KR20140123134A

KR20140123134A - 반사형 확산 렌즈 및 조명장치

Info

Publication number: KR20140123134A
Application number: KR1020130039404A
Authority: KR
Inventors: 김철영; 이근범; 이승재; 김선길; 김창주; 이근호; 장동섭
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2013-04-10
Publication date: 2014-10-22
Also published as: JP2014207225A; CN104101920A; US20140307433A1; CN104101920B

Abstract

반사면 방향으로 오목하고, 입사하는 광이 반사면으로 입사할 수 있도록 종단면이 포물선 형상 또는 정규분포 형상을 가지는 바닥면 및 바닥면 방향으로 오목하고, 오목면이 바닥면에서 입사된 광을 전반사시킬 수 있도록 종단면이 포물선 형상 또는 정규분포 형상을 가지는 반사면을 포함하는 반사형 확산 렌즈에 관한 발명이다.
또한, 빛을 방사하는 하나 이상의 광원, 광원으로부터의 빛을 집광 하기 위한 반사형 확산 렌즈, 및 광원 하부에 위치하며 반사판에 도달한 광선의 방향 또는 광량을 조절하는 반사판을 포함하는 조명장치에 관한 발명이다.

Description

반사형 확산 렌즈 및 조명장치 { Reflective diffusion lens and lighting installation }

직하형 방식에서의 조명장치용 반사형 확산 렌즈에 관한 기술이다.

LCD display에는 BLU(Back Light Unit)이 사용되는데, BLU는 도광판 방식과 직하형 방식을 포함한다.

도광판은 BLU의 휘도와 균일한 조명 기능을 수행하는 부품으로, 냉음극 형광 램프(CCFL)에서 발산되는 빛을 LCD전체 면에 균일하게 전달하는 역할을 하는 플라스틱 성형 렌즈이다.

도광판 방식 채택시, 1㎡ 이상의 크기의 면광원을 10mm이하의 두께로 제작 가능하며, 휘도 균일도를 80% 이상 만들 수 있다는 장점이 있다.

하지만 도광판의 크기가 커짐에 따라 가공수율의 저하와 가공비 상승, 광효율 저하라는 문제점을 가지고 있다.

직하형 방식의 조명은 도광판 방식의 조명에 대비하여 광효율이 1.5~1배 가량 높기 때문에 LED 사용량을 줄일 수 있고 도광판 제작비용이 절감된다는 장점이 있다.

입사된 광을 모두 전반사 할 수 있도록 하는 반사면 및 바닥면을 포함하는 반사형 확산 렌즈를 제공하고자 한다.

기존의 반사형 확산 렌즈보다 광확산 효과를 개선하면서 가공이 용이한 구조를 갖는 반사형 확산 렌즈를 포함하는 광학장치를 제공하고자 한다.

반사형 확산 렌즈의 일 측면은, 반사면 방향으로 오목하고, 입사하는 광이 반사면으로 입사할 수 있도록 종단면이 포물선 형상 또는 정규분포 형상을 가지는 바닥면, 및 바닥면 방향으로 오목하고, 오목면이 바닥면에서 입사된 광을 전반사시킬 수 있도록 종단면이 포물선 형상 또는 정규분포 형상을 가지는 반사면을 포함한다.

또한, 반사면의 오목면은, 광원으로부터 반사형 확산 렌즈의 중심축에 대해 20도 이내 범위에서 조사되는 광을 전반사 또는 굴절시키는 곡률을 갖는 것을 포함할 수 있다.

또한, 반사면의 오목면은, 광원으로부터 반사형 확산 렌즈의 중심축에 대해 20~60도 범위에서 조사되는 광을 전반사시키는 곡률을 갖는 것을 포함할 수 있다.

또한, 바닥면의 오목면은, 광원으로부터 조사되는 광을 집광시켜, 반사면에 광이 조사될 수 있도록 하는 곡률을 갖는 것을 포함할 수 있다.

또한, 바닥면 또는 반사면의 종단면의 포물선 형상 또는 정규분포 형상은, 중심축에 기울어진 단일한 곡선으로 이루어진　것을 포함할 수 있다.

또한, 바닥면 또는 반사면의 종단면의 포물선 형상 또는 정규분포 형상은, 중심축에 기울어진 복수개의 곡선으로 이루어진 것을 포함할 수 있다.

또한, 바닥면 또는 반사면의 종단면의 포물선 형상 또는 정규분포 형상은, 중심축에 기울어진 복수개의 직선으로 이루어진　것을 포함할 수 있다.

또한, 바닥면 또는 반사면의 종단면의 포물선 형상 또는 정규분포 형상은, 중심축에 기울어진 곡선과 직선으로 이루어진 것을 포함할 수 있다.

