KR100692432B1 - Side emitting lens and light emitting element - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광학 렌즈 및 이를 이용한 발광 소자에 관한 것으로서, 몸체와, 상기 몸체의 중심축에 대해 전반사 기울기를 갖는 전반사면과, 상기 몸체의 중심축과 수직 또는 수평한 축방향으로 연장된는 직선형 면과 하향 연장되는 곡선형 면을 포함하는 렌즈와 이를 이용한 발광 다이오드를 제공한다. 이와 같이 본 발명은 내부 전반사면과, 내부 전반사면의 중심축과 수직 또는 수평한 축 방향으로 형성되는 직선형의 면 및 곡선형의 면을 갖는 렌즈를 통해 발광 칩의 전면으로 방사되는 광을 측면으로 유도할 수 있다. 또한, 렌즈 가장자리에 중심축에 대하여 수직 또는 수평한 축방향으로 형성되는 직선형의 면과 곡선형의 면을 형성함으로 렌즈의 제조공정이 쉬워지고, 이로 인해 렌즈 제작시 불량율을 줄일 수 있고, 렌즈의 제작 단가를 줄일 수 있다. The present invention relates to an optical lens and a light emitting device using the same, a body, a total reflection surface having a total reflection inclination with respect to the central axis of the body, and a straight surface extending in an axial direction perpendicular or horizontal to the central axis of the body; Provided are a lens including a curved surface extending downward and a light emitting diode using the same. As described above, the present invention provides a side view of light emitted to the front surface of the light emitting chip through a lens having an internal total reflection surface and a straight surface and a curved surface formed in an axial direction perpendicular or horizontal to the central axis of the internal total reflection surface. Can be induced. In addition, by forming a straight surface and a curved surface formed in the axial direction vertical or horizontal with respect to the central axis on the lens edge, the manufacturing process of the lens is facilitated, thereby reducing the defective rate when manufacturing the lens, Production cost can be reduced.
Description
도 1a 및 도 1b는 종래의 발광 소자의 단면도.1A and 1B are cross-sectional views of a conventional light emitting device.
도 2는 임계각을 설명하기 위한 개념도. 2 is a conceptual diagram for explaining a critical angle.
도 3a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 소자의 단면도.3A is a cross-sectional view of a light emitting device according to a first embodiment of the present invention.
도 3b는 제 1 실시예에 따른 렌즈의 사시도. 3B is a perspective view of a lens according to the first embodiment;
도 4는 제 1 실시예에 따른 내부 전반사 렌즈의 동작을 설명하기 위한 개념도.4 is a conceptual view for explaining the operation of the total internal reflection lens according to the first embodiment;
도 5는 제 1 실시예에 따른 발광 소자의 시뮬레이션 결과그래프이다. 5 is a graph showing simulation results of the light emitting device according to the first embodiment.
도 6a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광 소자의 단면도.6A is a cross-sectional view of a light emitting device according to a second embodiment of the present invention.
도 6b는 제 2 실시예에 따른 렌즈의 사시도. 6B is a perspective view of a lens according to the second embodiment;
도 7은 제 2 실시예에 따른 내부 전반사 렌즈의 동작을 설명하기 위한 개념도.7 is a conceptual view for explaining the operation of the total internal reflection lens according to the second embodiment.
도 8은 제 2 실시예에 따른 발광 소자의 시뮬레이션 결과그래프. 8 is a graph of simulation results of a light emitting device according to a second embodiment;
도 9a는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 발광 소자의 단면도.9A is a sectional view of a light emitting device according to a third embodiment of the present invention;
도 9b는 제 3 실시예에 따른 렌즈의 사시도. 9B is a perspective view of a lens according to the third embodiment;
도 10은 제 3 실시예에 따른 내부 전반사 렌즈의 동작을 설명하기 위한 개념도.10 is a conceptual view for explaining the operation of the total internal reflection lens according to the third embodiment;
도 11은 제 3 실시예에 따른 발광 소자의 시뮬레이션 결과그래프. 11 is a graph of simulation results of a light emitting device according to a third embodiment;
도 12a는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 발광 소자의 단면도.12A is a sectional view of a light emitting device according to a fourth embodiment of the present invention.
도 12b는 제 4 실시예에 따른 렌즈의 사시도. 12B is a perspective view of a lens according to the fourth embodiment;
도 13은 제 4 실시예에 따른 내부 전반사 렌즈의 동작을 설명하기 위한 개념도.FIG. 13 is a conceptual diagram for explaining an operation of an internal total reflection lens according to the fourth embodiment; FIG.
도 14는 제 4 실시예에 따른 발광 소자의 시뮬레이션 결과그래프. 14 is a graph of simulation results of a light emitting device according to a fourth embodiment;
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10, 100 : 기판 11, 110 : 발광 칩10, 100:
12, 120 : 렌즈 14 : 반사판12, 120: Lens 14: Reflector
121 : 전반사면 122 : 측면121: total slope 122: side
본 발명은 측면 발광용 렌즈 및 이를 구비하는 발광 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내부 전반사를 이용한 측면 발광용 렌즈 및 이를 구비하는 발광 소자에 관한 것이다. The present invention relates to a side light emitting lens and a light emitting device having the same, and more particularly to a side light emitting lens using a total internal reflection and a light emitting device having the same.
일반적으로 발광 소자(Light emitting diode; LED)는 반도체의 p-n 접합구조를 이용하여 주입된 소수캐리어(전자 또는 양공)를 만들어내고, 이들의 재결합에 의하여 발광되는 현상을 이용한 소자이다. 종래에는 발광 소자가 발광할 수 있는 파장대가 적색과 녹색으로 한정되어 그 응용 분야가 제한적이었으나, 기술의 발달로 인해 청색 발광은 물론, 다양한 파장대의 발광이 가능하게 되어 발광 소자의 응용분야가 넓어지게 되었다. 특히 백색 발광이 실현됨에 따라 조명용 소자는 물론 액정을 이용한 표시 소자의 배면 광원 소자로도 그 사용이 확대되고 있다. In general, a light emitting diode (LED) is a device using a phenomenon in which a small number of carriers (electrons or holes) are injected by using a p-n junction structure of a semiconductor and emit light by recombination thereof. Conventionally, the wavelength range in which a light emitting device can emit light is limited to red and green colors, and its application field is limited. However, due to the development of technology, the light emitting device can emit light in various wavelength ranges, thereby broadening the application field of the light emitting device. It became. In particular, as the white light emission is realized, its use has been extended not only to the lighting device but also to the back light source device of the display device using the liquid crystal.
