KR101697261B1 - 광 확산렌즈 - Google Patents

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KR101697261B1
KR101697261B1 KR1020150159808A KR20150159808A KR101697261B1 KR 101697261 B1 KR101697261 B1 KR 101697261B1 KR 1020150159808 A KR1020150159808 A KR 1020150159808A KR 20150159808 A KR20150159808 A KR 20150159808A KR 101697261 B1 KR101697261 B1 KR 101697261B1
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diffusion lens
light source
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우지훈
정재유
함승우
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주식회사 에이치엘옵틱스
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Abstract

본 발명은 광 확산렌즈에 관한 발명이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산렌즈는 상기 광원의 상부에 위치하며 상기 광원으로부터 상부 방향으로 방출된 빛이 입사되는 제1 입사면; 상기 광원의 상부에 위치하며 상기 광원으로부터 상부 또는 측면 방향으로 방출된 빛이 입사되는 제2 입사면; 상기 광원의 측부에 구비되며 상기 광원으로부터 측면 방향으로 방출된 빛이 입사되는 제3 입사면; 상기 광 확산렌즈의 상단면에 형성되며 상기 제1 입사면 또는 상기 제2 입사면에서 굴절된 빛이 전반사 되는 제1 반사면; 상기 광 확산렌즈의 하단면에 형성되며 상기 제3 입사면에서 굴절된 빛이 전반사 되는 제2 반사면; 및 상기 광 확산렌즈의 측부면을 형성하며 상기 제1 입사면, 상기 제2 입사면 또는 상기 제3 입사면에서 굴절된 빛과 상기 제1 반사면 또는 상기 제2 반사면에서 전반사 된 빛을 외부로 투사하는 투사면;을 포함할 수 있다.

Description

광 확산렌즈 {LENS FOR WIDE DIFFUSION LIGHT}
본 발명은 광 확산렌즈에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 엘이디(Light Emitting Diode:LED)의 광을 효과적으로 그리고 균일하게 확산시켜 균일한 광 분포를 얻기 위한 광 확산 렌즈에 관한 것이다.
근래 들어오면서 급속하게 발전하고 있는 반도체 기술을 중심으로 하여, 소형 및 경량화 되면서 성능이 더욱 향상된 평판 표시장치의 수요가 폭발적으로 늘어나고 있다.
이러한 평판 표시장치 중에서 근래에 각광받고 있는 액정 표시 장치(liquid crystal display; LCD)는 소형화, 경량화 및 저전력 소비화 등의 이점을 가지고 있어서 기존의 브라운관(cathode ray tube; CRT)의 단점을 극복할 수 있는 대체 수단으로서 점차 주목받아 왔고, 현재는 디스플레이 장치가 필요한 거의 모든 정보 처리 기기에 장착되어 사용되고 있다.
액정 표시장치에서의 액정 표시패널은 스스로 발광하지 못하는 수광 소자이므로, 액정 표시패널 하부에서 액정표시패널에 광을 제공하기 위한 백라이트 유닛을 구비하고 있다. 백라이트 유닛은 램프, 도광판, 반사 시트 및 광학 시트류 등을 포함한다. 램프는 비교적 발열량이 적으며 자연광에 가까운 백색광을 발생시키고 수명이 긴 냉음극선관 방식 램프나 색재현성이 좋고 저전력이 소비되는 LED를 이용한 LED 방식 램프를 사용한다. 종래에는 냉음극선관 방식의 램프를 사용하였으나, LED 방식 램프가 색재현성이 좋으며, 소비전력도 적게 든다는 장점을 가지고 있어서 LED 방식 램프 제품이 사용되기 시작하였다.
LED 방식의 램프는 적색, 녹색, 청색의 LED를 배치하여 이들 3색을 합한 흰색의 빛을 액정 표시패널에 제공하는 방식을 사용한다. 이러한 LED 방식의 램프가 액정 표시패널에 빛을 제공하는 위치에 따라서 에지(edge)형과 직하형으로 나뉘어 진다. 에지형은 액정 표시패널의 측면에 LED가 위치하여 측면에서 빛을 제공하는 방식이며, 직하형은 액정 표시 패널의 뒷면에 LED가 위치하여 뒤에서 빛을 제공하는 방식이다. 액정 패널의 크기가 점차 거대화되는 추세에 따라 에지형보다는 직하형 방식이 앞으로 더 많이 사용될 것이며, 이에 따라 직하형에 대한 개발이 활발하다.
