KR101822583B1 - 확산렌즈 구조체 및 이를 포함하는 발광 장치 - Google Patents

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Abstract

확산렌즈 구조체가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 확산렌즈 구조체는, 발광 소자에서 출사되는 광을 확산시키는 확산렌즈 구조체로서, 상기 확산렌즈 구조체의 기준 광축을 기준으로 좌우 대칭인 단면을 갖는 것인, 확산렌즈 구조체에 있어서, 상기 발광 소자와 대면하여 상기 발광 소자에서 출사되는 광이 입사하는 제1 렌즈면; 및 상기 제1 렌즈면을 통해 입사한 광을 출사시키는 제2 렌즈면을 포함하고, 상기 발광 소자에서 출사되어 상기 제1 렌즈면에 입사하는 입사광이 상기 기준 광축과 이루는 각도를 θ1로 정의하고, 상기 입사광이 상기 제1 렌즈면에 입사한 후 상기 제2 렌즈면으로부터 출사하여 출사광이 된 경우, 상기 출사광이 상기 기준 광축과 이루는 각도를 θ4로 정의할 때, 상기 제1 및 제2 렌즈면은, 상기 발광 소자에서 출사되어 상기 제1 렌즈면에 입사하는 적어도 일부의 광에 대하여 θ4<θ1을 만족시키도록 형성되고, 상기 제1 렌즈면은 연속적으로 형성된 제1 영역과 제3 영역을 포함하고, 상기 제1 렌즈면의 상기 제1 영역과 상기 제1 렌즈면의 상기 제3 영역의 접속부분에는 변곡점이 존재하고, 상기 제1 영역은 곡면으로서 하부 영역이고, 상기 제3 영역은 경사면으로서 상부 영역이다.

Description

확산렌즈 구조체 및 이를 포함하는 발광 장치{DIFFUSION LENS AEEMBLY AND LIGHT EMITTING DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 확산렌즈 구조체 및 이를 포함하는 발광 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 균일한 휘도로 확산판에 도달하는 광량을 최대화시킬 수 있는 확산렌즈 구조체 및 이를 포함하는 발광 장치에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode)를 광원으로 이용하는 경우, 저전류를 이용하여 고효율로 광(光)을 생성할 수 있으므로 에너지 절약이 가능하고, LED가 유해물질을 포함하고 있지 않기 때문에 환경 보호가 가능하다. 이러한 장점으로 인해, LED를 광원으로 이용한 발광 장치가 조명 또는 텔레비전의 백라이트 유닛 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다.
공개특허공보 제10-2010-0105082호
그러나, LED를 점광원으로서 조명 또는 백라이트 유닛에 이용하게 되면, 지나친 눈부심 또는 핫 스팟(hot spot)의 발생으로 인해 균일한 광을 얻기가 어렵다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위해, 많은 수의 LED를 좁은 간격으로 배열시킨 후 확산판을 이용하여 면광원을 만드는 방법이 이용되고 있다.
다만, 이러한 경우, 많은 수의 LED를 이용해야하기 때문에, 제품의 제조비용이 높아질 수 있다. 또한, LED의 발광 각도 또는 확산 각도가 약 120도 이기 때문에, LED에서 출사되는 광 중 일부는 LED의 상부에 배치되는 확산판에 도달하지 못하므로, 광 손실이 발생하여 발광 효율이 감소할 수 있다.