그러나 발광 소자가 방출하는 광의 방향이 랜덤하기 때문에 조명용 소자 및 배면 광원 소자로서 사용되기 위해서는 광을 목표로 하는 방향으로 유도하여야 한다. 종래에는 이러한 광의 유도를 위해 도 1a에 도시된 바와 같이 기판(10)상에 발광 칩(11)을 실장하고, 발광 칩(11)을 볼록 렌즈(12) 형상으로 봉지하고, 그 표면에 난반사를 위한 패턴(13)을 형성하여 광을 넓게 분산시켰고, 도 1b에 도시된 바와 같이 발광 칩(11)의 양측 영역에 반사컵(14)을 형성하여 광의 집중을 강화하였다. 상술한 발광 소자는 측면 방향보다 전면 방향으로의 광 방출이 많기 때문에, 측면 방향으로 넓게 광을 발산하여야 하는 배면 광원 소자로 적용하기 어려운 문제가 있다. However, since the direction of light emitted by the light emitting device is random, in order to be used as an illuminating device and a back light source device, the light must be directed in a target direction. Conventionally, in order to induce such light, the
이에 따라, 광의 내부 전반사(Total Internal Reflection; TIR) 특징을 이용하여 측면 방향으로 광을 방출할 수 있는 소자의 개발이 활발히 진행되고 있다. 이러한, TIR 특징을 가지는 종래의 렌즈는 미국 공개 특허 제6,679,621호에 개시되어 있다. 상기에서의 렌즈는 그 상부에 형성되고 소정의 기울기를 갖는 전반사면과, 전반사면에 의해 반사된 광이 외부로 방출되는 각기 다른 기울기를 갖는 다수의 굴절면을 포함한다. 이러한 종래의 렌즈는 전반사면의 좌우로 다수의 굴절면을 형성하기 때문에 렌즈의 제조 공정이 복잡해지고, 그 제작 단가가 상승되는 문제가 있다. 즉, 금형을 이용하여 렌즈를 제작할 경우에는 상하 좌우로 4벌의 금형이 요구되고, 캐스팅이나 연마 방법으로 제작할 경우에도 형태상의 복잡성으로 인해 제작이 용이하지 않은 문제가 있다. Accordingly, the development of devices capable of emitting light in the lateral direction by using the Total Internal Reflection (TIR) feature of the light is being actively progressed. Such conventional lenses with TIR features are disclosed in US Pat. No. 6,679,621. The lens in the above includes a total reflection surface formed thereon and having a predetermined slope, and a plurality of refractive surfaces having different inclinations from which light reflected by the total reflection surface is emitted to the outside. Since the conventional lens forms a plurality of refractive surfaces to the left and right of the total reflection surface, the manufacturing process of the lens is complicated, and the manufacturing cost thereof increases. That is, when manufacturing a lens using a mold, four molds are required up, down, left, and right, and even when manufactured by a casting or polishing method, there is a problem in that manufacturing is not easy due to the complexity of the shape.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 전반사 기울기를 갖는 내부 전반사면과 이로부터 연장되는 적어도 하나 이상의 직선형 면 및 곡선형 면을 갖는 렌즈를 통해 측면 발광이 가능하고, 그 제작 공정이 용이하고, 제작 비용을 감소시킬 수 있는 렌즈 및 발광 소자를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. Therefore, in order to solve the above problems, side light emission is possible through an internal total reflection surface having a total reflection inclination and a lens having at least one straight surface and a curved surface extending therefrom, and the manufacturing process thereof is easy. It is an object of the present invention to provide a lens and a light emitting device capable of reducing manufacturing costs.
본 발명에 따른 몸체와, 상기 몸체의 중심축에 대해 전반사 기울기를 갖고 중심부에 위치된 전반사면과, 상기 전반사면의 주연부에서 절곡되어 형성되는 직선형 면 및 상기 직선형 면의 주연부에서 연장 형성되는 곡선형 면을 포함하는 렌즈를 제공한다. Body according to the present invention, a total reflection surface positioned at the center having a total reflection inclination with respect to the central axis of the body, a straight surface formed by bending at the periphery of the total reflection surface and a curved shape extending from the peripheral portion of the straight surface Provided is a lens comprising a face.
또한, 본 발명에 따른 몸체와, 상기 몸체의 중심축에 대해 전반사 기울기를 갖고 중심부에 위치된 전반사면과, 상기 전반사면의 주연부에서 연장 형성되는 곡 선형 면 및 상기 곡선형 면의 주연부에서 절곡되어 형성되는 직선형 면을 포함하는 렌즈를 포함한다. In addition, the body according to the invention, the total reflection surface is located at the center having a total reflection inclination with respect to the central axis of the body, and bent at the periphery of the curved linear surface and the curved surface extending from the periphery of the total reflection surface It includes a lens comprising a straight surface formed.
상기 곡선형 면은 타원형으로, 타원의 단축과 장축의 비가 1:4 이하이다. 상기 직선형 면은 1회 이상 절곡된다. 상기 몸체의 굴절율은 1.2 내지 2.0이다. The curved surface is elliptical, and the ratio of the short axis and the long axis of the ellipse is 1: 4 or less. The straight surface is bent one or more times. The refractive index of the body is 1.2 to 2.0.