LED가 발하는 빛은 직진성이 강해 LED 정면 방향으로 집중하는 경향이 있다. 따라서 빛이 액정 표시 패널의 전체로 고르게 분산되지 못하고 LED의 정면 부분이 더 밝고 정면에서 멀어질수록 어두워지는 문제점을 해결하기 위하여, LED의 빛을 효과적으로 그리고 균일하게 확산시키기 위한 기술에 대한 수요가 늘어나고 있다.
한국공개특허 제2013-0107849 호
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 광원의 빛을 측면으로 고르게 투사하여 균일한 광분포를 얻을 수 있는 광 확산렌즈를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 태양에 따른 광 확산렌즈는, 상기 광원의 상부에 위치하며 상기 광원으로부터 상부 방향으로 방출된 빛이 입사되는 제1 입사면; 상기 광원의 상부에 위치하며 상기 광원으로부터 상부 또는 측면 방향으로 방출된 빛이 입사되는 제2 입사면; 상기 광원의 측부에 구비되며 상기 광원으로부터 측면 방향으로 방출된 빛이 입사되는 제3 입사면; 상기 광 확산렌즈의 상단면에 형성되며 상기 제1 입사면 또는 상기 제2 입사면에서 굴절된 빛이 전반사 되는 제1 반사면; 상기 광 확산렌즈의 하단면에 형성되며 상기 제3 입사면에서 굴절된 빛이 전반사 되는 제2 반사면; 및 상기 광 확산렌즈의 측부면을 형성하며 상기 제1 입사면, 상기 제2 입사면 또는 상기 제3 입사면에서 굴절된 빛과 상기 제1 반사면 또는 상기 제2 반사면에서 전반사 된 빛을 외부로 투사하는 투사면;을 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 광원의 빛을 전면과 측면으로 고르게 투사하여 균일한 광분포를 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 광 확산렌즈의 상부 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 광 확산렌즈의 하부 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 광 확산렌즈의 단면도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 광 확산렌즈의 투사면에 형성된 변곡점의 위치를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 광 확산렌즈의 제1 투사면을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산렌즈의 제2 투사면을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 광 확산렌즈를 도시한 도면이다.
도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른, 광 확산렌즈의 빛 확산을 도시한 도면이다.
도 11는 종래의 광 확산렌즈의 빛 확산을 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른, 광 확산렌즈의 빛 확산 실험 결과를 도시한 도면이다.
도 13는 종래의 투사면의 상단이 평면인 광 확산렌즈를 도시한 도면이다.
도 14는 도 13에 도시된 광 확산렌즈와 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산렌즈의 광 확산 실험 결과를 도시한 도면이다.
도 15는 종래의 입사면의 상단이 평면인 광 확산렌즈를 도시한 도면이다.
도 16는 도 15에 도시된 광 확산렌즈와 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산렌즈의 광 확산 실험 결과를 도시한 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산렌즈와 종래의 바닥면이 평면인 광 확산렌즈의 광 확산 실험 결과를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산렌즈를 상부 사시도 이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산렌즈를 하부 사시도 이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산렌즈의 단면도이다.
도 1 내지 도3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산렌즈의 구성 및 형상을 자세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산렌즈(50)는 상부면의 제1 반사면(120), 하부면의 제2 반사면(140), 측면의 투사면 및 상기 하부면에 형성된 입사면을 포함할 수 있다.
광 확산렌즈(50)는 광축(200)을 기준으로 좌우 대칭 형상이므로, 설명의 편의를 위해 이하에서는 우측 단면을 기준으로 설명하기로 한다.
상기 입사면은 광 확산렌즈(50)의 하부면에 함몰된 부분의 내부에 구비될 수 있다. 상기 입사면은 제1 입사면(110), 제2 입사면(115) 및 제3 입사면(118)을 포함할 수 있다. 상기 입사면의 하부 방향에는 광원이 위치할 수 있다. 상기 광원에서 방출된 빛은 제1 입사면(110), 제2 입사면(115) 및 제3 입사면(118)을 통과하면서 굴절될 수 있다.
제1 입사면(110)은 상기 광원의 상부에 위치하며 상기 광원으로부터 상부 방향으로 방출된 빛이 입사될 수 있다. 제1 입사면(110)은 광원(300)에서 방출된 빛의 진행방향에 대하여 오목한 곡면으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 곡면의 접선 기울기의 절대값은 상기 곡면의 상단에서 하단으로 갈수록 점진적으로 증가될 수 있다.
제2 입사면(115)은 광원(300)의 상부에 위치하며 상기 광원으로부터 상부 또는 측면 방향으로 방출된 빛이 입사될 수 있다. 제2 입사면(115)은 광원(300)에서 방출된 빛의 진행방향에 대하여 볼록한 곡면으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 곡면의 접선 기울기의 절대값은 상기 곡면의 상단에서 하단으로 갈수록 점진적으로 감소될 수 있다.
