KR102578802B1 - 렌즈 어레이 광학 시트 및 이를 포함하는 광학 장치 - Google Patents

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Abstract

렌즈 어레이 광학 시트는 기재부 및 상기 기재부의 일면 상에 배열되는 복수 개의 렌즈들을 포함한다. 상기 렌즈들 중 적어도 하나의 렌즈는 적어도 일부가 오목한 형상을 포함하는 수평 방향 단면을 갖는다.

Description

렌즈 어레이 광학 시트 및 이를 포함하는 광학 장치{LENS ARRAY OPTICAL SHEET AND OPTICAL DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 렌즈 어레이 광학 시트 및 이를 포함하는 광학 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 복수 개의 렌즈들이 배열된 렌즈 어레이 광학 시트 및 이를 포함하는 광학 장치에 관한 것이다.
최근 유기발광발광다이오드(OLED) 표시장치, 액정 표시 장치(LCD) 등과 같은 광학 장치에 있어서, 외부양자효율, 휘도, 시야각 등과 같은 광학 특성들은 매우 중요하며 이러한 광학 특성들은 상기 광학 장치의 일부로서 제공되는 광학 시트의 특성에 의해 결정될 수 있다. 이러한 광학 시트의 특성을 향상시키기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
본 발명의 일 과제는 향상된 광학 특성을 제공할 수 있는 렌즈 어레이 광학 시트를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 과제는 상기 렌즈 어레이 광학 시트를 포함하는 광학 장치를 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 렌즈 어레이 광학 시트는 기재부 및 상기 기재부의 일면 상에 배열되는 복수 개의 렌즈들을 포함한다. 상기 렌즈들 중 적어도 하나의 렌즈는 적어도 일부가 오목한 형상을 포함하는 수평 방향 단면(이하에서는, '오목한 수평 방향 단면'이라 한다)을 갖는다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 오목한 수평 방향 단면은 내부에 구멍이 없는 평면 도형일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 오목한 수평 방향 단면은 또 다른 일부가 볼록한 형상 또는 평평한 형상을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 적어도 하나의 렌즈는 상기 기재부의 일면으로부터 제1 높이에서 상기 오목한 수평 방향 단면을 가질 수 있고, 상기 적어도 하나의 렌즈는 상기 제1 높이와 다른 제2 높이에서 적어도 일부가 볼록한 형상을 포함하는 수평 방향 단면을 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 복수 개의 렌즈들은, 상기 오목한 수평 방향 단면을 갖는 제1 그룹의 렌즈들, 및 적어도 일부가 볼록한 형상 또는 평평한 형상을 포함하는 수평 방향 단면을 갖는 제2 그룹의 렌즈들을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 적어도 하나의 렌즈는 제1 방향으로 연장하고, 상기 오목한 형상을 갖는 부분이 복수 개가 구비될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 복수 개의 오목한 형상을 갖는 부분들은 상기 제1 방향을 따라 이격 배치될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 방향으로 연장하는 렌즈는 복수 개가 구비되고, 상기 복수 개의 렌즈들은 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라 이격 배치될 수 있다.
상기 본 발명의 다른 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 광학 장치는 면광원 및 상기 면광원의 일측에 배치되는 렌즈 어레이 광학 시트를 포함한다. 상기 렌즈 어레이 광학 시트는 기재부 및 상기 기재부의 일면 상에 배열되는 복수 개의 렌즈들을 포함한다. 상기 렌즈들 중 적어도 하나의 렌즈는 적어도 일부가 오목한 형상을 포함하는 수평 방향 단면(이하에서는, '오목한 수평 방향 단면'이라 한다)을 갖는다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 적어도 하나의 렌즈는 상기 기재부의 일면 상에 구비되는 제1 서브 렌즈 및 상기 제1 서브 렌즈 상에 구비되며 상기 오목한 수평 방향 단면을 갖는 제2 서브 렌즈를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 서브 렌즈는 적어도 일부가 볼록하거나 평평한 형상을 포함하는 수평 방향 단면을 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 따른 렌즈 어레이 광학 시트는 기재부 및 상기 기재부의 일면 상에 배열되는 복수 개의 렌즈들을 포함할 수 있다. 상기 렌즈들 중 적어도 하나의 렌즈는 오목한 수평 방향 단면을 가질 수 있다.
상기 오목한 수평 방향 단면을 갖는 렌즈들을 포함하는 렌즈 어레이 광학 시트는 면광원의 일측에 구비되어 광학 장치의 광학 특성을 향상시킬 수 있다. 상기 렌즈 어레이 광학 시트는 복잡한 기술의 사용 없이 기존에 사용되던 렌즈 어레이가 가질 수 있는 광학 특성의 한계를 뛰어넘는 광학 특성을 제공할 수 있다. 또한, 상기 렌즈 어레이 광학 시트는 광원의 종류와 관계없이 활용될 수 있으므로, 시장성 및 경제성이 우수하다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 광학 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 렌즈 어레이 광학 시트를 나타내는 단면도이다.
