KR101398186B1 - 측면 방출형 발광다이오드용 렌즈, 이를 구비하는 백라이트유닛 및 표시장치 - Google Patents

측면 방출형 발광다이오드용 렌즈, 이를 구비하는 백라이트유닛 및 표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전체적인 볼륨을 줄이면서도 제조가 용이한 측면 방출형 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.

Description

측면 방출형 발광다이오드용 렌즈, 이를 구비하는 백라이트유닛 및 표시장치{SIDE EMITTING LIGHT EMITTING DIODE LENS, BACK LIGHT UNIT AND DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 측면 방출형 발광다이오드용 렌즈, 이를 구비하는 백라이트유닛 및 표시장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 전체 볼륨(volume)을 감소시킬 수 있으면서도 제조가 용이한 측면 방출형 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 미국등록특허 제6679621호(이하, '선행기술1'이라 한다)에 "SIDE EMITTING LED LENS"가 개시되며, 또한 한국등록특허 제10-0651550호(이하, '선행기술2'라 한다)에는 선행기술1의 문제점을 보완한 "상, 중, 하부로 구성된 LED 광원용 렌즈"가 개시된다. 그러나, 선행기술1 및 2는 제조하기가 용이하지 않다는 문제가 있다.
또한 다른 종래기술로서 한국등록특허 제10-0688767호(이하, '선행기술3'이라 한다)에는 "LED 광원용 렌즈"가 개시되는데, 선행기술3은 제조는 용이하나 전체적인 부피가 커진다는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전체 볼륨(volume)을 감소시킬 수 있으면서도 제조가 용이한 측면 방출형 발광다이오드용 렌즈, 이를 구비하는 백라이트유닛(Back Light Unit, BLU) 및 표시장치(display device)를 제공한다.
본 발명에 따른 측면 방출형 발광다이오드용 렌즈는 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)에서 발산하는 광을 측면으로 출사시키는 측면 방출형 발광다이오드용 렌즈에 있어서, 상기 발광다이오드에서 발산하는 광이 입사하는 밑면; 상기 밑면으로 입사한 광 중 직접 입사하는 광을 반사시키는 상면; 및 상기 밑면과 상기 상면을 연결하는 측면;을 포함하고, 상기 측면은 상기 상면에 연결되어 상기 상면에서 반사된 광이 출사하는 출사면과, 상기 밑면과 상기 출사면에 연결되어 상기 밑면으로 입사하여 상기 측면으로 직접 입사되는 광을 상기 상면으로 반사시키는 하부반사면을 포함하고, 상기 상면은 상기 하부반사면에서 반사된 광을 상기 출사면으로 반사시키는 것을 특징으로 한다.
다른 측면에서의 본 발명에 따른 측면 방출형 발광다이오드용 렌즈는 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)에서 발산하는 광을 측면으로 출사시키는 측면 방출형 발광다이오드용 렌즈에 있어서, 상기 발광다이오드에서 발산하는 광이 입사하는 밑면; 상기 발광다이오드의 광축에 대칭으로 이루어져 상기 발광다이오드로부터 상기 발광다이오드의 광축을 기준으로 소정각도 범위 내로 발산하는 중심영역의 광을 반사시키는 상면; 및 상기 밑면과 상기 상면을 연결하는 측면;을 포함하고, 상기 측면은 상기 상면에 연결되어 상기 상면에서 반사된 광을 출사시키는 출사면과, 상기 밑면과 상기 출사면에 연결되어 상기 발광다이오드로부터 발산하는 광 중 상기 중심영역 외의 영역으로 발산하는 주변영역의 광을 상기 상면으로 반사시키는 하부반사면을 포함하여 이루어지고, 상기 상면은 상기 하부반사면에서 반사된 광을 상기 출사면으로 반사시키는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 백라이트유닛은 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)를 광원으로 사용하는 백라이트유닛(Back Light Unit, BLU)에 있어서, 상기 발광다이오드 상부에 상술한 바와 같은 구성을 가지는 렌즈가 구비되는 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 렌즈가 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 측면 방출형 발광다이오드용 렌즈에 의하면, 전체 볼륨(volume)을 줄일 수 있으면서도 사출성형(injectiion molding)시 제조가 용이하기 때문에, 재료비를 절감하고 제조공정을 간단히 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 측면 방출용 발광다이오드용 렌즈를 나타내는 수직단면도이고,
도 2 내지 5는 본 발명에 따른 렌즈의 효과를 설명하기 위한 도면이고,
도 6 내지 도 8은 상면의 실시 예들을 설명하기 위한 도면이고,
도 9 내지 도 11은 하부반사면의 실시 예들을 설명하기 위한 도면이고,
도 12는 단차부를 확대한 부분확대도이고,
도 13 및 도 14는 단차부의 실시 예들를 설명하기 위한 도면이고,
도 15 및 도 16은 본 발명의 일실시 예에 따른 렌즈의 개략적인 평면도이다.
