KR102316880B1 - 반사형 확산 렌즈 및 이를 포함하는 발광 모듈 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 발광소자로부터 방출되는 광을 제어하는 반사형 확산 렌즈가 제공된다. 반사형 확산 렌즈는, 발광소자로부터 방출되는 광을 제어하는 반사형 확산 렌즈이며, 상측을 향해 오목하게 형성되고, 발광소자로부터 방출되는 광이 입사하는 입사면을 형성하는 광 입사부; 입사면으로 입사된 광이 출사하는 출사면을 형성하는 광 출사부; 광 입사부의 상측에 배치되고 하측을 향해 오목하게 형성되고, 광 입사부로부터 방출된 광의 일부가 반사되는 반사면을 형성하는 반사부; 광 입사부와 광 출사부를 연결하는 렌즈 하부면에서 광 입사부의 반경 방향 외측에 형성되고, 입사면으로부터 방출된 광의 다른 일부가 반사되는 재반사면을 형성하는 재반사부를 포함할 수 있다.

Description

반사형 확산 렌즈 및 이를 포함하는 발광 모듈{REFLECTIVE DIFFUSING LENS AND LIGHT EMITTING MODULE COMPRISING THE SAME}
본 개시는 반사형 확산 렌즈 및 이를 포함하는 발광 모듈에 관한 것이다. 보다 상세하게는, LED 패널 상에 설치되어 출사광의 경로를 제어하기 위한 반사형 확산 렌즈에 관한 것이다.
일반적으로, 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display; LCD)에 사용되는 백라이트 유닛(Backlight unit)에는 복수의 발광 모듈이 배열되어 있다. 발광 모듈은 발광 소자와 확산 렌즈를 포함하는데, 발광 소자는 예를 들어 발광다이오드(Light Emitting Diode : LED, 이하 LED라 함)를 사용할 수 있다. LED는 소형 및 저전력 소비의 장점이 있어서 최근 광원으로서 널리 이용되고 있다. LED에서 방출되는 광은 직진성이 비교적 높기 때문에, 발광 소자에서 방출되는 광을 넓은 각도로 분산시켜 방출되도록 하기 위해 확산 렌즈가 사용된다. 확산 렌즈를 통해 복수의 발광 모듈이 백라이트 유닛의 넓은 영역에 광을 조사할 수 있다.
확산 렌즈의 종류로는 굴절형 확산 렌즈와 반사형 확산 렌즈가 있다. 굴절형 확산 렌즈는 기본적으로 광이 통과하는 렌즈의 출사면을 곡면으로 형성하여 광을 굴절시키는 구조를 가지고 있다.
한국공개특허 제10-2015-0024125호는 오목부가 형성된 하부면 및 중심축 가까이에 위치하는 오목면과 오목면에서 이어지는 볼록면을 가지는 상부면을 포함하는 굴절형 확산 렌즈를 개시하고 있으나, 해당 확산 렌즈에는 광을 반사시킬 수 있는 부분이 충분히 마련되어 있지 않기 때문에, 충분한 수준의 광확산을 구현하기 어렵다는 문제점을 가지고 있다.
발광 소자에서 방출된 광을 보다 넓은 각도로 분산시키기 위해 반사형 확산 렌즈가 개발되었다. 반사형 확산 렌즈를 사용하면 백라이트 유닛의 넓은 영역에 균일하게 광을 조사할 수 있으면서도 발광 소자의 사용 개수를 줄일 수 있다.
그러나 보다 높은 수준의 광 확산 정도에 대한 요구가 여전히 있고, 출사면에서 휘도 얼룩(MURA)이 발생하여 백라이트 유닛의 광 휘도가 불균일하게 되어 액정 디스플레이의 표시 품질이 저하되는 문제점이 있다. 이러한 얼룩을 방지하게 위해 LED 발광 소자의 개수를 증가시키게 되면, 비용 및 전력 소비가 상승되는 문제가 있다.
