KR101901317B1 - 광 확산렌즈 - Google Patents

Abstract

실시예는 광 확산렌즈에 관한 것으로서, 상기 광원에서 출사되는 광 중 일부가 출사되도록 상부측으로 볼록하게 형성된 상부면; 아래 방향으로 볼록한 형상을 포함하는 하부면; 상기 하부면에서 상기 상부면 방향으로 오목하게 형성되는 입사면; 및 상기 상부면과 하부면 사이에 배치되되 상기 상부면의 가장자리에서 외측으로 돌출되게 형성된 돌출부;를 포함하고, 상기 돌출부는, 광축(C)을 기준으로 상기 상부면의 가장자리에서 반경 방향으로 기 설정된 간격(d1)만큼 이격되게 배치되는 측부면; 및 상기 측부면과 상기 상부면 사이에 배치되는 연결면을 포함하며, 상기 측부면은 패턴이 형성된 제1 패턴부를 포함한다. 이에 따라, 상기 입사면을 통해 입사되는 광 중 일부는 상기 패턴에 의해 광 경로가 변경되어 출사되기 때문에, 광 확산성을 향상시킴과 동시에 광의 색분리를 개선할 수 있다.

Description

광 확산렌즈{LENS FOR WIDE DIFFUSION LIGHT}

실시예는 광 확산렌즈에 관한 것이다. 좀 더 상세하게는, 패턴을 이용하여 출사되는 광 중 일부의 광 경로를 변경시켜 광 확산성을 향상시킴으로써, 색분리를 개선하는 광 확산렌즈에 관한 것이다.

근래 들어오면서 급속하게 발전하고 있는 반도체 기술을 중심으로 하여, 소형 및 경량화되면서 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 주목 받아 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 색 재현성이 좋고 저전력이 소비되는 발광다이오드(Light Emitting Diode: 이하 'LED'라고 한다)를 이용한 LED 방식 램프를 사용한다. 종래에는 냉음극선관 방식의 램프를 사용하였으나, LED 방식 램프가 색 재현성이 좋으며, 소비전력도 적게 든다는 장점을 가지고 있어서 LED 방식 램프 제품이 사용되기 시작하였다.

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.

나아가, LED를 이용한 광원에서 노란색(Yellow) 형광체를 사용하는 경우 출사하는 광들의 옐로우(Yellow) 의존성이 강해짐에 따라, 화질 평가시 색무라가 발생하는 문제가 있다.

그에 따라, 광을 확산시키면서도 색무라의 발생을 방지하는 기술에 대한 요구 또한 높아지고 있는 실정이다.

대한민국공개특허공보 제2013-0107849호

실시예는 광원에서 조사되는 광을 확산시키는 광 확산렌즈를 제공한다.

또한, 패턴을 이용하여 특정방향으로 지향성을 갖는 광의 광 경로를 변경하여 광 확산성을 확보할 수 있는 광 확산렌즈를 제공한다. 바람직하게, 패턴을 이용하여 5면 발광 광원의 측면에서 출사되는 광의 광 경로를 변경함으로써 광의 색분리를 개선할 수 있는 광 확산렌즈를 제공한다.

또한, 패턴을 이용하여 이탈방지 구조를 구현할 수 있는 광 확산렌즈를 제공한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제는 실시예에 따라, 광원에서 출사되는 광을 확산시키는 확산 렌즈에 있어서, 상기 광원에서 출사되는 광 중 일부가 출사되도록 상부측으로 볼록하게 형성된 상부면; 아래 방향으로 볼록한 형상을 포함하는 하부면; 상기 하부면에서 상기 상부면 방향으로 오목하게 형성되는 입사면; 및 상기 상부면과 하부면 사이에 배치되되 상기 상부면의 가장자리에서 외측으로 돌출되게 형성된 돌출부;를 포함하고, 상기 돌출부는, 광축(C)을 기준으로 상기 상부면의 가장자리에서 반경 방향으로 기 설정된 간격(d1)만큼 이격되게 배치되는 측부면; 및 상기 측부면과 상기 상부면 사이에 배치되는 연결면을 포함하며, 상기 측부면은 패턴이 형성된 제1 패턴부를 포함하고, 상기 입사면을 통해 입사되는 광 중 일부는 상기 패턴에 의해 광 경로가 변경되어 출사되는 광 확산렌즈에 의해 달성된다.

바람직하게, 상기 제1 패턴부는 역사다리꼴 형상의 제1 패턴; 및 사다리꼴 형상의 제2 패턴을 포함하며, 상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴은 광축(C)을 기준으로 원주방향을 따라 상호 교대로 배치될 수 있다.