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 전체적인 볼륨을 줄이면서도 제조가 용이한 측면 방출형 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 발명에 따른 측면 방출용 발광다이오드용 렌즈를 나타내는 수직단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 측면 방출용 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)용 렌즈(10)는 엘이디(11)에서 발산하는 광이 입사하는 밑면(20), 밑면(20)으로 입사한 광 중 직접 입사하는 광(L1)을 반사시키는 상면(30) 및 밑면(20)과 상면(30)을 연결하는 측면(40)을 포함한다.
또한 측면(40)은 상면(30)에 연결되어 상면(30)에서 반사된 광(L2)이 출사하는 출사면(41)과, 밑면(20)과 출사면(41)에 연결되어 밑면(20)으로 입사하여 측면(40)으로 직접 입사되는 광(L3)을 상면(20)으로 반사시키는 하부반사면(42)을 포함하며, 상면(30)은 직접 입사하는 광(L1)뿐만 아니라 하부반사면(42)에서 반사되된 광(L4)을 출사면(41)으로 반사시키도록 구비된다.
밑면(20)에는 상방으로 볼록한 홈부(21)가 구비될 수 있으며, 상기 홈부(21)는 엘이디(11)를 수용하기 위한 공간일 수 있으며, 엘이디(11)에서 발산된 광이 밑면(20)으로 입사할 때 원하는 방향으로 굴절시키기 위한 구성일 수도 있으며, 그 형상은 구면, 비구면 등 다양한 형태로 이루어질 수 있으며, 본 발명은 그에 한정하지 않는다.
상면(30)과 하부반사면(42)은 코팅 또는 별도의 부재를 이용하여 직접 입사하는 광을 반사시키도록 구비될 수도 있으나, 입사한 광을 전반사시키도록 광학적으로 설계됨이 바람직하다. 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
상면(30)은 엘이디(11)의 광축(12)에 대칭으로 이루어져 엘이디(11)로부터 발산하는 광 중 광축(12)을 기준으로 소정각도 범위 내로 발산하는 중심영역의 광을 반사시키는 구성이며, 하부반사면(42)은 엘이디(11)에서 발산하는 광 중 상기 중심영역 외의 영역으로 발산하는 주변영역의 광을 상면(30)으로 반사시키는 구성이다. 따라서, 본 발명에 따른 렌즈(10)는 엘이디(11)에서 발산하는 거의 모든 광이 상면(30) 또는 하부반사면(42)에서 반사 또는 전반사되어 측면(40)의 출사면(41)으로 출사될 수 있게 된다.
또한 본 발명에 따른 렌즈(10)는 하부반사면(42)과 출사면(41)의 연결부위로부터 하방으로 연장되어 렌즈(10)를 지지하는 레그(50)를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 하부반사면(42)은 하방으로 만곡된 형상으로 이루어질 수 있으며, 출사면(41)은 상면(30)에 연결되어 하방으로 연장되는 제1출사면(43)과, 제1출사면(43)과 하부반사면(42)을 연결하되 내측으로 단차지는 단차부(44)를 포함하여 이루어질 수 있다. 그러면 하부반사면(42)과 단차부(44)에 의해 전체적인 볼륨(volume)이 작아져 재료비를 절감할 수 있게 된다.
발광다이오드용 렌즈는 유리, 아크릴(Methylmethacrylate), PMMA(Polymethylmethacrylate), PC(Polycarbonate), PET(Poly Ethylen Terephthalate) 등의 투과율이 우수한 투명한 물질로 사출성형(injection molding)에 의해 일체로(one-body) 제작됨이 일반적인데, 이와 같이 렌즈를 사출성형으로 제작시 본 발명에 따른 렌즈(10)는 선행기술들과 비교하여 볼륨을 줄여 재료비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 제조가 용이하다는 장점을 제공한다.
이하 본 발명에 따른 렌즈의 효과를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2 내지 5는 본 발명에 따른 렌즈의 효과를 설명하기 위한 도면으로서, 도 2는 선행기술1을 사출성형으로 제작하는 상태를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 3은 선행기술2를 사출성형으로 제작하는 상태를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 4는 선행기술3을 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 렌즈를 사출성형으로 제작하는 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2에서 보이는 바와 같이, 선행기술1(미국등록특허 제6679621호)에 따른 렌즈(1)를 사출성형으로 제조시에는 사출성형 후 각각 상부와 하부로 분리되는 상부금형(51)과 하부금형(52)뿐만 아니라 사출성형 후 측면으로 슬라이딩되어 분리되는 슬라이딩금형(53)도 필요하다. 이는 선행기술1에 따른 렌즈(1)가 측면에 내측으로 기울어지는 제1굴절면(2)과, 외측으로 볼록한 형상으로 하방으로 연장되는 제2굴절면(3)의 형상 때문이다. 그리고 렌즈를 사출성형으로 제작시 슬라이딩금형(53)까지 필요하게 되면, 금형제작을 위한 추가적인 비용뿐만 아니라 제조공정이 복잡해지게 되어 바람직하지 않다.