본 개시의 다양한 실시예들은, 렌즈 내부에서 반사되는 광의 반사량을 증가시켜서 광의 확산성을 향상시키는 것을 그 목적으로 한다. 또한, 휘도 얼룩의 발생을 최소화하고 광을 고르게 분포하게 하는 확산 렌즈 및 이를 포함하는 발광 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 반사형 확산 렌즈는 발광소자로부터 방출되는 광을 제어하는 반사형 확산 렌즈이며, 상측을 향해 오목하게 형성되고, 발광소자로부터 방출되는 광이 입사하는 입사면을 형성하는 광 입사부; 입사면으로 입사된 광이 출사하는 출사면을 형성하는 광 출사부; 광 입사부의 상측에 배치되고 하측을 향해 오목하게 형성되고, 광 입사부로부터 방출된 광의 일부가 반사되는 반사면을 형성하는 반사부; 광 입사부와 광 출사부를 연결하는 렌즈 하부면에서 광 입사부의 반경 방향 외측에 형성되고, 입사면으로부터 방출된 광의 다른 일부가 반사되는 재반사면을 형성하는 재반사부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 입사면은 상부면 및 상부면의 가장자리를 에워싸도록 형성된 측부면을 포함하고, 상부면은 원뿔형상을 갖는 원뿔면 및 원뿔면을 에워싸는 원주면을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 원주면은 하측으로 볼록한 형상을 가지고 원주면의 중심을 향하여 경사지도록 형성된 가장자리면을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상부면에는 불규칙한 요철 형상의 마이크로 패턴이 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 측부면은 렌즈의 높이 방향 상측보다 하측의 직경이 큰 오목면으로 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 광 출사부는 반사면에 반사된 빛이 출사하는 제1 출사면 및 제1 출사면보다 하측에 형성된 제2 출사면을 포함하고, 반사부의 최저점은 높이 방향을 기준으로 제1 출사면 및 제2 출사면 사이의 경계보다 하측에 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 출사면은 상측보다 하측의 직경이 크거나 같은 경사면으로 구성될 수 있고, 경사면과 높이 방향 사이의 각도는 0°도 내지 5° 사이일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제2 출사면은 상측보다 하측의 직경이 큰 볼록면으로 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 광 입사부에 입사하는 광 중에서 입사면 중 상부면에 반사된 광은 재반사면에 반사되거나 재반사면을 통과하여 광 출사부로 출사되도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 재반사면은 재반사부의 가장자리를 향하여 기울어지도록 형성된 제1 재반사면 및 제1 재반사면과 반대방향으로 기울어지도록 형성되어 제1 재반사면과 소정의 각도를 이루는 제2 재반사면을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 반사면은, 제1 출사면의 일측과 연결되어, 렌즈의 중심축 방향으로 기울어지게 형성된 제1 반사면; 및 제1 반사면의 일측에서 곡면으로 연결된 제2 반사면을 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 발광 모듈은, 회로기판; 회로기판 상에 실장되는 발광소자; 및 발광소자의 상부에 위치하도록 회로기판 상에 설치되며, 발광소자로부터 방출되는 광을 제어하는 반사형 확산 렌즈를 포함할 수 있다.
본 개시의 실시예들에 의하면, 확산 렌즈의 하부에 재반사면을 형성함으로써 광의 확산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 확산 렌즈의 광 입사부의 상부면에 마이크로 패턴을 형성함으로써 휘도 얼룩을 개선할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 발광 모듈을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 발광 모듈을 I-I 선으로 절단한 구성을 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 반사형 확산 렌즈의 광 입사부의 구성을 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 발광 모듈을 통과하는 광의 광경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4에 A로 표시된 부분을 확대한 확대도이다.
도 6은 제1 비교예에 따른 발광 모듈을 통과하는 광의 광경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 6에 B로 표시된 부분을 확대한 확대도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 발광 모듈을 통과하는 광의 광경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 8에 C로 표시된 부분을 확대한 확대도이다.
도 10은 도 6의 비교예에 따른 발광 모듈의 휘도를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 발광 모듈의 휘도를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 비교예에 따른 발광 모듈과 실시예에 따른 발광 모듈의 휘도 얼룩을 설명하기 위한 그래프이다.
도 13은 도 2에 도시된 재반사면의 경사각의 변화에 따른 광 퍼짐성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 14는 도 2에 도시된 재반사면의 경사각의 변화에 따른 반치폭을 설명하기 위한 그래프이다.
도 15는 제2 비교예로서 제1 반사면이 없는 비교예에 따른 중심축 방향의 밝기를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 도 2에 도시된 제1 반사면이 있는 실시예에 따른 중심축 방향의 밝기를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 도 15 및 16에 도시된 그래프를 비교 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 제3 비교예로서 비교예에 따른 굴절형 확산 렌즈의 광확산을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 본 개시의 일 실시예에 반사형 확산 렌즈의 광확산을 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 제3 비교예에 따른 굴절형 확산 렌즈와 일 실시예에 반사형 확산 렌즈의 광확산을 비교하기 위한 그래프이다.
도 21은 제3 비교예에 따른 굴절형 확산 렌즈의 조도 면적을 설명하기 위한 도면이다.
도 22는 본 개시의 일 실시예에 반사형 확산 렌즈의 조도 면적을 설명하기 위한 도면이다.
도 23은 비교예에 따른 굴절형 확산 렌즈와 일 실시예에 반사형 확산 렌즈의 휘도를 설명하기 위한 그래프이다.
본 개시의 실시예들은 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것이다. 본 개시에 따른 권리범위가 이하에 제시되는 실시예들이나 이들 실시예들에 대한 구체적 설명으로 한정되는 것은 아니다.
본 개시에 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은, 달리 정의되지 않는 한, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 갖는다. 본 개시에 사용되는 모든 용어들은 본 개시를 더욱 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것이며 본 개시에 따른 권리범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다.
본 개시에서 사용되는 "포함하는", "구비하는", "갖는" 등과 같은 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 달리 언급되지 않는 한, 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.
본 개시에서 기술된 단수형의 표현은 달리 언급하지 않는 한 복수형의 의미를 포함할 수 있으며, 이는 청구범위에 기재된 단수형의 표현에도 마찬가지로 적용된다.
본 개시에서 사용되는 "제1", "제2" 등의 표현들은 복수의 구성요소들을 상호 구분하기 위해 사용되며, 해당 구성요소들의 순서 또는 중요도를 한정하는 것은 아니다.
