KR20110081841A - Ｌｅｄ를 위한 로우 프로파일의 측면 방출형 ｔｉｒ 렌즈 - Google Patents

Ｌｅｄ를 위한 로우 프로파일의 측면 방출형 ｔｉｒ 렌즈 Download PDF

Info

Publication number
KR20110081841A
KR20110081841A KR1020117010583A KR20117010583A KR20110081841A KR 20110081841 A KR20110081841 A KR 20110081841A KR 1020117010583 A KR1020117010583 A KR 1020117010583A KR 20117010583 A KR20117010583 A KR 20117010583A KR 20110081841 A KR20110081841 A KR 20110081841A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
waveguides
optical element
light
led
optical
Prior art date
Application number
KR1020117010583A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101703831B1 (ko
Inventor
세르주 제이. 비어휘젠
그레고리 더블유. 엥
Original Assignee
필립스 루미리즈 라이팅 캄파니 엘엘씨
코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 필립스 루미리즈 라이팅 캄파니 엘엘씨, 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. filed Critical 필립스 루미리즈 라이팅 캄파니 엘엘씨
Publication of KR20110081841A publication Critical patent/KR20110081841A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101703831B1 publication Critical patent/KR101703831B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0028—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed refractive and reflective surfaces, e.g. non-imaging catadioptric systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
    • G02B19/0061—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a LED
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
    • G02B19/0071—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source adapted to illuminate a complete hemisphere or a plane extending 360 degrees around the source
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
    • G02B6/0015—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/002—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it by shaping at least a portion of the light guide, e.g. with collimating, focussing or diverging surfaces
    • G02B6/0021—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it by shaping at least a portion of the light guide, e.g. with collimating, focussing or diverging surfaces for housing at least a part of the light source, e.g. by forming holes or recesses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
    • G02B6/0023—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed between the light guide and the light source, or around the light source
    • G02B6/0028—Light guide, e.g. taper
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
    • G02B6/0023—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed between the light guide and the light source, or around the light source
    • G02B6/0031—Reflecting element, sheet or layer

Abstract

LED 다이를 위한 로우 프로파일의 측면 방출형 렌즈는 중심 측면 방출형 렌즈로부터 방사상으로 뻗어나가는 2 계층의 상이한 도파관들(30, 34)을 갖는다. LED(12)는 중심 측면 방출형 렌즈(28) 내로 광을 방출하고, 그 렌즈는 LED 광을 LED 다이의 상단 표면에 거의 평행하게 밖을 향해 내부적으로 반사시키는 만곡된 표면(26)을 갖는다. 중심 렌즈는 LED 광을 밖을 향해 반사시키기 위해 필요한 2㎜의 높이를 갖는다. 각각 1㎜의 높이를 갖는 하부 계층의 도파관들은 중심 렌즈의 하측 절반부의 주변부로부터 방사상으로 뻗어나가고, 각각 1㎜의 높이를 갖는 상부 계층의 도파관들은 중심 렌즈의 상측 절반부의 주변부로부터 방사상으로 뻗어나간다. 상부 계층 및 하부 계층의 도파관들의 광 출력 영역들은 서로 평행하여서, 방출 영역을 감소시키지 않고서, 2㎜ 높이의 측면 방출이 1㎜ 측면 방출로 감소된다.