제3 입사면(118)은 광원(300)의 측부에 구비되며 광원(300)으로부터 측면 방향으로 방출된 빛이 입사될 수 있다. 제3 입사면(118)은 광원(300)에서 방출된 빛의 진행방향에 대하여 볼록한 곡면 형상일 수 있다. 즉, 상기 곡면의 접선 기울기의 절대값은 상기 곡면의 상단에서 하단으로 갈수록 점진적으로 감소될 수 있다.
도 3에 도시된 것과 같이, 제2 입사면(115)은 제1 입사면(110)의 하단에 연결되고, 제3 입사면(118)은 제2 입사면(115)의 하단에 연결될 수 있다. 제1 입사면(110)과 제2 입사면(115)의 연결 지점은 곡률이 양(+)에서 음(-) 또는 음(-)에서 양(+)으로 변하는 변곡점 일 수 있다.
제1 입사면(110), 제2 입사면(115) 및 제3 입사면이 오목 또는 볼록 형상으로 구성됨으로써 광원(300)으로부터 방출된 빛을 굴절시킴으로써, 상기 빛을 효과적으로 확산시킬 수 있다. 빛 확산에 대한 자세한 설명은 도 10의 설명에서 다루기로 한다.
제1 반사면(120)은, 광 확산렌즈(50)의 상부면에 형성될 수 있다. 제1 반사면(120)은 광 확산렌즈(50)의 상부면 가장자리에서 중심 방향으로 함몰되는 형상이다. 제1 반사면(120)은 광 확산렌즈(50)의 상부 방향으로 돌출된 볼록한 곡면 형상이다. 상기 곡면 접선의 기울기의 절대값은 상기 가장자리에서 상기 중심으로 갈수록 점진적으로 증가될 수 있다.
제1 반사면(120)은 제1 입사면(110) 또는 제2 입사면(115)에서 굴절된 빛을 상기 투사면으로 반사시킬 수 있다. 제1 반사면(120)은 광 확산렌즈(50)의 내부는 공기보다 밀도가 높은 재질이므로, 전반사를 이용하여 상기 빛을 반사시킬 수 있다. 상기 빛 중에서 전반사가 되지 않는 빛은 제1 반사면(120)에서 외부로 투사될 수 있다.
제2 반사면(140)은, 광 확산렌즈(50)의 하부면에 형성될 수 있다. 광 확산렌즈(50)의 하부면의 중심은 함몰되어 입사면을 형성하고, 나머지 하부면은 제2 반사면(140)이 될 수 있다. 제2 반사면(140)은 광 확산렌즈(50)의 하부 방향으로 돌출된 볼록한 곡면 형상을 포함할 수 있다.
제2 반사면(140)은 제3 입사면(118)에서 굴절된 빛을 상기 투사면으로 반사시킬 수 있다. 제2 반사면(140)은 광 확산렌즈(50)의 내부는 공기보다 밀도가 높은 재질이므로, 전반사를 이용하여 상기 빛을 반사시킬 수 있다. 상기 빛 중에서 전반사가 되지 않는 빛은 제2 반사면(140)에서 외부로 투사될 수 있다.
상기 투사면은 제1 투사면(130) 및 제2 투사면(135) 을 포함할 수 있다. 상기 투사면은 상기 입사면에서 굴절된 빛과 제1 반사면(120) 또는 제2 반사면(140)에서 반사된 빛을 외부로 투사할 수 있다.
제1 투사면(130)은 광 확산렌즈(50)의 중심 방향으로 함몰된 오목한 곡면으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 곡면의 접선 기울기의 절대값은 상기 곡면의 상단에서 하단으로 갈수록 점진적으로 감소될 수 있다.
제2 투사면(135)은 광 확산렌즈(50)의 외부 방향으로 돌출된 볼록한 곡면으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 곡면의 접선 기울기의 절대값은 상기 곡면의 상단에서 하단으로 갈수록 점진적으로 증가될 수 있다.
제2 투사면(135)은 제1 투사면(130)의 하단에 연결될 수 있다. 제1 투사면(130)과 제2 투사면(135)의 연결 지점은 곡률이 양(+)에서 음(-) 또는 음(-)에서 양(+)으로 변하는 변곡점(210)일 수 있다.
제1 투사면(130)과 제2 투사면(135)이 오목과 볼록 형상으로 상이한 형상으로 구성됨으로써 상기 입사면, 제1 반사면(120) 또는 제2 반사면(140)으로부터 굴절 또는 반사된 빛을, 제1 투사면(130)과 제2 투사면(135)이 평면으로 형성되었을 때 보다, 더 효과적이면서 균일하게 확산 시킬 수 있다. 제1 투사면(130)과 제2 투사면(135)에서의 빛 확산에 대한 자세한 설명은 도 10에서 다루기로 한다.