또한, 반사면의 오목한 면의 깊이가 바닥면의 오목한 면의 깊이보다 더 깊은 것을 포함할 수 있다.

또한, 바닥면, 및 반사면 각각은 반사형 확산 렌즈의 중심 축에 대칭 구조를 가지는 것을 포함할 수 있다.

또한, 중심 축에 대칭 구조는 중심 축에 회전 대칭 구조를 가지는 것을 포함할 수 있다.

또한, 반사형 확산 렌즈의 굴절률이 n_L이고 반사형 확산 렌즈 주변의 매질의 굴절률이 n_s 라고 할 때, 반사형 확산 렌즈의 직경 Dia_L과 반사형 확산 렌즈의 높이 H_L의 관계는 Dia_L>=2*[Dis(Light_Lens)*tan60+H_L*tan(asin((sin60*n_s)/n_L))] 　를 만족하는 것을 포함할 수 있다.

반사형 확산 렌즈를 포함하는 조명 장치의 일 측면은, 빛을 방사하는 하나 이상의 광원, 광원 상부에 위치하며 광원으로부터 조사되는 광을 확산시키기 위한 반사형 확산 렌즈, 광원 하부에 위치하며 도달하는 광선의 방향 또는 광량을 조절하는 반사판을 포함하고, 반사형 확산 렌즈는, 반사면 방향으로 오목하고, 입사하는 광이 반사면으로 입사할 수 있도록 종단면이 포물선 형상 또는 정규분포 형상을 가지는 바닥면 및 바닥면 방향으로 오목하고, 오목면이 바닥면에서 입사된 광을 전반사시킬 수 있도록 종단면이 포물선 형상 또는 정규분포 형상을 가지는 반사면을 포함한다.

또한, 반사면의 오목면은, 광원으로부터 반사형 확산 렌즈의 중심축에 대해 20도 이내 범위에서 조사되는 광을 전반사 또는 굴절시키는 곡률을 갖는 반사형 확산 렌즈를 포함하는 것을 포함할 수 있다.

또한, 반사면의 오목면은, 광원으로부터 반사형 확산 렌즈의 중심축에 대해 20~60도 범위에서 조사되는 광을 전반사시키는 곡률을 갖는 반사형 확산 렌즈를 포함하는 것을 포함할 수 있다.

또한, 바닥면의 오목면은, 광원으로부터 조사되는 광을 집광시켜, 반사면에 광이 조사될 수 있도록 하는 곡률을 갖는 반사형 확산 렌즈를 포함하는 것을 포함할 수 있다.

또한, 바닥면 또는 반사면의 종단면의 포물선 형상 또는 정규분포 형상은, 중심축에 기울어진 단일한 곡선으로 이루어진 반사형 확산 렌즈를 포함하는 것을 포함할 수 있다.

또한, 바닥면 또는 반사면의 종단면의 포물선 형상 또는 정규분포 형상은, 중심축에 기울어진 복수개의 곡선으로 이루어진 반사형 확산 렌즈를 포함하는 것을 포함할 수 있다.

또한, 바닥면 또는 반사면의 종단면의 포물선 형상 또는 정규분포 형상은, 중심축에 기울어진 복수개의 직선으로 이루어진 반사형 확산 렌즈를 포함하는 것을 포함할 수 있다.

또한, 바닥면 또는 반사면의 종단면의 포물선 형상 또는 정규분포 형상은, 중심축에 기울어진 곡선과 직선으로 이루어진 반사형 확산 렌즈를 포함하는 것을 포함할 수 있다.

또한, 반사면의 오목한 면의 깊이가 바닥면의 오목한 면의 깊이보다 더 깊은 반사형 확산 렌즈를 포함하는 것을 포함할 수 있다.

또한, 바닥면 및 반사면 각각은 반사형 확산 렌즈의 중심 축에 대칭 구조를 가지는 반사형 확산 렌즈를 포함하는 것을 포함할 수 있다.

또한, 중심 축에 대칭 구조는 중심 축에 회전 대칭 구조를 가지는 반사형 확산 렌즈를 포함하는 것을 포함할 수 있다.

또한, 반사형 확산 렌즈의 굴절률이 n_L이고 반사형 확산 렌즈 주변의 매질의 굴절률이 n_s 라고 할 때, 반사형 확산 렌즈의 직경 Dia_L과 반사형 확산 렌즈의 높이 H_L의 관계는 Dia_L>=2*[Dis(Light_Lens)*tan60+H_L*tan(asin((sin60*n_s)/n_L))] 　를 만족하는 반사형 확산 렌즈를 포함하는 것을 포함할 수 있다.

