KR20150024082A - 미세광학패턴이 형성된 하이브리드 타입의 엘이디 렌즈 - Google Patents

미세광학패턴이 형성된 하이브리드 타입의 엘이디 렌즈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탑 에미팅 타입(top emitting type) 및 사이드 에미팅 타입(side emitting type)이 혼합된 하이브리드 타입(hybrid type)의 렌즈로서, 미세광학패턴을 포함하고 있는 엘이디 렌즈에 관한 것이다. 본 발명에 따른 엘이디 렌즈는 엘이디에서 발광하는 빛을 확산 및 산란시키기 위한 렌즈로서, 외측면을 가지며, 상기 외측면이 경사진 원뿔대 형태, 또는 상기 외측면이 경사지지 않은 원기둥 형태의 상부구조물; 상기 상부구조물 하부에 연결되고, 볼록곡면 형태의 외표면을 지닌 구대 형태의 중간구조물; 상기 중간구조물 하부에 연결되고, 외측면을 가지는 원기둥 형태의 하부구조물;을 포함하며, 상기 상부구조물의 윗면에는 깔때기 형태의 홈이 형성되어 상부구조물의 반사면이 상부구조물의 윗면에 형성되고,상기 중간구조물의 볼록곡면 형태의 외표면에는 미세광학패턴이 형성되고, 상기 하부구조물의 밑면에는 엘이디를 수용할 수 있는 캐비티가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

미세광학패턴이 형성된 하이브리드 타입의 엘이디 렌즈{HYBRID TYPE LED LENS HAVING MICRO-OPTICAL PATTERN}
본 발명은 엘이디 렌즈(LED lens)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탑 에미팅 타입(top emitting type), 즉 상향 방출 타입 및, 사이드 에미팅 타입(side emitting type), 즉 측면 방출 타입이 혼합된 하이브리드 타입(hybrid type)의 렌즈로서, 미세광학패턴을 포함하고 있는 엘이디 렌즈에 관한 것이다.
근래에 각종 전자기기에 액정 디스플레이(LCD, Liquid Crystal Display)가 많이 사용되고 있는데, 액정 디스플레이에는 별도의 광원이 필요한데, 이를 위해 액정 디스플레이의 하부에는 백라이트 유닛(back light unit)이 설치된다. 핸드폰 등과 같은 소형의 액정 디스플레이 또는 대형이면서 두께가 얇은 액정 디스플레이에는 백라이트 유닛(back light unit)에 사용되는 광원으로서, 작으면서도 광효율이 좋은 엘이디가 많이 사용되고 있다. 한편 엘이디는 백열등이나 형광등과 같은 일반 조명등보다 전기 소모량이 적고 수명이 길어, 조명기기에도 많이 사용되고 있으며, 점차 기존의 일반 조명등을 대체해 나가고 있는 실정이다.
이러한 백라이트 유닛 내에 엘이디를 배치하는 방식에는, 백라이트 유닛 내에 엘이디가 평면적으로 배치되는 직하 방식(direct type)과, 엘이디가 백라이트 유닛 내 도광판의 가장자리에 배치되는 에지 방식(edge type)이 있다. 엘이디가 평면적으로 배치되는 직하 방식의 경우, 엘이디 위에 렌즈를 설치함으로써 엘이디 수량을 대폭적으로 줄일 수 있으며, 빛의 배향을 좋게 할 수 있다. 이러한 엘이디 렌즈로 많이 사용되는 것이 도 1의 a에 도시된 탑 에미팅 타입인데, 엘이디 기판(4) 위에 엘이디(1) 및 탑 에미팅 타입의 엘이디 렌즈(2)가 장착되어, 엘이디(1)에서 발광된 빛은 도면의 화살표 P1, P2, P3와 같이 산란되어 확산판(5)을 통과하여 액정패널(미 도시)로 공급된다. 이로써 필요한 엘이디 수량을 대폭적으로 감소시켜 제품의 가격을 낮추는 데에는 효과가 컸지만, 탑 에미팅 타입 엘이디 렌즈(2)의 배광각의 한계로 인해 제품의 두께를 줄이는 데에는 한계가 있었다. 실제로 시중에서 양산되는 제품에 있어서 "D1"으로 표시된 광학거리는 약 28mm 이상이 된다.