도 4 내지 도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산렌즈의 투사면에 형성된 변곡점의 위치를 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 6을 참조하여, 제1 투사면(130)과 제2 투사면(135)이 만나는 지점인 변곡점(210)의 위치를 광원(300)을 기준으로 설명한다.
먼저 도 4를 참조하면, 도 4에는 광원(300)의 상단면에서 광원(200)과 만나는 지점에서 변곡점(210) 방향으로 방출된 빛살이 광원(200)과 형성하는 각도 θ1이 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 θ1은 65°보다 같거나 크고, 75°보다 작거나 같은 크기(degree) 값을 가질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 광원의 상단면 중앙 지점에서 광축과 상기 θ1 각도를 형성하는 변곡점(210)이 투사면 상에 위치할 수 있다.
도 5를 참조하면, 도 5에는 광원(300)의 상단면 가장자리 지점에서 변곡점(210) 방향으로 방출된 빛살이 광원(200)과 평행한 기준선(202)과 형성하는 각도 θ2가 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 θ2는 63°보다 같거나 크고, 73°보다 작거나 같은 크기(degree) 값을 가질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 광원의 상단면 가장자리 지점에서 광축과 평행한 기준선(202)와 상기 θ2 각도를 형성하는 변곡점(210)이 투사면 상에 위치할 수 있다.
도 6를 참조하면, 도 6에는 광원(300)의 하단면 가장자리 지점에서 변곡점(210) 방향으로 방출된 빛살이 광원(200)과 평행한 기준선(204)와 형성하는 각도 θ3이 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 θ3은 60°보다 같거나 크고, 70°보다 작거나 같은 크기(degree) 값을 가질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 광원의 하단면 가장자리 지점에서 광축과 평행한 기준선(204)와 상기 θ3 각도를 형성하는 변곡점(210)이 투사면 상에 위치할 수 있다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산렌즈의 제1 투사면을 도시한 도면이다.
도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 오목한 제1 투사면(130)을 자세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 제1 투사면(130)은 광 확산렌즈(10)의 내부를 향하여 오목한 형상이다. 제1 투사면(130) 상의 임의의 지점 P1에서 빛살의 투사 특성을 설명한다. 광원(300)에서 상기 P1 지점으로 방출된 빛살은 오목면 입사 경로(610)를 따라 제1 투사면(130)에 입사하면, 굴절 법칙에 의해서 오목면 굴절 경로(614)를 따라 외부로 투사된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 P1 지점에서 광축과 평행한 기준선(206)과 오목면 입사 경로(610)의 가상 연장선(612)이 형성하는 예각이 Φ1이고, 기준선(206)과 오목면 굴절 경로(614)가 형성하는 예각이 Φ2일 수 있다. 상기 Φ2를 Φ1으로 나누어 도출되는 값은, 0.29와 같거나 크고 1보다 같거나 작을 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 투사면(130)의 표면은, 상기 Φ2를 Φ1으로 나누어 도출되는 값이 상기 범위에 포함되는 곡률의 오목면일 수 있다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산렌즈의 제2 투사면을 도시한 도면이다.
도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 볼록한 제2 투사면(135)을 자세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 제2 투사면(135)은 광 확산렌즈(10)의 외부를 향하여 볼록한 형상이다. 제2 투사면(135) 상의 임의의 지점 P2에서 빛살의 투사 특성을 설명한다. 광원(300)에서 상기 P2 지점으로 방출된 빛살은 볼록면 입사 경로(620)를 따라 제2 투사면(135)에 입사하면, 굴절 법칙에 의해서 볼록면 굴절 경로(624)를 따라 외부로 투사된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 P1 지점에서 광축과 평행한 기준선(208)과 볼록면 입사 경로(620)의 가상 연장선(622)이 형성하는 예각이 Φ3이고, 기준선(206)과 볼록면 굴절 경로(624)가 형성하는 예각이 Φ4일 수 있다. 상기 Φ4를 Φ3으로 나누어 도출되는 값은, 1과 같거나 크고 1.9보다 같거나 작을 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 투사면(135)의 표면은, 상기 Φ4를 Φ3으로 나누어 도출되는 값이 상기 범위에 포함되는 곡률의 볼록면일 수 있다.
도 9는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 확산렌즈를 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 확산렌즈는, 투사면에 복수의 변곡점(1010, 1020, 1030)이 형성될 수 있다. 도 9에는 세 개의 변곡점이 도시되어 있지만, 이것은 예시에 불과하며 이에 한정되지 않는다.