위와 같은 문제점으로부터 안출된 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 광의 확산 각도를 크게함으로써 광 손실을 줄이고 해당 광원을 이용한 장치를 박막화 시킬 수 있는 확산렌즈 구조체 및 이를 포함하는 발광 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 핫 스팟 등으로 인한 광의 불균일성을 해소하기 위해 광이 균일하게 분산될 수 있는 구조를 가지고 있는 확산렌즈 구조체 및 이를 포함하는 발광 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 언급된 기술적 과제들을 해결하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 확산렌즈 구조체는, 발광 소자에서 출사되는 광을 확산시키는 확산렌즈 구조체로서, 상기 확산렌즈 구조체의 기준 광축을 기준으로 좌우 대칭인 단면을 갖는 것인, 확산렌즈 구조체에 있어서, 상기 발광 소자와 대면하여 상기 발광 소자에서 출사되는 광이 입사하는 제1 렌즈면; 및 상기 제1 렌즈면을 통해 입사한 광을 출사시키는 제2 렌즈면을 포함하고, 상기 발광 소자에서 출사되어 상기 제1 렌즈면에 입사하는 입사광이 상기 기준 광축과 이루는 각도를 θ1로 정의하고, 상기 입사광이 상기 제1 렌즈면에 입사한 후 상기 제2 렌즈면으로부터 출사하여 출사광이 된 경우, 상기 출사광이 상기 기준 광축과 이루는 각도를 θ4로 정의할 때, 상기 제1 및 제2 렌즈면은, 상기 발광 소자에서 출사되어 상기 제1 렌즈면에 입사하는 적어도 일부의 광에 대하여 θ4<θ1을 만족시키도록 형성된다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 광의 확산 각도를 크게함으로써 광 손실을 줄일 수 있으며, 발광 소자와 확산판을 좀더 가깝게 배치할 수 있기 때문에 광원을 이용한 발광 장치를 박막화시킬 수 있다.
그리고, 본 발명에 따르면, 핫 스팟 등 광이 집중된 영역에 위치하여 광을 분산시킬 수 있는 구성을 가지고 있으므로, 발광 장치가 균일한 밝기의 광을 생성하도록 유도할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 확산렌즈 구조체의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 확산렌즈 구조체의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 확산렌즈 구조체의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 확산렌즈 구조체의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 확산렌즈 구조체의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 확산렌즈 구조체의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제7 실시예에 따른 확산렌즈 구조체의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제8 실시예에 따른 확산렌즈 구조체의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제9 실시예에 따른 확산렌즈 구조체의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 확산렌즈 구조체의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 확산렌즈 구조체를 이용한 시뮬레이션 결과를 나타낸 표이다.
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 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 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.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 확산렌즈 구조체에 대해 설명하기로 한다.
우선, 도 1 내지 도 2를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 확산렌즈 구조체를 설명한다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 확산렌즈 구조체의 단면도가 개시된다.
도 1을 참조하면, 확산렌즈 구조체(20)는 발광 소자(10)의 주위를 덮도록 배치될 수 있기 때문에, 발광 소자(10)에서 출사되는 광이 확산렌즈 구조체(20)에 입사할 수 있다. 이에 따라, 확산렌즈 구조체(20)는 발광 소자(10)에서 출사되는 광을 일정한 출사각으로 발산시키기 위해 이용될 수 있으며, 여기서, 발광 소자(10)는 LED 광원을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
구체적으로, 확산렌즈 구조체(20)는 제1 내지 제4 렌즈면(21-24)을 포함하는 것으로, 예컨대 확산렌즈 구조체(20)는 제1 내지 제4 렌즈면(21-24)으로 둘러싸인 3차원 구조체로 정의될 수 있다. 다만, 도 1에 도시된 구성요소가 모두 필수적인 것은 아니어서 그보다 많은 구성요소를 갖거나 그보다 적은 구성요소를 갖는 확산렌즈 구조체(20)를 형성할 수 있다.
도 1을 참조하면, 확산렌즈 구조체(20)는 기준 광축(30)을 기준으로 좌우 대칭인 단면을 가질 수 있으며, 구체적으로 기준 광축(30)을 기준으로 좌우 대칭인 수직 방향의 단면을 가질 수 있다. 여기서, 기준 광축(30)의 방향은 발광 소자(10)로부터 연직 상향의 방향, 즉 수직 방향일 수 있으며, 확산렌즈 구조체(20)는 기준 광축(30)을 중심으로 회전 대칭의 형상을 가질 수 있지만, 이에 제한되지 않고 회전 대칭이 아닌 형상을 가질 수도 있다.
확산렌즈 구조체(20)는 발광 소자(10)를 수용할 수 있는 오목 수용부(25)를 포함할 수 있다. 오목 수용부(25)는 확산렌즈 구조체(20)의 내부로 오목하게 파여져 형성된 공간일 수 있으며, 이에 따라 오목한 형상을 가질 수 있다. 그리고, 오목 수용부(25)는 제1 렌즈면(21)과 개방면에 의해 둘러싸일 수 있다. 또한, 오목 형상부는 기준 광축(30)을 기준으로 좌우 대칭인 단면을 가질 수 있으며, 기준 광축(30)을 중심으로 회전 대칭의 형상을 가질 수 있지만, 이에 제한되지 않으며 회전 대칭이 아닌 형상을 가질 수도 있다.