그리고, 상기 제1 패턴은 상기 광축(C)과 평행하게 배치되는 가상의 선(L1)을 기준으로 소정의 제1 각도(θ1)로 경사지게 배치되고, 상기 제2 패턴은 상기 광축(C)과 평행하게 배치되는 가상의 선(L1)을 기준으로 소정의 제2 각도(θ2)로 경사지게 배치될 수 있다.

그리고, 상기 제1 각도(θ1)가 상기 제2 각도(θ2)보다 작게 형성됨에 따라, 소정의 폭(W)을 갖는 단차면이 형성될 수 있다.

여기서, 상기 단차면의 폭(W)은 상부에서 하부로 갈수록 증가될 수 있다.

한편, 상기 입사면은, 수직 단면이 반타원 형상 또는 포물선 형상으로 형성되는 제1 입사면; 및 상기 하부면의 내측 가장자리와 상기 제1 입사면 사이에 배치되는 제2 패턴부를 포함하며, 상기 제2 패턴부는 소정의 제3 각도(θ3)를 갖도록 외측으로 경사지게 형성될 수 있다.

바람직하게, 상기 광축(C)을 기준으로 원주 방향을 따라 복수 개가 배치되는 상기 제2 패턴부는 마름모꼴 형상으로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 마름모꼴 형상으로 형성되는 상기 제2 패턴부는 제1 영역과 제2 영역을 포함하며, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역은 소정의 제4 각도(θ4)가 형성되게 배치될 수 있다.

또한, 제1 패턴부의 상부측 일점과 제2 패턴부의 상부측 일점을 연결하는 가상의 선(L2)과 상기 광축(C)은 소정의 제5 각도(θ5)를 형성하며, 상기 제5 각도(θ5)는 80도 이상일 수 있다.

상기 과제는 실시예에 따라, 광원에서 출사되는 광을 확산시키는 확산 렌즈에 있어서, 볼록하게 형성된 상부면; 아래 방향으로 볼록한 형상을 포함하는 하부면; 및 상기 하부면에서 상기 상부면 방향으로 오목하게 형성되는 입사면; 및 상기 상부면과 하부면 사이에 배치되되 상기 상부면의 가장자리에서 외측으로 돌출되게 형성된 돌출부;를 포함하고, 상기 입사면은, 수직 단면이 반타원 형상 또는 포물선 형상으로 형성되는 제1 입사면; 및 상기 하부면의 내측 가장자리와 상기 제1 입사면 사이에 배치되는 제2 패턴부를 포함하며, 상기 제2 패턴부는 소정의 제3 각도(θ3)를 갖도록 외측으로 경사지게 형성되는 광 확산렌즈에 의해 달성된다.

실시예에 따른 광 확산렌즈는 패턴을 이용하여 광원에서 출사되는 광 중 일부의 광 경로를 변경시켜 광 확산성을 향상시킴으로써, 색분리를 개선할 수 있다.

바람직하게, 제2 패턴부를 이용하여 좌우 방향(원주 방향)으로 광을 굴절 및 분산시킨 후 제1 패턴부를 이용하여 광축 방향으로 광을 굴절 및 분산시킴으로써 광 확산성을 향상시킬 수 있다. 그에 따라, 상기 광 확산 렌즈는 광원에서 출사되는 광의 색분리를 개선할 수 있다.

특히, 패턴을 이용하여 5면 발광 광원의 측면에서 출사되는 광을 굴절시켜 광을 확산시킴으로써, 상기 광 확산렌즈에서의 색분리를 개선할 수 있다.

또한, 상기 광 확산렌즈는 패턴을 이용하여 이탈방지 구조를 구현함으로써, 고정성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 광 확산렌즈를 나타내는 사시도이고,
도 2 및 도 3은 실시예에 따른 광 확산렌즈를 나타내는 평면도 및 저면도이고,
도 4는 실시예에 따른 광 확산렌즈의 상부면에 대한 다양한 실시예를 나타내는 도면이고,
도 5 및 도 6은 도 1의 A-A선을 나타내는 단면사시도 및 단면도이고,
도 7은 종래에 이용되던 확산렌즈와 실시예에 따른 광 확산렌즈의 광 경로를 비교하는 도면이고,
도 8은 도 7의 광 경로에 의한 광 확산을 나타내는 도면이고,
도 9는 실시예에 따른 광 확산렌즈의 제1 패턴과 제2 패턴의 각도차에 따른 광의 굴절을 나타내는 도면이고,
도 10은 실시예에 따른 광 확산렌즈의 제1 영역과 제2 영역의 각도차에 따른 광의 굴절을 나타내는 도면이고,
도 11은 실시예에 따른 광 확산렌즈의 제1 패턴부와 제2 패턴부의 배치관계를 나타내는 도면이고,
도 12는 실시예에 따른 광 확산렌즈의 입사면에 광을 조사하는 광원을 나타내는 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 구성요소가 다른 구성요소의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 구성요소가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 구성요소가 상기 두 구성요소 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 '상(위) 또는 하(아래)(on or under)'로 표현되는 경우 하나의 구성요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지게 된다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 실시예에 따른 광 확산렌즈를 나타내는 사시도이고, 도 2 및 도 3은 실시예에 따른 광 확산렌즈를 나타내는 평면도 및 저면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산 렌즈(1)는 상부면(100), 하부면(200), 돌출부(300), 돌출부(300)의 일 영역에 형성되는 제1 패턴부(400) 및 입사면(500)을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 광 확산렌즈(1)는 광원(10)에서 출사되는 광을 확산시킨다.

