WO2014025193A1 - 발광다이오드용 렌즈, 이를 구비하는 백라이트유닛 및 표시장치 - Google Patents

발광다이오드용 렌즈, 이를 구비하는 백라이트유닛 및 표시장치 Download PDF

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WO2014025193A1
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light
emitting diode
light emitting
incident
lens
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김성빈
김병욱
이문재
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주식회사 애니캐스팅
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    • F21V5/045—Refractors for light sources of lens shape the lens having discontinuous faces, e.g. Fresnel lenses
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    • G02F1/133606—Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members
    • G02F1/133607—Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members the light controlling member including light directing or refracting elements, e.g. prisms or lenses

Definitions

  • the present invention relates to a lens for a light emitting diode, a backlight unit having a same, and a display device.
  • the light emitting diode is provided on a light emitting diode (LED), and evenly diffuses light emitted from the light emitting diode, a light emitting diode lens capable of reducing a volume and a luminance deviation at an optical axis portion of the light emitting diode due to Fresnel reflection, and a back light unit (BLU) having the same And to a display device.
  • LED light emitting diode
  • BLU back light unit
  • a display device used as a computer monitor or TV is provided with a liquid crystal display (LCD). Since the liquid crystal display does not emit light by itself, a separate light source is required. .
  • LCD liquid crystal display
  • a light source for a liquid crystal display a plurality of fluorescent lamps such as Cold Cathode Fluorescent Lamp (CCFL) and External Electrode Fluorescent Lamp (EEFL) are used, or a plurality of Light Emitting Diodes (LEDs) are used.
  • CCFL Cold Cathode Fluorescent Lamp
  • EEFL External Electrode Fluorescent Lamp
  • LEDs Light Emitting Diodes
  • Such a light source is provided with a light guide plate, a plurality of optical sheets, a reflecting plate, and the like in a back light unit (BLU).
  • BLU back light unit
  • the light emitting diode of the light source has a low power consumption, good durability and low manufacturing cost, attracting attention as the next generation light source.
  • the light tends to concentrate in a narrow area and diverge, and in order to apply it to a surface light source such as a display device, it is necessary to distribute the light evenly over a wide area.
  • Lenses for light emitting diodes have a continuous curved surface in order to spread the light emitted from the light emitting diodes evenly.
  • the light emitting diode lens has a convex curved shape as it moves away from the optical axis of the light emitting diode.
  • the overall volume (volume) becomes large. This generally has a problem that the material cost is increased when considering that the lens is manufactured by injection molding, there is a problem that one injection molding cycle time is long, the manufacturing time increases.
  • the lens according to the related arts has a problem that luminance deviation occurs near the optical axis. .
  • the luminance deviation problem caused by Fresnel reflection is described in detail in Korean Patent Publication No. 10-0977336 (hereinafter referred to as 'prior art') page 11 and FIGS. 13 to 16 of the prior art.
  • the technology discloses an embodiment of a configuration in which a light scattering unit is provided at a light converging point position at a bottom of the light reflected by Fresnel reflection.
  • the problem to be solved by the present invention is to reduce the overall volume of the lens while evenly spreading the light emitted from the light emitting diode (LED) to reduce the material cost and manufacturing time and at the same time Fresnel reflection It is to provide a light emitting diode lens that can reduce the luminance deviation in the vicinity of the optical axis of the light emitting diode by.
  • LED light emitting diode
  • the lens for a light emitting diode comprises a bottom surface having an incident surface on which light emitted from the light emitting diode is incident, an upper surface on which light incident on the incident surface exits from the lens, and a connection between the bottom surface and the upper surface. And a plurality of discontinuous refracting surfaces that are incident on the incidence surface and directly incident to the side surface and connect the plurality of discontinuous refracting surfaces and the discontinuous refracting surfaces and are incident on the incidence surface. Afterwards, a connection surface for Fresnel reflection on the upper surface and light incident on the side surface exits from the lens may be provided.
  • the lens for the light emitting diode according to the present invention is provided with side surfaces connecting the top and bottom surfaces, and provided with a plurality of discontinuous refractive surfaces and connecting surfaces on the side, thereby reducing the overall volume of the lens and at the same time emitting from the light emitting diode It is possible to spread the light evenly and to reduce the luminance deviation in the optical axis region of the light emitting diode due to Fresnel reflection.
  • the backlight unit according to the present invention is a light emitting diode (Back Light Unit, BLU) using a light emitting diode (Light Emitting Diode, LED) as a light source, the light emitting diode having the configuration as described above on the light emitting diode A lens is provided for evenly diffusing the light emitted from the light emitting diode.
  • BLU Back Light Unit
  • LED Light Emitting Diode
  • the display device is a display device using a light emitting diode (LED) as a light source, the light emitting diode lens having the above-described configuration on the light emitting diode It is characterized in that it evenly diffuses the light emitted from the light emitting diode.
  • LED light emitting diode
  • the lens for a light emitting diode it is possible to reduce the material volume and manufacturing time by reducing the overall volume of the lens while spreading the light emitted from the light emitting diode evenly.
  • the light emitting diode lens of the present invention it is possible to reduce the overall volume of the lens, and at the same time it is possible to reduce the luminance deviation in the vicinity of the optical axis of the light emitting diode due to Fresnel reflection (Fresnel reflection).
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing a light emitting diode lens according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a view showing a volume reduction effect of the lens according to the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing a state in which light incident to the side from the lens according to the present invention is emitted
  • FIG. 5 is a view showing a state in which a luminance deviation occurs in the vicinity of the optical axis of the light emitting diode due to Fresnel reflection in the lens according to the prior art
  • FIG. 6 is a view showing a preferred embodiment of the side according to the present invention.
  • FIG. 7 is an enlarged view of a portion 'A' of FIG. 6,
  • FIG 8 to 11 are views showing other embodiments of the lens according to the present invention.
  • the present invention is a light emitting diode lens provided on the top of the light emitting diode (Light Emitting Diode, LED) to evenly diffuse the light emitted from the light emitting diode, while reducing the overall volume of the lens while reducing the material cost and manufacturing time
  • the present invention relates to a lens for a light emitting diode that can reduce a deviation in luminance at an optical axis portion of the light emitting diode due to channel reflection.
  • the present invention also relates to a back light unit (BLU) and a display device including such a light emitting diode lens.
  • BLU back light unit
  • other configurations of the backlight unit and the display device except for the light emitting diode lens according to the present invention can be easily carried out by those of ordinary skill in the art, detailed description thereof Is omitted.
  • FIG. 1 is a vertical sectional view showing a lens for a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
  • the light emitting diode lens 10 includes a bottom surface 20, an upper surface 30, and a side surface 40 connecting the bottom surface 20 and the upper surface 30. do.