발광 소자(10)는 확산렌즈 구조체(20)의 오목 수용부(25)에 수용될 수 있기 때문에, 발광 소자(10)에서 출사되는 광은 발광 소자(10)를 둘러싸고 있는 제1 렌즈면(21)으로 입사할 수 있다. 제1 렌즈면(21)으로 입사한 입사광은 확산렌즈 구조체(20)의 내부를 통과하여 제2 렌즈면(22)을 통해 확산렌즈 구조체(20)의 외부로 출사할 수 있다.
여기서, 확산렌즈 구조체(20)의 내부의 굴절률과 확산렌즈 구조체(20)의 외부(예컨대, 공기)의 굴절률이 차이가 있으므로, 광이 확산렌즈 구조체(20)의 외부로부터 내부로 입사할 때와 광이 확산렌즈 구조체(20)의 내부로부터 외부로 출사할 때, 스넬의 법칙(Snell's law)에 따라 광이 굴절하게 된다. 따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 확산렌즈 구조체(20)에 따르면, 확산렌즈 구조체(20)에 포함되는 렌즈면의 형상에 따른 특징을 이용하여, 확산렌즈 구조체(20)에 입사하는 광의 진행 방향을 조절함으로써, 확산렌즈 구조체(20)에 입사하는 입사광이 확산렌즈 구조체(20)로부터 출사할 때 미리 정해진 조건을 만족할 수 있도록 할 수 있다.
구체적으로, 도 1 및 도 2를 참조하면, 발광 소자(10)에서 출사되어 제1 렌즈면(21)에 입사하는 입사광이 기준 광축(30)과 이루는 각도를 θ1로 정의하고, 입사광이 제1 렌즈면(21)에 입사한 후 제2 렌즈면(22)으로부터 출사하여 출사광이 된 경우, 출사광이 기준 광축(30)과 이루는 각도를 θ4로 정의할 때, 제1 내지 제3 렌즈면(21, 22, 23)은, 발광 소자(10)에서 출사되어 제1 렌즈면(21)에 입사하는 적어도 일부의 광에 대하여 θ4<θ1을 만족시키도록 형성된 것일 수 있다. 이와 관련하여, 이하 각 렌즈면에 대하여 자세하게 설명하기로 한다.
우선, 제1 렌즈면(21)은 발광 소자(10)와 대면하여 발광 소자(10)에서 출사되는 광이 입사하는 면일 수 있다. 전술한 바와 같이, 발광 소자(10)는 확산렌즈 구조체(20)의 오목 수용부(25)에 위치할 수 있고, 오목 수용부(25)는 제1 렌즈면(21)으로 둘러싸여 있으므로, 제1 렌즈면(21)은 발광 소자(10)와 대면할 수 있다. 따라서, 발광 소자(10)로부터 출사되는 광은 제1 렌즈면(21)으로 입사할 수 있다.
도 1을 참조하면, 제1 렌즈면(21)은 연속적으로 형성된 제1 영역(21a)과 제2 영역(21b)을 포함할 수 있으며, 제1 렌즈면(21)의 제1 영역(21a)과 제1 렌즈면(21)의 제2 영역(21b)의 접속부분(P1)에는 변곡점이 존재할 수 있다. 본 명세서에서 변곡점(point of inflection)은 볼록인 상태에서 오목인 상태로 변하는 점 또는 오목인 상태에서 볼록인 상태로 변하는 점과 같은 수학적인 정의로 제한되지 않으며, 곡률의 변화가 있는 점과 같이 렌즈면의 특성에 변화가 있는 점이라면 변곡점에 해당된다고 볼 수 있다.
예컨대, 도 1을 참조하면, 제1 영역(21a)은 상부 영역으로서 곡면일 수 있고, 제2 영역(21b)은 하부 영역으로서 경사면일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 구체적으로, 제1 영역(21a)은 비구면일 수 있고, 제2 영역(21b)은 평면으로서 기준 광축(30)에 수직한 제4 렌즈면(24)을 기준으로 일정 각도만큼 경사져있을 수 있으며, θ3는 기준 광축(30)에 수직한 제4 렌즈면(24)의 연장선과 제2 영역(21b)이 이루는 각도로 정의될 수 있다.