여기서, 상기 전반사면은, 소정의 기울기를 갖는 단면이 브이(V)자 형 홈 형상의 제 1 전반사면 및 상기 제 1 전반사면의 주연부에서 상향 연장되어 상기 중심축에 대해 상기 제 1 전반사면보다 큰 구배를 갖도록 경사지게 형성된 제 2 전반사면을 포함한다. Here, the total reflection surface has a cross section having a predetermined slope extending upwardly from the first total reflection surface of the V-shaped groove shape and the periphery of the first total reflection surface than the first total reflection surface with respect to the central axis. And a second total reflection surface inclined to have a large gradient.
또한, 본 발명에 따른 기판과, 상기 기판 상에 실장된 발광 칩 및 상기 발광 칩을 봉지하며 중심에 전반사 기울기를 갖는 전반사면과, 상기 전반사면의 주연부에서 절곡되어 형성되는 직선형 면과, 상기 직선형 면의 주연부에서 연장 형성되는 곡선형 면을 포함하는 렌즈를 포함하는 발광 소자를 제공한다. In addition, a substrate according to the present invention, a light emitting chip mounted on the substrate and the light emitting chip, a total reflection surface having a total reflection inclination at the center, a straight surface formed by bending at the periphery of the total reflection surface, and the straight type Provided is a light emitting device comprising a lens including a curved surface extending from the periphery of the surface.
또한, 본 발명에 따른 기판과, 상기 기판 상에 실장된 발광 칩 및 상기 발광 칩을 봉지하며 중심에 전반사 기울기를 갖는 전반사면과, 상기 전반사면의 주연부에서 연장 형성되는 곡선형 면과 상기 곡선형 면의 주연부에서 절곡되어 형성되는 직선형 면을 포함하는 렌즈를 포함하는 발광 소자를 제공한다. In addition, the substrate according to the present invention, the light emitting chip mounted on the substrate and the light emitting chip and the total reflection surface having a total reflection slope in the center, a curved surface extending from the periphery of the total reflection surface and the curved shape Provided is a light emitting device including a lens including a straight surface formed by bending at a peripheral portion of the surface.
상기 곡선형 면은 타원형으로, 타원의 단축과 장축의 비가 1:4 이하인 렌즈를 포함한다. 상기 직선형 면은 1회 이상 절곡되는 것을 특징으로 하는 렌즈를 포함한다. The curved surface is elliptical and includes a lens having a ratio of an elliptic short axis and a long axis of 1: 4 or less. The straight surface includes a lens, which is bent at least once.
여기서, 몸체의 굴절율이 1.2 내지 2.0인 렌즈를 포함한다. Here, the lens includes a lens having a refractive index of 1.2 to 2.0.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention in more detail. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, and to those skilled in the art to fully understand the scope of the invention. It is provided to inform you. Like numbers refer to like elements in the figures.
도 2는 임계각을 설명하기 위한 개념도이다. 2 is a conceptual diagram for explaining a critical angle.
도 2를 참조하면, 임계각이란 굴절률이 큰 물질(n1)에서 작은 물질(n2)로 광이 입사할 때, 그 이상의 더 큰 각도에서는 전반사가 일어나게 되는 입사각(θc)의 값을 지칭한다. 즉, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 광이 다른 매질(n2<n1)을 만나 굴절할 경우, 굴절각이 90도가 되는 입사각을 임계각이라고 지칭하고, 이때 입사각은 법선을 기준으로 측정한 각도(θc1)를 지칭한다. 입사각이 임계각보다 크면 전반사를 하게 된다. Referring to FIG. 2, the critical angle refers to the value of the incident angle θc at which total reflection occurs at a larger angle when light is incident from the material n1 having a large refractive index to the small material n2. That is, as shown in (a) of FIG. 2, when light meets and refracts another medium n2 <n1, the incident angle at which the refractive angle is 90 degrees is referred to as a critical angle, and the incident angle is an angle measured based on a normal line. (θc1). If the angle of incidence is greater than the critical angle, total reflection occurs.
이에 본 발명은 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 굴절률이 다른 두 매질(n2<n1)에 있어서, 일 매질(n1)에서 타 매질(n2)로 광이 수직하게 입사될 경우, 일 매질(n1)의 경계면이 소정의 기울기를 갖게 된다면, 입사되는 광과 경계면에 수직한 법선이 이루는 각이 임계각(θc2>θc1)보다 크게 된다. 이로인해 광은 일 매질(n1)을 투과하여 타 매질(n2)로 진행하지 못하고, 일 매질(n1) 내부로 반사하게 된다. 이러한 광의 전반사 현상을 이용하면 광이 투과되지 못하고 반사하게 된다. 여기서, 일 매질로는 렌즈와 같이 투광성이 우수한 물질을 사용하고, 타 매질은 예 를 들어 공기가 될 수 있다. Accordingly, in the present invention, as shown in (b) of FIG. 2, when two media (n2 < n1) having different refractive indices are incident vertically from one medium (n1) to another (n2), one medium If the boundary surface of n1 has a predetermined slope, the angle formed by the incident light and the normal perpendicular to the boundary surface becomes larger than the critical angle θc2> θc1. As a result, the light does not penetrate the medium n1 and proceed to the other medium n2, but is reflected inside the medium n1. When the total reflection phenomenon of light is used, the light is not transmitted but reflects. Here, as one medium, a material having excellent light transmittance such as a lens may be used, and the other medium may be, for example, air.
이러한 광학적 성질을 이용하여 발광 칩에서 출사되는 광 중, 칩의 중심 즉, 렌즈의 중심으로 출사되는 광은 전반사 현상에 의해 측면으로 유도되고, 칩의 측방으로 출사되는 광은 직선형의 면과 곡선형의 면을 통해 굴절되어 측면으로 유도할 수 있는 다수의 굴절면을 갖는 렌즈와 발광 소자에 관해 하기에서 설명한다. By using this optical property, the light emitted from the light emitting chip, which is emitted toward the center of the chip, that is, the lens, is guided to the side by the total reflection phenomenon, and the light emitted to the side of the chip is linear and curved. A lens and a light emitting device having a plurality of refracting surfaces which are refracted through the surface of and can be induced to the side will be described below.
