KR102041019B1 - 자유곡면 렌즈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 효율적인 광 분포를 통해 균질화된 배광이 형성되도록 하는 자유곡면 렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해, 본 발명은 렌즈 몸체부; 광원에서 출력되는 빛이 입사되고, 꼭지의 형상이 아치형상인 비구면 또는 자유곡면으로 이루어진 복수의 입사면이 쌍봉형(Twin peaks)으로 형성된 입사부; 및 쌍봉형의 상기 입사부를 투과한 빛이 상기 중심축을 기준으로 렌즈 몸체부의 길이방향 양측으로 조사되도록 하는 출사부를 포함한다. 따라서 본 발명은 효율적인 광 분포를 통해 균질화된 배광을 형성할 수 있는 장점이 있다.

Description

자유곡면 렌즈 {FREE FORM LENS}

본 발명은 자유곡면 렌즈에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 효율적인 광 분포를 통해 균질화된 배광이 형성되도록 하는 자유곡면 렌즈에 관한 것이다.

최근 들어 평면 디스플레이장치가 시장의 주류로 자리 잡았고, 브라운관(CRT) 디스플레이장치의 생산은 중단되었다.

플라즈마 평면 디스플레이장치들은 CRT와 같이 발광 픽셀들을 갖지만, LCD들의 픽셀들은 수동적이고, 그것들을 통과하는 광의 편광을 단순히 회전시키는 역할을 하여, 픽셀들이 강도 조절기들의 역할을 하기 위해 2개의 직교 편광자들 사이에 놓여져야 한다.

한편, LED의 밝기 및 효력이 급속히 증가함으로써, 그것들은 에지 조명된 도파관을 유지하면서 형광관을 대체했다.

그러나 도파관들은 큰 화면 크기들에 대해서는 두껍고 무거울 수 있으므로, 중공 라이트 박스들을 포함하는 직하형 백라이트들은 그것의 광들이 라이트 박스의 뒷면에 걸쳐 모두 분산되기 때문에 바람직할 수 있다.

직하형 백라이트들은 각각의 LED 광원 바로 위의 스크린상에서 핫스팟들을 제거하기 위해 광을 균일하게 확산시킬 수 있어야 하며, 이는 전용 로컬 렌즈들을 구비하지 않는 LED들은 구성될 수 없다.

이러한 LED의 발전에 따라, 파워 출력의 증가는 임의의 특정 조명 작업을 수행하기 위해서 점점 더 적은 LED 들이 요구되고, 특히 일반적인 고선명(high-definition) 디스플레이장치에서, 백라이트들이 더 적은 개수의 LED를 사용하여 균일한 조명을 달성하는 것은 더욱 어렵게 될 수 있다.

또한, 렌즈는 사출 성형 렌즈 재료의 고유한 결함들로 인해, 불가피한 산란에 영향을 받을 수 있으며, 그것은 광도가 증가함에 따라 더 중요해 진다.

이것은 렌즈가 생성하는 직사광 패턴 상에 핫 스팟들을 중첩시킬 수 있어, 중심 암부를 갖는 그 패턴의 보상이 요구된다.

또한, LED를 이용한 백라이트에서, LED들을 지지하는 기판은 기판상의 LED들의 피치보다 더 큰 거리에 의해 분리될 수 있고, 이것은 렌즈가 비대칭 또는 직사각형 패턴을 생성하는 것을 요구할 수 있으며, 이는 광이 어떻게 직사각형의 긴 단부 쪽으로 수평 편향되어야 하는 것인지에 대하여 LED의 거의 원형 패턴의 위상 불일치로 인해 그 이상의 어려움을 발생시킨다.

렌즈들의 어레이는 중간 위치들에 대한 패턴들을 중첩시킬 수 있지만, 백라이트의 에지 주위에 조명의 잠재적인 결손을 생성할 수 있다.

또한, 종래의 장방형 렌즈는 굴절각이 작아 중심부에 배광이 집중되어 중앙부가 밝은 배광을 형성하는 문제점이 있다.

한국 공개특허공보 공개번호 제10-2015-0046786호(LED 백라이트용 조명 렌즈)