또한, 도 3에서 보이는 바와 같이, 선행기술1에 따른 문제점을 보완한 선행기술2(한국등록특허 제10-0651550호)에 따른 렌즈(4)의 경우에도 아치형상의 하부굴절면(5)에 의해 사출성형시 슬라이딩금형(53)이 필요하다.
또한, 도 4에서 보이는 바와 같이, 측면 방출형 엘이디 렌즈에 대한 다른 형태로서 선행기술3(한국등록특허 제10-0688767호)에 따른 렌즈(6)의 형태가 개시되는데, 이러한 선행기술3에 따른 렌즈(6)의 경우에는 선행기술1 및 2의 형태와는 달리 측면이 엘이디의 광축과 평행하기 때문에 사출성형시 슬라이딩금형이 필요없이 상하부금형만으로 제작할 수 있는 장점은 있으나, 엘이디에서 발산된 광이 측면으로 입사하지 않도록 거의 모든 광을 상면으로 입사시켜야 하고, 또한 상면으로 입사된 모든 광을 측면으로 반사시켜야 한다는 점에서 전체적인 볼륨이 커져야만 하는 문제가 있다.
반면, 도 5에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 렌즈(10)는 선행기술1 및 2와 달리 상하부금형(51,52)만을 사용하여도 사출성형이 가능하다. 이는 본 발명에 따른 렌즈(10)의 측면(40) 형상 예를 들어, 하부반사면(42)의 형상이 하방으로 만곡된 형상으로 이루어지기 때문에 가능한 것이다.
또한 본 발명에 따른 렌즈(10)는 선행기술3과 달리 측면(40)의 형상 예를 들어, 단차부(44)와 하부반사면(42)의 형상이 대략 내측으로 기울어진 형태로 이루어지기 때문에 볼륨을 줄일 수 있게 된다.
또한 본 발명에 따른 렌즈(10)는 엘이디(11)에서 발산한 광 중 중심영역의 광은 상면(30)에서 반사되어 측면(40)으로 출사되며, 주변영역의 광은 하부반사면(42)에서 반사되어 상면(30)으로 입사된 후 다시 상면(30)에서 반사되어 측면(40)으로 출사되기 때문에, 선행기술3과 달리 엘이디(11)에서 발산하는 모든 광을 직접 상면(30)으로만 입사시켜 반사시킬 필요가 없기 때문에 더더욱 전체적인 부피를 줄일 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 렌즈(10)는 선행기술들과 비교하여 전체적인 부피를 줄일 수 있으면서도 제조가 용이하다는 장점을 가진다. 이하에서는 본 발명에 따른 렌즈의 구성에 대하여 상세히 설명한다.
상면(30)은 입사한 광을 전반사시키도록 광학적으로 설계됨이 바람직하다. 이하 도면을 참조하여 이러한 상면(30)의 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 6은 상면의 일실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 엘이디(11)의 광축(12)과 엘이디(11)의 교점을 제1기준점(P1)으로 하였을 때, 상면(30) 상의 임의의 점(P)과 제1기준점(P1)을 연결하는 직선과 광축(12)이 이루는 각을 α1, 상면(30) 상의 임의의 점(P)과 제1기준점(P1)의 거리를 R1, 상기 α1의 증분을 Δα1, Δα1에 대한 R1의 증분(감소량 또는 증가량)을 ΔR1, 상면(30) 상의 임의의 점(P)에서의 법선(13)과 상기 직선 즉, 상면(30) 상의 임의의 점(P)과 제1기준점(P1)을 연결하는 직선이 이루는 각을 β1, 렌즈(10)를 이루는 재료의 굴절률을 n으로 하면, 상면(30)은 ΔR1 / (R1Δα1) 〉 1 / √(n2-1) 조건을 만족하도록 구성될 수 있다.
도 7 및 도 8은 상면의 다른 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6에서 설명된 실시 예와 달리, 도 7 및 도 8에 따른 상면(30)의 광학적 조건은 엘이디(11)의 광원을 점광원이 아닌 면광원으로 고려할 때 적용가능한 조건이다. 실제로 렌즈(10)는 엘이디(11)보다 매우 큰 볼륨으로 이루어지지는 않기 때문에, 렌즈(10) 설계시 이와 같이 엘이디(11) 광원을 면광원으로 고려하여야 함이 바람직하다.
