KR101291576B1 - Lighting emitting optical device - Google Patents

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조재형
김영일
최은아
문기선
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(주)코이즈
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Abstract

PURPOSE: A high radiation angle lens is provided to reduce the production cost of a lens by replacing a conventional aspherical surface with a spherical surface. CONSTITUTION: A light entering surface and a light emitting surface form rotational symmetry to an optical axis. A first spherical surface has a negative radius curvature R1 in the direction of light. A second spherical surface (102) has a negative radius curvature R2 in the direction of the light. A third spherical surface (103) has a negative radius curvature R3 in the direction of the light. A fourth spherical surface (104) has a negative radius curvature R4 in the direction of the light.

Description

고방사각 렌즈{LIGHTING EMITTING OPTICAL DEVICE}High Rectangle Lens {LIGHTING EMITTING OPTICAL DEVICE}

본 발명은 고방사각 렌즈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LCD 등의 백라이팅시 사용되는 평판조명장치의 렌즈에 구면렌즈를 사용하여 빛의 방사 각도를 증가시킬 수 있는 고방사각 렌즈를 제공함으로써, 종래의 비구면 대신 구면으로 렌즈를 구성하여 비용을 절감함과 동시에 고방사각의 성능을 갖는 렌즈의 제작이 가능하고, 박형의 평판조명장치의 구성이 가능하도록 하기 위한 고방사각 렌즈에 관한 것이다.The present invention relates to a high-radiation lens, and more particularly, by providing a high-angle lens that can increase the radiation angle of light by using a spherical lens to the lens of a flat panel lighting device used for backlighting, such as LCD, The present invention relates to a high-radiation lens for reducing the cost by constructing a lens in spherical surface instead of an aspherical surface, and at the same time manufacturing a lens having high radial performance and enabling a thin flat panel lighting device to be configured.

액정 표시 장치인 LCD에는, LCD의 후면에서 발광하는 평판조명장치(Plane light source unit)를 필수적으로 포함한다. 도 1은 일반적인 LCD용 평판조명장치에 대한 구조도로서, 광원이 하면에서 직접 조사하는 평판조명장치의 대표적인 구성이 도시되어 있다.An LCD, which is a liquid crystal display device, essentially includes a plane light source unit emitting light from the rear side of the LCD. FIG. 1 is a structural diagram of a general flat panel lighting apparatus for an LCD, and a representative configuration of a flat panel lighting apparatus in which a light source is directly irradiated from a lower surface thereof is shown.

도 1에 따른 평판조명장치는, 부품들을 지지하고 고정하기 위한 프레임(10), 반사판(20), 반사판(20)에 일정 간격으로 배치된 광원인 LED(30), LED(30)에 전원을 공급하는 회로기판(50), LED로부터 발산한 빛의 방사 각도를 증가시키기 위한 렌즈(40), 렌즈(40)로부터 나오는 빛을 확산시키는 확산판(60), 확산판(60)으로부터 확산된 빛을 더욱 확산시켜 빛의 분포를 균일하게 하여 주는 확산시트(70) 및 확산시트(70)를 통과한 확산된 빛을 모아주어 정면 휘도를 증가시키는 프리즘시트(80)로 구성된다. 상기의 평판조명장치 위에 LCD패널(90)을 장착하여 LCD 패널(90)에 빛이 조사 된다.The flat panel lighting apparatus according to FIG. 1 supplies power to the LED 10 and the LED 30, which are light sources disposed at regular intervals on the frame 10, the reflecting plate 20, and the reflecting plate 20 for supporting and fixing the components. The circuit board 50 to supply, the lens 40 for increasing the radiation angle of the light emitted from LED, the diffuser plate 60 which diffuses the light from the lens 40, and the light which diffused from the diffuser plate 60 The diffusion sheet 70 and the prism sheet 80 to increase the front brightness by collecting the diffused light passing through the diffusion sheet 70 to further diffuse the light uniformity. The LCD panel 90 is mounted on the flat panel lighting device so that light is irradiated onto the LCD panel 90.

도 2는 일반적인 LCD용 평판조명장치에 사용하는 고방사각 렌즈의 기능을 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하여 좀 더 구체적으로 상기의 평판조명장치의 기능을 살펴본다. 도 2의 (가) 내지 (다)는 곡선 형상으로 빛의 세기분포(5)를 표시한다.2 is a view showing the function of a high-radial lens used in a general flat panel lighting device for LCD. More specifically with reference to Figure 2 looks at the function of the flat panel lighting device. 2 (a) to 2 (c) show the intensity distribution 5 of the light in a curved shape.

도 2의 (가)는 평판조명장치에 고방사각 렌즈가 없는 경우를 나타낸다. LED로부터 발산하는 빛은 보통 120도의 발산 각도를 가지게 되어 도 2의(가)와 같이 방사각 증가 렌즈가 없을 경우 LED(30)가 위치한 부분은 빛의 세기(5)가 크고 LED(30)와 LED의 사이에 해당하는 부분은 빛의 세기(5)가 약하게 되어 확산판(60)상에서의 휘도 분포 균일도가 나쁘게 된다. 이를 해소하기 위해서는 LED(30)로부터 확산판(60) 사이의 거리를 멀리하면 가능하나 평판조명장치의 두께가 상당히 두껍게 되어 제품으로서의 가치를 상실하게 된다.2A shows a case where the flat lighting device does not have a high-radial lens. The light emitted from the LED usually has a divergence angle of 120 degrees. When there is no radiation angle increasing lens as shown in FIG. 2, the portion where the LED 30 is located has a large light intensity 5 and the LED 30 The portions corresponding to the LEDs have a weak light intensity 5, resulting in poor luminance distribution uniformity on the diffusion plate 60. In order to solve this problem, the distance between the LED 30 and the diffusion plate 60 may be far away, but the thickness of the flat panel lighting device becomes considerably thick, thereby losing the value as a product.

도 2의 (나)는 평판조명장치에 고방사각 렌즈가 있는 경우를 나타낸다. 도 2의 (나)와 같이 LED 상부에 방사각 증가 렌즈를 설치하게 되면 120도보다 큰 방사 각도를 가지고 빛이 발산하므로 확산판(60) 상에서의 빛의 세기(5) 분포가 균일하게 된다.2B shows a case where the flat illumination device has a high-radial lens. As shown in (b) of FIG. 2, when the radiation angle increasing lens is installed on the LED, light is emitted at a radiation angle larger than 120 degrees, so that the distribution of light intensity 5 on the diffuser plate 60 is uniform.

도 2의 (다)는 평판조명장치의 고방사각 렌즈를 통과하여 균일도가 향상된 빛이 확산판(60) 과 확산시트(70)를 차례로 통과하여 거의 균일한 휘도 분포를 이루게 되고 프리즘시트(80)에 의해 방사 각도가 좁혀진 후 LCD패널에 조사하게 되므로써 LCD패널에 균일한 빛을 공급하게 된다.FIG. 2 (c) shows that the light having improved uniformity passes through the diffuser plate 60 and the diffuser sheet 70 in order to achieve a substantially uniform luminance distribution through the high radial lens of the flat panel lighting device, and the prism sheet 80. After the radiation angle is narrowed by the irradiation to the LCD panel to supply a uniform light to the LCD panel.

종래에는 LED로부터의 발산하는 빛의 방사 각도를 증가 시키기 위해 여러 가지 형태의 렌즈가 개발되어 왔다. 이하, 도 3을 참조하여 종래기술에 따른 렌즈를 살펴본다.Conventionally, various types of lenses have been developed to increase the angle of emission of light emitted from LEDs. Hereinafter, a lens according to the related art will be described with reference to FIG. 3.