Description

ＬＥＤ를 위한 로우 프로파일의 측면 방출형 ＴＩＲ 렌즈{LOW PROFILE SIDE EMISSION TIR LENS FOR LED}
본 발명은 발광 다이오드(LED)를 위한 렌즈에 관한 것이고, 구체적으로는 측면 방출을 위한 매우 낮은 프로파일의 렌즈에 관한 것이다.
전형적으로, LED 다이들은 매우 넓은 각도, 전형적으로는 그것의 중심축으로부터 90까지 벗어나서 광을 방출하는데, 여기에서 중심축은 LED 다이의 주 표면(major surface)에 수직이다. 얇은 액정 디스플레이(LCD)의 백라이트를 위해 얇은 직사각형의 도파관 내로 광을 커플링하기 위한 것과 같은 일부 응용들에서, LED는 그것이 단지 낮은 각도 내에서 그 중심축에 대체적으로 수직하게 광을 방출하게 하기 위한 광학계(optics)를 구비한다. 그러한 경우에서, LED의 주 표면은 도파관의 방출 표면에 평행하며, 측면 방출형 렌즈의 전체 광 방출 부분은 도파관 내에 있거나 도파관의 측면(side)에 광학적으로 연결된다.
도 1은 하나의 그러한 종래 기술의 측면 방출형 LED 구조(10)의 측면도이다. LED 다이(12)는 LED 다이(12)의 하부 전극들에 접촉하는 상부 전극들을 갖는 서브마운트(14) 상에 실장된다. 전형적으로, 서브마운트의 상부 전극들은 LED 다이(12)에 전력을 공급하기 위한 회로 보드로의 접속을 위해, 리드들(leads) 또는 비아들에 의해 서브마운트(14)의 상단, 측면 또는 하단 상의 강건한(robust) 단자들에 접속된다. LED 방출을 다른 파장으로 변환하여 다양한 컬러들 중 임의의 컬러를 달성하기 위해, 인광체 층(도시되지 않음)이 LED 다이(12) 위에 형성될 수 있다. 광이 LED 다이의 주 표면에 수직하게 빠져나오는 것을 차단하고, 본질적으로 모든 광을 LED 다이(12) 내로 또는 측면들 밖으로 다시 반사시키기 위해 금속층과 같은 반사층(16)이 LED 다이(12)의 상단 위에 형성된다.
도 1의 측면 방출형 LED 구조는 백라이팅을 위해 얇은 도파관에 광을 제공하기 위해 그것을 이용할 때, 적어도 이하의 단점들을 갖는다. 그 구조는 약 90°로 측면을 빠져나가는 일부 광선들에 의해 도시된 바와 같이, 바람직하지 못한 넓은 각도의 측면 광 방출을 갖는다. 거울(16)은 광을 LED 다이(12) 내로 다시 반사시키며, 이는 광이 측면들을 빠져나가기 전의 복수의 내부 반사로 귀결되는데, 각각의 반사는 광을 약하게 한다. 거울(16)은 100％ 반사성은 아니다. 그리고, 반사층을 형성하는 것은 복잡한 단계이다.
광을 LED 다이의 주 표면에 평행하게 지향시키기 위해, 반사층(16)을 대신하여 전반사(TIR)를 이용하는 측면 방출형 렌즈를 LED 위에 제공하면, 위에 기술된 단점들이 방지된다. 그러나, 그러한 렌즈는 LED 구조의 두께를 1㎜ 훨씬 넘게 증가시킨다. 측면 방출 광은 그 측면 방출의 높이보다 낮은 두께를 갖는 도파관 내로는 효율적으로 커플링되지 못한다.
도 2는 TIR을 이용하는 종래 기술의 측면 방출형 렌즈(20)의 단면도이다. 렌즈의 측면으로부터 방출되는 다양한 광선들이 도시되어 있다. 그러한 렌즈는 여기에 참조에 의해 포함되는 미국 특허 제6,473,554호에 개시되어 있다. 렌즈는 원형이며, 그것의 중심축에 대해 대칭이다. LED 다이(12)는 일반적으로 0.6-1.5㎜의 폭을 갖고, 렌즈(20)의 내부 각들(inner angles)은 일반적으로 LED(12) 다이의 상단 표면에 평행하게 광을 반사시켜야 하므로, 렌즈(20)의 요구되는 높이는 물리학에 의해 좌우될 수 있으며, 필연적으로 1㎜보다 크다. 약 1㎜ 폭의 LED에 대하여, 렌즈(20)의 요구되는 높이는 적어도 2㎜이다. 렌즈(20)의 직경을 증가시키면, 더 많은 LED 광이 렌즈(20)의 상단 표면에 의해 측방향으로 반사될 것이므로, 광 방출 각도가 감소된다.
렌즈(20)는 광을 1㎜ 두께의 도파관 내로 효율적으로 커플링하기 위해서는 이용될 수 없다.
소형의 백라이트 디스플레이를 요구하는 많은 소형의 소비자 장치들이 존재한다. 그러한 디스플레이들의 두께를 감소시키는 것이 목표이며, 디스플레이의 두께를 감소시키는 한 방법은 백라이트 도파관의 두께를 감소시키는 것이다. 1㎜ 도파관과 같은 얇은 도파관 내로 광을 효율적으로 커플링할 수 있는 측면 방출형 LED 구조를 생성하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 일 실시예에서, LED 다이를 위한 낮은 프로파일의 측면 방출형 렌즈는 2 계층의 상이한 도파관들을 갖는다. 렌즈의 중심 부분은 LED 다이의 중심을 향하는 첨단(cusp)을 갖는 소용돌이 형상(vortex shape)을 갖는다. 소용돌이 형상의 내부 각들은 LED 광을 LED 다이의 상단면에 대체적으로 평행하게 내부적으로 반사시킨다. 중심 소용돌이 부분(central vortex portion)은 일 실시예에서 약 2㎜의 높이를 갖는다. 따라서, 광은 중심 소용돌이 부분의 주변부(periphery)로부터, 2㎜ 높이의 360°광의 링으로서 방출될 것이다.
각각 1㎜의 일정한 두께를 가지며, 중심 소용돌이 부분의 하측 절반부로부터 방출된 모든 광을 하부 계층의 도파관들의 광 출력 영역들로 가이드하는 하부 계층의 직사각형 도파관들이, 중심 소용돌이 부분의 하측 절반부의 주변부로부터 방사상으로 뻗어나간다. 각각 1㎜의 일정한 두께를 가지며, 중심 소용돌이 부분의 상측 절반부로부터 방출된 모든 광을 상부 계층의 도파관들의 광 출력 영역들로 가이드하는 상부 계층의 도파관들이, 중심 소용돌이 부분의 상측 절반부의 주변부로부터 방사상으로 뻗어나간다. 상부 계층의 도파관들 각각은, 상부 계층의 도파관들의 광 출력 영역들이 하부 계층의 도파관들의 광 출력 영역들과 동일한 평면 내에 있도록 아래쪽으로 기울어진 부분(downward angle portion)을 갖는다. 그러므로, 중심 소용돌이 부분으로부터 출력된 2㎜ 높이의 측면 방출은 상부 계층 및 하부 계층의 도파관들의 조합에 의해 1㎜ 측면 방출로 감소된다. LED 다이로부터의 모든 광은 1㎜ 이하의 높이를 갖는 매우 얇은 360°링의 형상을 효율적으로 갖게 된다. 물론, 다른 높이의 광 방출도 획득될 수 있다.
상기에 설명된 기법은 도 2의 종래 기술의 렌즈의 측면 방출 높이를 절반으로 감소시킨다.
측면 방출형 렌즈의 더 큰 직경은 방출 원뿔 각(emission cone angle)을 감소시킨다. 전형적으로, 직경은 0.5㎝와 3㎝ 사이일 것이다.
다른 실시예에서, 측면 방출형 렌즈의 외측 주변부가 도파관들 사이에 갭을 갖지 않도록, 상부 계층 및 하부 계층의 도파관들은 직사각형이 아니라 웨지 형상을 갖는다.
모든 반사가 TIR에 의해 달성되므로, 어떠한 반사층(예를 들어, 금속층)도 LED 다이 위에 또는 도파관들 위에 형성될 필요가 없다.
측면 방출형 렌즈가 LCD 백라이트를 위해 1㎜ 도파관 내로의 커플링을 위해 백색 광을 방출하도록, LED는 인광체 층을 가질 수 있다. LED 구조는 광을 도파관 내로 광학적으로 커플링하기 위해 도파관 내에 형성된 홀 내에 삽입될 수 있다.
도 1은 단순한 종래 기술의 측면 방출형 LED 구조의 측면도이다.
도 2는 TIR을 이용하는 종래 기술의 측면 방출형 렌즈의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로우 프로파일의 측면 방출형 렌즈의 일 실시예의 상측 사시도이다.
도 4는 도 3의 렌즈의 상면도이다.
도 5는 도 3의 렌즈의 측면도이다.
도 6은 도 3의 라인 6-6을 따라 절취한, 도 3의 렌즈의 단면도이다.
도 7은 도 3의 라인 7-7을 따라 절취한, 도 3의 렌즈의 단면도이다.
도 8은 로우 프로파일의 측면 방출형 렌즈의 다른 실시예의 상측 사시도이다.
도 9는 도 8의 렌즈의 상면도이다.
도 10은 도 8의 렌즈의 측면도이다.
도 11은 본 발명의 LED 및 측면 방출형 렌즈를 포함하는, 소형 LCD의 백라이트를 위한 1㎜ 폴리머 도파관의 사시도이다.
도 12는 측면 방출형 렌즈와 함께 이용될 수 있는, 백색과 같은 임의의 컬러의 광을 생성하기 위한 인광체 코팅을 갖는 종래 기술의 청색 또는 UV LED 다이의 단면도이다.
도 13은 측면 방출형 렌즈와 함께 이용될 수 있는, 확산 유리판 또는 인광체 판을 갖는 LED 다이의 단면도이다.
다양한 도면들에서 동일한 번호로 식별된 요소들은 동일하거나 유사한 것들이다.
