KR101532985B1 - 발광 소자용 렌즈와, 백라이트 유닛 및 이의 제조 방법 - Google Patents
발광 소자용 렌즈와, 백라이트 유닛 및 이의 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 디스플레이 용도나 조명 용도로 사용할 수 있는 발광 소자용 렌즈와, 백라이트 유닛 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 하면 중심에 오목한 입광부가 형성되고, 하면 테두리에 평평한 바닥부이 형성되며, 상면에 출광부가 형성되는 렌즈 몸체; 및 상기 렌즈 몸체의 평평한 바닥부에 형성되고, 상기 렌즈 몸체 내부에서 상기 바닥부 방향으로 진행되는 빛의 적어도 일부분이 반사 또는 산란될 수 있도록 마이크로 미터 단위로 형성되는 마이크로 돌기부;를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 발광 소자용 렌즈와, 백라이트 유닛 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 디스플레이 용도나 조명 용도로 사용할 수 있는 발광 소자용 렌즈와, 백라이트 유닛 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 화합물 반도체(compound semiconductor)의 PN 다이오드 형성을 통해 발광원을 구성함으로써, 다양한 색의 광을 구현할 수 있는 일종의 반도체 소자를 말한다. 이러한 발광 소자는 수명이 길고, 소형화 및 경량화가 가능하며, 저전압 구동이 가능하다는 장점이 있다. 또한, 이러한 LED는 충격 및 진동에 강하고, 예열시간과 복잡한 구동이 불필요하며, 다양한 형태로 기판이나 리드프레임에 실장한 후, 패키징할 수 있어서 여러 가지 용도로 모듈화하여 백라이트 유닛(backlight unit)이나 각종 조명 장치 등에 적용할 수 있다.
이러한 LED는 회로 기판의 표면에 실장되어 각종 전자기기에 장착된다. 이때, LED의 상부에는 LED로부터 조사되는 광을 확산시킬 수 있도록 렌즈가 설치될 수 있다.
일반적으로, 직하형 백라이트 유닛에 적용되는 렌즈는 출광부가 구면으로 형성되고, 출광부를 통해 발산되는 광을 측방향으로 유도할 수 있도록 중심에 뾰족하게 오목한 홈이 형성될 수 있다.
한편, 종래의 렌즈는 바닥면이 단순하게 평평한 형상이거나 매우 굵은 격자 무뉘가 형성될 수 있었다.
그러나, 이러한 종래의 렌즈는 바닥면을 통해서 렌즈의 하방으로 쉽게 누출되고 이로 인하여 광효율이 크게 떨어지는 문제점이 있었다.
또한, 별도의 광제어 수단이 없어서 렌즈의 상방에 암부나, 암부링이나, 휘부나 휘부링 등 광불균일 현상이 발생될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 렌즈의 바닥부에 빛을 내부로 산란시키거나, 확산시키거나, 반사시킬 수 있도록 마이크로 미터 단위의 마이크로 돌기부를 형성하여 광효율을 크게 증대시킬 수 있고, 암부나, 암부링이나, 휘부나 휘부링 등 광불균일 현상을 방지할 수 있게 하는 발광 소자용 렌즈와, 백라이트 유닛 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 발광 소자용 렌즈는, 하면 중심에 오목한 입광부가 형성되고, 하면 테두리에 평평한 바닥부이 형성되며, 상면에 출광부가 형성되는 렌즈 몸체; 및 상기 렌즈 몸체의 평평한 바닥부에 형성되고, 상기 렌즈 몸체 내부에서 상기 바닥부 방향으로 진행되는 빛의 적어도 일부분이 반사 또는 산란될 수 있도록 마이크로 미터 단위로 형성되는 마이크로 돌기부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 렌즈 몸체는, 금형을 이용하여 투광성 모재를 사출 성형한 사출 성형물이고, 상기 마이크로 돌기부는, 상기 금형에서 방전 가공 기술(EDM: Electric Discharge Machining)로 표면 처리한 바닥부 대응 부분을 이용하여 이루어지는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 마이크로 돌기부는, 크기가 3 마이크로 미터 내지 15 마이크로 미터인 미세 돌기들로 이루어지는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 마이크로 돌기부는, 상기 입광부에 가깝게 형성되고, 제 1 크기를 갖는 제 1 돌기부; 및 상기 입광부에서 멀게 형성되고, 제 2 크기를 갖는 제 2 돌기부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 입광부를 통해서 입광된 빛의 적어도 일부분이 상방으로 출광될 수 있도록 상기 오목홈부의 일부 표면에 평평한 형상으로 형성되는 플랫부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 플랫부는 상기 오목홈부의 저면에 형성되고, 상기 입광부를 