KR20200041335A - 얇은 직하형 백라이트를 위한 초광역 배광 발광 다이오드(led) 렌즈들 - Google Patents

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Abstract

개시된 렌즈 설계들은 핫 스팟 없이 균일한 광 분포를 가능하게 하고, 필요한 광원들의 수 및 직하형 백라이트 디바이스들을 위한 전체 비용를 감소시키는 이점을 갖고, 종래의 렌즈들과 비교하여 더 넓은 광 전달 함수들을 달성한다. 개시된 렌즈는 그 상부 상의 빔 형상화 요소를 포함하고, 백라이트 디바이스는 렌즈 및 빔 형상화 요소를 포함하여 백라이트 디바이스에 의해 발생된 광 핫 스팟을 제거하고 조명 시야에서의 균일한 광 분포를 획득한다. 개시된 렌즈는, 초광역 전달 함수 또는 극히 얇은 백라이트가 필요할 때 특히 유용하다.

Description

얇은 직하형 백라이트를 위한 초광역 배광 발광 다이오드(LED) 렌즈들
본 개시내용은 일반적으로 휘도 균일성을 개선시키기 위한 발광 디바이스 및 광학 렌즈에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED) 광원들은 직하형(direct-lit) 백라이트 조명을 위해 일반적으로 그리고 광범위하게 사용된다. 컴퓨터들, 개인 휴대 단말기들(PDA들), 이동 전화들, 및 박형 액정 디스플레이(LCD) 텔레비전들(TV들)이 직하형 LED 백라이트들을 사용하는 백라이트 화면 디바이스들의 몇가지 예들이다. 그러나, LED들의 광 세기 분포 범위는 좁아서, 렌즈가 광을 분배하는 데 도움을 주기 위해 LED 상에서 사용될 수 있다.
직하형 백라이트에서, 렌즈들의 어레이는 백라이트 디바이스의 표면 상에 보다 균일한 광 출력을 제공하기 위해 광원들의 앞에 배치된다. 렌즈 위의 광 스팟의 크기에 따라 또는 렌즈의 라디안 각도가 좁으면 많은 수의 LED들이 필요할 수 있으므로, 비용을 증가시킨다. 백라이트를 위해 필요한 LED들의 수는 각각의 개별적인 LED 디바이스의 스팟 크기를 증가시킴으로써 감소될 수 있다.
본 개시내용은 필요한 광원들의 수 및 직하형 백라이트 디바이스들을 위한 전체 비용을 감소시키는 이점을 갖고 광 핫 스팟을 발생하지 않고 균일한 광 분포를 달성하기 위한 광학 렌즈 및 발광 디바이스 설계들을 설명한다. 본 개시내용은 목표 표면에 균일한 광 분포를 발생하기 위해, 그 상부 상에 빔 형상화 요소를 갖는 광학 렌즈, 및 상기 렌즈 및 빔 형상화 요소를 포함하는 백라이트 디바이스, 또는 다른 발광 디바이스에 관한 것이다. 개시된 렌즈 및 발광 디바이스는, 백라이트의 넓거나 초광역 전달 함수가 필요할 때 특히 유용하다.
도 1은 오목 광학 렌즈를 갖는 예시적인 발광 다이오드(LED) 디바이스의 단면도이고;
도 2는 광학 렌즈 및 빔 형상화 요소를 갖는 예시적인 백라이트 디바이스의 단면도이고;
도 3은 도 2에 도시한 예시적인 백라이트 디바이스(200)의 3차원(3D) 사시(측면)도이고;
도 4a 및 4b는 도 2에 도시한 예시적인 백라이트 디바이스 내의 빔 형상화 요소의 하부 표면의 평면도들이고 예시적인 도트 패턴들을 도시하고;
도 5는 광학 렌즈 및 빔 형상화 요소를 갖는 또 하나의 예시적인 백라이트 디바이스의 단면도이고;
도 6은 도 5에 도시한 예시적인 백라이트 디바이스의 3D 사시(하부 및 측면)도들이다.