도 3은 측면 방출형 렌즈(24)의 일 실시예를 도시한 것이다. 도 4 및 도 5는 렌즈(24)의 상이한 도면들이다. 도 6은 도 3의 라인 6-6을 따른 단면이고, 도 7은 도 3의 라인 7-7을 따른 단면이다. 도 5는 렌즈(24) 아래로 연장하는 서브마운트(14) 또는 회로 보드의 부분을 도시한 것이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 렌즈의 중심 부분(26)은 LED 다이(12) 위에 중심을 갖는 하향 첨단(28)을 갖는 대칭의 소용돌이 형상을 가져서, LED 광이 임계각보다 더 큰 각도에서 렌즈 표면에 충돌하는 것으로 인해, 그 소용돌이 형상의 만곡된 표면(curved surface)은 충돌하는 광의 실질적으로 전부를 대체로 측방향으로 내부적으로 반사시키게 된다. 중심 부분(26)을 통한 광의 일부 누설이 있을 수 있긴 하지만, 그러한 누설은 LED 다이(12)의 주 표면에 의해 방출되는 전체 광의 10％ 미만이어야 한다. 중심 부분(26)의 외측 벽은 원통형이다.
다이(12)는 도 1의 서브마운트(14)와 같은 서브마운트 상에 실장될 수 있으며, 그 다음 그 서브마운트는 회로 보드 상에 실장될 수 있다. 중심 부분(26)은 LED 다이(12)를 캡슐화하기 위해 LED 다이(12) 위에 몰딩된 실리콘(silicone), 폴리머 또는 기타 투명한 재료일 수 있다. LED 다이(12)를 고굴절률의 굴절 실리콘으로 형성된 오버몰딩된 중심 부분(26)으로 캡슐화함으로써, 중심 부분(26)으로의 광 커플링이 양호해진다.
도 3 내지 도 7에 도시된 실시예에서, 중심 부분의 광 출사 높이는 2㎜이고, 그것의 직경은 약 5㎜이다. LED 다이(12)의 크기에 기초하여, 다른 치수들도 이용될 수 있다. 적합한 TIR을 위해 요구되는 소용돌이의 내측 표면의 곡률을 달성하기 위해, LED 다이의 폭이 넓을수록 중심 부분(26)의 두께가 커져야 할 것이다. 측면광(sidelight)은 전형적으로 중심 부분(26)으로부터 30°각도 내로 방출되는데, 이는 광이 0°각도에서 방출될 때의 휘도의 절반이 되는 각도에 의해 결정된다. 반사되는 광의 가장 밝은 부분은 0°각도 부근의 좁은 범위 내에 있으므로, 그러한 각도 내의 광은 LED 다이의 주 표면에 실질적으로 수직한 것으로 고려된다.
따라서, 본 예에서, 광은 중심 부분(26)의 외측 원통형 벽으로부터, 2㎜ 두께의 링으로서 좁은 각도로 출사될 것이다. 중심 부분의 직경이 클수록, 각도가 더 좁아진다.
그 다음, 두께가 1㎜인 직사각형 도파관들(30)의 방사상 어레이가 중심 부분(26)의 하측 절반부 둘레에 형성되어, 하부 계층의 도파관들을 형성한다. 도파관들(30)은 중심 부분(26)에 직접 몰딩함으로써 형성될 수 있고, 또는 별도로 형성되어 중심 부분(26) 위에 피팅됨으로써 형성될 수 있다. 중심 부분(26)과 도파관들(30) 간에 작은 에어갭도 있을 수 있다. 중심 부분(26)의 하측 절반부에 의해 방출되는 모든 광은 도파관들(30) 내로 광학적으로 커플링되고, 도 3 및 도 7에서 광선(32)에 의해 도시된 바와 같이, 도파관들(30)은 그러한 광을 도파관들(30)의 각각의 단부들 밖으로 지향시킨다. 전형적으로, 도파관들(30)은 중심 부분(26)을 형성하기 위해 이용된 것과 동일한 투명 재료로 이루어질 것이다. 본 예에서는, 하부 계층의 도파관들에 대하여 8개의 도파관(30)이 도시되어 있지만, 더 많거나 더 적게 존재할 수 있다.
그 다음, 1㎜의 일정한 두께를 갖는 제2의 도파관들(34)의 방사상 어레이가 중심 부분(26)의 상측 절반부 둘레에 형성되어, 상부 계층의 도파관들을 형성한다. 아래쪽으로 기울어진 부분(downward angled portion)(36)은 중심 부분(26)의 상측 절반부로부터 방출된 모든 광을 하부 계층의 도파관들(30)로부터 출력된 광과 동일한 평면 내에 있도록 가이드한다. 그러한 광 가이드는 도 3 및 도 6에서 광선들(38)에 의해 도시되어 있다. 도파관들(34)은 전형적으로 중심 부분(26)을 형성하는 데에 이용된 것과 동일한 투명 재료로 이루어질 것이다. 도파관들(34)은 중심 부분(26) 위에 직접 몰딩함으로써, 또는 별도로 형성되어 중심 부분(26) 위에 피팅됨으로써 형성될 수 있다. 중심 부분(26)과 도파관들(34) 사이에 작은 에어 갭도 있을 수 있다. 본 예에서는, 하부 계층의 도파관들(30)의 사이를 채우기 위해, 8개의 도파관(34)이 도시되어 있다. 상부 계층의 도파관들(34)의 개수는 하부 계층의 도파관들(30)의 개수와 동일할 것이다.
모든 광이 1㎜ 이상의 두께를 갖는 백라이트 도파관 내로 효율적으로 커플링될 수 있도록, 도파관들(30/34)의 출력에서의 측면 방출형 렌즈(24)의 높이는 단 1㎜이다. 중심 부분(26)의 2㎜ 높이의 원통형 벽의 전체 방출 영역은 1㎜ 높이의 도파관들(30/34)의 전체 방출 영역과 동일하다. "더 평평한(flatter)" 360°의 광 링을 생성하기 위해, 측면 방출형 렌즈(24)의 직경을 증가시키면 방출 원뿔 각은 좁아진다.