도 9에 도시된 것과 같이, 광 확산렌즈가 투사면에 복수의 변곡점을 포함하는 것은 변곡점을 기준으로 위쪽과 아래쪽이 오목과 볼록 또는 볼록과 오목인 것을 의미할 수 있다. 상기 광 확산렌즈와 같이 복수의 투사면에 복수의 변곡점을 가지면 빛을 좀 더 측면 방향으로 확산시킬 수 있는 효과가 있을 수 있다.
도 10는, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산렌즈의 빛 확산을 도시한 도면이다.
도 10를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산렌즈가 광원에서 방출된 빛을 굴절 및 반사하여 확산하는 과정을 자세하게 설명한다.
광원(300)은 입사면(110, 115, 118)의 아래에 위치할 수 있으며, 빛을 방출하는 구성이다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 광원(300)은 엘이디(LED)일 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
설명의 편의를 위하여, 광원(300)에서는 제1 빛살(310), 제2 빛살(320), 제3 빛살(330) 및 제4 빛살(340)이 방출될 수 있다고 가정하고 설명한다.
제1 빛살(310)은 광원(300)의 상부 방향으로 방출되어, 제1 입사면(110)에서 굴절된다. 그 후, 제1 빛살(310)은 다시 제1 반사면(120)에서 전반사 되며 제1 투사면(130)에서 외부로 투사될 수 있다. 도 10에 도시된 것을 참조하면, 광원(300)의 상부 방향으로 방출된 빛은 최종적으로 광 확산렌즈(50)의 측면 방향으로 투사되어 확산될 수 있다.
제2 빛살(320)은 광원(300)의 상부 방향으로 방출되어, 제2 입사면(115)에서 굴절된다. 그 후, 제2 빛살(320)은 다시 제1 반사면(120)에서 전반사 되며 제1 투사면(130)에서 외부로 투사될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 반사면(120)은 광 확산렌즈(50)의 상부 방향으로 볼록 곡면이기 때문에, 전반사 되기 위한 입사각의 범위가 더 넓을 수 있다.
제3 빛살(330)은 광원(300)에서 측면 방향으로 방출된 빛일 수 있다. 제3 빛살(330)은 제3 입사면(118)에서 굴절된 후, 제2 투사면(135)에서 외부로 투사될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제3 빛살(330)이 제2 투사면(135)에서 외부로 투사된 것과 같이, 광원(300)에서 광 확산렌즈(50)의 측면 방향으로 방출된 빛도 광 확산렌즈(50)의 상부 또는 측면 방향으로 확산될 수 있다.
제4 빛살(340)은 광원(300)에서 광 확산렌즈(50)의 하부 방향으로 방출된 빛일 수 있다. 제4 빛살(340)은 제3 입사면(118)에서 굴절된 후, 제2 반사면(140)에서 전반사 된 후 광 확산렌즈(50)의 외부로 투사될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제4 빛살(340)이 제2 반사면(140)에서 전반사 되는 것과 같이, 광원(300)에서 광 확산렌즈(50)의 하부 방향으로 방출된 빛도 광 확산렌즈(50)의 상부 또는 측면 방향으로 확산될 수 있다.
도 11는, 종래의 광 확산렌즈의 빛 확산을 도시한 도면이다.
도 10와 도 11를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산렌즈가 종래의 광 확산렌즈와 비교하여 광 확산에 있어서 색 균일성 차이를 자세하게 설명한다.
일반적으로 LED 에서 방출되는 빛은, LED 구조의 특성 상 전방으로 향할수록 파란색 계열이 강하고 측 방향으로 향할수록 노란색 계열이 강하다.
도 11에 도시된 것과 같이, 측면부의 투사면이 평면인 경우에, LED 광원(300)에서 전방으로 방출된 파란색 계열의 빛과 측면으로 방출된 노란색 계열의 빛은 상기 평면의 투사면에서 투사된 이후에 서로 엇갈리게 된다. 따라서, 평면의 투사면을 가진 종래의 확산렌즈는 색이 분리되어 색 균일성이 악화될 수 있다.
이에 반하여, 도 10를 다시 참조하면, 제1 빛살(310) 과 제3 빛살(330)을 비교하면, 투사면(130, 135)에서 투사된 후 거의 평행하게 진행하므로, 색 분리가 완화되어 색 균일성이, 종래의 확산렌즈에 비하여, 개선될 수 있다.
도 12는, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산렌즈의 빛 확산 실험 결과를 도시한 도면이다.
도 12을 참조하여, 광 확산렌즈(50)의 설계 목표와 실제 측정된 제품 성능을 비교하여 설명한다.