도 3a는 도 2의 렌즈 어레이 광학 시트의 렌즈 구조물을 나타내는 사시도이다.
도 3b는 도 3a의 렌즈 구조물을 나타내는 정면도이다.
도 3c는 도 3a의 평면도이다.
도 3d는 도 3b의 A-A' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 3e는 도 3c의 B-B' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 오목한 수평 방향 단면들을 나타내는 도형들이다.
도 5a는 예시적인 실시예들에 따른 렌즈 어레이 광학 시트의 렌즈 구조물을 나타내는 사시도이다.
도 5b는 도 5a의 렌즈 구조물을 나타내는 정면도이다.
도 5c는 도 5a의 평면도이다.
도 5d는 도 5b의 C-C' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 6a는 예시적인 실시예들에 따른 렌즈 어레이 광학 시트의 렌즈 구조물을 나타내는 사시도이다.
도 6b는 도 6a의 렌즈 구조물을 나타내는 정면도이다.
도 6c는 도 6a의 평면도이다.
도 6d는 도 6b의 D-D' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 7a는 예시적인 실시예들에 따른 렌즈 어레이 광학 시트의 렌즈 구조물을 나타내는 사시도이다.
도 7b는 도 7a의 렌즈 구조물을 나타내는 정면도이다.
도 7c는 도 7a의 평면도이다.
도 7d는 도 7b의 E-E' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 8a는 예시적인 실시예들에 따른 렌즈 어레이 광학 시트의 렌즈 구조물을 나타내는 사시도이다.
도 8b는 도 8a의 렌즈 구조물을 나타내는 정면도이다.
도 8c는 도 8b의 F-F' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 8d는 도 8b의 G-G' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 9a는 예시적인 실시예들에 따른 렌즈 어레이의 일부를 나타내는 평면도이다.
도 9b는 도 9a의 렌즈 어레이의 일부를 나타내는 사시도이다.
도 10a는 예시적인 실시예들에 따른 렌즈 어레이의 일부를 나타내는 평면도이다.
도 10b는 도 10a의 렌즈 어레이의 일부를 나타내는 사시도이다.
도 11a는 예시적인 실시예들에 따른 렌즈 어레이의 일부를 나타내는 평면도이다.
도 11b는 도 11a의 렌즈 어레이의 일부를 나타내는 사시도이다.
도 12a는 예시적인 실시예들에 따른 렌즈 어레이의 일부를 나타내는 평면도이다.
도 12b는 도 12a의 렌즈 어레이의 일부를 나타내는 사시도이다.
도 12c는 도 12b의 H-H' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 13은 예시적인 실시예들에 따른 광학 장치를 나타내는 단면도이다.
도 14는 비교예 및 일 실시예에 따른 광학 장치들의 광학 특성을 나타내는 그래프들이다.
도 15a는 도 14의 비교예에 따른 광학 장치의 렌즈 어레이 광학 시트의 일부를 나타내는 사시도이다.
도 15b는 도 14의 일 실시예에 따른 광학 장치의 렌즈 어레이 광학 시트의 일부를 나타내는 사시도이다.
도 16은 예시적인 실시예들에 따른 광학 장치를 나타내는 단면도이다.
도 17은 예시적인 실시예들에 따른 광학 장치를 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
본 발명의 각 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
본 발명에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명에서 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 명세서 상에 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.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
즉, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 광학 장치를 나타내는 단면도이다. 도 2는 도 1의 렌즈 어레이 광학 시트를 나타내는 단면도이다. 도 3a는 도 2의 렌즈 어레이 광학 시트의 렌즈 구조물을 나타내는 사시도이다. 도 3b는 도 3a의 렌즈 구조물을 나타내는 정면도이다. 도 3c는 도 3a의 평면도이다. 도 3d는 도 3b의 A-A' 라인을 따라 절단한 단면도이다. 도 3e는 도 3c의 B-B' 라인을 따라 절단한 단면도이다. 도 4는 예시적인 실시예들에 따른 오목한 수평 방향 단면들을 나타내는 도형들이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 광학 장치(10)는 면광원(100) 및 면광원(100)의 일측에 배치되는 렌즈 어레이 광학 시트(200)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 면광원(surface light source)(100)은 비교적 넓은 면에서 균일하게 빛을 내는 광원일 수 있다. 면광원(100)은 내부에 복수 개의 점광원들을 포함할 수 있고, 상기 점광원들로부터의 광을 광출면(102)을 통해 균일하게 확산시킬 수 있다.
예를 들면, 면광원(100)은 유기발광발광다이오드(OLED) 패널, 액정 표시 장치(LCD) 패널 등과 같은 표시 패널, 냉음극형광램프(Cold Cathode Florescent Lamp, CCFL), 외부전극형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp, EEFL) 등과 같은 형광등, 백라이트 유닛, 발광다이오드(LED) 면광원 등을 포함할 수 있다.
