KR20100048211A - 발광 소자용 렌즈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광 소자용 렌즈에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 중심 부근에 암부가 형성되지 않도록 휘도, 광균일도 및, 광분포도가 향상된 발광 소자용 렌즈를 제공하는 데 있다. 이를 위해 볼록부가 구비되어 광을 분산시키는 발광소자용 렌즈에 있어서, 상기 볼록부는 상기 볼록부의 최대 직경보다 작은 직경으로 상기 볼록부의 일부에 오목하게 형성되는 오목부가 형성되고, 상기 오목부는 상기 오목부의 하부에 형성되는 광투과면을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 발광소자용 렌즈를 개시한다. 그에 따라 본 발명의 발광소자용 렌즈는 중앙에 암부가 형성되지 않도록 중심 부근의 광 분포를 균일하게 하고, 발광소자와 결합시 광 분포도가 2배 정도 넓어지며, 발광소자의 중앙 부근 주변에 빛띄가 형성되지 않도록 광을 균일하게 하고, 복수 개의 발광소자를 사용시 다크 존(Dark Zone) 및 핫 스팟(Hot Spot)이 발생되지 않도록 하여 액정표시장치(LCD)에 요구되는 명암도 및 휘도를 정확히 제공하는 효과가 있다.
렌즈, 발광 다이오드, 암부, 광분포도, LCD 백라이트용 다이오드

Description

발광 소자용 렌즈{LENS FOR LUMINOUS ELEMENT}
본 발명은 발광 소자용 렌즈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중심 부근에 암부가 형성되지 않도록 휘도, 광균일도 및, 광분포도가 향상된 발광 소자용 렌즈에 관한 것이다.
최근 발광다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 여러 응용제품에 다양하게 사용되고 있는 발광소자이며, 그 응용분야 또한 지속적으로 증가하고 있는 추세이다.
응용분야 중에서도, 액정표시장치(LCD)는 화소회로의 자체 발광능력이 없으므로 백라이트(BLU)를 이용하여 그 밝기를 유지한다. 최근, 액정표시장치(LCD)의 백라이트(BLU)는 환경 친화적인 측면, 소비 전력, 명암비 개선, 제조 비용 및, 박형화등을 고려하여 백라이트용 발광 다이오드로 대체되고 있는 추세에 있다.
이러한 백라이트용 발광 다이오드는 크게 빛의 지향성이 전면으로 강한 직하형과 빛의 지향성이 측면으로 강한 측면형으로 나누어진다.
주로, 직하형 백라이트용 발광 다이오드는 전면의 빛을 광학시트와 확산판등에 조사하여 빛을 분산시키고, 측면형 발광 다이오드는 측면의 빛을 도강판의 측면 에 조사하여 빛을 분사시키게 된다.
상기 직하형 백라이트용 발광 다이오드의 일반적인 제조방법은 반도체 기판에 발광 다이오드용 칩을 실장시키고, 형광체를 분사한 후 경화시켜 제조하는 방법을 사용하게 된다. 이후, 직하형 백라이트용 발광 다이오드는 광을 확산시키기 위해 발광 다이오드용 렌즈를 접착제등으로 결합하여 사용하게 된다.
이러한 발광 다이오드용 렌즈는 광분포도와 휘도를 균일하게 하기 위하여 반원구형으로 사용하게 된다. 특히, 발광 다이오드의 렌즈 중심부에는 넓은 광분포도를 이루기 위해 오목한 V형 홈을 만들어 사용하게 된다.
상기 오목한 V형 홈은 발광 다이오드에 발산되는 광을 측면 방향으로 반사시켜 넓은 광분포도를 갖는 이점이 있다. 그러나, 이러한 오목한 V형 홈은 빛의 분포도를 확인하였을 때 중앙 부근에 암부를 형성하여 광 분포도를 불균일하게 만든다.
특히, 전반사 형의 발광 다이오드용 렌즈에서는 발광 다이오드에서 발생되는 광을 전부 측면으로 유도하기 때문에 더욱 선명한 암부를 형성하게 된다. 따라서, 이러한 암부가 형성된 발광 다이오드용 렌즈가 액정표시장치(LCD)에 사용될 경우, 액정표시장치(LCD)는 불균일한 명암비를 나타내게 된다. 더불어, 암부가 형성된 발광 다이오드용 렌즈가 사용되는 경우, 암부에 의한 불균일한 광분포도를 해결하기 위하여 발광 다이오드용 렌즈들 사이 간격을 더욱 조밀하게 해야하므로, 액정표시장치(LCD)의 제작 비용이 증가하게 된다.
본 발명의 기술적 과제는 광 분산시 중앙 부근의 휘도가 변경되어 중앙에 암부가 형성되지 않는 발광소자용 렌즈를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 광 분산시 휘도, 광의 분포도 및 지향각이 넓어진 발광소자용 렌즈를 제공하는 데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 발광소자용 렌즈는 볼록부가 구비되어 광을 분산시키는 발광소자용 렌즈에 있어서, 상기 볼록부는 상기 볼록부의 최대 직경보다 작은 직경으로 상기 볼록부의 일부에 오목하게 형성되는 오목부가 형성되고, 상기 오목부는 상기 오목부의 하부에 형성되는 광투과면을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 상기 볼록부는 중앙에 상기 오목부가 형성되는 볼록부 투과면; 및상기 볼록부 투과면과 연결되며, 상기 볼록부 투과면의 중심 법선에서 시계방향으로 120도 내지 140도 사이의 각도로 형성되는 볼록부 부분반사면을 포함하여 형성될 수 있다. 여기서, 상기 볼록부 부분반사면은 상기 볼록부의 외곽부로 볼록한 곡률을 갖고, 상기 곡률은 코닉 상수 K가 -2.5 내지 -1.5 사이로 형성될 수 있다.