이때, 상기 광 확산렌즈(1)는 폴리카보네이트 또는 폴리메타메틸아크릴레이트의 재질을 이용하여 형성될 수 있다. 여기서, 상기 폴리카보네이트의 굴절율은 1.58이고, 상기 폴리메타메틸아크릴레이트의 굴절률은 1.49이다.

상부면(100)은 상부측으로 볼록하게 형성될 수 있다. 그리고, 입사면(500)을 통해 상기 광 확산렌즈(1)의 내부로 입사된 광 중 일부는 상부면(100)을 통해 출사된다. 여기서, '상부측'과 '하부측'은 상대적인 표현으로서 이하에서 별다른 정의가 없다면, 하부면(200)에서 상부면(100)으로 향하는 방향을 상부측(위쪽)으로 정하고, 이와 반대로 상부면(100)에서 하부면(200)으로 향하는 방향을 하부측(아래쪽)으로 정한다.

도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상부면(100)은 반구면 형상 또는 비대칭 반구면 형상으로 볼록하게 형성될 수 있다. 예컨데, 상부면(100)은 광축 방향(z 방향)으로 볼록하게 형성될 수 있다.

그에 따라, 입사면(500)을 통해 입사된 광 중 일부는 상부면(100)의 형상에 의해 굴절되어 외부로 출사될 수 있다.

상부면(100)은 최상단 중심 부분에서 가장자리 부분으로 갈수록 곡률이 점진적으로 증가하는 볼록 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상부면(100)의 최상단 중심 부분은 가장자리 부분보다 평탄할 수 있다.

도 4는 실시예에 따른 광 확산렌즈의 상부면에 대한 다양한 실시예를 나타내는 도면이다.

도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 상부면(100)은 최상단 중심 부분에서 가장자리 부분으로 갈수록 곡률이 점진적으로 증가하도록 형성될 수 있다. 또한, 상부면(100)은, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 최상단 중심 부분은 가장자리 부분보다 평탄하게 형성될 수 있다. 또한, 상부면(100)은, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 최상단 중심 부분이 하부측으로 함몰된 형상으로 형성될 수도 있다.

상부면(100)의 다양한 형상에 따라, 광원(10)에서 방출된 광은 상부면(100)에서 굴절되어 외부로 방출되며, 광축(C)을 기준으로 대칭적, 비대칭적 또는 다양한 광 경로가 구현되게 방출될 수 있다. 여기서, 광축(C)이라 함은 광원(10)에서 조사되는 광의 중심이며, 상기 광 확산렌즈(1)의 중심과 일치할 수 있다.

즉, 상기 광 확산렌즈(1)는 상부면(100)의 형상을 통해 상기 광의 확산성을 향상시켜 전체적으로 균일한 광의 분포를 얻을 수 있게 한다.

하부면(200)은 상부면(100)의 중심 부분의 곡률보다 더 작은 곡률을 가지는 곡면이고 아래 방향으로 볼록한 형상을 포함할 수 있다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 하부면(200)은 평면(210)과 아래 방향으로 볼록한 하부볼록면(220)을 포함할 수 있다.

예컨데, 하부면(200)은 가장자리에서 중심 방향으로 일정한 길이까지는 평면(210)이 형성되어 있을 수 있으며, 평면(210)이 끝나는 지점부터 중심측으로 하부볼록면(220)이 형성될 수 있다. 즉, 하부면(200)은 가장자리에서 중심 방향으로 일정 길이 동안 곡률이 0이지만, 상기 일정 길이 이상부터 상기 중심까지는 곡률이 증가하다가 다시 감소하는 형상일 수 있다.

평면(210)만으로 구성된 하부면과 비교해 볼 때, 하부볼록면(220)을 구비하는 하부면(200)의 경우 광원(10)에서 출사되는 광 중에서 하부측으로 출사되는 광을 상부측으로 더 많이 전반사 시킬 수 있다.

여기서, 하부볼록면(220)에 의해 우선적으로 상기 광이 전반사되도록 평면(210)은 하부볼록면(220)의 외측에 배치되는 것이 바람직하다.