먼저, 도 7을 참조하면, 엘이디(11)의 광원을 점광원이 아닌 면광원으로 고려할 때에는 엘이디(11)의 중심점 즉, 제1기준점(P1)에서 발산하는 광뿐만 아니라 엘이디(11)의 양끝점(P2,P3)에서 발산하는 광도 고려하여야 하며, 이 경우 광축(12)을 기준으로 상기 임의의 점(P)과 같은 측의 엘이디(11) 끝점(P2)에서 발산하여 상기 임의의 점(P)으로 입사하는 광(L5)이 상기 임의의 점(P)에서의 법선(13)과 이루는 각(θ1)이, 제1기준점(P1)과 다른 측 끝점(P3)에서 발산하여 입사하는 경우보다 작음을 알 수 있다. 따라서 상면(30)이 같은 측 엘이디(11) 끝점(P2)에서 발산하여 입사하는 광(L5)을 전반사하도록 구비된다면, 엘이디(11) 광원을 면광원으로 고려한다 하더라도 상면(30)은 엘이디(11)에서 발산하여 상면(30)으로 입사하는 거의 모든 광을 전반사시킬 수 있게 된다.
이러한 광학적 조건을 도 8을 참조하여 설명하면, 광축(12)을 기준으로 상면(30) 상의 임의의 점(P)과 같은 측의 엘이디(11)의 끝점(P2)을 제2기준점(P2)으로 하였을 때, 상면(30) 상의 임의의 점(P)과 제2기준점(P2)을 연결하는 직선과 기준축(15)이 이루는 각을 α2, 상면(30) 상의 임의의 점(P)과 제2기준점(P2)의 거리를 R2, 상기 α2의 증분을 Δα2, Δα2에 대한 R2의 증분을 ΔR2, 렌즈(10)를 이루는 재료의 굴절률을 n으로 하면, 상면(30)은 ΔR2 / (R2Δα2) 〉 1 / √(n2-1) 조건을 만족하도록 구성될 수 있다.
상면(30)과 마찬가지로 하부반사면(42)도 입사한 광을 전반사시키도록 광학적으로 설계됨이 바람직하다. 이하 도면을 참조하여 이러한 하부반사면(42)의 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 9는 하부반사면의 일실시 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 9를 참조하면, 광축(12)과 엘이디(11) 교점을 제1기준점(P1)으로 하였을 때, 하부반사면(42) 상의 임의의 점(P)과 제1기준점(P1)을 연결하는 직선과 광축(12)과 수직한 수평축(16)이 이루는 각을 α3, 하부반사면(42) 상의 임의의 점(P)과 제1기준점(P1)의 거리를 R3, 상기 α3의 증분을 Δα3, Δα3에 대한 R3의 증분을 ΔR3, 렌즈(10)를 이루는 재료의 굴절률을 n으로 하면, 하부반사면(42)은 ΔR3 / (R3Δα3) 〉 1 / √(n2-1) 조건을 만족하도록 구성될 수 있다.
도 10 및 도 11은 하부반사면의 다른 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9에서 설명된 실시 예와 달리, 도 10 및 도 11에 따른 하부반사면(42)의 광학적 조건은 엘이디(11)의 광원을 점광원이 아닌 면광원으로 고려할 때 적용가능한 조건이다.
먼저, 도 10을 참조하면, 엘이디(11)의 광원을 점광원이 아닌 면광원으로 고려할 때에는 엘이디(11)의 중심점 즉, 제1기준점(P1)에서 발산하는 광뿐만 아니라 엘이디(11)의 양끝점(P2,P3)에서 발산하는 광도 고려하여야 하며, 이 경우 광축(12)을 기준으로 하부반사면(42) 상의 임의의 점(P)과 다른 측의 엘이디(11) 끝점(P3)에서 발산하여 상기 임의의 점(P)으로 입사하는 광(L6)이 상기 임의의 점(P)에서의 법선(14)과 이루는 각(θ2)이, 제1기준점(P1)과 같은 측 끝점(P2)에서 발산하여 입사하는 경우보다 작음을 알 수 있다. 따라서 하부반사면(42)이 다른 측 엘이디(11) 끝점(P3)에서 발산하여 입사하는 광(L6)을 전반사하도록 이루어진다면, 엘이디(11) 광원을 면광원으로 고려한다 하더라도 하부반사면(42)은 엘이디(11)에서 발산하여 하부반사면(42)으로 입사하는 거의 모든 광을 전반사시킬 수 있게 된다.