이러한 문제를 해결하고 제품의 슬림화를 위해, 도 1b에 도시된 바와 같은 사이드 에미팅 타입의 렌즈(3)가 개발되고 있다. 이러한 사이드 에미팅 타입의 렌즈(3)를 적용하면, 도 1b에 도시된 바와 같이, 엘이디 기판(4) 위에 엘이디(1) 및 사이드 에미팅 타입의 엘이디 렌즈(3)가 장착되어, 엘이디(1)에서 발광된 빛은 도면의 화살표 Q1, Q2, Q3와 같이 측면 방출되어 반사판(미 도시)에 의해 반사되어 확산판(5)을 통과하여 액정패널(미 도시)로 공급된다. 이로써 필요한 엘이디 수량도 줄이고, 제품의 두께도 줄일 수 있으나(실제로 도면상 "D2"로 표시된 광학거리를 약 24mm 정도로 줄일 수 있음), 광경로가 측면으로 방출됨으로 인해 엘이디(1) 상부에는 무라(mura)가 발생하는 문제가 있고, 휘도의 균일도를 확보하는 측면에서 여전히 문제점을 않고 있다.
따라서, 엘이디에서 발광한 빛을 양호하게 확산 및 산란시켜 우수한 휘도 균일도를 유지하면서, 제품의 두께를 슬림화할 수 있는 엘이디 렌즈의 개발이 필요하게 되었다.
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 엘이디에서 발광한 빛을 양호하게 확산 및 산란시켜 우수한 휘도 균일도를 유지하면서, 제품의 두께를 슬림화할 수 있는 엘이디 렌즈를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 엘이디 상부에 무라(mura)가 발생하지 않는 엘이디 렌즈를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 엘이디 렌즈는 엘이디에서 발광하는 빛을 확산 및 산란시키기 위한 렌즈로서, 외측면을 가지며, 상기 외측면이 경사진 원뿔대 형태, 또는 상기 외측면이 경사지지 않은 원기둥 형태의 상부구조물; 상기 상부구조물 하부에 연결되고, 볼록곡면 형태의 외표면을 지닌 구대 형태의 중간구조물; 상기 중간구조물 하부에 연결되고, 외측면을 가지는 원기둥 형태의 하부구조물;을 포함하며, 상기 상부구조물의 윗면에는 깔때기 형태의 홈이 형성되어 상부구조물의 반사면이 상부구조물의 윗면에 형성되고,상기 중간구조물의 볼록곡면 형태의 외표면에는 미세광학패턴이 형성되고, 상기 하부구조물의 밑면에는 엘이디를 수용할 수 있는 캐비티가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 미세광학패턴은 엠보패턴(embo pattern), 렌티큘러패턴(lenticular pattern), 도트패턴(dot pattern), 프리즘패턴(prism pattern) 중 하나일 수 있다.
한편 상기 엘이디 렌즈는 실리콘, 에폭시, PC, PMMA 중 어느 하나의 물질로 제작될 수 있다.
상기 중간구조물의 볼록곡면 형태의 외표면은 비구면일 수 있다.
한편, 상기 하부구조물 밑면에 형성된 캐비티는 반구면 또는 포물면 형태의 공간으로서, 상기 하부구조물의 밑면으로부터 상기 중간구조물의 밑면까지의 범위 내에 형성될 수 잇으며, 또는 상기 하부구조물의 밑면으로부터 상기 중간구조물의 하부 내부까지 연장되어 형성될 수도 있다.
본 발명의 다른 양상은, 상술한 엘이디 렌즈들을 이용하여 제작된 백라이트 유닛을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 양상은, 상술한 엘이디 렌즈들을 이용하여 제작된 엘이디 평판 조명등을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 엘이디 렌즈들을 사용하면, 직하 방식의 엘이디 백라이트 유닛 또는 엘이디 평판 조명등과 같은 제품의 두께를 슬림화하면서도, 우수한 휘도 균일도를 유지하는 제품을 제작할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 엘이디 렌즈들을 사용하면, 무라(mura)가 발생하지 않는 우수한 품질의 액정 디스플레이 또는 엘이디 평판 조명등과 같은 제품을 제작할 수 있다.
여타의 효과 및 장점들에 대해선 이하 구체적인 설명에서도 언급될 수 있을 것이다.
도 1a는 종래의 탑 에미팅 타입의 엘이디 렌즈에 대한 단면도 및 빛의 산란을 보여주는 도면이다.
도 1b는 종래의 사이드 에미팅 타입의 엘이디 렌즈에 대한 단면도 및 빛의 산란을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 엘이디 렌즈에 대한 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 엘이디 렌즈에 대한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 엘이디 렌즈에 대한 단면도 및 빛의 산란을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 엘이디 렌즈들 및 엘이디들이 기판 및 반사판 위에 장착된 것을 보여주는 평면도이다.