제1 렌즈면(21)의 제2 영역(21b)의 경사와 관련하여, 제2 영역(21b)은 오목 수용부(25)의 하단을 둘러싸고 있으며, 오목 수용부(25)의 하단이 제1 렌즈면(21)의 제1 영역(21a)에 의해 둘러싸인 오목 수용부(25)의 상단에 비해 상대적으로 너비가 더 넓어지는 방향으로 제1 렌즈면(21)의 제2 영역(21b)이 경사져있을 수 있다.
이와 같이, 제1 영역(21a)은 곡면이고 제2 영역(21b)은 평면이기 때문에, 제1 렌즈면(21) 상에서 특성의 변화가 있으므로, 제1 영역(21a)과 제2 영역(21b)의 접속부분(P1)에는 변곡점이 존재한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 확산렌즈 구조체(20)에 따르면, 오목 수용부(25)의 하단부에 경사면인 제1 렌즈면(21)의 제2 영역(21b)이 형성될 수 있다. 따라서, 종래기술에 따르면, 발광 소자(10)로부터 출사하여 오목 수용부(25)의 하단부를 통과하는 광은, 확산렌즈 구조체(20)의 상부에 위치하는 확산판에 도달하지 못할 확률이 높은데 비해, 본 실시예에 따른 확산렌즈 구조체(20)를 이용하면, 발광 소자(10)로부터 출사하여 오목 수용부(25)의 하단부를 통과하는 광이 제1 렌즈면(21)의 제2 영역(21b)을 통해 확산렌즈 구조체(20)에 입사하면서 상측으로 굴절되기 때문에, 확산렌즈 구조체(20)의 상부에 위치하는 확산판에 도달할 확률이 높아지게 된다.
구체적으로, 도 1을 참조하면, 기준 광축(30)과 θ1의 각도를 이루면서 발광 소자(10)로부터 출사되는 광이, 오목 수용부(25)의 하단부를 통해 제1 렌즈면(21)의 제2 영역(21b)으로 입사하면서 상측으로 굴절되는 것을 확인할 수 있으며, 굴절된 광이 확산렌즈 구조체(20)를 통과한 후, 제2 렌즈면(22)으로부터 출사하면서 기준 광축(30)과 θ4의 각도를 이루도록 굴절되는 것을 확인할 수 있다.
이에 따르면, 제1 렌즈면(21)의 제2 영역(21b)으로 인해, 결과적으로 θ4<θ1이 만족되는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 발광 소자(10)로부터 출사되는 광이 확산렌즈 구조체(20)를 통해 굴절되면서 좀더 상측을 향하도록 이동 경로가 변경됨에 따라, 확산렌즈 구조체(20)의 하부를 통해 입사하는 광을 확산판에 도달하게 할 수 있음을 확인할 수 있다.
이어서, 제2 렌즈면(22)은 제1 렌즈면(21)을 통해 입사한 광을 출사시킬 수 있고, 확산렌즈 구조체(20)의 외곽을 둘러싸는 면으로서 곡면일 수 있으며, 예컨대 비구면일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
한편, 제3 렌즈면(23)은 제2 렌즈면(22)과 연결될 수 있으며, 제4 렌즈면(24)은 제1 렌즈면(21)과 제3 렌즈면(23)을 이어줄 수 있다. 정리하면, 제1 렌즈면(21)과 제2 렌즈면(22)은 제3 렌즈면(23) 및 제4 렌즈면(24)에 의해 연결될 수 있으며, 제3 렌즈면(23)은 제2 렌즈면(22)에 연결되고 제4 렌즈면(24)은 제1 렌즈면(21)에 연결될 수 있다.
구체적으로, 제3 렌즈면(23)은 평면으로서 경사면일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 즉, 제3 렌즈면(23)은 평면으로서 기준 광축(30)에 수직한 제4 렌즈면(24)을 기준으로 일정 각도만큼 경사져있을 수 있다. 그리고, θ2는 기준 광축(30)에 수직한 제4 렌즈면(24)의 연장선과 제3 렌즈면(23)이 이루는 각도로 정의될 수 있다.