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 효율적인 광 분포를 통해 균질화된 배광이 형성되도록 하는 자유곡면 렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 길이방향의 크기가 폭방향의 크기보다 큰 형상으로 이루어지고, 저면은 폭방향의 중심부 길이가 양측 말단부의 길이보다 긴 길이를 갖는 원호 형상으로 이루어진 렌즈 몸체부; 광원에서 출력되는 빛이 입사되고, 꼭지의 형상이 아치형상인 비구면 또는 자유곡면으로 이루어진 복수의 입사면이 쌍봉형(Twin peaks)으로 형성된 입사부; 및 쌍봉형의 상기 입사부를 투과한 빛이 상기 렌즈 몸체부의 수직방향 중심축(C)을 기준으로 렌즈 몸체부의 길이방향 양측으로 조사되도록 하는 출사부를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 출사부는 평면으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 출사부는 쌍봉형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 렌즈 몸체부는 장방형상인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 입사부는 상기 렌즈 몸체부의 수직방향 중심축을 기준으로 대칭으로 배치된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 출사부는 상기 중심축으로부터 렌즈 몸체부의 길이방향 양측으로 비구면 또는 자유곡면으로 연장된 제1 출사면; 및 상기 제1 출사면의 양측 가장자리에 형성한 제2 출사면을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 제1 출사면은 상기 중심축에서 렌즈 몸체부의 폭방향으로 형성된 홈부를 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 제2 출사면은 상기 제1 출사면의 가장자리에 일정 높이로 수직하게 형성되어 직사각형 배광분포가 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 효율적인 광 분포를 통해 균질화된 배광을 형성할 수 있는 장점이 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 자유곡면 렌즈를 나타낸 사시도.
도 2 는 본 발명에 따른 자유곡면 렌즈의 하부를 나타낸 배면도.
도 3 은 본 발명에 따른 자유곡면 렌즈의 A-A 단면 구조를 나타낸 단면도.
도 4 는 본 발명에 따른 자유곡면 렌즈의 B-B 단면 구조를 나타낸 단면도.
도 5 는 본 발명에 따른 자유곡면 렌즈의 배광 패턴을 나타낸 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자유곡면 렌즈의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 자유곡면 렌즈를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자유곡면 렌즈의 하부를 나타낸 배면도이며, 도 3 은 본 발명에 따른 자유곡면 렌즈의 A-A 단면 구조를 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 자유곡면 렌즈의 B-B 단면 구조를 나타낸 단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 자유곡면 렌즈의 배광 패턴을 나타낸 예시도이다.

도 1 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 자유곡면 렌즈(100)는 렌즈 몸체부(110)와, 입사부(120)와, 출사부(130)를 포함하여 구성되고, 상기 입사부(120)와 출사부(130)를 투과하는 빛은 상기 렌즈 몸체부(110)의 수직방향 중심축(C)을 기준으로 상기 렌즈 몸체부(110)의 길이방향 양측으로 조사되는 배광 패턴이 형성되도록 한다.

상기 렌즈 몸체부(110)는 길이방향의 크기가 폭방향의 크기보다 큰 장방형상으로 이루어진 투광성 재질로 구성된다.

또한, 상기 렌즈 몸체부(110)는 상면의 중심부가 평탄면을 형성하고, 가장자리 방향으로 비구면 또는 자유곡면이 형성되며, 길이방향의 가장자리 양측 말단부 표면은 저면으로부터 수직한 평탄면을 형성한다.

또한, 상기 렌즈 몸체부(110)의 저면 형상은 폭방향의 중심부가 양측 말단부보다 긴 길이를 갖는 원호 형상으로 이루어진다.

또한, 상기 렌즈 본체부(110)는 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.

또한, 상기 렌즈 본체부(110)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.

광원(200)으로 출력되는 빛이 입사되면, 출사부(130)로 투과되도록 하는 구성으로서, 렌즈 몸체부(110)의 하부 중앙에 설치되며, 상기 렌즈 몸체부(110)의 폭방향으로 길이가 길게 형성된 오목한 장방형상의 곡면을 갖는 홈으로 구성된다.

또한, 상기 입사부(120)는 꼭지의 형상이 아치형상인 비구면 또는 자유곡면으로 이루어진 복수의 입사면(121)이 쌍봉형(Twin peaks)으로 이루어지고, 바람직하게는 상기 렌즈 몸체부(110)의 수직방향 중심축(C)을 기준으로 렌즈 몸체부(110)의 길이방향 양측에 대칭으로 배치된다.

즉 상기 입사면(121)은 상부가 중심축(C)을 기준으로 중앙이 오목(또는 함몰)한 쌍봉 형상으로 구성되며, 상기 오목한 쌍봉 형상의 입사면(121)을 통해 입사되는 빛이 렌즈 몸체부(110)의 길이방향 양측으로 분산되어 렌즈 몸체부(110)의 중심부분의 밝기를 낮추는 효과가 발생되게 한다.

또한, 본 실시예에서는 쌍봉형상이 렌즈 몸체부(110)의 수직방향 중심축(C)을 기준으로 대칭으로 설치된 구성을 실시예로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 비대칭으로 설치하여 배광패턴이 조절될 수 있도록 구성할 수도 있다.

상기 출사부(130)는 쌍봉형의 입사부(120)를 투과한 빛이 상기 중심축(C)을 기준으로 렌즈 몸체부(110)의 길이방향 양측으로 조사되도록 하는 구성으로서, 상기 입사부(120)로 입사된 빛이 상기 수직방향 중심축(C)의 수평방향 양측(즉 렌즈 몸체부(110)의 길이방향 양측)으로 조사되는 배광 패턴을 형성하며 출력되도록 제1 출사면(131)과, 제2 출사면(132)을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 출사부(130)는 렌즈 몸체부(110)의 상부 즉 출사면이 평탄면으로 구성되어 상기 렌즈 몸체부(110)의 길이방향 양측으로 비구면 또는 자유곡면으로 연장된 출사면이 형성될 수 있다.