통해서 입광된 발광 소자의 주발광선을 기준으로 수직하게 형성되며, 상기 렌즈 몸체는, 상기 입광부가 위로 오목한 돔형상의 함몰홈이고, 상기 출광부는 그 단면이 중심선을 기준으로 좌측으로 치우쳐진 제 1 곡률 중심을 갖고, 제 1 곡률로 이루어지는 좌측 반구부 및 상기 중심선을 기준으로 우측으로 치우쳐진 제 2 곡률 중심을 갖고, 상기 제 1 곡률로 이루어지는 우측 반구부로 이루어지고, 상기 오목홈부는 그 단면이 상기 좌측 반구부의 최상면에서 상기 입광부의 상방 중심점을 향하여 형성되는 좌측 오목홈부 및 상기 우측 반구부의 최상면에서 상기 입광부의 상방 중심점을 향하여 형성되는 좌측 오목홈부로 이루어지고, 상기 플랫부는, 그 단면이 상기 좌측 오목홈부와 상기 우측 오목홈부 사이에 형성되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따른 발광 소자용 렌즈는, 상기 오목홈부의 상방으로 출광되는 빛의 양을 제어할 수 있도록 상기 좌측 오목홈부 및 상기 우측 오목홈부는 상기 좌측 반구부 및 상기 우측 반구부의 가상 연장선에서 각각 돌출 높이만큼 돌출되게 형성되는 볼록부;를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 백라이트 유닛은, 하면 중심에 오목한 입광부가 형성되고, 하면 테두리에 평평한 바닥부이 형성되며, 상면에 출광부가 형성되는 렌즈 몸체; 상기 렌즈 몸체의 평평한 바닥부에 형성되고, 상기 렌즈 몸체 내부에서 상기 바닥부 방향으로 진행되는 빛의 적어도 일부분이 반사 또는 산란될 수 있도록 마이크로 미터 단위로 형성되는 마이크로 돌기부; 및 상기 출광부를 통해 발산되는 빛의 광경로에 설치되는 도광판;를 포함할 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 발광 소자용 렌즈의 제조 방법은, 하면 중심에 오목한 입광부가 형성되고, 하면 테두리에 평평한 바닥부이 형성되며, 상면에 출광부가 형성되는 렌즈 몸체 및 상기 렌즈 몸체의 평평한 바닥부에 형성되고, 상기 렌즈 몸체 내부에서 상기 바닥부 방향으로 진행되는 빛의 적어도 일부분이 반사 또는 산란될 수 있도록 마이크로 미터 단위로 형성되는 마이크로 돌기부를 포함하는 발광 소자용 렌즈의 제조 방법에 있어서, 금형에 상기 렌즈 몸체와 대응되는 렌즈 몸체 대응부 및 상기 마이크로 돌기부와 대응되는 마이크로 돌기부 대응부를 형성하는 금형 형성 단계; 상기 마이크로 돌기부 대응부를 방전 가공 기술(EDM: Electric Discharge Machining)을 이용하여 표면 처리하는 방전 가공 단계; 및 방전 가공된 상기 금형의 상기 렌즈 몸체 대응부 및 상기 마이크로 돌기부 대응부에 투광성 모재를 사출 성형하는 사출 성형 단계;를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 광효율을 크게 증대시켜서 제품의 성능을 향상시키고, 광불균일 현상을 방지할 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자용 렌즈를 나타내는 상면 사시도이다.
도 2는 도 1의 발광 소자용 렌즈를 나타내는 저면 사시도이다.
도 3은 도 1의 발광 소자용 렌즈를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 1의 발광 소자용 렌즈를 나타내는 저면도이다.
도 5는 도 1의 발광 소자용 렌즈를 나타내는 평면 사진이다.
도 6은 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 발광 소자용 렌즈를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자용 렌즈의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 도 1의 발광 소자용 렌즈를 나타내는 저면 사시도이다.
도 3은 도 1의 발광 소자용 렌즈를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 1의 발광 소자용 렌즈를 나타내는 저면도이다.
도 5는 도 1의 발광 소자용 렌즈를 나타내는 평면 사진이다.
도 6은 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 발광 소자용 렌즈를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자용 렌즈의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면, 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자용 렌즈(100)를 나타내는 상면 사시도이다. 그리고, 도 2는 도 1의 발광 소자용 렌즈(100)를 나타내는 저면 사시도이고, 도 3은 도 1의 발광 소자용 렌즈(100)를 나타내는 단면도이고, 도 4는 도 1의 발광 소자용 렌즈(100)를 나타내는 저면도이다.