도파관들(30 및 34)의 광 출력 영역들 사이의 어떠한 어두운 영역도 방지하기 위해, 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 도파관들은 웨지 형상을 가질 수 있다. 그러한 경우에서, 광 출력 영역은 중심 부분(26)의 방출 영역보다 크다. 도 8은 하부 계층의 도파관들(40)과 상부 계층의 도파관들(42)을 도시하고 있는데, 여기에서 도파관들(42)은 아래를 향해 기울어진 부분(44)을 갖는다. 동작은 도 3 내지 도 7을 참조하여 설명된 것과 동일하다. 도 8 내지 도 10의 측면 방출형 렌즈(46)의 출력의 높이(예를 들어, 1㎜)는 중심 부분(26)의 높이의 약 절반이다. 렌즈(46)는 도 3 내지 도 7의 렌즈(24)와 동일한 방식으로 제조될 수 있다.
LED 다이들이 약 1㎜ 보다 작은 폭을 가지면, 중심 부분(26)의 광 출사 높이는 2㎜ 보다 작을 수 있고, 측면 방출 도파관들은 1㎜ 보다 작은 출력 높이를 가질 수 있다.
두 실시예 모두에서, 도파관들의 전체 광 출력 영역은 중심 부분(26)의 광 출력 영역보다 크거나 그와 동일하기 때문에, 중심 부분(26)의 에텐듀(etendue)는 도파관들의 에텐듀보다 작거나 그와 동일하고, 따라서 불일치하는 에텐듀들로 인한 손실은 존재하지 않는다. 일반적으로, 여기에 설명된 광학적 기법은 TIR을 사용하기만 하면서도, 광 출력 영역을 감소시키기 않고서 소스 광 방출의 높이를 감소시킨다.
측면 방출형 렌즈가 많은 목적을 위해 이용될 수 있긴 하지만, 중요한 목적은 측면 광을 도파관 내로 커플링하는 것이다. 도 11은 1㎜의 두께를 갖는 투명한 폴리머 도파관(50)을 도시한 것이다. 도파관(50) 내의 홀 내에 삽입된 측면 방출형 렌즈(24 또는 46)가 도시되어 있다. 측면 방출형 렌즈 내의 도파관들(30/34)의 단부들은 도파관(50) 내의 홀의 내측 벽에 인접할 수 있고, 또는 작은 에어 갭이 존재할 수 있다. 중심 부분(26)의 높이가 도파관(50)의 두께보다 큰 경우, 렌즈의 중심 부분(26)은 도파관(50)의 위로 또는 아래로 연장할 것이다. 도파관(50)은 모든 광을 그것의 상단면을 향해 재지향시키기 위해, 그것의 하단면 상에 기울어진 반사기를 포함할 수 있다 (또는 조면화될 수 있다). 이러한 방식으로, 도파관(50)의 상단면은 LCD를 백라이팅하기 위한 균일한 광을 방출한다. 도파관(50)은 일반적인 조명을 위해, 또는 소정의 다른 목적을 위해 대신 이용될 수 있다.
도 12는 측면 방출형 렌즈에 의해 오버몰딩될 수 있는 LED 구조의 단면도이다. 서브마운트(14) 상에 실장된 LED 다이(52)는 청색 또는 UV 광을 방출할 수 있다. YAG 또는 적색, 녹색 또는 청색 인광체의 임의의 조합과 같은 인광체(54)가 LED 다이(52)를 덮고, 따라서 결과적인 광 방출은 백색 또는 임의의 다른 컬러일 수 있다. 다른 실시예에서, 인광체가 사용되지 않거나, 인광체는 렌즈 위에 또는 렌즈 밖에와 같이, 떨어져서 위치된다.
도 13은 측면 방출형 렌즈에 의해 오버몰딩될 수 있는 다른 LED 구조의 단면도이다. 서브마운트(14) 상에 실장된 LED 다이(56)는 청색 또는 UV 광을 방출할 수 있다. 그 다음, 출력 파장을 확산 및/또는 변경하기 위해, 확산성의 유리판 또는 인광체 판(58)이 LED 다이(56)의 상단 표면에 부착된다.
일 실시예에서, LED 다이는 그것의 성장 기판을 제거시키고, 10 마이크로미터보다 작은 두께를 갖는다. LED 위의 임의의 인광체 또는 확산성 유리는 0.5㎜ 보다 작은 두께를 가질 수 있다. LED의 전형적인 두께 범위는, 바람직하게는 LED 위에 몰딩된 측면 방출형 렌즈의 두께에 영향을 주지 않아야 한다.
본 발명의 특정한 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 기술분야에 지식을 가진 자들에게는, 넓은 국면들에서 본 발명을 벗어나지 않고서 변경 및 수정이 이루어질 수 있음이 분명할 것이고, 따라서 첨부된 청구항들은 그들의 범위 내에서 그러한 모든 변경들 및 수정들을 본 발명의 진정한 취지 및 범위 내에 드는 것으로서 포함해야 한다.