또한, 상기 출사부(130)는 출사면이 렌즈 몸체부(110)의 수직방향 중심축(C)에서 상기 렌즈 몸체부(110)의 폭방향으로 형성된 홈부(131a)를 형성하여 쌍봉 형상으로 구성될 수 있다.

또한, 상기 홈부(131a)로부터 렌즈 몸체부(110)의 길이방향 양측으로 비구면 또는 자유곡면으로 연장된 출사면이 형성된다.

상기 제1 출사면(131)은 평탄면으로 구성되고, 렌즈 몸체부(110)의 길이방향 양측으로 연장되는 비구면 또는 자유곡면으로 이루어지거나, 또는 렌즈 몸체부(110)의 폭방향을 따라 형성된 홈부(131a)를 기준으로 쌍봉 형상으로 구성될 수 있다.

또한, 쌍봉 형상으로 구성된 제1 출사면은 상기 홈부(131a)로부터 렌즈 몸체부(110)의 길이방향 양측으로 연장되는 비구면 또는 자유곡면으로 이루어진다.

상기 제2 출사면(132)은 제1 출사면(131)의 길이방향 양측 가장자리에 일정 높이로(h) 수직하게 형성된다.

즉 상기 제2 출사면(132)의 높이는 제1 출사면(131)을 통해 빛이 출사할 때 광의 확산률을 조절함으로써, 개략적인 배광 분포영역이 제어될 수 있도록 하여 직사각형의 배광 분포를 형성할 수 있도록 한다.

또한, 상기 제2 출사면(132)은 제1 출사면(131)의 폭방향 양측 가장자리에 일정 높이로 수직하게 추가 형성될 수도 있어 더욱 직사각형에 가까운 배광 분포를 형성할 수 있다.

한편, 광원(200)은 렌즈 본체부(110)의 하부에 설치되어 입사부(120)로 빛을 출력하고, 바람직하게는 CSP(Chip Scale Package) LED 칩으로 이루어지며, 더욱 바람직하게는 광량이 증가될 수 있도록 5면 발광 LED 칩으로 이루어진다.

따라서, 중앙이 함몰된 쌍봉 형상의 입사면(121)을 통해 입사되는 빛은 렌즈 몸체부(110)의 수직방향 중심축(C)을 기준으로 상기 입사면(121)의 측방향으로 굴절되어 상기 중심축(C) 부분의 밝기를 낮추는 효과가 발생하고, 빛을 전체적으로 분산시켜 효율적인 광 분포를 통한 균질화된 배광을 형성할 수 있으며, 출사면을 통해 출사되는 빛의 확산률을 조절하여 배광 분포영역의 제어를 통한 직사각형 배광분포를 형성할 수 있게 된다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있으며, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 해석은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

100 : 자유곡면 렌즈
110 : 렌즈 몸체부
120 : 입사부
121 : 입사면
130 : 출사부
131 : 제1 출사면
131a : 홈부
132 : 제2 출사면
200 : 광원

Claims (8)

1. 길이방향의 크기가 폭방향의 크기보다 큰 형상으로 이루어지고, 저면은 폭방향의 중심부 길이가 양측 말단부의 길이보다 긴 길이를 갖는 원호 형상으로 이루어진 렌즈 몸체부(110);
   광원(200)에서 출력되는 빛이 입사되고, 꼭지의 형상이 아치형상인 비구면 또는 자유곡면으로 이루어진 복수의 입사면(121)이 쌍봉형(Twin peaks)으로 형성된 입사부(120); 및
   쌍봉형의 상기 입사부(120)를 투과한 빛이 상기 렌즈 몸체부(110)의 수직방향 중심축(C)을 기준으로 렌즈 몸체부(110)의 길이방향 양측으로 조사되도록 하는 출사부(130)를 포함하는 자유곡면 렌즈.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 출사부(130)는 평면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자유곡면 렌즈.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 출사부(130)는 쌍봉형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자유곡면 렌즈.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 렌즈 몸체부(110)는 장방형상인 것을 특징으로 하는 자유곡면 렌즈.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 입사부(120)는 상기 렌즈 몸체부(110)의 수직방향 중심축(C)을 기준으로 대칭으로 배치된 것을 특징으로 하는 자유곡면 렌즈.
6. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 출사부(130)는 상기 중심축(C)으로부터 렌즈 몸체부(110)의 길이방향 양측으로 비구면 또는 자유곡면으로 연장된 제1 출사면(131); 및
   상기 제1 출사면(131)의 양측 가장자리에 형성한 제2 출사면(132)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자유곡면 렌즈.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 제1 출사면(131)은 상기 중심축(C)에서 렌즈 몸체부(110)의 폭방향으로 형성된 홈부(131a)를 구비한 것을 특징으로 하는 자유곡면 렌즈.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 제2 출사면(132)은 상기 제1 출사면(131)의 가장자리에 일정 높이로 수직하게 형성되어 직사각형 배광분포가 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 자유곡면 렌즈.

Images