도 2를 참조하면, 제3 렌즈면(23)의 경사는 제1 렌즈면(21)의 제2 영역(21b)의 경사와 서로 마주보도록 형성될 수 있다. 그리고, 제3 렌즈면(23)은 광을 원하는 방향으로 굴절시키려는 목적보다는 광을 원하는 방향으로 반사시키려는 목적으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 제3 렌즈면(23)은 확산렌즈 구조체(20)의 하단에 위치해 있으므로, 확산렌즈 구조체(20)의 하단으로 출사하려는 광을 확산렌즈 구조체(20)의 상부로 반사시킬 수 있다.
따라서, 종래기술에 따르면, 확산렌즈 구조체(20)의 하단부를 통해 출사하는 광은, 확산렌즈 구조체(20)의 상부에 위치하는 확산판에 도달하지 못할 확률이 높은데 비해, 본 실시예에 따른 확산렌즈 구조체(20)를 이용하면, 제1 렌즈면(21)으로부터 입사한 입사광이 제3 렌즈면(23)에 의해 확산렌즈 구조체(20)의 상부로 반사된 후 제2 렌즈면(22)을 통해 출사되기 때문에, 확산렌즈 구조체(20)의 상부에 위치하는 확산판에 도달할 확률이 높아지게 된다.
구체적으로, 도 2를 참조하면, 기준 광축(30)과 θ1의 각도를 이루면서 발광 소자(10)로부터 출사되는 광이, 제1 렌즈면(21)을 통해 확산렌즈 구조체(20)에 입사한 후 제3 렌즈면(23)에 의해 확산렌즈 구조체(20)의 상부로 반사되는 것을 확인할 수 있으며, 굴절된 광이 확산렌즈 구조체(20)를 통과한 후, 제2 렌즈면(22)으로부터 출사하면서 기준 광축(30)과 θ4의 각도를 이루도록 굴절되는 것을 확인할 수 있다.
이에 따르면, 제3 렌즈면(23)으로 인해, 결과적으로 θ4<θ1이 만족되는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 발광 소자(10)로부터 출사되는 광이 확산렌즈 구조체(20)를 통해 굴절되면서 좀더 상측을 향하도록 이동 경로가 변경됨에 따라, 확산렌즈 구조체(20)의 하부를 통해 입사하는 광을 확산판에 도달하게 할 수 있음을 확인할 수 있다.
한편, 몇몇 실시예에서 제3 렌즈면(23)은 θ2>θ3을 만족시키도록 형성될 수 있다. θ2<θ3인 경우에는, 제1 렌즈면(21)의 제2 영역(21b)을 통과하여 굴절된 광이 제3 렌즈면(23)에 도달하지 않을 수 있으므로, 제3 렌즈면(23)을 통해 광의 경로를 제어하기가 용이하지 않을 수 있다.
그리고, 제4 렌즈면(24)은 기저면으로서, 제4 렌즈면(24)은 기준 광축(30)과 수직인 수평면일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 또한, 몇몇 실시예에서 광을 반사시키기 위해 제4 렌즈면(24) 상에는 반사 패턴이 형성될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
전술한 바와 같이, 제1 내지 제3 렌즈면(23)을 통해, 확산렌즈 구조체(20)의 하부를 통해 입사하는 광의 출사각을 변화시킴으로써, 확산렌즈 구조체(20)의 확산 각도가 커지는 것을 확인할 수 있다. 예컨대, 확산 각도는 150도 이상일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
도 3을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 확산렌즈의 구조체를 설명한다. 다만, 본 발명의 제1 실시예에 따른 확산렌즈와의 차이점을 위주로 설명한다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 확산렌즈 구조체의 단면도가 개시된다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 확산렌즈 구조체(30)의 제3 렌즈면(23)에는 반사 패턴이 형성될 수 있다. 반사 패턴은 제3 렌즈면(23)에 입사하는 광을 반사시키기 위한 것으로, 반사 패턴은 홈(23a) 또는 돌기(23b)를 포함할 수 있지만, 반사 패턴의 형상에는 제한이 없을 수 있다. 반사 패턴의 형성에 따라, 제3 렌즈면(23)의 표면 조도는 Ra 7um 이상일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
다만, 제3 렌즈면(23)의 모든 영역에 반사 패턴이 형성될 필요는 없으며, 일부 영역에만 반사 패턴이 형성될 수도 있다.