<실시예 1><Example 1>
도 3a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이고, 도 3b는 제 1 실시예에 따른 렌즈의 사시도이다. 도 4는 제 1 실시예에 따른 내부 전반사 렌즈의 동작을 설명하기 위한 개념도이고, 도 5는 제 1 실시예에 따른 발광 소자의 시뮬레이션 결과 그래프이다. 3A is a cross-sectional view of a light emitting device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a perspective view of a lens according to the first embodiment. 4 is a conceptual diagram illustrating an operation of the total internal reflection lens according to the first embodiment, and FIG. 5 is a graph of a simulation result of the light emitting device according to the first embodiment.
도 3a, 도 3b 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 소자는 기판(100)과, 기판(100)상에 실장된 발광 칩(110)과, 발광 칩(110)을 봉지하며, 중심축(x) 방향에 대해 기울기를 갖는 단면이 브이(V)자 형상인 제 1 전반사면(121a)과, 상기 제 1 전반사면(121a)의 기울기보다 완만한 기울기를 갖는 제 2 전반사면(121b)과, 상기 중심축(x)과 수직한 방향으로 상기 제 2 전반사면의 주연부에서 연장된 직선형 제 1 면(122a)과, 상기 직선형 제 1 면(122a)의 주연부에서 하향 연장된 곡선형 제 2 면(122b)을 갖는 렌즈를 포함한다. 3A, 3B, and 4, the light emitting device according to the present embodiment encapsulates the
먼저, 상술한 본 실시예의 렌즈에 관해 먼저 살펴보면 다음과 같다. First, the lens of the present embodiment described above will be described first.
도 3a에 도시된 바와 같이 제 1 전반사면(121a)은 발광 칩(110) 상부에 브이(V)자 형 홈으로 형성되고, 제 2 전반사면(121b)은 홈에서 상향 연장되어 중심축 (x)에 대해 제 1 전반사보다 큰 구배를 갖도록 경사지게 형성된다. 한편, 직선형 제 1 면(122a)은 발광 칩(110)이 실장되는 기판(100)과 수평한 직선형으로 형성되고, 곡선형 제 2 면(122b)은 제 1 면(122a)에서 연장되어 하향 라운딩된 곡선형으로 형성한다. 물론 제 1 면(122a)은 렌즈(120)의 하부면과 수평하게 형성될 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 면(122a, 122b)은 렌즈의 가장자리로 유도된 광을 렌즈의 측면으로 굴절시키는 면을 지칭한다. As shown in FIG. 3A, the first
상기에서 전체 렌즈(120)의 직경을 1로 하였을 경우, 제 1 전반사면(121a)은 상기 렌즈(120)의 중심 형성되고, 제 1 전반사면(121a)의 최대 직경은 1/12 내지 1/6이고, 제 2 전반사면(121b)은 상기 제 1 전반사면(121a)을 감싸는 형상으로 형성되고, 그 최대 직경은 1/7 내지 1/3이며, 제 1 면(122a)은 제 2 전반사면(121b)을 감싸는 원형 띠 형태로 형성되고, 그 최대 직경은 1/5 내지 2/3이며, 제 2 면(122b)은 전체 렌즈(120)의 직경과 동일하다. 여기서, 원형 띠 형태의 제 1 면(122a)의 폭은 렌즈 직경의 1/16 내지 1/8이다. 또한, 렌즈(120)의 높이를 1로 하였을 경우 제 1 전반사면(121a)의 높이는 1/6 내지 1/2이고, 제 2 전반사면(121b)의 높이는 1/6 내지 1/2이다. When the diameter of the
제 2 면(122b)은 도 3a에서와 같이 타원형으로 형성되고, 타원의 단축과 장축의 비가 1:4 이하의 범위 내로 이루어진다. 즉, 이는 원형일 수도 있다. The
이때, 전반사면(121a, 121b)의 기울기는 앞서 설명한 바와 같이 전반사면과 발광 칩(110)에서 발광되어 전반사면에 입사된 광이 이루는 각이 임계각보다 큰 각이 되도록 한다. 즉, 임계각은 렌즈(120)의 굴절율에 따라 달라지므로 본 실시예에 서의 렌즈(120)는 굴절율이 1.2 내지 2.0인 물질을 사용하여, 임계각이 30 내지 60도가 되도록 한다.At this time, the inclination of the
이와 같이 전반사면(121a, 121b)으로 입사되는 광과 전반사면이 이루는 각이 임계각 이상이 되도록 하기 위해 본 실시예에서는 제 1 전반사면(121a)의 기울기를 30 내지 89도로 하고, 제 2 전반사면(121b)의 기울기를 20 내지 60도로 한다. 이때, 상기의 기울기는 제 1 및 제 2 전반사면(121a, 121b)과 하부 기판(100)과의 이루는 각을 지칭한다. 바람직하게는 제 1 전반사면(121a)의 기울기를 40 내지 70도로 하고, 제 2 전반사면(121b)의 기울기를 30 내지 50도로 한다. 또한, 제 1 면(122a)은 기울기가 10도 이하로 형성하는 것이 바람직하고, 앞서 설명에선 그 기울기가 0인 평행한 상태를 설명하였다. In this embodiment, the inclination of the first
이를 통해, 도 4에 도시된 바와 같이 광원(발광칩)으로부터 제 1 및 제 2 전반사면(121a, 121b)으로 조사된 광(R2, R3)은 전반사되어, 라운딩된 제 2 면(122b)을 통해 y축 방향으로 광이 출사된다. 제 1 및 제 2 면(122a, 122b)으로 조사된 광(R4, R1)은 굴절되어 y축방향으로 광이 출사된다. As a result, as illustrated in FIG. 4, the light R2 and R3 irradiated from the light source (light emitting chip) to the first and second
이와 같이 본 발명의 렌즈(120)는 중심부에 각기 다른 기울기를 갖는 전반사면을 갖고, 가장자리에 수평형 면과 라운딩된 면을 갖도록 형성하여 도 5에 도시된 바와 같이 광도의 피크값이 ±83도에서 ±10도 범위 내에 위치한다. As described above, the