  • the bottom surface 20 is provided with an incident surface 21 through which light emitted from the light emitting diode 11 is incident, and the light L1 incident on the incident surface 21 and directly incident on the upper surface 30 is the upper surface. It exits from the lens 10 via 30.
  • the center of the bottom surface 20 may be provided with a groove 22 for accommodating the light emitting diode 11, in which case the incident surface 21 may be an inner surface of the groove 22.
  • the cross section of the groove 22 may be formed in the shape of a spherical cross section, preferably, as shown in FIG. 1, the optical axis 12 of the light emitting diode 11 primarily emits light emitted from the light emitting diode 11. It may also be made of an aspherical surface, such as a convex shape in the opposite direction of the light emitting diode 11, that is, to be refracted in the direction away from the).
  • the upper surface 30 may be formed as an aspherical surface or a spherical surface on the vertical cross-section so that light incident on the incident surface 21 is refracted in the direction away from the optical axis 12, preferably as shown in FIG. 30 is continuous to the first emission surface region 31 and the first emission surface region 31 having a curved surface convex downwardly, that is, downward in the region including the optical axis 12;
  • the light emitting diode 11 may include a second emission surface region 32 having a curved surface convex upwardly, that is, upward.
  • the present invention is not limited to the specific shape of the upper surface 30, and the upper surface 30 is incident on the incident surface 21 and the light L1 directly incident on the upper surface 30 from the optical axis 12. It may be configured in any shape to be refracted in the direction away from the exit, preferably may be configured to satisfy the following conditions. The above condition will be described in detail with reference to FIG. 2.
  • the intersection point of the optical axis 12 and the light emitting diode 11 of the light emitting diode 11 is a reference point
  • the angle formed by (12) is ⁇
  • the distance between any point on the upper surface 30 and the reference point is R
  • the increment of ⁇ is ⁇
  • the increment (reduction or increase) of R with respect to ⁇ is ⁇ R
  • the upper surface ( 30 is the angle formed by the normal line 13 at any point on the line and the straight line, that is, the line connecting the random point on the image surface 30 and the reference point, ⁇ , and the refractive index of the material forming the lens 10.
  • the upper surface 30 may be configured to satisfy the condition ⁇ R / (R ⁇ ) ⁇ 1 / ⁇ (n 2 -1).
  • the light L1 emitted from the light emitting diode 11 and incident on the incident surface 21 and directly incident on the upper surface 30 is the upper surface 32.
  • By refracting in the direction away from the optical axis 12 through the () can be evenly diffused.
  • the lens 10 according to the present invention further includes a side surface 40 connecting the bottom surface 20 and the top surface 30.
  • the side surface 40 reduces the overall volume of the lens 10 to reduce the material cost and manufacture. Although it is possible to reduce the time and to reduce the luminance deviation in the vicinity of the optical axis of the light emitting diode 11 by the Fresnel reflection (Fresnel reflection), the specific configuration and effects of the side surface 40 It demonstrates in detail with reference.
  • FIG. 3 is a view showing the overall volume reduction effect of the lens according to the present invention.
  • the lens 10 according to the present invention further includes a side surface 40 connecting the bottom surface 20 and the top surface 30 to the prior art (Korean Patent Publication No. 10-0977336).
  • the volume of the hatched area 14 can be further reduced compared to the lens 2 according to the present invention.
  • the volume of the lens 10 is reduced in this way, the material cost during injection molding can be reduced, and one injection molding cycle time can be shortened, thereby reducing the overall manufacturing time.
  • FIGS. 4 and 5 are views for explaining the operation and effect of the lens of the present invention
  • Figure 4 is a view showing a state in which the light incident on the side in the lens according to the invention is emitted from the lens
  • Figure 5 is a prior art It is a diagram showing a state where luminance deviation occurs in the vicinity of the optical axis of the light emitting diode due to Fresnel reflection in the lens according to the technique.
  • the lens 10 may reduce the overall volume while allowing the light emitted from the light emitting diode 11 to be evenly spread to the incident surface 21 on the side surface 40.
  • a plurality of discontinuous refracting surfaces 41 which are incident and directly incident light L2 are refracted and exit from the lens 40 are provided.
  • the lens 10 according to the present invention can reduce the overall volume while reducing the luminance variation in the vicinity of the optical axis of the light emitting diode 11 due to Fresnel reflection on the upper surface (30) Of light (L3) is connected to the discontinuous refracting surface 41 of the light incident on the incident surface 21 and then Fresnel reflection on the upper surface 30 and incident on the side surface 40 from the lens 10
  • the connection surface 42 which exits is provided.
  • the lens 10 emits light L1 which is emitted from the light emitting diode 11 and directly incident on the image plane 30 among the light incident on the incident surface 21. 12 is refracted in a direction away from the lens 10, the light (L2) that is directly incident on the side surface 40 is refracted by a plurality of discontinuous refracting surface 41 is emitted from the lens 10, the upper surface Light L3 reflected at Fresnel 30 at 30 and exits side 40 is emitted from lens 10 through a plurality of connecting surfaces 42 connecting a plurality of discontinuous refractive surfaces 41.
  • the lens 10 according to the present invention may be provided with a plurality of discontinuous refractive surfaces 41 on the side surface 40 to uniformly diffuse the light emitted from the light emitting diodes 11, while reducing the overall volume. It has a plurality of connecting surfaces 42 for connecting a plurality of discontinuous refractive surfaces 41 on the side surface 40 so that the Fresnel-reflected light L3 from the upper surface 30 is emitted out of the lens 10.
  • the luminance variation in the vicinity of the optical axis 12 of the light emitting diode 11 due to the channel reflection can be reduced, which will be described in detail with reference to FIG. 5.
  • the light L1 diverges from the light emitting diode 11 and enters the incident surface 3 and then exits from the lens 2 through the exit surface 4.
  • the light L4 is again reflected by the reflective sheet 6 positioned below the bottom 5 or the lens 2 and exits to the vicinity of the optical axis 12 of the light emitting diode 11.
  • the lens 2 causes luminance deviation in the vicinity of the optical axis 12 of the light emitting diode 11.
  • the lens 10 according to the present invention is provided with a connecting surface 42 connecting a plurality of discontinuous refractive surfaces 41 to the side surface 40 to reflect Fresnel on the upper surface 30.
  • FIG. 6 is a view showing a preferred embodiment of the side according to the present invention
  • Figure 7 is an enlarged view 'A' part of FIG.
  • the plurality of discontinuous refractive surfaces 41 are incident on the incident surface 21 and light L2 directly incident on the side surface 40 is the optical axis 12 of the light emitting diode 11. It may be made in any form to be refracted in the direction away from the output, preferably, the refractive surface 41 may be formed in a convex shape facing away from the optical axis 12.