돌출부(300)는 상부면(100)과 하부면(200) 사이에 배치될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 돌출부(300)는 상부면(100)의 가장자리(110)에서 소정의 이격거리(d1)를 갖도록 외측으로 돌출되게 형성될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하여 살펴보면, 돌출부(300)는 측부면(310)과 연결면(320)을 포함할 수 있다.

측부면(310)은 광축(C)을 기준으로 상부면(100)의 가장자리(110)에서 반경 방향(x 방향)으로 기 설정된 이격거리(d1)만큼 이격되게 배치될 수 있다. 그에 따라, 상기 광 확산렌즈(1)의 내부를 따라 이동하는 광 중 측부면(310)을 통해 출사되는 광의 경우 상부면(100)을 통해 출사되는 광보다 적어도 이격거리(d1)만큼 진행된 후 출사되기 때문에, 광의 확산성을 향상시킬 수 있다. 이때, 측부면(310)을 통해 출사되는 광은 상기 광 확산렌즈(1)와 외부와의 굴절률 차이에 의해 굴절될 수 있다.

연결면(320)은 상부면(100)과 측부면(310) 사이에 배치될 수 있다. 상세하게, 연결면(320)은 상부면(100)의 가장자리(110)에서 측부면(310)의 상부 모서리까지 연장되게 형성될 수 있다. 위에서 볼 때, 연결면(320)의 사이즈에 따라 상기 이격거리(d1)는 조절될 수 있다.

한편, 연결면(320)은 측부면(310)과 소정의 각도가 형성되게 배치될 수 있는바, 연결면(320)에서 출사되는 광의 경우 측부면(310)에서 출사되는 광과 광 경로에서 차이가 발생할 수 있다. 그에 따라, 상기 광 확산렌즈(1)의 광 확산성이 향상될 수 있다.

또한, 측부면(310)과 연결면(320)이 만나는 영역은 소정의 곡률로 라운딩 처리될 수 있다. 그에 따라, 상기 광 확산렌즈(1)의 광 확산성은 더욱 향상되면서도 상기 영역에서 출사되는 광에 의해 균일성이 확보될 수 있다.

나아가, 상부면(100)의 가장자리(110)는 소정의 곡률을 갖도록 라운딩 처리가 될 수 있다. 그에 따라, 상기 광 확산렌즈(1)의 광 확산성은 더욱 향상되면서도 상기 가장자리(110)에서 출사되는 광에 의해 균일성이 더욱 향상될 수 있다.

제1 패턴부(400)는 측부면(310)에 형성될 수 있다. 그리고, 제1 패턴부(400)는 입사면(500)을 통해 입사되는 광 중 일부의 광 경로를 변경할 수 있다. 상세하게, 제1 패턴부(400)는 광원(10)에서 측부면(310)측으로 조사되는 광의 광 경로를 변경하여 굴절되게 할 수 있다.

도 1을 참조하여 살펴보면, 제1 패턴부(400)는 제1 패턴(410)과 제2 패턴(420)을 포함할 수 있다. 제1 패턴부(400)는 두 가지 형상의 패턴이 형성된 것을 그 예로 하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 패턴부(400)에서 굴절되는 광 경로를 고려하여, 하나 또는 하나 이상의 패턴이 형성될 수 있음은 물론이다. 나아가, 제1 패턴부(400)는 측부면(310) 전체에 형성된 것을 그 예로 하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 측부면(310)의 일부 영역에만 형성될 수도 있다.

도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 패턴(410)은 역사다리꼴 형상으로 형성될 수 있고, 제2 패턴(420)은 사다리꼴 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 제1 패턴(410)과 제2 패턴(420)은 광축(C)을 기준으로 원주방향을 따라 상호 교대로 배치될 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 패턴(410)과 제2 패턴(420)은 광축(C)을 기준으로 원주방향을 따라 순차적으로 배치될 수 있다.

제1 패턴(410)은 내측으로 경사지게 배치될 수 있다. 도 6을 참조하여 살펴보면, 제1 패턴(410)은 광축(C)과 평행하게 배치되는 가상의 선(L1)을 기준으로 소정의 제1 각도(θ1)로 경사지게 배치될 수 있다.

제2 패턴(420)은 내측으로 경사지게 배치될 수 있다. 도 6을 참조하여 살펴보면, 제2 패턴(420)은 광축(C)과 평행하게 배치되는 가상의 선(L1)을 기준으로 소정의 제2 각도(θ2)로 경사지게 배치될 수 있다.

그에 따라, 제1 패턴(410)을 통해 굴절되어 출사되는 광 경로는 제2 패턴(420)을 통해 굴절되어 출사되는 광 경로와 차이가 발생한다.