렌즈 어레이 광학 시트(200)는 면광원(100)의 일측, 예를 들면, 광출면(102) 상에 배치될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 렌즈 어레이 광학 시트들(200)이 면광원(100)의 일측 상에 적층될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 렌즈 어레이 광학 시트(200)는 면광원(100)의 광출면(102) 상에 배치되어 광학 장치(10)의 광학 특성을 조절할 수 있는 광학 시트일 수 있다.
도 2 내지 도 3e에 도시된 바와 같이, 렌즈 어레이 광학 시트(200)는 기재부(210) 및 기재부(210)의 일면(212) 상에 배열되는 렌즈 어레이(220)를 포함할 수 있다. 렌즈 어레이(220)는 복수 개의 렌즈들(230)을 포함할 수 있다. 렌즈들(230)은 기재부(210)의 일면(212) 상에서 어레이 형태로 배열될 수 있다.
렌즈(230)는 기재부(210)의 일면(212)으로 돌출되도록 형성될 수 있다. 렌즈들(230)은 기재부(210)의 일면(212) 상에서 일정한 피치(pitch)를 가지고 배치될 수 있다. 예를 들면, 상기 렌즈들 사이의 피치는 수십 나노미터 내지 수백 마이크로미터일 수 있다. 이와 다르게, 렌즈들(230)은 서로 접촉하도록 배치될 수 있다.
렌즈(230)의 형태는 폭(W) 및 높이(H)에 의해 특정될 수 있다. 예를 들면, 렌즈(230)의 폭(W)은 수십 나노미터 내지 수십 센티미터일 수 있다. 렌즈(230)의 높이(H)는 폭(W)의 10% 내지 90%일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 도 3d에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 렌즈(230)는 적어도 일부가 오목한 형상(CF)을 포함하는 수평 방향 단면(horizontal direction cross-section)(이하에서는, '오목한 수평 방향 단면'이라 한다)을 가질 수 있다. 도 3d의 수평 방향 단면은 도 3b에서 기재부(210)의 일면(212)으로부터 제1 높이(H1)를 가지며 일면(212)과 평행한 A-A' 라인을 따라 절단한 수평 단면일 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 오목한 수평 방향 단면은 평면 도형 내부의 임의의 두 점(a, b)을 이었을 때, 그 선분의 일부가 그 도형 바깥에 위치하는 두 점이 존재하는 평면 도형(오목한 평면 도형)으로 정의될 수 있다. 상기 오목한 평면 도형은 내부에 구멍이 없는 평면 도형(위상적 종수(genus)가 1인 평면 도형)일 수 있다.
렌즈(230)는 오목한 형상(CF)을 갖는 3개의 제1 돌출부들(232) 및 볼록한 형상(VF)을 갖는 3개의 제2 돌출부들(234)을 포함할 수 있다. 상기 오목한 평면 도형에서의 제1 및 제2 돌출부들(232, 234) 각각은 기 설정된 각도(예를 들면, 60도)의 중심각(θ)을 가질 수 있다. 3개의 제1 돌출부들 및 3개의 제2 돌출부들이 예시적으로 도시되어 있지만, 이에 제한되지는 않으며, 예를 들면, 상기 렌즈는 1개, 2개, 4개, 5개 등의 제1 및 제2 돌출부들을 포함할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 3e에 도시된 바와 같이, 렌즈(230)는 볼록한 형상을 포함하는 수직 방향 단면(vertical direction cross-section) (이하에서는, '볼록한 수직 방향 단면'이라 한다)을 가질 수 있다. 렌즈(230)의 제1 돌출부(232)는 제1 볼록한 수직 방향 단면을 가질 수 있다. 렌즈(230)의 제2 돌출부(234)는 제2 볼록한 수직 방향 단면을 가질 수 있다. 도 3e의 수직 방향 단면은 도 3c에서 기재부(210)의 일면(212)과 직교하는 B-B' 라인을 따라 절단한 단면일 수 있다. 상기 볼록한 수직 방향 단면은 평면 도형 내부의 임의의 두 점을 이었을 때, 그 선분의 일부가 그 도형 바깥에 위치하는 두 점이 존재하지 않는 평면 도형(볼록한 평면 도형)으로 정의될 수 있다.
도 5a는 예시적인 실시예들에 따른 렌즈 어레이 광학 시트의 렌즈 구조물을 나타내는 사시도이다. 도 5b는 도 5a의 렌즈 구조물을 나타내는 정면도이다. 도 5c는 도 5a의 평면도이다. 도 5d는 도 5b의 C-C' 라인을 따라 절단한 단면도이다. 상기 렌즈 구조물은 제2 돌출부의 형상을 제외하고는 도 3a 내지 도 3e를 참조로 설명한 렌즈 구조물과 실질적으로 동일하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 5a 내지 도 5d를 참조하면, 렌즈(230)는 적어도 일부가 오목한 형상(CF)을 포함하는 수평 방향 단면, 즉, 오목한 수평 방향 단면을 가질 수 있다. 렌즈(230)는 오목한 형상(CF)을 갖는 6개의 제1 돌출부들(232)을 포함할 수 있다. 상기 오목한 수평 방향 단면에서의 제1 돌출부들(232) 각각은 기 설정된 각도(예를 들면, 60도)의 중심각(θ)을 가질 수 있다.