이러한 광학적 조건을 도 11을 참조하여 설명하면, 광축(12)을 기준으로 하부반사면(42) 상의 임의의 점(P)과 반대 측의 엘이디(11)의 끝점(P3)을 제3기준점(P3)으로 하였을 때, 하부반사면(42) 상의 임의의 점(P)과 제3기준점(P3)을 연결하는 직선과 광축(12)과 수직한 수평축(16)이 이루는 각을 α4, 하부반사면(42) 상의 임의의 점(P)과 제3기준점(P3)의 거리를 R4, 상기 α4의 증분을 Δα4, Δα4에 대한 R4의 증분을 ΔR4, 렌즈(10)를 이루는 재료의 굴절률을 n으로 하면, 하부반사면(42)은 ΔR4 / (R4Δα4) 〉 1 / √(n2-1) 조건을 만족하도록 구성될 수 있다.
도 12는 단차부를 확대한 부분확대도이다.
도 12를 참조하면, 단차부(44)는 상면(30)에서 반사된 광을 출사시키는 다수의 불연속한 제2출사면(45)과, 제2출사면(45)을 연결하는 연결면(46)을 포함하여 이루어질 수 있다.
제2출사면(45)은 엘이디(11) 광축(12)과 평행하거나 또는 내측으로 기울어진 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 그러면 사출성형으로 렌즈(10) 제작시 상하부금형(51,52)만으로 제작이 가능하여 제조공정이 간단해질 수 있다.
연결면(46)은 상면(30)에서 반사된 광(L2)의 주광(chief ray)의 경로와 평행하게 이루어지는 것이 바람직하다. 그러면 상면(30)에서 반사된 거의 모든 광(L2)이 제2출사면(45)으로 입사하여 출사할 수 있기 때문에 광(L2)의 출사각을 제어하기가 용이하며, 광(L2)이 연결면(46)으로 입사함으로써 발생하는 광손실을 줄일 수 있게 된다. 여기서, 주광(chief ray)의 경로란 상면(30) 상의 어느 한 지점으로부터 반사된 광(l2)들의 경로 중 센터광이 지나가는 경로를 말한다.
도 13 및 도 14는 단차부의 실시 예들을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 13을 참조하면, 하부반사면(42)과 단차부(44)의 접점인 단차부(44)의 시작단(47)과 상기 다수의 연결면(46) 중 최상단에 위치하는 연결면(46)의 상단(48)을 연결하는 가상의 연결선(17)이 엘이디(11)의 광축(12)과 평행한 가상의 기준축(15)과 이루는 각(θ3)은, 엘이디(11)와 광축(12)의 교점인 제1기준점(P1)에서 발산되어 하부반사면(42)의 상단인 상기 시작단(47)으로 입사하는 광(L7)이 기준축(15)과 이루는 각(θ4)보다 크게 이루어지고, 상기 각각의 제2출사면(45)의 상단 또는 연결면(46)의 상단은 기준축(15)을 기준으로 연결선(17)보다 외측에 존재하는 것이 바람직하다. 그러면 엘이디(11)에서 발산된 광 중 단차부(44)로 직접 입사하여 출사하는 광은 없게 되고, 그에 따라 단차부(44)로 직접 입사하여 출사함으로써 발생하는 광손실을 줄일 수 있게 된다.
도 13에서 설명된 실시 예와 달리, 도 14에 따른 단차부(44)의 조건은 엘이디(11)의 광원을 점광원이 아닌 면광원으로 고려할 때 적용가능한 조건이다. 즉, 엘이디(11)의 광원을 점광원이 아닌 면광원으로 고려할 때에는 엘이디(11)의 중심점인 제1기준점(P1)에서 발산하는 광뿐만 아니라 엘이디(11)의 양끝점(P2,P3)에서 발산하는 광도 고려하여야 하며, 이 경우 시작단(47)과 반대 측의 엘이디(11)의 끝점(P3)에서 발산하여 시작단(47)으로 입사하는 광(L8)이 기준축(15)과 이루는 각(θ6)이, 제1기준점(P1)에서 발산하여 시작단(47)으로 입사하는 광이 광축(12)과 이루는 각(θ4) 및 광축(12)을 기준으로 시작단(47)과 같은 측의 엘이디(11) 끝점(P2)에서 발산하여 시작단(47)으로 입사하는 광이 기준축(15)과 이루는 각(θ5)보다, 큼을 알 수 있다. 따라서 상기 가상의 연결선(17)이 기준축(15)과 이루는 각(θ3)은, 광축(12)을 기준으로 시작단(47)과 반대 측의 엘이디(11)의 끝점(P3)을 제3기준점(P3)으로 하였을 때 상기 제3기준점(P3)에서 발산하여 시작단(47)으로 입사하는 광(L8)이 기준축(15)과 이루는 각(θ6)보다 크게 이루어지고, 상기 각각의 제2출사면(45)의 상단 또는 연결면(46)의 상단은 기준축(15)을 기준으로 연결선(17)보다 외측에 존재하면, 엘이디(11)의 광원을 면광원으로 고려한다 하더라도 단차부(44)로 직접 입사하여 출사하는 광은 없게 되고, 그에 따라 단차부(44)로 직접 입사하여 출사함으로써 발생하는 광손실을 줄일 수 있게 된다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 일실시 예에 따른 렌즈의 개략적인 평면도이다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 렌즈(10)는 수평단면상 대략 원형의 형상으로 이루어질 수 있으며, 레그(50)는 도 15에서 보이는 바와 같이, 엘이디(11)로부터 일정한 거리에 소정각도 간격으로 복수개 구비될 수도 있으며, 도 16에서 보이는 바와 같이, 엘이디(11)로부터 일정한 거리에 연속적으로 즉, 대략 원형의 띠 형상으로 구비될 수도 있다.
