KR20220026919A - 광학 렌즈, 발광 모듈 및 이를 구비한 라이트 유닛 - Google Patents

광학 렌즈, 발광 모듈 및 이를 구비한 라이트 유닛 Download PDF

Info

Publication number
KR20220026919A
KR20220026919A KR1020200108054A KR20200108054A KR20220026919A KR 20220026919 A KR20220026919 A KR 20220026919A KR 1020200108054 A KR1020200108054 A KR 1020200108054A KR 20200108054 A KR20200108054 A KR 20200108054A KR 20220026919 A KR20220026919 A KR 20220026919A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
recess
optical lens
axis
rough
light
Prior art date
Application number
KR1020200108054A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102457808B1 (ko
Inventor
한중현
Original Assignee
주식회사 예지아테크코리아
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 주식회사 예지아테크코리아 filed Critical 주식회사 예지아테크코리아
Priority to KR1020200108054A priority Critical patent/KR102457808B1/ko
Priority to CN202110110828.2A priority patent/CN112731571B/zh
Priority to US17/172,374 priority patent/US11204150B1/en
Publication of KR20220026919A publication Critical patent/KR20220026919A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102457808B1 publication Critical patent/KR102457808B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • 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
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0087—Simple or compound lenses with index gradient
    • 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
    • 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
    • F21V5/046—Refractors for light sources of lens shape the lens having a rotationally symmetrical shape about an axis for transmitting light in a direction mainly perpendicular to this axis, e.g. ring or annular lens with light source disposed inside the ring
    • 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
    • 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
    • G02B27/0955—Lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/04—Simple or compound lenses with non-spherical faces with continuous faces that are rotationally symmetrical but deviate from a true sphere, e.g. so called "aspheric" lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers 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 having potential barriers 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
    • 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
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B2003/0093—Simple or compound lenses characterised by the shape

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Planar Illumination Modules (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

발명의 실시 예는 광학 렌즈 및 이를 갖는 발광 모듈이 개시된다.
발명의 실시 예에 개시된 광학 렌즈는 바닥면; 상기 바닥면의 센터 영역에 오목한 리세스; 상기 리세스의 둘레에 입사면; 상기 입사면을 통해 입사된 광을 방출하는 광 출사면; 및 상기 광 출사면과 상기 바닥면의 제2에지 사이에 배치된 플랜지부를 포함하며, 상기 리세스의 바닥은 상기 리세스의 바닥 중심을 지나는 제1축 방향의 너비가 제2축 방향의 너비보다 크며, 상기 바닥 면의 외경은 상기 리세스의 바닥 중심을 지나는 제1축 방향의 길이가 제2축 방향의 길이보다 작으며, 상기 바닥면은 상기 리세스의 둘레에 제1러프 영역, 상기 제1러프 영역의 둘레에 제2 및 제3러프 영역을 포함하며, 상기 제1러프 영역의 표면 거칠기는 상기 제2 및 제3러프 영역의 표면 거칠기보다 작은 값을 가지며, 상기 바닥면은 상기 리세스 보다 상기 플랜지부에 인접한 제1반사 패턴을 포함하며, 상기 입사면은 하단의 제1에지에서 제1정점까지 곡면으로 연장되며, 상기 입사면은 상기 제1에지보다 제1정점에 인접하며 광축 방향으로 볼록한 볼록부를 포함할 수 있다.