렌즈(230)는 적어도 일부가 볼록한 형상을 포함하는 수직 방향 단면, 즉, 볼록한 수직 방향 단면을 가질 수 있다. 렌즈(230)의 제1 돌출부(232)는 볼록한 수직 방향 단면을 가질 수 있다.
도 6a는 예시적인 실시예들에 따른 렌즈 어레이 광학 시트의 렌즈 구조물을 나타내는 사시도이다. 도 6b는 도 6a의 렌즈 구조물을 나타내는 정면도이다. 도 6c는 도 6a의 평면도이다. 도 6d는 도 6b의 D-D' 라인을 따라 절단한 단면도이다. 상기 렌즈 구조물은 제2 돌출부의 형상을 제외하고는 도 3a 내지 도 3e를 참조로 설명한 렌즈 구조물과 실질적으로 동일하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 6a 내지 도 6d를 참조하면, 렌즈(230)는 적어도 일부가 오목한 형상(CF)을 포함하는 수평 방향 단면, 즉, 오목한 수평 방향 단면을 가질 수 있다. 렌즈(230)는 오목한 형상(CF)을 갖는 6개의 제1 돌출부들(232)을 포함할 수 있다. 상기 오목한 수평 방향 단면에서의 제1 돌출부들(232) 각각은 기 설정된 각도(예를 들면, 60도)의 중심각(θ)을 가질 수 있다.
렌즈(230)는 적어도 일부가 평평한 형상을 포함하는 수직 방향 단면, 즉, 평평한 수직 방향 단면을 가질 수 있다. 렌즈(230)의 제1 돌출부(232)는 평평한 수직 방향 단면을 가질 수 있다. 상기 평평한 수직 방향 단면을 갖는 제1 돌출부들이 예시적으로 도시되어 있지만, 이에 제한되지는 않으며, 예를 들면, 상기 렌즈는 적어도 일부가 오목한 형상을 포함하는 수직 방향 단면, 즉, 오목한 수직 방향 단면을 가질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 7a는 예시적인 실시예들에 따른 렌즈 어레이 광학 시트의 렌즈 구조물을 나타내는 사시도이다. 도 7b는 도 7a의 렌즈 구조물을 나타내는 정면도이다. 도 7c는 도 7a의 평면도이다. 도 7d는 도 7b의 E-E' 라인을 따라 절단한 단면도이다. 상기 렌즈 구조물은 제1 및 제2 돌출부들의 형상들 및 제3 돌출부들이 추가되는 것을 제외하고는 도 3a 내지 도 3e를 참조로 설명한 렌즈 구조물과 실질적으로 동일하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 7a 내지 도 7d를 참조하면, 렌즈(230)는 오목한 형상(CF)을 갖는 3개의 제1 돌출부들(232) 및 볼록한 형상(VF)을 갖는 3개의 제2 돌출부들(234)을 포함할 수 있다. 오목한 수직 방향 단면에서의 제1 및 제2 돌출부들(232, 234) 각각은 기 설정된 각도(예를 들면, 60도)의 중심각(θ)을 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 렌즈(230)는 제2 돌출부들(234) 상에 각각 구비되는 제3 돌출부들(236)을 더 포함할 수 있다. 제3 돌출부(236)는 제2 돌출부(234) 상에 형성되는 상부 돌출부일 수 있다. 제3 돌출부(236)의 형상은 제2 돌출부(234)의 형상과 다를 수 있다. 제3 돌출부(236)의 폭과 높이는 제2 돌출부(234)의 폭과 높이보다 작을 수 있다.
제3 돌출부(236)는 볼록한 수평 방향 단면 및 볼록한 수직 방향 단면을 가질 수 있다. 제2 돌출부(234) 역시 볼록한 수평 방향 단면 및 볼록한 수직 방향 단면을 가질 수 있다. 제3 돌출부(236)의 상기 볼록한 수평 방향 단면은 제2 돌출부(234)의 상기 볼록한 수평 방향 단면과 다를 수 있다. 제3 돌출부(236)의 상기 볼록한 수직 방향 단면은 제2 돌출부(234)의 상기 볼록한 수직 방향 단면과 다를 수 있다.