또한 레그(50)는 하부반사면(42)과 출사면(41)의 연결부위로부터 하방으로 연장형성되는 구성으로서, 엘이디(11)에서 발산되어 레그(50) 방향으로 입사하는 광들은 모두 하부반사면(42)에서 반사 또는 전반사되어 상면(30)으로 입사하게 되므로, 레그(50)로 입사하는 광에 의한 광손실을 현저히 줄일 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 전체적인 볼륨을 줄일 수 있으면서도 제조가 용이한 측면 방출형 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.
10 : 렌즈 11 : 발광다이오드
12 : 광축 20 : 밑면
30 : 상면 40 : 측면
41 : 출사면 42 : 하부반사면
43 : 제1출사면 44 : 단차부
45 : 제2출사면 46 : 연결면

Claims (16)

  1. 삭제
  2. 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)에서 발산하는 광을 측면으로 출사시키는 측면 방출형 발광다이오드용 렌즈에 있어서,
    상기 발광다이오드에서 발산하는 광이 입사하는 밑면;
    상기 밑면으로 입사한 광 중 직접 입사하는 광을 반사시키는 상면; 및
    상기 밑면과 상기 상면을 연결하는 측면;을 포함하고,
    상기 측면은 상기 상면에 연결되어 상기 상면에서 반사된 광이 출사하는 출사면과, 상기 밑면과 상기 출사면에 연결되어 상기 밑면으로 입사하여 상기 측면으로 직접 입사되는 광을 상기 상면으로 반사시키는 하부반사면을 포함하고,
    상기 상면은 상기 하부반사면에서 반사된 광을 상기 출사면으로 반사시키고,
    상기 발광다이오드의 광축과 상기 발광다이오드의 교점을 제1기준점(P1)으로 하였을 때, 상기 상면 상의 임의의 점과 상기 제1기준점(P1)을 연결하는 직선과 상기 광축이 이루는 각을 α1, 상기 상면 상의 임의의 점과 상기 제1기준점(P1)의 거리를 R1, 상기 α1의 증분을 Δα1, Δα1에 대한 R1의 증분을 ΔR1, 상기 렌즈를 이루는 재료의 굴절률을 n으로 하면,
    상기 상면은 상기 밑면으로 입사한 광 중 직접 입사하는 광을 전반사시키도록 ΔR1 / (R1Δα1) 〉 1 / √(n2-1) 조건을 만족하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 측면 방출형 발광다이오드용 렌즈.
  3. 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)에서 발산하는 광을 측면으로 출사시키는 측면 방출형 발광다이오드용 렌즈에 있어서,
    상기 발광다이오드에서 발산하는 광이 입사하는 밑면;
    상기 밑면으로 입사한 광 중 직접 입사하는 광을 반사시키는 상면; 및
    상기 밑면과 상기 상면을 연결하는 측면;을 포함하고,
    상기 측면은 상기 상면에 연결되어 상기 상면에서 반사된 광이 출사하는 출사면과, 상기 밑면과 상기 출사면에 연결되어 상기 밑면으로 입사하여 상기 측면으로 직접 입사되는 광을 상기 상면으로 반사시키는 하부반사면을 포함하고,
    상기 상면은 상기 하부반사면에서 반사된 광을 상기 출사면으로 반사시키고,
    상기 발광다이오드의 광축을 기준으로 상기 상면 상의 임의의 점과 같은 측의 상기 발광다이오드의 끝점을 제2기준점(P2)으로 하였을 때, 상기 상면 상의 임의의 점과 상기 제2기준점(P2)을 연결하는 직선과 상기 광축과 평행한 가상의 기준축이 이루는 각을 α2, 상기 상면 상의 임의의 점과 상기 제2기준점(P2)의 거리를 R2, 상기 α2의 증분을 Δα2, Δα2에 대한 R2의 증분을 ΔR2, 상기 렌즈를 이루는 재료의 굴절률을 n으로 하면,
    상기 상면은 상기 밑면으로 입사한 광 중 직접 입사하는 광을 전반사시키도록 ΔR2 / (R2Δα2) 〉 1 / √(n2-1) 조건을 만족하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 측면 방출형 발광다이오드용 렌즈.