종래에는 방사 각도를 증가시키기 위해 도 3의 (가), (나) 같이 렌즈의 빛의 입사 곡면(40a)과 출사 곡면(40b)을 구면이 아닌 LED의 방사 각도에 따라 가변하는 비구면 곡선으로 구성하였다.Conventionally, in order to increase the radiation angle, as shown in (a) and (b) of FIG. 3, the incidence curve 40a and the outgoing curve 40b of the light of the lens are composed of aspherical curves varying according to the radiation angle of the LED, not spherical. It was.

도 3은 종래의 고방사각 렌즈의 구조를 나타내는 도면이다.3 is a view showing the structure of a conventional high-radiation lens.

도 3의 (가)와 같이 LED(30)로부터 발산하는 빛(L)이 렌즈(40)의 입사곡면(40a)에 입사되어 1차적으로 렌즈(40)의 광축(Z)으로부터 멀어지는 방향으로 굴절되고, 입사곡면(40a)에 의해 굴절된 빛은 출사곡면(40b)에 의해 재차 렌즈(40)의 광축(Z)으로부터 멀어지는 방향으로 굴절되는 원리로 방사 각도가 증가한다. 상기와 같은 원리는, 일반적으로 입사곡면(40a)이 오목면이고 출사곡면(40b)이 볼록면일 때 발생하게 된다.As shown in FIG. 3A, light L emitted from the LED 30 is incident on the incident surface 40a of the lens 40, and is primarily refracted in a direction away from the optical axis Z of the lens 40. The light angle refracted by the incident curved surface 40a increases in the radiation angle on the principle that the light refracted by the exit curved surface 40b is further refracted from the optical axis Z of the lens 40. The above principle generally occurs when the incident curved surface 40a is a concave surface and the exit curved surface 40b is a convex surface.

도 3의 (나)를 참조하면, 종래에는 방사 각도를 더욱 더 넓히기 위해 입사곡면(40a)을 구면이 아닌 비구면으로 제작하였다. 즉, LED(30)로부터 방사하는 빛(L)의 각도 Φ1 값에 따라 입사곡면(40a)에 의한 굴절각 θ1이 Z축으로부터 멀어지게 되는 방향으로 입사곡면의 반경이 결정된다.Referring to (b) of FIG. 3, in the related art, the incident curved surface 40a is manufactured as an aspherical surface instead of a spherical surface in order to further widen the radiation angle. That is, the radius of incidence surface is determined in a direction in which the refraction angle θ1 caused by the incident surface 40a is far from the Z axis according to the angle Φ 1 value of the light L emitted from the LED 30.

출사곡면(40b) 역시 마찬가지로, 출사곡면(40b)에 입사하는 빛(L)의 입사각 θ2에 따라 출사곡면(40b)에 의한 굴절각 Φ2가 크게 되는 방향으로 출사곡면(40b)의 반경이 결정되도록 하여 빛의(L) 방사 각도를 크게 하였다.Similarly, the radiating curved surface 40b is determined such that the radius of the radiating curved surface 40b is determined in a direction in which the refraction angle Φ2 by the radiating curved surface 40b becomes large according to the incident angle θ2 of the light L incident on the radiating curved surface 40b. The (L) emission angle of light was enlarged.

상기와 같이 종래 기술은 렌즈의 입사곡면 및 출사곡면을 모두 구면이 아닌 비구면으로 하여 방사각 증가 기능을 구현하였으나 비구면 렌즈를 제작하기 위한 비구면 금형은 제작 비용이 고가이고 제작된 렌즈의 검사 또한 구면으로 된 렌즈 보다 비용이 증가되어 렌즈의 단가가 상승하는 문제점이 있었다.As described above, the prior art implements the function of increasing the angle of incidence by making both the incidence surface and the outgoing surface of the lens as spherical surfaces rather than spherical surfaces. There is a problem that the cost of the lens is increased because the cost is increased than the old lens.

한편, 미국등록특허공보 제7,798,679호는 비구면 렌즈를 이용하여 광의 확산성이 향상된 발광장치를 개시하고 있다. 하지만, 상기와 같은 구성에 의하더라도 제작 비용이 증가하고 렌즈의 단가가 상승하는 한계가 있다.On the other hand, U.S. Patent No. 7,798,679 discloses a light emitting device in which light diffusivity is improved by using an aspherical lens. However, even with the above configuration, there is a limit in that the manufacturing cost increases and the unit price of the lens increases.

본 발명의 목적은, LCD 등의 백라이팅시 사용되는 평판조명장치의 렌즈에 구면렌즈를 사용하여 빛의 방사 각도를 증가시킴으로써, 종래의 비구면 대신 구면으로 렌즈를 구성하여 비용을 절감함과 동시에 고방사각의 성능을 갖는 렌즈의 제작이 가능하고, 박형의 평판조명장치의 구성이 가능하도록 하기 위한 고방사각 렌즈를 제공하고자 함에 있다.An object of the present invention is to increase the radiation angle of the light by using a spherical lens in the lens of the flat panel lighting device used for backlighting, such as LCD, thereby reducing the cost by constructing the lens as a spherical surface instead of a conventional aspheric surface and at the same time high radiation angle It is an object of the present invention to provide a lens having high performance, and to provide a high-angle lens for enabling the construction of a thin flat panel lighting device.

이와 같은 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고방사각 렌즈는, 광축 상에 배치된 광원으로부터 출사된 빛이 입사하는 입사 곡면 및 입사 곡면에 입사한 빛이 출사되는 출사 곡면을 포함하고, 입사 곡면 및 출사 곡면은 광축을 중심으로 회전대칭(rotational symmetry)되는 고방사각 렌즈에 있어서, 입사 곡면은 곡률 중심이 광축으로부터 -X 방향으로 D1의 거리에 위치하고 빛의 진행 방향(+Z)에 대해 음의 곡률반경 R1을 가지는 제1 구면 및 제1 구면의 일단에 연결되고 곡률 중심이 광축 상에 위치하며 빛의 진행 방향에 대해 음의 곡률반경 R2를 가지는 제2 구면을 포함하고, 출사 곡면은 곡률 중심이 광축으로부터 +X 방향으로 D2의 거리에 위치하고 광축으로부터 -Z 방향으로 H의 거리에 위치하며 빛의 진행 방향에 대해 음의 곡률반경 R3을 가지는 제3 구면 및 제3 구면의 일단에 연결되고 곡률 중심이 광축 상에 위치하며 빛의 진행 방향에 대해 양의 곡률반경 R4를 가지는 제4 구면을 포함하는 것을 특징으로 한다.The high-radiation lens according to the present invention for achieving the above object includes an incident surface to which light emitted from a light source disposed on an optical axis is incident and an exit curved surface to which light incident on the incident surface is emitted. And an emission surface having a rotational symmetry with respect to the optical axis, wherein the incident surface has a center of curvature at a distance of D1 in the -X direction from the optical axis and is negative in the direction of light travel (+ Z). A first sphere having a radius of curvature R1 and a second sphere connected to one end of the first sphere, the center of curvature being located on the optical axis, and having a negative radius of curvature R2 with respect to the direction of light travel; A third spherical surface having a distance of D2 in the + X direction from this optical axis and a distance of H in the -Z direction from the optical axis and having a negative curvature radius R3 with respect to the direction of light propagation; And a fourth spherical surface connected to one end of the third spherical surface, the center of curvature being located on the optical axis, and having a positive radius of curvature R4 with respect to the propagation direction of the light.

또한, 본 발명에 따른 고방사각 렌즈는, 제1 구면의 타단에 연결되는 바닥면을 더 포함하고, 제1 구면과 바닥면은, 곡률 반경 R5를 가지는 제5 구면으로 연결된 것을 특징으로 한다.In addition, the high-radiation lens according to the present invention further comprises a bottom surface connected to the other end of the first spherical surface, the first spherical surface and the bottom surface is characterized in that connected to the fifth spherical surface having a radius of curvature R5.