또한, 상기 광투과면의 최대 직경은 상기 볼록부의 최대 직경의 3% 내지 7%로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 광투과면은 반구형 곡면 또는 평탄면으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 오목부는 상기 광투과면; 상기 광투과면의 직경보다 더 큰 직경으로 형성되고, 상기 광투과면을 통과하는 중심 법선에서 시계방향으로 125도 내지 135도의 각도를 유지하며 연결되는 제 1 부분반사면; 상기 제 1 부분반사면의 직경보다 더 큰 직경으로 형성되고, 상기 제 1 부분반사면과 연결되며, 상기 광투과면의 중심 법선과 수직하게 형성되는 제 2 부분반사면; 및 상기 제 2 부분반사면의 직경보다 더 큰 직경으로 형성되고, 상기 제 2 부분반사면과 연결되며, 상기 광투과면의 중심법선에서 시계방향으로 145도 내지 75도의 각도를 유지하며 연결되는 제 3 부분반사면; 을 포함하여 형성될 수 있다.
이 경우, 상기 제 1 부분반사면의 최대 직경은 상기 볼록부의 최대 직경의 15% 내지 30%의 범위로 형성될 수 있다.
더불어, 상기 제 2 부분반사면의 최대 직경은 상기 볼록부의 최대 직경의 20% 내지 25%의 범위로 형성될 수 있다.
다른 한편, 상기 오목부는 상기 광투과면; 상기 광투과면보다 더 큰 직경으로 형성되고, 상기 광투과면과 연결되며, 상기 광투과면을 통과하는 중심 법선에서 시계방향으로 125도 내지 135도의 각도로 형성되는 제 1 부분반사면; 및 상기 제 1 부분반사면보다 더 큰 직경으로 형성되고, 상기 제 1 부분반사면과 연결되며, 상기 광투과면을 통과하는 중심 법선에서 시계방향으로 140도 내지 160도의 각도로 형성되는 제 2 부분반사면; 을 포함하여 형성될 수 있다.
이 경우, 상기 제 1 부분반사면과 상기 제 2 부분반사면이 만나는 부위에는 둥근 모따기가 형성될 수 있다.
또 다른 한편, 발광소자용 렌즈는 상기 볼록부와 결합하여 형성되며, 상기 볼록부의 직경보다 더 큰 직경으로 형성되는 지지부;를 더 포함하여 형성될 수 있 으며, 이 경우 상기 지지부는 사각의 판형상으로 형성될 수 있다.
또한, 발광소자용 렌즈는 상기 오목부와 대향하는 위치에 하부로 볼록하게 형성되는 하부 결합부를 더 포함하여 형성될 수 있다.
본 발명의 발광소자용 렌즈는 중앙에 암부가 형성되지 중심 부근의 광 분포를 균일하게 하는 효과가 있다.
본 발명의 발광소자용 렌즈는 발광소자와 결합시 광 분포도가 2배 정도 넓어지는 효과가 있다.
본 발명의 발광소자용 렌즈는 발광소자의 중앙 부근 주변에 빛띄가 형성되지 않도록 광을 균일하게 하는 효과가 있다.
본 발명의 발광소자용 렌즈는 복수 개의 발광소자를 사용시 다크 존 및 핫 스팟이 발생되지 않도록 하여 LCD에 요구되는 명암도 및 휘도를 정확히 제공하는 효과가 있다.
본 발명의 발광소자용 렌즈는 트랜스퍼 몰딩 기법에 의해 제조 단계가 매우 간단해지므로, 제조비용이 감소되고 발광 다이오드의 수율이 증가하는 효과가 있다.
본 발명의 발광소자용 렌즈는 트랜스퍼 몰딩(Transfer molding) 기법에 의해 발광소자용 렌즈와 발광 소자용 패키지 사이의 계면이 존재하지 않게 되므로, 발광칩에서 발생된 광량의 감쇄가 일지나지 않아 발광 다이오드의 광효율을 극대화시키는 효과가 있다.
이상의 효과는 본 발명의 요지를 흐리지 않도록 간략하게 서술했으며, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용에서 더욱 상세하게 설명하도록 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 실시예들에서는 동일한 구성요소에 대해 동일한 도면 부호를 사용하기로 한다. 또한, 동일 또는 유사한 구성요소의 중복되는 설명은 가능한 하지 않기로 한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자용 렌즈의 사시도이다. 도 1b는 도 1a의 A-A선을 절개하여 본 단면도이다. 도 1c는 도 1b에 광경로를 도시한 단면도이다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자용 렌즈(100)는 볼록부(110)를 포함하여 형성된다. 또한, 발광소자용 렌즈(100)는 지지부(130) 및 하부 결합부(140)를 더 포함하여 형성된다. 또한, 발광소자용 렌즈(100)는 볼록부(110)에 오목부(120)가 형성된다. 한편, 도 1a 및 도 1b에서는 본원 발명의 이해를 돕기위해서 발광소자용 렌즈(100) 이외에 발광소자인 발광칩(20)과 결합한 발광소자 패키지가 더 도시되었다. 도 1b에 도시된 발광소자 패키지는 인쇄회로 기판(10)과 발광칩(20)을 포함하여 형성된다. 여기서, 발광칩(20)은 인쇄회로 기판(10)의 인쇄회로 패턴(미도시)과 와이어 본딩(미도시)등에 의해 전기적으로 연결되고, 인쇄회로 기판(10)을 통해 인가되는 전력에 의해 빛을 발산하는 역할 을 한다. 또한, 인쇄회로 기판(10)에는 발광칩(20)을 수용하기 위한 캐비티(30)가 형성되어 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자용 렌즈(100)는 트랜스퍼 몰딩(Transfer molding)기법에 의해 발광칩(20)과 인쇄회로 기판(10)에 일체형으로 결합된 상태이다. 발광칩(20)과 결합하여 형성된 발광소자 패키지는 본 발명에 따른 발광소자용 렌즈의 이해를 돕기 위한 하나의 예에 불과하다. 즉, 상기 발광소자 패키지는 본 실시예에서 도시한 예에 한정되지 않고 패키지 타입, 리드 프레임 타입등으로 다양하게 실시될 수 있다. 또한, 발광소자는 발광칩 또는 발광다이오드등의 빛을 발하는 형태로 다양하게 실시될 수 있다. 본 발명의 일 실시예의 이해를 돕기 위해서 발광소자용 렌즈(100)의 대략적인 치수를 설명하면, 도 1a 및 도 1c에 도시된 발광소자용 렌즈(100)는 지지부(130)의 직경이 대략 3.5mm이고, 지지부(130)의 하부면에서 볼록부(110)의 상부면까지의 높이가 대략 0.65mm 정도된다. 하지만, 이러한 발광소자용 렌즈(100)의 치수는 상기한 크기에 준하지 않고 다른 치수로 변형되어 실시될 수 있다.