  • any one of the connection surfaces 42 connecting two refractive surfaces 43 and 44 adjacent to each other among the plurality of discontinuous refractive surfaces 41 may be a refractive surface positioned above the two refractive surfaces 41.
  • the shape may be any shape and may be spherical or aspherical.
  • connection surface 42 may be formed in the form of a straight line connecting the end 45 of one of the refractive surface 43 and the start end 46 of the other refractive surface 44 on the vertical cross section.
  • connection surface 42 when the connection surface 42 is formed in the form of a straight line on the vertical cross section, the light L3 reflected from the upper surface 30 is incident to the connection surface 42 in a state substantially perpendicular to the incident direction. Since it is possible to exit from the lens 10 as it is, it is possible to smoothly exit to the outside of the lens 10.
  • connection surface 42 is preferably provided to prevent the light (L2) incident on the incident surface 21 and directly incident on the side surface 40 is not emitted through the connection surface 42, which is the side surface (40)
  • the connection surface 42 which is the side surface (40)
  • connection surface 42 is preferably made in parallel with the path of the light (L2) incident on the incident surface 21 and directly incident on the side surface 40, in this way the connection surface 42 is light ( When made in parallel with the path of L2, almost all light of the light L2 incident on the incident surface 21 and directly incident on the side surface 40 can be incident on the refractive surface 41 and exit. It is easy to control the exit angle of the light, and to spread the light (L2) more evenly, and further it is possible to reduce the light loss generated by the light (L2) incident on the connecting surface (42).
  • the angle of incidence of the light L2 directly incident on the side surface 40 is defined as an angle inclined with respect to the virtual reference axis 15 parallel to the optical axis 12 of the light emitting diode 11, the side surface 40
  • the angle of incidence varies depending on the position of. Therefore, in order for the connecting surface 42 to be made parallel to the path of the light L2, each of the connecting surfaces 42 must be made to be parallel to the path of the light L2 at each position.
  • the angle at which 42 is inclined relative to the reference axis 15 is variable. In general, the angle of incidence of the light L2 becomes larger toward the lower side of the side surface 40, so that the inclination angle of each connection surface 42 also becomes larger toward the lower side.
  • connection surface 42 may be made in a range satisfying the following conditions. The above condition will be described in detail with reference to FIG. 7.
  • one connection surface 42 connecting two discontinuous refractive surfaces 43 and 44 adjacent to each other among the plurality of discontinuous refractive surfaces 41 may include an optical axis 12 of the light emitting diode 11.
  • the angle of inclination from the imaginary reference axis 15 parallel to the ⁇ is referred to as ⁇ , and the light incident on the start end 46 of the refracting surface 44 positioned below the two discontinuous refractive surfaces is incident to the imaginary reference.
  • the angle formed by the axis 15 is ⁇ 1
  • the increment of the angle at which the light incident on the start end 46 is refracted by the refracting surface 44 positioned at the lower portion is ⁇
  • the side surface 40 is moved to the side surface 40.
  • the angle ⁇ of the connection surface 42 may be within a range of ⁇ 1 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ 1 + ⁇ .
  • the light emitting diode lens 10 may be symmetrical with respect to the optical axis 12 of the light emitting diode 11 in a vertical section as shown in the drawing, and although not shown in the drawing, the lens 10 is It may be made in the shape of a circular plane.
  • any one of the plurality of discontinuous refractive surfaces 41, one of the segments 47, and one connecting surface 42 continuous to the one of the refractive surfaces 43 is defined as
  • the plurality of segments 47 may be provided in the form of continuous up and down on the side 40, the present invention is not limited thereto, and the segment 47 is provided in part on the side 40 May be
  • the shape and / or size of the segment 47 may vary depending on the position where each segment 47 is provided on the side surface 40, but the present invention is not limited thereto.
  • the specific shape and arrangement pattern of the segment 47 may vary depending on the shape of the incident surface 21, the upper surface 30, and the side surface 40, but the present invention is not limited thereto.
  • the shape of the refracting surface 41 in the segment 47 may be related to the angle of incidence of the light L2 incident on the side surface 40, and the shape of the connecting surface 42 is the side surface 40. It may be related to the incident angle of the incident light L2 and / or the incident angle of the Fresnel reflected light L3 on the upper surface 30, in particular the arrangement pattern of the segment 47 is the Fresnel reflected light L3 ), That is, the shape of the upper surface 30 may vary.
  • FIG. 8 is a view showing a lens according to another embodiment of the present invention.
  • the lens 10 according to the present exemplary embodiment may be arranged such that each segment 47 is provided at a position closer to the optical axis 12 of the light emitting diode 11 from top to bottom. According to this configuration, the overall volume of the lens 10 can be further reduced.
  • the segment 47 when the segment 47 is provided at a position closer to the optical axis 12 from the top to the bottom, it is easier to emit the light L3 reflected from the upper surface 30 to the outside of the lens 10. This is because the refraction surface 41 located below one of the connection surfaces 42 enters the optical axis 12 direction, that is, inward, so that the Fresnel reflected light L3 from the upper surface 30 This is because interference by the refractive surface 41 can be minimized when exiting through any one of the connection surfaces 42.
  • FIG. 9 is a view showing a lens according to another embodiment of the present invention.
  • the lens 10 may further include a leg 16 on the bottom surface 20, and according to this configuration, it is easier to include the lens 10 in the backlight unit. In addition, it may be easy to dissipate heat generated in the light emitting diodes 11.
  • the lens 10 according to the present invention is not limited by the specific shape of the image surface 30, as shown in FIG. 10, the image surface 30 and the optical axis 12 of the light emitting diode 11 in the vertical section It may also be made of orthogonal flat straight line, as shown in Figure 11, the upper surface 30 may be formed in a concave shape, that is, convex downward in the direction of the entire light emitting diode (11).
  • the operational effect generated from the configuration of the plurality of discontinuous refractive surfaces 41 and the connection surface 42 provided on the side surface 40, that is, the overall volume can be reduced.
  • the light L2 directly incident on the side surface 40 is uniformly diffused, and the effect of allowing the light L3 reflected from the upper surface 30 to be emitted to the outside of the lens 10 may be applied as it is.
  • the present invention is composed of an upper surface, a bottom surface and a side surface, and has a plurality of discontinuous refractive surfaces and connecting surfaces on the side to reduce the overall volume of the lens and at the same time diffuse the light emitted from the light emitting diode evenly.
  • the present invention relates to a light emitting diode lens capable of reducing luminance variation at an optical axis portion of a light emitting diode due to Fresnel reflection, and the embodiment of the present invention may be modified in various forms. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments disclosed in the present specification, and all forms changeable by those skilled in the art to which the present invention pertains will belong to the scope of the present invention.