Description

광학 렌즈, 발광 모듈 및 이를 구비한 라이트 유닛{OPTICAL LENS, LIGHT EMITTING MODULE AND LIGHT UNIT HAVING THEREOF}
본 발명은 광학 렌즈, 발광 모듈 및 이를 구비한 라이트 유닛에 관한 것이다.
발광 소자, 예컨대 발광 다이오드(Light Emitting Diode)는 전기 에너지를 빛으로 변환하는 반도체 소자의 일종으로, 기존의 형광등, 백열등을 대체하여 차세대 광원으로서 각광받고 있다.
발광 다이오드(LED)는 반도체 소자를 이용하여 빛을 생성하므로, 텅스텐을 가열하여 빛을 생성하는 백열등이나, 또는 고압 방전을 통해 생성된 자외선을 형광체에 충돌시켜 빛을 생성하는 형광등에 비해 매우 낮은 전력만을 소모한다.
또한, 발광 다이오드는 반도체 소자의 전위 갭을 이용하여 빛을 생성하므로 기존의 광원에 비해 수명이 길고 응답특성이 빠르며, 친환경적 특징을 갖는다.
이에 따라, 기존의 광원을 발광 다이오드로 대체하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 발광 다이오드는 실내외에서 사용되는 각종 램프, 표시장치, 전광판, 차량 조명, 및 가로등 등의 조명 장치의 광원으로서 사용이 증가하고 있다.
LED로부터 방출되는 빛은 직진성이 강해 LED의 출사면과 마주하는 방향으로 집광되는 특성이 있다. 이러한 LED의 빛을 효과적으로 그리고 균일하게 확산시키기 위한 기술에 대한 수요가 늘어나고 있다. LED에서 방출되는 빛을 대칭적으로 균일하게 확산시키는 것도 필요하지만, LED의 배치에 따라서는, 빛을 서로 다른 방향으로 광 확산 분포를 다르게 확산하는 렌즈가 요구되고 있다.
발명의 실시 예는 비등방 형태의 광학 렌즈를 제공한다.
발명의 실시 예는 서로 직교하는 두 축 방향 중에서 어느 한 축 방향으로 광 확산 분포를 더 넓게 제공하는 광학 렌즈를 제공한다.
발명의 실시 예는 바닥면 및 플랜지부에 반사 패턴 및 러프 영역을 구비하여, 렌즈 중심부에서의 휘도 분포를 개선시켜 줄 수 있는 광학 렌즈 및 이를 구비한 발광 모듈을 제공할 수 있다.
발명의 실시 예는 회로 기판을 따라 배열되는 제1축 방향의 광의 휘도 분포가 제2축 방향의 휘도 분포보다 더 넓은 광학 렌즈 및 이를 구비한 발광 모듈을 제공한다.
발명의 실시 예는 회로 기판을 따라 배열되는 제1축 방향의 출사면의 길이가 제2축 방향의 출사면의 길이보다 작고, 제1축 방향의 리세스의 바닥 길이가 제2축 방향의 바닥 길이보다 큰 광학 렌즈 및 이를 구비한 발광 모듈을 제공한다.
발명의 실시 예에 따른 광학 렌즈는 바닥면; 상기 바닥면의 센터 영역에 오목한 리세스; 상기 리세스의 둘레에 입사면; 상기 입사면을 통해 입사된 광을 방출하는 광 출사면; 및 상기 광 출사면과 상기 바닥면의 제2에지 사이에 배치된 플랜지부를 포함하며, 상기 리세스의 바닥은 상기 리세스의 바닥 중심을 지나는 제1축 방향의 너비가 제2축 방향의 너비보다 크며, 상기 바닥 면의 외경은 상기 리세스의 바닥 중심을 지나는 제1축 방향의 길이가 제2축 방향의 길이보다 작으며, 상기 바닥면은 상기 리세스의 둘레에 제1러프 영역, 상기 제1러프 영역의 둘레에 제2 및 제3러프 영역을 포함하며, 상기 제1러프 영역의 표면 거칠기는 상기 제2 및 제3러프 영역의 표면 거칠기보다 작은 값을 가지며, 상기 바닥면은 상기 리세스 보다 상기 플랜지부에 인접한 제1반사 패턴을 포함하며, 상기 입사면은 하단의 제1에지에서 제1정점까지 곡면으로 연장되며, 상기 입사면은 상기 제1에지보다 제1정점에 인접하며 광축 방향으로 볼록한 곡면을 갖는 볼록부를 포함할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1반사 패턴은 곡선 형상을 갖는 복수의 홈을 갖고 상기 바닥면의 중심에서 렌즈 반경 방향으로 60% 내지 80%의 범위에 배치되며, 상기 제1 내지 제3러프 영역은 부식 처리된 면이며, 상기 제2러프 영역은 상기 제1반사 패턴과 상기 제1 러프 영역 사이에 배치되며, 상기 제3러프 영역은 상기 제1반사 패턴과 상기 플랜지부의 하단 제2에지 사이에 배치될 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 플랜지부는 하부 둘레에 복수의 홈들이 링 형상으로 배치된 제2반사 패턴 및 상부 둘레에 표면이 러프한 외측 러프 영역을 가지며, 상기 외측 러프 영역의 표면 거칠기는 상기 제1러프 영역의 표면 거칠기보다 높을 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 바닥 면은 타원 형상이며, 상기 리세스의 바닥 형상은 타원 형상이며, 상기 제1반사 패턴은 불 연속적인 홈 형상 또는 연속적인 원형 홈 형상일 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 바닥면으로부터 돌출된 복수의 지지 돌기를 포함하며, 상기 복수의 지지 돌기는 상기 리세스보다 상기 제1반사 패턴에 더 인접하게 배치될 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 바닥면은 리세스 하단의 제1에지가 낮고 상기 플랜지부의 하단 제2에지가 상기 제1에지보다 높게 배치되며, 상기 바닥면은 상기 제1반사 패턴의 내측을 따라 오목한 오목부를 포함할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 광 출사면은 상기 리세스의 바닥과 수직 방향으로 중첩되고 오목한 중심부와 상기 중심부의 외측 둘레에 볼록한 곡면을 가질 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 볼록부는 상기 리세스의 깊이의 60% 내지 73%의 범위에 배치되며, 상기 볼록부는 상기 리세스의 바닥 중심을 지나는 광축을 기준으로 제1축 방향의 양측에 각각 배치되며, 상기 리세스의 깊이는 상기 광학 렌즈의 두께의 75% 이상으로 형성될 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 플랜지부는 광축을 기준으로 제2축 방향에서 수직한 너비가 최대이고, 제1축 방향에서 수직한 너비가 최소이며, 상기 플랜지부의 너비는 상기 제1,제2축 방향의 외측면에서 외주면을 따라 멀어질수록 더 감소될 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 제1축 방향으로 상기 플랜지부에서 외측으로 돌출된 측면 돌출부를 포함할 수 있다.
발명의 실시 예에 따른 발광 모듈은, 회로 기판; 상기 회로 기판 상에 배치되며 광을 방출하는 복수의 발광 소자; 상기 회로 기판을 따라 배열되며 상기 복수의 발광 소자 각각의 위에 배치된 복수의 광학 렌즈; 및 상기 회로 기판은 제2축 방향의 너비가 제1축 방향의 길이보다 작으며, 상기 광학 렌즈는 청구항 제1항 또는 제2항을 포함하며, 상기 복수의 광학 렌즈는 상기 회로 기판의 제1축 방향을 따라 배열되며, 상기 회로 기판의 제2축 방향의 너비는 상기 광학 렌즈 각각의 제2축 방향의 길이보다 작으며, 상기 제1반사 패턴의 일부는 상기 회로 기판의 제2축 방향의 외측에 노출될 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 광학 렌즈의 바닥 면은 타원 형상이며, 상기 리세스의 바닥 형상은 타원 형상이며, 상기 제1반사 패턴은 연속적인 또는 불 연속적인 홈 형상이며, 상기 광학 렌즈는 바닥면으로부터 돌출된 복수의 지지 돌기를 포함하며, 상기 복수의 지지 돌기는 상기 리세스보다 상기 제1반사 패턴에 더 인접하게 배치될 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 광학 렌즈의 바닥면은 리세스 하단의 제1에지가 낮고 상기 플랜지부의 하단 제2에지가 상기 제1에지보다 높게 배치되며, 상기 회로 기판은 상부에 반사층을 갖고, 상기 제1에지와의 거리가 최소이고, 상기 제2에지와의 거리가 최대일 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 광 출사면은 상기 리세스의 바닥과 수직 방향으로 중첩되고 오목한 중심부와 상기 중심부의 외측 둘레는 볼록한 곡면을 가지며, 상기 입사면의 상부 둘레에 볼록한 곡면을 갖는 볼록부는 상기 리세스의 깊이의 60% 내지 73%의 범위에 배치되며, 상기 볼록부는 상기 리세스의 바닥 중심을 지나는 광축을 기준으로 제1축 방향의 양측에 각각 배치되며, 상기 리세스의 깊이는 상기 광학 렌즈의 두께의 75% 이상으로 형성될 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1축 방향으로 상기 플랜지부에서 외측으로 돌출된 측면 돌출부를 포함하며, 상기 광학 렌즈의 플랜지부는 하부 둘레에 복수의 홈들이 링 형상으로 배치된 제2반사 패턴 및 상부 둘레에 표면이 러프한 외측 러프 영역을 가지며, 상기 외측 러프 영역의 표면 거칠기는 상기 광학 렌즈의 바닥면에 배치된 제1러프 영역의 표면 거칠기보다 높을 수 있다.
발명의 실시 예는 광학 렌즈에서 서로 직교하는 두 축 방향 중에서 어느 한 축 방향의 휘도 분포를 다른 축 방향의 휘도 분포보다 넓게 제공할 수 있다. 또한 회로 기판에 배열되는 광학 렌즈들 간의 광 간섭을 줄이고 렌즈 개수를 줄여줄 수 있다.
발명의 실시 예는 광학 렌즈로부터 방출된 광에 의한 핫 스팟과 같은 노이즈를 줄일 수 있고, 휘도 얼룩(MURA)을 억제시키고 광 휘도 분포를 균일하게 제공할 수 있다. 발명의 실시 예는 인접한 광학 렌즈 간의 간섭을 최소화하여 화상을 개선할 수 있으며, 광학 렌즈를 갖는 발광 모듈 및 라이트 유닛의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
도 1은 발명의 실시 예에 따른 회로 기판 상에 광학 렌즈를 갖는 발광 모듈의 사시도이다.
도 2는 도 1에서 광학 렌즈의 평면도이다.
도 3은 도 2의 광학 렌즈의 A-A측 단면도이다.
도 4는 도 3의 리세스의 입사면의 부분 확대도이다.
도 5는 도 2의 광학 렌즈의 B-B측 단면도이다.
도 6은 도 2의 광학 렌즈의 저면도이다.
도 7은 도 2의 광학 렌즈의 저면도에서 제2패턴의 다른 예이다.
도 8은 도 3의 광학 렌즈가 회로 기판 상에 배치된 단면도이다.
도 9는 도 5의 광학 렌즈가 회로 기판 상에 배치된 단면도이다.
도 10 및 도 11은 발명의 실시 예에 따른 광학 렌즈의 플랜지부의 다른 예를 나타낸 측면도이다.
도 12는 발명의 실시 예에 따른 광학 렌즈의 바닥 면의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 13은 발명의 실시 예에 따른 광학 렌즈가 회로 기판 상에 배열된 예이다.
도 14는 발명의 실시 예에 따른 광학 렌즈의 각 축 방향에서의 광도 그래프 및 휘도 분포를 나타낸 도면이다.
도 15는 비교 예에 따른 광학 렌즈의 각 축 방향에서의 광도 그래프 및 휘도 분포를 나타낸 도면이다.
이하, 발명의 실시 예들은 첨부된 도면 및 발명의 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
발명의 실시 예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 발명의 실시 예에 따른 광학 렌즈 및 이를 구비한 발광 모듈을 설명한다.
도 1은 발명의 실시 예에 따른 회로 기판 상에 광학 렌즈를 갖는 발광 모듈의 사시도이고, 도 2는 도 1에서 광학 렌즈의 평면도이며, 도 3은 도 2의 광학 렌즈의 A-A측 단면도이고, 도 4는 도 3의 리세스의 입사면의 부분 확대도이며, 도 5는 도 2의 광학 렌즈의 B-B측 단면도이고, 도 6 및 도 7은 도 2의 광학 렌즈의 저면도의 예들이며, 도 8은 도 3의 광학 렌즈가 회로 기판 상에 배치된 단면도이고, 도 9는 도 5의 광학 렌즈가 회로 기판 상에 배치된 단면도이고, 도 10 및 도 11은 발명의 실시 예에 따른 광학 렌즈의 플랜지부의 다른 예를 나타낸 측면도이며, 도 12는 발명의 실시 예에 따른 광학 렌즈의 바닥 면의 다른 예를 나타낸 도면이고, 도 13은 발명의 실시 예에 따른 광학 렌즈가 회로 기판 상에 배열된 예이다.