도 6은 엘이디 렌즈에 미세광학패턴을 적용하지 않은 경우와 미세광학패턴을 적용한 경우에 있어서의 휘도 및 무라(mura)를 측정한 사진으로서, (a), (b)는 각기 미세광학패턴을 적용하지 않은 경우의 휘도 및 무라 측정 사진이고, (c), (d)는 각기 미세광학패턴을 적용한 경우의 휘도 및 무라 측정 사진이다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 사출성형용 단열 코어에 대해 구체적으로 설명하는데, 이는 예시적인 것으로서 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 도 2에는 본 발명에 따른 엘이디 렌즈(100)에 대한 사시도가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명에 따른 엘이디 렌즈(100)에 대한 단면도가 도시되어 있다. 본 발명에 따른 엘이디 렌즈(100)는 상부구조물(10), 중간구조물(20) 및 하부구조물(30)로 이루어진 하이브리드 타입의 엘이디 렌즈(100)로서, 상부구조물(10)은 외측면(13)이 약간 경사진 원뿔대 형태를 이루고, 상부구조물(10)의 윗면에는 깔대기 형태의 홈(11)이 형성되어 있다. 여기서 주의할 점은, 도 2에서 깔대기 형태의 홈(11) 내부에 깔대기의 중심을 향해 직선들이 표시되어 있는데, 이는 홈(11) 내부가 깔대기의 중심을 향해 경사진 형상을 표현하기 위한 것으로서, 선과 선 사이에 단이 져 있는 것은 아니다. 즉 깔대기 형태의 홈(11) 내부면은 홈(11) 내부의 중심으로 가면서 직경이 점점 작아지는 원들로 이루어진 면이다. 이면을 여기서 반사면(12)이라 칭한다. 여기서 상부구조물(10)이, 상부구조물(10)의 외측면(13)이 엘이디 렌즈(100) 중심선에 대해 경사진 원뿔대 형태로 도시되었지만, 상부구조물(10)의 외측면(13)이 경사짐이 없이 엘이디 렌즈(100) 중심선에 대해 실질적으로 평행한 원기둥 형태로 실현될 수도 있다.
한편, 상부구조물(10)의 밑면에는 중간구조물(20)이 연결되는데, 중간구조물(20)은 구 형태를 평면적으로 위 아래 부분을 잘라낸 구대 형태로서, 볼록한 곡면 형태의 외표면(21)을 지닌다. 이 외표면(21)에는 미세광학패턴(22)이 형성되어 있다. 도면상(도 3 및 도 4)에는 둥근 형태의 미세광학패턴(22)이 형성되어 있는 것으로 도시되었지만, 이들 미세광학패턴으로는 엠보패턴(embo pattern), 렌티큘러패턴(lenticular pattern), 도트패턴(dot pattern), 프리즘패턴(prism pattern) 등의 다양한 형태의 패턴들이 사용될 수 있다. 또한 이들 미세광학패턴들의 단면은 삼각형, 정방형, 장방형, 원형, 타원형, 육각형 등 다양한 형태를 가질 수 있다. 한편 이 중간구조물(20)의 외표면(21)은 비구면으로 이루어질 수 있다.
한편 중간구조물(20)의 밑면에는 하부구조물(30)이 연결되는데, 하부구조물(30)은 외측면(31)을 가지는 원기둥 형태로 이루어질 수 있다. 그리고 하부구조물(30)의 밑면 중앙에는 도 3에 도시된 바와 같이 둥근 형태의 캐비티(40), 즉 속이 빈 공간이 형성되어, 이 안에 엘이디(1)가 설치될 수 있다. 여기서 상기 캐비티(40)와 하부구조물(30)이 이루는 면의 형태는 반구면 형태가 될 수 있으며, 또는 포물선이 3차원적으로 이루어진 포물면 형태가 될 수도 있으며, 또는 여타의 다른 형태를 취할 수도 있다. 그리고 이 캐비티(40)는 도 3에 도시된 바와 같이, 하부구조물(30)의 밑면으로부터 중간구조물(20)의 밑면까지의 범위 내에 형성될 수 있으며, 또는 중간구조물(20)의 밑면을 지나 중간구조물(20)의 하부 내부까지 연장될 수도 있다. 이러한 엘이디 렌즈(100)는 실리콘이나, 에폭시, PC, PMMA 등과 같은 수지로 만들어질 수 있으며, 압축성형, 사출성형 등과 같은 다양한 제작방법이 활용될 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 도 4는 본 발명에 따른 엘이디 렌즈(100)에 대한 단면도 및 빛의 산란을 보여주는 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 엘이디 렌즈(100)들 및 엘이디(1)들이 엘이디 기판(4) 및 반사판(6) 위에 장착된 것을 보여주는 평면도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 엘이디 렌즈(100)는 엘이디 기판(4) 위에 설치되어 기판 내 회로를 통해 전기를 공급받을 수 있으며, 엘이디(1) 위에는 엘이디 렌즈(100)가 장착되고, 엘이디 렌즈(100) 및 엘이디 기판(4) 사이는 밀봉처리되어 내부의 엘이디(1)를 보호할 수 있다. 엘이디(1)가 전기를 공급받아 발광하면 그 빛은 도 4에 도시된 바와 같이, 상부구조물(10)을 통해 화살표 R1, R2 등과 같이 방출되고, 중간구조물(20)의 미세광학패턴(22)에 의해 화살표 S1, S2, S3 등과 같이 방출된다. 이 방출된 빛은 그대로 확산판(5)을 통과하기도 하고, 반사판(도 5의 6)에 의해 반사되어 확산판(5)을 통과하게 된다.