상기 볼록부(110)는 불록부 투과면(111) 및 볼록부 부분반사면(112)을 포함하여 형성된다. 상기 볼록부(110)는 볼록부(110)의 최대 직경보다 작은 직경으로 볼록부(110)의 일부에 오목하게 형성되는 오목부(120)가 형성된다.
상기 불록부 투과면(111)은 중앙에 오목부(120)가 형성된다. 또한, 불록부 투과면(111)은 오목부(120)의 수직한 투영면에 수평하게 형성된다. 이 경우, 불록부 투과면(111)은 원형 테두리형으로 형성되며, 발광칩(20)에서 발생된 광을 투과시키는 역할을 한다.
상기 볼록부 부분반사면(112)은 불록부 투과면(111)과 연결되어 형성되며 불록부 투과면(111)의 최대 직경보다 더 큰 직경으로 형성된다. 또한, 볼록부 부분반사면(112)은 불록부 투과면(111)의 중심 법선에서 시계방향으로 120도 내지 140도의 각도로 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 볼록부 부분반사면(112)은 120도 이상의 각도로 형성하여 발광칩(20)에서 발산되는 광의 전부가 전반사되지 않도록 한다. 또한, 볼록부 부분반사면(112)은 140도 이하의 각도로 형성되어 발광칩(20)에서 발산되는 광의 전부가 투과되지 않도록 한다. 볼록부 부분반사면(112)은 상기한 각도의 범위에서 광이 부분 반사되도록 형성되며, 원뿔형에서 원뿔꼭지점의 일부가 절개된 형상으로 형성된다.
한편, 도 1b에서는 볼록부 부분반사면(110)이 거의 평평한 것 같이 보이나, 볼록부 부분반사면(112)은 볼록부(110)의 외곽부로 볼록한 곡률을 갖는다. 이 경우, 곡률은 코닉 상수 K가 -2.5 내지 -1.5 사이로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 부분반사면(112)의 곡률은 코닉 상수 -2.5보다 높게 하여 광지향각으로 넓히고, 코닉 상수 -1.5보다 작게 하여 중심광의 세기와 부분 반사면(112)을 투과하는 광의 세기의 편차가 심해지지 않도록 한다. 즉, 부분 반사면(112)은 코닉 상수 K가 -2.5 내지 -1.5 사이인 곡률을 갖게 되므로, 광의 세기를 유지하는 상태에서 광지향각을 넓히는 역할을 한다.
상기 오목부(120)는 볼록부(110)의 최대 직경보다 작은 직경으로 볼록부(110)의 일부인 불록부 투과면(111)에 오목하게 형성된다. 이러한 오목부(120)는 광투과면(121), 제 1 부분반사면(122), 제 2 부분반사면(123) 및, 제 3 부분반사 면(124)을 포함하여 형성된다. 여기서, 오목부(120)는 내주면에 원형 테두리 형상의 경계가 복수 개로 형성된다. 이 경우, 상기 부분반사면들(122, 123, 124)은 상기 경계를 기준으로 나누어지고, 오목부(120)는 하부 최저점에 광투과면(121)이 형성된다.
상기 광투과면(121)은 오목부(120)의 최하단에 형성된다. 이 경우, 광투과면(121)은 중심 법선이 볼록부(110)의 중심 법선과 동일한 방향을 갖도록 형성된다. 광투과면(121)은 오목한 반구형으로 형성되어 발광칩(20)에서 발생되는 광을 투과시키는 역할을 하여 발광소자용 렌즈(100)의 중심에 암부가 발생하는 것을 방지한다. 이 경우, 광투과면(121)의 최대 직경은 볼록부(110)의 최대 직경의 2% 내지 9%로 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 광투과면(121)의 최대 직경이 볼록부(110)의 최대 직경의 2% 보다 작을 경우, 광투과면(121)을 통과하는 광 투과량이 적어 발광소자용 렌즈(100)의 중심에 암부가 발생할 수 있다. 또한, 광투과면(121)의 최대 직경이 볼록부(110)의 최대 직경의 9%보다 큰 경우, 발광소자용 렌즈의 중심부 광 투과량은 너무 많아지게 되므로, 발광소자용 렌즈의 광 퍼짐 면적이 작아질 수 있다.