발명의 설명에서 제1축(Y) 방향은 회로 기판(400)의 길이 방향이거나, 상기 회로 기판(400) 상에서 광학 렌즈(300)들이 배열되는 방향일 수 있다. 제2축(X) 방향은 상기 제1축(X) 방향과 직교되는 방향일 수 있으며, 제3축(Z) 방향은 제1,2축(Y,X) 방향과 직교되는 방향일 수 있다.
도 1 내지 도 9를 참조하면, 발광 모듈은 광학 렌즈(300)가 회로 기판(400) 상에 복수로 배열될 수 있다. 상기 회로 기판(400)은 제1축(Y) 방향으로 긴 길이를 갖고, 상기 제1축(Y) 방향의 길이는 제2축(X) 방향의 너비(W1)보다 크게 배치될 수 있다. 상기 광학 렌즈(300)에서 제2축(X) 방향의 길이는 제2길이(D2)이며, 제1축(Y) 방향의 길이는 제2길이(D1)일 수 있으며, 제1,2길이는 D2>D1의 관계를 가질 수 있다.
상기 회로 기판(400)의 제2축(X) 방향의 너비(W1)는 상기 광학 렌즈(300)의 길이(D1) 보다 작을 수 있으며, 상기 광학 렌즈(300)의 제2축(X) 방향의 제2길이(D2) 보다 더 작을 수 있다. 상기 회로 기판(400)의 너비(W1)를 상기 광학 렌즈(300)의 길이(D1,D2)보다 좁게 제공해 줌으로써, 회로 기판(400)의 재료 낭비를 방지할 수 있다. 여기서, 상기 회로 기판(400)의 너비(W1)과 제1,2길이(D1,D2)의 관계는 D2>D1>W1의 관계를 가질 수 있다.
상기 회로 기판(400)은 상부에 반사층(420)이 형성될 수 있다. 상기 반사층(420)은 별도의 반사 시트로 부착되거나, 솔더 레지스트와 같은 반사 재질이 코팅될 수 있다.
도 2 내지 도 6과 같이, 상기 광학 렌즈(300)는 바닥면(310), 상기 바닥면(310)의 센터 영역에 오목한 리세스(recess)(315), 상기 리세스(315)의 둘레에 입사면(320), 광이 출사되는 광 출사면(330), 및 상기 광 출사면(330)의 외측 둘레에 플랜지부(335)를 포함한다.
상기 광학 렌즈(300)의 길이(D1,D2)는 두께(Z1)보다 크게 배치될 수 있다. 상기 광학 렌즈(300)의 길이(D1,D2)는 상기 두께(Z1)의 2.5배 이상 예컨대, 3배 이상이 될 수 있다. 상기 광학 렌즈(300)의 제2길이(D2)는 20mm 이상 예컨대, 20mm 내지 30mm의 범위 또는 22mm 내지 28mm의 범위일 수 있으며, 제1길이(D1)는 제2길이(D2)보다 작고 18mm 이상 예컨대, 18mm 내지 28mm 범위 또는 22mm 내지 26mm의 범위일 수 있다. 상기 제1길이(D1)는 제2길이(D2)보다 작게 배치될 수 있으며, 상기 제2길이(D2)가 제1길이(D1) 보다 0.5mm 이상 예컨대, 1mm 이상 또는 2mm 내지 4mm의 범위로 클 수 있다. 상기 광학 렌즈(300)의 두께(Z1)는 6.5mm 이상 예컨대, 6.5mm 내지 9mm의 범위 또는 6.7mm 내지 8mm의 범위일 수 있다. 이러한 광학 렌즈(300)의 서로 다른 길이(D1,D2)가 두께(Z1)보다 크게 배치되므로, 조명 장치나 라이트 유닛의 전 영역에 균일한 휘도 분포를 제공할 수 있다. 또한 라이트 유닛 내에서 커버하는 영역이 개선되므로 광학 렌즈의 개수는 줄일 수 있고, 광학 렌즈(300)의 두께(Z1)는 줄여줄 수 있다.
상기 광학 렌즈(300)는 상기 리세스(315)의 바닥 중심(P0)에 대해 수직한 축 방향을 중심 축(Z0) 또는 광 축으로 정의할 수 있다. 상기 리세스(315)의 바닥 중심(P0)에서 서로 직교하는 두 방향은 제1축(Y) 및 제2축(X) 방향일 수 있다. 상기 리세스(315)의 바닥 중심(P0)은 광학 렌즈(300)의 하부 중심일 수 있으며, 기준 점으로 정의될 수 있다.
상기 광학 렌즈(300)는 투광성 재료를 포함할 수 있다. 상기 광학 렌즈(300)는 폴리카보네이트(PC), 폴리메타크릴산메틸(PMMA), 실리콘 또는 에폭시 수지, 또는 글래스(Glass) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 광학 렌즈(300)는 굴절률이 1.4 내지 1.7 범위의 투명 재료를 포함할 수 있다.
발명의 실시 예에 따른 광학 렌즈(300)의 바닥면(310)은 상기 리세스(315)와 플랜지부(335) 사이에 배치될 수 있다. 상기 바닥면(310)은 수평한 제1축(Y) 및 제2축(X) 방향으로 경사진 면을 포함하거나, 곡면을 포함하거나 경사진 면과 곡면을 모두 포함할 수 있다. 상기 바닥면(310)은 상기 리세스(315)의 하단 둘레 또는 이에 인접한 제1에지(11,12)에서 플랜지부(335) 또는 이에 인접한 제2에지(13,14)까지 경사진 면을 포함할 수 있다. 여기서, 제1에지(11,12)에서 제2에지(13,14)를 지나는 직선은 제1,2축(Y,X) 방향을 지나는 직선에 대해 10도 이하 예컨대, 1도 내지 10도의 범위 또는 2도 내지 5도의 범위로 경사질 수 있다.
여기서, 제1축(Y) 방향으로 제1에지(11)에서 제2에지(13)까지의 거리는 제2축(X) 방향으로 제1에지(12)에서 제2에지(14)까지의 거리보다 클 수 있다.
상기 제1에지(11,12)는 상기 입사면(320)과 상기 바닥면(310) 사이의 경계 영역이며, 광학 렌즈(300)의 저점 영역 즉, 상기 바닥면(310)의 영역 중에서 가장 낮은 지점일 수 있다. 상기 제1에지(11,12)의 위치는 수평한 제2축(X)을 기준으로 제2에지(13,14)의 위치보다 낮게 위치될 수 있다. 상기 제1에지(11,12)는 상기 입사면(320)의 하부 둘레를 커버할 수 있다. 상기 제2에지(13,14)는 상기 바닥면(310)의 외곽 영역이거나 상기 플랜지부(335)의 하부 영역이 될 수 있다. 상기 제2에지(13,14)는 상기 바닥면(310)과 상기 플랜지부(335) 사이의 경계 영역일 수 있다.
상기 바닥면(310)은 상기 제1에지(11,12)에 가까울수록 상기 제2축(X) 및 제1축(Y)과의 간격이 점차 좁아질 수 있다. 상기 바닥면(310)은 상기 제1에지(11,12)로부터 멀어질수록 상기 제2축(X) 및 제1축(Y 또는 Y1)과의 간격이 점차 커질 수 있다. 상기 바닥면(310)에서 상기 제2에지(13,14)는 상기 제2축(X) 및 제1축(Y 또는 Y1)과의 간격이 최대이고, 상기 제1에지(11,12)는 상기 제2축(X) 및 제1축(Y 또는 Y1)사이의 간격이 최소일 수 있다. 상기 광학 렌즈(300)는 입사면(320)을 통해 바닥면(310)으로 입사된 광의 광량이 증가될 수 있고, 지향각 분포를 개선시켜 줄 수 있다.
상기 바닥면(310)이 상기 리세스(315)의 제1에지(11,12)에 인접할수록 더 낮아지게 되므로, 상기 바닥면(310)의 면적은 더 증가될 수 있다. 상기 리세스(315)의 입사면(320)의 면적은 상기 바닥면(310)이 낮아진 만큼 더 넓어질 수 있다. 상기 리세스(315)의 깊이(Z2)는 상기 제1에지(11,12)로부터의 높이가 되므로, 더 깊어질 수 있다. 상기 바닥면(310)의 면적이 증가함으로써, 반사 면적을 증가시켜 줄 수 있다. 상기 리세스(315)의 하단은 더 낮아지게 되므로, 입사 면적을 증가시켜 줄 수 있다.
상기 제2에지(13,14)와 상기 제2축(X) 또는 제1축(Y) 간의 간격은 500㎛ 이하일 수 있으며, 예컨대 450㎛ 이하일 수 있다. 상기 제2에지(13,14)와 상기 제2축(X) 또는 제1축(Y)간의 간격은 200㎛ 내지 450㎛ 범위일 수 있으며, 상기 간격이 상기 범위보다 작은 경우 상기 플랜지부(335)의 저점 위치가 낮아져 상기 플랜지부(335)으로 방출된 광들의 간섭 문제가 발생될 수 있고, 상기 범위보다 큰 경우 상기 플랜지부(335)의 고점 위치가 높아져 광 출사면(330)의 곡률이 변경되는 문제가 발생되고 광학 렌즈(300)의 두께(Z1)가 증가되는 문제가 있다.
상기 바닥면(310)은 베지어(Bezier) 곡선을 갖는 곡면으로 형성될 수 있다. 상기 바닥면(310)의 곡선은 스플라인(Spline) 예컨대, 큐빅(cubic), B-스플라인, T-스플라인으로 구현될 수 있다. 상기 바닥면(310)의 곡선은 베지어 곡선(Bezier curve)로 구현될 수 있다.
도 6과 같이, 상기 바닥면(310)의 외경은 리세스(315)의 바닥 중심(P0)을 지나는 제1,2축(Y,X) 방향으로 제1길이(D1) < 제2길이(D2)의 조건을 만족할 수 있다. 발명의 실시 예에 따른 광학 렌즈(300)는 제2길이(D2)가 제1길이(D1)보다 길게 배치되므로, 제2축(X) 방향의 휘도 분포가 감소되지 않도록 할 수 있다.
상기 바닥면(310)의 전 영역은 부식(Corrosion) 처리된 면을 포함할 수 있다. 상기 부식 처리된 영역은 표면 거칠기가 있는 면으로서, 입사되는 광을 확산 또는 산란시키고 다른 방향으로 굴절시켜 줄 수 있다. 상기 부식 처리된 면은 부식 처리에 의해 형성될 수 있으며, 렌즈의 사출 성형시 금형 코어에 화학적 부식을 이용하여 형성하거나, 또는 연마 장비를 이용하여 연마하여 형성할 수 있다. 상기 부식 처리된 면에 의해 바닥면(310)으로 입사된 광들이 산란되어 반사됨으로써, 휘도 균일도를 개선시켜 줄 수 있다.
도 3, 5 및 도 6과 같이, 상기 바닥면(310)은 외측에 하나 또는 복수의 제1반사 패턴(P2)을 포함할 수 있다. 상기 제1반사 패턴(P2)은 상기 바닥면(310)의 중심(P0)에서 렌즈 반경 방향으로 60% 이상 예컨대 60% 내지 85%의 범위 또는 60% 내지 80%의 범위에 배치될 수 있다. 상기 제1반사 패턴(P2)은 입사되는 광을 다른 경로로 반사함으로써, 바닥면(310)으로 진행하는 광들을 효과적으로 확산시켜 줄 수 있다. 도 8과 같이, 제1반사 패턴(P2)은 발광소자(100)의 측면 하부로 방출된 광(L2)을 광 출사면(330)으로 반사시켜 줄 수 있고, 상기 광 출사면(330)으로 반사된 광은 중심부(R1)의 주변으로 반사되거나 굴절되어 투과될 수 있다. 이에 따라 중심부(R1)의 주변으로 입사된 광은 중심부(R1) 주변에서의 무라 현상이나 블랙 패턴을 억제할 수 있다.
도 6과 같이, 볼록부(P1)는 입사면(320)의 상부 둘레를 따라 서로 반대측에 배치되거나, 타원 형상으로 연속적으로 형성될 수 있다. 상기 볼록부(P1)는 제1축(Y) 방향으로 양측에서 서로 대향되며, 최대 거리는 제1축(Y) 방향의 거리이며, 최소 거리는 제2축(X) 방향에서의 거리일 수 있다. 상기 볼록부(P1)는 도 4와 같이, 하나 또는 둘 이상의 볼록한 곡면과 오목한 곡면이 연결될 수 있다. 상기 볼록부(P1)는 하나 또는 둘 이상의 볼록한 곡면을 포함되거나, 하나 또는 둘 이상의 오목한 곡면을 포함하거나, 볼록한 곡면과 오목한 곡면이 적어도 2주기로 반복되는 구조를 포함할 수 있다.
상기 바닥면(310)에 배치된 제1반사 패턴(P2)은 홈이 반원 이하 또는 원의 1/2 내지 1/4의 곡선 형상으로 형성될 수 있다. 상기 제1반사 패턴(P2)은 제1지지 돌기(351)의 외측 둘레와 제2지지 돌기(353)의 외측 둘레에 각각 배치될 수 있다. 상기 제1반사 패턴(P2)은 복수개가 단축 방향(Y)을 기준으로 장축 방향(X)으로 곡선을 갖고 연장될 수 있고, 제1길이(D1)의 60% 이상 예컨대, 11mm 이상으로 서로 이격될 수 있다.
상기 제1반사 패턴(P2) 각각의 최대 직선 거리(DP2)는 양단 간의 직선 거리로서, 15mm 이상 예컨대, 15mm 내지 20mm의 범위 또는 16mm 내지 19mm의 범위일 수 있다. 상기 제1반사 패턴(P2) 각각은 단부(EP2)의 선폭이 내측 폭보다 더 작은 폭으로 연장될 수 있으며, 0.5mm 이상 예컨대, 0.5mm 내지 1.5mm의 범위일 수 있다.