먼저, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자용 렌즈(100)는, 크게 렌즈 몸체(10) 및 마이크로 돌기부(M)를 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 렌즈 몸체(10)는, 하면 중심에 오목한 입광부(10a)가 형성되고, 하면 테두리에 평평한 바닥부(10d)이 형성되며, 상면에 출광부(10b)가 형성되는 투광성 재질의 일체형 구조체일 수 있다.
예컨데, 상기 렌즈 몸체(10)는 상면의 중심부에 오목홈부(10c)가 형성되고, 하면에 렌즈 바닥부(10d)가 형성되며, 상기 렌즈 바닥부(10d)에는 하방으로 일정한 길이만큼 돌출되는 적어도 하나 이상의 렌즈 다리부(10e)가 형성될 수 있다.
여기서, 상기 오목홈부(10c)와, 상기 렌즈 바닥부(10d) 및 상기 렌즈 다리부(10e) 역시, 상기 렌즈 몸체(10)와 일체형상으로 이루어지는 투광성 재질일 수 있다.
그러나, 이러한 상기 렌즈 몸체(10)의 상기 입광부(10a)와, 상기 출광부(10b)와, 상기 오목홈부(10c)와, 상기 렌즈 바닥부(10d)와, 상기 렌즈 다리부(10e)는 도면에 반드시 국한되지 않고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 디자인이나, 형상이나, 재질 등으로 수정 및 변경이 가능하다.
여기서, 빛이 공기나 렌즈 등 서로 다른 매질과 매질 사이의 경계면을 통과할 때, 진행 방향이 달라지는 것을 응용하기 위하여 빛의 진행 방향에 따른 굴절 각도는 그 매질의 성질에 따라 달라질 수 있는 것으로서, 예컨데, 상기 렌즈 몸체(10)의 광학적 특성에 따라 달라질 수 있다.
따라서, 상기 렌즈 몸체(10)의 재질이나, 굴절률이나, 형태나, 광학적 특성에 따라 광학적 특성을 최적화하여 설계할 수 있다.
예컨데, 상기 렌즈 몸체(10)가 유리인 경우, 굴절률은 1.45 내지 1.96일 수 있다. 여기에 굴절률을 크게 하기 위하여 납이나 바륩을 가할 수 있고, 작게 하기 위해서는 철을 가할 수 있다.
이외에도, 상기 렌즈 몸체(10)는, 적어도 유리, 아크릴, 에폭시 수지는 물론, EMC, 에폭시 수지 조성물, 실리콘 수지 조성물, 변성 에폭시 수지 조성물, 변성 실리콘 수지 조성물, 폴리이미드 수지 조성물, 변성 폴리이미드 수지 조성물, 폴리프탈아미드(PPA), 폴리카보네이트 수지, 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 액정 폴리머(LCP), ABS 수지, 페놀 수지, 아크릴 수지, PBT 수지 등을 선택하여 이루어질 수 있다.
이외에도, 상기 렌즈 몸체(10)는, 폴리카보네이트 계열, 폴리술폰계열, 폴리아크릴레이트 계열, 폴리스틸렌계, 폴리비닐클로라이드계, 폴리비닐알코올계, 폴리노르보넨 계열, 폴리에스테르 등이 적용될 수 있고, 이외에도 각종 투광성 수지 계열의 재질이 적용될 수 있다.
또한, 광분산성을 높이기 위하여 상기 렌즈 몸체(10)의 표면이나 내부에 미세 패턴이나 미세 돌기나 확산막등을 형성하거나, 미세 기포를 형성하는 등 다양한 방법으로 산란 패턴이나 산란 부재 등이 설치될 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 마이크로 돌기부(M)는, 상기 렌즈 몸체(10)의 평평한 바닥부(10d)에 형성되고, 상기 렌즈 몸체(10) 내부에서 상기 바닥부(10d) 방향으로 진행되는 빛의 적어도 일부분이 반사 또는 산란될 수 있도록 마이크로 미터 단위로 형성되는 부분일 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 마이크로 돌기부(M)는, 빛의 산란과, 확산 및 반사를 유도하기 위하여, 직경이나 높이나, 폭이나, 길이 등 그 크기(S)가 3 마이크로 미터 내지 15 마이크로 미터일 수 있다.
여기서, 상기 마이크로 돌기부(M)는 상술된 수치에 반드시 국한되지 않고, 빛의 산란과, 확산 및 반사를 유도할 수 있는 모든 수치 및 형태의 돌기가 적용될 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 렌즈 몸체(10)는, 금형을 이용하여 투광성 모재를 사출 성형한 사출 성형물이고, 상기 마이크로 돌기부(M)는, 상기 금형에서 방전 가공 기술(EDM: Electric Discharge Machining)로 표면 처리한 바닥부 대응 부분을 이용하여 이루어지는 것일 수 있다.