상기 제2 돌출부 상에 형성된 상기 제3 돌출부가 예시적으로 도시되어 있지만, 이에 제한되지는 않으며, 예를 들면, 상기 제3 돌출부는 상기 제1 돌출부 또는 상기 제1 및 제2 돌출부들 상에 형성될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 8a는 예시적인 실시예들에 따른 렌즈 어레이 광학 시트의 렌즈 구조물을 나타내는 사시도이다. 도 8b는 도 8a의 렌즈 구조물을 나타내는 정면도이다. 도 8c는 도 8b의 F-F' 라인을 따라 절단한 단면도이다. 도 8d는 도 8b의 G-G' 라인을 따라 절단한 단면도이다. 상기 렌즈 구조물은 이형의 서브 렌즈들을 포함하는 점을 제외하고는 도 3a 내지 도 3e를 참조로 설명한 렌즈 구조물과 실질적으로 동일하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 8a 내지 도 8d를 참조하면, 렌즈(230)는 기재부(210)의 일면(212)으로부터 제3 높이(H3)에서 적어도 일부가 볼록한 형상을 포함하는 수평 방향 단면을 갖고 제3 높이(H3)와 다른 제4 높이(H4)에서 적어도 일부가 오목한 형상을 갖는 수평 방향 단면을 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 렌즈(230)는 기재부(210)의 일면(212) 상에 구비되는 제1 서브 렌즈(231a) 및 제1 서브 렌즈(231a) 상에 구비되는 제2 서브 렌즈(231b)를 포함할 수 있다. 제1 서브 렌즈(231a)는 기재부(210)의 일면(212)으로부터의 제3 높이(H3)에서 볼록한 수직 방향 단면을 가질 수 있다. 제2 서브 렌즈(231b)는 기재부(210)의 일면(212)으로부터의 제3 높이(H3)와 다른 제4 높이(H4)에서 오목한 수평 방향 단면을 가질 수 있다. 예를 들면, 제1 서브 렌즈(231a)의 폭과 높이는 제2 서브 렌즈(231b)의 폭과 높이와 같거나 클 수 있다.
도 9a는 예시적인 실시예들에 따른 렌즈 어레이의 일부를 나타내는 평면도이다. 도 9b는 도 9a의 렌즈 어레이의 일부를 나타내는 사시도이다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 렌즈 어레이 광학 시트는 복수 개의 렌즈들(230)이 배열된 렌즈 어레이(220)를 포함할 수 있다. 렌즈들(230) 각각은 적어도 일부가 오목한 형상을 포함하는 수평 방향 단면(오목한 수평 방향 단면)을 가질 수 있다. 렌즈(230)는 도 3a의 렌즈와 실질적으로 동일할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 렌즈 어레이(220)의 렌즈들(230)은 육각형 배열을 가질 수 있다. 렌즈 어레이(220)는 제1 방향을 따라 이격 배치되는 복수 개의 렌즈들(230)을 포함하는 렌즈 컬럼을 포함하고, 상기 렌즈 컬럼들은 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라 이격 배치될 수 있다. 상기 렌즈 컬럼들이 상기 제2 방향을 따라 이격 배치될 때, 서로 인접한 상기 렌즈 컬럼들의 렌즈들(230)은 서로 엇갈려 배열될 수 있다.
도 10a는 예시적인 실시예들에 따른 렌즈 어레이의 일부를 나타내는 평면도이다. 도 10b는 도 10a의 렌즈 어레이의 일부를 나타내는 사시도이다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 렌즈 어레이 광학 시트의 렌즈 어레이(220)는 제1 그룹의 렌즈들(222) 및 제2 그룹의 렌즈들(224)을 포함할 수 있다. 제1 그룹의 렌즈들(222)은 육각형 배열을 갖는 제1 타입의 렌즈들(230a)을 포함할 수 있다. 제2 그룹의 렌즈들(224)은 육각형 배열을 갖는 제2 타입의 렌즈들(230b)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 그룹의 렌즈들(222, 224)은 사각형 배열을 가질 수 있다. 제1 타입의 렌즈들(230a) 및 제2 타입의 렌즈들(230b)은 서로 교대로 배열될 수 있다.
제1 타입의 렌즈들(230a) 및 제2 타입의 렌즈들(230b)은 각각은 적어도 일부가 오목한 형상을 포함하는 수평 방향 단면(오목한 수평 방향 단면)을 가질 수 있다.
도 11a는 예시적인 실시예들에 따른 렌즈 어레이의 일부를 나타내는 평면도이다. 도 11b는 도 11a의 렌즈 어레이의 일부를 나타내는 사시도이다.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 렌즈 어레이 광학 시트의 렌즈 어레이(220)는 제1 그룹의 렌즈들(220) 및 제3 그룹의 렌즈들(240)을 포함할 수 있다. 제1 그룹의 렌즈들(220)은 육각형 배열을 갖는 제1 타입의 렌즈들(230)을 포함할 수 있다. 제3 그룹의 렌즈들(240)은 제3 타입의 렌즈들(250)을 포함할 수 있다. 제3 타입의 렌즈들(250)은 제1 타입의 렌즈들(230) 사이에 배열될 수 있다.
제1 타입의 렌즈들(230) 각각은 적어도 일부가 오목한 형상을 포함하는 수평 방향 단면(오목한 수평 방향 단면)을 가질 수 있다. 제2 타입의 렌즈들(250) 각각은 볼록한 수평 방향 단면을 가질 수 있다. 예를 들면, 제2 타입 렌즈들(250) 각각은 비드(bead) 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 제2 타입 렌즈들(250) 각각은 볼록한 평평한 수평 방향 단면 및 볼록하거나 평평한 수직 방향 단면을 갖는 다양한 형상을 가질 수 있다.