또한, 광원은 LED(Light Emitting Semiconductor)를 포함하는 것을 포함할 수 있다.

또한, 반사판은 반사율이 30% 이상인 것을 포함할 수 있다.

또한, 반사형 확산 렌즈의 상부에 위치하며 광선의 방향 또는 광량을 조절하는 확산판을 포함하는 것을 포함할 수 있다.

또한, 확산판은 투과율이 10% 이상인 것을 포함할 수 있다.

반사면의 곡률을 조절하여, 일정 각도의 범위 내에서 반사면에 입사되는 광을 모두 전반사 시켜 광을 효과적으로 확산시킬 수 있다.

바닥면의 곡률을 조절하여, 바닥면에 입사하는 광을 집광시켜 반사형 확산 렌즈의 직경을 줄일 수 있다.

반사판의 반사율을 조절하여, 확산되는 광분포를 조절할 수 있다.

기존의 반사형 확산 렌즈보다 렌즈의 제작이 용이하여 제품 제작 기간의 단축 및 제작비용 절감 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 반사형 확산 렌즈의 사시도이다.
도 2는 반사형 확산 렌즈의 종단면도 이다.
도 3은 반사형 확산 렌즈의 바닥면 및 반사면을 도시한 종단면도이다.
도 4는 반사형 확산 렌즈의 바닥면(130)의 깊이 및 반사면(110)의 깊이를 도시한 것이다.
도 5는 광원으로부터 조사되는 광이 반사형 확산 렌즈 내부에서 전반사 되거나, 굴절 및 반사되는 경로를 도시한 것이다.
도 6은, 광이 반사면에서 전반사될 경우, 반사형 확산 렌즈의 높이와 직경의 관계를 나타내기 위해 반사형 확산 렌즈를 단순화하여 도시한 도면이다.
도 7은 바닥면(130)에 돌기를 포함하는 반사형 확산 렌즈를 도시한 것이다.
도 8은 반사형 확산 렌즈를 포함하는 조명장치의 구조를 도시한 것이다.
도 9은 조명장치에서 광이 확산되는 경로를 도시한 것이다.
도 10은 조명장치에서 반사형 확산 렌즈의 곡률을 증가시킬 때의 광 경로를 도시한 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 반사형 확산 렌즈(100) 및 반사형 확산 렌즈(100)를 포함하는 조명장치(500)의 실시 예를 구체적으로 설명하도록 한다.

도 1은 반사형 확산 렌즈(100)의 사시도이며, 도 2는 반사형 확산 렌즈(100)의 종단면도 이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 반사형 확산 렌즈(100)는 원뿔 형상의 윗부분을 잘라 낸 형상이며, 반사면(110)과 바닥면(130)의 중심부에는 홈(101)이 형성되어 있다. 또한, 반사형 확산 렌즈(100)의 종단면은 사다리꼴 형태이며, 도 2의 좌측 렌즈 부분과 우측 렌즈 부분이 중심 축을 중심으로 대칭된다.

또한, 반사형 확산 렌즈(100)의 중심 축에 대칭 구조는 중심축에 회전 대칭 구조를 가지는 것을 포함한다.

도 3은 반사형 확산 렌즈(100)의 중심축(170)을 지나는 측단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 반사형 확산 렌즈(100)는 반사면(110) 방향으로 오목한 바닥면(130) 및 바닥면(130) 방향으로 오목한 반사면(110)을 포함한다. 또한, 도 3은 실재 종단면과 비교하여 과장되게 도시된 것이며 실재 형상은 이와 다를 수 있다.

반사면(110)의 종단면은 포물선 형상 또는 정규분포 형상을 갖는다.

종단면의 포물선 형상 또는 정규분포 형상은 직선 또는 곡선을 포함한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 종단면은 복수개의 A, B, C 구간으로 구분할 수 있다. 편의상 A, B, C 구간으로 설명할 것이며, 복수개의 구간은 더 많은 구간으로 구획된 것을 포함한다.

반사면(110)의 종단면의 포물선 형상 또는 정규분포 형상은, A, B, C 구간이 중심축에 기울어진 단일한 곡선인 것을 포함한다. 또한, A, B, C 구간이 중심축에 기울어진 복수개의 곡선인 것을 포함한다. 또한, A, B, C 구간이 중심축에 기울어진 복수개의 직선인 것을 포함한다. 또한, A, B, C 구간이 중심축에 기울어진 곡선과 직선이 혼합된 형태인 것을 포함한다.

또한, 반사면의 중심(113)은 원뿔의 끝과 같이 뾰족하거나, 구의 끝과 같이 부드러운 것을 포함한다.