예컨데, 상기 방전 가공이란, 전기 절연성 액체(등유나 이온교환수 등)중에서 피가공재와 전극간에 펄스상 방전 전압을 주어 불꽃 방전을 반복하여, 피가공재의 일부 형상을 목적한 형상으로 만드는 가공 방법으로서, 피가공재에 도전성이 있다면, 재질, 경도, 취성에 관계없이 가공할 수 있으며, 피가공재에 압력이 걸리지 않기 때문에, 얇은 박과 같은 것도 변형되지 않고 가공할 수 있는 기술이다.
일반적으로, 상기 방전 가공은 특정한 형상의 전극(동이나 흑연 등)을 사용한 형조(型彫)방전 가공과 세선(細線)(동이나 텅스텐)을 전극으로 하고 그 세선을 컴퓨터로 정밀하게 제어하면서 목적한 형상을 가공하는 와이어커트 방전 가공 등이 있다. 이러한 상기 방전 가공 기술은 이미 널리 상용화된 기술로 여기서 상세한 설명은 생략한다.
그러나, 이러한 상기 마이크로 돌기부(M)는 상기 방전 가공 기술에만 국한되어 제조되지 않고, 식각, 스탬프, 프린팅, 도포, 그라인딩, 스퍼터링, 절삭, 절삭 등 기타 매우 다양한 방법으로 형성될 수 있다.
따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자용 렌즈(100)의 광학적 작동 과정을 설명하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 발광 소자(1)에서 발산되는 빛의 경로는 전후좌우 방향 및 상방향의 모든 각도로 방사되어 발산되는 것으로서, 주로 주발광선(L)을 따라 발산될 수 있다.
여기서, 상기 주발광선(L)이란 상기 발광 소자(1)에서 발생되는 빛의 배광 분포들 중에서 가장 많은 양의 빛들이 통과하는 경로를 향하는 방향축선을 지칭할 수 있다.
본 발명에서는 상기 발광 소자(1)의 상기 주발광선(L)이 상기 입광부(10a)의 천장 중심을 통과하는 경우를 예시하였다. 그러나, 본 발명은 이에 반드시 국한되지 않는 것으로서, 상기 주발광선(L)은 상기 입광부(10a) 내부의 다양한 위치에 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
즉, 상기 발광 소자(1)에서 발산된 빛의 일부분은, 상기 렌즈 몸체(10)의 상기 입광부(10a)를 통해서 상기 렌즈 몸체(10) 내부로 유입될 수 있다.
기본적으로 대부분의 빛들은 상기 입광부(10a)를 통과한 후, 상기 출광부(10b)를 통해서 측방향 광, 즉 측광으로 변환될 수 있다.
이 때, 상기 렌즈 몸체(10)의 상기 바닥부(10d) 방향으로 조사되는 내부의 빛은 외부로 누출되지 않고, 내부에서 부분적으로 산란되거나, 확산되거나, 반사될 수 있다.
도 5는 도 1의 발광 소자용 렌즈(100)를 나타내는 평면 사진이다.
도 5에 도시된 같이, 상기 렌즈 몸체(10)의 상기 바닥부(10d)는 검은 색으로 촬영되어 빛이 상기 마이크로 돌기부(M)로 인해 상기 바닥부(10d)로 누출되지 않는 것을 확인할 수 있다.
그러므로, 상기 렌즈 몸체(10)의 상기 바닥부(10d)를 통해 외부로 방출되어 손실되는 빛의 양을 크게 줄일 수 있기 때문에 광효율을 크게 증대시키고, 이로 인하여 광량을 크게 증대시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 발광 소자용 렌즈(200)를 나타내는 단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 발광 소자용 렌즈(200)의 마이크로 돌기부(M)는, 상기 입광부(10a)에 가깝게 형성되고, 제 1 크기(S1)를 갖는 제 1 돌기부(M1) 및 상기 입광부(10a)에서 멀게 형성되고, 제 2 크기(S2)를 갖는 제 2 돌기부(M2)를 포함할 수 있다.
여기서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 돌기부(M1)의 상기 제 1 크기(S1)는, 상기 제 2 돌기부(M2)의 상기 제 2 크기(S2) 보다 작을 수 있다.