상기 제 1 부분반사면(122)은 광투과면(121)과 연결되어 형성되며, 광투과면(121)의 최대 직경보다 더 큰 직경으로 형성된다. 이 경우, 제 1 부분반사면(122)은 광투과면(121)을 통과하는 중심 법선에서 시계방향으로 125도 내지 135도의 각도를 유지하는 것이 바람직하다. 여기서, 제 1 부분반사면(122)은 상기 125도보다 작은 각도로 형성되는 경우, 제 2 부분반사면(123)에서 반사되는 광의 양이 적어지게 되어 발광소자용 렌즈의 전체 광 퍼짐량이 작아질 수 있다. 또한, 제 1 부분반사면(122)은 상기 135도의 각도보다 큰 각도를 가지는 경우, 제 1 부분반사면(122)에서 반사되는 빛의 대 부분이 발광소자용 렌즈의 측면으로 퍼지게 되므로, 발광소자용 렌즈를 통과하는 광의 전면 지향 특성과 광분포의 균일도가 나빠지게 된다.
여기서, 상기 제 1 부분반사면(122)의 최대 직경은 볼록부(110)의 최대 직경의 15% 내지 30%의 범위로 형성되는 것이 바람직하다. 제 1 부분반사면(122)은 볼록부(110)의 최대 직경의 15%보다 작은 직경으로 형성되는 경우, 볼록부(110)로 부분 반사되는 광의 양이 줄어들게 되어 광의 퍼짐도가 줄어들 수 있다. 또한, 제 1 부분반사면(122)은 볼록부(110)의 최대 직경의 30%의 범위보다 큰 직경으로 형성되는 경우, 광의 경로가 지지부(130) 측면으로 향하게 되므로, 발광소자용 렌즈를 통과하는 광의 전면 지향 특성과 광분포의 균일도가 나빠지게 된다.
상기 제 2 부분반사면(123)은 제 1 부분반사면(122)과 연결되고, 제 1 부분반사면(122)의 직경보다 더 큰 직경으로 형성된다. 또한, 제 2 부분반사면(123)은 광투과면(121)의 중심 법선과 수직하게 형성된다. 제 2 부분반사면(123)은 광투과면(121)에서 투과되는 광 이외에 2차적으로 광을 투과시키는 역할을 하므로, 암부가 발생할 수 있는 발광소자용 렌즈 중심의 광량을 더 보강하는 역할을 한다.
상기 제 2 부분반사면(123)의 최대 직경은 볼록부(110)의 최대 직경의 20% 내지 25%의 범위로 형성된다. 여기서, 제 2 부분반사면(123)의 최대 직경은 볼록부(110)의 최대 직경의 20%보다 작은 경우 발광소자용 렌즈 중심의 광량이 적어질 수 있으며, 25%보다 큰 경우, 발광소자용 렌즈 중심의 광량이 너무 많아져 광분포도의 면적이 작아질 수 있다.
상기 제 3 부분반사면(124)은 제 2 부분반사면(123)과 연결되어 형성되고, 제 2 부분반사면(123)의 직경보다 더 큰 직경으로 형성된다. 이 경우, 제 3 부분반사면(124)은 광투과면(121)의 중심 법선에서 시계방향으로 145도 내지 160도의 각도로 형성되는 것이 바람직하다. 제 3 부분반사면(124)은 광투과면(121)의 중심 법선에서 55보다 작은 각도로 형성되는 경우, 발광소자용 렌즈의 광 퍼짐면적이 적어질 수 있다. 또한, 제 3 부분반사면(124)은 광투과면(121)의 중심 법선에서 160도보다 큰 각도로 형성되는 경우, 제 3 부분반사면(124)에서 반사되는 광의 대부분이 발광소자용 렌즈의 측면으로 퍼져 발광소자용 렌즈의 전면 지향 특성과 광분포의 균일도가 나빠질 수 있다.
상기 지지부(130)는 볼록부(110)와 결합하여 형성된다. 또한, 지지부(130)의 직경은 인쇄회로 기판(10)과 충분한 결합 면적을 가지도록 볼록부(110)의 직경보다 큰 직경으로 형성된다. 이러한 지지부(130)는 지지부 확장면(131) 및, 지지부 투과면(132)을 포함하여 형성된다.
상기 지지부 확장면(131)은 볼록부(110)와 연결되어 결합한다. 또한, 지지부 확장면(131)의 직경은 볼록부(110)의 직경보다 더 큰 직경으로 형성된다.
상기 지지부 투과면(132)은 지지부 확장면(131)과 연결되어 형성된다. 지지부 투과면(132)은 광투과면의 중심법선과 수평하게 형성된다.
여기서, 상기 지지부(130)는 사각의 판형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 지지부(130)는 사각형의 판 형상으로 형성되어 사각형의 인쇄회로 기판(10)과 결합면적을 높이는 역할을 하게 된다.
상기 하부 결합부(140)는 오목부(120)와 대향하는 위치에 하부로 볼록하게 형성된다. 이러한 하부 결합부(140)는 인쇄회로 기판(10)의 발광칩(20) 및 캐비티(30)와 결합하여 인쇄회로 기판(10) 및 발광칩(20)과의 결합력을 향상시키는 역할을 한다. 여기서, 하부 결합부(140)의 최대 직경은 볼록부 투과면(111)의 최대 직경의 90% 내지 110% 사이의 직경으로 형성될 수 있다.
상기 볼록부(110), 오목부(120), 지지부(130) 및, 하부 결합부(140)를 포함하는 발광소자용 렌즈(100)는 투명한 고분자 수지 재질로 형성되며, 형광체 또는 확산제 가운데 적어도 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 발광소자용 렌즈(100)는 오목부(120)가 형성된 볼록부(110)가 구비되는 발광소자용 렌즈(100)는 광투과면(121)의 중심 법선을 기준으로 대칭을 이룬다. 따라서, 발광소자용 렌즈(100)는 발광칩(20)에 발생되는 광을 반구형의 형태로 퍼지게 한다.