도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 종래에 이용되던 확산렌즈(2)는 x 방향으로 지향성을 갖게 되기 때문에, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 색분리가 발생될 수 있다. 특히, 종래의 확산렌즈(2)는 광원에서 노란색(Yellow) 형광체를 사용하는 경우 출사하는 광들의 옐로우(Yellow) 의존성이 강해짐에 따라, 노란색 광의 세기가 증가한 옐로우 링(Yellow Ring)이 형성되는 것을 확인할 수 있다.

그러나, 상기 광 확산렌즈(1)는 돌출부(300) 및 제1 패턴부(400)를 포함하기 때문에, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, x 방향으로 지향성을 갖는 광의 일부에 대한 광 경로를 변경할 수 있다. 그에 따라, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 광 확산렌즈(1)는 색분리를 개선(완화)시킬 수 있다. 특히, 광원(10)에서 노란색(Yellow) 형광체를 사용하는 경우, 상기 광 확산렌즈(1)는 광 경로 변경을 통해 출사하는 광들의 옐로우(Yellow) 의존성이 약화시킴으로써, 색분리를 완화되게 한다. 그에 따라, 상기 광 확산렌즈(1)는 종래의 확산렌즈(2)에 비해 더 균일하게 광을 확산시킨다.

한편, 상기 제1 각도(θ1)가 상기 제2 각도(θ2)보다 작게 형성될 수 있다.

도 9는 실시예에 따른 광 확산렌즈의 제1 패턴과 제2 패턴의 각도차에 따른 광의 굴절을 나타내는 도면으로서, 도 9의 (a)는 실시예에 따른 광 확산렌즈의 제1 패턴과 제2 패턴의 각도차에 따른 광의 굴절을 나타내는 저면사시도이고, 도 9의 (b)는 실시예에 따른 광 확산렌즈의 제1 패턴과 제2 패턴의 각도차에 따른 광의 굴절을 나타내는 저면도이고, 도 9의 (c)는 실시예에 따른 광 확산렌즈의 제1 패턴과 제2 패턴의 각도차에 따른 광의 굴절을 나타내는 측면도이다.

광원(10)에서 반경 방향(x 방향)으로 출사되어 굴절되는 광의 경우, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 패턴(410)과 제2 패턴(420)의 위치에 의해 구분될 수 있다. 즉, 제1 패턴(410)에 의해 굴절되는 광(La)과 제2 패턴(420)에 의해 굴절되는 광(Lb)으로 구분될 수 있다.

그리고, 상술 된 바와 같이, 제1 패턴(410)과 제2 패턴(420)은 상기 제1 각도(θ1)와 상기 제2 각도(θ2)로 각도차가 발생하기 때문에, 도 9의 (a) 및 도 9의 (c)에 도시된 바와 같이, 광축 방향(z 방향)으로 굴절되는 각도에서 차이가 발생한다. 즉, 제1 패턴(410)에 의해 굴절되는 광(La)이 제2 패턴(420)에 의해 굴절되는 광(Lb)보다 더 광축 방향(z 방향)으로 굴절된다.

한편, 상기 제1 각도(θ1)가 상기 제2 각도(θ2)보다 작게 형성됨에 따라, 상기 광 확산렌즈(1)는 소정의 폭(W)을 갖는 단차면(430)이 형성될 수 있다.

여기서, 단차면(430)의 폭(W)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 상부에서 하부로 갈수록 증가할 수 있다. 그에 따라, 제1 패턴(410)과 제2 패턴(420)의 단차 구조가 형성될 수 있다.

상기 광 확산렌즈(1)를 사출성형시, 단차면(430)에 의한 상기 단차 구조는 이탈방지 구조의 역할을 수행할 수 있다. 예컨데, 상기 광 확산렌즈(1)를 사출성형시 고정 금형(미도시)와 작동 금형(미도시)을 이용할 수 있으며, 충진 후 상기 작동 금형을 이동시킬 때, 상기 단차면(430)에 의한 상기 단차 구조는 이탈방지 구조의 역할을 수행할 수 있다. 그에 따라, 상기 작동 금형의 이동시, 상기 광 확산렌즈(1)는 상기 고정 금형에서 이탈되지 않는다.

입사면(500)은 하부면(200)의 중앙에서 상부면(100) 방향으로 오목하게 형성될 수 있다. 즉, 입사면(500)은 수직 단면이 반타원 형상 또는 포물선 형상으로 형성된 홈으로 제공될 수 있다.

그에 따라, 광원(10)과 입사면(500) 사이에는 공기층이 배치될 수 있다. 따라서, 광원(10)에서 상기 공기층으로 출사되는 광의 경우 굴절율이 다른 상기 광 확산렌즈(1)의 입사면(500)에서 굴절될 수 있다.

한편, 입사면(500)이 형성됨에 따라 상기 광 확산렌즈(1)에는 입사구(E)가 형성될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 입사구(E)가 하부면(200)의 중앙 부분에 원 형상으로 형성될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 입사구(E)의 중앙에는 광원(10)이 배치될 수 있다.