  4. 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)에서 발산하는 광을 측면으로 출사시키는 측면 방출형 발광다이오드용 렌즈에 있어서,
    상기 발광다이오드에서 발산하는 광이 입사하는 밑면;
    상기 밑면으로 입사한 광 중 직접 입사하는 광을 반사시키는 상면; 및
    상기 밑면과 상기 상면을 연결하는 측면;을 포함하고,
    상기 측면은 상기 상면에 연결되어 상기 상면에서 반사된 광이 출사하는 출사면과, 상기 밑면과 상기 출사면에 연결되어 상기 밑면으로 입사하여 상기 측면으로 직접 입사되는 광을 상기 상면으로 반사시키는 하부반사면을 포함하고,
    상기 상면은 상기 하부반사면에서 반사된 광을 상기 출사면으로 반사시키고,
    상기 발광다이오드의 광축과 상기 발광다이오드의 교점을 제1기준점(P1)으로 하였을 때, 상기 하부반사면 상의 임의의 점과 상기 제1기준점(P1)을 연결하는 직선과 상기 광축과 수직한 수평축이 이루는 각을 α3, 상기 하부반사면 상의 임의의 점과 상기 제1기준점(P1)의 거리를 R3, 상기 α3의 증분을 Δα3, Δα3에 대한 R3의 증분을 ΔR3, 상기 렌즈를 이루는 재료의 굴절률을 n으로 하면,
    상기 하부반사면은 상기 밑면으로 입사하여 상기 측면으로 직접 입사되는 광을 상기 상면으로 전반사시키도록 ΔR3 / (R3Δα3) 〉 1 / √(n2-1) 조건을 만족하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 측면 방출형 발광다이오드용 렌즈.
  5. 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)에서 발산하는 광을 측면으로 출사시키는 측면 방출형 발광다이오드용 렌즈에 있어서,
    상기 발광다이오드에서 발산하는 광이 입사하는 밑면;
    상기 밑면으로 입사한 광 중 직접 입사하는 광을 반사시키는 상면; 및
    상기 밑면과 상기 상면을 연결하는 측면;을 포함하고,
    상기 측면은 상기 상면에 연결되어 상기 상면에서 반사된 광이 출사하는 출사면과, 상기 밑면과 상기 출사면에 연결되어 상기 밑면으로 입사하여 상기 측면으로 직접 입사되는 광을 상기 상면으로 반사시키는 하부반사면을 포함하고,
    상기 상면은 상기 하부반사면에서 반사된 광을 상기 출사면으로 반사시키고,
    상기 발광다이오드의 광축을 기준으로 상기 하부반사면 상의 임의의 점과 반대 측의 상기 발광다이오드의 끝점을 제3기준점(P3)으로 하였을 때, 상기 하부반사면 상의 임의의 점과 상기 제3기준점(P3)을 연결하는 직선과 상기 광축과 수직한 수평축이 이루는 각을 α4, 상기 하부반사면 상의 임의의 점과 상기 제3기준점(P3)의 거리를 R4, 상기 α4의 증분을 Δα4, Δα4에 대한 R4의 증분을 ΔR4, 상기 렌즈를 이루는 재료의 굴절률을 n으로 하면,
    상기 하부반사면은 상기 밑면으로 입사하여 상기 측면으로 직접 입사되는 광을 상기 상면으로 전반사시키도록 ΔR4 / (R4Δα4) 〉 1 / √(n2-1) 조건을 만족하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 측면 방출형 발광다이오드용 렌즈.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하부반사면은 하방으로 만곡된 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 측면 방출형 발광다이오드용 렌즈.