도 5에서는, 굴절율이 1.5인 렌즈(120)를 사용하였고, 제 1 전반사면(121a)과 발광 칩(110)으로부터 방출되는 광이 이루는 각이 임계각보다 큰 약 50도가 되도록하고, 제 2 전반사면(121b)과 발광 칩(110)으로부터 방출되는 광이 이루는 각 이 약 43도가 되도록 한 후, 발광 칩(110)이 위치한 영역을 기준으로 +90도에서 -90도의 범위 내에서의 광의 강도를 시뮬레이션하여 그 결과를 그래프로 나타내었다. 도 5의 그래프에서와 같이 ±83도 근방에서 그 강도가 가장 높다. 즉, +83도에서 그 강도가 약 0.97 정도이고, -83도에서는 그 강도가 약 0.94 정도이다. 또한, ±40도 내에서의 광의 강도가 0.2 이하이다.In FIG. 5, the
이는 제 1 및 제 2 전반사면(121a, 121b)을 통해 전반사된 광과 제 1 및 제 2 면(122a, 122b)을 통해 굴절된 광이 발광 소자의 측면 방향으로 진행하기 때문이다.This is because light totally reflected through the first and second
상술한 본 발명의 렌즈(120)는 사출 금형공정을 통해 제작할 수도 있고, 타원곡면을 갖는 렌즈(120)의 상부 면을 연마 공정을 통해 연마하여 제작할 수도 있다. 이와 같은 제작 방법을 통해 본 발명의 렌즈를 제작할 경우, 수평한 직선형 면과 타원형의 곡선형 면으로 이루어지기 때문에 제작이 쉬워지며, 이에 따라 불량률이 감소되고 제작비용을 감소시킬 수 있다. 이뿐만 아니라, 앞서 설명한 종래의 기술에서는 다수의 굴절면이 일정한 거리에 따르는 기울기를 가지므로 그 사이즈가 커지게 되지만, 이에 반하여 본 발명은 이중의 굴절면을 갖고 그 형상이 수평형 및 타원형으로 형성되기 때문에 측면 발광의 효과는 늘리면서 그 사이즈는 작게 제작할 수 있다. 또한, 종래의 기술에서는 굴절면이 중심축 방향으로 파고 들어가는 형상이지만 본 발명의 렌즈의 굴절면은 전반사면의 주연부에서 외측으로 연장 형성된 형상이다. The
상기의 발광 칩(110)으로는 PN접합을 통해 발광하는 모든 형태의 발광 칩을 사용할 수 있음을 물론 다수 개의 발광 칩이 기판 상에 실장될 수도 있다.As the
상기 발광 칩(110)이 실장되는 기판(100)은 전극이 패터닝된 PCB기판 또는 히트 싱크가 삽입된 기판 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 상기의 발광 칩(110) 상부에는 형광체를 포함할 수 있다. The
본 발명에서는 발광 칩이 렌즈에 의해 밀봉되는 가장 바람직한 실시예를 설명하였지만 발광 칩과 렌즈의 사이에 일정 공간(미도시)이 형성될 수도 있으며, 이때 상기의 공간 내에서 채워지는 물질은 굴절율이 1.2 내지 2.0인 물질에서 선택될 수 있으며, 예를 들어 에폭시/실리콘수지, 공기/다른가스(예를 들면 질소)로 채워지거나 진공일 수 있으며 여기에 형광체를 더 포함할 수 있다. In the present invention, the most preferred embodiment in which the light emitting chip is sealed by the lens has been described, but a certain space (not shown) may be formed between the light emitting chip and the lens, and the material filled in the space has a refractive index of 1.2. It may be selected from a material that is from 2.0 to 2.0, for example filled with epoxy / silicon resin, air / other gas (for example nitrogen), or may be a vacuum, and may further include a phosphor.
또한, 상기의 렌즈는 직선형의 면과 이로부터 연장된 곡선형의 면을 포함하지만 이에 한정되지 않고 다양한 형상으로 변형가능하다. 즉, 곡선형의 면으로부터 연장된 다수의 직선형 면일 수 있으며, 이에 더하여, 또한, 직선형 면이 절곡될 수도 있다. 하기에서는 곡선형 면에서 연장되고 1번 절곡된 직선형 면을 갖는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광용 렌즈와 발광 소자에 관해 설명한다. In addition, the lens includes a straight surface and a curved surface extending therefrom, but is not limited thereto, and may be modified into various shapes. That is, it may be a plurality of straight faces extending from the curved face, and in addition, the straight face may be bent. Hereinafter, a light emitting lens and a light emitting device according to a second exemplary embodiment of the present invention having a straight surface extending from a curved surface and bent once.
<실시예2>Example 2
도 6a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이고, 도 6b는 제 2 실시예에 따른 렌즈의 사시도이다. 도 7은 제 2 실시예에 따른 내부 전반사 렌즈의 동작을 설명하기 위한 개념도이고, 도 8은 제 2 실시예에 따른 발광 소자의 시뮬레이션 결과 그래프이다. 6A is a cross-sectional view of a light emitting device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a perspective view of a lens according to the second embodiment. FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating the operation of the total internal reflection lens according to the second embodiment, and FIG. 8 is a graph showing simulation results of the light emitting device according to the second embodiment.