LED 광원의 특성상, 전방으로만 광량이 밀집되고 측면으로 광량이 거의 확산되지 않는다. LED 광원의 상부에 광 확산렌즈(50)를 위치시켰을 때, 설계 때의 목표와 실제 제품 샘플(sample)을 이용하여 측정된 성능을 비교하면 다음과 같다.
설계 목표(610)과 제품 성능(620)을 비교하면, 중심부의 광량이 최대치를 나타내고 광 확산렌즈(50)의 가장자리로 갈수록 광량이 줄어드는 경향이 유사한 것을 알 수 있다.
설계 목표(630)과 제품 성능(640)을 비교하면, 중심부를 기준으로 가장자리까지 광량이 퍼지는 경향이 유사한 것을 알 수 있다.
위에서 비교한 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산렌즈(50)를 광원 상부에 위치시킴으로써 광원에서 방출된 빛을 균일하게 확산시킬 수 있는 효과가 있다.
도 13는 종래의 투사면의 상단이 평면인 광 확산렌즈를 도시한 도면이고, 도 14는 도 13에 도시된 광 확산렌즈와 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산렌즈의 광 확산 실험 결과를 도시한 도면이다.
도 13및 도 14를 참조하면, 종래의 광 확산렌즈는 투사면의 상단(910)이 오목이나 볼록이 아닌 평면일 수 있다. 도 14에는 도 13에 도시된 종래의 광 확산렌즈에 의해 확산된 빛의 밝기 분포(1420)와 색상 분포(1440)이 도시되어 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산렌즈(10)의 밝기 분포(1410)과 색상 분포(1430)을 비교하면, 광 확산렌즈(10)에 의해 빛이 좀 더 균일하게 확산된 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산렌즈(10)과 같이, 투사면이 오목 또는 볼록한 면을 포함하면, 평면인 투사면을 포함하는 광 확산렌즈에 비하여, 상대적으로 좀 더 빛을 균일하게 확산할 수 있는 효과가 있다.
도 15는 종래의 입사면의 상단이 평면인 광 확산렌즈를 도시한 도면이고, 도 16는 도 15에 도시된 광 확산렌즈와 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산렌즈의 광 확산 실험 결과를 도시한 도면이다.
도 15및 도 16를 참조하면, 종래의 광 확산렌즈는 입사면의 상단(1310)이 오목이나 볼록이 아닌 평면일 수 있다. 도 16에는 도 15에 도시된 종래의 광 확산렌즈에 의해 확산된 빛의 밝기 분포(1620)와 색상 분포(1640)이 도시되어 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산렌즈(10)의 밝기 분포(1610)과 색상 분포(1630)을 비교하면, 광 확산렌즈(10)에 의해 빛이 좀 더 균일하게 확산된 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산렌즈(10)과 같이, 입사면이 오목 또는 볼록한 면을 포함하면, 평면인 입사면을 포함하는 광 확산렌즈에 비하여, 상대적으로 좀 더 빛을 균일하게 확산할 수 있는 효과가 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산렌즈와 종래의 바닥면이 평면인 광 확산렌즈의 광 확산 실험 결과를 도시한 도면이다.
도 17을 참조하면, 종래의 바닥면이 평면인 광 확산렌즈에 의해 확산된 빛의 밝기 분포(1720)에 비하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산렌즈(10)에 의해 확산된 빛의 밝기 분포(1710)에서 노란색 빛의 세기가 줄어든 것이 도시되어 있다. 즉, 노란색 빛의 세기가 줄어들게 됨으로써, 색분리가 완화되어 좀 더 균일하게 빛이 확산될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10, 20, 50 : 광 확산 렌즈
110 : 제1 입사면 115 : 제2 입사면 118 : 제3 입사면
120 : 제1 반사면
130 : 제1 투사면 135 : 제2 투사면
140 : 제2 반사면
200 : 광축

Claims (13)

  1. 하부에 위치한 광원에서 방출된 빛을 확산시키는 광 확산렌즈에 있어서,
    상기 광원의 상부에 위치하며 상기 광원으로부터 상부 방향으로 방출된 빛이 입사되는 제1 입사면;
    상기 광원의 상부에 위치하며 상기 광원으로부터 상부 또는 측면 방향으로 방출된 빛이 입사되는 제2 입사면;
    상기 광원의 측부에 구비되며 상기 광원으로부터 측면 방향으로 방출된 빛이 입사되는 제3 입사면;
    상기 광 확산렌즈의 상단면에 형성되며 상기 제1 입사면 또는 상기 제2 입사면에서 굴절된 빛이 전반사 되는 제1 반사면;
    상기 광 확산렌즈의 하단면에 형성되며 상기 제3 입사면에서 굴절된 빛이 전반사 되는 제2 반사면; 및
    상기 광 확산렌즈의 측부면을 형성하며 상기 제1 입사면, 상기 제2 입사면 또는 상기 제3 입사면에서 굴절된 빛과 상기 제1 반사면 또는 상기 제2 반사면에서 전반사 된 빛이 외부로 투사되며, 하나 이상의 변곡점이 형성된 투사면;을 포함하되,