  7. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출사면은 상기 상면에 연결되어 하방으로 연장되는 제1출사면과, 상기 제1출사면과 상기 하부반사면을 연결하되 내측으로 단차지는 단차부를 포함하는 것을 특징으로 하는 측면 방출형 발광다이오드용 렌즈.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 단차부는 상기 상면에서 반사된 광을 출사시키는 다수의 불연속한 제2출사면과, 상기 제2출사면을 연결하는 연결면을 포함하는 것을 특징으로 하는 측면 방출형 발광다이오드용 렌즈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제2출사면은 상기 발광다이오드의 광축과 평행하거나 또는 상방으로 갈수록 상기 발광다이오드의 광축을 기준으로 벌어지는 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 측면 방출형 발광다이오드용 렌즈.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 연결면은 상기 상면에서 반사된 광의 주광(chief ray)의 경로와 평행하게 이루어지는 것을 특징으로 하는 측면 방출형 발광다이오드용 렌즈.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 하부반사면과 상기 단차부의 접점인 상기 단차부의 시작단과 상기 다수의 연결면 중 최상단에 위치하는 연결면의 상단을 연결하는 가상의 연결선이 상기 발광다이오드의 광축과 평행한 가상의 기준축과 이루는 각(θ3)은, 상기 발광다이오드와 상기 광축의 교점을 제1기준점(P1)으로 하였을 때 상기 제1기준점(P1)에서 발산되어 상기 하부반사면의 상단인 상기 시작단으로 입사하는 광이 상기 기준축과 이루는 각(θ4)보다 크고,
    상기 각각의 제2출사면의 상단은 상기 기준축을 기준으로 상기 연결선보다 외측에 존재하는 것을 특징으로 하는 측면 방출형 발광다이오드용 렌즈.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 하부반사면과 상기 단차부의 접점인 상기 단차부의 시작단과 상기 다수의 연결면 중 최상단에 위치하는 연결면의 상단을 연결하는 가상의 연결선이 상기 발광다이오드의 광축과 평행한 가상의 기준축과 이루는 각(θ3)은, 상기 시작단과 반대 측의 상기 발광다이오드의 끝점을 제3기준점(P3)으로 하였을 때 상기 제3기준점(P3)에서 발산되어 상기 하부반사면의 상단인 상기 시작단으로 입사하는 광이 상기 기준축과 이루는 각(θ6)보다 크고,
    상기 각각의 제2출사면의 상단은 상기 기준축을 기준으로 상기 연결선보다 외측에 존재하는 것을 특징으로 하는 측면 방출형 발광다이오드용 렌즈.
  13. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈는 상기 하부반사면과 상기 출사면의 연결부위로부터 하방으로 연장되어 상기 렌즈를 지지하는 레그를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 측면 방출형 발광다이오드용 렌즈.
  14. 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)에서 발산하는 광을 측면으로 출사시키는 측면 방출형 발광다이오드용 렌즈에 있어서,
    상기 발광다이오드에서 발산하는 광이 입사하는 밑면;
    상기 발광다이오드의 광축에 대칭으로 이루어져 상기 발광다이오드로부터 상기 발광다이오드의 광축을 기준으로 소정각도 범위 내로 발산하는 중심영역의 광을 반사시키는 상면; 및
    상기 밑면과 상기 상면을 연결하는 측면;을 포함하고,
    상기 측면은 상기 상면에 연결되어 상기 상면에서 반사된 광을 출사시키는 출사면과, 상기 밑면과 상기 출사면에 연결되어 상기 발광다이오드로부터 발산하는 광 중 상기 중심영역 외의 영역으로 발산하는 주변영역의 광을 상기 상면으로 반사시키는 하부반사면을 포함하여 이루어지고,
    상기 상면은 상기 하부반사면에서 반사된 광을 상기 출사면으로 반사시키고,
    상기 발광다이오드의 광축을 기준으로 상기 상면 상의 임의의 점과 같은 측의 상기 발광다이오드의 끝점을 제2기준점(P2)으로 하였을 때, 상기 상면 상의 임의의 점과 상기 제2기준점(P2)을 연결하는 직선과 상기 광축과 평행한 가상의 기준축이 이루는 각을 α2, 상기 상면 상의 임의의 점과 상기 제2기준점(P2)의 거리를 R2, 상기 α2의 증분을 Δα2, Δα2에 대한 R2의 증분을 ΔR2, 상기 렌즈를 이루는 재료의 굴절률을 n으로 하면,
    상기 상면은 상기 밑면으로 입사한 광 중 직접 입사하는 광을 전반사시키도록 ΔR2 / (R2Δα2) 〉 1 / √(n2-1) 조건을 만족하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 측면 방출형 발광다이오드용 렌즈.
  15. 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)를 광원으로 사용하는 백라이트유닛(Back Light Unit, BLU)에 있어서,
    상기 발광다이오드의 상부에 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 발광다이오드용 렌즈가 구비되는 것을 특징으로 하는 백라이트유닛.
  16. 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)를 광원으로 사용하는 표시장치(display device)에 있어서,
    상기 발광다이오드의 상부에 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 발광다이오드용 렌즈가 구비되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
KR1020120123970A 2012-11-05 2012-11-05 측면 방출형 발광다이오드용 렌즈, 이를 구비하는 백라이트유닛 및 표시장치 KR101398186B1 (ko)

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