제1축(Y) 방향으로 제1반사 패턴(P2)들 간의 최대 거리는 제1길이(D1)의 80% 이상 예컨대, 70% 내지 90%의 범위 또는 80% 내지 90%의 범위로 배치될 수 있다. 제1축(Y) 방향으로 제1반사 패턴(P2)들 간의 최소 거리는 55% 이하 예컨대, 40% 내지 50%의 범위일 수 있다. 이에 따라 제1축(Y) 방향으로 최소 50% 이상 이격된 두 제1반사 패턴(P2)은 제1축(Y) 방향으로 진행하는 광들을 광 출사면(330) 또는/및 중심부(R1) 방향으로 반사시켜 줄 수 있다.
상기 제1반사 패턴(P2)은 지지 돌기(351,353)의 외측에서 복수개가 바닥 중심(P0)을 기준으로 동일 반경을 갖는 홈으로 배치되거나, 서로 다른 반경을 갖는 홈들이 배치될 수 있다. 상기 제1반사 패턴(P2)은 불연속적인 홈 패턴으로 형성될 수 있다. 상기 제1반사 패턴(P2)은 최소 반경(A7)을 갖는 홈들이 불 연속적인 곡선으로 형성될 수 있다.
상기 제1반사 패턴(P2)의 최대 거리(DP2)는 회로 기판(400)의 너비(W1)의 80% 내지 120%의 범위로 형성되며, 도 8 및 도 9과 같이 회로 기판(400)의 외측에 상기 제1반사 패턴(P2)의 단부가 부분적으로 노출될 수 있다. 이에 따라 상기 회로 기판(400)의 외측에 배치된 상기 제1반사 패턴(P2)은 상기 제1반사 패턴(P2)을 통해 회로 기판(400)의 길이 방향(Y)으로 진행하는 광 또는 반사하는 광들의 경로를 변경시켜 주어, 다른 렌즈들에 간섭을 주거나 재 입사되는 문제를 방지할 수 있다.
도 7과 같이, 볼록부(P1)는 다른 예로서, 바텀 뷰 형상이 입사면(320)의 상부 둘레를 따라 타원 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 볼록부(P1)의 최대 직경은 제1축(Y) 방향의 거리이며, 최소 직경은 제2축(X) 방향의 거리일 수 있다. 상기 볼록부(P1)는 도 4와 같이, 하나 또는 둘 이상의 볼록한 곡면과 오목한 곡면이 연결될 수 있다.
상기 제1반사 패턴(P2)은 최소 반경(A7)을 갖는 홈들이 연속적인 원 형상으로 형성될 수 있다. 제1축(Y) 및 제2축(X) 방향으로 제1반사 패턴(P2)의 직경은 제1길이(D1)의 80% 이상 예컨대, 70% 내지 90%의 범위 또는 80% 내지 90%의 범위로 배치될 수 있다. 상기 제1반사패턴(P2)은 원 형상일 수 있다. 상기 제1반사 패턴(P2)에서 원 형상의 홈들은 직경이 회로 기판(400)의 너비(W1)보다 크게 형성되며, 도 8 및 도 9과 같이 회로 기판(400)의 외측에 부분적으로 노출될 수 있다. 이에 따라 상기 회로 기판(400)의 외측에 배치된 상기 제1반사 패턴(P2)은 상기 제1반사 패턴(P2)을 통해 회로 기판(400)의 외측으로 진행하는 광 또는 반사하는 광들의 내부 전반사로 유도하여, 다른 렌즈들에 간섭을 주거나 재 입사되는 문제를 방지할 수 있다. 상기 회로 기판(400)의 외측에 배치된 상기 제1반사 패턴(P2)은 상기 제1반사 패턴(P2)을 통해 회로 기판(400)으로 진행되는 광의 경로를 변경해 주어, 재 입사되는 문제를 차단할 수 있다.
상기 바닥면(310)은 상기 리세스(315)의 둘레에 배치된 제1러프 영역(Q1)과, 상기 제1러프 영역(Q1)과 플랜지부(335) 사이에 배치된 제2 및 제3러프 영역(Q2,Q3)을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제3러프 영역(Q1,Q2,Q3)은 요철 면으로 형성될 수 있으며, 표면 거칠기(Ra)의 크기는 상기 제1반사 패턴(P2)의 홈 깊이보다 작을 수 있다.
상기 바닥면(310)에서 상기 제1러프 영역(Q1)은 바닥 중심(P0)에서 제1거리(A5,A6) 내의 영역에 배치되며, 거리 A5>A6의 조건을 만족하며, 바닥 반경의 30% 이하의 영역에 배치될 수 있다. 상기 바닥 반경은 D1의 1/2 및 D2의 1/2일 수 있다. 상기 제1러프 영역(Q1)의 외곽선은 타원 형상일 수 있다. 상기 리세스(115)의 바닥 형상은 상기 제1러프 영역(Q1)의 외곽선 형상과 동일한 타원 형상일 수 있다.
상기 바닥면(310)에서 상기 제2러프 영역(Q2)은 제1러프 영역(Q1)과 제1반사 패턴(P2) 사이의 영역이며, 상기 제3러프 영역(Q2)은 상기 제1반사 패턴(P2)와 플랜지부(335) 사이의 영역일 수 있다.
상기 제1 내지 제3러프 영역(Q1,Q2,Q3)은 표면 거칠기를 다르게 하여, 전 영역에 동일한 표면 거칠기를 갖는 것보다는 확산성이 높고, 원형 띠 형상의 무라 패턴(도 15의 Mu1)이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 리세스(315)의 주변에서의 광이 집광되는 문제를 개선할 수 있다.
상기 제1러프 영역(Q1)의 표면 거칠기(Ra) 값은 상기 제2 및 제3러프 영역(Q2,Q3)의 표면 거칠기 값보다 낮을 수 있다. 이에 따라 바닥면(310)의 중에서 리세스(315)에 인접한 제1러프 영역(Q1)의 표면 거칠기를 외측의 제2,3러프 영역(Q2,Q3)보다 더 낮게 제공해 줌으로써, 리세스(315)의 주변에서 상기 제1러프 영역(Q1)에 의해 반사 효율을 낮추어 핫 스팟 문제를 제거하고 휘도 분포의 균일도를 개선시켜 줄 수 있다. 상기 제2,3러프 영역(Q2,Q3)의 표면 거칠기는 더 높게 하여, 외측 바닥 영역에서 광의 반사 효율을 증가시켜 주어, 전체적인 휘도 분포를 개선시켜 줄 수 있다. 상기 제1러프 영역(Q1)의 표면 거칠기(Ra)는 0.6㎛ 이하 예컨대, 0.4 내지 0.5㎛의 범위일 수 있다. 상기 제2,3러프 영역(Q2,Q3)의 표면 거칠기는 서로 동일하거나 외측 제3러프 영역(Q3)의 표면 거칠기가 더 높을 수 있다. 상기 제2,3러프 영역(Q2,Q3)의 표면 거칠기는 상기 제1러프 영역(Q1)의 표면 거칠기보다 2배 이상 예컨대, 3배 이상 높고, 1.3㎛ 이상 예컨대, 1.3㎛ 내지 1.8㎛의 범위 또는 1.4㎛ 내지 1.7㎛의 범위일 수 있다.
상기 회로 기판(410)의 상면을 기준으로 바닥면(310)과의 거리는 상기 제1에지(11,12)에서 제2에지(13,14)로 갈수록 점차 멀어질 수 있다. 상기 회로 기판(410)의 상면을 기준으로 바닥면(310)과의 거리는 상기 제1러프 영역(Q1)에서 제3러프 영역(Q3)으로 갈수록 점차 멀어질 수 있다.
상기 바닥면(310)에는 복수의 지지 돌기(351,353)이 배치될 수 있다. 상기 지지 돌기(351,353)는 제2축(X) 방향으로 상기 리세스(315)의 양측에 배치된 제1지지 돌기(351)와 제2지지 돌기(353)를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2지지 돌기(351,353)는 각각 복수로 배치되며, 복수의 제1지지 돌기(351)는 제2축(X) 방향으로 이격되며, 복수의 제2지지 돌기(353)은 제2축(X) 방향으로 이격될 수 있다. 상기 제1지지 돌기(351) 간의 이격 거리는 리세스(315)의 길이(D3)보다 클 수 있으며, 제2지지 돌기(353) 간의 이격 거리는 리세스(315)의 길이(D3)보다 클 수 있어, 안정적으로 광학 렌즈(300)를 회로 기판(400) 상에 지지할 수 있다.
상기 제1 및 제2지지 돌기(351,353)는 상기 제1반사 패턴(P2)의 내측에 배치되며, 상기 제1러프 영역(Q1) 또는 리세스(315)보다는 제1반사 패턴(P2)에 더 인접하게 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2지지 돌기(351,353) 간의 제1축(Y) 방향의 거리는 상기 제1반사 패턴(P2)의 직경보다 작을 수 있으며, 예컨대 제1반사 패턴(P2)의 직경의 80% 이상 예컨대, 80% 내지 99%의 범위로 배치될 수 있다. 여기서, 도 5 및 도 9에서, 광학 렌즈(300)의 제1반사 패턴(P2)은 도 7을 기초로 설명될 수 있으며, 도 6의 구조에서는 도 5 및 도 9의 구조 상에서 제2축(X)을 기준으로 볼 때, 제1반사 패턴(P2)가 노출되지 않을 수 있다.
도 1, 도 8 및 도 9와 같이, 상기 제1 및 제2지지 돌기(351,353)는 회로 기판(400) 상에 접착제로 접착될 수 있으며, 회로 기판(400) 상의 반사층(320)의 홀을 통해 각각 삽입되고 접착제로 접착될 수 있다. 도 8 및 도 9는 설명의 편의를 위해, 반사층(420)의 홀에 지지 돌기들(351,353)이 결합되는 예를 도시하였다. 상기 제1,2지지 돌기들(351,353)을 지나는 직선들의 형상은 직사각형 형상일 수 있다. 다른 예로서, 제1,2지지 돌기(351,353)의 그룹 중 어느 한 그룹은 다른 그룹의 개수보다 더 많거나 작을 수 있고, 삼각형 또는 오각형 형상일 수 있다.
상기 제1,2 지지 돌기(351,353)는 바닥 중심(P0)으로부터 동일한 거리로 배치될 수 있다. 다른 예로서, 제1,2 지지 돌기(351,353) 중 적어도 하나는 상기 바닥 중심(P0)을 기준으로 다른 거리로 수 있다. 상기 제1지지 돌기들(351) 간의 거리는 제2지지 돌기들(353) 간의 거리와 동일할 수 있다. 상기 제1,2 지지 돌기(351,353) 각각은 어느 하나가 반사층(420)과의 결합 면적이 증가되도록 하부가 좁고 상부가 넓은 기둥 형상으로 형성될 수 있다.
도 3 내지 도 6과 같이, 상기 리세스(315)는 상기 바닥면(310)의 센터 영역으로부터 광 출사면(330)의 방향으로 오목하게 함몰된 형태를 갖는다. 상기 리세스(315)는 바닥 형상이 타원 형상을 갖는다. 상기 바닥면(310)의 바텀 뷰 형상은 타원 형상을 포함할 수 있다.
상기 리세스(315)는 측 단면이 종(bell) 형상, 포탄(shell) 형상 또는 타원 형상을 포함할 수 있다. 상기 리세스(315)는 위로 올라갈수록 너비가 점차 좁아지는 형상을 가질 수 있다. 상기 리세스(315)는 바닥 둘레의 제1에지(11,12)로부터 상단의 제1정점(R2)을 향해 점진적으로 수렴되는 형상을 가질 수 있다. 상기 리세스(315)의 바텀 뷰가 타원 형상인 경우, 상기 제1정점(R2)을 향해 직경이 점진적으로 감소되는 하부 영역과, 직경이 증가되는 중간 영역과, 직경이 다시 감소되는 상부 영역을 포함할 수 있다. 상기 리세스(315)는 중심 축(Z0)을 기준으로 축 대칭 형상으로 제공될 수 있다. 상기 입사면(320)의 중심부(R1)는 외측 제2영역(A3,A4)의 곡률 반경보다 작은 곡률 반경을 갖는 오목한 곡면으로 제공될 수 있다.
상기 리세스(315)의 바닥 너비(D3,D4)는 광원 즉, 후술되는 발광 소자가 삽입될 수 있는 너비를 가질 수 있다. 상기 리세스(315)의 바닥 너비(D3,D4)는 발광 소자(100)의 너비의 3배 이하 예컨대, 2.5배 이하일 수 있다. 상기 리세스(315)의 바닥 너비(D3,D4)는 상기 발광 소자(100)의 너비의 1.2배 내지 2.5배 범위일 수 있으며, 상기 범위보다 작은 경우 발광 소자(100)의 삽입이 용이하지 않고 상기 범위보다 큰 경우 상기 발광 소자와 제1에지(11,12) 사이의 영역을 통한 광 손실 또는 광 간섭을 줄 수 있다.
상기 리세스(315)의 바닥 너비를 보면, 제2축(X) 방향의 너비(D4)는 제1축(Y) 방향의 너비(D3)와 다를 수 있다. 예컨대, 리세스(315)의 바닥 중심(P0)을 지나는 제2축(X) 방향의 너비(D4)는 제2축 방향의 너비(D3)보다 작을 수 있다. 상기 리세스(315)의 바닥 너비는 D4<D3의 조건을 만족하며, 그 차이는 0.5mm 이상 4mm 이하 예컨대, 1mm 이상 2mm 이하의 차이를 가질 수 있다. 상기 너비 D3는 D4의 4배 이하 예컨대, 2배 이하일 수 있다. 상기 리세스(315)의 바닥 너비의 비율(D4:D3)은 1:1.3 내지 1:2의 범위의 차이를 가질 수 있다. 이러한 제1축(Y) 방향의 너비(D3)가 제2축(X) 방향의 너비(D4)보다 상기 범위보다 작을 경우, Y축 방향의 휘도 개선이 미미하고 상기 범위보다 큰 경우 X축 방향의 휘도 분포가 상대적으로 작아질 수 있다.