도 6a, 도 6b 및 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 소자는 기판(100) 과, 기판(100)상에 실장된 발광 칩(110)과, 발광 칩(110)을 봉지하며, 중심축(x)에 대해 소정의 기울기를 갖는 단면이 브이(V)자 형상의 제 1 전반사면(121a)과 제 1 전반사면(121a)의 기울기보다 완만한 기울기를 갖는 제 2 전반사면(121b)과, 상기 제 2 전반사면(121b)의 주연부에서 하향 연장된 곡선형의 제 1 면(122a)과, 상기 중심축(x)과 수직 방향으로 상기 제 1 면(122a)의 주연부에서 연장된 직선형의 제 2 면(122b)과, 상기 중심축(x)과 수평 방향으로 제 2 면(122b)의 주연부에서 연장된 직선형의 제 3 면(122c)을 갖는 렌즈(120)를 포함한다. 6A, 6B, and 7, the light emitting device according to the present embodiment encapsulates the
먼저, 상술한 본 실시예의 렌즈에 관해 먼저 살펴보면 다음과 같다. First, the lens of the present embodiment described above will be described first.
도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 상기에서 전체 렌즈(120)의 직경을 1로 하였을 경우, 제 1 전반사면(121a)은 상기 렌즈(120)의 중심 형성되고, 제 1 전반사면(121a)의 최대 직경은 1/12 내지 1/6이고, 제 2 전반사면(121b)은 상기 제 1 전반사면(121a)을 감싸는 형상으로 형성되고, 그 최대 직경은 1/7 내지 1/3이다. 그리고, 제 1 면(122a)은 제 2 전반사면(121b)을 감싸는 타원 형태로 형성되고, 그 최대 직경은 1/2 내지 7/8이며, 제 2 및 제 3 면(122b, 122c)의 최대 직경은 전체 렌즈(120)의 직경과 동일하다. 여기서, 제 2 면(122b)의 폭은 렌즈 직경의 1/16 내지 1/8이다. As shown in FIGS. 6A and 6B, when the diameter of the
또한, 렌즈(120)의 높이를 1로 하였을 경우에 제 1 전반사면(121a)의 높이는 1/12 내지 1/6이고, 제 2 전반사면(121b)의 높이는 1/12 내지 1/6이며, 제 1 면(122a)의 높이는 1/4 내지 3/4이며, 제 3 면(122c)의 높이는 1/4 내지 3/4이다. 여기서, 제 1 면(122a)은 도면에서와 같이 타원형으로 형성되고, 타원의 단축과 장 축의 비가 1:4 이하의 범위 내로 이루어진다. 즉, 이는 원형일 수도 있다. In addition, when the height of the
이를 통해, 도 7에 도시된 바와 같이 광원(발광칩)으로부터 제 1 및 제 2 전반사면(121a, 121b)으로 조사된 광(R4, R5)은 전반사되어, 라운딩되어 제 1 면(122a)을 통해 y축 방향으로 광이 출사된다. 제 1, 2 및 3 면(122a, 122b, 122c)으로 조사된 광(R3, R2, R1)은 굴절되어 y축 방향으로 출사된다. As a result, as illustrated in FIG. 7, the light R4 and R5 irradiated from the light source (light emitting chip) to the first and second
이와 같이 본 발명의 렌즈(120)는 중앙부에 각기 다른 기울기를 갖는 전반사면을 갖고, 가장자리에 라운딩형, 수평형 및 수직형 면을 갖도록 형성하여 도 8에 도시된 바와 같이 광도의 피크값이 ±64도에서 ±10도 범위 내에 위치한다. As described above, the
도 8에서는 굴절율이 1.5인 렌즈(120)를 사용하였고, 제 1 전반사면(121a)과 발광 칩(110)으로부터 방출되는 광이 이루는 각이 임계각보다 큰 약 50도가 되도록하고, 제 2 전반사면(121b)과 발광 칩(110)으로부터 방출되는 광이 이루는 각이 약 43도가 되도록 한 후, 발광 칩이 위치한 영역을 기준으로 +90도에서 -90도의 범위내에서의 광의 강도를 시뮬레이션하여 그 결과를 그래프로 나타내었다. In FIG. 8, the
도 8의 그래프에서와 같이 ±64도 근방에서 그 강도가 가장 높다. 즉, +64도에서 그 강도가 약 0.99 정도이고, -64도에서는 그 강도가 약 0.98 정도이다. 또한, ±40도 내에서의 광의 강도가 0.2 이하이다.As shown in the graph of Fig. 8, the intensity is the highest near ± 64 degrees. That is, the intensity is about 0.99 at +64 degrees, and about 0.98 at -64 degrees. In addition, the intensity of light within ± 40 degrees is 0.2 or less.
이는 앞서 설명한 바와 같이 제 1 및 제 2 전반사면(121a, 121b)을 통해 전반사된 광과 제 1 내지 제 3 면(122a, 122b, 122c)을 통해 굴절된 광이 발광 소자의 측면 방향으로 진행하기 때문이다.As described above, the light totally reflected through the first and second
이하 렌즈의 제작 방법과 발광 소자는 앞서 설명한 실시예와 동일함으로 생 략한다. Hereinafter, the method of manufacturing the lens and the light emitting device will be omitted because they are the same as in the above-described embodiment.
하기에서는, 2번 절곡된 직선형의 면과 이로부터 연장된 곡선형의 면을 갖는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 측면 발광용 렌즈와 발광 소자에 관해 설명한다. In the following, a side light emitting lens and a light emitting device according to a third embodiment of the present invention having a straight surface bent twice and a curved surface extending therefrom will be described.
<실시예3>Example 3
도 9a는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이고, 도 9b는 제 3 실시예에 따른 렌즈의 사시도이다. 도 10은 제 3 실시예에 따른 내부 전반사 렌즈의 동작을 설명하기 위한 개념도이고, 도 11은 제 3 실시예에 따른 발광 소자의 시뮬레이션 결과 그래프이다. 9A is a cross-sectional view of a light emitting device according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 9B is a perspective view of a lens according to the third embodiment. FIG. 10 is a conceptual diagram illustrating an operation of the total internal reflection lens according to the third embodiment, and FIG. 11 is a graph showing a simulation result of the light emitting device according to the third embodiment.