Claims (15)

  1. 조명 시스템(light system)으로서,
    발광 다이오드(LED) - 상기 LED는 광을 방출하는 주 표면(major surface)을 가짐 -;
    상기 LED 위의 제1 광학 소자 - 상기 제1 광학 소자는, 상기 주 표면에 의해 방출된 광의 대부분이 전반사(TIR)에 의해 상기 주 표면에 실질적으로 평행한 방향으로 재지향되도록 만곡된 표면(curved surface)을 갖고, 상기 제1 광학 소자로부터 방출된 실질적으로 모든 광은 상기 제1 광학 소자의 제1 표면 영역을 통하고, 상기 제1 표면 영역은 상기 주 표면에 실질적으로 수직한 방향으로 제1 높이를 가짐 -; 및
    상기 제1 광학 소자의 상기 제1 표면 영역을 통해 방출된 실질적으로 모든 광을 수신하기 위해 상기 제1 광학 소자에 광학적으로 결합된 제2 광학 소자 - 상기 제2 광학 소자는 상기 제1 높이보다 실질적으로 낮은 제2 높이의 광 출력 영역을 갖고, 상기 광 출력 영역에 의해 방출된 광의 대부분은 상기 LED의 상기 주 표면에 실질적으로 평행한 방향으로 방출되고, 상기 제2 광학 소자의 상기 광 출력 영역은 상기 제1 표면 영역과 거의 동일하거나 그보다 큰 제2 표면 영역을 가짐 -
    를 포함하는 조명 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광학 소자는 실질적으로 원통형인 측벽을 갖는 대칭의 원형 바디를 포함하며, 광은 상기 측벽을 통해 상기 제1 광학 소자를 빠져나가고, 상기 제1 광학 소자의 상단 표면은 첨단(cusp) 및 소용돌이(vortex) 형상을 가지며, 상기 LED의 주 표면은 실질적으로 상기 첨단 아래에 중심을 갖고, 상기 상단 표면은 LED 광을 상기 주 표면에 실질적으로 평행한 방향으로 TIR에 의해 반사시키는 조명 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 광학 소자는,
    복수의 제1 도파관 - 상기 제1 도파관들 각각은 광 입력단 및 광 출력단을 갖고, 상기 복수의 제1 도파관은 상기 제1 광학 소자 둘레에 방사상으로 배열되어 상기 제1 도파관들 각각의 상기 광 입력단이 상기 제1 광학 소자의 상기 제1 표면 영역의 제1 섹션으로부터만 광을 수신하도록 광학적으로 결합됨 -; 및
    복수의 제2 도파관 - 상기 제2 도파관들 각각은 광 입력단 및 광 출력단을 갖고, 상기 복수의 제2 도파관은 상기 제1 광학 소자 둘레에 방사상으로 배열되어 상기 제2 도파관들 각각의 상기 광 입력단이 상기 제1 광학 소자의 상기 제1 표면 영역의 제2 섹션으로부터만 광을 수신하도록 광학적으로 결합됨 -
    를 포함하고,
    상기 제1 도파관들 및 상기 제2 도파관들의 광 출력단들은 동일한 제1 평면 내에 있고, 상기 제1 도파관들 및 상기 제2 도파관들의 광 입력단들은 상이한 평면들 내에 있는 조명 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 광학 소자는 실질적으로 원통형인 측벽을 갖는 대칭의 원형 바디를 포함하며, 광은 상기 측벽을 통해 상기 제1 광학 소자를 빠져나가고, 상기 제1 광학 소자의 상단 표면은 첨단 및 소용돌이 형상을 가지며, 상기 LED의 주 표면은 실질적으로 상기 첨단 아래에 중심을 갖고, 상기 상단 표면은 LED 광을 상기 주 표면에 실질적으로 평행한 방향으로 TIR에 의해 반사시키며,
    상기 제1 광학 소자의 상기 제1 표면 영역의 상기 제1 섹션은 상기 실질적으로 원통형인 측벽의 제1 절반부이고, 상기 제1 광학 소자의 제1 표면 영역의 상기 제2 섹션은 상기 실질적으로 원통형인 측벽의 제2 절반부인 조명 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 도파관들 및 상기 제2 도파관들은 직사각형의 단면을 갖는 조명 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1 도파관들은 직사각형인 조명 시스템.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제2 도파관들은 입사 평면에서 들어오는 광을 상기 입사 평면과는 다른 상기 제1 평면 내에서 상기 제2 도파관들로부터 빠져나가도록 재지향시키는 기울어진 부분(angled portion)을 갖는 조명 시스템.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제1 도파관들의 상기 광 입력단들은 상기 제1 평면 내에 있고, 상기 제2 도파관들의 상기 광 입력단들은 상기 제1 평면과는 다른 제2 평면 내에 있는 조명 시스템.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 제1 도파관들은 웨지 형상인 조명 시스템.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 제2 도파관들은 입사 평면에서 들어오는 광을 상기 입사 평면과는 다른 상기 제1 평면 내에서 상기 제2 도파관들로부터 빠져나가도록 재지향시키는 기울어진 부분을 갖는 웨지 형상인 조명 시스템.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 제1 도파관들 및 상기 제2 도파관들은 상기 제1 도파관들 및 상기 제2 도파관들이 상기 제1 광학 소자에 광학적으로 결합되는 곳에서 겹쳐지는 조명 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제2 높이는 상기 제1 높이의 거의 2분의 1인 조명 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제2 높이는 약 1㎜ 이하인 조명 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제2 광학 소자는 상기 제1 광학 소자 둘레에 배열된 복수의 도파관을 포함하는 조명 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제2 광학 소자는 링 패턴으로 광을 방출하는 조명 시스템.
KR1020117010583A 2008-10-10 2009-10-09 Ｌｅｄ를 위한 로우 프로파일의 측면 방출형 ｔｉｒ 렌즈 KR101703831B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/248,968 US7837370B2 (en) 2008-10-10 2008-10-10 Low profile side emission TIR lens for LED
US12/248,968 2008-10-10
PCT/IB2009/054446 WO2010041224A1 (en) 2008-10-10 2009-10-09 Low profile side emission tir lens for led