도 4를 참조하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 확산렌즈의 구조체를 설명한다. 다만, 본 발명의 제1 실시예에 따른 확산렌즈와의 차이점을 위주로 설명한다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 확산렌즈 구조체의 단면도가 개시된다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예예 따른 확산렌즈 구조체(20)에서, 제2 렌즈면(22) 상의 적어도 일부에 확산 패턴이 형성될 수 있다. 예컨대, 확산 패턴은 제3 렌즈면(23)과 인접한 영역에 형성될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
확산 패턴은 제2 렌즈면(22)을 통해 출사되는 광이 효율적으로 상부로 반사 또는 굴절될 수 있도록 할 수 있다. 확산 패턴은 예컨대, 홈(26) 또는 돌기(27)일 수 있지만, 이에 제한되지 않으며, 확산 패턴의 수직방향의 단면은 예컨대 삼각형 또는 타원형일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 즉, 확산 패턴의 수직 방향의 단면은 도 4에 도시된 것에 제한되지 않는다.
구체적으로, 도 4를 참조하면, 제2 렌즈면(22)으로 출사되는 광이 확산 패턴에 의해 반사 또는 굴절되어 상측으로 이동하는 것을 확인할 수 있다. 이에 따르면, 제2 렌즈면(22)의 확산 패턴으로 인해, 결과적으로 θ4<θ1이 만족되는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 발광 소자(10)로부터 출사되는 광이 확산렌즈 구조체(20)를 통해 굴절되면서 좀더 상측을 향하도록 이동 경로가 변경됨에 따라, 확산렌즈 구조체(20)의 하부를 통해 입사하는 광을 확산판에 도달하게 할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 5를 참조하여, 본 발명의 제4 실시예에 따른 확산렌즈의 구조체를 설명한다. 다만, 본 발명의 제1 실시예에 따른 확산렌즈와의 차이점을 위주로 설명한다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 확산렌즈 구조체의 단면도가 개시된다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 확산렌즈 구조체(20)에 따르면, 제1 렌즈면(21)은 변곡점이 없는 곡면일 수 있으며, 예컨대 비구면일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
도 6을 참조하여, 본 발명의 제5 실시예에 따른 확산렌즈의 구조체를 설명한다. 다만, 본 발명의 제1 실시예에 따른 확산렌즈와의 차이점을 위주로 설명한다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 확산렌즈 구조체의 단면도가 개시된다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 확산렌즈 구조체(20)에서, 제3 렌즈면(23)이 없이 제2 렌즈면(22)과 제4 렌즈면(24)이 직접 연결될 수 있다.
도 7을 참조하여, 본 발명의 제6 실시예에 따른 확산렌즈의 구조체를 설명한다. 다만, 본 발명의 제3 실시예에 따른 확산렌즈와의 차이점을 위주로 설명한다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 확산렌즈 구조체의 단면도가 개시된다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 확산렌즈 구조체(20)에서, 제1 렌즈면(21)은 변곡점이 없는 곡면일 수 있으며, 예컨대 비구면일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 그리고, 제3 렌즈면(23)이 없이 제2 렌즈면(22)과 제4 렌즈면(24)이 직접 연결될 수 있다.
도 8을 참조하여, 본 발명의 제7 실시예에 따른 확산렌즈의 구조체를 설명한다. 다만, 본 발명의 제3 실시예에 따른 확산렌즈와의 차이점을 위주로 설명한다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 확산렌즈 구조체의 단면도가 개시된다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 확산렌즈 구조체(20)에서, 제1 렌즈면(21)은 변곡점이 없는 곡면일 수 있으며, 예컨대 비구면일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
도 9를 참조하여, 본 발명의 제8 실시예에 따른 확산렌즈의 구조체를 설명한다. 다만, 본 발명의 제3 실시예에 따른 확산렌즈와의 차이점을 위주로 설명한다. 도 9를 참조하면, 본 발명의 제8 실시예에 따른 확산렌즈 구조체의 단면도가 개시된다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제8 실시예에 따른 확산렌즈 구조체(20)에서, 제3 렌즈면(23)이 없이 제2 렌즈면(22)과 제4 렌즈면(24)이 직접 연결될 수 있다
도 10을 참조하여, 본 발명의 제9 실시예에 따른 확산렌즈의 구조체를 설명한다. 다만, 본 발명의 제1 실시예에 따른 확산렌즈와의 차이점을 위주로 설명한다. 도 10을 참조하면, 본 발명의 제9 실시예에 따른 확산렌즈 구조체의 단면도가 개시된다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제9 실시예에 따른 확산렌즈 구조체(20)에서, 제1 렌즈면(21)은 제3 영역(21c)을 더 포함할 수 있다. 제3 영역(21c)은 제1 영역(21a)의 상부에 위치할 수 있으므로, 제1 영역(21a)은 제2 영역(21b)과 제3 영역(21c) 사이에 위치할 수 있다.