이하에서는 상기한 발광소자용 렌즈의 작용 및 효과에 대해 설명하기로 한다. 도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자용 렌즈의 지향성을 도시한 그래프 및 발광소자용 렌즈를 통과한 광이 확산판에 맺힌 상태의 사진이다. 도 1e는 도 1d와 비교하기 위한 일반적인 발광소자용 렌즈의 그래프 및 사진이다. 도 1f는 도 1e의 비교예에 사용된 일반적인 발광소자용 렌즈의 단면도이다.
먼저, 도 1d의 좌측 그래프를 살펴 보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자용 렌즈는 중심휘도와 외각 휘도가 전면 방향에 고른 분포를 보이는 것을 알 수 있다. 또한, 도 1d의 우측 사진에서도 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자용 렌즈는 광분포가 동일한 휘도와 균일도를 보이는 것을 알 수 있다. 반면, 도 1f에 도시된 바와 같이, 비교예에 따른 일반적인 발광소자용 렌즈의 경우에는, 빛을 발광렌즈의 양 측면으로 분산시키는 특성이 강하다. 따라서, 도 1e의 좌측 그래프에 도시된 바와 같이, 측면 위주의 지향성을 가지고 있다. 또한, 도 1e의 우측 사진에서 보는 바와 같이, 일반적인 발광소자용 렌즈는 중앙에 암부 및 빛띠가 형성되는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자용 렌즈(100)는 도 1e 및 도 1f에 도시된 일반적인 발광소자용 렌즈보다 향상된 휘도와 균일도를 보이므로, 직하형의 LCD 백라이트용 발광다이오드의 결합시 휘도, 광분포도 및, 광균일도 측면에서 적합한 것을 알 수 있다. 이러한 이유는 본 발명의 발광소자용 렌즈(100)의 오목부(120)에 형성된 광투과면(121)과 제 2 부분반사면(123)에 의해 암부의 발생이 막아지기 때문이며, 볼록부(110), 제 1 부분반사면(122)과 제 3 부분반사면(124) 및 지지부(130)에 의해 광의 퍼짐면적이 증가되고, 광의 휘도 및 균일도가 향상되기 때문이다.
여기서, 도 1g를 보면, 광학거리 15mm에서 렌즈를 미적용한 상태의 광분포도 사진이 도시되었다. 또한, 도 1h를 보면, 광학거리 15mm에서 도 1g에 도시된 렌즈를 28.28mm 간격으로 4개 설치한 상태의 광분포도 사진이 도시되었다.
한편, 도 1i를 보면, 광학거리 15mm에서 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소 자용 렌즈(100)가 적용된 상태의 광분포도의 사진이 도시되었다. 또한, 도 1j를 보면, 광학거리 15mm에서 도 1h에 도시된 렌즈를 28.28mm 간격으로 4개 설치한 상태의 광분포도 사진이 도시되었다.
먼저, 도 1g와 도 1i를 비교하여 보면, 본 발명에 따른 발광소자용 렌즈를 적용했을 때의 광분포도가 렌즈 미적용 상태의 광분포도보다 약 2배 가량 향상된 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 발광소자용 렌즈(100)는 광분포도가 2배 가량 향상되므로 일반적인 발광소자보다 적은 갯수를 이용하여 LCD가 요구하는 밝기를 제공할 수 있다. 또한, 도 1h와 도 1j를 비교하여 보면, 도 1h에서는 4개의 소자 사이에 다크 존(Dark Zone)이 발생하고, 각각의 소자에 핫 스팟(Hot Spot)이 발생하여 광분포도가 고르지 않을 것을 알 수 있다. 반면, 도 j에서는 4개의 소자 사이에 다크 존(Dark Zone)과 핫 스팟(Hot Spot)이 발생하지 않고, 광분포도가 균일하게 형성되는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자용 렌즈(100)는 볼록부(110), 오목부(120), 지지부(130)의 형상이 광 분포도를 균일하게 하므로, 복수 개의 발광소자를 사용시에도 다크 존(Dark Zone) 및 핫 스팟(Hot Spot)이 발생되지 않는다. 따라서, 발광소자용 렌즈(100)는 LCD 백라이트 대용으로 이용할 경우, LCD에 요구되는 명암도 및 휘도를 제공할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자용 렌즈(100)는 트랜스퍼 몰딩 기법으로 발광소자용 패키지와 결합한다. 트랜스퍼 몰딩(Transfer molding) 기법은 발광소자용 패키지에 발광소자용 렌즈(100)의 외곽 형상이 형성되어 있는 금형으로 감싼 후, 금형 틀 내부에 형광체가 포함된 고분자 수지를 사출하여 발광소자용 패키지와 발광소자용 렌즈(100)를 일체형으로 형성하는 기법이다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자용 렌즈(100)는 트랜스퍼 몰딩 기법에 의해 제조 단계가 매우 간단해지므로, 제조비용이 감소되고 수율이 증가하게 된다. 더불어, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자용 렌즈(100)는 트랜스퍼 몰딩 기법에 의해 렌즈와 발광 소자용 패키지 사이의 계면이 존재하지 않게 되므로, 발광칩에서 발생된 광량의 감쇄가 일지나지 않아 발광 다이오드의 광효율을 극대화시킨다.
도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자용 렌즈의 사시도이다. 도 2b는 도 2a의 B-B선을 절개하여 본 단면도이다. 도 2c는 광학거리 15mm에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자용 렌즈가 적용된 상태의 광분포도 사진이다.