이리하여, 엘이디(1)로부터 나온 빛의 확산 및 산란을 유도하여, 전체적인 휘도의 균일도를 유지할 수 있으며, 엘이디 기판(4)과 확산판(5) 사이의 광학거리 "D3"(도 4 참조)를 20mm 이하로 줄일 수 있어서, 백라이트 유닛, 나아가 액정 디스플레이 제품의 두께를 줄일 수 있으며, 엘이디 평판 조명등과 같은 제품의 두께를 줄일 수 있다. 또한 종래의 사이드 에미팅 타입의 렌즈에서 문제되었던 엘이디 상부의 무라 문제도 해결할 수 있다.
도 6에는 실제로 CA2000 장비를 이용하여, 엘이디 렌즈에 미세광학패턴을 적용하지 않은 경우와 미세광학패턴을 적용한 경우에 있어서의 휘도 및 무라(mura)를 측정한 사진들이 도시되어 있는데, (a), (b)는 각기 미세광학패턴을 적용하지 않은 경우의 휘도 및 무라 측정 사진이고, (c), (d)는 각기 미세광학패턴을 적용한 경우의 휘도 및 무라 측정 사진이다. 이들 사진들로부터, 엘이디 렌즈에 미세광학패턴을 적용함으로써, 휘도의 균일성이 훨씬 양호해지고, 무라의 문제가 해결될 수 있음을 알 수 있다.
이상의 설명 내용은 본 발명의 대해 예시적으로 설명한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구되는 본 발명의 기술적 사상에 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형실시가 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
1 : 엘이디 2 : 탑 에미팅 타입 엘이디 렌즈
3 : 사이드 에미팅 타입 엘이디 렌즈 4 : 엘이디 기판
5 : 확산판 6 : 반사판
10 : 상부구조물 11 : 홈
12 : 상부구조물 반사면 13 : 상부구조물 외측면
20 :중간구조물 21 : 중간구조물 외표면
22 : 미세광학패턴 30 : 하부구조물
31 : 하부구조물 외측면 40 : 캐비티
100 : 엘이디 렌즈

Claims (8)

  1. 엘이디(LED)에서 발광하는 빛을 확산 및 산란시키기 위한 엘이디 렌즈(LED lens)로서, 상기 엘이디 렌즈는,
    외측면을 가지며, 상기 외측면이 경사진 원뿔대 형태, 또는 상기 외측면이 경사지지 않은 원기둥 형태의 상부구조물;
    상기 상부구조물 하부에 연결되고, 볼록곡면 형태의 외표면을 지닌 구대 형태의 중간구조물;
    상기 중간구조물 하부에 연결되고, 외측면을 가지는 원기둥 형태의 하부구조물;을 포함하며,
    상기 상부구조물의 윗면에는 깔때기 형태의 홈이 형성되어 상부구조물의 윗면에 상부구조물의 반사면이 형성되고, 상기 중간구조물의 볼록곡면 형태의 외표면에는 미세광학패턴이 형성되고, 상기 하부구조물의 밑면에는 엘이디를 수용할 수 있는 캐비티가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 엘이디 렌즈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 미세광학패턴은 엠보패턴(embo pattern), 렌티큘러패턴(lenticular pattern), 도트패턴(dot pattern), 프리즘패턴(prism pattern) 중 하나인 것을 특징으로 하는 엘이디 렌즈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 엘이디 렌즈는 실리콘, 에폭시, PC, PMMA 중 어느 하나의 물질로 제작되는 것을 특징으로 하는 엘이디 렌즈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 중간구조물의 볼록곡면 형태의 외표면은 비구면인 것을 특징으로 하는 엘이디 렌즈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 캐비티는 반구면 또는 포물면 형태의 공간으로서, 상기 하부구조물의 밑면으로부터 상기 중간구조물의 밑면까지의 범위 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 엘이디 렌즈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 캐비티는 반구면 또는 포물면 형태의 공간으로서, 상기 하부구조물의 밑면으로부터 상기 중간구조물의 하부 내부까지 연장되는 것을 특징으로 하는 엘이디 렌즈.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 의한 엘이디 렌즈들을 이용하여 제작된 백라이트 유닛.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 의한 엘이디 렌즈들을 이용하여 제작된 엘이디 평판 조명등.
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