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177002700A Division KR101837359B1 (ko) 2008-10-10 2009-10-09 Ｌｅｄ를 위한 로우 프로파일의 측면 방출형 ｔｉｒ 렌즈

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110081841A true KR20110081841A (ko) 2011-07-14
KR101703831B1 KR101703831B1 (ko) 2017-02-08

Family

ID=41508276

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117010583A KR101703831B1 (ko) 2008-10-10 2009-10-09 Ｌｅｄ를 위한 로우 프로파일의 측면 방출형 ｔｉｒ 렌즈
KR1020177002700A KR101837359B1 (ko) 2008-10-10 2009-10-09 Ｌｅｄ를 위한 로우 프로파일의 측면 방출형 ｔｉｒ 렌즈

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177002700A KR101837359B1 (ko) 2008-10-10 2009-10-09 Ｌｅｄ를 위한 로우 프로파일의 측면 방출형 ｔｉｒ 렌즈

Country Status (9)

Country Link
US (1) US7837370B2 (ko)
EP (1) EP2342593B8 (ko)
JP (1) JP5394497B2 (ko)
KR (2) KR101703831B1 (ko)
CN (1) CN102177451B (ko)
BR (1) BRPI0914047B1 (ko)
RU (1) RU2508563C2 (ko)
TW (1) TWI498509B (ko)
WO (1) WO2010041224A1 (ko)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9081125B2 (en) 2011-08-08 2015-07-14 Quarkstar Llc Illumination devices including multiple light emitting elements
US8633641B2 (en) * 2011-10-25 2014-01-21 Uniled Lighting Taiwan Inc. Side illumination lens for LED
USD728849S1 (en) 2012-05-03 2015-05-05 Lumenpulse Lighting Inc. LED projection fixture
CN104755832B (zh) 2012-09-13 2018-12-21 夸克星有限责任公司 提供直接和间接照明的照明系统
FR2998678B1 (fr) * 2012-11-29 2016-01-08 Valeo Vision Guide de lumiere pour un dispositif optique, notamment d'eclairage et/ou de signalisation
DE102012224079B4 (de) * 2012-12-20 2014-08-21 Automotive Lighting Reutlingen Gmbh Lichtleiter mit einer bandförmigen Lichtaustrittsfläche
DE112014000694T5 (de) * 2013-02-06 2015-10-22 Innotec, Corp. Schminkbeleuchtungs- und Betätigungsanordnung für Sonnenblenden von Fahrzeugen
US9464768B2 (en) * 2013-03-14 2016-10-11 Code 3, Inc. Collimating light head including base with projecting dome-like lens
WO2015010087A1 (en) 2013-07-18 2015-01-22 Quarkstar Llc Illumination device in which source light injection is non-parallel to device's optical axis
EP3327339B1 (en) 2013-09-17 2020-04-08 Quarkstar LLC Light guide illumination device for direct-indirect illumination
CN104864361A (zh) * 2014-02-21 2015-08-26 中节能晶和照明有限公司 Led准直透镜
US9683717B1 (en) 2014-05-12 2017-06-20 Universal Lighting Technologies, Inc. Asymmetric area lens for low-profile lighting system
US9488864B2 (en) 2014-06-28 2016-11-08 Radiant Choice Limited Light distributing optical component
US9568768B2 (en) 2014-06-28 2017-02-14 Radiant Choice Limited Wavelength mixing optical component
KR101952004B1 (ko) 2014-08-29 2019-02-25 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤 도전성 접착제 조성물
CN104344353A (zh) * 2014-11-05 2015-02-11 苏州思莱特电子科技有限公司 一种导光装置
US9816681B1 (en) 2015-05-06 2017-11-14 Universal Lighting Technologies, Inc. Side lit indirect flexible lighting system
CN107667245B (zh) 2015-05-29 2020-03-13 飞利浦照明控股有限公司 将来自若干led的光进行组合的发光设备
WO2017024250A1 (en) * 2015-08-05 2017-02-09 Playhard, Inc. Systems and methods for a stellate beam splitter
DE102015119557B4 (de) * 2015-11-12 2022-11-10 Sick Ag Sensor
US10274661B1 (en) * 2016-07-28 2019-04-30 Rockwell Collins, Inc. Compact waveguide backlight system and method
TWI798104B (zh) * 2022-06-08 2023-04-01 隆達電子股份有限公司 光源模組

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6336825B1 (en) * 1995-03-26 2002-01-08 Pepperl + Fuchs Gmbh Electrical connector with light-guiding body
KR200387493Y1 (ko) * 2005-03-25 2005-06-17 유니티 옵토 테크노로지 주식회사 측발광식 고체 반도체 발광 소자
KR20060050964A (ko) * 2004-09-02 2006-05-19 가부시키가이샤 파토라이토 렌즈 부품, 신호 표시등용 표시 유닛 및 신호 표시등
US7254309B1 (en) * 2006-07-14 2007-08-07 Coretronic Corporation Side emitting LED and lens