도 2a 및 도 2b에서는 발광소자용 렌즈이외에 발광소자와 결합한 발광소자 패키지가 더 도시되었다. 본 실시예에서는 전술한 실시예와 동일 또는 유사한 구성요소에 대해 동일한 구성요소를 사용하기로 하며, 중복되는 설명은 하지 않기로 한다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 다른 실시예에 따른 발광소자용 렌즈(200)는 볼록부(110)를 포함하여 형성된다. 또한, 발광소자용 렌즈(200)는 지지부(130) 및 하부 결합부(140)를 더 포함하여 형성된다. 또한, 발광소자용 렌즈(200)의 볼록부(110)에는 오목부(220)가 형성된다. 본 실시예에서는 볼록 부(110), 지지부(130) 및 하부 결합부(140)가 전술한 바와 동일 또는 유사하므로, 중복되는 설명을 하지 않기로 하며, 오목부(220)에 대해 중점적으로 설명하기로 한다.
상기 오목부(220)는 광투과면(221), 제 1 부분반사면(122), 제 2 부분반사면(123) 및, 제 3 부분반사면(124)을 포함하여 형성된다. 제 1 부분반사면(122), 제 2 부분반사면(123) 및, 제 3 부분반사면(124)은 전술한 실시예와 동일 또는 유사한 형상으로 형성되므로, 중복해서 설명하지 않기로 한다.
상기 광투과면(221)은 평면으로 형성된다. 이 경우, 광투과면(221)은 불록부 투과면(111)과 수평하게 형성된다. 또한, 광투과면(221)은 발광칩(20)의 상부 평면과 수평하게 형성된다. 여기서, 광투과면(221)은 전술한 실시예와 같이, 제 1 부분반사면(122)과 연결된다.
본 실시예에 따른 발광소자용 렌즈(200)의 광투과면(221)은 일반적인 발광소자용 렌즈(200)의 중심부에 형성될 수 있는 암부를 제거하는 역할을 한다. 더불어, 도 2c에서 보는 바와 같이, 발광소자용 렌즈(200)는 볼록부(110), 제 1 부분반사면(122)과, 제 2 부분반사면(123), 제 3 부분반사면(124) 및, 지지부(130)에 의해 휘도 및 광분포도가 균일하게 형성되고, 광 퍼짐면적이 2배 가량 증가하게 된다.
도 3a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광소자용 렌즈의 사시도이다. 도 3b는 도 3a의 C-C선을 절개하여 본 단면도이다. 도 3c는 광학거리 15mm에서 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광소자용 렌즈가 적용된 상태의 광분포도 사진이 다. 도 3a 및 도 3b에서는 발광소자용 렌즈 이외에 발광소자와 결합한 발광소자 패키지가 더 도시되었다. 본 실시예에서는 전술한 실시예와 동일 또는 유사한 구성요소에 대해 동일한 구성요소를 사용하기로 하며, 중복되는 설명은 하지 않기로 한다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광소자용 렌즈(300)는 볼록부(110)를 포함하여 형성된다. 또한, 발광소자용 렌즈(300)는 지지부(130) 및 하부 결합부(140)를 더 포함하여 형성된다. 또한, 발광소자용 렌즈(300)의 볼록부(110)에는 오목부(320)가 형성된다. 본 실시예에서는 볼록부(110), 지지부(130) 및 하부 결합부(140)가 전술한 바와 동일 또는 유사하므로 중복되는 설명을 하지 않기로 하며, 오목부(320)에 대해 중점적으로 설명하기로 한다.
상기 오목부(320)는 광투과면(121), 제 1 부분반사면(322) 및, 제 2 부분반사면(324)을 포함하여 형성된다. 또한, 오목부(320)는 둥근 모따기부(323)를 더 포함하여 형성된다. 여기서, 광투과면(121)은 전술한 바 있으므로, 이 부분에서 중복되는 설명은 피하기로 한다.
상기 제 1 부분반사면(322)은 광투과면(121)과 연결된다. 또한, 제 1 부분반사면(322)은 광투과면(121)보다 더 큰 직경으로 형성된다. 이 경우, 제 1 부분반사면(322)은 광투과면(121)을 통과하는 중심 법선에서 시계방향으로 125도 내지 135도 사이의 각도를 유지하는 것이 바람직하다. 여기서, 제 1 부분반사면(322)은 상기 125도보다 작은 각도로 형성되는 경우, 제 2 부분반사면(324)으로 반사시키는 광의 양이 적어지게 되어 발광소자용 렌즈의 광 퍼짐면적이 작아질 수 있다. 또한, 제 1 부분반사면은 상기 135도의 각도보다 큰 각도를 가지는 경우, 제 1 부분반사면(322)에서 반사되는 빛의 대부분이 발광소자용 렌즈의 측면으로 퍼지게 되므로, 발광소자용 렌즈를 통과하는 광의 전면 지향 특성이 나빠질 수 있다.
여기서, 상기 제 1 부분반사면(322)의 최대 직경은 볼록부(110)의 최대 직경의 15% 내지 35%의 범위로 형성되는 것이 바람직하다. 제 1 부분반사면(322)은 볼록부(110)의 최대 직경의 15%보다 작은 직경으로 형성되는 경우, 볼록부(110)로 부분 반사되는 광의 양이 줄어들게 되어 광의 퍼짐도가 줄어들 수 있다. 또한, 제 1 부분반사면(322)은 볼록부(110)의 최대 직경의 35%의 범위보다 큰 직경으로 형성되는 경우, 광의 경로가 지지부(130) 측면으로 향하게 되므로, 발광소자용 렌즈(300)를 통과하는 광의 전면 지향 특성이 나빠지게 된다.