도 12a는 예시적인 실시예들에 따른 렌즈 어레이의 일부를 나타내는 평면도이다. 도 12b는 도 12a의 렌즈 어레이의 일부를 나타내는 사시도이다. 도 12c는 도 12b의 H-H' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 12a 내지 도 12c를 참조하면, 렌즈 어레이 광학 시트의 렌즈 어레이(220)는 제1 방향으로 연장하는 복수 개의 렌즈들(230)을 포함할 수 있다. 렌즈들(230)은 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라 이격 배치될 수 있다.
렌즈(230)는 오목한 형상(CF)을 갖는 복수 개의 제1 돌출부들(233)을 포함할 수 있다. 제1 돌출부들(233)은 렌즈(230)의 제1 측부에 구비되며 상기 제1 방향을 따라 배열될 수 있다. 오목한 형상들(CF)을 갖는 부분들은 상기 제1 방향을 따라 이격 배치될 수 있다.
렌즈(230)는 볼록한 형상(VF)을 갖는 복수 개의 제2 돌출부들(235)을 포함할 수 있다. 제2 돌출부들(235)은 렌즈(230)의 상기 제1 측부에 반대하는 제2 측부에 구비되며 상기 제1 방향을 따라 배열될 수 있다. 볼록한 형상들(VF)을 갖는 부분들은 상기 제1 방향을 따라 이격 배치될 수 있다.
프리즘 형상과 유사한 렌즈)가 예시적으로 도시되어 있지만, 이에 제한되지는 않으며, 상기 렌즈는 일방향으로 연장하며 볼록한 수직 단면 형상을 갖는 다양한 형상을 가질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 13은 예시적인 실시예들에 따른 광학 장치를 나타내는 단면도이다. 도 14는 비교예 및 일 실시예에 따른 광학 장치들의 광학 특성을 나타내는 그래프들이다. 도 15a는 도 14의 비교예에 따른 광학 장치의 렌즈 어레이 광학 시트의 일부를 나타내는 사시도이고, 도 15b는 도 14의 일 실시예에 따른 광학 장치의 렌즈 어레이 광학 시트의 일부를 나타내는 사시도이다.
도 13을 참조하면, 광학 장치(11)는 면광원으로서의 유기발광다이오드(OLED) 패널(100) 및 유기발광다이오드 패널(100)의 일측에 배치되는 렌즈 어레이 광학 시트(200)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 유기발광다이오드 패널(100)은 어레이 회로 및 박막 트랜지스터가 실장된 어레이 기판(110), 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극으로부터 전압을 인가 받는 투명 전극층(120), 투명 전극층(120)에 적층되는 유기물층(130), 및 유기물층(130) 상에 적층되는 금속 전극층(140)을 포함할 수 있다.
상기 드레인 전극과 연결되는 투명 전극층(120)은 화소 전극의 역할을 하는 것으로 유기물층(130)에 전자를 전달하기 위한 양전극의 역할을 할 수 있다. 또한, 유기물층(130)과 맞닿는 금속 전극층(140)은 투명 전극층(120)에서 이동한 전자가 유기물층(130)에서 재결합할 수 있도록 정공을 형성해주는 음전극의 역할을 할 수 있다. 이들에 의해 유기물층(130) 내에서 전자와 정공이 재결합하면서 빛이 발생하게 된다. 이때, 유기물층(130) 내에서 전자와 정공의 재결합에 의해 발생한 빛은 어레이 기판(110)의 광출면을 통해 방출될 수 있다.
렌즈 어레이 광학 시트(200)는 면광원(100)의 일측, 예를 들면, 광출면(102) 상에 배치되어 광학 장치(11)의 광학 특성을 조절할 수 있는 광학 시트의 역할을 수행할 수 있다.
렌즈 어레이 광학 시트(200)는 복수 개의 렌즈들(230)이 배열된 렌즈 어레이를 포함할 수 있다. 렌즈들(230) 중 적어도 하나의 렌즈는 적어도 일부가 오목한 형상(CF)을 포함하는 수평 방향 단면(오목한 수평 방향 단면)을 가질 수 있다. 상기 오목한 수평 방향 단면을 갖는 렌즈들(230)을 포함하는 렌즈 어레이 광학 시트는 일반적으로 사용되는 볼록한 수평 방향 단면으로만 이루어진 렌즈들을 포함하는 렌즈 어레이보다 더욱 뛰어난 광학 특성을 제공할 수 있다.
도 14를 참조하면, 비교예에 다른 렌즈들(도 15a의 비드 형태의 렌즈들)을 포함하는 광학 시트 및 일 실시예에 따른 렌즈들(도 15b의 비드 형태의 렌즈들과 오목한 수평 방향 단면을 갖는 렌즈들의 조합)을 포함하는 광학 시트의 렌즈 어레이의 굴절률에 대한 최대 외부양자효율(%)의 그래프들(G1, G2)을 살펴보면, 일 실시예에 따른 렌즈 어레이를 사용하는 경우, 비교예에 따른 렌즈 어레이를 동일한 유기발광다이오드 패널(100)에 사용하여 얻을 수 있는 최대 외부양자효율보다 더욱 높은 외부양자효율을 얻을 수 있음을 확인하였다. 여기서, 외부양자효율은 광원 주입된 전하량 대비 외부(공기)로 빠져나간 광자의 비율(ㅧ100%)이다.
도 16은 예시적인 실시예들에 따른 광학 장치를 나타내는 단면도이다.
도 16을 참조하면, 광학 장치(12)는 면광원으로서의 백라이트 유닛(100)을 포함할 수 있다. 광학 장치(12)는 광원(112), 확산판(122), 집광 필름(132) 및 렌즈 어레이 광학 시트(200)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 광원(112)은 상기 백라이트 유닛에 광을 공급하기 위한 것이며, 확산판(122)은 상기 광원에서 출사되는 빛을 균 일하게 분산시켜 램프 무라 현상을 개선하고 휘도를 균일할 수 있다. 집광 필름(132)은 빛을 디스플레이 정면 방향으로 집광시킬 수 있다.
렌즈 어레이 광학 시트(200)는 면광원(100)의 일측, 예를 들면, 확산판(132) 상에 배치되어 광학 장치(12)의 광학 특성을 조절할 수 있는 광학 시트의 역할을 수행할 수 있다.
1장의 집광 필름 및 1장의 렌즈 어레이 광학 시트가 예시적으로 도시되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 예를 들면, 복수 장의 집광 필름들 및 복수 개의 상기 렌즈 어레이 광학 시트들이 사용될 수 있다.
도 17은 예시적인 실시예들에 따른 광학 장치를 나타내는 단면도이다.
도 17을 참조하면, 광학 장치(13)는 면광원(100) 및 면광원(100)의 일측에 배치되는 렌즈 어레이 광학 시트(200)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 렌즈 어레이 광학 시트(200)는 음각의 렌즈들의 형상들(232)을 포함할 수 있다. 상기 렌즈들 중 적어도 하나는 적어도 일부가 오목한 형상을 포함하는 수평 방향 단면(오목한 수평 방향 단면을 가질 수 있다.
이하에서는, 상기 렌즈 어레이 광학 시트를 제조하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
먼저, 3차원(3D) 프린팅 기술을 이용하여 베이스 기판 상에 상술한 렌즈들을 형성할 수 있다. 나노미터 단위 수준의 매우 높은 정밀도를 가지는 3차원 프린터(예를 들면, 독일 나노스크립(nanoscribe)사의 Photonic Professional GT2 또는 Quantum X)를 사용하여 목표하는 형상들을 갖는 렌즈들을 제작할 수 있다.
이어서, 상기 베이스 기판 상의 형성된 렌즈들 상에 경화 가능한 물질(예를 들면, 경화성 수지)을 부은 후 경화시켜 목표 형상이 음각된 금형(몰드)를 제작할 수 있다. 상기 경화성 수지의 예로서는, 우레탄 아크릴레이트, 에폭시아크릴레이트, 에스테르아크릴 레이트, 라디칼 발생형 모노머 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다.
이후, 상기 금형에 투명하고 경화 가능한 물질을 부은 후 경화시킴으로써 원하는 형상의 렌즈들을 포함하는 렌즈 어레이 광학 시트를 제조할 수 있다.
상기 렌즈 어레이 광학 시트의 제조 방법은 이에 제한되지는 않고 다양한 방법을 통해 제조할 수 있다.
예를 들면, 음각의 렌즈 형상을 갖는 몰드를 형성한 후, 베이스 기판 상에 도포된 조성물 상에 상기 몰드를 밀착 및 가압하여 상기 도포된 조성물에 상기 몰드의 렌즈 형상을 전사시켜 예비 봉지층을 형성할 수 있다. 이어서, 상기 몰드가 밀착된 채로, 상기 예비 봉지층을 경화시켜 렌즈 어레이 광학 시트를 형성할 수 있다. 이후, 상기 몰드를 상기 광학 시트로부터 분리시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 예시적인 실시예들에 따른 렌즈 어레이 광학 시트는 복잡한 기술의 사용 없이 기존에 사용되던 렌즈 어레이가 가질 수 있는 광학 특성의 한계를 뛰어넘는 광학 특성을 제공할 수 있다. 또한, 예시적인 실시예들에 따른 렌즈 어레이 광학 시트는 광원의 종류와 관계없이 활용될 수 있으므로, 시장성 및 경제성이 우수하다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 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.