입사면(500)은, 입사구(E)에 위치하는 광원(10)에서 출사되는 광이 상기 광 확산렌즈(1)의 내부로 입사되는 표면 부분이다. 그리고, 입사면(500)을 통해 내부로 입사된 광은 상부면(100), 돌출부(300) 및 제1 패턴부(400)를 통해 굴절되면서 외부로 출사될 수 있다.

도 5 및 도 6을 참조하여 살펴보면, 입사면(500)은 제1 입사면(510)과 제2 패턴부(520)를 포함할 수 있다.

제1 입사면(510)은 수직 단면이 반타원 형상 또는 포물선 형상으로 형성될 수 있다.

제2 패턴부(520)는 하부면(200)의 내측 가장자리(230)와 제1 입사면(510) 사이에 배치될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 패턴부(520)는 소정의 제3 각도(θ3)를 갖도록 외측으로 경사지게 형성될 수 있다.

제1 입사면(510)만을 포함하는 입사면(500)의 경우, 입사면(500)에서 굴절되는 광이 광축(C) 방향으로 굴절되어 집중됨으로써, 광축(C) 주변으로 밝은 곳과 어두운 곳이 나타나는 현상이 발현될 수 있다. 그에 따라, 광의 균일성 품질이 나빠지는 문제점이 있다.

이에 반하여, 제1 입사면(510)과 제2 패턴부(520)를 포함하는 입사면(500)의 경우, 제2 패턴부(520)를 이용하여 종래의 입사면(500)보다 광축(C) 방향에서 좀 더 멀어지는 방향으로 광을 확산시킴으로써, 광의 확산성을 향상시킬 수 있다.

한편, 제2 패턴부(520)는 광축(C)을 기준으로 원주 방향을 따라 복수 개가 배치될 수 있다.

그리고, 제2 패턴부(520)는 마름모꼴 형상으로 형성될 수 있다.

도 6의 A 영역을 살펴볼 때, A 영역에는 제1 입사면(510)과 제2 패턴부(520)가 공존하게 된다. 여기서, A 영역이라 함은 광원(10)에서 반경 방향으로 출사되는 광이 광축(C)을 기준으로 소정의 높이(h)만큼 출사되는 영역을 의미할 수 있다. 바람직하게, 상기 높이(h)는 상하로 마주보게 배치되는 제2 패턴부(520)의 꼭지점을 연결한 길이일 수 있다.

따라서, 제1 입사면(510)과 제2 패턴부(520)는 입사되는 광의 위치 및 입사각에서 차이가 있기 때문에, 굴절에 따른 광 경로가 달라지게 된다. 그에 따라, 광 확산성은 향상될 수 있다.

한편, 제2 패턴부(520)는 제1 영역(521)과 제2 영역(522)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 영역(521)과 제2 영역(522)은 절곡에 의해 구분될 수 있다.

그에 따라, 제1 영역(521)과 제2 영역(522)은 소정의 제4 각도(θ4)가 형성되게 배치될 수 있다. 따라서, 제2 패턴부(520)로 입사되는 광이라도 제1 영역(521) 또는 제2 영역(522)으로 입사됨에 따라 다른 광 경로를 형성하게 된다.

도 10은 실시예에 따른 광 확산렌즈의 제1 영역과 제2 영역의 각도차에 따른 광의 굴절을 나타내는 도면으로서, 도 10의 (a)는 실시예에 따른 광 확산렌즈의 제1 영역과 제2 영역에 의해 제1 패턴부를 향해 굴절되는 광을 나타내는 사시도이고, 도 10의 (b)는 실시예에 따른 광 확산렌즈의 제1 영역과 제2 영역에 의해 제1 패턴부를 향해 굴절되는 광을 나타내는 저면도이고, 도 10의 (c)는 실시예에 따른 광 확산렌즈의 제1 영역과 제2 영역에 의해 제1 패턴부를 향해 굴절되는 광을 나타내는 측면도이다.

광원(10)에서 반경 방향(x 방향)으로 출사되는 광의 경우, 도 10의 (a) 및 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 영역(521)과 제2 영역(522)의 제4 각도(θ4)에 의해 서로 다르게 굴절될 수 있다. 즉, 제1 영역(521)에 의해 굴절되는 광(Lc)과 제2 영역(522)에 의해 굴절되는 광(Ld)으로 구분될 수 있다.

제1 영역(521)과 제2 영역(522) 각각에서 굴절된 광은 제1 패턴(410)과 제2 패턴(420)에 분산되어 도달하게 된다.

도 10의 (c)에 도시된 바와 같이, 제1 영역(521)에 의해 굴절된 광(Lc)은 제1 패턴(410)에 의해 굴절되는 광(Lca)으로 출사되고, 제2 패턴(420)에 의해 굴절되는 광(Lcb)으로 출사된다.