발명의 실시 예에 따른 광학 렌즈(300)는 외형적으로 제2축(X) 방향의 제2길이(D2)가 제1축(Y) 방향의 제1길이(D1)보다 크고, 상기 리세스(315)이 너비는 제2축(X) 방향의 너비(D4)가 제1축(Y) 방향의 너비(D3)보다 작게 배치될 수 있다. 이에 따라 광학 렌즈(300)는 외형적인 길이 차이로 인해 제1축(Y) 방향의 휘도 분포를 확보할 수 있고, 휘도 분포 측면에서 상기 리세스(315)에 의해 제2축(X) 방향 및 모서리 영역으로 넓게 확산시켜 줄 수 있다.
상기 광학 렌즈(300)가 배열된 발광 모듈의 바 개수를 2개 이하 예컨대, 1개로 줄여줄 수 있으며, 백라이트 유닛에서의 상/하 코너부의 휘도 분포를 개선시켜 줄 수 있다.
상기 입사면(320)은 상기 바닥면(310)의 센터 영역으로부터 위로 볼록한 곡면을 가지며, 상기 리세스(315)의 둘레 면 또는 내부면일 수 있다. 상기 입사면(320)은 상기 리세스(315)의 바닥 중심(P0)과의 거리가 위로 올라갈수록 점차 멀어질 수 있다. 상기 입사면(320)은 볼록한 곡면으로 제공되므로, 전 영역에서 광을 굴절시켜 줄 수 있다. 상기 입사면(320)의 하부 영역은 상기 플랜지부(335)보다 낮은 위치에 배치되어, 직접 또는 간접으로 광을 입사받을 수 있다. 상기 입사면(320)의 하부 영역은 상기 리세스(315)의 바닥에서 반사된 광을 입사받을 수 있다. 상기 입사면(320)은 베지어(Bezier) 곡선을 갖는 회전체로 형성될 수 있다. 상기 입사면(320)의 곡선은 스플라인(Spline) 예컨대, 큐빅(cubic), B-스플라인, T-스플라인으로 구현될 수 있다. 상기 입사면(320)의 곡선은 베지어 곡선(Bezier curve)로 구현될 수 있다.
상기 광 출사면(330)은 렌즈 몸체를 기준으로 상기 입사면(320) 및 상기 바닥면(310)의 반대측 면일 수 있다. 상기 광 출사면(330)은 중심부(R2)의 외측이 볼록한 곡면을 갖고 중심부(R2)로 갈수록 오목한 곡면을 포함할 수 있다. 상기 광 출사면(330)은 중심 축(Z0)에 대응되는 지점이 중심부(R2)가 될 수 있으며, 상기 중심부(R2)는 렌즈 몸체의 출사면 중심일 수 있다. 상기 광 출사면(330)은 중심부(R2)가 오목하며, 외측으로 갈수록 볼록한 곡면으로 형성될 수 있다. 상기 광 출사면(330)은 전 영역이 곡면 예컨대, 중심부(R2)가 음의 곡률이고 외측이 서로 다른 양의 곡률로 형성될 수 있다. 상기 광 출사면(330)은 상기 중심 축(Z0)을 기준으로 축대칭 형상 예컨대, 제2축(X) 또는 제1축(Y) 대칭 형상을 가질 수 있다. 상기 플랜지부(335)에서 상기 중심부(R2)에 인접한 센터측 제1영역(A1,A2)은 음의 곡률을 가지며, 상기 제1영역(A1,A2)의 외측은 서로 다른 양의 곡률을 가질 수 있다. 상기 제1영역(A1,A2)의 외측 사이드 영역인 제2영역(A3,A4)은 서로 다른 곡률 반경을 갖는 곡면으로 형성될 수 있다.
상기 광 출사면(330)은 상기 리세스(315)의 바닥 중심(P0)과의 거리가 중심 축(Z0)으로부터 멀어질수록 점차 커질 수 있다. 상기 광 출사면(330)의 제1영역(A1,A2)은 오목한 곡면을 갖는 중심부(R2)로서, 상기 리세스(315)와 수직하게 오버랩되는 영역을 포함할 수 있다. 상기 광 출사면(330)의 사이드측 제2영역(A3,A4)은 상기 제1영역(A1,A2)보다 급격한 곡면을 가질 수 있다. 상기 광 출사면(330)과 상기 입사면(320)은 곡면을 가지므로, 상기 리세스(315)의 바닥 중심(P0)으로부터 방출되는 광에 대해 측 방향으로 확산시켜 줄 수 있다. 상기 광 출사면(330)과 상기 입사면(320)은 상기 중심 축(Z0)으로부터 70±4 이내의 각도 범위에서 상기 중심 축(Z0)으로부터 멀어질수록 광이 굴절되는 각도가 커질 수 있다.
상기 광 출사면(330)의 제1영역(A1,A2)의 곡률 반경은 절대 값으로 나타낼 때, 상기 입사면(320)의 곡률 반경 보다는 클 수 있다. 상기 광 출사면(330)의 제1영역(A1,A2)의 곡률 반경은 절대 값으로 나타낼 때, 상기 제2영역(A3,A4)의 곡률 반경보다 클 수 있다. 상기 제2축(X) 방향과 제1축(Y) 방향의 제1영역(A1,A2)은 서로 동일한 또는 서로 다른 곡률 반경을 가질 수 있다. 상기 제2축(X) 방향과 제1축(Y) 방향의 제2영역(A3,A4)은 서로 동일한 또는 서로 다른 곡률 반경을 가질 수 있다.
상기 광 출사면(330)과 상기 플랜지부(335) 사이의 경계 영역에서는 광이 굴절되는 각도가 감소될 수 있으며, 예컨대 2도 이하의 각도 범위로 감소될 수 있다. 이는 상기 광 출사면(330) 중에서 상기 플랜지부(335)에 가까운 면이 접선에 가까워지거나 수직한 면으로 제공될 수 있으므로, 광이 굴절되는 각도가 점차 감소될 수 있다.
상기 플랜지부(335)는 상기 리세스(315)의 바닥에 수평한 제2축(X) 및 제1축(Y)보다 높은 위치에 배치될 수 있다. 상기 플랜지부(335)는 평평한 면이거나 경사진 면일 수 있으며, 외측 출사면으로 정의될 수 있다. 상기 플랜지부(335)는 상기 광 출사면(330)의 외곽 라인으로부터 수직하게 연장되거나 경사지게 연장될 수 있다. 상기 플랜지부(335)는 상기 광 출사면(330)의 외곽 라인과 동일한 위치이거나 상기 광 출사면(330)의 외곽 라인보다 내부 또는 외부에 위치할 수 있다.
도 1 내지 도 3과 같이, 상기 플랜지부(335)는 외측으로 돌출된 적어도 하나의 측면 돌출부(360)를 구비할 수 있다. 상기 측면 돌출부(360)는 제1축(Y) 방향의 플랜지부(335)의 표면 상에 배치될 수 있다. 도 12와 같이, 상기 측면 돌출부(360)는 상기 회로 기판(400)의 렌즈들이 배열되는 방향으로 돌출될 수 있다. 상기 측면 돌출부(360)들은 플랜지부(335)의 하단보다는 상단에 더 인접한 영역에서 외측으로 돌출될 수 있으며, 게이트 영역일 수 있다.
여기서, 상기 리세스(315), 광 출사면(330) 및 플랜지부(335)의 관계에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 리세스(315)의 깊이(Z2)는 바닥 중심(P0)부터 제1정점(R2)까지의 간격을 가진다. 여기서, 상기 제1정점(R2)은 입사면(320)의 정점이거나 리세스(315)의 상단 지점일 수 있다. 상기 리세스(315)의 깊이(Z2)는 5mm 이상 예컨대, 6mm 이상, 또는 6mm 내지 7mm의 범위일 수 있으며, 광학 렌즈(300)의 두께(Z1)의 75% 이상 예컨대, 80% 이상의 깊이를 가질 수 있다. 상기 리세스(315)의 깊이(Z2)는 상기 광 출사면(330)의 중심부(R2)과 바닥 중심(P0) 또는 제1에지(23) 사이의 거리의 80% 이상일 수 있다. 상기 리세스(315)의 깊이(Z2)가 깊게 배치되고, 광 출사면(330)의 중심부(R2)가 오목한 곡면으로 배치되므로, 입사면(320)의 제1정점(R2)의 인접 영역에서도 측 방향으로 광을 확산시켜 줄 수 있고 중심부(R2)에서 입사되는 광을 측 방향으로 굴절시켜 줄 수 있다. 상기 리세스(315)이 깊이(Z2)가 상대적으로 깊게 배치되므로, 상기 입사면(320)은 중심부(R2)에 가까운 영역에서 상기 제1정점(R2)의 주변 영역으로 입사된 광을 측 방향으로 굴절시켜 줄 수 있고, 볼록부(P1)는 입사되는 광을 반대측 방향으로 반사시켜 줄 수 있다.
상기 리세스(315)와 상기 광 출사면(330) 사이의 최소 거리(Z3)는 상기 입사면(320)의 제1정점(R2)과 광 출사면(330)의 중심부(R2) 사이의 간격일 수 있다. 상기 거리(Z3)는 2.5mm 이하일 수 있으며, 예컨대, 0.6mm 내지 2.5mm 범위 또는 0.8mm 내지 1.5mm의 범위일 수 있다. 상기 입사면(320)의 제1정점(R2)과 광 출사면(330) 중심부(R2) 사이의 거리(Z3)가 2.5mm 초과인 경우 상기 광 출사면(330)의 제1영역(A1,A2)과 제2영역(A3,A4)으로 진행하는 광량 차이가 커질 수 있고, 광 분포가 균일하지 않을 수 있다. 상기 입사면(320)의 제1정점(R2)과 광 출사면(330)의 중심부(R2) 사이의 거리(Z3)가 0.6mm 미만인 경우 광학 렌즈(300)의 센터 측 강성이 약해지는 문제가 있다. 이러한 리세스(315) 및 광 출사면(330) 사이의 거리(Z3)를 상기 범위로 배치함으로써, 플랜지부(335)의 제1영역(A1,A2) 또는 중심부(R2)가 전 반사면 또는 음의 곡률을 갖고 있어, 보다 많은 광들을 중심 축에서 측 방향으로 확산시켜 줄 수 있고, 상기 볼록부(P1)에 의해 제2축(X) 방향으로 광을 확산시켜 줄 수 있다. 즉, 입사면(320)의 제1정점(R2)이 상기 광 출사면(330)의 오목한 중심부(R2)에 인접할수록 상기 볼록부(P1)를 갖는 입사면(320)을 통해 광 출사면(330)의 측 방향으로 진행하는 광의 광량이 증가될 수 있다. 따라서, 광학 렌즈(300)의 광축 중심에서 X축 방향으로 확산하는 광량을 증가시켜 줄 수 있다.
상기 입사면(320)의 제1정점(R2)은 상기 플랜지부(335)의 상단(35)으로부터 수평하게 연장한 직선보다는 광 출사면(330)의 센터인 중심부(R2)에 더 인접하게 배치될 수 있다.
상기 플랜지부(335)의 너비(Z7)는 제2에지(25) 및 제3에지(35) 사이의 직선 거리로서, 상기 리세스(315)의 깊이(Z2)보다 작을 수 있다. 상기 플랜지부(335)의 너비(Z7)는 2mm 이상 예컨대, 2mm 내지 2.6mm 범위 또는 2.2mm 내지 2.6mm의 범위일 수 있다. 상기 플랜지부(335)의 너비(Z7)가 상기 범위를 초과할 경우 플랜지부(335)으로 출사되는 광량이 증가되어 광 분포 제어가 어려운 문제가 있으며, 상기 범위보다 작을 경우 렌즈 몸체를 제조할 때, 게이트(Gate) 영역의 확보가 어려울 수 있다.
도 3 및 도 5와 같이, 상기 플랜지부(335)는 표면 전체 또는 상부 둘레에 외측 러프 영역(Q5)을 포함할 수 있다. 상기 외측 러프 영역(Q5)의 하부 둘레 또는 플랜지부(335)의 하부 둘레에는 제2반사 패턴(P3)을 포함하며, 상기 제2반사 패턴(P3)은 복수의 홈들이 곡선 형상을 갖고 상부에서 바닥측 제2에지(13,14)를 향해 복수로 배치될 수 있다. 상기 외측 러프 영역(Q5)의 표면 거칠기(Ra)는 0.45㎛ 이상 예컨대, 0.45㎛ 내지 0.6㎛의 범위일 수 있다. 상기 외측 러프 영역(Q5)의 표면 거칠기(Ra)는 바닥면(310)의 제1러프 영역(Q1)의 표면 거칠기보다 높을 수 있다. 이에 따라 외측 러프 영역(Q5)은 입사되는 광을 효과적으로 반사 또는/및 확산시켜 줄 수 있다.
상기 제2반사 패턴(P3)은 플랜지부(335)의 중심보다 더 하부 둘레에 배치될 수 있다. 상기 제2반사 패턴(P3)은 플랜지부(335)의 너비(Z7)의 45% 이하 예컨대, 30% 내지 45%의 범위에 배치되거나, 30% 내지 42%의 범위에 배치되어, 발광소자(100)의 측면 또는 측면 상부에서 방출된 광을 반사 즉, 내부 전반사를 유도하여 반사할 수 있다. 상기 제2반사 패턴(P3)의 측 단면은 삼각형 형상이거나 사각형 또는 반구형 형상의 홈일 수 있다.
도 3 및 도 4와 같이, 상기 입사면(315)은 상부 둘레이 중심축(Z0) 방향으로 돌출된 볼록부(P1)를 포함할 수 있다. 상기 볼록부(P1)는 곡면의 입사면(315)의 곡선보다 광축 방향으로 또는 중심 방향으로 돌출될 수 있으며, 그 중심은 바닥 중심(P0)로부터 소정 높이(Z5)로 배치될 수 있다. 상기 볼록부(P1)는 제1에지(11,12)보다는 제1정점(R2)에 더 인접할 수 있다. 상기 볼록부(P1)는 상기 입사면(315)의 곡면 상에 변곡점을 가질 수 있으며, 예컨대 볼록부(P1)의 하단 및 상단에서 변곡점을 각각 형성할 수 있다. 상기 볼록부(P1)는 적어도 하나의 볼록한 곡면과 적어도 하나의 오목한 곡면이 연결될 수 있다. 상기 볼록부(P1)는 오목한 곡면과 볼록한 곡면이 반복적으로 입사면(320)의 하부에서 상부 방향으로 연장될 수 있다. 이에 따라 볼록부(P1)는 오목한 곡면과 볼록한 곡면이 변곡점을 갖고 연결되므로, 입사된 광을 굴절시키거나 반사시켜 줄 수 있다.