본 개시에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 경우, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수 있거나 접속될 수 있는 것으로, 또는 새로운 다른 구성요소를 매개로 하여 연결될 수 있거나 접속될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
본 개시에서 사용되는 “상방”, “상” 등의 방향지시어는 첨부된 도면에서 렌즈가 발광소자에 대해 위치하는 방향을 기준으로 하고, “하방”, “하” 등의 방향지시어는 그 반대 방향을 의미한다. 첨부된 도면에 도시하는 렌즈와 발광소자는 달리 배향될 수도 있으며, 상기 방향지시어들은 그에 맞추어 해석될 수 있다.
본 개시의 도면에 도시된 좌표계는, X축, Y축 및 Z축을 도시한다. X축 방향은 회로기판과 나란한 방향을 의미하고, Y축 방향은 회로기판과 수직한 방향을 의미하며, Z축 방향은 렌즈의 높이 방향을 의미한다. 또한, X축의 (+) 방향은 렌즈의 반경 방향의 외측을 의미하고, (-) 방향은 렌즈의 반경 방향의 내측을 의미한다. 또한, Z축의 (+) 방향은 높이 방향 상측을 의미하고, (-) 방향은 높이 방향 하측을 의미한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 개시의 실시예들을 설명한다. 첨부된 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조부호가 부여되어 있다. 또한, 이하의 실시예들의 설명에 있어서, 동일하거나 대응하는 구성요소를 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 그러나, 구성요소에 관한 기술이 생략되어도, 그러한 구성요소가 어떤 실시예에 포함되지 않는 것으로 의도되지는 않는다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 발광 모듈(1)을 도시한 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 발광 모듈(1)을 I-I 선으로 절단한 구성을 도시한 단면도이다.
백라이트 유닛(미도시)은 액정 디스플레이 장치(미도시)의 후방에 배치되어 액정 디스플레이 장치 전면을 향해 광을 조사하고 이를 통해 디스플레이 장치에 식별 가능한 화상이 구현된다. 백라이트 유닛(미도시)의 일부를 구성으로 포함되는 발광 모듈(1)은 반사형 확산 렌즈(10), 발광소자(20) 및 회로기판(30)을 포함할 수 있다.
발광소자(20)는 회로기판(30) 상에 실장될 수 있고, 회로기판(30)은 발광소자(20)를 제어하고 발광소자(20)에 전원을 공급하도록 구성될 수 있다. 발광소자(20)는 예를 들어, LED 램프로 구성될 수 있다. 발광소자(20)로부터 방출되는 광을 제어 및 확산시키기 위해, 반사형 확산 렌즈(10)는 발광소자(20)의 상부에 위치하도록 회로기판(30) 상에 설치될 수 있다.
도 1에서, X축 방향을 따라 연장된 구성을 갖는 회로기판(30) 상에서 복수의 발광소자(20)가 서로 일정한 간격을 갖도록 실장될 수 있다. 반사형 확산 렌즈(10)는 복수의 발광소자(20)의 개수에 대응하는 개수로 제공되어, 각각의 발광소자(20)의 상부에 위치하도록 회로기판(30) 상에 설치될 수 있다.
도 2에서, 반사형 확산 렌즈(10)는, 광 입사부(11), 광 출사부(12) 및 반사부(13)를 포함할 수 있다. 반사형 확산 렌즈(10)는 전체적으로 높이 방향(Z방향)이 중심축이 되는 실린더 형상을 가질 수 있다. 즉, 반사형 확산 렌즈(10)를 XY 평면으로 절단하게 되면, 원형 단면이 나타나게 될 수 있다.
광 입사부(11)는 높이 방향(Z방향) 상측으로 오목하게 형성되어 발광소자(20)로부터 방출되는 광이 입사하는 입사면(110)을 형성할 수 있다. 입사면(110)은 상부면(111) 및 상부면(111)의 가장자리를 에워싸도록 형성된 측부면(115)을 포함할 수 있다. 또한, 상부면(111)은 원뿔형상을 갖는 원뿔면(112) 및 원뿔면(112)을 에워싸는 원주면(113)을 포함할 수 있다. 상부면(111)에는 불규칙한 요철 형상의 마이크로 패턴이 형성될 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.
광 입사부(11)의 원주면(113)은 반경 방향(X방향) 외측의 가장자리가 높이 방향(Z방향) 상측으로 다소 올라간 형상을 가질 수 있다. 원주면(113)은 하측으로 볼록한 형상을 가질 수 있고, 원주면(113)의 중심을 향하여 경사지도록 형성된 가장자리면(114)을 포함할 수 있다. 즉, 높이 방향(Z방향)에서 원주면(113)의 최저점은 가장자리면(114)보다 낮은 위치에 형성될 수 있다.
광 출사부(12)는 입사면(110)을 통과하거나 입사면(110)에 의해 굴절된 광이 확산렌즈 외부로 출사하는 출사면(120)을 포함할 수 있다. 출사면(120)은 제1 출사면(121) 및 제1 출사면(121)보다 높이 방향(Z방향)으로 하측에 형성된 제2 출사면(122)을 포함할 수 있다. 제2 출사면(122)의 하측에는 높이 방향(Z방향)과 나란한 플렌지면(123)이 형성될 수 있다. 플렌지면(123)은 광 경로에 실질적인 영향을 미치지 않는다.
제1 출사면(121)은 높이 방향(Z방향)에서 상측보다 하측의 직경이 크거나 같은 경사면으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 출사면(121)과 높이 방향(Z방향) 사이의 각도(θ1)는 0°도 내지 5° 사이가 될 수 있다. 일 예로, 각도(θ1)는 대략 3°가 될 수 있다.
제1 출사면(121) 및 제2 출사면(122)은 각각 EDM(Electrical Discharge Machining) 공법이 적용되어 요철 형상을 가질 수 있다. 따라서, 발광소자(20)로부터 방출되어 제1 출사면(121) 및 제2 출사면(122)을 각각 통과한 광이 소정의 지점에서 서로 중첩되지 않고 확산되도록 제어될 수 있다.
확산 렌즈의 높이 방향(Z방향) 상측에 형성된 반사부(13)는 높이 방향(Z방향) 하측으로 갈수록 오목하게 형성되어 광 입사부(11)를 통과한 광의 일부가 반사되는 반사면(130)을 형성할 수 있다. 반사면(130)은 대체로 원뿔대면 형상을 가질 수 있다. 즉, 반사형 확산 렌즈(10)는 상단에서부터 하측으로 움푹 파여 있는 형상을 가질 수 있다.
반사면(130)은 본 실시예에 따른 반사형 확산 렌즈(10)의 중심축 방향으로 기울어지게 형성된 제1 반사면(131) 및 제1 반사면(131)의 일측에서 곡면으로 연결된 제2 반사면(132)을 포함할 수 있다. 예를 들어 도 2에서와 같이 발광 모듈(1)의 단면을 볼 때, 제2 반사면(132)은 곡면으로 구성될 수 있다. 제1 반사면(131)은 제2 반사면(132)과 달리 평평한 면으로 형성되는데, 이는 반사형 확산 렌즈(10)에서 중심축 방향의 밝기를 개선할 수 있다. 한편, 제1 반사면(131)이 평평한 면 외에도, 반사형 확산 렌즈(10)에서 중심축 방향의 밝기를 개선할 수 있는 소정의 곡률로도 형성될 수 있음은 자명하다.
반사부(13)의 반경방향 중앙에 형성된 최저점(135)은 높이 방향(Z방향)을 기준으로 제1 출사면(121) 및 제2 출사면(122) 사이의 경계(BL)보다 하측에 형성될 수 있다. 또한, 상기 최저점(135)은 원뿔면(112)의 상단부(112A)와 인접한 위치에 있게 될 수 있다. 따라서, 반사면(130)은 입사면(110)의 면적보다 수배 이상 큰 넓은 면적을 가지게 되고, 입사면(110)을 통과하는 광의 상당한 양을 반사시킬 수 있다.
입사면(110)의 원뿔면(112) 또는 원주면(113)을 통과한 빛의 일부는 반사면(130)에 반사되어 제1 출사면(121)을 통해 출사될 수 있다. 반사면(130)에 반사된 광이 제1 출사면(121)을 지향하도록, 반경 방향(X방향)과 반사면(130) 사이의 각도(θ2)는 대략 15°내지 25°사이가 될 수 있다. 일 예로, 각도(θ2)는 21.5°가 될 수 있다.
반사형 확산 렌즈(10)는 광 입사부(11)의 반경 방향(X방향) 외측에 형성되고 높이 방향(Z방향) 상측으로 오목하게 형성되어 입사면(110)을 통과한 광의 다른 일부가 반사되는 재반사면(140)을 형성하는 재반사부(14)를 포함할 수 있다. 입사면(110)으로 입사하는 광 중에서 상부면(111)에 반사된 광은 재반사면(140)에 반사되거나 재반사면(140)을 통과하여 광 출사부(12)로 출사되도록 구성될 수 있다. 보다 상세하게는, 입사면(110)으로 입사하는 광 중에서 상부면(111)에 반사된 광은 출사면(120)에 있어서의 제2 출사면(122)으로 출사되도록 구성될 수 있다.
재반사면(140)은 재반사부(14)의 가장자리를 향하여(즉, 반경 방향(X방향) 외측으로) 기울어지도록 형성된 제1 재반사면(141) 및 제1 재반사면(141)과 반대방향으로 기울어지도록 형성된 제2 재반사면(142)을 포함할 수 있다. 제1 재반사면(141)은 반경 방향(X 방향)과 소정의 각도(θ3)를 형성할 수 있으며, 이와 관련한 자세한 설명은 후술한다.
도 3은 도 1에 도시된 반사형 확산 렌즈(10)의 광 입사부(11)의 구성을 설명하기 위한 사시도이며, 반사형 확산 렌즈(10)를 하측에서 바라본 단면 사시도이다. 도 4는 도 1에 도시된 발광 모듈(1)을 통과하는 광의 광경로를 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 도 4에 A로 표시된 부분을 확대한 확대도이다.
도 3에서, 광 입사부(11)의 측부면(115)은 높이 방향(Z방향) 상측보다 하측의 직경이 큰 오목면으로 구성될 수 있다. 따라서, 측부면(115)은 오목 렌즈와 같은 기능을 할 수 있고 측부면(115)을 통과한 광은 반사형 확산 렌즈(10)의 내부에서 높이 방향(Z방향) 상측 및 하측으로 퍼져 나가게 될 수 있다. 이에 따라, 반사형 확산 렌즈(10)의 내부에서 퍼져 나가는 광량이 증가하게 되므로 반사형 확산 렌즈(10)의 광 확산성이 향상될 수 있다.
제2 출사면(122)은 상측보다 하측의 직경이 큰 볼록면으로 구성될 수 있다. 제2 출사면(122)은 볼록 렌즈와 같은 기능을 할 수 있어서, 제2 출사면(122)을 통과한 광은 반사형 확산 렌즈(10)의 측부를 향해 광량이 증가하게 되므로 반사형 확산 렌즈(10)의 광 확산성이 향상될 수 있다.
도 4를 참고하면, 발광소자 빔 각도(LED BEAM ANGLE, θ4)는 예를 들어 대략 120°를 형성할 수 있다. 이 때, 발광소자(20)로부터 방출된 광의 상당량이 광 입사부(11)의 모서리 부분인 가장자리면(114)을 지나가게 된다. 모서리 부분의 광 경로를 제어하기 위해, 상부면(111)에는 불규칙한 요철 형상의 마이크로 패턴이 형성될 수 있다. 보다 상세히 설명하자면, 상부면(111)의 가장자리면(114)에는 불규칙한 요철 형상의 마이크로 패턴이 형성될 수 있다. 마이크로 패턴은 광 입사부(11)의 모서리 부분을 통과한 광의 확산성을 향상시킬 수 있다. 마이크로 패턴은 예를 들어, 광 입사부(11)의 하측에서 상부면(111)의 가장자리 위치에 EDM 공법을 적용하는 것에 의하여 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 광 입사부(11)의 원뿔면(112) 또는 원주면(113)을 통과한 광(L1)은 반사면(130)에 반사되어 제1 출사면(121)을 통과하여 출사할 수 있다. 광(L1) 중에서 반사면(130)에 반사되지 않은 광이 있을 수 있는데, 이는 제1 출사면(121)을 통과하면서 반경 방향(X방향)으로 굴절될 수 있다.
도 4 및 5를 참고하면, 광 입사부(11)의 가장자리면(114) 또는 측부면(115)을 통과한 광(L2)은 그대로 제2 출사면(122)을 통과하여 출사할 수 있다. 한편, 원주면(113)에 반사된 후에 제2 재반사면(142)으로 들어오는 광(L3)은 제2 재반사면(142)을 통과하면서 굴절되고, 제1 재반사면(141)으로 들어오게 된다. 또한, 광(L3)은 제1 재반사면(141)을 통과하면서 굴절된 후 제2 출사면(122)을 통과하여 출사할 수 있다. 그리고, 원주면(113)에 반사된 후에 제1 재반사면(141)으로 들어오는 광(L4)은 제1 재반사면(141)에 재반사된 후에 제2 출사면(122)을 통과하여 출사할 수 있다.
도 5를 참조하면, 재반사부(14)로 들어오는 광(L3, L4)이 제2 출사면(122)을 통과하여 출사하게 되므로, 발광소자(20)가 직접적으로 광을 조사하지 않는 영역에 도달하는 광량이 증가하게 될 수 있다. 따라서, 반사형 확산 렌즈(10)를 통과하는 광의 확산성이 향상될 수 있다.
도 6은 제1 비교예에 따른 발광 모듈(1B)을 통과하는 광의 광경로를 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 도 6에 B로 표시된 부분을 확대한 확대도이다.
도 6 및 7에 도시된 제1 비교예는, 가장자리면(114B)에 마이크로 패턴이 형성되지 않은 광 입사부(11B)를 갖는 반사형 확산 렌즈(10B)를 나타낸다. 도 7을 참고하면, 광 입사부(11B)의 모서리부에서 원주면(113B) 또는 가장자리면(114B)의 하측에서 반사되는 광량이 증가할 수 있다. 그 결과, 도 6에서 X1으로 표시된 영역과 같이, 광량이 충분히 조사되지 않은 영역이 발생할 수 있다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 발광 모듈(1)을 통과하는 광의 광경로를 설명하기 위한 도면이다. 도 9는 도 8에 C로 표시된 부분을 확대한 확대도이다.
본 개시의 일 실시예에 따른 반사형 확산 렌즈(10)의 광 입사부(11)의 가장자리면(114)에는 마이크로 패턴이 형성될 수 있다. 도 9에서, 가장자리면(114)에 형성된 마이크로 패턴이 설명의 편의를 위하여 다소 볼록한 면으로 표현되어 있으나, 실제로는 보다 폭이 좁고 조밀한 패턴으로 형성될 수 있다.
도 9를 참고하면, 광 입사부(11)의 가장자리면(114)에 마이크로 패턴이 형성되어 있기 때문에, 가장자리면(114) 또는 원주면(113)에 반사되는 광량을 감소시킬 수 있으며, 오히려 가장자리면(114) 또는 원주면(113)을 통과하는 광량을 증가시킬 수 있다. 따라서, 도 8에서 X2로 표시된 영역에서 광 입사부(11)의 모서리부를 통과한 빛이 충분히 분포될 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
도 10은 도 6의 비교예에 따른 발광 모듈(1B)의 휘도를 설명하기 위한 도면이다. 도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 발광 모듈(1)의 휘도를 설명하기 위한 도면이다. 도 12는 비교예에 따른 발광 모듈과 실시예에 따른 발광 모듈의 휘도 얼룩을 설명하기 위한 그래프이다.
도 10을 참고하면, 마이크로 패턴이 형성되지 않은 비교예의 경우에, 광 입사부(11B)의 모서리부의 Ray 왜곡은 암 무라(mura)를 유발할 수 있다. 암 무라는 도 10에서 D1으로 표시된 영역에서 어두운 지점(얼룩)이 발생한 것으로 확인될 수 있다. 이와 달리, 도 11을 참고하면, D2로 표시된 영역(도 10의 D1에 대응하는 위치)에서 어두운 지점이 현저하게 감소했다는 점을 확인할 수 있다. 즉, 도 10에서는 어두운 지점과 밝은 지점의 대비가 명확하게 나타나지만, 도 11에서는 어두운 지점과 밝은 지점의 밝기 차이가 감소되었다는 점을 확인할 수 있다.
도 12의 그래프에서, X축은 반경 방향에 따른 위치를 나타내고, Y축은 해당 위치의 휘도 얼룩을 나타낸다. 휘도 얼룩(Mura)은 0에 가까울수록 이상적인 것이고, 균일도에 있어서 (-) 값이 나오는 경우에는 상대적으로 어두운 경우를 나타내며, (+) 값이 나오는 경우에는 상대적으로 밝은 경우를 나타낸다.
도 12를 참조하면, 비교예(Micro pattern 미적용)인 경우 휘도 얼룩 값이 0과 차이나는 정도가 실시예(Micro pattern 적용)인 경우보다 더 큰 것을 확인할 수 있다. 따라서, 실시예의 경우에는 가장자리면에 마이크로 패턴을 형성함으로써 휘도 얼룩을 최소화할 수 있다는 점을 확인할 수 있다.
도 2의 부분 확대도를 참조하면, 재반사부(14)의 제1 재반사면(141) 및 제2 재반사면(142)은 소정의 각도(θ3)를 형성할 수 있다. 제1 재반사면(141) 및 제2 재반사면(142)이 이루는 각도(θ3)의 변화를 통해 광 입사부(11)에서 반사된 광을 재반사시켜 광 확산을 극대화할 수 있다.
도 13 및 도 14는 반사형 확산 렌즈(10)의 재반사면(140)(도 2 참조)의 경사각(θ3)의 변화에 따른 광 퍼짐성 및 반치폭의 변화를 각각 설명하기 위한 그래프이다.
도 13에서, X축은 반사형 확산 렌즈(10)의 중심 위치로부터 반경 방향(X방향)으로 이격된 위치를 나타내고 Y축은 X축의 각 위치에 따른 상대적인 휘도를 나타낸다. 따라서, 상기 중심 위치가 기준 휘도(100%)가 되고, 중심 위치로부터 가장자리로 갈수록 상대적인 휘도는 감소하게 된다. 도 13에 도시된 각각의 선(1 내지 10)은, 각도(θ3)의 상대적인 크기를 1 단계부터 10 단계로 분류하고 이에 대응하는 상대적인 휘도를 나타낸 것이다.
도 13에서, 1 단계에 대응하는 각도(θ3) 값이 가장 크고 10 단계에 대응하는 각도(θ3) 값이 가장 작다. 따라서, 경사각(θ3)이 급격해질수록 광 퍼짐성은 저하된다는 점을 확인할 수 있다. 따라서, 각도(θ3) 값이 과도하게 커지지 않도록 적절한 수준으로 조절되는 것이 요구된다.
도 14를 참조하면, X축은 각도(θ3) 값의 1 단계 내지 10단계를 나타내고 Y축은 반치폭을 나타낸다. 도 14를 참고하면, 각도(θ3) 값이 어느 정도 이하(6단계 이상)이 되는 경우에는, 반치폭의 크기가 포화가 될 수 있다. 따라서, 각도(θ3) 값이 임의의 임계각에 도달하게 되는 경우에는 광 퍼짐성이 포화상태를 이룰 수 있다.
도 15는 제2 비교예로서 제1 반사면(131)이 없는 비교예에 따른 중심축 방향의 밝기를 설명하기 위한 도면이다. 도 16은 도 2에 도시된 제1 반사면(131)이 있는 실시예에 따른 중심축 방향의 밝기를 설명하기 위한 도면이다. 도 17은 도 15 및 16에 도시된 그래프를 비교 설명하기 위한 도면이다. 제2 비교예의 반사형 확산 렌즈에는 본 개시의 일 실시예에 따른 반사형 확산 렌즈와 달리 제1 반사면(131)이 없다. 도 15 내지 17에 도시된 그래프에서, X축은 렌즈 내부에서의 위치를 나타내고 Y축은 각각의 위치에 따른 휘도(Nit)를 나타낸다.