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Abstract

본 발명은 발광다이오드용 렌즈, 이를 구비하는 백라이트유닛 및 표시장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED) 상부에 구비되어 발광다이오드에서 발산하는 광을 고르게 확산시키며, 전체 볼륨(volume)을 감소시킬 수 있음과 동시에 프레넬 반사(Fresnel reflection)에 의한 발광다이오드의 광축 부근에서의 휘도 편차를 감소시킬 수 있는 발광다이오드용 렌즈와, 이를 구비하는 백라이트유닛(Back Light Unit, BLU) 및 표시장치(display device)에 관한 것이다.

Description

발광다이오드용 렌즈, 이를 구비하는 백라이트유닛 및 표시장치
본 발명은 발광다이오드용 렌즈, 이를 구비하는 백라이트유닛 및 표시장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED) 상부에 구비되어 발광다이오드로부터 발산하는 광을 고르게 확산시키며, 전체 볼륨(volume)을 감소시킬 수 있음과 동시에 프레넬 반사(Fresnel reflection)에 의한 발광다이오드의 광축 부위에서의 휘도 편차를 감소시킬 수 있는 발광다이오드용 렌즈와, 이를 구비하는 백라이트유닛(Back Light Unit, BLU) 및 표시장치(display device)에 관한 것이다.
일반적으로 컴퓨터의 모니터나 TV 등으로 사용되는 표시 장치(display device)에는 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD)가 구비되는데, 이러한 액정표시장치는 스스로 발광하지 못하기 때문에 별도의 광원을 필요로 한다.
액정표시장치용 광원으로는 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp) 등과 같은 여러 개의 형광램프(fluorescent lamp)가 사용되거나 복수개의 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)가 사용되며, 이러한 광원은 백라이트유닛(Back Light Unit, BLU)에 도광판, 복수의 광학 시트, 반사판 등과 함께 구비된다.
근래에는 이러한 광원 중 발광다이오드가 전력소모가 적고, 내구성이 좋으며 제조원가를 낮출 수 있어서, 차세대 광원으로 주목받고 있다.
그러나, 광원으로 발광다이오드를 사용하는 경우에는 빛이 좁은 영역으로 집중하여 발산하는 경향이 있어서, 이를 표시 장치와 같은 면 광원에 적용하기 위해서는 빛을 넓은 영역에 고르게 분포되도록 할 필요가 있다.
따라서, 근래에는 이러한 기능을 수행하는 발광다이오드용 렌즈에 대한 연구가 활발히 진행 중이며, 이 중 대표적인 종래기술로는 한국등록특허공보 제10-0971639호 및 한국등록특허공보 제10-0977336호 등이 있다.
이러한 종래기술들에 의한 발광다이오드용 렌즈는 발광다이오드에서 발산된 광을 고르게 확산시키기 위하여 상면이 연속한 곡면으로 이루어지는데, 특히 발광다이오드의 광축으로부터 멀어질수록 볼록한 곡면의 형상으로 이루어지기 때문에 렌즈의 전체적인 볼륨(volume)이 커지는 문제가 있다. 이는 일반적으로 렌즈를 사출성형으로 제조한다는 점을 고려할 때 재료비가 증가하는 문제가 있으며, 한 번의 사출성형사이클 시간이 길어져 제조시간이 증가하는 문제가 있다.
한편, 광의 굴절률이 다른 물질 사이에서 광이 경계면을 통과할 때 생기는 반사 즉, 프레넬 반사(Fresnel reflection)에 의하여 렌즈의 출사면을 통해 출사하는 광 중 일부는 다시 렌즈 밑면으로 반사되고 이와 같이 반사된 광은 다시 렌즈 밑면 또는 렌즈 하부에 위치하는 반사시트에서 반사되어 발광다이오드의 광축 부근의 출사면으로 출사하게 되는데, 이로 인하여 종래기술들에 따른 렌즈는 광축 부근에서 휘도 편차가 발생하는 문제가 있다.
이러한 프레넬 반사에 의한 휘도 편차 문제에 대하여 상기 선행기술 중 한국등록특허공보 제10-0977336호(이하, '선행기술'이라 한다) 11페이지 및 도 13 내지 도 16에 비교적 상세히 기재되어 있으며, 선행기술은 이러한 문제를 해결하기 위하여 프레넬 반사에 의해 반사된 광이 집광되는 저면의 집광점 위치에 광 산란부를 구비하는 구성에 대한 실시 예를 개시하고 있다.
그러나, 선행기술의 12페이지 상단부 및 도 17에서 기재된 바와 같이, 이와 같이 광 산란부가 구성되면 발광다이오드로부터 직접 광 산란부로 입사된 광을 고르게 확산시키지 못하게 되는 문제가 있으며, 이를 위해서는 선행기술의 도18에 도시된 실시 예에서와 같이 별도의 광 산란면을 더 구성하여야 한다는 문제가 발생하게 된다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)에서 발산하는 광을 고르게 확산시키면서도 렌즈의 전체적인 볼륨을 줄여 재료비 및 제조시간을 감소시킬 수 있음과 동시에 프레넬 반사(Fresnel reflection)에 의한 발광다이오드의 광축 부근에서의 휘도 편차를 감소시킬 수 있는 발광다이오드용 렌즈를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 발광다이오드용 렌즈는 상기 발광다이오드에서 발산하는 광이 입사하는 입사면이 구비되는 밑면과, 상기 입사면으로 입사한 광이 상기 렌즈로부터 출사하는 상면과, 상기 밑면과 상기 상면을 연결하는 측면을 포함하고, 상기 측면에는 상기 입사면으로 입사하여 상기 측면으로 직접 입사하는 광이 상기 렌즈로부터 출사하는 다수의 불연속한 굴절면과, 상기 다수의 불연속한 굴절면을 연결하며 상기 입사면으로 입사한 후 상기 상면에서 프레넬 반사(Fresnel reflection)되어 상기 측면으로 입사하는 광이 상기 렌즈로부터 출사하는 연결면이 구비될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 발광다이오드용 렌즈는 상면과 밑면을 연결하는 측면이 구비되고, 측면에 다수의 불연속한 굴절면과 연결면을 구비함으로써, 렌즈의 전체적인 볼륨을 줄일 수 있음과 동시에 발광다이오드에서 발산하는 광을 고르게 확산시키며 프레넬 반사에 의한 발광다이오드의 광축 부위에서의 휘도 편차를 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 백라이트 유닛은 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)를 광원으로 사용하는 백라이트유닛(Back Light Unit, BLU)에 있어서, 상기 발광다이오드의 상부에 상술한 바와 같은 구성을 가지는 발광다이오드용 렌즈가 구비되어 상기 발광다이오드에서 발산하는 광을 고르게 확산시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 표시장치는 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)를 광원으로 사용하는 표시장치(display device)에 있어서, 상기 발광다이오드의 상부에 상술한 바와 같은 구성을 가지는 발광다이오드용 렌즈가 구비되어 상기 발광다이오드에서 발산하는 광을 고르게 확산시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 발광다이오드용 렌즈에 의하면, 발광다이오드에서 발산하는 광을 고르게 확산시키면서도 렌즈의 전체적인 볼륨을 줄여 재료비 및 제조시간을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 발광다이오드용 렌즈에 의하면, 렌즈의 전체적인 볼륨을 줄일 수 있음과 동시에 프레넬 반사(Fresnel reflection)에 의한 발광다이오드의 광축 부근에서의 휘도 편차를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 발광다이오드용 렌즈를 나타내는 수직단면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 상면의 조건을 설명하기 위한 도면이고,
도 3은 본 발명에 따른 렌즈의 볼륨 감소 효과를 나타내는 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 렌즈에서 측면으로 입사한 광이 출사하는 상태를 나타내는 도면이고,
도 5는 선행기술에 따른 렌즈에서 프레넬 반사에 의해 발광다이오드의 광축 부근에서 휘도편차가 발생하는 상태를 나타내는 도면이고,
도 6은 본 발명에 따른 측면의 바람직한 실시 예를 나타내는 도면이고,
도 7은 도 6의 'A' 부분 확대도이고,
도 8 내지 도 11은 본 발명에 따른 렌즈의 다른 실시 예들을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시 예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
한편, 첨부 도면에서, 두께 및 크기는 명세서의 명확성을 위해 과장되어진 것이며, 따라서 본 발명은 첨부도면에 도시된 상대적인 크기나 두께에 의해 제한되지 않는다.