또한, 반사면(110)의 종단면의 포물선 형상 또는 정규분포 형상은 복수의 변곡점을 포함할 수 있다. 　　

바닥면(130)의 종단면은 포물선 형상 또는 정규분포 형상을 갖는다.

도 3에 도시한 바와 같이, 종단면은 복수개의 D, E, F 구간으로 구분할 수 있다. 편의상 D, E, F 구간으로 설명할 것이며, 복수개의 구간은 더 많은 구간으로 구획된 것을 포함한다.

바닥면(130)의 종단면의 포물선 형상 또는 정규분포 형상은, D, E, F 구간이 중심축에 기울어진 단일한 곡선인 것을 포함한다. 또한, D, E, F 구간이 중심축에 기울어진 복수개의 곡선인 것을 포함한다. 또한, D, E, F 구간이 중심축에 기울어진 복수개의 직선인 것을 포함한다. 또한, D, E, F 구간이 중심축에 기울어진 곡선과 직선이 혼합된 형태인 것을 포함한다.

또한, 바닥면의 중심(133)은 원뿔의 끝과 같이 뾰족하거나, 구의 끝과 같이 부드러운 것을 포함한다.

또한, 바닥면(130)의 종단면의 포물선 형상 또는 정규분포 형상은 복수의 변곡점을 포함할 수 있다.

도 4는 반사형 확산 렌즈(100)의 바닥면(130)의 깊이 및 반사면(110)의 깊이를 도시한 것이다.

반사형 확산 렌즈(100) 반사면(110)의 깊이는, 반사형 확산 렌즈(100) 반사면(110)의 모서리를 포함하는 면으로부터 반사형 확산 렌즈(100) 반사면의 중심(113)까지의 거리이며 Dep_top으로 정의한다.

또한, 반사형 확산 렌즈(100) 바닥면(130)의 깊이는 반사형 확산 렌즈(100) 바닥면(130)의 모서리를 포함하는 면으로부터 반사형 확산 렌즈(100) 바닥면의 중심(133)까지의 거리이며 Dep_bot으로 정의한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 반사형 확산 렌즈(100)는 한쪽 면의 깊이가 다른 쪽 면의 깊이보다 더욱 깊은 것을 특징으로 하며, 반사면(110)의 깊이가 바닥면(130)의 깊이보다 더욱 깊은 경우를 포함한다.

반사면(110)의 깊이가 바닥면(130)의 깊이보다 깊도록 반사형 확산 렌즈(100)를 제작하여, 반사면(100)에서 효과적으로 전반사가 일어나도록 한다. 　

도 5는, 광원(200)으로부터 조사되는 광이 반사형 확산 렌즈(100) 내부에서 전반사 되거나, 굴절 및 반사되는 경로를 도시한 것이다.

전반사란, 광이 굴절률이 큰 매질에서 굴절률이 작은 매질로 진행할 때 입사각이 임계각보다 클 경우 매질의 경계면 에서 전부 반사되는 현상이다. 일반적으로 굴절률이 큰 매질에서 굴절률이 작은 매질로 진행하면 경계면에서 일부는 투과해 나가고 일부는 반사된다. 그러나 입사각을 점점 증가시키면 특정한 각 이상이 되었을 때 투과하는 빛은 전혀 없고 전부 경계면 에서 반사한다.

굴절이란, 매질에 따라서 파동의 진행 속력이 달라져 서로 다른 매질의 경계 면을 통과하는 파동의 진행방향이 바뀌게 되는 현상이다.

즉, 굴절은 굴절률이 작은 매질에서, 굴절률이 큰 매질로 광이 입사하는 경우 입사하는 광의 진행 방향이 바뀌는 현상으로 공기의 굴절률을 n_s, 반사형 확산 렌즈(100)의 굴절률을 n_L로 정의한다. 반사형 확산 렌즈(100)는 일반적으로 유리로 이루어지며, 따라서 반사형 확산 렌즈(100)의 굴절률이 공기의 굴절률보다 더 크다.

이를 각각의 광 경로를 통해 보다 상세히 설명한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 광원(200)으로부터 조사되는 광은 반사형 확산 렌즈(100)의 바닥면(130)으로 입사하여 굴절되고, 굴절된 광은 반사면(110)으로 입사되어 반사면(110)에서 굴절 또는 전반사가 일어난다. 반사면(110)에서 굴절된 광은 측면에서 굴절되어 확산되며 전반사된 광은 반사형 확산 렌즈(100)의 바닥면(130)에 입사하여 반사되거나 측면을 통해 굴절되어 확산된다.

광원(200)으로부터 반사형 확산 렌즈(100)의 중심축에 대해 20도 이내 범위에서 바닥면(130)에 입사하는 광은 전반사 되거나, 굴절 및 반사될 수 있다.