    상기 제2 반사면은,
    상기 광 확산렌즈의 하부 방향으로 볼록한 곡면 형상인,
    광 확산렌즈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 입사면은,
    상기 광 확산렌즈의 하부면에 함몰된 부분의 내부에 구비되며, 상기 광원에서 방출된 빛의 진행방향에 대하여 오목한 곡면 형상인,
    광 확산렌즈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 입사면은,
    상기 광 확산렌즈의 하부면에 함몰된 부분의 내부에 구비되며, 상기 제1 입사면의 하단에 연결되고, 상기 광원 에서 방출된 빛의 진행방향에 대하여 볼록한 곡면 형상인,
    광 확산렌즈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3 입사면은,
    상기 광 확산렌즈의 하부면에 함몰된 부분의 내부에 구비되며, 상기 제2 입사면의 하단에 연결되고, 상기 광원 에서 방출된 빛의 진행방향에 대하여 볼록한 곡면 형상인,
    광 확산렌즈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반사면은,
    상기 광 확산렌즈의 상단의 가장자리에서 상기 광원의 광축을 향하여 함몰되어 형성되고, 상기 광 확산렌즈의 상부 방향으로 볼록한 곡면 형상인,
    광 확산렌즈.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 투사면은,
    상기 제1 반사면의 가장자리에 연결되며 상기 광 확산렌즈의 중심 방향으로 오목한 형상이고, 상기 제1 반사면에서 반사된 빛이 외부로 투사되는 제1 투사면;
    상기 제1 투사면의 하단에 연결되며 상기 광 확산렌즈의 외부 방향으로 볼록한 형상이고, 제2 투사면 또는 제3 투사면에서 굴절된 빛이 외부로 투사되는 제2 투사면; 및
    상기 제1 투사면과 상기 제2 투사면이 만나는 지점에 곡률이 변경되는 변곡점; 을 포함하는
    광 확산렌즈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 투사면 상의 임의의 지점에서, 상기 지점을 지나면서 광축과 평행한 기준선과 상기 제1 투사면에 입사한 빛살이 형성하는 예각인 Φ1 및 상기 기준선과 상기 빛살이 상기 지점에서 외부로 굴절된 광 경로가 형성하는 예각인 Φ2는, 상기 Φ2를 상기 Φ1로 나누어 도출된 값이 0.23 보다 같거나 크고 1보다 같거나 작은 범위에 포함되는,
    광 확산렌즈.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2 투사면 상의 임의의 지점에서, 상기 지점을 지나면서 광축과 평행한 기준선과 상기 제1 투사면에 입사한 빛살이 형성하는 예각인 Φ3 및 상기 기준선과 상기 빛살이 상기 지점에서 외부로 굴절된 광 경로가 형성하는 예각인 Φ4는, 상기 Φ4를 상기 Φ3로 나누어 도출된 값이 1 보다 같거나 크고 1.9보다 같거나 작은 범위에 포함되는,
    광 확산렌즈.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 변곡점은,
    상기 광원의 상단면과 광축이 만나는 지점에서, 상기 광축과 65도(degree)보다 같거나 크고 75도보다 같거나 작은 범위에 포함된 어느 하나의 각을 형성하는 가상의 연장선이 상기 투사면과 만나는 지점에 위치하는,
    광 확산렌즈.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 변곡점은,
    상기 광원의 상단면 가장자리에서, 광축과 평행하며 상기 가장자리를 지나는 가상의 기준선과 63도(degree)보다 같거나 크고 73도보다 같거나 작은 범위에 포함된 어느 하나의 각을 형성하는 가상의 연장선이 상기 투사면과 만나는 지점에 위치하는,
    광 확산렌즈.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 변곡점은,
    상기 광원의 하단면 가장자리에서, 광축과 평행하며 상기 가장자리를 지나는 가상의 기준선과 60도(degree)보다 같거나 크고 70도보다 같거나 작은 범위에 포함된 어느 하나의 각을 형성하는 가상의 연장선이 상기 투사면과 만나는 지점에 위치하는,
    광 확산렌즈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 광원은,
    발광다이오드(Light Emitting Diode: LED)를 포함하는,
    광 확산렌즈.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109283740A (zh) * 2017-07-21 2019-01-29 乐金显示有限公司 透镜、光源装置、背光单元和电子装置
KR20210026630A (ko) * 2019-08-30 2021-03-10 몰렉스 엘엘씨 반사형 확산 렌즈 및 이를 포함하는 발광 모듈
KR20210132984A (ko) * 2020-04-28 2021-11-05 주식회사 에이치엘옵틱스 비대칭 배광을 가지는 다중 광 제어 렌즈
KR20220102863A (ko) * 2021-01-14 2022-07-21 주식회사 에이치엘옵틱스 비등방 반사를 이용한 렌즈

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7866844B2 (en) * 2008-03-05 2011-01-11 Enplas Corporation Emission device, surface light source device and display
KR20130081867A (ko) * 2012-01-10 2013-07-18 엘지이노텍 주식회사 렌즈 유닛 및 발광 장치
KR101299528B1 (ko) * 2012-12-18 2013-08-23 (주)애니캐스팅 측면 방출형 발광다이오드용 렌즈, 이를 구비하는 백라이트유닛 및 표시장치
KR20130107849A (ko) 2012-03-23 2013-10-02 서울반도체 주식회사 광 확산 렌즈 및 이를 포함하는 발광유닛
KR101500924B1 (ko) * 2013-12-04 2015-03-13 (주)엔디에스 확산렌즈 및 이를 구비한 백라이트

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7866844B2 (en) * 2008-03-05 2011-01-11 Enplas Corporation Emission device, surface light source device and display
KR20130081867A (ko) * 2012-01-10 2013-07-18 엘지이노텍 주식회사 렌즈 유닛 및 발광 장치
KR20130107849A (ko) 2012-03-23 2013-10-02 서울반도체 주식회사 광 확산 렌즈 및 이를 포함하는 발광유닛
KR101299528B1 (ko) * 2012-12-18 2013-08-23 (주)애니캐스팅 측면 방출형 발광다이오드용 렌즈, 이를 구비하는 백라이트유닛 및 표시장치
KR101500924B1 (ko) * 2013-12-04 2015-03-13 (주)엔디에스 확산렌즈 및 이를 구비한 백라이트

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102330015B1 (ko) * 2017-07-21 2021-11-22 엘지디스플레이 주식회사 렌즈, 광원 장치, 백라이트 유닛 및 전자 기기
KR20190010348A (ko) * 2017-07-21 2019-01-30 엘지디스플레이 주식회사 렌즈, 광원 장치, 백라이트 유닛 및 전자 기기
US11467446B2 (en) 2017-07-21 2022-10-11 Lg Display Co., Ltd. Lens, light source device, backlight unit, and electronic device
US11054694B2 (en) 2017-07-21 2021-07-06 Lg Display Co., Ltd. Lens, light source device, backlight unit, and electronic device
CN109283740A (zh) * 2017-07-21 2019-01-29 乐金显示有限公司 透镜、光源装置、背光单元和电子装置
CN109283740B (zh) * 2017-07-21 2021-12-14 乐金显示有限公司 透镜、光源装置、背光单元和电子装置
US11150513B2 (en) 2019-08-30 2021-10-19 Molex, Llc Reflective diffusing lens and light emitting module comprising the same
KR20210128965A (ko) * 2019-08-30 2021-10-27 몰렉스 엘엘씨 반사형 확산 렌즈 및 이를 포함하는 발광 모듈
KR102316880B1 (ko) * 2019-08-30 2021-10-25 몰렉스 엘엘씨 반사형 확산 렌즈 및 이를 포함하는 발광 모듈
KR102435736B1 (ko) * 2019-08-30 2022-08-25 몰렉스 엘엘씨 반사형 확산 렌즈 및 이를 포함하는 발광 모듈
KR20210026630A (ko) * 2019-08-30 2021-03-10 몰렉스 엘엘씨 반사형 확산 렌즈 및 이를 포함하는 발광 모듈
US11493804B2 (en) 2019-08-30 2022-11-08 Molex, Llc Reflective diffusing lens and light emitting module comprising the same
KR20210132984A (ko) * 2020-04-28 2021-11-05 주식회사 에이치엘옵틱스 비대칭 배광을 가지는 다중 광 제어 렌즈
KR102383324B1 (ko) * 2020-04-28 2022-04-07 주식회사 에이치엘옵틱스 비대칭 배광을 가지는 다중 광 제어 렌즈
KR20220102863A (ko) * 2021-01-14 2022-07-21 주식회사 에이치엘옵틱스 비등방 반사를 이용한 렌즈
KR102491713B1 (ko) * 2021-01-14 2023-01-27 주식회사 에이치엘옵틱스 비등방 반사를 이용한 렌즈

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