본 발명은 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED) 상부에 구비되어 발광다이오드에서 발산하는 광을 고르게 확산시키기 위한 발광다이오드용 렌즈에 있어서, 렌즈의 전체적인 볼륨을 줄여 재료비 및 제조시간을 감소시킬 수 있으면서도 프레넬 반사(Fresnel reflection)에 의한 발광다이오드의 광축 부위에서의 휘도 편차를 감소시킬 수 있는 발광다이오드용 렌즈에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 발광다이오드용 렌즈를 포함하는 백라이트유닛(Back Light Unit, BLU) 및 표시장치(display device)에 관한 것이다. 다만, 본 발명에 따른 발광다이오드용 렌즈를 제외한 백라이트유닛 및 표시장치의 다른 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있는 사항이므로, 본 명세서에서는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 발광다이오드용 렌즈를 나타내는 수직단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 발광다이오드용 렌즈(10)는 밑면(20), 상면(30) 및 밑면(20)과 상면(30)을 연결하는 측면(40)을 포함한다.
상기 밑면(20)에는 발광다이오드(11)에서 발산하는 광이 입사하는 입사면(21)이 구비되며, 입사면(21)으로 입사하여 상면(30)으로 직접 입사하는 광(L1)은 상기 상면(30)을 통해 렌즈(10)로부터 출사한다.
상기 밑면(20)의 중심부에는 발광다이오드(11)를 수용하기 위한 홈(22)이 구비될 수 있으며, 이 경우 상기 입사면(21)은 홈(22)의 내면일 수 있다. 또한, 상기 홈(22)의 단면은 구형 단면의 형상으로 이루어질 수도 있으며, 바람직하게는 도 1에서 보이는 바와 같이 발광다이오드(11)에서 발산된 광을 1차적으로 발광다이오드(11)의 광축(12)으로부터 멀어지는 방향으로 굴절시키도록 발광다이오드(11)의 반대방향 즉, 상방으로 볼록한 형상과 같은 비구면으로도 이루어질 수 있다.
상기 상면(30)은 입사면(21)으로 입사한 광이 광축(12)으로부터 멀어지는 방향으로 굴절되어 출사하도록 수직단면상 비구면 또는 구면으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 도 1에서 보이는 바와 같이 상기 상면(30)은 광축(12)을 포함하는 영역에 발광다이오드(11) 방향으로 즉, 하방으로 볼록한 곡면형상을 가지는 제1출사면영역(31)과, 상기 제1출사면영역(31)에 연속하며 발광다이오드(11) 반대방향으로 즉, 상방으로 볼록한 곡면형상을 가지는 제2출사면영역(32)을 포함하여 이루어질 수 있다.
다만, 본 발명은 상면(30)의 구체적인 형상에 의해 한정하지 않으며, 상기 상면(30)은 입사면(21)으로 입사하여 상면(30)으로 직접 입사한 광(L1)이 광축(12)으로부터 멀어지는 방향으로 굴절되어 출사하도록 하는 어떠한 형상으로도 구성될 수 있으며, 바람직하게는 다음 조건을 만족하도록 구성될 수 있다. 도 2를 참조하여 상기 조건에 대하여 상세히 설명한다.
도 2를 참조하면, 상기 발광다이오드(11)의 광축(12)과 발광다이오드(11)의 교점을 기준점으로 하였을 때, 상기 상면(30) 상의 임의의 점과 상기 기준점을 연결하는 직선과 상기 광축(12)이 이루는 각을 α, 상기 상면(30) 상의 임의의 점과 상기 기준점의 거리를 R, 상기 α의 증분을 Δα, Δα에 대한 R의 증분(감소량 또는 증가량)을 ΔR, 상기 상면(30) 상의 임의의 점에서의 법선(13)과 상기 직선 즉, 상기 상면(30) 상의 임의의 점과 상기 기준점을 연결하는 직선이 이루는 각을 β, 상기 렌즈(10)를 이루는 재료의 굴절률을 n으로 하면, 상기 상면(30)은 ΔR / (RΔα) ＜ 1 / √(n2-1) 조건을 만족하도록 구성될 수 있다.
이와 같이, 상기 상면(30)이 상기 조건을 만족하도록 구성되면, 발광다이오드(11)에서 발산되어 입사면(21)으로 입사하여 상면(30)으로 직접 입사하는 광(L1)은 상기 상면(32)을 통해 광축(12)으로부터 멀어지는 방향으로 굴절되어 출사함으로써 고르게 확산할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 렌즈(10)는 밑면(20)과 상면(30)을 연결하는 측면(40)을 더 포함하는데, 상기 측면(40)은 렌즈(10)의 전체적인 볼륨을 줄여 재료비 및 제조시간을 감소시킬 수 있으면서도 프레넬 반사(Fresnel reflection)에 의한 발광다이오드(11)의 광축 부근에서의 휘도 편차를 감소시킬 수 있도록 구성되는데, 이하 상기 측면(40)의 구체적인 구성 및 효과에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 렌즈의 전체적인 볼륨 감소 효과를 나타내는 도면이다.