상기 제 2 부분반사면(324)은 제 1 부분반사면(322)과 연결되어 형성되고, 제 1 부분반사면(322)의 직경보다 더 큰 직경으로 형성된다. 이 경우, 제 2 부분반사면(324)은 광투과면(121)의 중심 법선에서 시계방향으로 140도 내지 160도 사이의 각도로 형성되는 것이 바람직하다. 제 2 부분반사면(324)은 광투과면(121)의 중심 법선에서 50보다 작은 각도로 형성되는 경우, 발광소자용 렌즈(300)의 광 퍼짐량이 적어질 수 있다. 또한, 제 2 부분반사면(324)은 광투과면(121)의 중심 법선에서 160도보다 큰 각도로 형성되는 경우, 제 2 부분반사면(324)에서 반사되는 광의 대부분이 발광소자용 렌즈(300)의 측면으로 퍼져 발광소자용 렌즈(300)의 전면 지향 특성이 나빠질 수 있다.
상기 둥근 모따기부(323)는 제 1 부분반사면(322)과 상기 제 2 부분반사면(324)이 만나는 부위에 형성된다. 이러한 둥근 모따기부(323)는 제 1 부분반사면(322)과 제 2 부분반사면(324)이 만나는 부위에 형성되어 제 1 부분반사면(322)과 제 2 부분반사면(324) 사이를 통과하는 광이 줄어들이 암부 및 빛띄가 형성되는 것을 방지하게 된다.
본 실시예에 따른 발광소자용 렌즈(300)의 광투과면(121)은 일반적인 발광소자용 렌즈의 중심부에 형성될 수 있는 암부를 제거하는 역할을 한다. 더불어, 도 3c에서 보는 바와 같이, 발광소자용 렌즈(300)는 볼록부(110), 제 1 부분반사면(322)과, 제 2 부분반사면(324) 및, 지지부(130)에 의해 휘도 및 광분포도가 균일하게 형성되고, 광의 퍼짐 면적이 2배 가량 증가된다. 특히, 제 1 부분반사면(322)과 제 2 부분반사면(324)에는 둥근 모따기부(323)가 형성되어 제 1 부분반사면(322)과 제 2 부분반사면(324) 사이의 경계 부위에 암부 및 빛띠가 형성되는 것을 방지하게 되므로, LCD의 백라이트용 직하형 발광다이오드에 적합한 특성을 가지게 된다.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광소자용 렌즈의 사시도이다. 도 4b는 도 4a의 D-D선을 절개하여 본 단면도이다. 도 4c는 광학거리 15mm에서 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광소자용 렌즈가 적용된 상태의 광분포도 사진이다. 도 4a 및 도 4b에서는 발광소자용 렌즈 이외에 발광소자와 결합한 발광소자 패키지가 더 도시되었다. 본 실시예에서는 전술한 실시예와 동일 또는 유사한 구성요 소에 대해 동일한 구성요소를 사용하기로 하며, 중복되는 설명은 하지 않기로 한다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광소자용 렌즈(400)는 볼록부(110)를 포함하여 형성된다. 또한, 발광소자용 렌즈(400)는 지지부(130) 및 하부 결합부(140)를 더 포함하여 형성된다. 또한, 발광소자용 렌즈(400)의 볼록부(110)에는 오목부(420)가 형성된다. 본 실시예에서는 볼록부(110), 지지부(130) 및 하부 결합부(140)가 전술한 바와 동일 또는 유사하므로 중복되는 설명을 하지 않기로 하며, 오목부(420)에 대해 중점적으로 설명하기로 한다.
상기 오목부(420)는 광투과면(421), 제 1 부분반사면(322) 및, 제 2 부분반사면(324)을 포함하여 형성된다. 또한, 오목부(420)는 둥근 모따기부(323)를 더 포함하여 형성된다. 여기서, 제 1 부분반사면(322), 제 2 부분반사면(324) 및, 둥근 모따기부(323)는 전술한 바 있으므로, 이 부분에서 중복되는 설명은 피하기로 한다.
상기 광투과면(421)은 평면으로 형성된다. 이 경우, 광투과면(421)은 불록부 투과면(111)과 수평하게 형성된다. 또한, 광투과면(421)은 발광칩(20)의 상부 평면과 수평하게 형성된다. 여기서, 광투과면(421)은 제 1 부분반사면(322)과 연결된다.
본 실시예에 따른 발광소자용 렌즈(400)의 광투과면(421)은 일반적인 발광소자용 렌즈의 중심부에 형성될 수 있는 암부를 제거하는 역할을 한다. 더불어, 도 3 에서 보는 바와 같이, 발광소자용 렌즈(400)는 볼록부(110), 제 1 부분반사면(322)과, 제 2 부분반사면(324) 및, 지지부(130)에 의해 광분포도가 균일하게 형성되고, 광의 퍼짐면적이 2배 가량 증가된다. 특히, 제 1 부분반사면(322)과 제 2 부분반사면(324)에는 둥근 모따기부(323)가 형성되어 제 1 부분반사면(322)과 제 2 부분반사면(324) 사이의 경계 부위에 암부 및 빛띠가 형성되는 것이 방지된다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자용 렌즈의 사시도.
도 1b는 도 1a의 A-A선을 절개하여 본 단면도.
도 1c는 도 1b에 광경로를 도시한 단면도.
도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자용 렌즈의 지향성을 도시한 그래프 및 발광소자용 렌즈를 통과한 광이 확산판에 맺힌 상태의 사진.
도 1e는 도 1d와 비교하기 위한 일반적인 발광소자용 렌즈의 그래프 및 사진.
도 1f는 도 1e의 비교예에 사용된 일반적인 발광소자용 렌즈의 단면도.
도 1g는 광학거리 15mm에서 렌즈를 미적용한 상태의 광분포도 사진.
