수 있다.
특히, 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode)나 레이저 다이오드(Laser Diode)와 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, 환경 친화성의 장점을 가진다.
뿐만 아니라, 광검출기나 태양 전지와 같은 수광 소자도 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용하여 제작하는 경우 소자 재료의 개발로 다양한 파장 영역의 빛을 흡수하여 광 전류를 생성함으로써 감마선부터 라디오 파장 영역까지 다양한 파장 영역의 빛을 이용할 수 있다. 또한 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성 및 소자 재료의 용이한 조절의 장점을 가져 전력 제어 또는 초고주파 회로나 통신용 모듈에도 용이하게 이용할 수 있다.
따라서, 반도체 소자는 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 신호등 및 Gas나 화재를 감지하는 센서 등에까지 응용이 확대되고 있다. 또한, 반도체 소자는 고주파 응용 회로나 기타 전력 제어 장치, 통신용 모듈에까지 응용이 확대될 수 있다.
실시 예는 새로운 광학 렌즈를 제공한다.
실시 예는 길이가 긴 바(bar) 형상을 갖는 광학 렌즈를 제공한다.
실시 예는 적어도 3개의 서로 다른 입사면과, 적어도 3개의 서로 다른 출사면을 갖는 광학 렌즈를 제공한다.
실시 예는 리세스의 바닥 중심에 수직한 중심축을 기준으로 제1입사면 및 제1출사면 중 적어도 하나가 비대칭 형상을 갖는 광학 렌즈를 제공한다.
실시 예는 리세스의 바닥 중심에 수직한 중심축을 기준으로 제1입사면 및 제1출사면이 비대칭 형상을 갖는 광학 렌즈를 제공한다.
실시 예는 리세스의 바닥 중심에 수직한 중심축을 기준으로 상기 리세스의 양측에 배치된 제2입사면 및 제3입사면이 서로 비대칭 형상을 갖는 광학 렌즈를 제공한다.
실시 예는 리세스의 바닥 중심에 수직한 중심축을 기준으로 제2출사면 및 제3출사면이 서로 비대칭 형상을 갖는 광학 렌즈를 제공한다.
실시 예는 비대칭 형상의 콜리메이터 렌즈를 제공한다.
실시 예는 복수의 발광 소자 상에 직선 또는 곡선 바 형상을 갖는 광학 렌즈를 갖는 라이트 유닛을 제공한다.
실시 예는 복수의 발광 소자의 배열 방향으로 긴 길이를 갖는 광학 렌즈 및 이를 구비한 라이트 유닛을 제공한다.
실시 예는 발광 소자의 배열 방향으로 리세스, 입사면 및 출사면을 갖는 광학 렌즈 및 이를 구비한 라이트 유닛을 제공한다.
실시 예는 하나의 회로 기판 상에 하나 또는 복수의 광학 렌즈가 배치된 라이트 유닛을 제공한다.
실시 예는 복수의 광학 렌즈로부터 방출된 광들이 서로 동일한 방향 또는 서로 반대 방향으로 출사되도록 한 라이트 유닛을 제공한다.
실시 예에 따른 광학 렌즈 및 발광 소자를 갖는 라이트 유닛 및 조명 장치를 제공한다.
실시 예에 따른 광학 렌즈는, 투명한 몸체 하부에 바닥 면으로부터 오목한 리세스; 상기 리세스의 상면에 제1입사면, 상기 리세스의 양 측면에 서로 대응되는 제2입사면과 제3입사면을갖는 복수의 입사면; 상기 몸체의 서로 반대 측면에 배치된 제1전반사면 및 제2전반사면; 및 상기 몸체의 상부 센터에 제1출사면, 상기 제1출사면의 양측에 제2출사면 및 제3출사면을 포함하며, 상기 제1출사면은 볼록한 곡면을 가지며, 상기 제2출사면은 볼록한 곡면을 가지며, 상기 제3출사면은 오목한 곡면을 포함한다.
실시 예에 따른 조명 장치는, 내부에 오픈 영역을 갖는 하우징; 상기 하우징의 오픈 영역에 광학 부재; 상기 하우징 상에 복수의 발광 소자 및 상기 복수의 발광 소자가 배치된 회로 기판을 갖는 발광 모듈; 상기 발광 모듈의 광 출사측에 광학 렌즈; 상기 광학 렌즈 상에 상부 커버를 가지며, 상기 광학 렌즈는, 투명한 몸체 하부에 바닥 면으로부터 오목하며 제1축 방향의 너비보다 긴 길이를 갖는 리세스; 상기 리세스의 상면에 제1입사면, 상기 리세스의 양 측면에 서로 대응되는 제2입사면과 제3입사면을갖는 복수의 입사면; 상기 몸체의 서로 반대 측면에 배치된 제1전반사면 및 제2전반사면; 및 상기 몸체의 상부 센터에 제1출사면, 상기 제1출사면의 양측에 제2출사면 및 제3출사면을 포함하며, 상기 제1출사면은 볼록한 곡면을 가지며, 상기 제2출사면은 볼록한 곡면을 가지며, 상기 제3출사면은 오목한 곡면을 포함한다.
실시 예에 따른 광학 렌즈를 갖는 라이트 유닛 또는 조명 장치를 포함한다.
실시 예는 광학 렌즈로부터 출사된 광에 의한 핫 스팟과 같은 노이즈를 줄일 수 있다.
실시 예는 라이트 유닛에서의 광 균일도를 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 에지 광을 광학 렌즈로 균일한 분포로 출사시켜 줄 수 있다.
실시 예는 사이드 뷰 타입의 라이트 유닛에서 광의 균일도를 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 광학 렌즈를 갖는 라이트 유닛 및 이를 구비한 조명 장치의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
도 1은 제1실시 예에 따른 광학 렌즈를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 광학 렌즈의 측 단면도의 예이다.
도 3은 도 2의 광학 렌즈의 구조를 설명하기 위한 측 단면도의 예이다.
도 4는 도 2의 광학 렌즈의 제1입사면의 확대도이다.
도 5는 도 2의 광학 렌즈의 제1입사면 및 제1출사면의 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 2의 광학 렌즈에서 제1입사면과 제2,3입사면의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 1의 광학 렌즈를 갖는 라이트 유닛의 측 단면도이다.
도 8은 도 7의 라이트 유닛의 다른 예이다.
도 9는 도 7의 광학 렌즈에서 제1입사면 및 제1출사면으로 진행하는 광 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 7의 광학 렌즈에서 제2,3입사면 및 제2,3출사면으로 진행하는 광 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 11 내지 도 13은 도 7의 라이트 유닛의 변형 예로서, 복수의 라이트 유닛을 갖는 예이다.
도 14 및 도 15는 도 7의 라이트 유닛의 변형 예로서, 복수의 라이트 유닛을 서로 반대측에 배치한 예이다.
도 16은 제2실시 예에 따른 조명 장치에 있어서, 도 1의 광학 렌즈를 갖는 조명 장치의 분해 사시도이다.
도 17은 도 16의 조명 장치의 결합 사시도이다.
도 18은 도 17의 조명 장치의 저면도이다.
도 19는 도 17의 조명 장치의 A-A측 단면을 나타낸 사시도이다.
도 20은 도 19의 조명 장치의 부분 확대도이다.
도 21은 도 17의 조명 장치의 A-A측 측 단면을 나타낸 정면도이다.
도 22는 도 21의 조명 장치의 광학 렌즈에 의한 광 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 23은 도 16의 조명 장치의 발광 소자를 나타낸 도면이다.
도 24는 도 23의 발광 소자의 측 단면도이다.
도 25는 실시 예에 따른 조명 장치의 광 분포를 나타낸 도면이다.
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 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.
반도체 소자는 발광 칩, 또는 수광 칩 등 각종 전자 소자 포함할 수 있으며, 발광 칩과 수광 칩은 모두 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 반도체 소자는 발광 칩일 수 있다. 발광 칩은 전자와 정공이 재결합함으로써 빛을 방출하게 되고, 이 빛의 파장은 물질 고유의 에너지 밴드갭에 의해서 결정된다. 따라서, 방출되는 빛은 상기 물질의 조성에 따라 다를 수 있다.
<광학 렌즈>
도 1은 제1실시 예에 따른 광학 렌즈를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 광학 렌즈의 측 단면도의 예이며, 도 3은 도 2의 광학 렌즈의 구조를 설명하기 위한 측 단면도의 예이다.
도 1내지 도 3를 참조하면, 실시 예에 따른 광학 렌즈(300)는 투명한 몸체로서, 제1축(X) 방향의 너비(X1)보다 제2축(Y) 방향의 길이(Y1)가 더 크게 배치될 수 있다. 상기 광학 렌즈(300)의 길이(Y1)는 너비(X1)의 3배 이상일 수 있다. 상기 제1축(X) 방향은 상기 광학 렌즈(300)의 너비 방향일 수 있으며, 상기 제2축(Y) 방향은 상기 광학 렌즈(300)의 길이 방향일 수 있다. 상기 광학 렌즈(300)의 너비는 출사면들의 너비(또는 X축 방향의 길이)와 동일할 수 있으며, 길이는 출사면의 길이(또는 Y축 방향의 길이)와 동일할 수 있다.
실시 예에 따른 광학 렌즈(300)는 직선 형태를 갖는 바 형상일 수 있다. 상기 직선형 바는 상기 광학 렌즈(300)가 소정 길이를 갖고 직선 형태로 배열될 수 있다. 상기 광학 렌즈(300)는 곡선 형태를 갖는 바 형상일 수 있다. 상기 곡선형 바는 상기 광학 렌즈(300)가 소정 곡률을 갖고 긴 길이로 형성될 수 있다. 상기 곡선형 바는 광학 렌즈(300)는 출사면(340,342,344)이 서로 마주보는 바 형상이거나, 입사면(310)이나 바닥 면(302,304)이 서로 대응되는 바 형상일 수 있다. 상기 곡선형 바는 렌즈 중심이 동일 선상에 배치되거나 렌즈 중심이 서로 다른 방향에 놓이거나 출사면이 서로 다른 방향을 향하도록 점차 틀어지는 형상을 가질 수 있다.
실시 예에 따른 광학 렌즈(300)의 두께(Z1)는 상기 광학 렌즈(300)의 너비(X1)보다 작게 예컨대, 상기 광학 렌즈(300)의 너비(X1)의 1/2.5 이하 예컨대, 1/2.5 내지 1/1.8의 범위를 가질 수 있다. 상기 광학 렌즈(300)의 두께(Z1)가 상기 범위보다 작으면 광의 추출 효율이 저하될 수 있고, 상기 범위보다 크면 광의 효율이 저하될 수 있다. 실시 예에 따른 광학 렌즈(300)는 렌즈의 개수를 줄일 수 있고, 조명 광의 고 휘도화 및 광 균일도를 개선시켜 줄 수 있다.