도 3에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 렌즈(10)는 밑면(20)과 상면(30)을 연결하는 측면(40)을 더 포함함으로써, 선행기술(한국등록특허공보 제10-0977336호)에 따른 렌즈(2)와 비교하여 빗금친 영역(14)만큼의 볼륨(volume)을 더 감소시킬 수 있다. 그리고, 이와 같이 렌즈(10)의 볼륨이 감소하면 사출성형시 재료비를 줄일 수 있으며, 한 번의 사출성형사이클 시간이 짧아져 전체 제조시간을 줄일 수 있게 된다. 또한, 렌즈(10)의 볼륨이 줄어들면 백라이트 유닛에 설치시 공간을 적게 차지하는 효과도 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 따른 렌즈의 작용효과를 설명하기 위한 도면으로서, 도 4는 본 발명에 따른 렌즈에서 측면으로 입사하는 광이 렌즈로부터 출사하는 상태를 나타내는 도면이고, 도 5는 선행기술에 따른 렌즈에서 프레넬 반사에 의해 발광다이오드의 광축 부근에서 휘도 편차가 발생하는 상태를 나타내는 도면이다.
먼저, 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 렌즈(10)는 전체적인 볼륨을 줄일 수 있으면서도 발광다이오드(11)에서 발산된 광이 고르게 확산되도록 하기 위하여 상기 측면(40)에는 입사면(21)으로 입사하여 직접 입사하는 광(L2)이 굴절되어 렌즈(40)로부터 출사하는 다수의 불연속한 굴절면(41)이 구비된다.
또한, 본 발명에 따른 렌즈(10)는 전체적인 볼륨을 줄일 수 있으면서도 상면(30)에서의 프레넬 반사(Fresnel reflection)에 의한 발광다이오드(11)의 광축 부근에서의 휘도 편차를 감소시키기 위하여 상기 다수의 불연속한 굴절면(41)을 연결하며, 입사면(21)으로 입사한 후 상면(30)에서 프레넬 반사(Fresnel reflection)되어 측면(40)으로 입사하는 광(L3)이 렌즈(10)로부터 출사하는 연결면(42)이 구비된다.
따라서, 본 발명에 따른 렌즈(10)는 발광다이오드(11)에서 발산하여 입사면(21)으로 입사된 광 중 상면(30)으로 직접 입사하는 광(L1)은 발광다이오드(11)의 광축(12)으로부터 멀어지는 방향으로 굴절되어 렌즈(10)로부터 출사하며, 측면(40)으로 직접 입사하는 광(L2)은 다수의 불연속한 굴절면(41)에 의해 굴절되어 렌즈(10)로부터 출사하며, 상면(30)에서 프레넬 반사되어 측면(40)으로 입사하는 광(L3)은 다수의 불연속한 굴절면(41)을 연결하는 다수의 연결면(42)을 통해 렌즈(10)로부터 출사한다.
즉, 본 발명에 따른 렌즈(10)는 측면(40)에 다수의 불연속한 굴절면(41)을 구비함으로써 발광다이오드(11)에서 발산하는 광을 고르게 확산시킬 수 있으면서도 전체적인 볼륨을 줄일 수 있으며, 특히 측면(40)에 다수의 불연속한 굴절면(41)을 연결하는 다수의 연결면(42)을 구비하여 상면(30)에서 프레넬 반사된 광(L3)이 렌즈(10) 외부로 출사하도록 함으로써 프레넬 반사에 의한 발광다이오드(11)의 광축(12) 부근에서의 휘도 편차를 감소시킬 수 있는데, 이하 도 5를 참조하여 이에 대하여 상세히 설명한다.
도 5를 참조하면, 선행기술에 따른 렌즈(2)와 같이 발광다이오드(11)에서 발산하여 입사면(3)으로 입사한 후 출사면(4)을 통해 렌즈(2)로부터 출사하는 광(L1)은 굴절률이 다른 물질 사이에서 광이 경계면을 통과할 때 생기는 반사 즉, 프레넬 반사(Fresnel reflection)에 의하여 광(L1) 중 일부는 다시 렌즈(2) 밑면(5)으로 반사되고 이와 같이 반사된 광(L4)은 다시 밑면(5) 또는 렌즈(2) 하부에 위치하는 반사시트(6)에서 반사되어 발광다이오드(11)의 광축(12) 부근으로 출사하게 되는데, 이로 인하여 선행기술에 따른 렌즈(2)는 발광다이오드(11)의 광축(12) 부근에서 휘도 편차가 발생하게 되는 것이다.
그러나, 도 4에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 렌즈(10)는 측면(40)에 다수의 불연속한 굴절면(41)을 연결하는 연결면(42)이 구비되어 상면(30)에서 프레넬 반사된 광(L3)이 렌즈(10) 외부로 출사하도록 함으로써 프레넬 반사에 의한 발광다이오드(11)의 광축(12) 부근에서의 휘도 편차를 감소시킬 수 있게 된다.
도 6은 본 발명에 따른 측면의 바람직한 실시 예를 나타내는 도면이고, 도 7은 도 6의 'A' 부분 확대도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 다수의 불연속한 굴절면(41)은 입사면(21)으로 입사하여 측면(40)으로 직접 입사하는 광(L2)이 발광다이오드(11)의 광축(12)으로부터 멀어지는 방향으로 굴절되어 출사하도록 하는 어떠한 형태로도 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 상기 굴절면(41)은 광축(12)으로부터 멀어질수록 하방을 향하는 볼록한 형상으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 다수의 불연속한 굴절면(41) 중 서로 인접하는 어느 2개의 굴절면(43,44)을 연결하는 어느 하나의 연결면(42)은 상기 2개의 굴절면(41) 중 상부에 위치하는 굴절면(43)의 끝단(45)과 하부에 위치하는 굴절면(44)의 시작단(46)을 연결하기 위한 것으로서, 그 형태는 어떠한 형태라도 무관하며, 구면 또는 비구면으로도 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 연결면(42)은 수직단면상 어느 하나의 굴절면(43)의 끝단(45)과 다른 하나의 굴절면(44)의 시작단(46)을 연결하는 직선의 형태로 이루어질 수 있다. 이와 같이, 상기 연결면(42)이 수직단면상 직선의 형태로 이루어지면, 상면(30)에서 프레넬 반사된 광(L3)은 연결면(42)에 대략 직교한 상태로 입사하게 되어 입사한 방향 그대로 렌즈(10)로부터 출사할 수 있게 되므로 렌즈(10) 외부로 원활하게 출사할 수 있게 된다.