광 1000은 중심축에 대해 20도 이내의 범위에서 바닥면(130)에 입사한다. 광은 입사하여 굴절 되고, 굴절된 광은 반사면(110)으로 입사한다. 반사면(110)은, 입사한 광의 일부는 공기 중으로 굴절되며, 나머지는 반사형 확산 렌즈(100)의 내부로 반사되도록 하는 각도를 가지는 것을 포함한다. 　

광 1001은 중심축에 대해 20도 이내의 범위에서 바닥면(130)에 입사한다. 광은 입사하여 굴절되고, 굴절된 광은 반사면(110)으로 입사한다. 반사면(110)은 입사한 광이 반사면(110)에서 전반사되도록 하는 각도를 가지는 것을 포함한다.

광원(200) 으로부터 반사형 확산 렌즈(100)의 중심축에 대해 20~60도 범위에서 바닥면(130)에 입사하는 광은 모두 전반사된다.

광 1002는 중심축에 대해 20~60도 이내의 범위에서 바닥면(130)에 입사한다. 광은 입사하여 굴절되고, 굴절된 광은 반사면(110)으로 입사한다. 반사면(110)은 입사한 광이 반사면(110)에서 전반사되도록 하는 각도를 가지는 것을 포함한다.

즉, 바닥면(130)은 광원(200)으로부터 반사형 확산 렌즈(100)의 중심축(170)에 대해 20~60도 범위로 입사되는 광을 모아 반사면(110)에서 전반사가 일어나는 반경을 최소화 하도록 하는 곡률 및 각도를 갖는다.

광 1000, 1001, 1002는 모두 바닥면(130)을 지나며 굴절이 일어나는데, 바닥면(130)을 오목하게 제작하여 바닥면(130)에서 굴절이 일어나도록 하여 광원(200)으로부터 조사되는 광을 집광시킬 수 있으며, 이를 통해 반사형 확산 렌즈(100)의 반경을 최소화 할 수 있다.

또한, 반사면(110)으로 입사되는 광은, 입사되는 광의 각도에 따라 전반사 또는 굴절이 일어나며, 반사면(110)은 이러한 전반사 원리를 이용하여 제작된다.

반사면(110)은, 포물선 또는 정규분포와 유사한 형태로 바닥면(130) 쪽으로 오목한 곡면을 포함하는데, 이는 반사형 확산 렌즈(100)의 반사면(110)에서 전반사된 광이 반사형 확산 렌즈(100)의 측면으로 퍼져 나가는 각도를 조절하기 용이하기 때문이다.

도 6은, 광이 반사면(110)에서 전반사될 경우, 반사형 확산 렌즈(100)의 높이와 직경의 관계를 나타내기 위해 반사형 확산 렌즈(100)를 단순화하여 도시한 도면이다. 도 6에 도시된 기호들을 설명한 후 반사형 확산 렌즈(100)가 광을 전반사 시키기 위한 조건을 수식을 사용하여 설명할 것이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 반사형 확산 렌즈(100)의 높이는 반사형 확산 렌즈(100)의 반사면(110) 모서리를 포함하는 면으로부터, 반사형 확산 렌즈(100)의 바닥면(130) 모서리를 포함하는 면 까지의 거리이며 H_L로 정의한다. 　

광원(200)과 반사형 확산 렌즈(100) 바닥면의 중심(133)까지의 거리는 광원(200)으로 부터 반사형 확산 렌즈(100)의 바닥면(130) 모서리를 포함하는 면 까지의 수직거리로, Dis(Light_Lens)로 정의한다.

반사형 확산 렌즈(100)의 직경(170)은, 반사면(110)과 바닥면(130) 중 더 직경이 큰 면을 기준으로 결정한다. 도 4에 도시된 반사형 확산 렌즈(100)의 경우, 바닥면(130)의 직경이 반사면(110)의 직경보다 더 크며, 바닥면(130)을 기준으로 반사형 확산 렌즈(100)의 직경(170)을 Dia_L로 정의한다.

광원(200)으로부터 반사형 확산 렌즈(100)의 바닥면(130)으로 입사하는 광이 반사형 확산 렌즈(100)의 중심축(170)과 이루는 각인 입사각을 θ1, 반사형 확산 렌즈(100)를 통해 굴절된 광이 법선과 이루는 각인 굴절각을 θ2로 정의한다.

반사형 확산 렌즈(100) 바닥면의 중심(133)으로부터 광이 반사형 확산 렌즈(100) 바닥면(130)에 입사하는 지점까지의 거리를 x1, 광이 반사형 확산 렌즈(100) 바닥면(130)에 입사하는 지점으로부터 반사형 확산 렌즈(100) 반사면(110)에 입사하는 지점까지의 수직 거리를 x2로 정의한다.