상기 광학 렌즈(300)는 투광성 재료를 포함할 수 있다. 상기 광학 렌즈(300)는 폴리카보네이트(PC), 폴리메타크릴산메틸(PMMA), 실리콘 또는 에폭시 수지, 또는 글래스(Glass) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 광학 렌즈(300)는 굴절률이 2이하일 수 있으며 예컨대, 1.4 내지 1.7 범위의 투명 재료를 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3과 같이, 상기 광학 렌즈(300)는, 복수의 바닥 면(302,304), 상기 복수의 바닥 면(302,304) 사이에 오목하게 함몰된 리세스(315), 상기 리세스(315) 상에 배치된 복수의 입사면(310,312,314), 외측에 복수의 전반사면(332,334), 상기 복수의 입사면(310,312,314)와 전반사면(332,334) 상에 입사된 광을 출사하는 복수의 출사면(340,342,344)을 포함한다.
상기 광학 렌즈(300)에서 복수의 바닥 면(302,304)은 몸체 바닥 면으로서, 제1,2바닥 면(302,304)을 포함하며, 상기 제1,2바닥 면(302,304)은 상기 광학 렌즈(300)의 길이 방향을 따라 길게 배치될 수 있으며, 상기 리세스(315)의 양측에 배치될 수 있다. 여기서, 상기 리세스(315)는 상기 제1,2바닥 면(302,304) 사이에 광 출사 방향으로 오목하게 함몰될 수 있다. 상기 리세스(315)의 너비 방향의 양측은 제2,3입사면(312,314)이 배치될 수 있다. 상기 리세스(315)의 길이 방향의 양측은 개방되거나 다른 측면들이 배치될 수 있다. 상기 제1,2바닥 면(302,304)는 광학 렌즈(300)를 지지해 줄 수 있다. 상기 바닥 면(302,304)는 길이 방향을 따라 요철 구조를 가질 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제1,2바닥 면(302,304)은 편평한 면일 수 있으며, 요철 면이거나, 지지 돌기가 돌출될 수 있다.
상기 제1바닥 면(302)은 제2출사면(342)과 수직 방향으로 오버랩되게 배치되어, 광학 렌즈(300)의 바닥 일부를 지지해 줄 수 있다. 상기 제1바닥 면(302)의 일부는 제1출사면(340)의 영역, 또는 제1,2출사면(340,342)의 경계 영역에 수직하게 오버랩될 수 있다. 상기 제1바닥 면(302)은 제1전 반사면(332)과 수직 방향으로 오버랩되지 않거나 제1전 반사면(332)의 영역보다 내측에 배치될 수 있다.
상기 제2바닥 면(304)은 제1출사면(340)과 수직 방향으로 오버랩되게 배치되어, 광학 렌즈(300)의 바닥 일부를 지지해 줄 수 있다. 상기 제2바닥 면(304)의 일부는 제3출사면(344)의 영역, 또는 제1,3출사면(340,344)의 경계 영역에 수직하게 오버랩될 수 있다. 상기 제2바닥 면(304)은 제2전반사면(334)과 수직 방향으로 오버랩되지 않거나 상기 제2전 반사면(334)의 영역보다 내측에 배치될 수 있다.
상기 제1,2바닥 면(302,304)은 길이 방향으로 길게 배치되며, 상기 리세스(315)의 바닥 중심(ZO)으로 서로 평행하게 배치될 수 있다. 상기 제1,2바닥 면(302,304)의 각각의 너비는 2mm 이하일 수 있으며, 예컨대, 0.5mm 내지 2mm의 범위일 수 있다. 상기 제1,2바닥 면(302,304)의 너비는 상기 리세스(315)의 바닥 중심(ZO)에 대해 수평한 축(X0) 상에서의 너비로서, 상기 범위보다 좁을 경우 강도가 저하될 수 있고 상기 범위보다 큰 경우 상기 광학 렌즈(300)의 너비(X1)가 너무 커지는 문제가 있다. 상기 제1,2바닥 면(302,304)은 비대칭 구조의 광학 렌즈(300)에서 서로 동일하거나 서로 다른 너비를 가질 수 있다.
상기 리세스(315)의 길이는 제2축 방향 즉, 길이 방향으로 길게 배치될 수 있다. 상기 리세스(315)의 길이는 상기 광학 렌즈(300)의 길이(Y1)와 동일할 수 있다. 상기 리세스(315)의 길이는 상기 광학 렌즈(300)의 길이(Y1)보다 작을 수 있으며, 이 경우 상기 광학 렌즈(300)의 길이 방향 외측에는 다른 입사면이나 다른 전반사면이 더 배치될 수 있다.
상기 리세스(315)는 바닥 중심(ZO)으로부터 소정 깊이 및 소정 너비를 갖고 배치될 수 있다. 상기 리세스(315)는 상부 너비(D3)가 바닥 너비(D2)보다 좁은 형상을 가질 수 있다. 상기 리세스(315)는 깊어질수록 너비가 점차 좁아지는 형상일 수 있으며, 상부 너비(D3)와 바닥 너비(D2) 사이의 차이는 0.8mm 이상의 차이 예컨대, 0.8mm 내지 1.2mm 범위의 차이를 가질 수 있다. 상기 리세스(315)의 상부 너비(D3)와 바닥 너비(D2)의 차이가 상기 범위보다 크거나 작으면 광의 입사 분포가 달라질 수 있다. 상기 리세스(315)의 바닥 너비(D2)는 3mm 이상 예컨대, 3mm 내지 4mm 범위일 수 있으며, 상기 리세스(315)의 상부 너비(D3)는 2mm 내지 2.8mm 범위일 수 있다. 상기 리세스(315)의 바닥 너비(D2)는 후술되는 발광 소자의 너비보다 2배 이상 넓을 수 있다. 상기 리세스(315)의 상부 너비(D3)는 후술되는 발광 소자의 너비보다 넓게 배치되어 광의 입사 효율의 저하를 방지할 수 있다. 이러한 리세스(315)는 길이 방향으로 길게 배치되므로, 내부에 복수의 발광 소자를 배치할 수 있어, 광 입사 효율을 극대화할 수 있다.
상기 복수의 입사면(310,312,314)은 몸체 내부에 배치된 면으로서, 상기 리세스(315)의 상면 및 양 측면에 배치될 수 있다. 상기 복수의 입사면(310,312,314)은 상기 리세스(315)의 상면인 제1입사면(310), 및 상기 리세스(315)의 양 측면인 제2,3입사면(312,314)을 포함한다. 상기 제1입사면(310)은 곡면일 수 있으며, 예컨대 상기 리세스(315)의 바닥 방향으로 돌출된 볼록한 곡면을 포함할 수 있다. 상기 제1입사면(310)은 소정의 곡률 반경을 갖는 곡면을 포함할 수 있다. 상기 제1입사면(310)이 하 방향으로 볼록한 곡면으로 제공되므로, 입사되는 광을 제1출사면(340)으로 진행하도록 굴절시켜 줄 수 있다.
상기 제2,3입사면(312,314)는 서로 마주보거나 대응되는 면일 수 있다. 상기 제2입사면(312)은 상기 제1입사면(310)과 상기 제1바닥면(302) 사이에 배치될 수 있으며, 상기 제3입사면(314)은 상기 제1입사면(310)과 상기 제2바닥면(304) 사이에 배치될 수 있다.
상기 제2입사면(312)은 오목한 곡면일 수 있으며, 상기 오목한 곡면은 제1전반사면(332) 방향으로 함몰된 곡면일 수 있다. 이러한 제2입사면(312)는 오목한 곡면을 가짐으로써, 입사되는 광의 반사를 억제시키고 입사된 광을 제1전반사면(332)으로 굴절시켜 줄 수 있다. 다른 예로서, 상기 제2입사면(312)은 볼록한 곡면이거나 평탄한 경사 면일 수 있다. 상기 제3입사면(314)은 상기 제3입사면(314)은 오목한 곡면일 수 있으며, 상기 오목한 곡면은 제2전반사면(334) 방향으로 함몰된 곡면일 수 있다. 이러한 제3입사면(314)는 오목한 곡면을 가짐으로써, 입사되는 광의 반사를 억제시키고 입사된 광을 제2전반사면(334)으로 굴절시켜 줄 수 있다. 다른 예로서, 상기 제3입사면(314)은 볼록한 곡면이거나 평탄한 경사 면일 수 있다.
도 2와 같이, 상기 복수의 출사면(340,342,344)은 몸체 상부에 배치된 면들로서, 몸체 센터 측에 볼록한 제1출사면(340), 상기 제1출사면(340)의 양측에 제2,3출사면(342,344)을 포함한다. 상기 제1출사면(340)은 제2,3출사면(324,344) 사이에 배치될 수 있다. 상기 복수의 출사면(340,342,3444)은 상기 제1입사면(310)으로 입사된 광을 굴절시켜 출사하는 제1출사면(340), 상기 제2입사면(312)을 통해 입사된 광을 굴절시켜 출사하는 제2출사면(342), 및 상기 제3입사면(314)을 통해 입사된 광을 굴절시켜 출사하는 제3출사면(344)을 포함한다. 상기 제1출사면(310)의 영역은 상기 제1입사면(310), 상기 제2 및 제3입사면(312,314)과 수직 방향으로 오버랩될 수 있다.
상기 제1출사면(340)은 광 출사 방향으로 볼록한 곡면을 가지며, 상기 제2출사면(342)는 광 출사 방향으로 볼록한 곡면을 가지며, 상기 제3출사면(344)은 광 출사 방향의 반대측 방향 예컨대, 제2전 반사면(334) 방향으로 함몰된 오목한 곡면을 가질 수 있다. 실시 예는 제1,2출사면(340,342)을 볼록한 곡면으로 형성하고, 제3출사면(344)을 오목한 곡면으로 배치함으로써, 상기 제3출사면(344)에 의해 굴절된 광이 제1,2출사면(340,342)에 의해 굴절된 광의 진행 방향으로 진행될 수 있어, 서로 다른 영역으로 조사되거나 서로 혼합될 수 있다.
상기 복수의 전반사면(332,334)은 몸체의 너비 방향 양 측면으로서, 광학 렌즈(300)의 길이 방향을 따라 배치되어, 입사된 광의 경로를 출사 방향으로 반사해 준다. 상기 복수의 전반사면(332,334)은 제1,2전반사면(332,334)을 포함하며, 상기 제1전반사면(332)은 상기 제1바닥 면(302)과 제2출사면(342) 사이에 배치되며, 상기 제2전반사면(334)은 상기 제2바닥 면(304)과 제3출사면(344) 사이에 배치된다. 상기 복수의 전반사면(332,334)은 상기 제2입사면(312) 및 제2출사면(342)의 외측에 배치된 제1전 반사면(332)와, 상기 제3입사면(314) 및 제3출사면(344)의 외측에 배치된 제2전 반사면(334)을 포함하며,
상기 제1전반사면(332)은 외측으로 볼록한 곡면을 가지며, 상기 제2입사면(312)으로 입사된 광을 상기 제2출사면(342)을 반사하게 된다. 상기 제2전반사면(334)은 외측으로 볼록한 곡면을 가지며, 상기 제3입사면(314)으로 입사된 광을 제3출사면(344)으로 반사하게 된다. 상기 제1,2전반사면(332,334) 각각은 서로 다른 곡률 반경을 갖는 곡면을 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 광학 렌즈(300)의 제1출사면(340)은 출사 측의 센터 영역에 배치되고 중심축(P0) 방향으로 볼록한 곡면을 가지며, 상기 제1입사면(310)의 반대측 방향으로 볼록한 곡면을 가질 수 있다. 상기 제1출사면(340)은 상기 제1입사면(310)의 곡률 반경보다 작은 곡률 반경을 갖는 곡면을 포함할 수 있다.
상기 제1출사면(340)의 너비(X2)는 상기 제1입사면(310)의 너비(D3)의 2배 이상 예컨대, 1.2배 내지 5배의 범위에 배치될 수 있다. 상기 제1출사면(340)의 너비(X2)가 상기 범위보다 작을 경우 상기 제1입사면(310)을 통해 제1출사면(340)으로 입사된 광량이 줄어들거나 상기 광학 렌즈(300)의 두께(Z1)가 작아지는 문제가 있으며, 상기 제1출사면(340)의 너비(X2)가 상기 범위보다 클 경우 출사 효율의 개선이 미미하고 제2,3출사면(342,344)의 너비(X3)가 달라질 수 있다.
상기 제1 내지 제3출사면(340,342,344)은 상기 광학 렌즈(300)의 길이(Y1)와 동일한 길이를 가질 수 있다. 상기 제1 내지 제3출사면(340,342,344)이 상기 리세스(315)와 동일한 길이를 갖고 배치되므로, 상기 제1내지 제3입사면(310,312,314)을 통해 입사된 광에 대해 굴절시켜 출사 방향으로 출사할 수 있다. 다른 예로서, 상기 제1출사면(340)은 상기 광학 렌즈(300)의 길이(Y1)와 동일한 길이를 가질 수 있고, 상기 제2,3출사면(342,344)은 상기 광학 렌즈(300)의 길이(Y1)보다 짧은 길이를 가질 수 있다. 이는 상기 광학 렌즈(300)의 양 측벽(도 1의 346,348) 중에서 상기 제1,2전반사면(332,334)에 인접한 영역이 경사진 면으로 배치될 수 있다. 상기 광학 렌즈(300)의 양 측벽(346,348)은 수직한 평면이거나 제1,2출사면(342,344)에 인접한 영역이 경사진 면으로 형성될 수 있다.
실시 예는 광학 렌즈(300)는 바닥 중심(Z0)에 대해 직교하는 중심축(P0)을 기준으로 비대칭 형상을 갖는다. 상기 제1,2,3입사면(310,312,314)의 중심과 상기 제1출사면(340)의 중심은 중심축(P0)으로부터 시프트 예컨대 제1전 반사면(334) 방향으로 시프트됨을 알 수 있다.
실시 예는 제1입사면(310) 및 제2출사면(340) 중 적어도 하나 또는 모두는 상기 리세스(315)의 바닥 중심에 수직한 중심축(P0)을 기준으로 비대칭 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 상기 제1입사면(310)은 중심 축(P0)을 기준으로 서로 비대칭 형상으로 형성될 수 있다. 상기 제1출사면(340)은 중심 축(P0)을 기준으로 서로 비대칭 형상을 가질 수 있다.
실시 예는 제2입사면(312) 및 제3입사면(314)는 리세스(315)의 바닥 중심에 수직한 중심축(P0)을 기준으로 서로 비대칭 형상을 갖는다. 상기 제1전 반사면(332) 및 제2전반사면(334)는 중심 축(P0)을 기준으로 서로 비대칭 형상일 수 있다. 상기 제2출사면(342) 및 제3출사면(344)는 상기 중심 축(P0)을 기준으로 서로 비대칭 형상을 갖는다. 상기 리세스(315)는 중심 축(P0)을 기준으로 서로 비대칭 형상을 갖는다. 상기 비대칭 형상은 상기 중심 축(P0) 또는 X축 방향을 기준으로 좌/우 방향 또는 상기 광학 렌즈의 너비 방향이거나, X축 방향으로 비대칭 형상일 수 있다.
도 2 및 도 3에서, 광학 렌즈(300)의 두께 방향을 보면, 제2출사면(342)의 고점 높이(Z1)는 제3출사면(344)의 고점 높이(Z2)보다 높게 배치되며, 제2출사면(342)의 저점 높이(Z3)는 제3출사면(344)의 저점 높이(Z4)보다 높게 배치될 수 있다. 여기서, 상기 제2출사면(342)의 고점은 제2출사면(342)과 제1전 반사면(332)의 경계 지점(P3)이며 상기 제2출사면(342)의 저점은 상기 제1출사면(340)과 제2출사면(342) 사이의 경계 지점(P1)이며, 제3출사면(344)의 고점은 제3출사면(344)과 제2전반사면(334) 사이의 경계 지점(P4)이며, 상기 제3출사면(344)의 저점은 상기 제3출사면(344)과 제1출사면(340) 사이의 경계 지점(P2)일 수 있다. 상기 제1출사면(340)의 정점의 높이(Z5)는 양 지점(P1,P2)보다 높은 위치에 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2출사면(340,342) 사이의 경계 지점(P1)의 높이(Z3)는 상기 제1 및 제3출사면 (340,342,344) 사이의 경계 지점(P2)의 높이(Z4)보다 높게 배치될 수 있다. 상기 제1입사면(310)과 제2입사면(312) 사이의 경계 지점(P5)의 높이(Z6)은 상기 제1입사면(310)과 제3입사면(314) 사이의 경계 지점(P6)의 높이(Z7)보다 높게 위치될 수 있다. 상기 각 지점(P1,P2,P3,P4,P5,P6)들의 높이는 광학 렌즈(300)의 바닥에 수평한 직선(도 2의 X0)이 기준일 수 있다. 상기 높이들의 관계를 보면, Z1>Z2>Z3>Z4>Z6>Z7의 관계를 가지며, Z5는 Z2>Z5>Z3>Z4의 관계를 가질 수 있다.
이러한 광학 렌즈(300)는 제1입사면(310)의 양 지점(P5,P6)의 높이 차이와, 제1출사면(340)의 양 지점(P1,P2)의 높이 차이를 갖는 비대칭 형상에 의해, 출사되는 광의 경로를 조절할 수 있고, 서로 다른 광 경로에 의해 광의 분포를 균일하게 제공할 수 있다.
또한 상기 제1출사면(340)의 양 지점(P1,P2)을 연결한 너비(X2)는, 제2출사면(342)의 양 지점(P1,P3)을 연결한 너비(X3), 상기 제3출사면(344)의 양 지점을 연결한 너비(X4)의 관계는, X3≥X2>X4의 관계를 가질 수 있다. 상기 너비(X2,X3,X4)는 수평한 방향에서의 직선 길이를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 광학 렌즈(300)의 바닥 중심(Z0)과 중심축(P0)을 기준으로 한 각 지점의 각도를 보면, 제1입사면(310)의 각도로서, 지점 P5와 중심축(P0) 사이의 각도(R1)는 지점 P6와 중심축(P0) 사이의 각도(R2)와 같거나 작을 수 있다. 즉, R1≥R2이며, 상기 R2는 34도 내지 38도의 범위에 있으며, R1과 R2의 차이는 3도 이하일 수 있다. 이러한 각도 R1,R2를 가지는 제1입사면(310)이 리세스(315) 상에 배치됨으로써, 발광 소자의 상면으로 방출된 광이 효과적으로 입사될 수 있다. 상기 R1, R2는 발광 소자의 광 지향각에서 반치각의 1/2 이하의 각도를 갖게 되므로, 제1입사면(310)은 제2,3입사면(312,314) 사이의 영역에서 광을 효과적으로 입사 받을 수 있다.
상기 제1출사면(340)의 각도(R3)를 보면, 바닥 중심(Z0)을 기준으로, 지점 P1과 중심축(P0) 사이의 각도 R4는 지점 P2와 중심축(P0) 사이의 각도 R5 보다 작을 수 있다. 지점 P3와 지점 P1 사이의 각도 R5는 지점 P2와 지점 P4를 지나는 각도 R6보다 클 수 있다. 상기 R5는 제2출사면(342)의 각도이며, R6는 제3출사면(344)의 각도이며, R5>R6의 관계를 가지며, 상기 R5는 R6의 3배 이상 예컨대, 4배 내지 6배 범위로 클 수 있다. 이러한 제1출사면(340)의 각도(R3)는 50도 이상일 수 있으며, 상기 중심 축(P1)을 기준으로 각도 R4와 R5가 서로 다를 수 있다. 상기 오목한 곡면을 갖는 제3출사면(344)이 각도 R6가 볼록한 곡면을 갖는 제2출사면(342)의 각도 R5보다 1/3 이하로 작게 배치됨으로써, 상기 제3출사면(344)을 통해 출사된 광량 및 광 경로를 조절할 수 있다.
도 4에서, 제1입사면(310)의 구조를 보면, 제1입사면(310)의 지점 P5을 기준으로, 상기 지점 P5로부터 제1입사면(310)의 접선의 연장 선과 중심축(P0)을 연결한 제1삼각형의 탄젠트 값(b1/b2)은 0.5±0.02의 범위일 수 있다. 상기 삼각형의 높이 b1과 밑변 b2의 관계는 b1<b2의 관계 예컨대, b2는 b1의 1.5 배 이상일 수 있다. 상기 제1입사면(310)의 지점 P6을 기준으로, 상기 지점 P6로부터 제1입사면(310)의 접선의 연장 선과 중심축(P0)을 연결한 제2삼각형의 탄젠트 값(b3/b4)은 0.25±0.02의 범위일 수 있다. 상기 삼각형의 높이 b3과 밑변 b4의 관계는 b3<b4의 관계 예컨대, b4는 b1의 3배 이상일 수 있다. 여기서, 상기 제1삼각형의 탄젠트 값과 제2삼각형의 탄젠트 값의 비율은 0.5±0.06의 범위 예컨대, 상기 제2삼각형의 탄젠트 값이 제1삼각형의 탄젠트 값에 비해 1.5배 이상 클 수 있다. 이는 제1입사면(310)의 지점 P5와 지점 P6의 높이가 다르고, 제1입사면(310)을 지나는 접선에 의한 탄젠트 값의 차이에 의해, 상기 제1입사면(310)으로 입사된 광이 제1출사면(340)으로 입사되도록 굴절시켜 줄 수 있다.