상기 볼록부(P1)의 중심 위치(Z5)는 바닥 중심(P0)에서 3mm 내지 4.8mm의 범위 또는 3mm 내지 4.6mm의 범위로 배치될 수 있으며, 상기 볼록부(P1)의 폭(PZ1)은 0.8mm 이하, 예컨대, 0.4mm 내지 0.8mm의 범위 또는 0.4mm 내지 0.6mm의 범위일 수 있다. 이러한 볼록부(P1)는 도 8과 같이, 발광소자(100)의 상면으로 방출되어 입사면(320)으로 광(L1)이 입사되면, 굴절 후의 광이 중심축(Z0)에서 멀어지는 방향(점선)으로 진행되지 않고 중심축(Z0)에 가까운 방향으로 굴절될 수 있어, 중심부(R1) 주변에서의 링 형상의 무라(Mura) 또는 블랙 패턴이 형성되는 것을 억제할 수 있다.
상기 볼록부(P1)의 높이(Z5)는 상기 바닥 중심(P0)에서 리세스(315)의 깊이(Z2)의 60% 이상의 위치 예컨대, 60% 내지 73%의 범위 또는 65% 내지 73%의 범위로 배치될 수 있다. 도 6과 같이, 상기 볼록부(P1)는 입사면(320)의 둘레를 따라 배치되며, 제2축(X) 방향의 양측에 배치될 수 있다. 상기 볼록부(P1)는 복수개가 광축(Z0)에서 제1축(Y) 방향을 지나는 직선으로부터 이격될 수 있다. 즉, 볼록부(P1)는 리세스(315)의 단축 방향의 입사면(320)의 표면에 각각 배치되며, 리세스(315)의 장축 방향의 입사면(320)으로부터 이격될 수 있다. 이러한 볼록부(P1)는 단축 방향의 입사면(320)에서 광축 방향으로 돌출되므로, 입사된 광을 서로 반대측 방향 즉, 제2축(Z) 방향으로 반사시켜 주어, 리세스(315) 상에서의 핫 스팟을 방지할 수 있고, 광학 렌즈(300)의 장축(예, X) 방향으로 광 확산을 가이드할 수 있다.
도 11과 같이, 상기 플랜지부(335)는 바닥 면(310)을 통해 반사된 광을 반사하거나 굴절시켜 줄 수 있다. 상기 플랜지부(335)에 의해 반사된 광은 광 출사면(330)으로 진행되어, 광 출사면(330)에 의해 굴절된 후 방출될 수 있다. 상기 플랜지부(335)에 의해 굴절된 광은 광 출사면(330)으로 진행될 수 있다. 또한 플랜지부(335)에 의해 굴절된 광은 중심 축(Z0)을 기준으로 굴절 전의 각도보다 작은 각도로 방사되거나 반사된 후 이에 따라 플랜지부(335)은 굴절된 광이 수평한 축 또는 수평한 축보다 낮은 방향으로 방사되는 것을 억제할 수 있고 인접한 광학 부재에 간섭을 주거나 광이 손실되는 것을 방지할 수 있다. 상기 플랜지부(335)는 상기 리세스(315)의 바닥 중심(P0)을 기준으로 상기 중심축(Z0)으로부터 반치 각을 벗어나는 광들을 굴절시켜 주게 되므로, 광 손실을 줄여줄 수 있다.
도 5 및 도 6과 같이, 상기 광 출사면(330)의 제1영역(A1,A2)은 상기 리세스(315)와 수직하게 오버랩되는 오목한 영역으로서, 상기 바닥 중심(P0)을 기준으로 상기 중심 축(Z0)으로부터 30도 이하의 각도 예컨대, 14도 내지 30도의 영역에 위치할 수 있다. 상기 오목한 제1영역(A1,A2)에 의해 중심부(R1) 상에서의 핫 스팟은 줄여줄 수 있고, 중심부(R1)의 주변에서의 무라 또는 블랙 패턴 형상을 억제할 수 잇다. 상기 광 출사면(330)의 제1영역(A1,A2)이 상기의 각도 범위를 초과할 경우 상기 리세스(315) 내의 반경이나 깊이가 더 커지게 되고, 상기 제1영역(A1,A2)과 상기 제2영역(A3,A4)의 광량 차이가 커지고 이로 인해 무라 현상이나 블랙 패턴이 발생되는 문제가 있다.
또한 상기 볼록부(P1)는 발광소자(100)를 기점으로 광축(Z0)을 기준으로 30도 이하 예컨대, 15도 내지 26도의 범위 또는 17도 내지 25도의 범위에 배치되어, 중심부(R1)의 주변에서의 무라(Mura) 현상이나 블랙 패턴이 형상되는 것을 억제할 수 있다. 즉, 도 15의 (B)의 비교 예와 같이, 내부에 복수의 원형 띠 형상의 무라(Mu2)가 핫 스팟을 형성하고 있으며, 외부에 무라 형상의 블랙 패턴(Mu1)이 형성되는 것을 볼 수 있다.
상기 플랜지부(335)는 광 출사면(330)의 하부 둘레에 배치되며, 바닥면(310)은 상기 플랜지부(335)의 제2에지(13,14)의 내측에 배치될 수 있다. 상기 바닥면(310)은 상기 플랜지부(335)의 제2에지(25)의 수평 선상보다 아래로 돌출될 수 있다.
도 8과 같이, 플랜지부(335)는 입사면(320)을 통해 제2반사 패턴(P3)으로 입사되는 광(L3)을 중심부(R1)의 주변 영역으로 반사시켜 줄 수 있다. 이에 따라 중심부(R1)의 주변에서의 무라 현상을 억제시켜 줄 수 있다.
도 10 및 도 11과 같이, 상기 플랜지부(335)는 상기 플랜지부(335)의 너비(Z8)는 수직한 너비로서, 광축(Z0)을 기준으로 제1축(Y) 및 제2축(X) 방향의 외주면에서 최대이고, 상기 너비(Z8)는 제1축(Y) 및 제2축(X) 방향의 외측면에서 외주면을 따라 멀어질수록 점차 작아질 수 있다. 즉, 상기 플랜지부(335)의 너비(Z8)는 제1,2축(Y,X) 방향에서 최대이고, 제1,2축(Y,X) 방향을 지나는 45도의 부분에서 최소일 수 있다. 상기 플랜지부(335)의 너비(Z8)는 광축(Z0)을 중심을 기준으로, 제2축(X)의 외측면에서 반경 방향으로 제1축(Y) 방향을 향해 점차 작아진 후 다시 넓어지고 제1축(Y)의 외측면에서 최대가 될 수 있다. 상기 플랜지부(335)가 제1,2축(Y,X) 방향의 너비(Z8)가 최대이므로, 측 방향을 통해 투과된 광이나 반사된 광의 효율을 제어할 수 있고, 제1,2축(Y,X) 사이의 대각선 방향의 너비를 좁게 하므로 대각선 방향으로의 광 손실을 줄여줄 수 있다. 상기 플랜지부(335)의 너비(Z8) 중 최대 너비는 상기 리세스(315)의 깊이(Z2)보다 작을 수 있다. 상기 너비(Z8)는 예컨대, 1.5mm 내지 2.6mm 범위 내에서 최대 및 최소로 설정될 수 있다. 상기 플랜지부(335)의 너비(Z9)가 상기 범위를 초과할 경우 플랜지부(335)를 통해 출사되거나 반사되는 광량이 증가되어 광 분포 제어가 어려운 문제가 있다.
여기서, 상기 제2반사패턴(P3)은 최대 너비(Z8)에서의 홈들 간의 간격이 크고, 최소 너비 구간에서의 홈들 간의 간격이 좁아질 수 있다. 또한 상기 제2반사패턴(P3)은 제1,2축(Y,X)의 외측면에서 외주면을 따라 멀어질수록 점차 홈들의 높이가 점차 낮아지거나, 점차 얇은 깊이를 갖는 홈들이 배치될 수 있다.
또한 제2반사 패턴(P3)를 제외한 외측 러프 영역(Q5)의 폭(수직 폭)은 제1,2축(Y,X)의 외주면에서 멀어질수록 점차 감소될 수 있다.
도 12와 같이, 광학 렌즈(300)의 바닥 면(310)에는 내측 영역(A8)의 둘레에 오목한 오목부(312)를 갖는 반사 영역(A9)를 포함할 수 있다. 상기 오목한 오목부(312)는 상기 내측 영역(A8)의 둘레를 따라 원 형상으로 형성된 반사 영역(A9)에 형성될 수 있으며, 상기에 개시된 제1반사 패턴(P2)이 형성되는 영역이거나, 상기 제1반사 패턴(P2)보다 내측에 배치된 영역일 수 있다. 상기 오목한 오목부(312)은 상기 제1반사 패턴(P2)와 지지 돌기(351,353) 사이에 배치된 영역일 수 있다. 상기 내측 영역(A8)은 상기에 개시된 부식된 제1,제2러프 영역(Q1,Q2)을 포함할 수 있다. 도 11에서는 제1반사 패턴(P2)을 도시하지 않았으나, 상기에 개시된 설명을 기초로, 제1반사 패턴(P2)과 오목부(312)를 모두 포함할 수 있다.
상기 오목한 오목부(312)는 바닥 면(312)의 제1에지(11,12)와 제2에지(13,14)를 지나는 직선 상에서 오목한 곡면으로 형성됨으로써, 발광소자(100)의 측 방향으로 방출된 광이 직접적으로 반사될 수 있어, 플랜지부(335)를 통해 직접 투과되는 문제를 방지할 수 있다.
도 13과 같이, 발명의 실시 예에 따른 광학 렌즈(300)는 회로 기판(400) 상에서 제1축(Y) 방향으로 소정 간격을 갖고 배열될 수 있다. 이러한 광학 렌즈(300)는 리세스(315)의 너비(D4>D3)의 조건을 갖고, 광 출사면(330)의 길이(D1>D2)의 조건을 만족하므로, 광학 렌즈(300) 간의 간격은 넓게 하면서 광학 렌즈(300)의 개수를 줄여줄 수 있고, 상기 리세스(315)의 비등방 형상 또는 비대칭 형상에 의해 제2축(X) 방향으로의 확산된 광 분포를 개선시켜 줄 수 있다.
발광 모듈(400A)은 하나 또는 복수의 회로 기판(400) 상에 복수의 광학 렌즈(300)가 배열될 수 있으며, 각 광학 렌즈(300)의 리세스(315) 내에는 발광 소자(100)가 배치될 수 있다. 상기 발광 모듈(400A)은 라이트 유닛 또는 조명 장치의 커버 내에 하나 또는 복수로 배치될 수 있다.
상기 발광 소자(100)는 투광성 기판 아래에 2족 내지 6족 화합물 반도체를 갖는 발광 구조물을 포함할 수 있으며, 회로 기판(400) 상에 플립 칩으로 탑재될 수 있다. 상기 발광 소자(100)는 상면과 복수의 측면을 통해 광을 방출할 수 있다. 다른 예로서, 상기 발광 소자(100)는 수평형 칩 또는 수직형 칩으로 배치되거나, 패키징된 패키지로 제공될 수 있다. 상기 발광 소자(100)는 표면 또는 광 경로 상에 형광체가 첨가된 형광체층을 포함할 수 있다. 상기 발광 소자(100)는 적색, 녹색, 청색, 백색 중 적어도 하나 또는 둘 이상을 발광할 수 있다.
상기 발광 모듈(400A) 상에는 광학 시트(미도시)가 배치될 수 있으며, 상기 광학 시트는, 분산된 광을 모으는 프리즘 시트들, 휘도 강화 시트 및 광을 다시 확산시키는 확산 시트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 광학 시트와 발광 모듈 사이의 영역에는 투명한 재질의 도광층(미도시)이 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
발명의 실시예에 따른 발광 모듈은 라이트 유닛에 적용될 수 있다. 상기 라이트 유닛은 하나 또는 복수의 발광 모듈을 갖는 구조를 포함하며, 3차원 디스플레이, 각종 조명등, 신호등, 차량 전조등, 전광판 등이 포함될 수 있다.
도 14의 (A)(B)는 발명의 실시 예에 따른 광학 렌즈에서의 각 축 방향의 광도 및 휘도 분포를 나타낸 도면이며, 도 15의 (A)(B)는 비교 예의 광학 렌즈의 각 축 방향의 광도 및 휘도 분포를 나타낸 도면이다. 여기서, 비교 예는 발명의 광학 렌즈에서 바닥 면(310)에 러프한 영역(Q1,Q2,Q3)과, 중심부(R2), 제1반사 패턴(P2)와 입사면(320)의 볼록부(P1)가 없는 렌즈인 경우이다.
도 14의 (A)와 도 15의 (A)와 같이, 광학 렌즈의 제1축(X) 방향 즉, 장축 방향의 광도를 보면, 도 14의 (A)가 중심부에서 더 균일함을 알 수 있다. 여기서, 도 14의 (A)와 도 15의 (A)에서 수평 축의 단위는 mm이며, 수직 축의 단위는 광도(lux)이다. 도 14의 (B)와 도 15의 (B)를 비교하면, 도 15의 (B)는 중심부에서 무라 패턴(Mu1,Mu2)이 발생되는 문제가 있고, 발명은 비교 예에 비해 휘도 분포가 더 균일함을 알 수 있으며, 특히 렌즈의 중심부와 외측 둘레에서 블랙 패턴 없이 더 균일함을 알 수 있다.
도 14와 같이, 발명의 광학 렌즈에 의해 방출된 광은 장축 방향으로 확산됨과 아울러, 단축 방향과 장축 방향에서 균일한 휘도 분포를 제공할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 발광 소자 300: 광학 렌즈
315: 리세스 320: 입사면
310: 바닥면 330: 광 출사면
335: 플랜지부 351,353: 지지 돌기
360: 측면 돌출부 400: 회로 기판
400A: 발광 모듈 P1: 볼록부
P2: 제1반사 패턴 P3: 제2반사 패턴
312: 오목부