10, 11, 12, 13: 광학 장치 100: 면광원
102: 광출면 110: 어레이 기판
112: 광원 120: 투명 전극층
122: 확산판 130: 유기물층
132: 집광 필름 140: 금속 전극층
200: 렌즈 어레이 광학 시트 210: 기재부
220: 렌즈 어레이 222: 제1 그룹의 렌즈들
224: 제2 그룹의 렌즈들 230, 230a, 230b, 250: 렌즈
231a: 제1 서브 렌즈 231b: 제2 서브 렌즈
232: 제1 돌출부 234: 제2 돌출부
236: 제3 돌출부 240: 제3 그룹의 렌즈들

Claims (11)

  1. 기재부; 및
    상기 기재부의 일면 상에 어레이 형태로 배열되는 복수 개의 렌즈들을 포함하고,
    상기 렌즈들 각각은 적어도 일부가 오목한 형상을 포함하는 수평 방향 단면(이하에서는, '오목한 수평 방향 단면'이라 한다)을 가지며,
    상기 렌즈들 각각은,
    상기 오목한 형상을 갖는 복수 개의 제1 돌출부들; 및
    적어도 일부가 볼록한 형상을 갖는 복수 개의 제2 돌출부들을 포함하고,
    상기 제1 돌출부들과 상기 제2 돌출부들은 상기 렌즈 각각의 중심에 대하여 원주 방향으로 서로 교대로 배치되고,
    상기 제1 돌출부들은 서로 인접한 렌즈들의 상기 제2 돌출부들과 각각 마주보도록 배열되고,
    상기 제2 돌출부들은 서로 인접한 렌즈들의 상기 제1 돌출부들과 각각 마주보도록 배열되는 렌즈 어레이 광학 시트.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 오목한 수평 방향 단면은 내부에 구멍이 없는 평면 도형인 렌즈 어레이 광학 시트.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 오목한 수평 방향 단면은 또 다른 일부가 볼록한 형상 또는 평평한 형상을 포함하는 렌즈 어레이 광학 시트.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 복수 개의 렌즈들 중에서 적어도 하나의 렌즈는 상기 기재부의 일면으로부터 제1 높이에서 상기 오목한 수평 방향 단면을 갖고,
    상기 적어도 하나의 렌즈는 상기 제1 높이와 다른 제2 높이에서 적어도 일부가 볼록한 형상을 포함하는 수평 방향 단면(이하에서는, '볼록한 수직 방향 단면'이라 한다)을 갖는 렌즈 어레이 광학 시트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재부의 일면 상에 적어도 일부가 볼록한 형상 또는 평평한 형상을 포함하는 수평 방향 단면을 갖는 제2 그룹의 렌즈들을 더 포함하는 렌즈 어레이 광학 시트.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 렌즈는 제1 방향으로 연장하고, 상기 오목한 형상을 갖는 부분이 복수 개가 구비되는 렌즈 어레이 광학 시트.
  7. 기재부; 및
    상기 기재부의 일면 상에 배열되는 복수 개의 렌즈들을 포함하고,
    상기 복수 개의 렌즈들 각각은 제1 방향으로 연장하고, 상기 복수 개의 렌즈들은 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라 이격 배치되고,
    상기 렌즈들 각각은 적어도 일부가 오목한 형상을 포함하는 수평 방향 단면(이하에서는, '오목한 수평 방향 단면'이라 한다)을 가지며,
    상기 렌즈들 각각은,
    상기 오목한 형상을 갖는 복수 개의 제1 돌출부들; 및
    적어도 일부가 볼록한 형상을 갖는 복수 개의 제2 돌출부들을 포함하고,
    상기 제1 돌출부들은 상기 렌즈 각각의 제1 측부에 구비되며 상기 제1 방향을 따라 이격 배치되고, 상기 제2 돌출부들은 상기 렌즈 각각의 상기 제1 측부에 반대하는 제2 측부에 구비되며 상기 제1 돌출부들을 각각 마주보는 위치에 상기 제2 방향을 따라 이격 배치되는 렌즈 어레이 광학 시트.
  8. 삭제
  9. 면광원; 및
    상기 면광원의 일측에 배치되는 렌즈 어레이 광학 시트를 포함하고,
    상기 렌즈 어레이 광학 시트는,
    기재부; 및
    상기 기재부의 일면 상에 어레이 형태로 배열되는 제1 그룹의 렌즈들 및 제2 그룹의 렌즈들을 포함하고,
    상기 제1 그룹의 렌즈들 각각은 적어도 일부가 오목한 형상을 포함하는 수평 방향 단면(이하에서는, '오목한 수평 방향 단면'이라 한다)을 가지며,
    상기 제1 그룹의 렌즈들 각각은 상기 오목한 형상을 갖는 제1 돌출부들을 가지며,
    상기 제2 그룹의 렌즈들 각각은 적어도 일부가 볼록한 형상 또는 평평한 형상을 갖는 제2 돌출부들을 가지며,
    상기 제1 그룹의 렌즈들 및 상기 제2 그룹의 렌즈들을 서로 교대로 배열되고,
    상기 제1 그룹의 렌즈들의 상기 제1 돌출부들은 인접한 상기 제2 그룹의 렌즈들의 상기 제2 돌출부들과 각각 마주보도록 배열되는 광학 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제1 그룹의 렌즈들 중에서 적어도 하나의 렌즈는,
    상기 기재부의 일면 상에 구비되는 제1 서브 렌즈; 및
    상기 제1 서브 렌즈 상에 구비되며 상기 오목한 수평 방향 단면을 갖는 제2 서브 렌즈를 포함하는 광학 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제1 서브 렌즈는 적어도 일부가 볼록하거나 평평한 형상을 포함하는 수평 방향 단면을 갖는 광학 장치.
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