도 10의 (c)에 도시된 바와 같이, 제2 영역(522)에 의해 굴절된 광(Ld)은 제1 패턴(410)에 의해 굴절되는 광(Lda)으로 출사되고, 제2 패턴(420)에 의해 굴절되는 광(Ldb)으로 출사된다.

따라서, 상기 광 확산렌즈(1)는 1차적으로 제2 패턴부(520)의 제1 영역(521)과 제2 영역(522)을 통해 광을 분산시키고, 2차적으로 제1 패턴부(400)의 제1 패턴(410)과 제2 패턴(420)을 통해 광을 분사시킬 수 있다. 그에 따라, 상기 광 확산렌즈(1)는 광 확산성을 향상시켜 색분리를 개선할 수 있다.

도 11은 실시예에 따른 광 확산렌즈의 제1 패턴부와 제2 패턴부의 배치관계를 나타내는 도면이다.

도 11을 참조하여 살펴보면, 제1 패턴부(400)의 상부측 일점(P1)과 제2 패턴부(520)의 상부측 일점(P2)을 연결하는 가상의 선(L2)과 광축(C)은 소정의 제5 각도(θ5)를 이루도록 형성될 수 있다. 이때, 제2 패턴부(520)에 의해 1차적으로 굴절되어 분산된 광은 제1 패턴부(400)에 의해 2차적으로 굴절 및 분산되어 출사되기 때문에 상술 된 색분리를 더욱 개선할 수 있다.

상기 제5 각도(θ5)는 광 확산성 및 상기 색분리를 고려하여 80도 이상인 것이 바람직하다.

도 9에 도시된 상기 광 확산렌즈(1)는 제1 패턴부(400)와 제2 패턴부(520) 모두를 구비하는 것을 그 예로 하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

예컨데, 제1 패턴부(400)와 제2 패턴부(520) 각각 또한 광을 굴절시켜 광 경로를 변경시키는바, 상기 광 확산렌즈(1)는 제1 패턴부(400)와 제2 패턴부(520) 중 적어도 어느 하나만을 포함할 수 있음은 물론이다.

도 12는 실시예에 따른 광 확산렌즈의 입사면에 광을 조사하는 광원을 나타내는 도면이다.

도 12를 참조하여 살펴보면, 입사면(500)을 향해 광을 조사하는 광원(10)은 상부발광면(11)과 네 개의 측부발광면(12)을 포함할 수 있다. 그에 따라, 상기 광원(10)은 5면 발광을 구현할 수 있다.

이때, 광원(10)의 상부발광면(11)에서 조사되는 광은 광축 방향(z 방향)으로 조사되고, 측부발광면(12)에서 조사되는 광은 반경 방향(x 방향)으로 조사될 수 있다.

그에 따라, 측부발광면(12)에서 조사되는 광 중 일부는 제1 패턴부(400)와 제2 패턴부(520)에 의해 광 경로가 변경될 수 있다.

여기서, 상기 광원(10)으로는 LED가 이용될 수 있다. 그리고, 상기 LED에는 노란색(Yellow) 형광체가 도포될 수 있다.

종합해보면, 상기 광 확산렌즈(1)는 제1 패턴부(400)와 제2 패턴부(520)를 이용하여 광축 방향으로 집중되어 출사되던 광을 분산시켜 광 확산 효과를 향상시킬 수 있다.

그에 따라, 상기 광 확산렌즈(1)는 종래의 확산렌즈(2)에 의해 노란색 광의 세기가 증가한 옐로우 링(Yellow Ring)이 형성되는 것을 방지할 수 있다.

상기 광 확산렌즈(1)는 제1 패턴부(400)를 이용한 이탈방지 구조를 구현하여 고정성을 향상시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그리고, 이러한 수정과 변경에 관계된 차이점들을 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 광 확산렌즈 10: 광원
100: 상부면
200: 하부면
210: 평면 220: 하부볼록면
300: 돌출부
310: 측부면 320: 연결면
400: 제1 패턴부
410: 제1 패턴 420: 제2 패턴
430: 단차면
500: 입사면
510: 제1 입사면 520: 제2 패턴부
521: 제1 영역 522: 제2 영역
600: 센서부
C: 광축

Claims (10)