Claims (15)

  1. 바닥면;
    상기 바닥면의 센터 영역에 오목한 리세스;
    상기 리세스의 둘레에 입사면;
    상기 입사면을 통해 입사된 광을 방출하는 광 출사면; 및
    상기 광 출사면과 상기 바닥면의 제2에지 사이에 배치된 플랜지부를 포함하며,
    상기 리세스의 바닥은 상기 리세스의 바닥 중심을 지나는 제1축 방향의 너비가 제2축 방향의 너비보다 크며,
    상기 바닥 면의 외경은 상기 리세스의 바닥 중심을 지나는 제1축 방향의 길이가 제2축 방향의 길이보다 작으며,
    상기 바닥면은 상기 리세스의 둘레에 제1러프 영역, 상기 제1러프 영역의 둘레에 제2 및 제3러프 영역을 포함하며, 상기 제1러프 영역의 표면 거칠기는 상기 제2 및 제3러프 영역의 표면 거칠기보다 작은 값을 가지며,
    상기 바닥면은 상기 리세스 보다 상기 플랜지부에 인접한 제1반사 패턴을 포함하며,
    상기 입사면은 하단의 제1에지에서 제1정점까지 곡면으로 연장되며,
    상기 입사면은 상기 제1에지보다 제1정점에 인접하며 광축 방향으로 볼록한 볼록부를 포함한, 광학 렌즈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1반사 패턴은 곡선 형상을 갖는 복수의 홈을 갖고 상기 바닥면의 중심에서 렌즈 반경 방향으로 60% 내지 80%의 범위에 배치되며,
    상기 제1 내지 제3러프 영역은 부식 처리된 면이며,
    상기 제2러프 영역은 상기 제1반사 패턴과 상기 제1 러프 영역 사이에 배치되며,
    상기 제3러프 영역은 상기 제1반사 패턴과 상기 플랜지부의 하단 제2에지 사이에 배치되는, 광학 렌즈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 플랜지부는 하부 둘레에 복수의 홈들이 링 형상으로 배치된 제2반사 패턴 및 상부 둘레에 표면이 러프한 외측 러프 영역을 가지며,
    상기 외측 러프 영역의 표면 거칠기는 상기 제1러프 영역의 표면 거칠기보다 높은, 광학 렌즈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 바닥 면은 타원 형상이며,
    상기 리세스의 바닥 형상은 타원 형상이며,
    상기 제1반사 패턴은 불 연속적인 홈 형상 또는 연속적인 원형 홈 형상인, 광학 렌즈.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바닥면으로부터 돌출된 복수의 지지 돌기를 포함하며,
    상기 복수의 지지 돌기는 상기 리세스보다 상기 제1반사 패턴에 더 인접하게 배치되는, 광학 렌즈.
  6. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바닥면은 리세스 하단의 제1에지가 낮고 상기 플랜지부의 하단 제2에지가 상기 제1에지보다 높게 배치되며,
    상기 바닥면은 상기 제1반사 패턴의 내측을 따라 오목한 오목부를 포함하는, 광학 렌즈.
  7. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 출사면은 상기 리세스의 바닥과 수직 방향으로 중첩되고 오목한 중심부와 상기 중심부의 외측 둘레에 볼록한 곡면을 갖는, 광학 렌즈.
  8. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 볼록부는 상기 리세스의 깊이의 60% 내지 73%의 범위에 배치되며,
    상기 볼록부는 상기 리세스의 바닥 중심을 지나는 광축을 기준으로 제1축 방향의 양측에 각각 배치되며,
    상기 리세스의 깊이는 상기 광학 렌즈의 두께의 75% 이상으로 형성되는, 광학 렌즈.
  9. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플랜지부는 광축을 기준으로 제1 및 제2축 방향의 외측면에서 수직한 너비가 최대이고,
    상기 플랜지부의 너비는 상기 제1축 및 제2축 방향의 외측면에서 외주면을 따라 상기 제1축 및 제2축으로부터 멀어질수록 점차 작아지는, 광학 렌즈.
  10. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1축 방향으로 상기 플랜지부에서 외측으로 돌출된 측면 돌출부를 포함하는, 광학 렌즈.
  11. 회로 기판;
    상기 회로 기판 상에 배치되며 광을 방출하는 복수의 발광 소자;
    상기 회로 기판을 따라 배열되며 상기 복수의 발광 소자 각각의 위에 배치된 복수의 광학 렌즈; 및
    상기 회로 기판은 제2축 방향의 너비가 제1축 방향의 길이보다 작으며,
    상기 광학 렌즈는 청구항 제1항 또는 제2항을 포함하며,
    상기 복수의 광학 렌즈는 상기 회로 기판의 제1축 방향을 따라 배열되며,
    상기 회로 기판의 제2축 방향의 너비는 상기 광학 렌즈 각각의 제2축 방향의 길이보다 작으며,
    상기 제1반사 패턴의 일부는 상기 회로 기판의 제2축 방향의 외측에 노출되는, 발광 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광학 렌즈의 바닥 면은 타원 형상이며, 상기 리세스의 바닥 형상은 타원 형상이며, 상기 제1반사 패턴은 연속적인 또는 불 연속적인 홈 형상이며,
    상기 광학 렌즈는 바닥면으로부터 돌출된 복수의 지지 돌기를 포함하며,
    상기 복수의 지지 돌기는 상기 리세스보다 상기 제1반사 패턴에 더 인접하게 배치되는, 발광 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 광학 렌즈의 바닥면은 리세스 하단의 제1에지가 낮고 상기 플랜지부의 하단 제2에지가 상기 제1에지보다 높게 배치되며,
    상기 회로 기판은 상부에 반사층을 갖고, 상기 바닥면의 제1에지와의 거리가 최소이고, 상기 바닥면의 제2에지와의 거리가 최대인, 발광 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 광학 렌즈의 광 출사면은 상기 리세스의 바닥과 수직 방향으로 중첩되고 오목한 중심부와 상기 중심부의 외측 둘레는 볼록한 곡면을 가지며,
    상기 광학 렌즈의 볼록부는 광학 렌즈의 리세스의 깊이의 60% 내지 73%의 범위에 배치되며,
    상기 볼록부는 상기 리세스의 바닥 중심을 지나는 광축을 기준으로 제1축 방향의 양측에서 서로 대향되며,
    상기 리세스의 깊이는 상기 광학 렌즈의 두께의 75% 이상으로 형성되는, 발광 모듈.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1축 방향으로 상기 플랜지부에서 외측으로 돌출된 측면 돌출부를 포함하며,
    상기 광학 렌즈의 플랜지부는 하부 둘레에 복수의 홈들이 링 형상으로 배치된 제2반사 패턴 및 상부 둘레에 표면이 러프한 외측 러프 영역을 가지며,
    상기 외측 러프 영역의 표면 거칠기는 상기 광학 렌즈의 바닥면에 배치된 제1러프 영역의 표면 거칠기보다 높은, 발광 모듈.
KR1020200108054A 2020-08-26 2020-08-26 광학 렌즈, 발광 모듈 및 이를 구비한 라이트 유닛 KR102457808B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200108054A KR102457808B1 (ko) 2020-08-26 2020-08-26 광학 렌즈, 발광 모듈 및 이를 구비한 라이트 유닛
CN202110110828.2A CN112731571B (zh) 2020-08-26 2021-01-27 光学透镜和发光模块
US17/172,374 US11204150B1 (en) 2020-08-26 2021-02-10 Optical lens and light emitting module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200108054A KR102457808B1 (ko) 2020-08-26 2020-08-26 광학 렌즈, 발광 모듈 및 이를 구비한 라이트 유닛