도 9a, 도 9b 및 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 소자는 기판(100)과, 기판(100)상에 실장된 발광 칩(110)과, 발광 칩(110)을 봉지하며, 중심축(x)에 대해 소정의 기울기를 갖는 단면이 브이(V)자 형상의 제 1 전반사면(121a)과 제 1 전반사면(121a)의 기울기보다 완만한 기울기를 갖는 제 2 전반사면(121b)과, 상기 중심축(x)과 수직 방향으로 상기 제 2 전반사면(121b)의 주연부에서 연장된 직선형의 제 1 면(122a)과, 상기 중심축(x)과 수평 방향으로 상기 제 1 면(122a)의 주연부에서 하향 연장된 직선형의 제 2 면(122b)과, 상기 중심축(x)과 수직 방향으로 상기 제 2 면(122b)의 주연부에서 연장된 직선형의 제 3 면(122c)과, 상기 제 3 면(122c)의 주연부에서 하향 연장된 곡선형의 제 4 면(122d)을 갖는 렌즈(120)를 포함한다. 9A, 9B, and 10, the light emitting device according to the present embodiment encapsulates the
상술한 본 실시예의 렌즈에 관해 먼저 살펴보면 다음과 같다. The lens of the present embodiment described above will be described first.
도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이 상기에서 전체 렌즈(120)의 직경을 1로 하였을 경우, 제 1 전반사면(121a)의 최대 직경은 1/12 내지 1/6이고, 제 2 전반사면(121b)의 최대 직경은 1/7 내지 1/3이다. 제 1 면(122a)의 최대 직경은 1/6 내지 1/2이고, 이때 제 1 면(122a)의 폭은 렌즈(120) 직경의 1/36 내지 1/24이다. 제 3 면(122c)의 최대 직경은 1/5 내지 3/2이고, 이때 제 3 면(122c)의 폭은 렌즈(120) 직경의 1/24 내지 1/7이다. 제 4 면(122d)은 렌즈(120) 전체 직경과 동일하다. As shown in FIGS. 9A and 9B, when the diameter of the
또한, 렌즈(120)의 높이를 1로 하였을 경우에 제 1 전반사면(121a)의 높이는 1/4 내지 3/4이고, 제 2 전반사면(121b)의 높이는 1/6 내지 1/4이며, 제 2 면(122b)의 높이는 1/12 내지 1/8이고, 제 4 면(122d)의 높이는 7/8 내지 11/12이다. 여기서, 제 4 면(122d)은 도면에서와 같이 타원형으로 형성되고, 타원의 단축과 장축의 비가 1:4 이하의 범위 내로 이루어진다. 즉, 이는 원형일 수도 있다. In addition, when the height of the
이를 통해, 도 10에 도시된 바와 같이 광원(발광칩)으로 부터 제 1 및 제 2 전반사면(121a, 121b)으로 조사된 광(R2, R6)은 전반사되고, 면들(122a, 122b, 122c, 122d)을 통해 y축 방향으로 광이 출사된다. 또한, 제 1 내지 제 4 면(122a, 122b, 122c, 122d)으로 조사된 광(R5, R4, R3, R1)은 굴절되어 y축 방향으로 광이 출사된다. As a result, as illustrated in FIG. 10, the light R2 and R6 irradiated from the light source (light emitting chip) to the first and second
이와 같이 본 발명의 렌즈(120)는 중앙부에 각기 다른 기울기를 갖는 전반사면을 갖고, 가장자리에 라운딩형 면 복수의 수평형 면 및 수직형 면을 갖도록 형성하여 도 11에 도시된 바와 같이 광도의 피크값이 ±76도에서 ±10도 범위 내에 위치한다. As described above, the
도 11에서는 굴절율이 1.5인 렌즈(120)를 사용하였고, 제 1 전반사면(121a) 과 발광 칩(110)으로부터 방출되는 광이 이루는 각이 임계각보다 큰 약 50도가 되도록하고, 제 2 전반사면(121b)과 발광 칩(110)으로부터 방출되는 광이 이루는 각이 약 43도가 되도록 한 후, 발광 칩이 위치한 영역을 기준으로 +90도에서 -90도의 범위내에서의 광의 강도를 시뮬레이션하여 그 결과를 그래프로 나타내었다. In FIG. 11, the
도 11의 그래프에서와 같이 ±76도 근방에서 그 강도가 가장 높다. 즉, +76도에서 그 강도가 약 0.98 정도이고, -77도에서는 그 강도가 약 0.97 정도이다. 또한, ±40도 내에서 광의 강도가 0.2 이하이다.As shown in the graph of FIG. 11, the intensity is the highest near ± 76 degrees. That is, the intensity is about 0.98 at +76 degrees, and about 0.97 at -77 degrees. Moreover, the intensity of light is 0.2 or less within ± 40 degrees.
이하 렌즈의 제작 방법과 발광 소자는 앞서 설명한 실시예와 동일함으로 생략한다.Hereinafter, the manufacturing method and the light emitting device of the lens are the same as in the above-described embodiment and will be omitted.
하기에서는, 1번 절곡된 직선형의 면과, 이로부터 연장된 곡선형의 면을 갖는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 측면 발광용 렌즈와 발광 소자에 관해 설명한다. In the following, a side light emitting lens and a light emitting device according to a fourth embodiment of the present invention having a straight surface bent once and a curved surface extending therefrom will be described.
<실시예4>Example 4
도 12a는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이고, 도 12b는 제 4 실시예에 따른 렌즈의 사시도이다. 도 13은 제 4 실시예에 따른 내부 전반사 렌즈의 동작을 설명하기 위한 개념도이고, 도 14는 제 4 실시예에 따른 발광 소자의 시뮬레이션 결과 그래프이다. 12A is a cross-sectional view of a light emitting device according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 12B is a perspective view of a lens according to the fourth embodiment. FIG. 13 is a conceptual diagram illustrating the operation of the total internal reflection lens according to the fourth embodiment, and FIG. 14 is a graph showing a simulation result of the light emitting device according to the fourth embodiment.