도 15의 좌측에 도시된 사진을 참조하면, 제2 비교예에 따른 반사형 확산 렌즈를 통과한 광은 렌즈의 중심축 방향의 밝기가 어둡게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 17(a)를 참고하면, 제2 비교예에 따른 반사형 확산 렌즈를 통과한 광은 중심에서 소정 간격 벗어난 위치에서의 휘도가 최대 휘도값을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
도 16의 좌측에 도시된 사진을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 반사형 확산 렌즈(10)를 통과한 광은 렌즈의 중심축 방향의 밝기가 밝게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 17(b)을 참고하면 본 개시의 실시예의 중심 부분에서의 휘도가 최대 휘도값을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 반사형 확산 렌즈(10)의 제1 반사면(131)은 (예컨대, 발광 모듈을 도 2에서와 같이 단면에서 볼 때) 평평한 면으로 형성되므로, 중심축 방향의 밝기가 개선될 수 있다.
도 18은 제3 비교예로서 굴절형 확산 렌즈의 광 확산을 설명하기 위한 도면이다. 도 19는 본 개시의 일 실시예에 따른 반사형 확산 렌즈(10)의 광 확산을 설명하기 위한 도면이다. 도 20은 제3 비교예에 따른 굴절형 확산 렌즈와 본 개시의 일 실시예에 따른 반사형 확산 렌즈(10)의 광 확산을 비교하기 위한 그래프이다. 제3 비교예의 굴절형 확산 렌즈에는 본 개시의 일 실시예에 따른 반사형 확산 렌즈(10)의 반사부(13) 및 재반사부(14)와 같은 구조가 없다. 도 18 내지 20에 도시된 그래프에서, X축은 렌즈 내부에서의 위치를 나타내고 Y축은 각각의 위치에 따른 휘도(Nit)를 나타낸다.
도 18의 좌측에 도시된 사진을 참조하면, 제3 비교예에 따른 굴절형 확산 렌즈를 통과한 광은 중심 부분과 가장자리 부분의 명암 대비가 확연하게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 20(a)를 참고하면, 제3 비교예에 따른 굴절형 확산 렌즈를 통과한 광은 중심 부분에서의 휘도가 최대 휘도값을 나타내는 한편, 렌즈의 가장자리 부분의 휘도는 사실상 0에 가까운 것을 확인할 수 있다.
도 19의 좌측에 도시된 사진을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 반사형 확산 렌즈(10)를 통과한 광은 중심 부분과 가장자리 부분의 명암 대비가 차이가 비교적 크지 않은 것을 확인할 수 있다. 도 20(b)을 참고하면 본 개시의 실시예의 중심 부분의 휘도(최대 휘도값)이 도 20(a)의 제3 비교예의 경우보다 현저하게 낮다. 따라서, 본 개시의 실시예의 경우, 중심 부분과 가장자리에서의 휘도값과의 편차가 현저하게 감소한 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 개시의 일 실시예에 따른 반사형 확산 렌즈(10)는 제3 비교예의 굴절형 확산 렌즈에 비하여 광확산성이 높기 때문에, 백라이트 유닛의 넓은 영역에 균일하게 광을 조사할 수 있으면서도 백라이트에 배치되는 발광 모듈의 사용 개수를 줄일 수 있다.
도 21은 제3 비교예에 따른 굴절형 확산 렌즈의 조도 면적을 설명하기 위한 도면이다. 도 22는 본 개시의 일 실시예에 따른 반사형 확산 렌즈(10)의 조도 면적을 설명하기 위한 도면이다. 도 23은 제3 비교예에 따른 굴절형 확산 렌즈와 본 개시의 일 실시예에 반사형 확산 렌즈(10)의 휘도를 설명하기 위한 그래프이다. 도 21 내지 23에 도시된 그래프에서 X축은 위치를 나타내고 Y축은 각각의 위치에 따른 상대적인 휘도(%)를 나타낸다. 반사형 확산 렌즈(10)의 반치폭은 굴절형 확산 렌즈의 반치폭보다 대략 20% 정도 클 수 있다.
도 21을 참고하면, 제3 비교예의 굴절형 확산 렌즈의 가장자리 부분의 휘도값이 중심 부분의 휘도값과 큰 차이를 나타내기 때문에 도 21의 상측에 도시된 그림의 상단과 하단(점선의 원으로 표시함)이 어두운 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 21의 하측에 도시된 그래프에서와 같이 휘도값이 전체적으로 고르게 나타나지 않으며 도 21의 상측에 도시된 그림의 밝기가 고르게 나타나지 않다는 점을 확인할 수 있다.
이와 달리 도 22를 참고하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 반사형 확산 렌즈(10)의 휘도값은 전체적으로 고르게 나타나며, 도 22의 상측에 도시된 그림의 밝기 또한 비교적 균일하게 분포된다는 점을 확인할 수 있다.