1. 광원에서 출사되는 광을 확산시키는 확산 렌즈에 있어서,
   상부측으로 볼록하게 형성된 상부면;
   아래 방향으로 볼록한 형상을 포함하는 하부면;
   상기 하부면에서 상기 상부면 방향으로 오목하게 형성되는 입사면; 및
   상기 상부면과 하부면 사이에 배치되되 상기 상부면의 가장자리에서 외측으로 돌출되게 형성된 돌출부;를 포함하고,
   상기 돌출부는,
   광축(C)을 기준으로 상기 상부면의 가장자리에서 반경 방향으로 기 설정된 간격(d1)만큼 이격되게 배치되는 측부면; 및
   상기 측부면과 상기 상부면 사이에 배치되는 연결면을 포함하며,
   상기 측부면은 패턴이 형성된 제1 패턴부를 포함하고,
   상기 제1 패턴부는,
   역사다리꼴 형상의 제1 패턴; 및
   사다리꼴 형상의 제2 패턴을 포함하며,
   상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴은 광축(C)을 기준으로 원주방향을 따라 상호 교대로 배치되고,
   상기 입사면을 통해 입사되는 광 중 일부는 상기 패턴에 의해 광 경로가 변경되어 출사되는 광 확산렌즈.
2. 광원에서 출사되는 광을 확산시키는 확산 렌즈에 있어서,
   상부측으로 볼록하게 형성된 상부면;
   아래 방향으로 볼록한 형상을 포함하는 하부면;
   상기 하부면에서 상기 상부면 방향으로 오목하게 형성되는 입사면; 및
   상기 상부면과 하부면 사이에 배치되되 상기 상부면의 가장자리에서 외측으로 돌출되게 형성된 돌출부;를 포함하고,
   상기 돌출부는,
   광축(C)을 기준으로 상기 상부면의 가장자리에서 반경 방향으로 기 설정된 간격(d1)만큼 이격되게 배치되는 측부면; 및
   상기 측부면과 상기 상부면 사이에 배치되는 연결면을 포함하며,
   상기 측부면은 패턴이 형성된 제1 패턴부를 포함하고,
   상기 제1 패턴부는,
   제1 패턴; 및
   제2 패턴을 포함하며,
   상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴은 광축(C)을 기준으로 원주방향을 따라 상호 교대로 배치되는 광 확산렌즈.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 패턴은 상기 광축(C)과 평행하게 배치되는 가상의 선(L1)을 기준으로 소정의 제1 각도(θ1)로 경사지게 배치되고,
   상기 제2 패턴은 상기 광축(C)과 평행하게 배치되는 가상의 선(L1)을 기준으로 소정의 제2 각도(θ2)로 경사지게 배치되는 광 확산렌즈.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 각도(θ1)가 상기 제2 각도(θ2)보다 작게 형성됨에 따라, 소정의 폭(W)을 갖는 단차면이 형성되는 광 확산렌즈.
5. 제4항에 있어서,
   상기 단차면의 폭(W)은 상부에서 하부로 갈수록 증가하는 광 확산렌즈.
6. 제1항에 있어서,
   상기 입사면은,
   수직 단면이 반타원 형상 또는 포물선 형상으로 형성되는 제1 입사면; 및
   상기 하부면의 내측 가장자리와 상기 제1 입사면 사이에 배치되는 제2 패턴부를 포함하며,
   상기 제2 패턴부는 소정의 제3 각도(θ3)를 갖도록 외측으로 경사지게 형성되는 광 확산렌즈.
7. 제6항에 있어서,
   상기 광축(C)을 기준으로 원주 방향을 따라 복수 개가 배치되는 상기 제2 패턴부는 마름모꼴 형상으로 형성되는 광 확산렌즈.
8. 제7항에 있어서,
   상기 마름모꼴 형상으로 형성되는 상기 제2 패턴부는 제1 영역과 제2 영역을 포함하며, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역은 소정의 제4 각도(θ4)가 형성되게 배치되는 광 확산렌즈.
9. 제6항에 있어서,
   제1 패턴부의 상부측 일점과 제2 패턴부의 상부측 일점을 연결하는 가상의 선(L2)과 상기 광축(C)은 소정의 제5 각도(θ5)를 형성하며,
   상기 제5 각도(θ5)는 80도 이상인 광 확산렌즈.
10. 광원에서 출사되는 광을 확산시키는 확산 렌즈에 있어서,
    볼록하게 형성된 상부면;
    아래 방향으로 볼록한 형상을 포함하는 하부면; 및
    상기 하부면에서 상기 상부면 방향으로 오목하게 형성되는 입사면;을 포함하고,
    상기 입사면은,
    수직 단면이 반타원 형상 또는 포물선 형상으로 형성되는 제1 입사면; 및
    상기 하부면의 내측 가장자리와 상기 제1 입사면 사이에 배치되는 제2 패턴부를 포함하며,
    상기 제2 패턴부는 소정의 제3 각도(θ3)를 갖도록 외측으로 경사지게 형성되고,
    광축(C)을 기준으로 원주 방향을 따라 복수 개가 배치되는 상기 제2 패턴부는 마름모꼴 형상으로 형성되는 광 확산렌즈.

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