도 12a, 도 12b 및 도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 소자는 기판(100)과, 기판(100)상에 실장된 발광 칩(110)과, 발광 칩(110)을 봉지하며, 중심축(x)에 대해 소정의 기울기를 갖는 단면이 브이(V)자 형상의 제 1 전반사면(121a)과 제 1 전반사면(121a)의 기울기보다 완만한 기울기를 갖는 제 2 전반사면(121b)과, 상기 중심축(x)과 수평 방향으로 상기 제 2 전반사면(121b)의 주연부에서 하향 연장된 직선형의 제 1 면(122a)과, 상기 중심축(x)과 수직 방향으로 상기 제 1 면(122a)의 주연부에서 연장된 직선형의 제 2 면(122b)과 상기 제 2 면(122b)의 주연부에서 하향 연장된 곡선형의 제 3 면(122c)을 갖는 렌즈(120)를 포함한다. 12A, 12B, and 13, the light emitting device according to the present embodiment encapsulates the
상술한 본 실시예의 렌즈에 관해 먼저 살펴보면 다음과 같다. The lens of the present embodiment described above will be described first.
도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같이 상기에서 전체 렌즈(120)의 직경을 1로 하였을 경우, 제 1 전반사면(121a)의 최대 직경은 1/12 내지 1/6이고, 제 2 전반사면(121b)의 최대 직경은 1/7 내지 1/3이다. 제 2 면(122b)의 최대 직경은 1/6 내지 2/3이고, 이때 제 2 면(122b)의 폭은 렌즈(120) 직경의 1/12 내지 1/6이다. 제 3 면(122c)은 렌즈(120) 전체 직경과 동일하다. As shown in FIGS. 12A and 12B, when the diameter of the
또한, 렌즈(120)의 높이를 1로 하였을 경우에 제 1 전반사면(121a)의 높이는 1/4 내지 3/4이고, 제 2 전반사면(121b)의 높이는 1/6 내지 1/4이며, 제 1 면(122a)의 높이는 1/12 내지 1/8이고, 제 3 면(122c)의 높이는 7/8 내지 11/12이다. 여기서, 제 3 면(122c)은 도면에서와 같이 타원형으로 형성되고, 타원의 단축과 장축의 비가 1:4 이하의 범위 내로 이루어진다. 즉, 이는 원형일 수도 있다. In addition, when the height of the
이를 통해, 도 13에 도시된 바와 같이 광원(발광칩)으로 부터 제 1 및 제 2 전반사면(121a, 121b)으로 조사된 광(R2, R4)은 전반사되고, 면들(122a, 122b, 122c)을 통해 y축 방향으로 광이 출사된다. 또한, 제 1 내지 제 3 면(122a, 122b, 122c)으로 조사된 광(R5, R3, R1)은 굴절되어 y축 방향으로 광이 출사된다. As a result, as illustrated in FIG. 13, the light R2 and R4 irradiated from the light source (light emitting chip) to the first and second
이와 같이 본 발명의 렌즈(120)는 중앙부에 각기 다른 기울기를 갖는 전반사 면을 갖고, 가장자리에 라인딩형 면 복수의 수평형 및 수직형 면을 갖도록 형성하여 도 14에 도시된 바와 같이 광도의 피크값이 ±70도에서 ±10도 범위 내에 위치한다. As described above, the
도 11에서는 굴절율이 1.5인 렌즈(120)를 사용하였고, 제 1 전반사면(121a)과 발광 칩(110)으로부터 방출되는 광이 이루는 각이 임계각보다 큰 약 50도가 되도록하고, 제 2 전반사면(121b)과 발광 칩(110)으로부터 방출되는 광이 이루는 각이 약 43도가 되도록 한 후, 발광 칩이 위치한 영역을 기준으로 +90도에서 -90도의 범위내에서의 광의 강도를 시뮬레이션하여 그 결과를 그래프로 나타내었다. In FIG. 11, the
도 11의 그래프에서와 같이 ±70도 근방에서 그 강도가 가장 높다. 즉, +72도에서 그 강도가 약 1.0 정도이고, -70도에서는 그 강도가 약 0.97 정도이며, ±40도 내에서 광의 강도가 0.2 이하이다.As shown in the graph of Fig. 11, the intensity is the highest near ± 70 degrees. That is, the intensity is about 1.0 at +72 degrees, the intensity is about 0.97 at -70 degrees, and the intensity of light is 0.2 or less within ± 40 degrees.
상술한 바와 같이 본 발명은 내부 전반사면과, 내부 전반사면의 중심축과 수직 또는 수평한 축 방향으로 형성되는 직선형의 면 및 곡선형의 면을 갖는 렌즈를 통해 발광 칩의 전면으로 방사되는 광을 측면으로 유도할 수 있다.As described above, the present invention provides light emitted to the front surface of a light emitting chip through a lens having an internal total reflection surface and a straight surface and a curved surface formed in an axial direction perpendicular or horizontal to the central axis of the internal total reflection surface. Can be directed to the side.
또한, 렌즈 가장자리에 중심축에 대하여 수직 또는 수평한 축방향으로 형성되는 직선형의 면과 곡선형의 면을 형성함으로 렌즈의 제조공정이 쉬워지고, 이로 인해 렌즈 제작시 불량율을 줄일 수 있고, 렌즈의 제작 단가를 줄일 수 있다. In addition, by forming a straight surface and a curved surface formed in the axial direction vertical or horizontal with respect to the central axis on the lens edge, the manufacturing process of the lens is facilitated, thereby reducing the defective rate when manufacturing the lens, Production cost can be reduced.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.Although the invention has been described with reference to the accompanying drawings and the preferred embodiments described above, the invention is not limited thereto, but is defined by the claims that follow. Accordingly, one of ordinary skill in the art may variously modify and modify the present invention without departing from the spirit of the following claims.
Claims (11)
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