여기서, LED 디바이스는 발광 디바이스, 또는 백라이트 디바이스와 상호교환하여 사용될 수 있으므로, LED 광원 또는 기타 유형의 광원이 발광 디바이스에서 유사하게 사용될 수 있다. 직하형 백라이트 산업에서의 급속한 발전들은 혁신적인 더 넓고 더 균일한 렌즈 설계들에 대한 필요성을 생기게 하였다. LED 렌즈에 의해 제공된 훨씬 더 넓은 광 분포는 백라이트에서 필요한 LED 디바이스들의 전체 수를 감소시킴으로써 백라이트의 비용을 상당히 줄일 수 있다. 도 1은 오목 광학 렌즈(102)를 갖는 예시적인 LED 디바이스(100)(또는 발광 디바이스(100))의 단면도(X-Z 평면에 도시한 단면)이다. LED 디바이스(100)는 다음의 소자들을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다: 내부 만곡된 표면(112)(광 입사 표면(112)이라고도 함) 및 외부 만곡된 표면(122)(광 출사 표면(122)이라고도 함)을 포함하는 렌즈(102); 광원(104)(예를 들어, LED); 베이스 표면(114); 및/또는 확산기 플레이트(116)(또는 보다 일반적으로 광 수신기(116)).
광원(104)은 광학 렌즈(102)의 중심 및 하부 부분에(예를 들어, 렌즈(102)의 광학 축 Z을 중심으로 함) 배치될 수 있다. 예를 들어, 적색 LED, 청색 LED, 또는 녹색 LED는 광원(104)으로서 이용될 수 있다. 광원(104)은 광원(104)에 전기 전력을 인가하기 위해 소켓들 및 단자들(도시 안됨)을 통해 회로 보드(도시 안됨)에 전기적으로 접속될 수 있다. 확산기 플레이트(116)가 밝은 스팟들을 감소 또는 제거하기 위해 광원(104)으로부터의 광을 고르게 분배하기 위해, 화면 백라이트들에서 사용될 수 있고, 예를 들어, 변화하는 두께, 불투명도 또는 반사율의 많은 시트들의 플라스틱으로 구성될 수 있다.
오목 광학 렌즈(102)의 형상은 광원(104)으로부터 방출된 광의, 화살표들로 표시한 광 산란 각도들을 증가시킴으로써 LED 디바이스(100) 위의 광 스팟을 확대한다. 광원(104)으로부터 방출된 광이 광 입사 표면(112)에서 먼저 굴절되고 다음에 렌즈(102)의 광 출사 표면(122)에서 굴절되므로, 광원(104)으로부터의 광선들은 펼쳐지고 (예를 들어, 렌즈 없는 단일의 LED 광원과 비교하여) 더 넓은 영역에 걸쳐 분포된다. 한 예에서, 외부 만곡된 표면(122)은 렌즈(102)의 광 입사 표면(112)쪽으로 안으로 리세스하는, 광학 Z 축을 중심으로 하는, 리세스된 부분을 포함할 수 있다.
그러나, 광원(104)으로부터 발생된 광의 일부는 광 출사 표면(122)의 중심(Z 축) 주위에서 대부분, 렌즈-공기 계면에서 발생하는 내부 전반사로 인해 반사될 가능성이 있다. 반사된 광의 일부는 하부 표면에 의해 다시 조명 시야의 중심에 추가로 반사되므로, (Z축의 그리고 그 주위의) 조명 시야의 중심 내의 꽤 강한 광의 "핫 스팟"에 기여한다. 그러므로, 렌즈(102)는 필요한 방사 각도가 너무 넓지 않을 때 광을 분배하기 위해 잘 동작한다. 그러나, 요구된 스팟 크기가 충분히 클 때, 오목 렌즈(102)를 사용하는 백라이트 디바이스(100)는 불만족스러운 균일하지 않은 광 분포 패턴을 만들 수 있다.
에너지 보존 정책들의 도입으로, 비용을 줄이는 것이 중요한 과제가 되고 있다. 많은 응용들에서, 스팟 크기 요건은 사용되는 LED들 및 렌즈들의 수를 감소시킴으로써 비용을 절약하기 위해 증가한다. 그러므로, LED 디바이스들 내의 핫 스팟을 감소시키는 것은 기존의 렌즈 구조들 및 LED 디바이스 설계에서 미해결된 문제로 계속되고 있다. 비용을 줄이는 한 예시적인 방식은 고 전력 LED들을 대체하기 위해 저 비용 중간 전력 LED들을 사용하는 것이다. 그러나, (고 전력 LED들의 작은 다이 크기와 비교하여) 중간 전력 LED들에 의해 전형적으로 채택된 더 큰 다이 크기는 핫 스팟 현상을 더 악화시킬 수 있다. 비용을 줄이기 위한 다른 예시적인 방식들은 사용되는 LED들, 인쇄 회로 보드(PCB) 세트들, 및/또는 포일들(막들)의 수를 감소시키는 것을 포함하지만, 이것으로 제한되지 않는다.