여기서, 제3 영역(21c)은 평면으로서, 예컨대 경사면일 수 있고, 제1 영역(21a)은 곡면이기 때문에, 제1 렌즈면(21) 상에서 특성의 변화가 있으므로, 제1 영역(21a)과 제3 영역(21c)의 접속부분(P2)에는 변곡점이 존재한다.
그리고, 제3 영역(21c)은 오목 수용부(25)의 최상부에 위치하고, 예컨대 기준 광축(30)과 오버랩될 수 있다. 즉, 제3 영역(21c)은, θ1이 예컨대 5도 이하인 입사광이 입사할 수 있는 위치에 형성될 수 있다. 제3 영역(21c)은 경사면일 수 있으므로, 입사광을 기준 광축(30)에서 멀어지도록 굴절시킬 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 제9 실시예에 따른 확산렌즈 구조체(20)는 제3 영역(21c)을 더 포함하기 때문에, 기준 광축(30)에 인접한 광으로 인해 발생하는 지나친 눈부심 또는 핫 스팟의 발생을 방지할 수 있다.
전술한 바와 같이, 도 1 내지 도 10을 통해 본 발명의 실시예들에 따른 확산렌즈 구조체(20)를 설명하였다. 본 발명의 실시예들에 따른 확산렌즈 구조체(20)를 이용하여 발광 장치를 구성할 수 있으며, 예컨대, 발광 장치는 발광 소자(10)와, 발광 소자(10)에서 출사되는 광을 확산시키는 확산렌즈 구조체(20)를 포함할 수 있다. 여기서, 발광 소자(10)는 확산렌즈 구조체(20)의 오목 수용부(25)에 위치할 수 있으며, 예컨대, 발광 소자(10)로부터 출사되는 광의 높이를 제어하기 위해, 발광 소자(10)의 상단 높이가 오목 수용부(25)의 하단과 같거나 높게 구성될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
이하, 도 11을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 확산렌즈 구조체의 효과를 설명한다. 도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 확산렌즈 구조체의 효과를 설명하기 위한 도면이 개시된다
도 11(a)은 종래기술에 따른 확산렌즈 구조체(20')를 이용한 것이고, 도 11(b)는 본 발명의 실시예들에 따른 확산렌즈 구조체(20)를 이용한 것이다. 이에 따르면, 도 11(a)에 도시된 확산 각도(θa)가 도 11(b)에 도시된 확산 각도(θb)에 비해 좁다. 따라서, 종래기술에 따른 확산렌즈 구조체(20')를 이용한다면, 좁은 확산 각도(θa)로 인하여 일정한 면적의 면광원을 형성하기 위해, 더 많은 개수의 발광 소자(10)가 필요하고 확산판(40)을 가능한 멀리 떨어뜨려야 하기 때문에, 발광 장치의 높이(ha)로 인해 발광장치의 크기가 커질 수 있다.
이에 비해, 본 발명의 실시예에 따르면, 넓은 확산 각도(θb)로 인하여 일정한 면적의 면광원을 형성하기 위해 필요한 발광 소자(10)의 개수를 줄일 수 있으며, 확산판(40)을 가까이 배치할 수 있으므로, 발광 장치의 높이(hb)를 줄일 수 있어 발광 장치의 크기 또한 줄일 수 있다.
이하, 도 12를 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 확산렌즈 구조체를 이용한 시뮬레이션 결과를 설명한다. 도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 확산렌즈 구조체를 이용한 시뮬레이션 결과를 나타낸 표가 개시된다.