도 23을 참고하면, 굴절형 확산 렌즈와 반사형 확산 렌즈(10)의 휘도 프로파일을 비교할 수 있다. 이와 같이, 본 개시의 일 실시예에 따른 반사형 확산 렌즈(10)의 지향각이 제3 비교예의 굴절형 확산 렌즈의 지향각보다 넓기 때문에, 제3 비교예의 굴절형 확산 렌즈에 비하여 보다 균일한 광 분포를 가질 수 있다.
이상 일부 실시예들과 첨부된 도면에 도시된 예에 의해 본 개시의 기술적 사상이 설명되었지만, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이해할 수 있는 본 개시의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 알아야 할 것이다. 또한, 그러한 치환, 변형 및 변경은 첨부된 청구범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다.
1: 발광 모듈
10: 반사형 확산 렌즈
11: 광 입사부
12: 광 출사부
13: 반사부
14: 재반사부
20: 발광소자
30: 회로기판
110: 입사면
120: 출사면
130: 반사면
140: 재반사면

Claims (13)

  1. 발광소자로부터 방출되는 광을 제어하는 반사형 확산 렌즈이며,
    상측을 향해 오목하게 형성되고, 상기 발광소자로부터 방출되는 광이 입사하는 입사면을 형성하고, 상부면 및 상기 상부면의 가장자리를 에워싸도록 형성된 측부면을 포함하는 광 입사부;
    상기 입사면으로 입사된 광이 출사하는 출사면을 형성하는 광 출사부;
    상기 광 입사부의 상측에 배치되고 하측을 향해 오목하게 형성되고, 상기 광 입사부로부터 방출된 광의 일부가 반사되는 반사면을 형성하는 반사부;
    상기 광 입사부와 상기 광 출사부를 연결하는 렌즈 하부면에서 상기 광 입사부의 반경 방향 외측에 형성되고, 상기 상부면에 반사된 광의 다른 일부가 반사되는 재반사면을 형성하는 재반사부를 포함하고,
    상기 상부면은, 원뿔형상을 갖는 원뿔면 및 상기 원뿔면을 에워싸는 원주면을 포함하고,
    상기 원주면은, 하측으로 볼록한 형상을 가지고, 상기 원주면의 중심을 향하여 경사지도록 형성되고 상기 상부면의 가장자리를 형성하는 가장자리면을 포함하고,
    상기 재반사면은 상기 재반사부의 가장자리를 향하여 기울어지도록 형성된 제1 재반사면 및 상기 제1 재반사면과 반대방향으로 기울어지도록 형성되어 상기 제1 재반사면과 소정의 각도를 이루는 제2 재반사면을 포함하고,
    상기 가장자리면, 상기 제1 재반사면 및 상기 제2 재반사면은, 상기 가장자리면에 반사된 후에 상기 제2 재반사면으로 들어오는 광(L3)이 상기 제2 재반사면을 통과하면서 굴절하여 상기 제1 재반사면으로 들어오고, 상기 광(L3)은 상기 제1 재반사면을 통과하면서 굴절된 후 상기 출사면을 통과하여 출사하도록 구성되고,
    상기 가장자리면 및 상기 제1 재반사면은, 상기 광(L3)이 상기 가장자리면에 반사되는 지점보다 중심으로부터 더 먼 지점에서 상기 가장자리면에 반사되어 상기 제1 재반사면으로 들어오는 광(L4)은 상기 제1 재반사면에 재반사된 후 상기 출사면을 통과하여 출사하도록 구성되고,
    상기 측부면은 상기 렌즈의 높이 방향 상측보다 하측의 직경이 크고, 상기 중심 방향으로 돌출된 곡면으로 구성되는,
    반사형 확산 렌즈.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상부면에는 불규칙한 요철 형상의 마이크로 패턴이 형성되는,
    반사형 확산 렌즈.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광 출사부는 상기 반사면에 반사된 빛이 출사하는 제1 출사면 및 상기 제1 출사면보다 하측에 형성된 제2 출사면을 포함하고,
    상기 반사부의 최저점은 높이 방향을 기준으로 상기 제1 출사면 및 상기 제2 출사면 사이의 경계보다 하측에 형성되는,
    반사형 확산 렌즈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 출사면은 상측보다 하측의 직경이 크거나 같은 경사면으로 구성되고,
    상기 경사면과 높이 방향 사이의 각도는 0° 내지 5° 사이인,
    반사형 확산 렌즈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2 출사면은 상측보다 하측의 직경이 큰 볼록면으로 구성되는,
    반사형 확산 렌즈.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제6항에 있어서,
    상기 반사면은,
    상기 제1 출사면의 일측과 연결되어, 상기 렌즈의 중심축 방향으로 기울어지게 형성된 제1 반사면; 및
    상기 제1 반사면의 일측에서 곡면으로 연결된 제2 반사면을 포함하는,
    반사형 확산 렌즈.
  12. 회로기판;
    상기 회로기판 상에 실장되는 발광소자; 및
    상기 발광소자의 상부에 위치하도록 상기 회로기판 상에 설치되며, 상기 발광소자로부터 방출되는 광을 제어하는 청구항 제1항, 제4항, 제6항, 제7항, 제8항 및 제11항 중 어느 한 항의 반사형 확산 렌즈;를 포함하는 발광 모듈.
  13. 삭제
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