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19642168A1 (de) * 1996-10-12 1998-04-16 Preh Elektro Feinmechanik Optoelektronisches Bauelement
US6473554B1 (en) 1996-12-12 2002-10-29 Teledyne Lighting And Display Products, Inc. Lighting apparatus having low profile
US6607286B2 (en) * 2001-05-04 2003-08-19 Lumileds Lighting, U.S., Llc Lens and lens cap with sawtooth portion for light emitting diode
US6674096B2 (en) * 2001-06-08 2004-01-06 Gelcore Llc Light-emitting diode (LED) package and packaging method for shaping the external light intensity distribution
DE10137605A1 (de) 2001-08-01 2003-02-27 Hella Kg Hueck & Co Leuchte für Fahrzeuge
EP1453107A4 (en) * 2001-11-16 2008-12-03 Toyoda Gosei Kk LED, LED LAMP AND LAMP
DE10158336B4 (de) * 2001-11-28 2010-12-30 Automotive Lighting Reutlingen Gmbh Leuchte für Fahrzeuge
JP4182784B2 (ja) * 2003-03-14 2008-11-19 豊田合成株式会社 発光装置およびその製造方法
US7329029B2 (en) * 2003-05-13 2008-02-12 Light Prescriptions Innovators, Llc Optical device for LED-based lamp
JP3650935B1 (ja) * 2004-02-27 2005-05-25 勉 先崎 花輪用発光装置
US7118262B2 (en) * 2004-07-23 2006-10-10 Cree, Inc. Reflective optical elements for semiconductor light emitting devices
KR100616598B1 (ko) 2004-08-11 2006-08-28 삼성전기주식회사 발광 다이오드 렌즈 및 이를 구비한 백라이트 모듈
KR100636179B1 (ko) * 2004-09-24 2006-10-19 삼성전자주식회사 Ｌｅｄ를 채용한 조명유닛 및 이를 채용한 화상투사장치
KR100688767B1 (ko) * 2004-10-15 2007-02-28 삼성전기주식회사 Ｌｅｄ 광원용 렌즈
KR100754169B1 (ko) * 2004-11-24 2007-09-03 삼성전자주식회사 측 발광 디바이스 및 이를 광원으로 사용하는 백라이트유닛 및 이를 채용한 액정표시장치
TWI317829B (en) * 2004-12-15 2009-12-01 Epistar Corp Led illumination device and application thereof
KR100644684B1 (ko) * 2005-02-26 2006-11-14 삼성전자주식회사 직선형 측 발광기 및 이를 채용한 백라이트 시스템 및 액정표시장치
KR100691179B1 (ko) * 2005-06-01 2007-03-09 삼성전기주식회사 측면 발광형 엘이디 패키지 및 그 제조 방법
US7375382B2 (en) 2005-06-23 2008-05-20 Osram Sylvania, Inc. Direct optical light guide
US7160010B1 (en) * 2005-11-15 2007-01-09 Visteon Global Technologies, Inc. Light manifold for automotive light module
JP4892661B2 (ja) * 2006-08-24 2012-03-07 ニッコー株式会社 超音波モータ用振動子
EP2074452A2 (en) * 2006-10-16 2009-07-01 Koninklijke Philips Electronics N.V. Luminaire with leds
TW200826311A (en) * 2006-12-04 2008-06-16 Prolight Opto Technology Corp Side emitting LED

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6336825B1 (en) * 1995-03-26 2002-01-08 Pepperl + Fuchs Gmbh Electrical connector with light-guiding body
KR20060050964A (ko) * 2004-09-02 2006-05-19 가부시키가이샤 파토라이토 렌즈 부품, 신호 표시등용 표시 유닛 및 신호 표시등
KR200387493Y1 (ko) * 2005-03-25 2005-06-17 유니티 옵토 테크노로지 주식회사 측발광식 고체 반도체 발광 소자
US7254309B1 (en) * 2006-07-14 2007-08-07 Coretronic Corporation Side emitting LED and lens

Also Published As

Publication number Publication date
EP2342593B8 (en) 2013-04-17
CN102177451A (zh) 2011-09-07
KR101703831B1 (ko) 2017-02-08
EP2342593A1 (en) 2011-07-13
KR20170016517A (ko) 2017-02-13
RU2508563C2 (ru) 2014-02-27
BRPI0914047B1 (pt) 2019-10-22
US20100091498A1 (en) 2010-04-15
US7837370B2 (en) 2010-11-23
EP2342593B1 (en) 2012-12-12
TWI498509B (zh) 2015-09-01
BRPI0914047A2 (pt) 2015-11-03
RU2011118437A (ru) 2012-11-20
JP5394497B2 (ja) 2014-01-22
CN102177451B (zh) 2013-12-04
TW201024623A (en) 2010-07-01
KR101837359B1 (ko) 2018-03-29
JP2012505509A (ja) 2012-03-01
WO2010041224A1 (en) 2010-04-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101703831B1 (ko) Ｌｅｄ를 위한 로우 프로파일의 측면 방출형 ｔｉｒ 렌즈
JP6681970B2 (ja) 側面発光型発光装置
KR101289069B1 (ko) 2중 렌즈구조의 ｌｅｄ 패키지 및 이를 구비한액정표시장치
KR100661719B1 (ko) 측면 발광용 렌즈 및 그를 이용한 발광 패키지
JP4273002B2 (ja) 小型の照明システムおよび表示デバイス
JP5554382B2 (ja) 高出力のコーナーｌｅｄを使用するバックライト
EP2347453B1 (en) Led with molded bi-directional optics
US7841739B2 (en) Total internal reflection side emitting coupling device
KR20070013469A (ko) 광학렌즈 및 광학 패키지와, 이를 갖는 백라이트 어셈블리및 표시장치
JP2006309242A (ja) 光学レンズ及びこれを用いた発光素子パッケージ及びバックライトユニット
KR20140061574A (ko) Led 조명모듈, 및 이를 포함하는 백라이트 장치 및 이의 제조방법
KR20170015580A (ko) 광원모듈 및 이를 포함하는 면광원 장치
KR102373025B1 (ko) 광원모듈 및 이를 포함하는 면광원 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200123

Year of fee payment: 4