정의된 기호들을 통해, 　

로 놓을 수 있고,

snell의 법칙을 이용하여 계산하면,

이므로, 　　　

로 정리 가능하다.

즉, 반사형 확산 렌즈(100)의 높이와 직경이 위의 식을 만족하도록 제작 할 경우, 광은 반사면(110)에서 전반사 된다.

도 7은 바닥면(130)에 돌기(199)를 포함하는 반사형 확산 렌즈(100)를 도시한 것이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 반사형 확산 렌즈(100)는 바닥면(130)에 돌기(199)를 포함할 수 있다.

돌기(199)는 확산형 반사 반사형 확산 렌즈(100)의 바닥면(130)의 광경로가 최소화되는 평탄구간에 위치하며, 고정용 기구 형상으로 PCB(Printed Circuit Board)나 반사판(300)에 고정시킬 수 있다.

도 8은 반사형 확산 렌즈(100)를 포함하는 조명장치(500)의 구조를 도시한 것이다.

도 8에 도시한 바와 같이 조명장치(500)는 광원(200), 반사형 확산 렌즈(100), 반사판(300)을 포함한다.

또한 조명장치(500)는 확산판(400)을 포함할 수 있다.

광원(200)은, 반사판(300)이나 PCB(Printed Circuit Board)의 상부 및 반사형 확산 렌즈(100)의 하부 중심축(170) 부근에 위치한다. 광원(200)은, 하나 이상의 광원(200)이 설치되는 것을 포함한다.

반사형 확산 렌즈(100)는, 반사판(300) 또는 PCB(Printed Circuit Board)의 상부에 위치한다. 반사판(300)의 너비 및 원하는 광도에 따라 하나 이상의 반사형 확산 렌즈(100)를 포함할 수 있다. 　　

반사판(300)은 반사형 확산 렌즈(100) 및 광원(200)의 하부에 위치한다. 또한, 반사형 확산 렌즈(100)와 광원(200)을 고정시키기 위한 구조를 포함할 수 있다.

확산판(400)은 반사형 확산 렌즈(100)의 상부에 위치하며, 반사형 확산 렌즈(100), 광원(200), 및 반사판(300)을 외부의 자극으로부터 보호한다.

도 9은 조명장치(500)에서 광이 확산되는 경로를 도시한 것으로, 이를 통해 조명장치(500)의 작동원리를 설명한다.

광원(200)은, 빛을 방사하기 위한 장치로 LED 조명을 포함한다.

광원(200)은 반사판(300)이나 PCB(Printed Circuit Board) 의 상부에 설치되며, 필요에 따라 복수개의 광원(200)을 포함한다. 반사면(110)에 입사된 광은 입사각에 따라 방향이 결정된다.

반사형 확산 렌즈(100)는, 점광원 내지 선광원의 광을 면광원으로 바꾸기 위해 광을 확산시키기 위해 사용되는 렌즈이다.

반사형 확산 렌즈(100)의 작동 원리는 도 1내지 도 7에서 상술하였는 바 중복된 설명은 생략한다.

반사판(300)은, 측면에서 확산되는 빛을 반사시켜주는 장치이다. 반사판(300)은 흰색 반사 필름이 사용되는 경우를 포함한다.

반사형 확산 렌즈(100)로부터 확산된 광은 반사판(300)으로 입사할 수 있다. 광이 반사판(300)에서 반사되어 확산되는 경우, 반사판(300)의 반사율에 따라 출사되는 광분포를 조절할 수 있다.

일반적인 반사판(300)은 80~90%의 반사율을 가지며, 출사하고자 하는 광량에 따라 반사판(300)의 반사율을 낮출 수 있다. 즉, 반사판(300)의 반사율이 높은 경우, 확산판(400)을 통해 외부로 출사되는 광량이 증가하고, 반사판(300)의 반사율이 낮은 경우, 확산판(400)을 통해 외부로 출사되는 광량이 감소한다.

광 1003은 렌즈의 측면에서 출사되어 반사판(300)으로 입사한 후 반사판(300)에서 확산판(400)으로 반사된다. 광 1003과같이 반사판(300)에서 반사되는 광의 광량을 반사판(300)의 반사율의 조절로 조절하여, 확산판(400)에서 출사되는 전체 광량을 조절할 수 있다.

확산판(400)은, 반사형 확산렌즈를 통과한 광이 더 균일하게 퍼질 수 있게 표면패턴이나 내부 광확산제를 포함하는 광 투명제 이다. 확산판을 사용하여 반사형 확산 렌즈(100) 또는 반사판(300)으로부터 확산된 빛을 더 고르게 분포시키거나 광량을 조절 할 수 있다.