도 5를 참조하면, 광학 렌즈(300)의 중심축(P0)을 기준으로, 좌측 영역은, 발광 소자(100)의 상면의 중심(101), 중심축(P0), 지점 P5를 연결한 제1삼각형의 탄젠트 값(c2/c1)과, 상기 발광 소자(100)의 상면의 중심(101), 중심축(P0) 및 지점 P1을 연결한 제2삼각형의 탄젠트 값(c3/c4)의 비율은 1.5 이상 예컨대, 1.75±0.15의 범위를 가질 수 있다. 상기 제1삼각형의 탄텐트 값(c2/c1)은 0.6 이상 0.9 이하 예컨대, 0.7±0.02의 범위일 수 있고, 상기 제2삼각형의 탄젠트 값(c3/c4)은 0.3 이상 0.6 이하 예컨대, 0.4±0.02의 범위일 수 있다. 상기 c4는 c1의 2배 이상일 수 있다. 상기 발광 소자(100)의 상면 중심(101)은 출사 측 중심일 수 있으며, 리세스(315)의 바닥보다 0.5 이상 1mm 이하의 범위로 높게 위치될 수 있다.
그리고, 광학 렌즈(300)의 중심축(P0)을 기준으로, 우측 영역은, 발광 소자(100)의 상면의 중심(101), 중심축(P0), 지점 P6를 연결한 제3삼각형의 탄젠트 값(e2/e1)과, 상기 발광 소자(100)의 상면의 중심(101), 중심축(P0) 및 지점 P2을 연결한 제4삼각형의 탄젠트 값(e3/e4)의 비율은 0.9 이상 1.5 이하 예컨대, 1.072±0.07의 범위를 가질 수 있다. 상기 제3삼각형의 탄텐트 값(e2/e1)은 0.6 이상 0.9 이하 예컨대, 0.75±0.02의 범위일 수 있고, 상기 제4삼각형의 탄젠트 값(e3/e4)은 0.6 이상 0.9 이하 예컨대, 0.7±0.02의 범위일 수 있다. 상기 e4는 e1의 2배 이상일 수 있다. 상기 발광 소자의 상면 중심은 출사면의 중심일 수 있으며, 리세스(315)의 바닥보다 0.5 이상 1mm 이하의 범위로 높게 위치될 수 있다. 상기 제1내지 제4삼각형의 탄젠트 값의 관계를 보면, 제1,4삼각형의 탄젠트 값 보다는 제2삼각형의 탄젠트 값이 더 크고, 제2삼각형의 탄젠트 값보다는 제3삼각형의 탄젠트 값이 클 수 있다.
상기 제1,2삼각형의 탄젠트 값의 비율을 제1비율이라고 하고, 제3,4삼각형의 탄젠트 값들의 비율을 제2비율이라고할 때, 제1비율/제2비율 간의 관계는 1.5 이상 예컨대, 1.5 이상 1.9이하일 수 있다.
도 6을 참조하여 발광 소자, 제1 내지 제3입사면(310,312,314)의 관계를 보면, 발광 소자(100)의 상면에 수평한 직선과 지점 P5에 수직한 직선을 연결한 제1삼각형의 탄젠트(c5/c1) 값은 0.15 이상 예컨대, 0.20±0.02의 범위이고, 지점 P6에 수직한 직선을 연결한 제2삼각형의 탄젠트(e5/e1) 값은 0.3 이상 예컨대, 0.34±0.02의 범위를 가질 수 있다. 여기서, 상기 제1삼각형의 탄젠트 값은 제2삼각형의 탄젠트 값보다 작을 수 있다. 상기 제1삼각형의 탄젠트 값과 제2삼각형의 탄젠트 값의 비율은 0.5 이상 예컨대, 0.5 내지 0.7의 범위일 수 있다.
도 7을 참조하면, 실시 예에 따른 라이트 유닛은 광학 렌즈(300) 아래에 회로 기판(400) 및 발광 소자(100)가 배치될 수 있다. 발광 모듈은 발광 소자(100) 및 회로 기판(400)을 포함할 수 있으며, 라이트 유닛은 상기 광학 렌즈(300), 회로 기판(400) 및 발광 소자(100)를 포함할 수 있다.
상기 발광 소자(100)는 상기 회로 기판(400) 상에 상기 광학 렌즈(300)의 길이 방향으로 하나 이상 예컨대, 복수개가 배치될 수 있다. 상기 복수의 발광 소자(100)는 소정 간격을 갖고 상기 광학 렌즈(300)를 따라 배열될 수 있다. 상기 발광 소자(100)는 상기 광학 렌즈(300)의 리세스(315) 내에 배치될 수 있다. 상기 발광 소자(100)의 상면 즉, 광 출사면은 상기 리세스(315)의 바닥보다 위에 배치될 수 있다. 상기 발광 소자(100)은 내부에 하나 또는 복수의 LED 칩을 가지며, 그 두께(D1)는 1.2mm 이하 예컨대, 1mm 이하일 수 있다.
상기 회로 기판(400)은 상기 복수의 발광 소자(100)를 서로 연결 예컨대, 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결해 줄 수 있다. 상기 회로 기판(400)은 상기 광학 렌즈(300) 아래에 배치되어, 상기 광학 렌즈(300)로부터 누설된 광을 흡수하거나 반사하는 층을 포함할 수 있다. 상기 발광 소자(100)의 광축은 상기 광학 렌즈(300)의 중심축(P0)과 동일하게 정렬될 수 있어, 상기 광축은 중심축(P0)일 수 있다. 상기 발광 소자(100)는 중심 축(P0)을 기준으로 서로 대칭된 형상일 수 있다. 상기 발광 소자(100)의 광축에 대해, 제1입사면(312)는 비대칭 형상을 가질 수 있다. 상기 발광 소자(100)의 광축에 대해, 제2입사면(312)과 제3입사면(314)는 서로 비대칭 형상을 가질 수 있다. 상기 발광 소자(100)의 광축에 대해, 제1출사면(340)은 비대칭 형상을 가질 수 있다. 상기 발광 소자(100)의 광축에 대해, 제1출사면(340)의 양측 제2출사면(342)과 제3출사면(344)는 서로 비대칭 형상을 가질 수 있다. 상기 발광 소자(100)의 광축에 대해, 제1전반사면(332)와 제2전반사면(334)는 서로 비대칭 형상을 가질 수 있다.
상기 회로 기판(400)은 수지 재질의 PCB, 금속 코어를 갖는 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 중 적어도 하나를 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 소자(100)는 백색, 청색, 녹색, 적색, 황색, 자외선 광 중에서 적어도 하나 또는 2개 이상을 발광할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 회로 기판(400)의 너비는 상기 리세스(315)의 바닥 너비(도 2의 D2)보다 넓을 수 있으며, 5mm 이상일 수 있다. 상기 회로 기판(400)은 상기 광학 렌즈(300)의 제1,2바닥 면(302,304)에 접촉될 수 있다. 상기 회로 기판(400)의 너비는 상기 광학 렌즈(300)으로부터 하 방향으로 진행되는 광을 반사하기 위해, 상기 광학 렌즈(300)의 너비보다 더 넓을 수 있다.
상기 회로 기판(400)의 길이는 상기 광학 렌즈(300)의 길이(도 1의 Y1)보다 길게 배치되어, 상기 광학 렌즈(300)로부터 누설된 광을 흡수하거나 반사할 수 있다. 상기 회로 기판(400) 상에는 하나 또는 복수의 광학 렌즈(300)가 배치될 수 있다.
상기 발광 소자(100)는 광학 렌즈(300)의 리세스(315) 내에 배치될 수 있다. 상기 발광 소자(100)는 리세스(315)의 제1입사면(310), 제2 및 제3입사면(312,314)에 인접하게 배치될 수 있다. 상기 발광 소자(100)의 하면은 상기 광학 렌즈(300)의 바닥 면(302,304)보다 위에 배치될 수 있다. 상기 발광 소자(100)의 하면은 회로 기판(400)의 상면 보다 위에 배치될 수 있다. 상기 발광 소자(100)의 하면은 상기 회로 기판(400)의 상면 보다 위에 배치될 수 있다. 실시 예에 따른 발광 소자(100)가 적어도 3면 이상으로 발광할 경우, 상기 발광 소자(100)로부터 방출된 광이 상기 광학 렌즈(300)의 제1입사면(310), 제2,3입사면(312,314)을 통해 입사될 수 있다. 이에 따라 발광 소자(100)로부터 방출된 광에 의한 손실을 줄여줄 수 있다.
도 8과 같이, 상기 발광 소자는 리세스(315) 아래에 배치될 수 있다. 상기 발광 소자(100)는 상기 광학 렌즈(300)의 바닥 면(302,304)과 동일 수평 선상에 배치되거나, 더 아래에 배치될 수 있다. 이는 발광 소자(100)의 광 지향각 분포를 고려할 때, 상기 발광 소자(100)를 광학 렌즈(300)의 바닥 면보다 아래에 배치하거나, 상기 리세스(315)의 깊이를 줄여줄 수 있으며, 이 경우 발광 소자(100)의 상면 중심(101)과 리세스(315), 입사면들의 관계는 도 4 및 도 5의 관계를 적용할 수 있다. 상기 리세스(315)의 깊이는 2mm 이하일 수 있다.
도 9를 참조하면, 광학 렌즈(300)의 중심축(P0)을 기준으로 좌측 영역 또는 상부 영역으로 진행하는 광의 각도와 우측 영역 또는 하부 영역으로 진행하는 광의 각도를 비교할 수 있다. 상기 좌측 영역 또는 상부 영역은 제1영역으로 정의될 수 있으며, 우측 영역 또는 하부 영역은 제2영역으로 정의될 수 있다. 상기 제1영역으로 진행하는 광은 정(+)의 각도로 표현하고, 제2영역으로 진행하는 광은 부(-)의 각도로 표현할 수 있다.
제1출사면(340)의 제1영역을 보면, 상기 광학 렌즈(300)의 제1출사면(340)은 제1입사면(310)에 중심축(P0)을 기준으로 제1각도(a1)로 입사된 제1광(L1)에 대해 굴절시켜 제2각도(a2)로 출사하게 되며, 상기 제1각도(a1)는 0도 내지 +38도의 범위일 수 있으며, 상기 제2각도(a2)는 상기 제1각도(a1)보다 작은 각도를 가질 수 있다. 여기서, a2/a1의 비율은 0 이상 1이하일 수 있으며, 예컨대 0≤a2/a1≤1의 범위를 가질 수 있다.
상기 제1출사면(340)의 제2영역을 보면, 상기 광학 렌즈(300)의 제1출사면(340)은 제1입사면(310)에 중심축(P0)을 기준으로 제1각도(b1)로 입사된 제2광(L2)에 대해 굴절시켜 제2각도(b2)로 출사하게 되며, 상기 제1각도(b1)는 -36도 내지 0도의 범위일 수 있으며, 상기 제2각도(b2)는 상기 제1각도(b1)보다 작은 각도를 가질 수 있다. 여기서, a2/a1의 비율은 -0.7 이상 0이하일 수 있으며, 예컨대 -0.7≤b2/b1≤0의 범위를 가질 수 있다. 상기 제1출사면(340)으로 출사되는 광(L1,L2)은 상기 중심축(P0)을 기준으로 상기 중심축(P0)에서 멀어지는 방향으로 출사될 수 있다. 이는 제1출사면(340)으로 출사된 광(L1,L2)이 수평한 광 뿐만 아니라, 중심축(P0)에서 상부 방향으로 진행토록 굴절시켜 줄 수 있다.
도 10을 참조하면, 제1영역 측 제2출사면(342)을 보면, 상기 광학 렌즈(300)의 제2출사면(342)은 제2입사면(312)에 중심축(P0)을 기준으로 제1각도(c1)로 입사된 제3광(L3)에 대해 굴절시켜 제2각도(c2)로 출사하게 되며, 상기 제1각도(c1)는 36도 내지 60도(±2)의 범위일 수 있으며, 상기 제2각도(c2)는 상기 제1각도(c1)보다 작은 각도를 가질 수 있다. 여기서, c2/c1의 비율은 0 이상 0.1이하일 수 있으며, 예컨대 0≤c2/c1≤0.1의 범위를 가질 수 있다.
제2영역 측 제3출사면(344)을 보면, 상기 광학 렌즈(300)의 제3출사면(344)은 제3입사면(314)에 중심축(P0)을 기준으로 제1각도(d1)로 입사된 제4광(L4)에 대해 굴절시켜 제2각도(d2)로 출사하게 되며, 상기 제1각도(d1)는 -60도 내지 -36도(±2)의 범위일 수 있으며, 상기 제2각도(d2)는 상기 제1각도(d1)보다 작은 각도를 가질 수 있다. 여기서, d2/d1의 비율은 -0.2 이상 0 이하일 수 있으며, 예컨대 -0.2≤d2/d1≤0의 범위를 가질 수 있다.
상기 제2출사면(342)으로 출사되는 광(L3)은 상기 중심축(P0)을 기준으로 상기 중심축(P0)에서 멀어지는 방향으로 출사될 수 있다. 이는 제2출사면(342)으로 출사된 광(L3)이 중심축(P0) 보다 상부 방향으로 진행토록 굴절시켜 주어, 상부 방향에서의 광 분포를 형성하도록 할 수 있다. 또한 상기 제3출사면(343)으로 출사되는 광(L4)은 상기 중심축(P0)을 기준으로 상기 중심축(P0)으로 가까워지는 방향으로 출사될 수 있다. 이는 제3출사면(343)으로 출사된 광(L4)이 중심축(P0)의 하부에서 중심축(P0)에 가까워진 방향으로 진행하여, 상부 방향에서의 광 분포를 형성하도록 할 수 있다.
실시 예는 도 9 및 도 10과 같이, 제1출사면(340), 제2출사면(342), 제3출사면(344)을 통해 출사되는 광들(L1,L2,L3,L4)의 굴절 각이 다르고 제1영역의 방향으로 진행하게 됨으로써, 상기 제1영역 상의 서로 다른 타켓을 향하여 조사될 수 있다. 이에 따라 광 분포를 균일한 분포로 제공할 수 있다.
도 11 내지 도 15는 실시 예에 따른 라이트 유닛의 변형 예들이다.
도 11을 참조하면, 제1라이트 유닛의 제1광학 렌즈(300)와, 제2라이트 유닛의 제2광학 렌즈(300B)를 서로 평행하게 배치하고, 제1광학 렌즈(300)와 제2광학 렌즈(300B)가 서로 대칭되도록 배치될 수 있다. 예컨대 제1광학 렌즈(300)는 중심축(P0)을 기준으로 좌측 제1영역 상에 제2출사면(342)이 배치되며, 제2광학 렌즈(300B)는 중심축(P0)을 기준으로 우측 제2영역 상에 제2출사면(342)이 배치된다. 이에 따라 제1,2광학 렌즈(300,300B)는 센터를 기준으로 서로 반대 방향으로 광이 조사될 수 있다.
도 12를 참조하면, 제1라이트 유닛의 제1광학 렌즈(300)와, 제2라이트 유닛의 제2광학 렌즈(301)를 서로 평행하게 배치하고, 제1광학 렌즈(300)와 제2광학 렌즈(301)가 서로 동일한 구조로 배치될 수 있다. 예컨대 제1광학 렌즈(300)는 중심축(P0)을 기준으로 좌측 제1영역 상에 제2출사면(342)이 배치되며, 제2광학 렌즈(301)는 중심축(P0)을 기준으로 제1영역 상에 제2출사면(342)이 배치된다. 이에 따라 제1,2광학 렌즈(300,301)는 센터를 기준으로 제1영역 방향으로 광이 조사될 수 있다.
도 13를 참조하면, 제1라이트 유닛의 제1광학 렌즈(300)와, 제2라이트 유닛의 제2광학 렌즈(300)를 서로 평행하게 배치하고, 제1광학 렌즈(300)와 제2광학 렌즈(300)가 서로 대칭되게 배치될 수 있다. 예컨대 제1광학 렌즈(300)는 중심축(P0)을 기준으로 우측 제2영역 상에 제2출사면(342)이 배치되며, 제2광학 렌즈(300)는 중심축(P0)을 기준으로 좌측 제1영역 상에 제2출사면(342)이 배치된다. 이에 따라 제1,2광학 렌즈(300)는 센터를 기준으로 센터 방향으로 광이 조사될 수 있다.
도 14를 참조하면, 제1라이트 유닛의 제1광학 렌즈(300)와, 제2라이트 유닛의 제2광학 렌즈(300C)는 서로 마주보거나 서로 반대측에 위치할 수 있다. 상기 제1광학 렌즈(300)와 제2광학 렌즈(300C)는 센터를 기준으로 서로 대칭되도록 배치될 수 있다. 예컨대 제1광학 렌즈(300)는 중심축(P0)을 기준으로 상부 제1영역 상에 제2출사면(342)이 배치되며, 제2광학 렌즈(300C)는 중심축(P0)을 기준으로 상부 제1영역 상에 제2출사면(342)이 배치된다. 이에 따라 제1,2광학 렌즈(300,300C)는 센터 상부 방향으로 광이 조사될 수 있다. 이 경우 제1,2광학 렌즈(300,300C)는 상부에 반사 시트(160A)나 반사 구조물이 배치될 수 있고, 하부에 투광을 위한 시트(180A)가 배치될 수 있다. 상기 투광을 위한 시트(180A)는 확산 시트, 또는 프리즘 시트, 투명한 시트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1,2라이트 유닛은 동일한 높이에 배치되거나, 서로 다른 높이에 배치될 수 있다.
도 15를 참조하면, 제1라이트 유닛의 제1광학 렌즈(300)와, 제2라이트 유닛의 제2광학 렌즈(300)를 서로 마주보도록 배치할 수 있다. 상기 제1광학 렌즈(300)와 제2광학 렌즈(300)는 센터를 기준으로 반대 방향으로 배치될 수 있다. 예컨대 제1광학 렌즈(300)는 중심축(P0)을 기준으로 상부 제1영역 상에 제2출사면(342)이 배치되며, 제2광학 렌즈(300)는 중심축(P0)을 기준으로 하부 제1영역 상에 제3출사면(344)이 배치된다. 이에 따라 제1,2광학 렌즈(300)는 센터 상부/하부 방향으로 광이 조사될 수 있다. 이러한 경우, 제1,2라이트 유닛은 동일한 높이에 배치되거나, 서로 다른 높이에 배치될 수 있다.
실시 예에 따른 광학 렌즈(300)는 직선 형상을 갖는 바 형상이거나, 곡선 형상을 갖는 바 형상일 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 곡선 형상을 갖는 바 형상의 광학 렌즈(300) 및 이를 갖는 조명 장치의 예로 설명하기로 한다.
도 16은 제1실시 예에 따른 조명 장치로서, 도 2의 광학 렌즈를 갖는 조명 장치를 나타낸 분해 사시도이고, 도 17은 도 16의 조명 장치의 결합 사시도이며, 도 18은 도 17의 조명 장치의 저면도이고, 도 19는 도 17의 조명 장치의 A-A측 단면을 나타낸 사시도이며, 도 20은 도 19의 조명 장치의 부분 확대도이고, 도 21은 도 17의 조명 장치의 A-A측 측 단면을 나타낸 정면도이고, 도 22는 도 21의 조명 장치의 광학 렌즈에 의한 광 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 16 내지 도 22를 참조하면, 조명 장치는 외측 둘레가 원 형상을 갖고 하부에 오픈 영역(10)이 배치된 하우징(110), 상기 하우징(110)의 오픈 영역(10)의 외측 둘레에 복수의 발광 소자(173)가 배열된 발광 모듈(170), 상기 발광 모듈(170)의 광 출사측에 실시 예에 따른 광학 렌즈(300), 상기 발광 모듈(170)의 후방에 배치되며 오픈 영역(50)을 갖는 방열 프레임(150), 상기 방열 프레임(150)의 외측에서 상기 하우징(110)에 결합되며 상기 광학 렌즈(300)로부터 방출된 광을 반사하는 상부 커버(160), 상기 하우징(110)의 오픈 영역(105)에 배치되며 상기 광학 렌즈(300)로 출사된 광 및 상기 상부 커버(160)에 의해 반사된 광을 확산시켜 출사하는 광학 부재(180)를 포함한다.
도 16 내지 도 19와 같이, 상기 하우징(110)은 하부 둘레 예컨대, 외곽 형상이 원 형상을 가지게 된다. 상기 하우징(110)의 반경(r2)은 100mm 이상 예컨대, 130mm 이상일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 이러한 하우징(110)을 갖는 조명 장치의 두께는 10mm 이상 예컨대, 15mm 이상일 수 있다. 상기 조명 장치의 두께는 15mm 내지 30mm의 범위를 가질 수 있다. 조명 장치는, 내부에 광학 렌즈(300)를 채용함으로써, 광 확산 공간을 줄일 수 있다. 여기서, 상기 광학 렌즈(300)의 반경(r1)은 90mm 이상 예컨대, 110mm 이상일 수 있다. 상기 광학 렌즈(300)는 상기 조명 장치 내에 하나 또는 복수개 예컨대, 2개 이상이 링 형상을 따라 배열될 수 있다. 상기 2개 이상의 광학 렌즈(300)는 서로 동일한 길이를 갖거나, 서로 다른 길이를 가질 수 있다.
상기 하우징(110)은 플라스틱 재질인 경우, 예컨대 PC(Polycarbonate), PETG(Polyethylene Terephthalate Glycol), PE(polyethylene), PSP(Polystyrene Paper), PP(polypropylene), PVC(polyvinyl chloride) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 하우징(110)은 광 반사도가 높은 재질로 형성될 수 있으며, 또는 내측 표면에 반사층이 더 형성될 수 있다. 상기 하우징(110)은 금속이거나, 비 금속 재질일 수 있다. 상기 금속인 경우, 알루미늄, 알루미늄 합금, 은, 은 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 20과 같이, 상기 하우징(110)은 외곽 둘레에 외곽부(112)를 구비할 수 있다. 상기 외곽부(112) 내에는 발광 모듈(170)이 배치된다. 상기 외곽부(112)는 상기 상부 커버(160)의 외곽부(165)와 결합될 수 있다. 상기 외곽부(112)는 상기 하우징(110)과 일체로 형성되거나, 별도의 재질로 결합될 수 있다. 상기 외곽부(112)는 상기 하우징(110)의 외곽 둘레에 외측 방향으로 돌출됨으로써, 상기 하우징(110)의 외곽 둘레의 강성을 강화시켜 줄 수 있고, 상기 상부 커버(160)의 외곽부(165)와의 결합이 용이할 수 있다.