또한, 상기 연결면(42)은 입사면(21)으로 입사하여 측면(40)으로 직접 입사하는 광(L2)이 연결면(42)을 통해 출사하지 못하도록 구비되는 것이 바람직한데, 이는 측면(40)으로 직접 입사하는 광(L2)이 굴절면(41)으로 입사하지 않고 연결면(42)으로 입사하면 그 광의 출사각을 정확하게 제어할 수 없게 되어 광을 고르게 확산시킬 수 없으며, 연결면(42)에서의 원치않는 전반사 또는 굴절에 의하여 전체 렌즈(10)의 휘도 편차에 영향을 미치게 되므로 바람직하지 않기 때문이다.
이를 위해, 상기 연결면(42)은 입사면(21)으로 입사하여 측면(40)으로 직접 입사하는 광(L2)의 경로와 평행하게 이루어짐이 바람직하며, 이와 같이 연결면(42)이 광(L2)의 경로와 평행하게 이루어지면, 입사면(21)으로 입사하여 측면(40)으로 직접 입사하는 광(L2)의 거의 모든 광은 굴절면(41)으로 입사하여 출사할 수 있기 때문에 광(L2)의 출사각을 제어하기가 용이하며, 광(L2)을 보다 고르게 확산시킬 수 있으며, 나아가 광(L2)이 연결면(42)으로 입사함으로써 발생하는 광손실을 줄일 수 있게 된다.
한편, 측면(40)으로 직접 입사하는 광(L2)의 입사각을 발광다이오드(11)의 광축(12)과 평행한 가상의 기준축(15)을 기준으로 기울어진 각도로 정의하면, 측면(40)의 위치에 따라 상기 입사각은 달라진다. 따라서, 연결면(42)이 광(L2)의 경로와 평행하게 이루어지기 위해서는 상기 연결면(42) 각각은 각각의 위치에서의 광(L2)의 경로와 평행하게 이루어져야 하므로 상기 각각의 연결면(42)이 기준축(15)을 기준으로 기울어진 각도는 가변된다. 일반적으로, 상기 광(L2)의 입사각은 측면(40) 하방으로 갈수록 커지게 되므로, 상기 각각의 연결면(42)의 기울어진 각도도 하방으로 갈수록 커지게 된다.
한편, 측면(40)으로 직접 입사하는 광(L2)이 연결면(42)을 통해 출사하지 못하도록 하기 위하여, 상기 연결면(42)은 다음 조건을 만족하는 범위에서 이루어질 수 있다. 도 7을 참조하여 상기 조건을 상세히 설명한다.
도 7을 참조하면, 상기 다수의 불연속한 굴절면(41) 중 서로 인접하는 2개의 불연속한 굴절면(43,44)을 연결하는 어느 하나의 연결면(42)이 발광다이오드(11)의 광축(12)과 평행한 가상의 기준축(15)으로부터 기울어진 각도를 θ라 하고, 상기 2개의 불연속한 굴절면 중 하부에 위치하는 굴절면(44)의 시작단(46)으로 입사하는 광이 상기 가상의 기준축(15)과 이루는 각도를 θ1라 하고, 상기 시작단(46)으로 입사한 광이 상기 하부에 위치하는 굴절면(44)에 의해 굴절되는 각도의 증분을 Δθ라 할 때, 측면(40)으로 직접 입사하는 광(L2)이 연결면(42)을 통해 출사하지 못하도록 하기 위해서는 상기 연결면(42)의 각도(θ)가 θ1≤θ≤θ1+Δθ 범위 내에 존재하면 된다.
한편, 본 발명에 따른 발광다이오드용 렌즈(10)는 도면에서 보이는 바와 같이 수직단면상 발광다이오드(11)의 광축(12)을 기준으로 서로 대칭일 수 있으며, 도면에는 도시되지 않지만 렌즈(10)는 평면상 원형의 형상으로 이루어질 수도 있다.
이하, 본 발명에 따른 렌즈(10)의 측면(40)에 대한 다양한 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 설명의 편의를 위하여 상기 다수의 불연속한 굴절면(41) 중 어느 하나의 굴절면(43)과 상기 어느 하나의 굴절면(43)에 연속하는 어느 하나의 연결면(42)을 어느 하나의 세그먼트(47)로 정의한다.
도면에서 보이는 바와 같이, 다수의 세그먼트(47)는 측면(40)에 상하로 연속한 형태로 구비될 수도 있지만, 본 발명은 그에 한정하지 않으며 상기 세그먼트(47)는 측면(40)에 부분적으로 구비될 수도 있다.
또한, 상기 세그먼트(47)의 형상 및/또는 크기는 각각의 세그먼트(47)가 측면(40)에 구비되는 위치에 따라 달라질 수 있으며, 본 발명은 그에 한정하지 않는다. 특히, 상기 세그먼트(47)의 구체적인 형상 및 배열 패턴은 입사면(21), 상면(30) 및 측면(40)의 형상에 따라 달라질 수 있으며, 본 발명은 그에 한정하지 않는다.
예를 들어, 상기 세그먼트(47)에서 굴절면(41)의 형상은 측면(40)으로 입사하는 광(L2)의 입사각과 관계가 있을 수 있으며, 연결면(42)의 형상은 측면(40)으로 입사하는 광(L2)의 입사각 및/또는 상면(30)에서 프레넬 반사되는 광(L3)의 입사각과 관계가 있을 수 있으며, 특히 상기 세그먼트(47)의 배열 패턴은 프레넬 반사되는 광(L3)의 패턴에 따라 즉, 상면(30)의 형상에 따라 달라질 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 렌즈를 나타내는 도면이다.
도 8에서 보이는 바와 같이, 본 실시 예에 따른 렌즈(10)는 각각의 세그먼트(47)가 위에서 아래로 갈수록 발광다이오드(11)의 광축(12)에 근접하는 위치에 구비되도록 배열될 수 있으며, 이러한 구성에 의하면 렌즈(10)의 전체적인 볼륨을 더욱 줄일 수 있게 된다.
또한, 이와 같이 세그먼트(47)가 위에서 아래로 갈수록 광축(12)에 근접하는 위치에 구비되면, 상면(30)에서 프레넬 반사된 광(L3)을 렌즈(10) 외부로 출사시키기가 보다 용이해 질 수 있는데, 이는 어느 하나의 연결면(42) 아래에 위치하는 굴절면(41)이 광축(12) 방향으로 즉, 내측으로 들어가게 되므로, 상면(30)에서 프레넬 반사된 광(L3)이 어느 하나의 연결면(42)을 통해 출사할 때 굴절면(41)에 의한 간섭이 최소화될 수 있기 때문이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 렌즈를 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 실시 예에 따른 렌즈(10)는 밑면(20)에 레그(16)가 더 구비될 수 있으며, 이러한 구성에 의하면 렌즈(10)를 백라이트유닛에 구비하기가 보다 용이해지며, 또한 발광다이오드(11)에서 발생하는 열을 방열하기가 용이해 질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 렌즈(10)는 상면(30)의 구체적인 형상에 의하여 한정하지 않으며, 도 10에서 보이는 바와 같이, 상기 상면(30)은 수직단면상 발광다이오드(11)의 광축(12)과 직교하는 플랫(flat)한 직선으로도 이루어질 수 있으며, 도 11에서 보이는 바와 같이, 상기 상면(30)은 전체가 발광다이오드(11) 방향으로 오목한 즉, 하방으로 볼록한 형상으로도 이루어질 수 있다.