따라서, 예컨데, 상기 입광부(10a)에서 가까운 곳으로 조사되는 빛들은 반사되는 양 보다 산란되는 양을 더 크게 할 수 있고, 상기 입광부(10a)에서 먼 곳으로 조사되는 빛들은 반사되는 양 보다 산란되는 양을 더 적게 할 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 제 1 돌기부(M1)는 빛의 산란을 유도하기 위하여, 직경이나 높이나, 폭이나, 길이 등 상기 제 1 크기(S1)가 3 마이크로 미터 내지 9 마이크로 미터일 수 있고, 상기 제 2 돌기부(M2)는 빛의 반사를 유도하기 위하여, 직경이나 높이나, 폭이나, 길이 등 상기 제 2 크기(S2)가 9 마이크로 미터 내지 15 마이크로 미터일 수 있다.
여기서, 상기 제 1 돌기부(M1) 및 상기 제 2 돌기부(M2)는 상술된 수치에 반드시 국한되지 않고, 빛의 산란과, 확산 및 반사를 유도할 수 있는 모든 수치 및 형태의 돌기가 적용될 수 있다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 발광 소자용 렌즈(200)는, 상기 입광부(10a)를 통해서 입광된 빛의 적어도 일부분이 상방으로 출광될 수 있도록 상기 오목홈부(10c)의 일부 표면에 평평한 형상으로 형성되는 플랫부(20)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 플랫부(20)는 상기 입광부(10a)를 통해서 입광된 빛의 적어도 일부분이 상방으로 출광될 수 있도록 상기 오목홈부(10c)의 일부 표면에 평평한 형상으로 형성되는 부분일 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 6에 확대하여 도시된 바와 같이, 상기 플랫부(20)는 상기 오목홈부(10c)의 저면에 형성되고, 상기 입광부(10a)를 통해서 입광된 발광 소자(1)의 주발광선(L)을 기준으로 수직하게 형성되는 것일 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 플랫부(20)는 상기 렌즈 몸체(10)와 일체형상으로 형성되어 동일한 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 경험적으로 다수의 실험을 통해서 확인한 결과, 암부링이나 휘부링을 최소화하고 광균일도를 최대화하기 위한 상기 플랫부(20)의 직경(N)는 상기 입광부(10a)의 입구 내경(D)의 100분의 1 내지 10분의 1일 수 있다.
그러나, 이러한 상기 플랫부(20)의 직경은 이에 반드시 국한되지 않고, 상술된 바와 같이, 상기 렌즈 몸체(10)의 재질이나, 각 부분의 형상이나, 크기나, 수치나, 발광 소자의 종류나, 광의 종류 등에 따라 매우 다양하게 적용될 수 있고, 최적화 설계되어 사용될 수 있다.
한편, 더욱 구체적으로 예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 렌즈 몸체(10)는, 상기 입광부(10a)가 위로 오목한 돔형상의 함몰홈이고, 상기 출광부(10b)는 그 단면이 발광 소자(1)의 주발광선(L)을 기준으로 좌측으로 치우쳐진 제 1 곡률 중심(C1)을 갖고, 제 1 곡률(R1)로 이루어지는 좌측 반구부(S-L) 및 상기 주발광선(L)을 기준으로 우측으로 치우쳐진 제 2 곡률 중심(C2)을 갖고, 상기 제 1 곡률(R1)로 이루어지는 우측 반구부(S-R)로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 오목홈부(10c)는 그 단면이 상기 좌측 반구부(S-L)의 최상면에서 상기 입광부의 상방 중심점(P) 방향으로 형성되는 좌측 오목홈부(H-L) 및 상기 우측 반구부(S-R)의 최상면에서 상기 입광부(10a)의 상방 중심점(P) 방향으로 형성되는 우측 오목홈부(H-R)로 이루어질 수 있다.
이 때, 상기 플랫부(20)는, 그 단면이 상기 좌측 오목홈부(H-L)와 상기 우측 오목홈부(H-R) 사이에 형성될 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자용 렌즈(100)는, 상기 오목홈부(10c)의 상방으로 출광되는 빛의 양을 제어할 수 있도록 상기 좌측 오목홈부(H-L) 및 상기 우측 오목홈부(H-R)는 상기 좌측 반구부(S-L) 및 상기 우측 반구부(S-R)의 가상 연장선(E)에서 각각 돌출 높이(H)만큼 돌출되게 형성되는 볼록부(T)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 가상 연장선(E)은 상술된 상기 좌측 반구부(S-L)의 상기 제 1 곡률 중심(C1)을 중심으로 상기 제 1 곡률(R1)을 따라 연장되는 곡선 및 상술된 상기 우측 반구부(S-R)의 상기 제 2 곡률 중심(C2)을 중심으로 상기 제 1 곡률(R1)을 따라 연장되는 곡선으로 이루어지는 중심이 플랫한 V자 형상의 곡선(도 6에서는 점선)일 수 있다.