도 12를 참조하면, 확산렌즈 구조체에 따른 확산 각도는, 그래프의 양 피크 사이를 확인함으로써 도출할 수 있다. 예컨대, 그래프 상에서, 피크가 약 10도 및 약 170도 상에 형성되어 있으므로, 본 발명의 실시예에 따른 확산렌즈 구조체에 따른 확산 각도는 150도 이상으로 크게 형성될 수 있다.
한편, 그래프 상에서 양 피크 사이의 휘도의 크기는, 본 발명의 실시예에 따른 확산렌즈 구조체에서의 θ2 또는 θ3의 크기를 조절함으로써 제어할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 확산렌즈 구조체를 이용하면, 원하는 부분에 대한 휘도의 강약을 제어할 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: 발광 소자 20: 확산렌즈 구조체
21: 제1 렌즈면 21a: 제1 영역
21b: 제2 영역 21c: 제3 영역
22: 제2 렌즈면 23: 제3 렌즈면
23a: 홈 23b: 돌기
24: 제4 렌즈면 25: 오목 수용부
26: 홈 27: 돌기
30: 기준 광축 40: 확산판
P1: 제1 영역과 제2 영역의 접속부분
P2: 제1 영역과 제3 영역의 접속부분

Claims (5)

  1. 발광 소자에서 출사되는 광을 확산시키는 확산렌즈 구조체로서, 상기 확산렌즈 구조체의 기준 광축을 기준으로 좌우 대칭인 단면을 갖는 것인, 확산렌즈 구조체에 있어서,
    상기 발광 소자와 대면하여 상기 발광 소자에서 출사되는 광이 입사하는 제1 렌즈면으로서, 상기 제1 렌즈면은 연속적으로 형성된 제1 영역과 제3 영역을 포함하고, 상기 제1 렌즈면의 상기 제1 영역과 상기 제1 렌즈면의 상기 제3 영역의 접속부분에는 변곡점이 존재하고, 상기 제1 영역은 곡면으로서 하부 영역이고, 상기 제3 영역은 경사면으로서 상부 영역인, 제1 렌즈면;
    상기 제1 렌즈면을 통해 입사한 광을 출사시키는 제2 렌즈면으로서, 상기 제2 렌즈면은 곡면인 것인, 제2 렌즈면; 및
    상기 제2 렌즈면과 연결된 제3 렌즈면으로서, 상기 제3 렌즈면은 경사면인, 제3 렌즈면
    을 포함하고,
    상기 제1 렌즈면의 상기 제1 영역을 통해 입사하는 광 중 적어도 일부는 상기 제3 렌즈면에 의해 반사되어 상기 제2 렌즈면으로 향하고,
    상기 발광 소자에서 출사되어 상기 제1 렌즈면에 입사하는 입사광이 상기 기준 광축과 이루는 각도를 θ1로 정의하고, 상기 입사광이 상기 제1 렌즈면의 상기 제1 영역에 입사한 후 상기 제2 렌즈면으로부터 출사하여 출사광이 되거나 상기 입사광이 상기 제1 렌즈면의 상기 제1 영역에 입사한 후 상기 제3 렌즈면에 의해 반사되어 상기 제2 렌즈면으로부터 출사하여 출사광이 된 경우, 상기 출사광이 상기 기준 광축과 이루는 각도를 θ4로 정의할 때, 상기 제1, 제2 및 제3 렌즈면은, 상기 발광 소자에서 출사되어 상기 제1 렌즈면의 상기 제1 영역에 입사하는 광에 대하여 θ4<θ1을 만족시키도록 형성되는 것인, 확산렌즈 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영역은 연속적으로 곡률이 변화하는 곡면을 포함하는 것인, 확산렌즈 구조체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제3 영역은 상기 기준 광축과 오버랩되는 것인, 확산렌즈 구조체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈면은 제1 영역과 연속적으로 형성된 제2 영역을 더 포함하고,
    상기 제1 렌즈면의 상기 제1 영역과 상기 제1 렌즈면의 상기 제2 영역의 접속부분에는 변곡점이 존재하고,
    상기 제1 영역은 상기 제2 영역과 상기 제3 영역 사이에 위치하는 것인, 확산렌즈 구조체.
  5. 발광 소자; 및
    제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 기재된 확산렌즈 구조체로서, 상기 발광 소자에서 출사되는 광을 확산시키는 것인, 확산렌즈 구조체
    를 포함하는 발광 장치.
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