상기 하우징(110)의 외곽부(112)는 내측에 리세스(27)를 포함하며, 상기 리세스(26)는 상기 방열 프레임(150)의 외측 돌기(155)가 결합될 수 있다. 상기 하우징(110)의 지지부(113)는 상기 광학 부재(180)의 외측 둘레를 지지하게 된다.
상기 하우징(110)에는 복수의 체결 구멍(17)이 배치될 수 있으며, 이러한 체결 구멍(17)은 상부 커버(160)의 외곽부(165)의 체결 구멍(16)을 통해 체결 수단이 체결될 수 있다.
상기 하우징(110) 상에는 방열 프레임(150)이 결합되며, 상기 방열 프레임(150)의 방열부(151)의 하부는 상기 하우징(110)의 홈(20)에 삽입될 수 있다. 상기 홈(20)은 방열 프레임(150)의 하부를 따라 원 형상으로 형성될 수 있다. 상기 방열 프레임(150)은 금속 재질의 방열체로서, 상기 발광 모듈(170)로부터 발생된 열을 방열할 수 있다. 상기 방열 프레임(150)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Cu, Au, Hf의 물질 중 적어도 하나 또는 적어도 하나를 갖는 선택적인 합금으로 포함할 수 있다. 상기 방열 프레임(150)은 단층 또는 다층으로 적층될 수 있다.
상기 방열 프레임(150)은 방열 효율을 위해, 상기 회로 기판의 너비(높이)보다 넓게 형성되어, 방열 표면적을 증가시켜 줄 수 있다.
상기 광학 렌즈(300)는 상기 발광 모듈(170) 상에 배치되고, 상기 방열 프레임(150)의 지지부(153) 상에 배치될 수 있다. 상기 방열 프레임(150)의 지지부(153)는 상기 광학 렌즈(300)가 쳐지는 것을 지지하고, 상기 광학 부재(180)의 상면을 눌러줄 수 있다. 상기 방열 프레임(150)의 지지부(153)는 내측 방향으로 돌출되고 광학 부재(180)의 상면과 광학 렌즈(300) 사이에 배치될 수 있다.
상기 발광 모듈(170)은 회로 기판(171) 및 상기 회로 기판(171)의 내측에 배열된 복수의 발광 소자(173)를 포함할 수 있다. 상기 회로 기판(171)은 적어도 하나 또는 복수개가 원 형상으로 배치될 수 있다. 상기 회로 기판(171)은 플렉시블 기판일 수 있으며, 다른 예로서 수지 재질의 인쇄회로기판(PCB, Printed circuit board), 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 세라믹 기판 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 발광 모듈(170)은 다른 예로서, 회로 기판(171)이 없이 발광 소자가 다른 부재에 접착될 수 있다. 상기 회로 기판(171)은 상기 방열 프레임의 방열부(151) 상에 접착 부재 또는 방열성 접착제로 부착될 수 있다. 상기 회로 기판(171)은 상기 방열부(151)에 수직하게 배치될 수 있다. 상기 회로 기판(171)의 배면은 수평한 축에 대해 90도의 각도로 배치되거나, 90도 이상 120도 이하의 범위로 배치될 수 있다. 즉, 상기 회로 기판(171)은 수평한 축에 대해 90도 이상의 각도로 배치되어, 상기 발광 소자(173)로부터 방출된 광 중에서 광학 부재(180)로 직접 조사되는 광의 양을 줄여줄 수 있다.
상기 발광 소자(173)의 출사면은 반대측 회로 기판(171)과 대응되거나 어긋나게 배치될 수 있다. 상기 발광 소자(173)의 출사면은 수평한 축에 대해 90도 이상의 각도로 배치될 수 있다. 상기 발광 소자(173)는 상기 회로 기판(171) 상에 1열 또는 2열 이상으로 배열될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 소자(173)는 청색, 적색, 녹색, 백색, UV 중 적어도 하나를 발광할 수 있으며, 예컨대 조명을 위해 백색 광이 발광될 수 있다. 상기 발광 소자(173)는 칩 형태 또는 패키지 형태로 회로 기판(171) 상에 탑재될 수도 있으며, 이 경우 발광 소자(173)의 지향각은 115도 이상 예컨대, 118도 내지 160도 범위가 될 수 있으나 이에 한정하지 않는다.
실시 예에 따른 발광 소자(173)는 회로 기판(171) 상에서 예를 들어, 웜 화이트 발광소자(Warm white LED)와 쿨 화이트 발광 다이오드(Cool white LED)를 포함할 수 있다. 웜 화이트 발광 다이오드와 쿨 화이트 발광 다이오드는 백색광을 방출하는 소자이다. 웜 화이트 발광 다이오드와 쿨 화이트 발광 다이오드가 각각 상관색 온도를 발산하여 혼합된 빛의 백색광을 발산시킬 수 있으므로, 자연 태양광에 가까움을 나타내는 연색 지수(Color Rendering Index: CRI)가 높아지게 된다. 따라서 실제 물체의 색이 왜곡되는 곳을 방지할 수 있고, 사용자의 눈의 피로감을 감소시켜 준다.
상기 광학 렌즈(300)는 상기 조명 장치 내에 하나 또는 복수개가 링 형상으로 형성될 수 있다. 상기 복수개의 광학 렌즈는 2개 또는 3개 이상이며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 광학 렌즈(300)는 실시 예의 광학 렌즈로서, 예컨대 도 2와 같은 구조 및 설명을 참조하기로 한다.
여기서, 상기 상부 커버(160)는 플라스틱 재질이거나 수지 재질일 수 있다. 상기 상부 커버(160)는 고 반사 수지 재질일 수 있다. 상기 상부 커버(160)는, 예를 들어, PET poly(ethylene terephthalate), PC(polycarbonate), PVC poly(vinyl chloride) 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 반사 수지 재질은 실리콘 또는 에폭시와 같은 수지 재질 내에 불순물을 첨가하여, 고 반사 수지 재질로 형성할 수 있다. 상기 불순물은 SiO2, TiO2, Al2O3, 및 MgO와 같은 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 상부 커버(160)는 반사부(161) 아래에 상기 광학 부재(180)와 대응되는 반사 면(163)을 가질 수 있으며, 상기 반사 면(163)은 고 반사 면이거나 러프한 면을 가질 수 있다. 실시 에는 광학 렌즈(300)를 채용함으로써, 상기 광학 부재(180)의 반사 면을 플랫하거나 수평한 평면으로 제공할 수 있다. 상기 반사 면은 플랫한 면이거나, 오목한 곡면 또는/및 볼록한 곡면을 포함할 수 있다. 상기 반사면(163)에는 반사 물질이 코팅되거나 도포되거나, 고 반사 물질이 러프하게 형성될 수 있다.
상기 광학 부재(180)의 외측 둘레는 상기 방열 프레임(150)의 지지부(153)과 하우징(110)의 지지부(113) 사이에 끼워질 수 있어, 외부 이동이 차단되며 빛샘 문제를 방지할 수 있다. 상기 광학 부재(180)는 확산 시트를 포함할 수 있다. 상기 확산 시트는 입사된 광을 확산시켜 주어, 조명 영역에 균일한 광도로 조사되도록 한다. 상기 광학 부재(180)는 확산 재질 예컨대, 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리스틸렌(PS) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 광학 부재(180)에는 복수의 광학 시트가 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 광학 부재(180)의 하부 둘레는 하우징(110)의 지지부(113)에 의해 쳐지는 것을 방지될 수 있다.
상기 광학 렌즈(300)는 도 2와 같이, 제1출사면(340)이 제3출사면(344)보다 위에 배치되고, 제2출사면(342)이 제1출사면(340)보다 위에 배치될 수 있다. 상기 광학 렌즈(300)의 제1,2출사면(340,342)으로 출사된 광이 중심축(P0)을 기준으로 상부 방향 예컨대, 상부 커버(160)의 반사부(161) 방향으로 출사될 수 있다. 또한 상기 광학 렌즈(300)의 3출사면(344)으로 방출된 광이 중심축(P0) 방향 또는 상부 커버(160)의 반사부(161) 방향으로 진행하게 된다. 이러한 광학 렌즈(300)의 제1,2,3출사면 (340,342,344)에 의해 출사된 광이 상부 커버(160)의 서로 다른 영역에 조사됨으로써, 균일한 광 분포를 제공하게 되며, 이 경우 상부 커버(160)에 의해 균일한 분포의 광이 광학 부재 방향으로 조사될 수 있다.
도 19 및 도 22를 참조하면, 상부 커버(160)의 중심 지점을 (0.0)이라고 하고, 서로 반대측의 발광 모듈 부분을 입광부로 정의하고, 예컨대 좌측을 좌측 입광부로 정의하고, 우측을 우측 입광부로 정의할 수 있다. 상부 커버(160)의 중심 지점에 대해 좌측 입광부 지점을 (-1,0)이라고 하고, 우측 입광부 지점을 (1,0)이라고 하고, 중심 지점과 좌측 입광부 지점 사이의 중간 지점을 (-0.5)라고 하고, 중심 지점과 우측 입광부 지점 사이의 중간 지점을 (0.5)이라고 할 때, 좌측 입광부를 기준으로, 도 9와 같은 제1영역의 제1출사면(340)으로 방출된 제1광은 -0.5 지점으로 진행하고, 제2영역의 제2출사면(342)으로 진행하는 제2광은 0.25지점으로 진행하며, 도 10과 같이 제1영역의 제2출사면(342)으로 출사된 광은 중심부 지점으로 진행되고, 제2영역의 제3출사면(344)으로 출사된 광은 중심부 지점으로 진행하게 된다. 즉, 일측 입광부의 광학 렌즈(300)로부터 방출된 광들은 상부 커버(160)의 -0.5지점부터 반대측 0.25 지점까지를 커버하게 되므로, 링 형상의 입광부인 광학 렌즈(300)로부터 방출된 광들에 의해 상부 커버(160)의 전 영역으로 조사될 수 있다. 이러한 광학 렌즈(300)의 제1,2, (340,342,344)으로 진행하는 광은 상부 커버(160)의 전 영역으로 균일한 분포로 조사하게 된다.
상기 상부 커버(160)는 상기와 같이 입사된 광을 광학 부재(180)로 반사시켜 주게 되며, 상기 광학 부재(180)는 균일한 분포의 광을 더 확산시켜 주어, 출사하게 된다. 이에 따라 출사된 광에서의 핫 스팟 문제를 억제할 수 있으며, 도 25와 같은 균일한 광도 분포를 가질 수 있다. 본 발명의 조명 장치의 불쾌지수(UGR: Unified glare rating)를 보면, 19이하를 갖는 것으로, 사용자에게 불쾌 글레어가 없는 것으로 나타났다. CIE 규정치에서는 불쾌 지수(UGR)가 21이상인 경우 사용자가 불쾌감을 느끼는 것을 분류하고 있다.
도 23 및 도 24는 실시 예에 따른 조명 장치 또는 광학 렌즈 내의 발광 소자의 예를 나타낸 도면이다.
도 23 및 도 24를 참조하면, 상기 발광 소자(173)는 예컨대, 오목부(260)를 갖는 몸체(210), 상기 오목부(260) 내에 복수의 리드 프레임(221,231), 및 상기 오목부(260) 내에 적어도 하나의 발광 칩(271,272)을 포함한다.
상기 몸체(210)는 절연 재질, 또는 전도성 재질을 포함할 수 있다. 상기 몸체(210)는 폴리프탈아미드(PPA: Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 금속 재질, PSG(photo sensitive glass), 사파이어(Al2O3), 인쇄회로기판(PCB) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 몸체(210)는 수지 재질 예컨대, 폴리프탈아미드(PPA), 에폭시 또는 실리콘과 같은 재질로 이루어질 수 있다. 상기 몸체(210)로 사용되는 에폭시 또는 실리콘 재질 내에는 반사 효율을 높이기 위해 TiO2, SiO2와 같은 금속 산화물인 필러(filler)가 첨가될 수 있다. 상기 몸체(210)는 세라믹 재질을 포함할 수 있다. 상기 몸체(210)는 다른 예로서, 회로 기판을 포함할 수 있으며, 예컨대 수지 재질의 기판(PCB), 방열 금속을 갖는 기판(Metal Core PCB), 세라믹 기판 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 몸체(210)는 콘트라스트(Contrast) 향상을 위해 어두운 색 또는 검은색으로 형성될 수도 있으며 이에 한정하지 않는다.
상기 몸체(210)는 소정 깊이를 갖는 오목부(260)를 포함한다. 상기 오목부(260)는 상기 몸체(210)의 상면(25)으로부터 오목한 컵 구조, 캐비티(cavity) 구조, 또는 리세스(recess) 구조와 같은 형태로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 오목부(260)의 측벽은 바닥에 대해 수직하거나 경사질 수 있으며, 상기 측벽들 중 2개 이상의 측벽이 동일한 각도 또는 서로 다른 각도로 경사지게 배치될 수 있다. 상기 오목부(260)의 표면에는 다른 재질의 반사층이 더 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 몸체(210)의 형상은 위에서 볼 때, 삼각형, 사각형, 오각형과 같은 다각형 구조로 형성되거나, 원형, 타원형, 또는 곡면을 갖는 형상이거나, 모서리가 곡면인 다각형 형상일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 몸체(210)는 외측 면은 상기 몸체(210)의 하면에 대해 수직하거나 경사진 면으로 형성될 수 있다. 상기 몸체(210)의 길이(Y5)는 너비(X5)와 다를 수 있으며, 예컨대 상기 길이(Y5)는 너비(X5)의 2배 이상 예컨대, 3배 이상일 수 있으며, 발광 소자(173)의 최대 길이(Y6)보다 짧을 수 있다. 이러한 상기 몸체(210)의 길이 방향은 너비 방향에 대해 직교하는 방향이 된다. 상기 발광 소자(173) 내에는 복수의 발광 칩(271,272)이 상기 길이 방향으로 배열할 수 있다.
상기 발광 소자(173) 내에는 복수의 발광 칩(271,272)이 상기 길이 방향으로 소정 간격을 갖고 배열할 수 있다. 상기 발광 소자(173)는 방열 측면에서 개별 리드 프레임(221,231) 상에 각 발광 칩(271,272)을 배치하거나, 하나의 리드 프레임 상에 복수의 발광 칩을 배치할 수 있다. 또한 발광 소자(173)의 길이가 너비보다 길게 배치함으로써, 각 발광 칩(271,272)의 방열 효율이 개선될 수 있고, 발광 칩(271,272)의 사이즈를 증가시켜 줄 수 있어, 고 휘도의 소자를 제공할 수 있다.
상기 몸체(210)의 오목부(260)에는 복수의 리드 프레임(221,231)이 배치된다. 상기 복수의 리드 프레임(221,231)은 적어도 2개 또는 3개 이상의 금속 프레임을 포함하며, 예컨대 제1 및 제2리드 프레임(221,231)을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2리드 프레임(221,231)은 간극부(219)에 의해 분리될 수 있다.
상기 오목부(260) 내에는 하나 또는 복수의 발광 칩(271,272)이 배치될 수 있다. 상기 복수의 발광 칩(271,272)은 적어도 2개 또는 3개 이상의 LED 칩을 포함할 수 있으며, 예컨대 제1, 2발광 칩(271,272)을 포함할 수 있다. 상기 복수의 리드 프레임(221,231) 중 적어도 하나의 위에는 하나 또는 복수의 발광 칩(271,272)이 배치될 수 있으며, 예컨대 상기 복수의 리드 프레임(221,231) 각각의 위에 적어도 하나의 발광 칩(271,272)이 배치될 수 있다. 상기 복수의 발광 칩(271,272)은 상기 복수의 리드 프레임(221,231)과 선택적으로 연결될 수 있다. 상기 발광 칩(271,272) 각각은 광원으로 정의될 수 있다.
상기 복수의 리드 프레임(221,231) 중 적어도 하나는 상기 오목부(260)의 바닥 보다 낮은 깊이를 갖는 캐비티(cavity)를 포함할 수 있다. 상기 제1리드 프레임(221)은 제1캐비티(225)를 포함하며, 상기 제1캐비티(225)는 상기 오목부(260)의 바닥보다 낮은 깊이로 함몰된다. 상기 제1캐비티(225)는 상기 오목부(260)의 바닥부터 상기 몸체(210)의 하면 방향으로 오목한 형상, 예컨대, 컵(Cup) 구조 또는 리세스(recess) 형상을 포함한다. 상기 제1캐비티(225)는 상기 제1리드 프레임(221)이 벤딩되거나 에칭되어 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1캐비티(225)의 측벽 및 바닥은 상기 제1리드 프레임(221)에 의해 형성되며, 상기 제1캐비티(225)의 둘레 측벽은 상기 제1캐비티(225)의 바닥으로부터 경사지게 형성될 수 있다. 상기 제1캐비티(225)의 측벽 중에서 마주되는 두 측벽은 동일한 각도로 경사지거나 서로 다른 각도로 경사질 수 있다. 상기 제1캐비티(225)의 측벽 및 바닥의 프레임 두께는 상기 제1리드 프레임(221)의 두께와 동일한 두께일 수 있다.
상기 제2리드 프레임(231)은 제2캐비티(235)를 포함하며, 상기 제2캐비티(235)는 상기 오목부(260)의 바닥보다 낮은 깊이로 함몰된다. 상기 제2캐비티(235)는 상기 제2리드 프레임(231)의 상면 또는 상기 오목부(260)의 바닥으로부터 상기 몸체(210)의 하면 방향으로 오목한 형상, 예컨대, 컵(Cup) 구조 또는 리세스(recess) 형상을 포함한다. 상기 제2캐비티(235)는 상기 제2리드 프레임(231)이 벤딩되거나 에칭되어 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제2캐비티(235)의 바닥 및 측벽은 상기 제2리드 프레임(231)에 의해 형성되며, 상기 제2캐비티(235)의 측벽은 상기 제2캐비티(235)의 바닥으로부터 경사지게 형성될 수 있다. 상기 제2캐비티(235)의 측벽 중에서 대응되는 두 측벽은 동일한 각도로 경사지거나 서로 다른 각도로 경사질 수 있다. 상기 제2캐비티(235)의 측벽 및 바닥의 프레임 두께는 상기 제2리드 프레임(231)의 두께와 동일한 두께일 수 있다.
상기 제1캐비티(225) 및 상기 제2캐비티(235)의 바닥 형상은 다각형 또는, 부분 곡면을 갖는 다각형 형상이거나, 원 또는 타원 형상일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1리드 프레임(221) 및 상기 제2리드 프레임(231)의 일부 하면은 상기 몸체(210)의 하부로 노출되며, 상기 몸체(210)의 하면과 동일 평면 또는 다른 평면 상에 배치될 수 있다. 상기 제1리드 프레임(221) 및 상기 제2리드 프레임(231)의 일부 하면은 상기 제1 및 제2캐비티(225,135)의 바닥의 반대측 면을 포함한다. 상기 제1 및 제2캐비티(225,135)의 바닥 반대측 면은 상기 몸체(210)의 하면에 노출될 수 있다.
상기 제1리드 프레임(221)은 제1리드부(223)를 포함하며, 상기 제1리드부(223)는 상기 몸체(210)의 외 측면부로 돌출될 수 있다. 상기 제2리드 프레임(231)은 제2리드부(233)를 포함하며, 상기 제2리드부(233)는 상기 몸체(210)의 외 측면부로 돌출될 수 있다. 상기 제1리드부(223)는 하나 또는 복수개가 돌출될 수 있으며, 상기 제2리드부(233)는 하나 또는 복수개가 돌출될 수 있다. 상기 제1 및 제2리드부(223,233)는 오목부(260)를 기준으로 서로 반대측 방향으로 돌출될 수 있다.
상기 제1리드 프레임(221) 및 제2리드 프레임(231)은 금속 재질, 예를 들어, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 상기 제1, 제2리드 프레임(221,231)의 두께는 0.15mm 이상 예컨대, 0.18mm~1.5mm 범위로 형성될 수 있다. 상기 제1, 제2리드 프레임(221,231)의 두께가 0.15mm 미만인 경우, 사출 성형에 어려움이 있다. 또한 상기 제1, 제2리드 프레임(221,231)의 두께가 1.5mm를 초과한 경우, 상기 발광 소자(173)의 두께가 증가 및 사이즈가 증가될 수 있고, 재료비 상승의 원인이 될 수 있다. 또한 상기 제1, 제2리드 프레임(221,231)의 두께가 0.15mm 미만인 경우, 전기적인 특성 및 방열 특성이 저하될 수 있다.