경험적으로 다수의 실험을 통해서 확인한 결과, 암부링이나 휘부링을 최소화하고 광균일도를 최대화하기 위한 상기 돌출 높이(H)는, 상기 플랫부(20)의 직경의 60 퍼센트 내지 80퍼센트일 수 있다.
따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자용 렌즈(100)의 광학적 작동 과정을 설명하면, 상기 발광 소자(1)에서 발산되는 빛의 경로는 전후좌우 방향 및 상방향의 모든 각도로 방사되어 발산되는 것으로서, 주로 상기 주발광선(L)을 따라 발산될 수 있다.
여기서, 상기 발광 소자(1)에서 발산된 빛의 일부분은, 상기 렌즈 몸체(10)의 상기 입광부(10a)를 통해서 상기 렌즈 몸체(10) 내부로 유입될 수 있다.
기본적으로 대부분의 빛들은 상기 입광부(10a)를 통과한 후, 상기 출광부(10b)를 통해서 측방향 광, 즉 측광으로 변환될 수 있다.
이 때, 대부분의 광들이 측광으로 변환되기 때문에 상기 발광 소자(1)의 상방에 형성될 수 있는 암부나 상기 암부 주변의 휘부링을 방지하기 위하여 상기 플랫부(20)는 경사지게 형성되지 않고 평평하게 형성되어 상기 발광 소자(1)의 상방으로 발산되는 빛들을 반사하지 않고 그대로 통과시킬 수 있다. 이는, 상기 플랫부(20)가 상기 입광부(10a)를 통해서 입광된 발광 소자(1)의 주발광선(L)을 기준으로 수직하게 형성되기 때문이다.
그러므로, 상기 출광부(10b)의 중앙에 상기 플랫부(20)를 형성하여 렌즈 중앙의 상방향 빛의 직진량을 제어함으로써 렌즈 상방에 발생될 수 있는 암부링이나 휘부링 현상을 방지할 수 있고, 전체적으로 중심 광량을 유지시켜서 전체적인 빛의 균일도를 향상시키고, 균일도가 향상됨에 따라 광량을 증대시킬 수 있다.
한편, 도시하지 않았지만, 본 발명은 상술된 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자용 렌즈(100)의 출광부(10b)를 통해 출광되는 빛의 광경로에 도광판을 설치한 백라이트 유닛을 포함할 수 있다.
이러한 상기 도광판은, 상기 출광부(10b)를 통해 출광되는 빛을 유도할 수 있도록 투광성 재질로 제작될 수 있는 광학 부재일 수 있다.
이러한, 상기 도광판은, 상기 출광부(10b)를 통해 출광되는 빛의 광경로에 설치되어, 보다 넓은 면적으로 전달할 수 있다.
이러한, 상기 도광판은, 그 재질이 폴리카보네이트 계열, 폴리술폰계열, 폴리아크릴레이트 계열, 폴리스틸렌계, 폴리비닐클로라이드계, 폴리비닐알코올계, 폴리노르보넨 계열, 폴리에스테르 등이 적용될 수 있고, 이외에도 각종 투광성 수지 계열의 재질이 적용될 수 있다. 또한, 상기 도광판은, 표면에 미세 패턴이나 미세 돌기나 확산막등을 형성하거나, 내부에 미세 기포를 형성하는 등 다양한 방법으로 이루어질 수 있다.
여기서, 도시하지 않았지만, 상기 도광판의 상방에는 각종 확산 시트, 프리즘 시트, 필터 등이 추가로 설치될 수 있다. 또한, 상기 도광판의 상방에는 LCD 패널 등 각종 디스플레이 패널이 설치될 수 있다.
한편, 도시하지 않았지만, 본 발명은 상술된 상기 발광 소자용 렌즈 및 백라이트 유닛을 포함하는 조명 장치 또는 디스플레이 장치를 포함할 수 있다. 여기서, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 상기 조명 장치 또는 디스플레이 장치의 구성 요소들은 상술된 본 발명의 발광 소자용 렌즈의 그것들과 구성과 역할이 동일할 수 있다. 따라서, 상세한 설명은 생략한다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자용 렌즈(100)의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자용 렌즈(100)의 제조 방법은, 하면 중심에 오목한 입광부(10a)가 형성되고, 하면 테두리에 평평한 바닥부(10d)이 형성되며, 상면에 출광부(10b)가 형성되는 렌즈 몸체(10) 및 상기 렌즈 몸체(10)의 평평한 바닥부(10d)에 형성되고, 상기 렌즈 몸체(10) 내부에서 상기 바닥부(10d) 방향으로 진행되는 빛의 적어도 일부분이 반사 또는 산란될 수 있도록 마이크로 미터 단위로 형성되는 마이크로 돌기부(M)를 포함하는 발광 소자용 렌즈(100)의 제조 방법에 있어서, 금형에 상기 렌즈 몸체(10)와 대응되는 렌즈 몸체 대응부 및 상기 마이크로 돌기부(M)와 대응되는 마이크로 돌기부 대응부를 형성하는 금형 형성 단계(S100)와, 상기 마이크로 돌기부 대응부를 방전 가공 기술(EDM: Electric Discharge Machining)을 이용하여 표면 처리하는 방전 가공 단계(S200) 및 방전 가공된 상기 금형의 상기 렌즈 몸체 대응부 및 상기 마이크로 돌기부 대응부에 투광성 모재를 사출 성형하는 사출 성형 단계(S300)를 포함할 수 있다.