도 10은 반사형 확산 렌즈(100)의 곡률을 증가시킬 때의 광 경로를 도시한 것이다.

도 10은 도시된 바와 같이, 반사형 확산 렌즈(100)의 높이는 고정시키고 직경을 증가시키면서 반사형 확산 렌즈(100)의 형상을 늘리면 바닥면(130)과 반사면(110)의 곡률이 커지게 된다.

바닥면(130)과 반사면(110)의 곡률이 커질 경우 광 1004와 같은 경로를 갖는 광이 발생하여, 중심축 부근으로 반사형 확산렌즈에서 출사되는 광량이 증가하게 된다.

광 1004는 바닥면(130)으로 입사하여 굴절되며, 굴절된 광은 반사면(110)으로 입사하여 전반사된다. 전반사된 광은 렌즈의 측면에 입사하여 다시 전반사될 수 있으며, 전반사된 광은 바닥면(130)으로 입사하여 다시 전반사 될 수 있다. 전반사된 광은 반사면(110)으로 입사하고, 입사된 광은 굴절을 통해 중심축 부근으로 출사된다. 그 결과 중심축 부근으로 반사형 확산 렌즈(100)에서 출사되는 광량이 증가하게 된다.

이러한 원리를 이용해, 반사형 확산 렌즈(100)의 오목한 형상 및 곡률을 변경하여 중심축(170) 부근의 광분포를 조정하는 것이 가능하다.

100 : 반사형 확산 렌즈
110 : 반사면
113 : 반사면의 중심
130 : 바닥면
133 : 바닥면의 중심
150 : 측면
200 : 광원
300 : 반사판
400 : 확산판
500 : 조명장치