상기 제1, 제2리드 프레임(221,231)의 두께는 동일한 두께로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제1 및 제2리드 프레임(221,231)은 전원을 공급하는 리드 프레임으로 기능하게 된다. 상기 오목부(260) 내에는 제1,2리드 프레임(221,231) 이외에 방열을 위한 금속 프레임 또는 상기 제1,2리드 프레임(221,231) 사이에 전기적으로 연결을 위한 중간 프레임이 더 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1리드 프레임(221)의 제1캐비티(225) 내에는 제1발광 칩(271)이 배치되며, 예를 들어 상기 제1발광 칩(271)은 제1캐비티(225) 상에 접착제로 접착될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 상기 제2리드 프레임(231)의 제2캐비티(235) 내에는 제2발광 칩(272)이 배치되며, 예를 들어 상기 제2발광 칩(272)은 제2캐비티(235) 상에 접착제로 접착될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 상기 접착제는 절연성 접착제 또는 전도성 접착제일 수 있다. 상기 절연성 접착제는 에폭시 또는 실리콘과 같은 재질을 포함할 수 있으며, 상기 전도성 접착제는 솔더와 같은 본딩 재질을 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2발광 칩(271,272)은 가시광선 대역부터 자외선 대역의 범위 중에서 선택적으로 발광할 수 있으며, 예컨대 자외선 LED 칩, 레드 LED 칩, 블루 LED 칩, 그린 LED 칩, 엘로우 그린(yellow green) LED 칩, 백색 LED 칩 중에서 선택될 수 있다. 상기 제1 및 제2발광 칩(271,272)은 III족-V족 원소의 화합물 반도체와 II족-VI족 원소의 화합물 반도체 중 적어도 하나를 포함하는 LED 칩을 포함한다. 상기 제1 및 제2발광 칩(271,272)은 칩 내의 두 전극이 서로 인접하게 배치된 수평형 칩 구조이거나, 서로 반대측에 배치된 수직형 칩으로 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 칩(271,272)이 수평형 칩인 경우, 하부 절연 기판이 절연성 또는 전도성 접착제로 리드 프레임 상에 접착될 수 있다. 또는 상기 발광 칩(271,272)이 수직형 칩인 경우, 상기 수직형 칩의 하부 전극이 전도성 접착제로 리드 프레임과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1발광 칩(271)은 제1와이어(273)로 상기 오목부(260)의 바닥에 배치된 제1리드 프레임(221)과 연결되며, 제2와이어(274)로 제2리드 프레임(231)과 연결될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제2발광 칩(272)은 제3와이어(275)로 상기 제1리드 프레임(221)과 연결될 수 있으며, 제4와이어(276)로 상기 오목부(260)의 바닥에 배치된 제2리드 프레임(231)과 연결될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
발광 소자(173)는 보호 소자를 포함할 수 있다. 상기 보호 소자는 상기 제1리드 프레임(221) 또는 상기 제2리드 프레임(231)의 일부 상에 배치될 수 있다. 상기 보호 소자는 몸체(210) 내에 배치될 수 있다. 상기 보호 소자는 싸이리스터, 제너 소자, 또는 TVS(Transient voltage suppression)로 구현될 수 있으며, 상기 제너 소자는 상기 발광 칩(271,272)을 ESD(electro static discharge)로 부터 보호하게 된다. 상기 보호 소자는 제1발광 칩(271) 및 제2발광 칩(272)의 연결 회로에 병렬로 연결될 수 있다.
상기 오목부(260), 제1캐비티(225) 및 상기 제2캐비티(235) 중 적어도 하나 또는 모두에는 몰딩 부재(281)가 형성될 수 있다. 상기 몰딩 부재(281)는 실리콘 또는 에폭시와 같은 투광성 수지층을 포함하며, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 상기 몰딩 부재(281)에는 적어도 한 종류 이상의 형광체가 첨가될 수 있다.
상기 몰딩 부재(281)의 표면은 플랫한 형상, 오목한 형상, 볼록한 형상 등으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
이러한 발광 소자(173)는 청색 발광 소자일 수도 있고, 연색 지수(Color Rendering Index: CRI)가 높은 백색 발광 소자일 수 있다. 상기 발광 소자(173)는 청색 발광 칩 상부에 형광체를 포함하는 합성수지가 몰딩되어 백색 광을 발광하는 발광 소자일 수 있다. 여기서, 형광체는 가넷(Garnet)계(YAG, TAG), 실리케이드(Silicate)계, 나이트라이드(Nitride)계 및 옥시나이트라이드(Oxynitride)계 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 형광체는 청색 형광체, 시안 형광체, 녹색 형광체, 황색 형광체, 및 적색 형광체 중 적어도 하나 또는 복수를 포함하며, 단층 또는 다층으로 배치될 수 있다. 상기 형광 필름은 투광성 수지 재료 내에 형광체가 첨가된다. 상기 투광성 수지 재료는 실리콘 또는 에폭시와 같은 물질을 포함하며, 상기 형광체는 YAG, TAG, Silicate, Nitride, Oxy-nitride 계 물질 중에서 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 수지층(260)은 양자점(quantum dot)과 같은 형광체를 포함할 수 있다. 상기 양자점은 II-VI 화합물, 또는 III-V족 화합물 반도체를 포함할 수 있으며, 적색, 녹색, 황색, 적색 양자점 중 적어도 하나 또는 서로 다른 종류를 포함할 수 있다. 상기 양자점은 양자 구속(quantum confinement)으로부터 발생하는 광학 특성을 가질 수 있는 나노미터 크기의 입자이다. 특정 여기원(excitation source)으로 자극시 원하는 파장의 광이 양자점으로부터 발광되도록 하기 위해 양자점의 특정 조성(들), 구조 및/또는 크기를 선택할 수 있다. 양자점은 크기를 변화시킴으로써, 가시 스펙트럼 전반에 걸쳐 발광하도록 조정될 수 있다. 상기 양자점은 하나 이상의 반도체 재료를 포함할 수 있으며, 상기 반도체 재료의 예는, IV족 원소, II-VI족 화합물, II-V족 화합물, III-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, I-III-VI족 화합물, II-IV-VI족 화합물, II-IV-V족 화합물, 상술한 임의의 것을 포함하는 합금, 및/또는 3원 및 4원 혼합물 또는 합금을 포함하는, 상술한 임의의 것을 포함하는 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 양자점은 예컨대, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb, AlS, AlP, AlAs, PbS, PbSe, Ge, Si, CuInS2, CuInSe2, MgS, MgSe, MgTe등과 같은 것들 및 이들의 조합이 될 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 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.
100,173: 발광 소자 300: 광학 렌즈
302,304: 바닥면 310: 제1입사면
312: 제2입사면 314: 제3입사면
315: 리세스 332,334: 전반사면
340: 제1출사면 342: 제2출사면
344: 제3출사면 171,400: 회로 기판

Claims (15)

  1. 투명한 몸체 하부에 바닥 면으로부터 오목한 리세스;
    상기 리세스의 상면에 제1입사면, 상기 리세스의 양 측면에 서로 대응되는 제2입사면과 제3입사면을갖는 복수의 입사면;
    상기 몸체의 서로 반대 측면에 배치된 제1전반사면 및 제2전반사면; 및
    상기 몸체의 상부 센터에 제1출사면, 상기 제1출사면의 양측에 제2출사면 및 제3출사면을 포함하며,
    상기 제1출사면은 볼록한 곡면을 가지며,
    상기 제2출사면은 볼록한 곡면을 가지며,
    상기 제3출사면은 오목한 곡면을 가지는 광학 렌즈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 리세스의 바닥 중심에 수직한 중심 축을 기준으로 상기 제1입사면은 비대칭 형상을 가지며,
    상기 중심 축을 기준으로 상기 제2입사면과 및 상기 제3입사면이 서로 비대칭 형상을 갖는 광학 렌즈.
  3. 제2항에 있어서, 상기 리세스의 바닥 중심에 수직한 중심 축을 기준으로 상기 제1출사면은 비대칭 형상을 가지며,
    상기 중심 축을 기준으로 상기 제2출사면 및 상기 제3출사면은 서로 비대칭 형상을 갖는 광학 렌즈.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1입사면은 상기 리세스 바닥 방향으로 볼록한 곡면을 가지며,
    상기 제2,3입사면은 오목한 곡면을 가지는 광학 렌즈.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1출사면의 중심은 상기 리세스의 바닥 중심에 수직한 중심 축으로부터 이격된 광학 렌즈.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1입사면과 상기 제2입사면 사이의 경계 지점은 상기 제1입사면과 상기 제3입사면 사이의 경계 지점보다 높게 배치되는 광학 렌즈.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제1출사면과 상기 제2출사면 사이의 경계 지점은 상기 제1출사면과 상기 제3출사면 사이의 경계 지점보다 높게 배치되는 광학 렌즈.
  8. 내부에 오픈 영역을 갖는 하우징;
    상기 하우징의 오픈 영역에 광학 부재;
    상기 하우징 상에 복수의 발광 소자 및 상기 복수의 발광 소자가 배치된 회로 기판을 갖는 발광 모듈;
    상기 발광 모듈의 광 출사측에 광학 렌즈;
    상기 광학 렌즈 상에 상부 커버를 가지며,
    상기 광학 렌즈는,
    투명한 몸체 하부에 바닥 면으로부터 오목하며 제1축 방향의 너비보다 긴 길이를 갖는 리세스;
    상기 리세스의 상면에 제1입사면, 상기 리세스의 양 측면에 서로 대응되는 제2입사면과 제3입사면을갖는 복수의 입사면;
    상기 몸체의 서로 반대 측면에 배치된 제1전반사면 및 제2전반사면; 및
    상기 몸체의 상부 센터에 제1출사면, 상기 제1출사면의 양측에 제2출사면 및 제3출사면을 포함하며,
    상기 제1출사면은 볼록한 곡면을 가지며,
    상기 제2출사면은 볼록한 곡면을 가지며,
    상기 제3출사면은 오목한 곡면을 가지는 조명 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 광학 부재는 원 형상이며,
    상기 광학 렌즈는 곡률을 갖는 곡면으로 형성되는 조명 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 광학 렌즈는 상기 제1,2,3출사면으로 출사된 광이 상기 상부 커버의 서로 다른 영역에 조사되는 조명 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 상부 커버는 반사 재질을 포함하는 조명 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 발광 모듈의 후방에 방열 프레임을 포함하는 조명 장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 리세스의 바닥 중심에 수직한 중심 축을 기준으로 상기 제1입사면 및 제1출사면은 비대칭 형상을 가지고,
    상기 중심 축을 기준으로 상기 제2입사면 및 제3입사면은 서로 비대칭 형상을 가지며,
    상기 중심 축을 기준으로 상기 제2출사면 및 제3출사면은 서로 비대칭 형상을 갖는 조명 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1입사면은 상기 리세스 바닥 방향으로 볼록한 곡면을 가지며,
    상기 제2,3입사면은 오목한 곡면을 가지며,
    상기 제1출사면의 중심은 상기 리세스의 바닥 중심에 수직한 중심 축으로부터 이격된 조명 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 제1입사면과 상기 제2입사면 사이의 경계 지점은 상기 제1입사면과 상기 제3입사면 사이의 경계 지점보다 높게 배치되며,
    상기 제1출사면과 상기 제2출사면 사이의 경계 지점은 상기 제1출사면과 상기 제3출사면 사이의 경계 지점보다 높게 배치되는 조명 장치.
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