도 1h는 광학거리 15mm에서 도 1g에 도시된 렌즈를 28.28mm 간격으로 4개 설치한 상태의 광분포도 사진.
도 1i는 광학거리 15mm에서 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자용 렌즈가 적용된 상태의 광분포도 사진.
도 1j는 광학거리 15mm에서 도 1h에 도시된 렌즈를 28.28mm 간격으로 4개 설치한 상태의 광분포도 사진.
도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자용 렌즈의 사시도.
도 2b는 도 2a의 B-B선을 절개하여 본 단면도.
도 2c는 광학거리 15mm에서 2a의 발광소자용 렌즈가 적용된 상태의 광분포도 사진.
도 3a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광소자용 렌즈의 사시도.
도 3b는 도 3a의 C-C선을 절개하여 본 단면도.
도 3c는 광학거리 15mm에서 3a의 발광소자용 렌즈가 적용된 상태의 광분포도 사진.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광소자용 렌즈의 사시도.
도 4b는 도 4a의 D-D선을 절개하여 본 단면도.
도 4c는 광학거리 15mm에서 4a의 발광소자용 렌즈가 적용된 상태의 광분포도 사진.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 ; 인쇄회로 기판 20 ; 발광칩
100 ; 발광소자용 렌즈 110 ; 볼록부
111 ; 불록부 투과면 112 ; 볼록부 부분반사면
120 ; 오목부 121, 221, 421 ; 광투과면,
122, 322 ; 제 1 부분반사면 123, 324 ; 제 2 부분반사면
124 ; 제 3 부분반사면 130 ; 지지부
140 ; 하부 결합부

Claims (15)

  1. 볼록부가 구비되어 광을 분산시키는 발광소자용 렌즈에 있어서,
    상기 볼록부는 상기 볼록부의 최대 직경보다 작은 직경으로 상기 볼록부의 일부에 오목하게 형성되는 오목부가 형성되고,
    상기 오목부는 상기 오목부의 하부에 형성되는 광투과면을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 발광소자용 렌즈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼록부는
    중앙에 상기 오목부가 형성되는 볼록부 투과면; 및
    상기 볼록부 투과면과 연결되며, 상기 볼록부 투과면의 중심 법선에서 시계방향으로 120도 내지 140도 사이의 각도로 형성되는 볼록부 부분반사면을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 발광소자용 렌즈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 볼록부 부분반사면은
    상기 볼록부의 외곽부로 볼록한 곡률을 갖고, 상기 곡률은 코닉 상수 K가 -2.5 내지 -1.5 사이로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광소자용 렌즈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광투과면의 최대 직경은
    상기 볼록부의 최대 직경의 3% 내지 7%로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광소자용 렌즈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광투과면은 반구형 곡면 또는 평탄면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광소자용 렌즈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 오목부는
    상기 광투과면;
    상기 광투과면의 직경보다 더 큰 직경으로 형성되고, 상기 광투과면을 통과하는 중심 법선에서 시계방향으로 125도 내지 135도의 각도를 유지하며 연결되는 제 1 부분반사면;
    상기 제 1 부분반사면의 직경보다 더 큰 직경으로 형성되고, 상기 제 1 부분반사면과 연결되며, 상기 광투과면의 중심 법선과 수직하게 형성되는 제 2 부분반사면; 및
    상기 제 2 부분반사면의 직경보다 더 큰 직경으로 형성되고, 상기 제 2 부분반사면과 연결되며, 상기 광투과면의 중심법선에서 시계방향으로 145도 내지 75도 의 각도를 유지하며 연결되는 제 3 부분반사면; 을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 발광소자용 렌즈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 부분반사면의 최대 직경은
    상기 볼록부의 최대 직경의 15% 내지 30%의 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광소자용 렌즈.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 부분반사면의 최대 직경은
    상기 볼록부의 최대 직경의 20% 내지 25%의 범위로 형성되는 것을 특징으로 하느 발광소자용 렌즈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 오목부는
    상기 광투과면;
    상기 광투과면보다 더 큰 직경으로 형성되고, 상기 광투과면과 연결되며, 상기 광투과면을 통과하는 중심 법선에서 시계방향으로 125도 내지 135도의 각도로 형성되는 제 1 부분반사면; 및
    상기 제 1 부분반사면보다 더 큰 직경으로 형성되고, 상기 제 1 부분반사면 과 연결되며, 상기 광투과면을 통과하는 중심 법선에서 시계방향으로 140도 내지 160도의 각도로 형성되는 제 2 부분반사면; 을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 발광소자용 렌즈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 부분반사면과 상기 제 2 부분반사면이 만나는 부위에는 둥근 모따기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광소자용 렌즈.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 부분반사면의 최대 직경은
    상기 볼록부의 최대 직경의 15% 내지 35%의 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광소자용 렌즈.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼록부와 결합하여 형성되며, 상기 볼록부의 직경보다 더 큰 직경으로 형성되는 지지부;를 더 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 발광소자용 렌즈.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 지지부는 사각의 판형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광소자용 렌즈.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 오목부와 대향하는 위치에 하부로 볼록하게 형성되는 하부 결합부를 더 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자용 렌즈.
  15. 볼록부가 구비되어 광을 분산시키는 발광소자용 렌즈에 있어서,
    상기 볼록부는 상기 볼록부의 최대 직경보다 작은 직경으로 상기 볼록부의 일부에 오목하게 형성되는 오목부가 형성되고,
    상기 오목부는 내주면에 원형 테두리 형상의 경계가 형성되고, 상기 오목부는 상기 경계를 기준으로 나누어지는 부분반사면을 형성하며, 상기 오목부는 상기 부분반사면의 하부 최저점에 광투과면을 형성하는 것을 특징으로 하는 발광소자용 렌즈.
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