Claims

반사면 방향으로 오목하고, 입사하는 광이 반사면으로 입사할 수 있도록 종단면이 포물선 형상 또는 정규분포 형상을 가지는 바닥면; 및
상기 바닥면 방향으로 오목하고, 오목면이 상기 바닥면에서 입사된 광을 전반사시킬 수 있도록 종단면이 포물선 형상 또는 정규분포 형상을 가지는 반사면;을 포함하는 반사형 확산 렌즈.
제 1항에 있어서,
상기 반사면의 오목면은,
광원으로부터 반사형 확산 렌즈의 중심축에 대해 20도 이내 범위에서 조사되는 광을 전반사 또는 굴절시키는 곡률을 갖는 반사형 확산 렌즈.
제 1항에 있어서,
상기 반사면의 오목면은,
광원으로부터 반사형 확산 렌즈의 중심축에 대해 20~60도 범위에서 조사되는 광을 전반사시키는 곡률을 갖는 반사형 확산 렌즈.
제 1항에 있어서,
상기 바닥면의 오목면은,
광원으로부터 조사되는 광을 집광시켜,
반사면에 상기 광이 조사될 수 있도록 하는 곡률을 갖는 반사형 확산 렌즈.
제 1항에 있어서,
상기 바닥면 또는 반사면의 종단면의 포물선 형상 또는 정규분포 형상은,
중심축에 기울어진 단일한 곡선으로 이루어진 반사형 확산 렌즈.
제 1항에 있어서,
상기 바닥면 또는 반사면의 종단면의 포물선 형상 또는 정규분포 형상은,
중심축에 기울어진 복수개의 곡선으로 이루어진 반사형 확산 렌즈.
제 1항에 있어서,
상기 바닥면 또는 반사면의 종단면의 포물선 형상 또는 정규분포 형상은,
중심축에 기울어진 복수개의 직선으로 이루어진 반사형 확산 렌즈.
제 1항에 있어서,
상기 바닥면 또는 반사면의 종단면의 포물선 형상 또는 정규분포 형상은,
중심축에 기울어진 곡선과 직선으로 이루어진 반사형 확산 렌즈
제 1항에 있어서, 상기 반사면의 오목한 면의 깊이가 상기 바닥면의 오목한 면의 깊이보다 더 깊은 반사형 확산 렌즈.
제 1항에 있어서, 상기 바닥면, 및 상기 반사면 각각은 반사형 확산 렌즈의 중심 축에 대칭 구조를 가지는 반사형 확산 렌즈.
제 10항에 있어서, 상기 중심 축에 대칭 구조는 중심 축에 회전 대칭 구조를 가지는 반사형 확산 렌즈.
제 1항에 있어서,
상기 반사형 확산 렌즈의 굴절률이 n_L이고 반사형 확산 렌즈 주변의 매질의 굴절률이 n_s 라고 할 때, 상기 반사형 확산 렌즈의 직경 Dia_L과 상기 반사형 확산 렌즈의 높이 H_L의 관계는 Dia_L>=2*[Dis(Light_Lens)*tan60+H_L*tan(asin((sin60*n_s)/n_L))] 　를 만족하는 반사형 확산 렌즈.
빛을 방사하는 하나 이상의 광원;
상기 광원 상부에 위치하며 상기 광원으로부터 조사되는 광을 확산시키기 위한 반사형 확산 렌즈; 및
상기 광원 하부에 위치하며 도달하는 광선의 방향 또는 광량을 조절하는 반사판;을 포함하고,
상기 반사형 확산 렌즈는,
반사면 방향으로 오목하고, 입사하는 광이 반사면으로 입사할 수 있도록 종단면이 포물선 형상 또는 정규분포 형상을 가지는 바닥면; 및
상기 바닥면 방향으로 오목하고, 오목면이 상기 바닥면에서 입사된 광을 전반사시킬 수 있도록 종단면이 포물선 형상 또는 정규분포 형상을 가지는 반사면;을 포함하는 조명장치.
제 13항에 있어서,
상기 반사면의 오목면은,
광원으로부터 반사형 확산 렌즈의 중심축에 대해 20도 이내 범위에서 조사되는 광을 전반사 또는 굴절시키는 곡률을 갖는 반사형 확산 렌즈를 포함하는 조명장치.
제 13항에 있어서,
상기 반사면의 오목면은,
광원으로부터 반사형 확산 렌즈의 중심축에 대해 20~60도 범위에서 조사되는 광을 전반사시키는 곡률을 갖는 반사형 확산 렌즈를 포함하는 조명장치.
제 13항에 있어서,
상기 바닥면의 오목면은,
광원으로부터 조사되는 광을 집광시켜,
반사면에 상기 광이 조사될 수 있도록 하는 곡률을 갖는 반사형 확산 렌즈를 포함하는 조명장치.
제 13항에 있어서,
상기 바닥면 또는 반사면의 종단면의 포물선 형상 또는 정규분포 형상은,
중심축에 기울어진 단일한 곡선으로 이루어진 반사형 확산 렌즈를 포함하는 조명장치.
제 13항에 있어서,
상기 바닥면 또는 반사면의 종단면의 포물선 형상 또는 정규분포 형상은,
중심축에 기울어진 복수개의 곡선으로 이루어진 반사형 확산 렌즈를 포함하는 조명장치.
제 13항에 있어서,
상기 바닥면 또는 반사면의 종단면의 포물선 형상 또는 정규분포 형상은,
중심축에 기울어진 복수개의 직선으로 이루어진 반사형 확산 렌즈를 포함하는 조명장치.
제 13항에 있어서,
상기 바닥면 또는 반사면의 종단면의 포물선 형상 또는 정규분포 형상은,
중심축에 기울어진 곡선과 직선으로 이루어진 반사형 확산 렌즈를 포함하는 조명장치.
제 13항에 있어서, 상기 반사면의 오목한 면의 깊이가 상기 바닥면의 오목한 면의 깊이보다 더 깊은 반사형 확산 렌즈를 포함하는 조명장치.
제 13항에 있어서, 상기 바닥면 및 상기 반사면 각각은 반사형 확산 렌즈의 중심 축에 대칭 구조를 가지는 반사형 확산 렌즈를 포함하는 조명장치.
제 22항에 있어서, 상기 중심 축에 대칭 구조는 중심 축에 회전 대칭 구조를 가지는 반사형 확산 렌즈를 포함하는 조명장치.
제 13항에 있어서,
상기 반사형 확산 렌즈의 굴절률이 n_L이고 반사형 확산 렌즈 주변의 매질의 굴절률이 n_s 라고 할 때, 상기 반사형 확산 렌즈의 직경 Dia_L과 상기 반사형 확산 렌즈의 높이 H_L의 관계는 Dia_L>=2*[Dis(Light_Lens)*tan60+H_L*tan(asin((sin60*n_s)/n_L))] 　를 만족하는 반사형 확산 렌즈를 포함하는 조명장치.
제 13항에 있어서, 상기 광원은 LED(Light Emitting Semiconductor)를 포함하는 조명장치.
제 13항에 있어서, 상기 반사판은 반사율이 30% 이상인 조명장치.
제 13항에 있어서, 상기 반사형 확산 렌즈의 상부에 위치하며 광선의 방향 또는 광량을 조절하는 확산판;을 포함하는 조명장치.
제 27항에 있어서, 상기 확산판은 투과율이 10% 이상인 조명장치.