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220026919A true KR20220026919A (ko) 2022-03-07
KR102457808B1 KR102457808B1 (ko) 2022-10-24

Family

ID=75593653

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200108054A KR102457808B1 (ko) 2020-08-26 2020-08-26 광학 렌즈, 발광 모듈 및 이를 구비한 라이트 유닛

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11204150B1 (ko)
KR (1) KR102457808B1 (ko)
CN (1) CN112731571B (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102411078B1 (ko) * 2021-12-23 2022-06-22 (주)지에스옵티텍 Led 광원용 확산 렌즈

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101652509B1 (ko) * 2015-05-27 2016-08-30 (주)애니캐스팅 백라이트 유닛용 엘이디 렌즈
KR20170073237A (ko) * 2015-12-18 2017-06-28 엘지이노텍 주식회사 광학 렌즈, 발광 모듈 및 이를 구비한 라이트 유닛
KR20190035448A (ko) * 2017-09-25 2019-04-03 주식회사 퍼스트옵틱스 광속제어부재 및 광속제어부재를 사용하는 발광장치
KR20190109221A (ko) * 2018-03-15 2019-09-25 서울반도체 주식회사 디스플레이 장치, 백라이트 유닛, 발광모듈 및 렌즈
KR102053008B1 (ko) * 2018-11-12 2019-12-06 주식회사 에이치엘옵틱스 광 확산렌즈

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101039957B1 (ko) * 2008-11-18 2011-06-09 엘지이노텍 주식회사 발광 장치 및 이를 구비한 디스플레이 장치
KR101028304B1 (ko) * 2009-10-15 2011-04-11 엘지이노텍 주식회사 발광 장치
KR101064036B1 (ko) * 2010-06-01 2011-09-08 엘지이노텍 주식회사 발광 소자 패키지 및 조명 시스템
CN102844609A (zh) * 2010-12-16 2012-12-26 松下电器产业株式会社 背光装置和液晶显示装置以及透镜
CN104813098B (zh) * 2012-09-27 2018-05-11 Lg伊诺特有限公司 照明装置和包括该照明装置的车灯
KR102108204B1 (ko) * 2013-08-26 2020-05-08 서울반도체 주식회사 면 조명용 렌즈 및 발광 모듈
KR102164531B1 (ko) * 2014-02-05 2020-10-12 엘지이노텍 주식회사 조명 장치
TWI711787B (zh) * 2015-01-08 2020-12-01 韓商Ｌｇ伊諾特股份有限公司 光學透鏡及具有光學透鏡之發光模組
TWI618890B (zh) * 2015-05-04 2018-03-21 鴻海精密工業股份有限公司 光學透鏡
CN106842391A (zh) * 2015-12-03 2017-06-13 扬升照明股份有限公司 光学扩散板以及光源模组
KR102558280B1 (ko) * 2016-02-05 2023-07-25 쑤저우 레킨 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드 광원 유닛 및 이를 구비한 라이트 유닛
US10203086B2 (en) * 2016-02-16 2019-02-12 Lg Innotek Co., Ltd. Optical lens, light emitting module, and light unit including the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101652509B1 (ko) * 2015-05-27 2016-08-30 (주)애니캐스팅 백라이트 유닛용 엘이디 렌즈
KR20170073237A (ko) * 2015-12-18 2017-06-28 엘지이노텍 주식회사 광학 렌즈, 발광 모듈 및 이를 구비한 라이트 유닛
KR20190035448A (ko) * 2017-09-25 2019-04-03 주식회사 퍼스트옵틱스 광속제어부재 및 광속제어부재를 사용하는 발광장치
KR20190109221A (ko) * 2018-03-15 2019-09-25 서울반도체 주식회사 디스플레이 장치, 백라이트 유닛, 발광모듈 및 렌즈
KR102053008B1 (ko) * 2018-11-12 2019-12-06 주식회사 에이치엘옵틱스 광 확산렌즈

Also Published As

Publication number Publication date
KR102457808B1 (ko) 2022-10-24
CN112731571B (zh) 2022-05-20
US11204150B1 (en) 2021-12-21
CN112731571A (zh) 2021-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11125396B2 (en) Light module and lighting device having same
US9551899B2 (en) Planar lighting device
TWI752234B (zh) 具有極薄直下式背光之光學透鏡之發光裝置
JP6383652B2 (ja) 発光装置および光束制御部材
JP2006222413A (ja) 発光光源及び発光光源アレイ
JP7244480B2 (ja) 薄型直接式バックライトのための超広配光発光ダイオード（ｌｅｄ）レンズ
KR100692432B1 (ko) 측면 발광용 렌즈 및 발광 소자
JP2017050262A (ja) 光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置
KR102457808B1 (ko) 광학 렌즈, 발광 모듈 및 이를 구비한 라이트 유닛
US10400988B2 (en) Light emitting module and light emitting apparatus
KR20150041692A (ko) 반사형 확산 렌즈 및 조명 장치
TW201500691A (zh) 透鏡、使用該透鏡的光源裝置及光源模組
CN105842911B (zh) 具有改善的亮度均匀性的背光组件
US20220155512A1 (en) Lighting module and lighting device having same
KR20190021689A (ko) 조명 모듈 및 이를 구비한 라이트 유닛
KR102515673B1 (ko) 조명 장치
KR101901317B1 (ko) 광 확산렌즈
KR20160059707A (ko) 발광 소자 패키지 및 이를 포함하는 백 라이트 유닛
KR20180085956A (ko) 광학 렌즈 및 이를 구비한 광원 모듈
KR102554658B1 (ko) 렌즈, 렌즈를 포함하는 발광 소자 패키지 및 발광 소자 패키지를 포함하는 조명 장치
TWI480489B (zh) 發光二極體光控制透鏡及其光源裝置
KR102213297B1 (ko) 광 확산렌즈
CN111207365B (zh) 光学透镜、发光装置及背光模块
JP7164600B2 (ja) 照明装置
CN218938539U (zh) 一种光学透镜与照明灯具

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant