KR101487617B1 - Diffusion lens for light emmission diode - Google Patents

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KR101487617B1
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문희종
강호중
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희성전자 주식회사
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Abstract

The present invention relates to a light diffusion lens for LED. The present invention relates to the light diffusion lens installed on the upper side of a light source to be mounted on a substrate including: a curved first light exit surface in a shape which disperses radially around a light shaft; and a plurality of plane second exit surfaces which extend from the peripheral part of the first exit surface, wherein the second exit surfaces are formed around the light shaft in a regular period. According to the present invention, the light diffusion lens makes uniform brightness distribution which is synthesized from an illumination surface by forming the brightness distribution in an irrotational symmetric form according to a two-dimensional arrangement of an LED light source based on an individual light source.

Description

발광다이오드용 광 확산 렌즈{DIFFUSION LENS FOR LIGHT EMMISSION DIODE}[0001] Description [0002] DIFFUSION LENS FOR LIGHT EMISSION DIODE [

본 발명은 LED용 광 확산 렌즈에 관한 것으로, 특히 이차원 규칙 배열을 이루는 복수의 광원 각각에 장착되어 조도면에서의 합성된 휘도를 균일하게 하기 위한 광 확산 렌즈에 관한 것이다.
The present invention relates to a light diffusion lens for an LED, and more particularly to a light diffusion lens mounted on each of a plurality of light sources forming a two-dimensional ordered array to uniformize the synthesized luminance on a rough surface.

최근 일반 조명용 또는 액정 디스플레이의 백라이트용 광원으로서 종래 형광관에 대신해 고효율, 저비용의 LED가 각광받고 있으며, 특히 액정 TV와 같이 대화면 액정 디스플레이의 백라이트에 있어서는 일반적인 엣지 라이트 방식이 아닌 직하형으로 불리우는 조명 방식으로 구현되는 것이 일반적이다. In recent years, high efficiency and low cost LEDs have been spotlighted as a light source for backlights of general illumination or liquid crystal displays instead of conventional fluorescent tubes. Especially, in the backlight of a large screen liquid crystal display such as a liquid crystal TV, a direct light type .

LED 광원이 직하형 조명 방식의 광원으로 사용되는 경우 점광원의 특성상 광원의 수직 상부에서는 조도가 크게 나타나지만, 광원의 중심부로부터 멀어지는 외곽 부근에서의 조도가 급격히 낮아져 전체적인 조도가 불균일해지는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 LED 상부에 광확산 렌즈를 적용하는 기술이 대한민국 특허 제10-0789835호 및 미국 특허 제7,866,844호 등에 제안되어 있다.In the case where the LED light source is used as a light source of a direct-lighting type, the illuminance at the vertically upper portion of the light source is greatly increased due to the characteristics of the point light source, but the illuminance near the outer periphery away from the center of the light source is rapidly lowered. In order to solve such a problem, Korean Patent No. 10-0789835 and US Patent No. 7,866,844 have proposed a technique of applying a light diffusion lens on the LED.

도 1은 종래 기술에 따른 일반적인 구조의 LED용 광 확산 렌즈를 나타낸 사시도, 도 2는 도 1의 광 확산 렌즈를 나타낸 종단면도를 각각 나타낸다. 도 1 및 도 2에 따른 종래의 일반적인 광확산 렌즈(10)는 하면의 입사면(11)과 상면의 출사면(12)을 형성하면서, 출사면(12)은 횡단면이 광축(y)에 대하여 방사상으로 원형의 회전 대칭인 곡면 형상으로 구성된다. 이러한 출사면(12) 구조에서는 렌즈(10)의 중심부에서는 광 세기가 감소되고, 중심으로부터 멀어지는 외곽 부근에서는 광 세기가 증가되어 전체적으로 균일한 빛이 출사될 수 있도록 의도된다. FIG. 1 is a perspective view showing a light diffusing lens for LED having a general structure according to the related art, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the light diffusion lens of FIG. 1, respectively. The conventional light diffusion lens 10 according to the related art shown in Figs. 1 and 2 forms the lower surface 11 and the upper surface 12 while the exit surface 12 has a cross section with respect to the optical axis y And is formed into a curved shape that is radially circular and rotationally symmetric. In the structure of the emitting surface 12, the light intensity is reduced at the center of the lens 10, and the light intensity is increased near the outer periphery of the lens 10 so that uniform light can be emitted as a whole.

도 1 및 도 2에 따른 광학 렌즈는 단일 광원을 사용하고 광원이 위치한 면과 휘도가 합성되는 면의 거리가 충분히 떨어져 있는 경우에는 휘도 균일성 측면에서 어느 정도 유효하게 적용될 수 있다. 그러나, 도 1 및 도 2에 따른 광학 렌즈가 장착된 개별 광원이 갖는 조도면에 대한 휘도 분포는 기본적으로 원형의 회전 대칭을 이루기 때문에, 복수의 광원에 의해 형성되는 휘도 합성면에서의 휘도 분포는 불균일해지는 문제가 있다.1 and 2 can be effectively applied to a certain extent in terms of luminance uniformity when a single light source is used and the distance between the plane on which the light source is located and the plane on which the luminance is synthesized is sufficiently large. However, since the luminance distribution of the individual light sources to which the optical lenses according to Figs. 1 and 2 are attached has a circular rotational symmetry basically, the luminance distribution on the luminance composite surface formed by the plurality of light sources is non- There is a problem to be solved.

한편, 일본 공개특허 제2010-244790호에는 반구상 렌즈의 주변부를 따라 광축에 평행한 곡면 형상의 제2 출사면을 형성하여 각도 증가에 따라 조도를 증가시킴으로써 보다 넓은 범위로 균일 조사가 가능한 렌즈에 대해 개시하고 있다. 그러나, 일본 공개특허 제2010-244790호에 따른 렌즈의 경우에도 각각의 광원이 갖는 휘도 분포는 원형의 회전 대칭을 이루기 때문에, 복수의 광원에 적용되는 경우 상기한 도 1 및 도 2에 따른 렌즈가 갖는 문제점은 상존한다.On the other hand, in JP-A-2010-244790, a curved second exit surface is formed along the periphery of a semi-spherical lens to increase the illuminance with increasing angle, . However, even in the case of the lens according to Japanese Laid-Open Patent Application No. 2010-244790, since the luminance distribution of each light source has a circular rotational symmetry, when the lens is applied to a plurality of light sources, There is a problem.

대화면 액정 디스플레이의 경우 LED 광원은 복수개가 규칙배열되는 형태이고 디스플레이의 박형화에 따라 광원과 휘도 합성면 사이의 거리는 점점 짧아지는 추세이다. 이러한 측면에서 LED 광원의 배치 형태에 따라 휘도 합성면에서의 균일한 휘도 분포를 얻는 것이 중요하다.
In the case of a large-screen liquid crystal display, a plurality of LED light sources are regularly arranged, and the distance between the light source and the luminance composite surface is gradually shortened due to the thinness of the display. In this respect, it is important to obtain a uniform luminance distribution on the luminance composite surface depending on the arrangement of the LED light sources.

본 발명의 목적은, LED 광원의 배치 형태에 따라 적합한 휘도 분포를 형성함으로써 휘도 합성면에서 보다 균일한 휘도 분포를 얻는 것이 가능한 광 확산 렌즈를 제공하는 것이다.
An object of the present invention is to provide a light diffusion lens capable of obtaining a more uniform luminance distribution on the luminance synthesis surface by forming a luminance distribution suitable for the arrangement of LED light sources.

본 발명자들은, 종래 일반적인 광확산 렌즈가 갖는 회전 대칭인 원형의 휘도분포를 LED 광원의 이차원적인 배열에 적용할 경우 균일한 휘도 합성이 이루어지지 않는 것에 주목하여, 개별 LED 광원에서의 유효광에 대한 광 확산각이 LED 광원의 이차원적인 배열의 배치형태에 따라 특정 방향으로 제한 억제되어야 함을 확인하여 본 발명에 이르게 되었다. 또한, 이 경우 개별 LED 광원을 기준으로 조도면에서의 유효광에 대한 휘도 분포는 원형이 아닌 소정의 다각 형상의 회전 비대칭 형태로 구현할 수 있음을 확인하였다. 참고적으로, 본 명세서에서 ??엽?은 LED 광원의 배열에서 하나의 LED에서 출사된 광이 인접한 다른 LED의 수직방향 위쪽 위치의 조도면에 도달하는 광 중에서 광이 중첩될 때 의미를 가질 수 있는 밝기를 갖는 광의 의미로 사용한다. 이 경우, 유효광의 밝기는 LED 중심에서 나온 광의 밝기에 대략 1~5%이다. 상기 해결과제와 관련된 본 발명의 요지는 아래와 같다.The inventors of the present invention have focused attention on the fact that uniform luminance synthesis is not achieved when a circular distribution of rotational symmetry of a conventional light diffusion lens is applied to a two-dimensional array of LED light sources, It has been confirmed that the light diffusion angle should be restricted in a specific direction according to the arrangement form of the two-dimensional arrangement of the LED light source, leading to the present invention. In this case, it has been confirmed that the luminance distribution with respect to the effective light on the illuminated surface based on the individual LED light sources can be realized as a rotational asymmetric shape of a predetermined polygonal shape rather than a circular shape. For reference, in the present specification, in the arrangement of the LED light sources, light emitted from one LED may have a meaning when light is superimposed among light reaching the rough surface of the vertically upward position of another adjacent LED It is used in the meaning of light having brightness. In this case, the brightness of the effective light is approximately 1-5% with respect to the brightness of the light from the center of the LED. The gist of the present invention related to the above problem is as follows.

(1) 기판에 실장된 광원의 상부에 장착되는 광 확산 렌즈로서, 광축을 중심으로 방사상으로 퍼지는 곡면 형상의 제1 출사면과; 상기 제1 출사면의 주변부로부터 연장되는 평면 형상의 복수의 제2 출사면을 포함하고, 상기 복수의 제2 출사면은 상기 광축을 중심으로 일정 주기로 형성되는 것을 특징으로 하는 광 확산 렌즈. (1) A light diffusion lens mounted on a light source mounted on a substrate, the light diffusion lens comprising: a first emission surface having a curved shape spread radially about an optical axis; And a plurality of planar second exit surfaces extending from a peripheral portion of the first exit surface, wherein the plurality of second exit surfaces are formed at regular intervals around the optical axis.

(2) 상기 제2 출사면은, 상기 제1 출사면의 주변부로부터 상기 광축에 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 따른 광 확산 렌즈.(2) The light diffusing lens according to (1), wherein the second exit surface extends parallel to the optical axis from a peripheral portion of the first exit surface.

(3) 기판에 실장되어 이차원 배열을 이루는 복수의 광원 각각에 장착되는 광 확산 렌즈로서, 광축을 중심으로 방사상으로 퍼지는 곡면 형상의 제1 출사면과; 상기 제1 출사면의 주변부로부터 연장되는 평면 형상의 복수의 제2 출사면을 포함하고, 상기 복수의 제2 출사면은 최인접 광원 방향으로 선택적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광 확산 렌즈.(3) A light diffusion lens mounted on each of a plurality of light sources which are mounted on a substrate and form a two-dimensional arrangement, the light diffusion lens comprising: a first emission surface having a curved surface spreading radially about an optical axis; And a plurality of second exit surfaces in a planar shape extending from a peripheral portion of the first exit surface, wherein the plurality of second exit surfaces are selectively formed in the direction of the closest light source.

(4) 상기 제2 출사면은, 상기 제1 출사면의 주변부로부터 상기 광축에 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는 상기 (3)에 따른 광 확산 렌즈.(4) The light diffusing lens according to (3), wherein the second exit surface extends parallel to the optical axis from a peripheral portion of the first exit surface.

(5) 상기 광축으로부터 상기 제2 출사면 사이의 거리(h)는 아래의 식으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 상기 (4)에 따른 광 확산 렌즈.(5) The light diffusion lens according to (4), wherein a distance h between the optical axis and the second exit surface is determined by the following equation.

Figure 112013086484525-pat00001
Figure 112013086484525-pat00001

H" 광원 사이의 거리 H " Distance between light sources

a: 광원으로부터 휘도 합성면 사이의 수직 거리 a : the vertical distance between the light source and the luminance composite surface

r: 렌즈의 평면 반경 r : Planar radius of the lens

θ H : 제1 출사면과 제2 출사면의 경계지점과 광원을 연결하는 선이 광축과 이루는 각도 &thetas; H is an angle formed by the line connecting the boundary point between the first exit surface and the second exit surface with the light source,

α: 렌즈의 optical power에 의해 증가된 확산각 α : the diffused angle increased by the optical power of the lens

(6) 상기 복수의 광원이 이루는 이차원 배열의 단위 격자는 사각형, 평행사변형 또는 육각형인 것을 특징으로 하는 상기 (3)에 따른 광 확산 렌즈.
(6) The light diffusing lens according to (3), wherein the unit lattice of the two-dimensional array formed by the plurality of light sources is a quadrangle, a parallelogram, or a hexagon.

본 발명에 의한 광 확산 렌즈는, 개별 광원을 기준으로 LED 광원의 이차원적 배열 형태에 따라 비회전 대칭 형상의 휘도 분포를 형성함으로서 조도면에서 합성된 휘도 분포를 균일하게 하는 것이 가능하다.
The light diffusion lens according to the present invention can form a non-rotationally symmetric luminance distribution according to the two-dimensional arrangement of the LED light sources based on the individual light sources, thereby making it possible to make the luminance distribution synthesized on the illuminated surface uniform.

도 1은 종래의 기술에 따른 LED용 광 확산 렌즈의 사시도.
도 2는 도 1에 따른 광 확산 렌즈의 종단면도.
도 3은 정사각 형태의 이차원적인 LED 배열의 모식도.
도 4는 도 3에 따른 이차원적인 LED 배열에서 균일한 합성 휘도를 갖기 위한 수평/수직 방향과 대각 방향에서의 휘도 분포를 나타낸 그래프.
도 5는 도 3에 따른 이차원적인 LED 배열에서 균일한 합성 휘도를 갖기 위한 개별 광원 기준의 휘도 분포에 대한 모식도.
도 6은 도 5에 따른 개별 광원의 합성 휘도에 대한 모식도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 LED용 광 확산 렌즈의 사시도.
도 8은 도 7에 따른 광 확산 렌즈의 A-A 방향 종단면도.
도 9는 도 7에 따른 광 확산 렌즈의 B-B 방향 종단면도.
도 10은 본 발명에 따른 광 확산 렌즈의 유효광의 확산각에 대한 모식도.
도 11은 본 발명에 따른 광 확산 렌즈의 유효광의 확산각에 대한 또 다른 모식도.
도 12는 7에 따른 광 확산 렌즈를 적용한 이차원 배열의 LED 조명 장치의 광 분포도.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED용 광 확산 렌즈의 평면도.1 is a perspective view of a conventional light diffusion lens for an LED.
Fig. 2 is a longitudinal sectional view of the light diffusion lens according to Fig. 1; Fig.
3 is a schematic diagram of a two-dimensional LED array of a square shape.
FIG. 4 is a graph showing the luminance distribution in the horizontal / vertical and diagonal directions for obtaining a uniform composite luminance in a two-dimensional LED array according to FIG.
FIG. 5 is a schematic diagram of a luminance distribution based on an individual light source to have a uniform composite luminance in a two-dimensional LED array according to FIG.
6 is a schematic diagram of composite luminance of an individual light source according to FIG.
7 is a perspective view of a light diffusion lens for an LED according to an embodiment of the present invention.
8 is a vertical cross-sectional view of the light diffusion lens according to Fig. 7 in the AA direction.
9 is a longitudinal cross-sectional view of the light diffusion lens according to Fig. 7 in the BB direction.
10 is a schematic view of diffusing angle of effective light of a light diffusion lens according to the present invention.
11 is another schematic diagram of diffusing angle of effective light of a light diffusion lens according to the present invention.
12 is a light distribution diagram of a two-dimensional array LED lighting apparatus to which a light diffusion lens according to No. 7 is applied.
13 is a plan view of a light diffusing lens for an LED according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 도면에서 동일 또는 균등물에 대해서는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하였으며, 또한 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same or similar reference numerals are given to the same or equivalent elements in the drawings, and in the specification, when a component is referred to as being "including", it is to be understood that other components But may include other components.

도 3은 정사각 형태의 이차원적인 LED 배열의 모식도를 나타낸다. 두 개의 LED 광원에 의한 일차원적인 합성 휘도가 균일하기 위해서는 개별 광원에 의한 조도면에서의 휘도 분포는 광원으로부터의 수평거리에 따라 선형적으로 감소하는 것이 이상적이며, 도 3에서 LED 1 내지 LED 4로부터 조사된 휘도 분포는 이러한 조건을 만족하는 것으로 가정한다. 3 shows a schematic diagram of a two-dimensional array of LEDs in a square shape. In order to uniformize the one-dimensional composite luminance by the two LED light sources, it is ideal that the luminance distribution on the illuminated surface by the individual light sources decreases linearly with the horizontal distance from the light source. In FIG. 3, It is assumed that the luminance distribution satisfies these conditions.

한편, 도 3의 정사각 형태의 이차원적인 LED 배열에서 조도면에서의 합성 휘도가 균일하기 위해서는 조도면상에서 수평/수직방향의 지점 TP1과 대각 방향의 지점 TP2 에서의 합성 휘도가 균일하여햐 한다. 이 경우 도 4에 도시된 바와 같이 개별 광원을 기준으로 수평/수직 방향의 휘도 분포와 대각 방향의 휘도분포는 달라져야 하며, 이를 수식으로 표현하면 아래의 식 (1)로 표현될 수 있다.On the other hand, in the two-dimensional LED array of square shape in FIG. 3, in order to uniformly synthesize the luminance on the illuminated surface, the synthesized luminance at the point TP1 in the horizontal / vertical direction and the point TP2 in the diagonal direction should be uniform on the illuminated surface. In this case, as shown in FIG. 4, the luminance distribution in the horizontal / vertical direction and the luminance distribution in the diagonal direction should be different from each other with respect to the individual light sources, which can be expressed by the following equation (1).

Figure 112013086484525-pat00002
Figure 112013086484525-pat00002

상기 식 (1)에서 L 0 는 LED 직상부 조도면(휘도 합성면, 이하 동일)에서의 휘도값, a는 광원과 조도면 사이의 수직거리, D는 정사각 LED 배열에서 광원 사이의 수평/수직 거리, φ는 대각 방향의 방위각, θ는 광원과 조도면상의 특정 지점을 연결하는 선이 수직 광축과 이루는 각도를 각각 나타낸다. 이 경우, φ는 0°~ 45°, θ는 0° ~ tan -1 (D/(a* cos φ)) 범위의 값을 갖는다.In the formula (1), L 0 is the luminance value at the LED directly illuminated surface (luminance composite surface, hereinafter the same), a is the vertical distance between the light source and the illuminated surface, D is the horizontal / vertical distance between the light sources in the square LED array, φ is the azimuth angle in the diagonal direction, and θ is the angle formed by the line connecting the light source and a specific point on the rough surface to the vertical optical axis. In this case ,? Has a value in the range of 0 ° to 45 ° and θ has a value in the range of 0 ° to tan -1 (D / (a * cos φ)) .

도 5는 도 3에 따른 이차원적인 LED 배열에서 조도면상에서 균일한 합성 휘도를 갖기 위한 개별 광원 기준의 조도면상에서의 휘도 분포에 대한 모식도로서, 상기 식(1)에 따른 결과이다. 도 5에 따르면, θ값이 일정할 때 φ값에 따른 휘도분포는 동일하지 않으며, 즉 개별 광원 기준의 휘도 분포는 회전 대칭이 아님을 확인할 수 있다. 즉, 유효광의 광 확산각은 정사각 형태의 이차원적인 LED 배열에서 수평/수직 방향으로는 억제되지만 대각방향으로는 억제되지 않음으로써 궁극적으로 개별 광원의 유효광의 확산된 휘도 분포는 이차원적인 LED 배열과 동일하다. 또한, 조도면상에서 수평거리가 동일한 경우, 수평/수직 방향으로의 휘도가 대각 방향으로의 휘도보다 크다. FIG. 5 is a schematic diagram of a luminance distribution on an illuminated surface based on an individual light source for obtaining a uniform composite luminance on a rough surface in a two-dimensional LED array according to FIG. 3, which is a result according to the above equation (1). According to FIG. 5, when the ? Value is constant, the luminance distribution according to ? Value is not the same, that is, the luminance distribution based on the individual light source is not rotationally symmetric. In other words, the light diffusing angle of the effective light is suppressed in the horizontal / vertical direction in the square array of two-dimensional LEDs, but not in the diagonal direction, so that the diffused luminance distribution of the effective light of the individual light source is the same as the two- Do. Further, when the horizontal distance on the rough surface is the same, the luminance in the horizontal / vertical direction is larger than the luminance in the diagonal direction.

도 6은 도 5에 따른 개별 광원의 합성 휘도에 대한 모식도로서 이차원적인 LED 배열의 영역에서 균일한 합성 휘도값을 가지게 된다.FIG. 6 is a schematic diagram of the combined luminance of the individual light sources according to FIG. 5, which has a uniform composite luminance value in a region of a two-dimensional LED array.

본 발명은, 이상과 같은 개별 LED 광원에서의 유효광에 대한 광 확산각을 LED 광원의 이차원적인 배열의 배치형태에 따라 제한 억제하여, 개별 LED 광원을 기준으로 조도면에서의 유효광에 대한 휘도 분포를 이차원적인 LED 배열과 동일하게 하고 조도면상에서 수평/수직 방향으로의 휘도가 대각 방향으로의 휘도보다 크게 하기 위한 수단으로서, 일반적인 곡면 형상의 확산 렌즈의 주위로 평면 형상의 격면을 형성하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the light diffusion angle for the effective light in the individual LED light sources as described above is limited in accordance with the arrangement form of the two-dimensional array of the LED light sources, and the luminance distribution Is characterized in that a planar surface is formed around a general curved diffusion lens as means for increasing the luminance in the horizontal / vertical direction on the rough surface to be larger than the luminance in the diagonal direction do.

먼저 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED용 광 확산 렌즈이 구조에 대해 설명한다.First, the structure of the light diffusing lens for LED according to the preferred embodiment of the present invention will be described.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 LED용 광 확산 렌즈의 사시도이고, 도 8은 도 7에 따른 광 확산 렌즈의 A-A 방향 종단면도이고, 도 9는 도 7에 따른 광 확산 렌즈의 B-B 방향 종단면도를 나타낸다. FIG. 7 is a perspective view of a light diffusing lens for an LED according to an embodiment of the present invention, FIG. 8 is a longitudinal sectional view in the AA direction of the light diffusion lens according to FIG. 7, Fig.

본 실시예에 따른 광 확산 렌즈(100)는 중앙부의 광축(y)을 중심으로 구면 또는 비구면의 곡면을 가지는 볼록 렌즈 형상을 이루면서 주변부에는 4방에서의 수직 격면을 가져 전체적으로 사각의 평면 형상을 이룬다. 광 확산 렌즈(100)는 하면이 입광면(130)을 형성하고, 상면 및 측면이 출광면(120)을 형성한다. 광 확산 렌즈(100)는 판 상의 베이스부(110)를 구비할 수 있으며, 실리콘, 에폭시, 유리 또는 PMMA와 같은 투광성 재질로 이루어지며 내부에는 확산제가 첨가될 수 있다. 렌즈(100)의 하부에는 기판(30)에 실장된 LED(20) 광원이 위치한다.The light diffusion lens 100 according to the present embodiment has a convex lens shape having a spherical or aspherical curved surface around an optical axis y at the central portion and a vertical light incident surface in four chambers at the peripheral portion, . The light diffusing lens 100 forms the light incidence surface 130 and the upper surface and the side surface form the light exiting surface 120. The light diffusion lens 100 may have a plate-shaped base portion 110 and may be made of a light transmitting material such as silicon, epoxy, glass, or PMMA, and a diffusion agent may be added to the inside. A light source of the LED 20 mounted on the substrate 30 is positioned below the lens 100.

상기 입광면(130)은 렌즈(100)의 하면에서 내측으로 오목한 홈 형상으로 형성된다. 입광면(130)을 형성하는 홈은 수직의 광축(y)을 중심으로 내측으로 함몰된 원추 형상을 이루고, 꼭지각은 라운드 형상으로 형성된다. The light incidence surface 130 is recessed inward from the lower surface of the lens 100. The grooves forming the light incidence surface 130 have a conical shape recessed inward about a vertical optical axis y, and a vertex angle is formed in a round shape.

렌즈의 하면 즉, 베이스부(110)의 하면에는 도 8에 도시된 바와 같이 확산 패턴(111)이 형성된다. 확산 패턴(111)은 다양한 형상을 이룰 수 있으며, 일 예로 마이크로 렌즈 형상의 패턴이 음각 또는 양각으로 형성될 수 있다. 이러한 확산 패턴(111)은 렌즈 내부를 진행하는 빛을 전반사 및 산란시켜 렌즈 내부 공간으로 확산되도록 하고, 전체적으로 균일한 빛이 외부로 출사되도록 한다.8, a diffusion pattern 111 is formed on the lower surface of the base 110 of the lens. The diffusion pattern 111 may have various shapes, for example, a microlens-shaped pattern may be formed in an embossed or embossed shape. The diffusion pattern 111 causes total light propagating in the lens to be totally scattered and scattered to be diffused into the space inside the lens, so that uniformly uniform light is emitted to the outside.

상기 출광면(120)은 곡면 형상의 제1 출사면(122)과 평면 형상의 제2 출사면(121)로 구성된다. 도면에서, 제2 출사면(121)의 형성 방향인 A-A 방향은 LED 광원의 이차원적인 배열의 배치형태와 관련하여, 최인접 광원 방향이다. 본 실시예에서, 제2 출사면(121)은 4 개의 방향에서 각각 형성되는 4면을 이루어 렌즈(100)의 평면 형상이 전체적으로 사각 형상을 나타내도록 구성되는 데 이는 LED 광원의 이차원적인 배열이 정사각 배열인 것을 예정한다. 이 경우, A-A 방향은 배열의 수직/수평 방향이고 B-B 방향은 대각선 방향이다. The light exiting surface 120 is composed of a curved first light exit surface 122 and a planar second light exit surface 121. In the figure, the A-A direction in which the second exit surface 121 is formed is the closest light source direction with respect to the arrangement of the two-dimensional arrangement of the LED light sources. In this embodiment, the second emitting surface 121 is formed in four planes, each of which is formed in four directions, so that the plane shape of the lens 100 is entirely rectangular. This is because the two- It is intended to be an array. In this case, the A-A direction is the vertical / horizontal direction of the array and the B-B direction is the diagonal direction.

제1 출사면(122)은 렌즈 내부를 통과한 빛이 상측 및 측면으로 출사되도록 유도하는 출광면으로 구면 또는 비구면의 곡면으로 형성된다. 이러한 제1 출사면(122)은 수직의 광축(y)을 중심으로 방사상으로 퍼지도록 형성되는데, 제 2 출사면 (121)이 형성된 A-A방향으로는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 제2 출사면(121)의 상단부까지 형성되고, 제2 출사면(121)이 서로 이웃하는 B-B 방향으로는 도 7 및 도 9에 도시된 바와 같이 베이스부(110)까지 연장 형성된다. 이에 따라 제2 출사면(121)의 상부는 원형 또는 타원형의 곡면을 이루게 된다. 이러한 제1 출사면(122)은 곡률에 따라 상측으로 출사되는 빛과 함께 제2 출사면(121)이 이웃하는 대각선 B-B 방향의 측면으로 출사되는 빛에 대한 광 분포 특성을 제어한다.The first emitting surface 122 is formed as a spherical surface or an aspherical surface with a light-emitting surface for guiding the light that has passed through the inside of the lens to be emitted to the upper side and the side surface. 7 and 8, in the AA direction in which the second exit surface 121 is formed, the first exit surface 122 is formed so as to spread radially about the vertical optical axis y, And the second emission surface 121 extends to the base portion 110 in the BB direction adjacent to each other as shown in FIGS. 7 and 9. Accordingly, the upper portion of the second emitting surface 121 is formed into a circular or elliptical curved surface. The first exit surface 122 controls the light distribution characteristics of the light emitted to the side of the diagonal B-B direction adjacent to the second exit surface 121 along with the light emitted upward.

제1 출사면(122)의 중앙부에는 광축(y)을 중심에서 하측으로 오목한 반사 홈(123)이 형성된다. 광축(y) 상에 형성되는 반사 홈(123)의 꼭지각은 소정의 곡률을 가지는 라운드 형상을 이루는 것이 바람직하다. 이러한 반사 홈(123)은 수직의 광축 방향으로 출사되는 빛을 주변으로 전반사키는 기능을 한다. 이로 인하여 LED(20)의 수직 상부로 집중되는 빛이 주변으로 확산되어 핫 스팟(hot spot) 현상이 방지된다.At the center of the first exit surface 122, a reflecting groove 123 is formed, which is concave downward from the center of the optical axis y. It is preferable that the vertex angle of the reflection groove 123 formed on the optical axis y has a round shape having a predetermined curvature. The reflection grooves 123 function to totally reflect the light emitted in the vertical optical axis direction. Accordingly, the light concentrated at the vertically upper portion of the LED 20 is diffused to the periphery to prevent hot spot phenomenon.

제2 출사면(121)은 렌즈 내부를 통과하여 측면으로 출사되는 빛의 출사 특성을 제어하는 출광면으로서, 도 8에 도시된 바와 같이, 수직의 광축(y)에 평행한 수직 격면 형태로 일정한 주기를 가지고 형성된다. The second emitting surface 121 is a light emitting surface for controlling the emission characteristics of light emitted to the side surface through the lens. The emitting surface 121 is a regular light emitting surface parallel to the vertical optical axis (y) Lt; / RTI >

한편, 이웃하는 제2 출사면(121)은 서로 겹치거나 연결될 수도 있으나, 출사되는 광 특성을 고려하여 소정의 간격으로 이격되는 것이 바람직하다. 소정 간격으로 이격되는 경우 이웃하는 제2 출사면(121) 사이에는 곡면 형상의 제1 출사면(122)이 위치한다. 이러한 제2 출사면(121)은 렌즈(100)에서 출사되는 빛의 광 분포 특성을 LED 광원의 이차원적인 배열과 동일한 사각 형상을 이루도록 한다.On the other hand, the neighboring second exit surfaces 121 may be overlapped or connected to each other, but are preferably spaced apart at a predetermined interval in consideration of emitted light characteristics. The first emitting surface 122 having a curved shape is positioned between the neighboring second emitting surfaces 121. [ The second light exit surface 121 has a light distribution characteristic of the light emitted from the lens 100 in a rectangular shape similar to a two-dimensional arrangement of the LED light sources.

또한, 제2 출사면(121)은 수직의 광축에 대하여 소정의 경사를 가지도록 형성될 수 있다. 즉, 제2 출사면(121)의 경사를 조절함으로써, 제2 출사면(121)이 형성된 방향으로의 유효광의 확산각을 제어할 수 있다. Further, the second exit surface 121 may be formed to have a predetermined inclination with respect to the vertical optical axis. That is, by controlling the inclination of the second exit surface 121, the diffusing angle of the effective light in the direction in which the second exit surface 121 is formed can be controlled.

다음으로, 본 발명에서 유효광의 확산각 및 휘도 분포가 어떠한 방식으로 제어되는지에 대해 설명한다.Next, how the diffusion angle of the effective light and the luminance distribution are controlled in the present invention will be described.

도 10은 본 발명에 따른 광 확산 렌즈의 유효광의 확산각에 대한 모식도이다. 설명의 편의상 도 10에서 확산 렌즈의 곡면 형상은 반구형으로 하고, Optical power는 없는 것으로 예정하였다.FIG. 10 is a schematic view of diffusing angle of effective light of a light diffusion lens according to the present invention. FIG. For convenience of explanation, it is assumed in FIG. 10 that the curved surface shape of the diffusing lens is hemispherical, and optical power is not present.

상술한 바와 같이, 정사각 형태의 LED 광원 배열에서, 대각방향으로는 평면 형상의 제2 출사면(121)이 형성되지 않기 때문에 유효광의 확산각은 곡면 형상의 제1 출사면(122)의 일반적인 설계값에 의해 결정된다. As described above, since the planar second emission surface 121 is not formed in the diagonal direction in the square-shaped LED light source arrangement, the diffusing angle of the effective light is set to a general design of the curved first light exit surface 122 Lt; / RTI >

최인접 광원 방향인 수직/수평방향에서는 유효광의 확산각은 제1 출사면(122)과 제2 출사면(121)에 의한 확산 광 중 조도면(P)상에서의 수평방향 도달 거리가 긴 것에 의해 결정된다. 이 경우, 제1 출사면(122)인 곡면에 의한 출사광의 최대 확산각은 제2 출사면(121)과의 경계점(P) 부근을 지나 조도면상의 위치(H')에 도달하는 출사광으로 볼 수 있다. 한편, 제2 출사면(121)인 평면 형상의 격면에 의한 출사광이 최대 확산각 또한 경계점(P) 부근을 지나 조도면상의 위치(H)에 도달하는 출사광으로 볼 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 제1 출사면(122)에 의한 유효광의 확산각이 제2 출사면(121)에 의한 확산각보다 크기 때문에, 최인접 광원 방향인 수직/수평방향에서의 유효광의 확산각은 제1 출사면(122), 구체적으로는 제2 출사면(121)과의 경계점(P) 부근의 제1 출사면을 통과하는 빛에 의해 결정되게 된다. 조도면상의 위치(H')는 그 값은 제2 출사면(122)이 광원으로부터 이격된 거리(h)에 의존하여 아래의 식 (2)에 따라 결정된다.The diffusion angle of the effective light in the vertical / horizontal direction in the direction of the closest light source is determined by the fact that the horizontally extending distance on the illuminated surface P among the diffused light by the first exit surface 122 and the second exit surface 121 is long do. In this case, the maximum diffusing angle of the outgoing light due to the curved surface that is the first outgoing surface 122 is the outgoing light reaching the position H 'on the rough surface beyond the vicinity of the boundary point P with the second outgoing surface 121 . On the other hand, the outgoing light due to the planar surface of the second outgoing surface 121 can be seen as the outgoing light reaching the position H on the rough surface beyond the vicinity of the boundary point P as well. As shown in the figure, since the diffusing angle of the effective light by the first emitting surface 122 is larger than the diffusing angle by the second emitting surface 121, the diffusion of the effective light in the vertical / The angle is determined by the light passing through the first exit surface 122, specifically, the first exit surface near the boundary point P with the second exit surface 121. The position H 'on the illumination surface is determined according to the following equation (2) depending on the distance h from which the second exit surface 122 is spaced from the light source.

Figure 112013086484525-pat00003
Figure 112013086484525-pat00003

상기 식(2)에서 a는 광원으로부터 휘도 합성면 사이의 수직 거리를, r는 렌즈의 평면 반경를 각각 나타낸다. 광원이 정사각 배열을 이루는 경우 조도면상의 위치 H'는 광원 사이의 거리와 대략 동일하게 설계되어야 되고, 이에 따라 평면 형상의 격면의 형성 위치(h)의 설계값도 결정될 수 있다.In Equation (2), a represents the vertical distance between the light source and the luminance composite surface, and r represents the plane radius of the lens. When the light source is arranged in a square array, the position H 'on the rough surface must be designed to be approximately equal to the distance between the light sources, so that the design value of the formation position h of the planar surface can be determined.

한편, 확산 렌즈의 Optical power은 통상적으로 음의 값을 갖기 때문에, 이 부분이 유효광의 확산각에 미치는 영향을 고려할 필요가 있다. 도 11은 본 발명에 따른 광 확산 렌즈의 유효광의 확산각에 다른 모식도이고, 도 10에서와 마찬가지로 확산 렌즈의 곡면 형상은 반구형으로, Optical power는 음의 값을 갖는 것으로 예정하였다. 도 10에서와 마찬가지로, 이 경우에 있어서도 최인접 광원 방향인 수직/수평 방향에서의 유효광의 확산각은 제1 출사면(122)에 의해 결정된다. 다만, Optical power가 음의 값을 갖는 경우 제1 출사면(122)인 곡면에 의한 출사광의 최대 도달 거리(H")는 Optical power가 없는 경우의 도달 거리(H")보다 항상 길기 때문에, 이 경우 광원 사이의 거리는 (H")로 설계되어야 하며 상기 식(2)는 아래의 식(3)으로 보정되어야 한다.On the other hand, since the optical power of the diffusing lens usually has a negative value, it is necessary to consider the influence of this portion on the diffusing angle of the effective light. FIG. 11 is a schematic diagram that is different from the diffusing angle of the effective light of the optical diffusion lens according to the present invention. As in FIG. 10, the curved surface shape of the diffusing lens is assumed to have a hemispherical shape and optical power has a negative value. 10, the diffusing angle of the effective light in the vertical / horizontal direction, which is the direction of the closest light source, is determined by the first exit surface 122. However, when the optical power has a negative value, the maximum reaching distance H '' of the outgoing light due to the curved surface that is the first emitting surface 122 is always longer than the reaching distance H '' when there is no optical power. The distance between the light sources should be designed as (H ") and the equation (2) should be corrected by the following equation (3).

Figure 112013086484525-pat00004
Figure 112013086484525-pat00004

이 경우, θ H 는 제1 출사면과 제2 출사면의 경계지점과 광원을 연결하는 선이 광축과 이루는 각도를 α는 렌즈의 optical power에 의해 증가된 확산각을 나타낸다. 도 10 및 식 (3)으로부터, 평면 형상의 격면인 제2 출사면(121)의 형성위치에 따라 유효광의 최대 확산각이 결정될 수 있고, 그 위치는 렌즈의 곡면 설계값과 Optical power에 따라 달라질 수 있다. In this case ,? H represents the angle formed by the line connecting the boundary point between the first emitting surface and the second emitting surface with the optical axis, and ? Represents the diffused angle increased by the optical power of the lens. 10 and Fig. 3, the maximum diffusing angle of the effective light can be determined depending on the formation position of the second exit surface 121, which is a planar surface, and the position differs depending on the design value of the curvature of the lens and the optical power .

이상과 같이, 본 발명에서의 평면 형상의 격면인 제2 출사면(121)을 이용하여 해당 제2 출사면(121)이 형성된 방향으로 개별 LED 광원에서의 유효광에 대한 광 확산각을 선택적으로 억제함으로써 개별 LED 광원을 기준으로 조도면에서의 유효광에 대한 휘도 분포를 이차원적인 LED 배열과 동일하게 형성하게 된다. 또한, 상기 평면 형상의 제2 출사면(121)을 통과하는 광은 제1 출사면(122)에 의한 최대 확산각 안쪽으로 집광됨으로써, 조도면성에서 동일 수평거리에서 제2 출사면(121)의 형성방향인 수평/수직 방향으로의 휘도가 대각 방향으로의 휘도보다 크게 된다.As described above, the light diffusing angle for the effective light in the individual LED light sources in the direction in which the second exit surface 121 is formed is selectively detected by using the second exit surface 121, which is the planar surface of the present invention, The luminance distribution with respect to the effective light in the illuminated surface is formed in the same manner as the two-dimensional LED array based on the individual LED light sources. Further, the light passing through the plane-shaped second exit surface 121 is condensed into the maximum diffusion angle by the first exit surface 122, so that light of the second exit surface 121 The luminance in the horizontal / vertical direction which is the forming direction becomes larger than the luminance in the diagonal direction.

도 12는 도 7에 따른 광 확산 렌즈를 적용한 이차원 배열의 LED 조명 장치의 광 분포도를 나타낸다. 조명 장치는 기판(30) 상에 복수 개의 LED(20)가 가로 및 세로 방향으로 일정한 간격을 가지도록 정방 배열되어 구성된다. 이와 같은 이차원 배열의 LED(20) 각각에 도 7에 따른 광 확산 렌즈(100)를 장착하되 최인접 광원 방향인 수평/수직 방향으로는 제2 출사면(121)이 정렬되도록 한다. 이 경우, 개별 LED(20) 광원의 유효광의 확산각이 LED 배열을 수평/수직 방향의 거리에 대응될 수 있도록 격면의 위치가 제어되면, 개별 LED 광원의 광 분포는 LED 배열에 거의 대응되어 도면에 도시된 바와 같이 사각 형상을 갖고 조도면상에서 동일 수평거리에서 제2 출사면(121)의 형성방향인 수평/수직 방향으로의 휘도가 대각 방향으로의 휘도보다 크게 된다. 이에 따라 조도면상에서의 합성 휘도는 전체적으로 균일하게 된다. 12 shows a light distribution diagram of a two-dimensional array LED lighting apparatus to which the light diffusion lens according to FIG. 7 is applied. The illumination device is constituted by arranging a plurality of LEDs 20 on a substrate 30 in such a manner that the LEDs 20 are arranged at regular intervals in the horizontal and vertical directions. The light diffusing lens 100 according to FIG. 7 is mounted on each of the LEDs 20 having the two-dimensional arrangement, and the second emitting surface 121 is aligned in the horizontal / vertical direction in the direction of the closest light source. In this case, if the position of the flying surface is controlled so that the diffused angle of the effective light of the individual LED 20 light source corresponds to the distance of the LED array in the horizontal / vertical direction, the light distribution of the individual LED light sources substantially corresponds to the LED array The luminance in the horizontal / vertical direction, which is the formation direction of the second emission surface 121, is greater than the luminance in the diagonal direction at the same horizontal distance on the rough surface. As a result, the composite luminance on the rough surface becomes uniform as a whole.

이상의 설명은, 본 발명의 구체적인 실시예에 관한 것이다. 본 발명에 따른상기 실시예는 설명의 목적으로 개시된 사항이나 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 이해되지는 않으며, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질을 벗어나지 아니하고 다양한 변경 및 수정이 가능한 것으로 이해되어야 한다. The foregoing is a description of specific embodiments of the present invention. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments or constructions. It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention. It should be understood that this is possible.

본 발명에서 평면 격면 형상의 제2 출사면(121)은 확산각의 제어 및 집광 기능을 수행하게 되는 데, 이러한 면요소의 형성 위치 및 개수는 광원의 다른 이차원적인 배열의 형태, 예컨대 직사각형, 평행사변형 또는 육각형의 LED 배열에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 확산 렌즈의 평면도로서, 도 13의 실시예에서 광 확산 렌즈의 제2 출사면(121)은 6개의 면으로 구성된다. 따라서, 광 확산 렌즈(100)는 평면이 전체적으로 육각 형상을 이루게 되고, 이에 따라 렌즈에서 출사되는 광 분포도 육각 형상을 나타낸다. 이는 광원의 이차원적인 배열이 벌집 구조를 이룰 때 조도면상에서 균일한 합성 휘도를 위해 유효하게 적용될 수 있는 광 확산 렌즈이다. In the present invention, the second emission surface 121 having a planar surface-like shape performs a diffusing angle control and a condensing function, and the position and the number of such surface elements are different from each other in the form of two-dimensional arrangement of light sources, It may vary depending on the quadrangle or hexagonal LED array. For example, FIG. 13 is a plan view of a light diffusion lens according to another embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 13, the second emission surface 121 of the light diffusion lens is composed of six surfaces. Accordingly, the light diffusion lens 100 has a hexagonal shape as a whole, so that the light distribution emitted from the lens also has a hexagonal shape. This is a light diffusing lens that can be effectively applied for uniform composite luminance on the illuminated surface when the two-dimensional arrangement of the light source is a honeycomb structure.

따라서, 이러한 모든 수정과 변경은 특허청구범위에 개시된 발명의 범위 또는 이들의 균등물에 해당하는 것으로 이해될 수 있다.
It is therefore to be understood that all such modifications and alterations are intended to fall within the scope of the invention as disclosed in the following claims or their equivalents.

20: 광원 30: 기판
100: 광 확산 렌즈 110: 베이스부
111: 확산 패턴 120: 출광면
121: 제2 출사면 122: 제1 출사면
123: 반사홈 130: 입광면
P: 조도면20: light source 30: substrate
100: light diffusion lens 110: base part
111: diffusion pattern 120: outgoing surface
121: second emitting surface 122: first emitting surface
123: reflective groove 130: incidence surface
P: rough surface

Claims (6)

삭제delete 삭제delete 기판에 실장되어 이차원 규칙 배열을 이루는 복수의 광원 각각에 장착되는 광 확산 렌즈로서,
광축을 중심으로 방사상으로 퍼지는 곡면 형상의 제1 출사면과; 상기 제1 출사면의 주변부로부터 연장되는 평면 형상의 복수의 제2 출사면을 포함하고, 상기 복수의 제2 출사면은 최인접 광원 방향으로 선택적으로 형성되고,
상기 광축으로부터 상기 제2 출사면 사이의 거리(h)는 아래의 식으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 광 확산 렌즈.
Figure 112014083486862-pat00019

H": 광원 사이의 거리
a: 광원으로부터 휘도 합성면 사이의 수직 거리
r: 렌즈의 평면 반경
θH : 제1 출사면과 제2 출사면의 경계지점과 광원을 연결하는 선이 광축과 이루는 각도
α: 렌즈의 optical power에 의해 증가된 확산각
1. A light diffusing lens mounted on each of a plurality of light sources mounted on a substrate to form a two-dimensional ordered array,
A first emitting surface of a curved shape spreading radially about an optical axis; And a plurality of second exit surfaces in a planar shape extending from a peripheral portion of the first exit surface, wherein the plurality of second exit surfaces are selectively formed in the direction of the closest light source,
And a distance (h) between the optical axis and the second exit surface is determined from the following equation.
Figure 112014083486862-pat00019

H ": distance between light sources
a : the vertical distance between the light source and the luminance composite surface
r : Planar radius of the lens
&thetas; H is an angle formed by the line connecting the boundary point between the first exit surface and the second exit surface with the light source,
α : the diffused angle increased by the optical power of the lens
제3항에 있어서, 상기 제2 출사면은, 상기 제1 출사면의 주변부로부터 상기 광축에 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는 광 확산 렌즈.
The light diffusing lens according to claim 3, wherein the second exit surface extends parallel to the optical axis from a peripheral portion of the first exit surface.
삭제delete 제4항에 있어서, 상기 복수의 광원이 이루는 이차원 배열의 단위 격자는 사각형, 평행사변형 또는 육각형인 것을 특징으로 하는 광 확산 렌즈[5] The apparatus of claim 4, wherein the unit lattice of the two-dimensional arrangement of the plurality of light sources is a quadrangle, a parallelogram,
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