그리고, 이와 같이 상면(30)이 다양한 형상으로 이루어지더라도 측면(40)에 구비되는 다수의 불연속한 굴절면(41)과 연결면(42)의 구성으로부터 발생하는 작용효과 즉, 전체적인 볼륨을 줄일 수 있음과 동시에 측면(40)으로 직접 입사하는 광(L2)은 고르게 확산시키며 상면(30)에서 프레넬 반사된 광(L3)은 렌즈(10) 외부로 출사시킬 수 있는 효과는 그대로 적용될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 상면, 밑면 및 측면으로 이루어지며, 측면에 다수의 불연속한 굴절면과 연결면을 구비하여 렌즈의 전체적인 볼륨을 줄일 수 있음과 동시에 발광다이오드로부터 발산하는 광을 고르게 확산시키며 프레넬 반사에 의한 발광다이오드의 광축 부위에서의 휘도 편차를 감소시킬 수 있는 발광다이오드용 렌즈에 관한 것으로서, 그 실시 형태는 다양한 형태로 변경가능하다 할 것이다. 따라서 본 발명은 본 명세서에서 개시된 실시 예에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 변경 가능한 모든 형태도 본 발명의 권리범위에 속한다 할 것이다.

Claims (10)

  1. 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)에서 발산하는 광을 고르게 확산시키기 위한 발광다이오드용 렌즈에 있어서,
    상기 발광다이오드에서 발산하는 광이 입사하는 입사면이 구비되는 밑면과, 상기 입사면으로 입사한 광이 상기 렌즈로부터 출사하는 상면과, 상기 밑면과 상기 상면을 연결하는 측면을 포함하고,
    상기 측면에는 상기 입사면으로 입사하여 상기 측면으로 직접 입사하는 광이 상기 렌즈로부터 출사하는 다수의 불연속한 굴절면과, 상기 다수의 불연속한 굴절면을 연결하며 상기 입사면으로 입사한 후 상기 상면에서 프레넬 반사(Fresnel reflection)되어 상기 측면으로 입사하는 광이 상기 렌즈로부터 출사하는 연결면이 구비되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 렌즈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광다이오드의 광축과 상기 발광다이오드의 교점을 기준점으로 하였을 때, 상기 상면 상의 임의의 점과 상기 기준점을 연결하는 직선과 상기 광축이 이루는 각을 α, 상기 상면 상의 임의의 점과 상기 기준점의 거리를 R, 상기 α의 증분을 Δα, Δα에 대한 R의 증분을 ΔR, 상기 렌즈를 이루는 재료의 굴절률을 n으로 하면,
    상기 상면은 ΔR / (RΔα) ＜ 1 / √(n2-1) 조건을 만족하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 렌즈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 굴절면은 상기 입사면으로 입사하여 상기 측면으로 직접 입사하는 광이 상기 발광다이오드의 광축으로부터 멀어지는 방향으로 굴절되어 출사하도록 상기 광축으로부터 멀어질수록 하방을 향하는 볼록한 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 렌즈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결면은 상기 입사면으로 입사하여 상기 측면으로 직접 입사하는 광의 경로와 평행한 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 렌즈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 불연속한 굴절면 중 서로 인접하는 2개의 불연속한 굴절면을 연결하는 어느 하나의 연결면이 상기 발광다이오드의 광축과 평행한 가상의 기준축과 이루는 각도를 θ라 하고, 상기 2개의 불연속한 굴절면 중 하부에 위치하는 굴절면의 시작단으로 입사하는 광이 상기 가상의 기준축과 이루는 각도를 θ1라 하고, 상기 시작단으로 입사한 광이 상기 하부에 위치하는 굴절면에 의해 굴절되는 각도의 증분을 Δθ라 할 때,
    상기 연결면의 각도(θ)는 θ1≤θ≤θ1+Δθ 범위 내에 존재하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 렌즈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 불연속한 굴절면 중 어느 하나의 굴절면과 상기 어느 하나의 굴절면에 연속하는 어느 하나의 연결면을 어느 하나의 세그먼트로 정의하면,
    상기 세그먼트 각각은 위에서 아래로 갈수록 발광다이오드의 광축에 근접하는 위치에 구비되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 렌즈.
  7. 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)를 광원으로 사용하는 백라이트유닛(Back Light Unit, BLU)에 있어서,
    상기 발광다이오드의 상부에 제 1 항에 기재된 발광다이오드용 렌즈가 구비되어 상기 발광다이오드에서 발산하는 광을 고르게 확산시키는 것을 특징으로 하는 백라이트유닛.
  8. 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)를 광원으로 사용하는 표시장치(display device)에 있어서,
    상기 발광다이오드의 상부에 제 1 항에 기재된 발광다이오드용 렌즈가 구비되어 상기 발광다이오드에서 발산하는 광을 고르게 확산시키는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  9. 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)에서 발산하는 광을 고르게 확산시키기 위한 발광다이오드용 렌즈에 있어서,
    상기 발광다이오드에서 발산하는 광이 입사하는 입사면이 구비되는 밑면과, 상기 입사면으로 입사한 광 중 직접 입사하는 광을 상기 발광다이오드의 광축으로부터 멀어지는 방향으로 굴절시켜 출사시키는 상면과, 상기 밑면과 상기 상면을 연결하는 측면을 포함하고,
    상기 측면에는 상기 입사면으로 입사한 광 중 상기 측면으로 직접 입사하는 광이 상기 렌즈로부터 출사하는 다수의 불연속한 굴절면과, 상기 다수의 불연속한 굴절면을 연결하며 상기 상면에서 굴절되어 출사하는 광 중 상기 상면에서의 프레넬 반사(Fresnel reflection)에 의해 상기 측면으로 입사하는 일부의 광이 상기 렌즈로부터 출사하는 연결면이 구비되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 렌즈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 굴절면은 상기 입사면으로 입사하여 상기 측면으로 직접 입사하는 광이 상기 발광다이오드의 광축으로부터 멀어지는 방향으로 굴절되어 출사하도록 상기 광축으로부터 멀어질수록 하방을 향하는 볼록한 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 렌즈.
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