또한, 본 발명에 따른 고방사각 렌즈의 제5 구면의 곡률 반경 R5는 0.5mm 초과 1.5mm 미만인 것을 특징으로 한다.In addition, the radius of curvature R5 of the fifth spherical surface of the high-radiation lens according to the invention is characterized in that more than 0.5mm and less than 1.5mm.

또한, 본 발명에 따른 고방사각 렌즈는, 제1 구면의 타단에 연결되는 바닥면 및 바닥면에 연결되는 측면을 더 포함하고, 바닥면과 측면은 곡률반경 R6를 가지는 제6 구면으로 연결된 것을 특징으로 한다.In addition, the high-radiation lens according to the present invention further comprises a bottom surface connected to the other end of the first spherical surface and a side surface connected to the bottom surface, the bottom surface and the side surface is connected to a sixth spherical surface having a radius of curvature R6 It is done.

또한, 본 발명에 따른 고방사각 렌즈의 제6 구면의 곡률 반경 R5는 0.5mm 초과 1.5mm 미만인 것을 특징으로 한다.Further, the radius of curvature R5 of the sixth spherical surface of the high-radiation lens according to the invention is characterized in that more than 0.5mm and less than 1.5mm.

또한, 본 발명에 따른 고방사각 렌즈의 제3 구면의 타단에 연결되는 측면을 더 포함하고, 제3 구면과 측면은 곡률 반경 R7를 가지는 제7 구면으로 연결된 것을 특징으로 한다.The apparatus may further include a side surface connected to the other end of the third spherical surface of the high-radial lens according to the present invention, wherein the third spherical surface and the side surface are connected to a seventh spherical surface having a radius of curvature R7.

또한, 본 발명에 따른 고방사각 렌즈의 제7 구면의 곡률 반경 R5는 0.5mm 초과 1.5mm 미만인 것을 특징으로 한다.In addition, the radius of curvature R5 of the seventh spherical surface of the high-radiation lens according to the invention is characterized in that more than 0.5mm and less than 1.5mm.

또한, 본 발명에 따른 고방사각 렌즈는 굴절률이 1.4 이상인 투명 재질로 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the high-radiation lens according to the invention is characterized in that the refractive index is composed of a transparent material of 1.4 or more.

또한, 본 발명에 따른 고방사각 렌즈의 D1 값은 0 < D1 < (R1/2) 의 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다.In addition, the D1 value of the high-radiation lens according to the present invention is characterized by satisfying the condition of 0 <D1 <(R1 / 2).

또한, 본 발명에 따른 고방사각 렌즈의 D2 값은 0 < D2 < R3-H 의 조건을 만족하고, H 값은 H < (R32 -D22)0.5 - R1 의 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다.In addition, the D2 value of the high-radiation lens according to the present invention satisfies the condition of 0 <D2 <R3-H, and the H value satisfies the condition of H <(R3 2 -D2 2 ) 0.5 -R1. .

또한, 본 발명에 따른 고방사각 렌즈의 R1 및 R2 값은 |R1| > |R2| 의 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다.In addition, the R1 and R2 values of the high-angle lens according to the present invention are represented by | R1 | > | R2 | And the condition is satisfied.

또한, 본 발명에 따른 고방사각 렌즈의 R3 및 R4 값은 |R4| < |R3| 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다.In addition, the R3 and R4 values of the high-angle lens according to the present invention are represented by | R4 | <| R3 | It is characterized by satisfying the condition.

본 발명에 따르면, 종래의 비구면 대신에 구면으로만 렌즈를 제작하여도 고방사각의 성능을 가진 렌즈를 제작할 수 있고, 렌즈가 구면으로만 제작되어 제작된 렌즈의 검사 또한 용이하여 저가의 고방사각 렌즈를 생산할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to manufacture a lens having a high radial performance even if the lens is manufactured only as a spherical surface instead of the conventional aspherical surface, and the inspection of the lens produced by making the lens only as a spherical surface is also easy to inexpensive high-angle lens There is an effect that can produce.

또한, 렌즈의 제작 비용을 절감함과 동시에 고방사각의 성능을 갖는 렌즈의 제작이 가능하고, 박형의 평판조명장치의 구성이 가능한 효과가 있다.In addition, while reducing the manufacturing cost of the lens, it is possible to manufacture a lens having a high radial performance, it is possible to configure a thin flat panel lighting device.

도 1은 일반적인 LCD용 평판조명장치에 대한 구조도이다.
도 2는 도 1의 LCD용 평판조명장치에 사용하는 고방사각 렌즈의 기능을 나타내는 도면이다.
도 3은 종래의 고방사각 렌즈의 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고방사각 렌즈의 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고방사각 렌즈의 구조의 일부를 확대한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 고방사각 렌즈의 구성 원리를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 고방사각 렌즈의 구성원리를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 고방사각 렌즈의 LED 발산각에 따른 방사각의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 고방사각 렌즈의 LED 발산각에 따른 확산판 상에서 광선의 X축 변위를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 고방사각 렌즈의 LED 발산각에 따른 출사곡면 상에서 광선의 X축 변위를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 고방사각 렌즈의 배광곡선을 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 고방사각 렌즈의 LED 발산각에 따른 방사각의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 고방사각 렌즈의 LED 발산각에 따른 확산판 상에서 광선의 X축 변위를 나타내는 그래프이다.
도 14a 내지 도 14c는 본 발명의 실시예에 따른 고방사각 렌즈의 배광곡선을 나타내는 그래프이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 고방사각 렌즈의 구성 및 배광곡선을 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 고방사각 렌즈의 구성 및 배광곡선을 보이는 도면이다.1 is a structural diagram of a general flat panel lighting device for LCD.
FIG. 2 is a view showing the function of the high-angle lens used in the flat panel lighting device for LCD of FIG.
3 is a view showing the structure of a conventional high-radiation lens.
4 is a view showing the structure of a high-radial lens according to an embodiment of the present invention.
5 is an enlarged view of a part of a structure of a high-radial lens according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing a configuration principle of a high-radiation lens according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing the membership of the high-radiation lens according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing the results of the radiation angle according to the LED divergence angle of the high-radiation lens according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph showing the X-axis displacement of the light beam on the diffusion plate according to the LED divergence angle of the high-radiation lens according to an embodiment of the present invention.
10 is a graph showing the X-axis displacement of the light beam on the exit curve surface according to the LED divergence angle of the high-radiation lens according to an embodiment of the present invention.
11 is a graph showing a light distribution curve of a high-radiation lens according to an embodiment of the present invention.
12 is a graph showing the results of the radiation angle according to the LED divergence angle of the high-radiation lens according to the embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a graph showing the X-axis displacement of light rays on a diffusion plate according to the LED divergence angle of the high-radiation lens according to the embodiment of the present invention.
14A to 14C are graphs showing a light distribution curve of a high-radial lens according to an exemplary embodiment of the present invention.
15 is a diagram illustrating a configuration and a light distribution curve of a high-radiation lens according to an exemplary embodiment of the present invention.
16 is a view showing a configuration and a light distribution curve of a high-radiation lens according to another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, the preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. . In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고방사각 렌즈의 구조를 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고방사각 렌즈의 구조의 일부를 확대한 도면이다.4 is a view showing the structure of a high-radiation lens according to an embodiment of the present invention, Figure 5 is an enlarged view of a portion of the structure of a high-radiation lens according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 고방사각 렌즈(100)는, 입사곡면과 출사곡면으로 구성된다.The high-angle lens 100 according to the embodiment of the present invention is composed of an incident curve and an exit curved surface.

고방사각 렌즈(100)는 광축(Z)을 기준으로 좌우 대칭으로 배치된다. 광축(Z)을 기준으로 우측에 배치된 렌즈와 좌측에 배치된 렌즈는, 광축(Z)을 기준으로 좌우 대칭으로 구성되는 바, 이하 우측에 배치된 렌즈를 기준으로 본 발명을 설명한다.The high radial lens 100 is disposed symmetrically with respect to the optical axis Z. The lens disposed on the right side with respect to the optical axis Z and the lens disposed on the left side are configured symmetrically with respect to the optical axis Z. Hereinafter, the present invention will be described based on the lens disposed on the right side.

입사곡면은 제1 구면(101) 및 광축(Z)상에 배치된 제2 구면(102)을 포함하고, 출사곡면은 제3 구면(103) 및 광축(Z)상에 배치된 제4 구면(104)을 포함한다.The incident curve includes a first spherical surface 101 and a second spherical surface 102 disposed on the optical axis Z, and the output curved surface has a fourth spherical surface disposed on the third spherical surface 103 and the optical axis Z ( 104).

입사곡면은 광원(200)으로부터 나오는 빛(L)이 입사하는 곡면의 곡률 중심(Center of Radius)이 광축(Z)을 기준으로 X축의 음의 방향(-X)으로 벗어나고, 빛(L)의 진행 방향인 Z축의 양의 방향(+Z)에 대해 음의 곡률반경인 R1을 가지는 제1 구면(101)을 포함한다.The incident surface has a center of radius of the curved surface from which the light L emitted from the light source 200 is incident, deviating in the negative direction (-X) of the X axis with respect to the optical axis Z, and And a first spherical surface 101 having a radius of curvature R1 with respect to a positive direction (+ Z) of the Z axis, which is a travel direction.

광원(200)의 대표적인 예로는 LED가 있으며, 발광체 또는 기타 빛을 발광할 수 있는 어떠한 광원이든 적용될 수 있다.A representative example of the light source 200 is an LED, and any light source capable of emitting light or other light may be applied.

입사곡면은 곡률 중심이 광축(Z)상에 놓이며 제1 구면(101)의 곡률반경인 R1보다 작은 음의 곡률반경 R2를 가진 제2 구면(102)을 포함한다.The incident surface includes a second spherical surface 102 whose center of curvature lies on the optical axis Z and has a negative radius of curvature R2 less than R1, which is the radius of curvature of the first spherical surface 101.

제2 구면(102)에는 제1 구면(101)이 연결되며, 제1 구면(101)과 제2 구면(102)은 광축(Z)을 중심으로 회전 대칭(rotational symmetry)을 이루는 오목한 곡면이다.The first spherical surface 101 is connected to the second spherical surface 102, and the first spherical surface 101 and the second spherical surface 102 are concave curved surfaces that form rotational symmetry around the optical axis Z.

빛(L)은, 입사 곡면, 즉 제1 구면(101) 및 제2 구면(102)에 의해 굴절된 후 굴절률 n 인 매질을 지나 출사된다.The light L is refracted by the incident curved surface, that is, the first spherical surface 101 and the second spherical surface 102 and then exits through the medium having a refractive index n.

본 발명에 따른 고방사각 렌즈(100)는 굴절률이 1.4 이상인 투명 재질로 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 고방사각 렌즈(100)를 구성하는 매질의 굴절률은 1.4 이상인 투명재질로 구성되는 것이 바람직하다.High radial lens 100 according to the present invention is preferably composed of a transparent material having a refractive index of 1.4 or more. That is, the refractive index of the medium constituting the high-angle lens 100 is preferably composed of a transparent material of 1.4 or more.

출사곡면은, 곡률 중심이 광축(Z)으로부터 +X 방향으로 벗어나고 빛의 진행 방향에 대해 음의 곡률반경 R3을 가지는 제3 구면(103)을 포함한다.The emission curved surface includes a third spherical surface 103 having a center of curvature deviating from the optical axis Z in the + X direction and having a negative curvature radius R3 with respect to the traveling direction of the light.

출사곡면은, 곡률 중심이 광축(Z) 상에 놓이며 제3 구면(103)의 곡률반경인 R3 보다 작은 양의 곡률반경 R4를 가진 제4 구면(104)을 포함한다.The exit curved surface includes a fourth spherical surface 104 whose center of curvature lies on the optical axis Z and has a positive radius of curvature R4 less than R3 which is the radius of curvature of the third spherical surface 103.

제3 구면(103)과 제4 구면(104)은 서로 연결되어 광축(Z)을 중심으로 회전 대칭(rotational symmetry)을 이루는 출사곡면을 구성한다.The third spherical surface 103 and the fourth spherical surface 104 are connected to each other to form an emission curved surface that forms a rotational symmetry around the optical axis Z.

입사 곡면인 제1 구면(101)과 렌즈의 하부를 이루는 바닥면(105)은 제5 구면(110)으로 연결되며, 제5 구면(110)의 곡률반경인 R5는 0.5mm 초과 1.5 mm 미만임이 바람직하다.The first spherical surface 101, which is the incident surface, and the bottom surface 105 forming the lower portion of the lens are connected to the fifth spherical surface 110, and the radius of curvature R5 of the fifth spherical surface 110 is greater than 0.5 mm and less than 1.5 mm. desirable.

렌즈의 하부를 이루는 바닥면(105)과 렌즈의 측부에 배치되며 직선으로 형성된 측면(106)은 제6 구면(111)로 연결되며, 제6 구면(111)의 곡률반경인 R6는 0.5mm 초과 1.5 mm 미만임이 바람직하다.The bottom surface 105 forming the lower part of the lens and the side surface 106 formed in a straight line and connected to the sixth spherical surface 111 are formed on the side of the lens, and the radius of curvature R6 of the sixth spherical surface 111 is greater than 0.5 mm. It is preferably less than 1.5 mm.

렌즈의 측면(106)과 출사 곡면인 제3 구면(103)은 제7 구면(112)로 연결되며, 제7 구면(112)의 곡률반경인 R7은 0.5mm 초과 1.5 mm 미만임이 바람직하다.The side surface 106 of the lens and the third spherical surface 103, which is the exit curved surface, are connected to the seventh spherical surface 112, and R7, the radius of curvature of the seventh spherical surface 112, is preferably greater than 0.5 mm and less than 1.5 mm.

즉, 제1 구면(101), 바닥면(105), 측면(106) 및 제3 구면(103)은 제5 내지 제7 구면(110, 111, 112)으로 부드럽게 연결된다.
That is, the first spherical surface 101, the bottom surface 105, the side surface 106, and the third spherical surface 103 are smoothly connected to the fifth to seventh spherical surfaces 110, 111, and 112.

이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 고방사각 렌즈를 설명한다.Hereinafter, a high-rectangle lens according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5.

제1 구면(101)의 일단은 제2 구면(102)과 연결되고, 제1 구면(101)의 타단은 바닥면(105)과 연결되며, 제1 구면(101)과 바닥면(105)은 제5 구면(110)으로 연결된다.One end of the first spherical surface 101 is connected to the second spherical surface 102, the other end of the first spherical surface 101 is connected to the bottom surface 105, and the first spherical surface 101 and the bottom surface 105 are It is connected to the fifth spherical surface 110.

제1 구면(101)은 곡률 R1을 가진다. 제1 구면(101)의 곡률 중심은 광축(Z)으로부터 -X방향으로 D1 만큼 떨어진다. 제1 구면(101)의 곡률 중심은 광원(200)의 발광점과 같은 X축 상에 놓이게 된다.The first spherical surface 101 has a curvature R1. The center of curvature of the first spherical surface 101 is separated from the optical axis Z by D1 in the -X direction. The center of curvature of the first spherical surface 101 lies on the same X axis as the light emitting point of the light source 200.

제1 구면(101)의 일단에 연결된 제2 구면(102)은, 곡률 중심이 광축(Z) 상에 놓이게 된다. 제2 구면(102)의 곡률반경은 제1 구면(101)의 곡률반경 R1보다 작은 음의 곡률반경 R2 (|R1| > |R2|)를 가진다.In the second spherical surface 102 connected to one end of the first spherical surface 101, the center of curvature lies on the optical axis Z. The radius of curvature of the second spherical surface 102 has a negative radius of curvature R2 (| R1 |> | R2 |) smaller than the radius of curvature R1 of the first spherical surface 101.

제1 구면(101)과 제1 구면(101)의 타단에 연결된 바닥면(105)은, 곡률 반경이 R5인 제5 구면(110)으로 연결된다.The first spherical surface 101 and the bottom surface 105 connected to the other end of the first spherical surface 101 are connected to a fifth spherical surface 110 having a radius of curvature R5.

제3 구면(103)은 곡률 R3를 가지고, 제3 구면(103)의 곡률 중심은 X축 상으로는 광축(Z)으로부터 +X 방향으로 D2 만큼 떨어지고 Z축 방향으로는 -Z방향으로 H만큼 떨어지게 되며, H는 하기와 같은 식을 만족한다. The third spherical surface 103 has a curvature R3, and the center of curvature of the third spherical surface 103 is separated from the optical axis Z on the X axis by D2 in the + X direction and by H in the -Z direction on the Z axis. , H satisfies the following equation.

H < (R32 -D22)0.5 - R1 (식) - 1H <(R3 2 -D2 2 ) 0.5 -R1 (Formula)-1

제3 구면(103)은 상기의 식을 만족하는 H 만큼 떨어진 곳에 놓이게 되어, 제1 구면(101)과 제3 구면(103)의 교차가 생기지 않도록 한다.The third spherical surface 103 is placed as far as H satisfying the above expression, so that the intersection of the first spherical surface 101 and the third spherical surface 103 does not occur.

제3 구면(103)의 일단은 제4 구면(104)와 연결되고, 제3 구면(103)의 타단은 측면(106)과 연결된다.One end of the third spherical surface 103 is connected to the fourth spherical surface 104, and the other end of the third spherical surface 103 is connected to the side surface 106.

제3 구면(103)의 일단에 연결되는 제4 구면(104)은 곡률 중심이 광축(Z) 상에 놓인다. 제4 구면(104)의 곡률 반경 R4는, 제3 구면(103)의 곡률반경 R3 보다 작은 곡률반경(|R4| < |R3|)을 가진다.The fourth spherical surface 104 connected to one end of the third spherical surface 103 has a center of curvature on the optical axis Z. The radius of curvature R4 of the fourth spherical surface 104 has a radius of curvature (| R4 | <| R3 |) smaller than the radius of curvature R3 of the third spherical surface 103.

제3 구면(103)의 타단에 연결되는 측면(106)은, 광축(Z)으로부터 D 만큼 떨어져 배치된다. 제3 구면(103)과 측면(106)은 제7 구면(112)으로 연결된다. 제7 구면(112)은 곡률 반경 R7를 가진다.The side surface 106 connected to the other end of the third spherical surface 103 is disposed away from the optical axis Z by D. The third spherical surface 103 and the side surface 106 are connected to the seventh spherical surface 112. The seventh sphere 112 has a radius of curvature R7.

즉, 제3 구면(103), 제4 구면(104) 및 제7 구면(112)는 출사곡면에 해당한다.
That is, the third spherical surface 103, the fourth spherical surface 104, and the seventh spherical surface 112 correspond to the emission curved surface.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 고방사각 렌즈의 구성 원리를 나타내는 도면이다.6 is a view showing a configuration principle of a high-radiation lens according to an embodiment of the present invention.

광축(Z)과 X축의 교점인 P1에 배치된 광원은 θ(광원이 LED 경우에는 50 ~ 60도에 해당함)의 각도로 빛을 발산하게 된다.The light source disposed at P1, which is the intersection of the optical axis Z and the X axis, emits light at an angle of θ (corresponding to 50 to 60 degrees when the light source is an LED).

만약, R1의 곡률을 가진 제1 구면(101)의 곡률 중심(P2)이 광원과 발광점에 위치한다면, 즉 P1 = P2 이면 도 6의 (나)와 같이 제1 구면(101)의 법선 방향과 입사하는 빛의 방향이 같게 되어(θr=0) 스넬의 법칙(Snell's Law)If the center of curvature P2 of the first spherical surface 101 having the curvature of R1 is located at the light source and the light emitting point, that is, if P1 = P2, the normal direction of the first spherical surface 101 as shown in (b) of FIG. 6. The direction of incident light is the same (θ r = 0) and Snell's Law

n1 sinθi = n2 sinθr (식) - 2n 1 sinθ i = n 2 sinθ r (expression)-2

에 의해 제1 구면(101)에 의한 굴절이 발생하지 않는다. 즉 입사각(θi)과 굴절각(θr)이 모두 0이 되므로 빛은 제1 구면(101)에 입사한 방향으로 렌즈의 굴절률 n 인 매질을 지나 출사 곡면으로 향하게 된다.As a result, refraction by the first spherical surface 101 does not occur. That is, since the incident angle θ i and the refractive angle θ r are both zero, the light is directed toward the exit curved surface through the medium having the refractive index n of the lens in the direction incident on the first spherical surface 101.

그러나 도 6의 (나)와 같이 제1 구면(101)이 곡률 R1을 가지고 곡률 중심(P2)이 광축(Z)으로부터 -X 방향으로 D1 만큼 떨어지고 광원과 같은 X축상에 놓이게 되면, 제1 구면(101)의 법선 방향과 입사 빛의 방향 사이의 입사각이 형성되고 상기의 식 2에 의해 곡면(101)에 입사된 빛은 일정 각도로 굴절되어 출사 곡면으로 향하게 된다.However, as shown in FIG. 6B, when the first spherical surface 101 has the curvature R1 and the center of curvature P2 falls from the optical axis Z in the -X direction by D1 and lies on the same X axis as the light source, the first spherical surface 101 An angle of incidence is formed between the normal direction of 101 and the direction of incident light, and the light incident on the curved surface 101 by Equation 2 is refracted at an angle to face the exit curved surface.

상기와 같은 굴절은 광축(Z)으로부터 멀어지는 방향으로 굴절되므로 빛의 방사각이 증가되어 출사 곡면(103)으로 향하게 되고 출사곡면에서 재차 광축으로부터 멀어지는 방향으로 굴절되어 출사곡면을 통과하게 되어 빛의 방사각이 증가되는 효과를 발휘한다.
Since the refraction is refracted in the direction away from the optical axis (Z), the radiation angle of the light is increased to be directed to the exit curved surface 103, the refraction from the exit curved surface in the direction away from the optical axis again to pass through the exit curved surface of the light room It is effective to increase blind spots.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 고방사각 렌즈의 구성원리를 나타내는 도면이다.7 is a view showing the membership of the high-radiation lens according to an embodiment of the present invention.

제1 구면(101)의 곡률 반경 R1, 제3 구면(103)의 곡률 반경 R3, 제3 구면(103)의 곡률 중심의 광축(Z) 상의 거리 H, 굴절률 n, X축과 확산판(60)간의 거리 T, 제1 구면(101)의 곡률 중심과 광축(Z)과의 거리인 D1의 값을 The radius of curvature R1 of the first spherical surface 101, the radius of curvature R3 of the third spherical surface 103, the distance H on the optical axis Z of the center of curvature of the third spherical surface 103, the refractive index n, the X-axis and the diffusion plate 60 ) Is the distance T between the centers of curvature of the first spherical surface 101 and the value of D1, which is the distance between the optical axis Z.

R1 = 3.0 mm, R3 = 8 mm, H = 3 mm, n = 1.5, T = 25 mm, D1 = 0 mmR1 = 3.0 mm, R3 = 8 mm, H = 3 mm, n = 1.5, T = 25 mm, D1 = 0 mm

와 같이 설정한다.Set it like this:

또한, 제3 구면(103)의 곡률 중심(P3)과 광축(Z)간의 거리값인 D2를,Further, D2 which is a distance value between the center of curvature P3 of the third spherical surface 103 and the optical axis Z,

D2 = 0, 1, 2, 3, 4 ,5 mm 와 같이 점차 증가시키는 방향으로 각각 이동시킨다.D2 = 0, 1, 2, 3, 4, 5 mm and move in the direction of increasing gradually, respectively.

광원의 발광점 P1으로부터 발산한 후 출사 곡면으로부터 출사하는 빛의 광축(Z)과의 각도(θz)를 계산하면 도 8과 같은 그래프가 된다.When the angle θ z with the optical axis Z of the light emitted from the light emitting point P1 of the light source and emitted from the emission curved surface is calculated, a graph as shown in FIG. 8 is obtained.

도 8의 그래프를 참조하면, D2의 길이가 증가할수록 렌즈를 통과한 빛의 방사각(θz)은 증가하나 D2=5 mm인 경우에는 광원의 방사각도가 10도도 되지 않는 TR의 위치의 각도에서 전반사가 일어나 광학적 특성이 나빠지게 된다.Referring to the graph of FIG. 8, as the length of D2 increases, the radiation angle θ z of the light passing through the lens increases, but when D2 = 5 mm, the angle of the TR position where the radiation angle of the light source is less than 10 degrees. The total reflection occurs at, causing the optical properties to deteriorate.

즉, D2 는That is, D2

0 < D2 < R3-H (식) - 3                       0 <D2 <R3-H (Formula)-3

의 조건을 만족해야 광원의 발산 각도(LED의 경우 55~60도) 내에서 출사곡면에 의한 전반사가 발생하지 않는다.
The total reflection by the emission surface does not occur within the divergence angle of the light source (55 ~ 60 degrees for LED).

또한 상기 조건에서 광원의 발광점 P1부터 일정거리 T=25 mm 에 위치한 확산판 상에서의 광원에서의 발산 방사각(θz)에 따른 x 변위를 계산하면 도 9와 같이 D2 = 4 mm 인 구조에서 빛의 확산성이 가장 좋음을 알 수 있다.In addition, when x displacement is calculated according to the divergent emission angle θ z of the light source on the diffuser plate at a constant distance T = 25 mm from the light emitting point P1 of the light source under the above conditions, D2 = 4 mm as shown in FIG. 9. It can be seen that the light diffusion is the best.

본 발명의 실시예에 따른 고방사각 렌즈(100)에서, 측면(106)과 광축(Z)간의 거리인 D를 구하는 과정은 하기와 같다.In the high-radiation lens 100 according to the embodiment of the present invention, a process of obtaining D, which is a distance between the side surface 106 and the optical axis Z, is as follows.

먼저, 출사곡면에서 θr로 굴절된 빛의 Z축과의 각도(θz)가 90도를 넘지 않아야 한다. 또한, 도 1과 같은 평판조명장치의 구조에서 LED(30)와 LED(30) 사이의 거리를 참고하여 도 9의 그래프를 참조하여 Z축과의 변위를 선택하여 선택된 변위에 맞는 광원 방사각(θz)을 결정한다. 마지막으로, 도 10의 그래프를 참조하여 광원 방사각(θz)에 따른 출사곡면 상에서의 X변위를 찾으면 그 값이 렌즈의 반경 D가 된다.First, the angle [theta] z with respect to the Z axis of the light refracted by [theta] r in the exit curve must not exceed 90 degrees. In addition, referring to the distance between the LED 30 and the LED 30 in the structure of the flat panel lighting device as shown in FIG. 1, the displacement with the Z axis is selected with reference to the graph of FIG. θ z ). Finally, referring to the graph of FIG. 10, when the X displacement on the emission curve according to the light source emission angle θ z is found, the value becomes the radius D of the lens.

본 발명의 실시예에 따른 고방사각 렌즈의 D 값은 7 ~ 7.15mm임이 바람직하다. 렌즈 반경 D값이 7.15mm보다 크게 되면 굴절된 빛의 Z축 과의 각도(θz) 가 90도에 가깝거나 90도를 넘어서게 되어 굴절된 빛이 확산판에 직접적으로 도달하지 못하며 이 빛들은 다른 구조물 들에 흡수되거나 일부가 반사하여 확산판에 도달되므로 광손실이 발생하게 된다.D value of the high-radiation lens according to an embodiment of the present invention is preferably 7 ~ 7.15mm. If the lens radius D is larger than 7.15 mm, the angle (θz) of the refracted light with respect to the Z axis is close to 90 degrees or over 90 degrees so that the refracted light does not reach the diffuser plate directly. The light loss occurs because the light is absorbed by the field or partially reflected and reaches the diffuser plate.

본 발명의 실시예에 따른 고방사각 렌즈를 광선 추적하여 렌즈의 발산 광학 특성을 나타내는 배광곡선을 시뮬레이션하면 도 11과 같이 D2 = 4 mm 의 배광곡선이, D2 = 2mm 인 배광곡선보다 빛의 확산성 및 균일성에서 더 우수하다는 것을 알 수 있다.When the light emission curve of the high-radiation lens according to the embodiment of the present invention is simulated to simulate the light distribution curve representing the divergent optical characteristics of the lens, as shown in FIG. 11, the light distribution curve of D2 = 4 mm is higher than that of D2 = 2 mm. And even better in uniformity.

상기 설명한 실시예는 단지 출사곡면에 의해서만 방사각이 증가하는 구조이다. 출사곡면 뿐만 아니라 입사곡면에 의해서도 굴절이 발생하게 하여 방사각을 더욱 더 증가 시키는 구조가 가능하며 이는 하기와 같다.The above-described embodiment has a structure in which the radial angle increases only by the exit curve. Refraction is generated not only by the exit curve but also by the incident curve, so that the radiation angle can be further increased.

상기 도 11의 그래프를 참조하여 볼 때, 가장 확산성이 좋은 구조인 D2 =4 mm의 조건에서 입사곡면의 곡률 중심을 다음과 같이 -X 방향으로 Referring to the graph of FIG. 11, the center of curvature of the incident surface in the -X direction is as follows under the condition of D2 = 4 mm, which is the most diffuse structure.

D1 = 0, -0.5 , -1.0, -1.5, -1.6 mm          D1 = 0, -0.5, -1.0, -1.5, -1.6 mm

각각 이동시킨다.Move each one.

D1을 변화 시키면서 발광점 P1으로 부터 발산한 후 출사 곡면으로부터 출사하는 빛의 Z축 과의 각도(θz)를 계산하면 도 13과 같은 결과를 얻을 수 있다.By calculating the angle θ z with the Z-axis of the light emitted from the emitting curved surface after diverging from the light emitting point P1 while changing D1, the result as shown in FIG. 13 can be obtained.

도 13를 참조하면, D1의 길이가 -X방향으로 증가할수록 렌즈를 통과한 빛의 방사각(θz)이 증가하나 D1이 -1.5 mm 이상이 되면 광원의 방사각도 20도 이하의 각도에서 출사곡면에서 전반사가 발생하게 되어 광학 특성이 나빠지게 된다. 그러므로 D1은 Referring to FIG. 13, as the length of D1 increases in the -X direction, the radiation angle θ z of the light passing through the lens increases, but when D1 becomes more than -1.5 mm, the light exits at an angle of 20 degrees or less. Total reflection occurs at the curved surface, resulting in poor optical properties. Therefore D1

0 < D1 < (R1/2) (식) - 4                     0 <D1 <(R1 / 2) (Expression)-4

의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.It is preferable to satisfy the condition of.

또한, 광원의 발광점 P1으로부터 T=25 mm에 위치한 확산판 상에서의 광원에서의 발산 방사각에 따른 x 변위를 계산하면 도 13과 같고, 상기 렌즈를 광선 추적하여 렌즈의 발산 광학 특성을 나타내는 배광곡선을 시뮬레이션하면 도 14a 내지 도 14c와 같은 결과를 얻을 수 있다.Further, x calculation according to the divergence emission angle of the light source on the diffuser plate located at T = 25 mm from the light emitting point P1 of the light source is shown in FIG. 13, and the light distribution of the lens by ray tracing the lens shows light divergence optical characteristics. Simulating the curves yields the same results as in FIGS. 14A-14C.

도 14a 내지 도 14c의 그래프를 참조하면, D1 < 1.5 mm 인 조건, 즉 (식)-4를 만족하는 조건인 D1=1.0 mm 렌즈의 배광곡선 (나)가 빛의 확산성 및 균일성에서 가장 우수하다는 것을 알 수 있다.Referring to the graphs of FIGS. 14A to 14C, the light distribution curve (B) of a D1 = 1.0 mm lens having a condition of D1 <1.5 mm, that is, a condition that satisfies (Equation) -4, is best in light diffusivity and uniformity. It can be seen that it is excellent.

도 15의 (가)의 제1 구면(101)은, 곡률 중심이 광축(Z)으로부터 -X 방향으로 벗어나고 빛의 진행 방향(+Z)에 대해 음의 곡률반경 R1을 가지는 광축(Z)을 중심으로 회전 대칭(rotational symmetry)을 이루는 오목한 곡면이다. 또한, 빛이 제1 구면(101)에 의해 굴절된 후 굴절률 n 인 매질을 지나 출사되는 곡면은 제3 구면(103)으로, 제3 구면(103)의 곡률 중심이 광축(Z)으로부터 +X 방향으로 벗어나고 빛의 진행 방향에 대해 음의 곡률반경 R3을 가지며 광축을 중심으로 rotational symmetry를 이루는 곡면으로 구성된 경우로 도15의 (다)와 같이 렌즈 중심부의 빛의 세기가 매우 낮은 배광곡선 결과를 낳아 렌즈 중심부의 휘도가 낮아지게 된다.
The first spherical surface 101 of FIG. 15A has an optical axis Z whose center of curvature deviates from the optical axis Z in the -X direction and has a negative radius of curvature R1 with respect to the traveling direction of light (+ Z). It is a concave surface with rotational symmetry around it. In addition, after the light is refracted by the first spherical surface 101, the curved surface exiting through the medium having the refractive index n is the third spherical surface 103, and the center of curvature of the third spherical surface 103 is + X from the optical axis Z. It consists of a curved surface deviating in the direction, having a negative curvature radius R3 with respect to the direction of light travel, and forming a rotational symmetry around the optical axis, as shown in (C) of FIG. The brightness of the center of the lens is lowered.

도 15의 (나)는 본 발명의 실시예에 따른 고방사각 렌즈로서, 입사곡면은 곡률 중심이 광축(Z)으로부터 -X 방향으로 벗어나고 빛의 진행 방향(+Z)에 대해 음의 곡률반경 R1을 가지는 제1 구면(101)과, 곡률 중심이 광축 상에 놓이며 곡률반경 R1 보다 작은 음의 곡률반경 R2를 가진 제2 구면(102)이 연결되어 광축을 중심으로 rotational symmetry를 이루는 오목한 곡면이며, 빛이 상기의 입사 곡면(101,102)에 의해 굴절된 후 굴절률 n 인 매질을 지나 출사되는 곡면은 곡률 중심이 광축(Z)으로부터 +X 방향으로 벗어나고 빛의 진행 방향에 대해 음의 곡률반경 R3을 가지는 제3 구면(103) 및 곡률 중심이 광축 상에 놓이며 곡률반경 R3 보다 작은 양의 곡률반경 R4를 가진 제4 구면(104)이 연결되어 광축을 중심으로 rotational symmetry를 이루는 곡면으로 구성한 경우이다.15 (b) is a high-radial lens according to an exemplary embodiment of the present invention, in which the incident surface has a center of curvature deviating in the -X direction from the optical axis Z and a negative curvature radius R1 with respect to the traveling direction (+ Z) of the light. Is a concave curved surface which is connected to the first spherical surface 101 having a center of curvature and a second spherical surface 102 having a negative radius of curvature R2 smaller than the radius of curvature R1 to form a rotational symmetry around the optical axis. After the light is refracted by the incident surfaces 101 and 102, the curved surface exiting the medium having the refractive index n has a center of curvature deviating from the optical axis Z in the + X direction and a negative radius of curvature R3 with respect to the propagation direction of the light. The third spherical surface 103 and the center of curvature are placed on the optical axis, and the fourth sphere 104 having a positive radius of curvature R4 smaller than the radius of curvature R3 is connected to form a curved surface forming a rotational symmetry about the optical axis. .

도 15의 (나)와 같은 조건을 설정한 본 발명의 실시예에 따르면, 도 15의 (라)와 같이 렌즈 중심부의 빛의 세기가 증가함을 알 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present invention in which the conditions as illustrated in FIG. 15B are set, it can be seen that the intensity of light at the center of the lens is increased as illustrated in FIG. 15D.

즉, 음의 곡률반경 R2를 가진 제2 구면(102)과 양의 곡률반경 R4를 가진 제4 구면(104)으로 제1 구면(101)과 제3 구면(103)을 연결함으로써 R2와 R4의 값에 따라 렌즈 중심부의 빛의 세기를 조절할 수 있는 것이다.That is, the second sphere 102 having the negative radius of curvature R2 and the fourth sphere 104 having the positive radius of curvature R4 connect the first sphere 101 and the third sphere 103 to each other. The intensity of light in the center of the lens can be adjusted according to the value.

더욱 바람직하게는 제1 구면(101), 제3 구면(103), 렌즈의 하부를 이루는 바닥면(105) 및 렌즈의 측면부를 이루는 측면(106)이 만나는 면들은 곡률 반경 (R5, R6, R7)을 가진 제5 내지 제7 구면(110, 111, 112)으로 각 구면들이 부드럽게 연결되도록 구성한다.More preferably, the surfaces where the first spherical surface 101, the third spherical surface 103, the bottom surface 105 forming the lower portion of the lens and the side surface 106 forming the side portion of the lens meet each other have a radius of curvature R5, R6, and R7. Each of the spherical surfaces are configured to be smoothly connected to the fifth to seventh spherical surfaces 110, 111, and 112.

제5 내지 제7 구면(110, 111, 112)으로 제1구면(101), 제3 구면(103), 바닥면(105) 및 측면(106)을 연결하면, 도 16의 (라)와 같은 배광곡선을 가지게 되며, 도16의 (가)와 같은 렌즈 구조에서 발생하는 빛의 세기의 급격한 변화 (도 16 (다)의 (A)영역)를 제거하여 렌즈 형태로 투사되어 나타나는 환형의 띠를 없앨 수 있어 더욱 더 균일한 휘도 분포를 얻을 수 있다.
When the first spherical surface 101, the third spherical surface 103, the bottom surface 105, and the side surface 106 are connected to the fifth to seventh spherical surfaces 110, 111, and 112, the same as in FIG. It has a light distribution curve and removes the abrupt change in the light intensity (area (A) in FIG. 16 (C)) generated in the lens structure as shown in FIG. This can be eliminated, resulting in a more uniform luminance distribution.

상기와 같이 본 발명에 따르면, 종래의 비구면 대신에 구면으로만 렌즈를 제작하여도 고방사각의 성능을 가진 렌즈를 제작할 수 있고, 렌즈가 구면으로만 제작되어 제작된 렌즈의 검사 또한 용이하여 저가의 고방사각 렌즈를 생산할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as described above, it is possible to manufacture a lens having a high radial performance even if the lens is produced only in spherical surface instead of the conventional aspherical surface, and the lens is manufactured only in the spherical surface is also easy to inspect the low cost There is an effect that can produce a high-angle lens.

또한, 렌즈의 제작 비용을 절감함과 동시에 고방사각의 성능을 갖는 렌즈의 제작이 가능하고, 박형의 평판조명장치의 구성이 가능한 효과가 있다.
In addition, while reducing the manufacturing cost of the lens, it is possible to manufacture a lens having a high radial performance, it is possible to configure a thin flat panel lighting device.

상기와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, an optimal embodiment has been disclosed in the drawings and specification. Although specific terms have been employed herein, they are used for purposes of illustration only and are not intended to limit the scope of the invention as defined in the claims or the claims. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible from this. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

10: 프레임 20: 반사판
30: LED 40: 렌즈
50: 회로기판 60: 확산판
70: 확산시트 80: 프리즘시트
90: LCD패널
100: 고방사각 렌즈 101: 제1 구면
102: 제2 구면 103: 제3 구면
104: 제4 구면 110: 제5 구면
111: 제6 구면 112: 제7 구면
105: 바닥면 106: 측면
200: 광원 L: 빛
R1: 제1 구면의 곡률 반경 R2: 제2 구면의 곡률 반경
R3: 제3 구면의 곡률 반경 R4: 제4 구면의 곡률 반경
R5: 제5 구면의 곡률 반경 R6: 제6 구면의 곡률 반경
R7: 제7 구면의 곡률 반경10: frame 20: reflector
30: LED 40: lens
50: circuit board 60: diffusion plate
70: diffusion sheet 80: prism sheet
90: LCD panel
100: high-angle lens 101: first spherical surface
102: second sphere 103: third sphere
104: fourth sphere 110: fifth sphere
111: sixth sphere 112: seventh sphere
105: bottom 106: side
200: light source L: light
R1: radius of curvature of the first sphere R2: radius of curvature of the second sphere
R3: radius of curvature of the third sphere R4: radius of curvature of the fourth sphere
R5: radius of curvature of the fifth sphere R6: radius of curvature of the fifth sphere
R7: radius of curvature of the seventh sphere

Claims (12)

광축 상에 배치된 광원으로부터 출사된 빛이 입사하는 입사 곡면 및 상기 입사 곡면에 입사한 빛이 출사되는 출사 곡면을 포함하고, 상기 입사 곡면 및 상기 출사 곡면은 상기 광축을 중심으로 회전대칭(rotational symmetry)되는 고방사각 렌즈에 있어서,
상기 입사 곡면은,
곡률 중심이 상기 광축으로부터 -X 방향으로 D1의 거리에 위치하고 빛의 진행 방향(+Z)에 대해 음의 곡률반경 R1을 가지는 제1 구면; 및
상기 제1 구면의 일단에 연결되고 곡률 중심이 상기 광축 상에 위치하며 빛의 진행 방향에 대해 음의 곡률반경 R2를 가지는 제2 구면을 포함하고,
상기 출사 곡면은,
곡률 중심이 상기 광축으로부터 +X 방향으로 D2의 거리에 위치하고 상기 광축으로부터 -Z 방향으로 H의 거리에 위치하며 빛의 진행 방향에 대해 음의 곡률반경 R3을 가지는 제3 구면; 및
상기 제3 구면의 일단에 연결되고 곡률 중심이 상기 광축 상에 위치하며 빛의 진행 방향에 대해 양의 곡률반경 R4를 가지는 제4 구면을 포함하는 것을 특징으로 하는 고방사각 렌즈.And an incident surface on which light emitted from a light source disposed on an optical axis is incident and an emission surface on which light incident on the incident surface is emitted, wherein the incident surface and the emission surface are rotational symmetry about the optical axis. In the high-angle lens,
The incident surface is,
A first spherical surface having a center of curvature at a distance D1 in the -X direction from the optical axis and having a negative radius of curvature R1 with respect to a traveling direction of light (+ Z); And
A second spherical surface connected to one end of the first spherical surface and having a center of curvature on the optical axis and having a negative radius of curvature R2 with respect to a propagation direction of light;
The exit surface is,
A third spherical surface having a center of curvature at a distance of D2 in the + X direction from the optical axis and a distance of H in the -Z direction from the optical axis and having a negative radius of curvature R3 with respect to the traveling direction of the light; And
And a fourth spherical surface connected to one end of the third spherical surface and having a center of curvature on the optical axis and having a positive radius of curvature R4 with respect to a traveling direction of light. 청구항 1에 있어서,
상기 제1 구면의 타단에 연결되는 바닥면을 더 포함하고,
상기 제1 구면과 상기 바닥면은, 곡률 반경 R5를 가지는 제5 구면으로 연결된 것을 특징으로 하는 고방사각 렌즈.The method according to claim 1,
Further comprising a bottom surface connected to the other end of the first spherical surface,
And the first spherical surface and the bottom surface are connected to a fifth spherical surface having a radius of curvature R5. 청구항 2에 있어서,
상기 제5 구면의 곡률 반경 R5는 0.5mm 초과 1.5mm 미만인 것을 특징으로 하는 고방사각 렌즈.The method according to claim 2,
The radius of curvature R5 of the fifth spherical surface is greater than 0.5mm, less than 1.5mm, characterized in that the high-angle lens. 청구항 1에 있어서,
상기 제1 구면의 타단에 연결되는 바닥면 및 상기 바닥면에 연결되는 측면을 더 포함하고,
상기 바닥면과 상기 측면은, 곡률반경 R6를 가지는 제6 구면으로 연결된 것을 특징으로 하는 고방사각 렌즈.The method according to claim 1,
A bottom surface connected to the other end of the first spherical surface and a side surface connected to the bottom surface,
And the bottom surface and the side surface are connected to a sixth spherical surface having a radius of curvature R6. 청구항 4에 있어서,
상기 제6 구면의 곡률 반경 R5는 0.5mm 초과 1.5mm 미만인 것을 특징으로 하는 고방사각 렌즈.The method of claim 4,
The radius of curvature R5 of the sixth sphere is greater than 0.5mm less than 1.5mm, characterized in that the high-angle lens. 청구항 1에 있어서,
상기 제3 구면의 타단에 연결되는 측면을 더 포함하고,
상기 제3 구면과 상기 측면은, 곡률 반경 R7를 가지는 제7 구면으로 연결된 것을 특징으로 하는 고방사각 렌즈.The method according to claim 1,
Further comprising a side surface connected to the other end of the third spherical surface,
And the third spherical surface and the side surface are connected to a seventh spherical surface having a radius of curvature R7. 청구항 6에 있어서,
상기 제7 구면의 곡률 반경 R5는 0.5mm 초과 1.5mm 미만인 것을 특징으로 하는 고방사각 렌즈.The method of claim 6,
The radius of curvature R5 of the seventh sphere is greater than 0.5mm less than 1.5mm, characterized in that the high-angle lens. 청구항 1에 있어서,
상기 고방사각 렌즈는 굴절률이 1.4 이상인 투명 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 고방사각 렌즈.The method according to claim 1,
The high-radiation lens is a high-angle lens, characterized in that consisting of a transparent material having a refractive index of 1.4 or more. 청구항 1에 있어서,
상기 D1 값은 0 < D1 < (R1/2) 의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 고방사각 렌즈.The method according to claim 1,
The D1 value satisfies the condition of 0 <D1 <(R1 / 2). 청구항 1에 있어서,
상기 D2 값은 0 < D2 < R3-H 의 조건을 만족하고,
상기 H 값은 H < (R32 -D22)0.5 - R1 의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 고방사각 렌즈.The method according to claim 1,
The D2 value satisfies the condition of 0 <D2 <R3-H,
Wherein the H value satisfies the condition of H <(R3 2 -D2 2 ) 0.5 -R1. 청구항 1에 있어서,
상기 R1 및 상기 R2 값은 |R1| > |R2| 의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 고방사각 렌즈.The method according to claim 1,
The R1 and R2 values are represented by | R1 | > | R2 | High-angle lens, characterized in that to satisfy the conditions of. 청구항 1에 있어서,
상기 R3 및 상기 R4 값은 |R4| < |R3| 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 고방사각 렌즈.The method according to claim 1,
The value of R3 and R4 is | R4 | <| R3 | A high-angle lens characterized by satisfying the condition.
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