따라서, 상기 방전 가공 기술을 이용하여 상기 금형을 제조하기 때문에 금형 제조 시간 및 비용을 크게 절감할 수 있고, 매우 미세하고 정밀한 형태의 상기 마이크로 돌기부(M)를 균일하게 제조할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 렌즈 몸체
10a: 입광부
10b: 출광부
10c: 오목홈부
10d: 바닥부
10e: 렌즈 다리부
M: 마이크로 돌기부
M1: 제 1 돌기부
M2: 제 2 돌기부
S1: 제 1 크기
S2: 제 2 크기
20: 플랫부
1: 발광 소자
L: 주발광선
S-L: 좌측 반구부
S-R: 우측 반구부
C1: 제 1 곡률 중심
C2: 제 2 곡률 중심
R1: 제 1 곡률
H-L: 좌측 오목홈부
H-R: 우측 오목홈부
P: 상방 중심점
E: 가상 연장선
H: 돌출 높이
T: 볼록부
100: 발광 소자용 렌즈
10a: 입광부
10b: 출광부
10c: 오목홈부
10d: 바닥부
10e: 렌즈 다리부
M: 마이크로 돌기부
M1: 제 1 돌기부
M2: 제 2 돌기부
S1: 제 1 크기
S2: 제 2 크기
20: 플랫부
1: 발광 소자
L: 주발광선
S-L: 좌측 반구부
S-R: 우측 반구부
C1: 제 1 곡률 중심
C2: 제 2 곡률 중심
R1: 제 1 곡률
H-L: 좌측 오목홈부
H-R: 우측 오목홈부
P: 상방 중심점
E: 가상 연장선
H: 돌출 높이
T: 볼록부
100: 발광 소자용 렌즈
Claims (9)
- 발광 소자가 수용되는 공간을 제공하고 상기 발광소자에서 방출된 빛이 인입되고, 하면 중심에 오목하게 형성된 입광부; 하면 테두리에 평평하게 형성된 바닥부; 및 인입된 상기 빛이 출광되고, 상면에 형성된 출광부;를 포함하는 렌즈 몸체; 및
상기 렌즈 몸체의 상기 바닥부에 형성되고, 상기 렌즈 몸체 내부에서 상기 바닥부 방향으로 진행되는 빛의 적어도 일부분이 반사 또는 산란될 수 있도록 마이크로 미터 단위로 형성되는 마이크로 돌기부;
를 포함하고,
상기 마이크로 돌기부는 상기 렌즈 몸체의 내부를 향하여 오목한 형상을 가지고,
상기 발광 소자에서 방출된 상기 빛이 상기 마이크로 돌기부를 통과하지 않도록, 상기 마이크로 돌기부는 상기 발광 소자가 배치되는 구역으로부터 이격되어 배치되는, 발광 소자용 렌즈. - 제 1 항에 있어서,
상기 렌즈 몸체는, 금형을 이용하여 투광성 모재를 사출 성형한 사출 성형물이고,
상기 마이크로 돌기부는, 상기 금형에서 방전 가공 기술(EDM: Electric Discharge Machining)로 표면 처리한 바닥부 대응 부분을 이용하여 이루어지는 것인, 발광 소자용 렌즈. - 제 1 항에 있어서,
상기 마이크로 돌기부는, 크기가 3 마이크로 미터 내지 15 마이크로 미터인 미세 돌기들로 이루어지는 것인, 발광 소자용 렌즈. - 제 1 항에 있어서,
상기 마이크로 돌기부는,
상기 입광부에 가깝게 형성되고, 제 1 크기를 갖는 제 1 돌기부; 및
상기 입광부에서 멀게 형성되고, 제 2 크기를 갖는 제 2 돌기부;
를 포함하는, 발광 소자용 렌즈. - 제 1 항에 있어서,
상기 입광부를 통해서 입광된 빛의 적어도 일부분이 상방으로 출광될 수 있도록 상기 오목홈부의 일부 표면에 평평한 형상으로 형성되는 플랫부;
를 포함하는, 발광 소자용 렌즈. - 제 1 항에 있어서,
상기 플랫부는 상기 오목홈부의 저면에 형성되고, 상기 입광부를 통해서 입광된 발광 소자의 주발광선을 기준으로 수직하게 형성되며,
상기 렌즈 몸체는,
상기 입광부가 위로 오목한 돔형상의 함몰홈이고,
상기 출광부는 그 단면이 중심선을 기준으로 좌측으로 치우쳐진 제 1 곡률 중심을 갖고, 제 1 곡률로 이루어지는 좌측 반구부 및 상기 중심선을 기준으로 우측으로 치우쳐진 제 2 곡률 중심을 갖고, 상기 제 1 곡률로 이루어지는 우측 반구부로 이루어지고,
상기 오목홈부는 그 단면이 상기 좌측 반구부의 최상면에서 상기 입광부의 상방 중심점을 향하여 형성되는 좌측 오목홈부 및 상기 우측 반구부의 최상면에서 상기 입광부의 상방 중심점을 향하여 형성되는 좌측 오목홈부로 이루어지고,
상기 플랫부는, 그 단면이 상기 좌측 오목홈부와 상기 우측 오목홈부 사이에 형성되는 것인, 발광 소자용 렌즈. - 제 6 항에 있어서,
상기 오목홈부의 상방으로 출광되는 빛의 양을 제어할 수 있도록 상기 좌측 오목홈부 및 상기 우측 오목홈부는 상기 좌측 반구부 및 상기 우측 반구부의 가상 연장선에서 각각 돌출 높이만큼 돌출되게 형성되는 볼록부;
를 더 포함하는, 발광 소자용 렌즈. - 발광 소자가 수용되는 공간을 제공하고 상기 발광소자에서 방출된 빛이 인입되고, 하면 중심에 오목하게 형성된 입광부; 하면 테두리에 평평하게 형성된 바닥부; 및 인입된 상기 빛이 출광되고, 상면에 형성된 출광부;를 포함하는 렌즈 몸체;
상기 렌즈 몸체의 상기 바닥부에 형성되고, 상기 렌즈 몸체 내부에서 상기 바닥부 방향으로 진행되는 빛의 적어도 일부분이 반사 또는 산란될 수 있도록 마이크로 미터 단위로 형성되는 마이크로 돌기부; 및
상기 출광부를 통해 발산되는 빛의 광경로에 설치되는 도광판;
를 포함하고,
상기 마이크로 돌기부는 상기 렌즈 몸체의 내부를 향하여 오목한 형상을 가지고,
상기 발광 소자에서 방출된 상기 빛이 상기 마이크로 돌기부를 통과하지 않도록, 상기 마이크로 돌기부는 상기 발광 소자가 배치되는 구역으로부터 이격되어 배치되는, 백라이트 유닛. - 발광 소자가 수용되는 공간을 제공하고 상기 발광소자에서 방출된 빛이 인입되고, 하면 중심에 오목하게 형성된 입광부; 하면 테두리에 평평하게 형성된 바닥부; 및 인입된 상기 빛이 출광되고, 상면에 형성된 출광부;를 포함하는 렌즈 몸체 및 상기 렌즈 몸체의 상기 바닥부에 형성되고, 상기 렌즈 몸체 내부에서 상기 바닥부 방향으로 진행되는 빛의 적어도 일부분이 반사 또는 산란될 수 있도록 마이크로 미터 단위로 형성되는 마이크로 돌기부를 포함하는 발광 소자용 렌즈의 제조 방법에 있어서,
금형에 상기 렌즈 몸체와 대응되는 렌즈 몸체 대응부 및 상기 마이크로 돌기부와 대응되는 마이크로 돌기부 대응부를 형성하는 금형 형성 단계;
상기 마이크로 돌기부 대응부를 방전 가공 기술(EDM: Electric Discharge Machining)을 이용하여 표면 처리하는 방전 가공 단계; 및
방전 가공된 상기 금형의 상기 렌즈 몸체 대응부 및 상기 마이크로 돌기부 대응부에 투광성 모재를 사출 성형하는 사출 성형 단계;
를 포함하고,
상기 마이크로 돌기부는 상기 렌즈 몸체의 내부를 향하여 오목한 형상을 가지고,
상기 발광 소자에서 방출된 상기 빛이 상기 마이크로 돌기부를 통과하지 않도록, 상기 마이크로 돌기부는 상기 발광 소자가 배치되는 구역으로부터 이격되어 배치되는, 발광 소자용 렌즈의 제조 방법.
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