그러므로, 본 개시내용의 목적은 기존의 광학 렌즈들의 위에 언급된 단점들을 경감하고 휘도 시야 상에 균일한 광 분포를 달성할 수 있는 광원을 위한 광학 렌즈를 제공하는 것이다. 직하형 백라이트 산업에서의 급속한 발전들은 혁신적인, 더 넓고 더 균일한 렌즈 설계들의 필요성을 야기하였다. 여기에 개시된 렌즈 설계들은 광 핫 스팟을 발생하지 않고서 균일한 광 분포를 가능하게 하므로, 다른 렌즈들과 비교하여 광의 더 넓은 전달 함수를 갖고 직하형 백라이트 디바이스의 전체 비용을 감소시킨다.
본 개시내용은 목표 표면에 광의 균일한 분포를 발생하기 위해 그 상부 표면 상에 빔 형상화 요소를 갖는 LED 렌즈, 및 상기 렌즈를 포함하는 백라이트 디바이스, 또는 다른 발광 디바이스에 관한 것이다. 발광 디바이스는 광원(예를 들어, LED 광원), 및 렌즈 바디를 포함하므로, LED 광원은 그 입사 표면 내에 수용되고, LED 광원으로부터 방출된 광은 렌즈 바디의 수직 방향으로 방사된다. 빔 형상화 요소는 렌즈 바디의 상부에 고정되고 렌즈 바디의 출사 표면(광 출사 표면)을 통해 방사된 광 빔들을 조정하도록 구성된다. 수직 방향으로 방사된 광의 양은 백라이트의 요건들에 따라 적어도 빔 형상화 요소를 사용하여 조정될 수 있다. 빔 형상화 요소는 중심 세기를 감소시키고 발광 디바이스의 조명 시야 상의 핫 스팟을 경감하기 위해 광을 뒤로 또는 다른 방향들로 방사하므로, 전체적인 백라이트 균일성을 개선시킨다. 개시된 렌즈는 백라이트의 초광역 전달 함수가 필요할 때 특히 유용하다. 본 개시내용이 아래에 더 상세히 설명된다. 본 개시내용이 백라이트 디바이스들 및 LED 광원들에 대해 설명되었지만, 개시된 렌즈 설계들은 다른 광원들 및 광원 디바이스들로 유사하게 사용될 수 있다는 것을 본 기술 분야의 통상의 기술자들은 이해한다.
도 2는 본 개시내용에 따른, 예시적인 발광 디바이스(200)(예를 들어, 백라이트 디바이스)의 단면도이다. 백라이트 디바이스(200)는 다음의 소자들을 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다: 광 입사 표면(212)(내부 만곡된 표면(212)이라고도 함) 및 광 출사 표면(222)(외부 만곡된 표면(222)이라고도 함)을 포함하는 광학 렌즈(202); 렌즈(202)에 결합된 LED 광원(204); 렌즈(202) 및 LED 광원(204)에 결합된 기판(206); 및/또는 렌즈(202) 위에 위치하고 돌기들(214)에 의해 렌즈(202)의 상부에 고정된 빔 형상화 요소(210). 백라이트 디바이스(200)는 도시하지 않은 다른 요소들을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 백라이트 디바이스(200)는 빔 형상화 요소(210) 위에 위치할 수 있는, 확산기 플레이트(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.
LED 광원(204)은 원형(X, Y, Z) 좌표들의 중심에 위치하고 렌즈(202)의 광학 축 Z를 중심으로 한다. 렌즈(202)의 입사 표면(212)은 그 하부 부분 내에 LED 광원(204)을 수용하도록 구성된다. LED 광원(204)은 기판(206) 상에 형성될 수 있다. 기판(206)은 평탄한 플레이트일 수 있고, 다음의 예시적인 재료들을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는 전기적 절연 재료들로 만들어질 수 있다: 세라믹들, 실리콘, 사파이어, 및/또는 실리콘 탄화물. 기판(206)의 상부 표면은 LED 광원(204)에 전기적으로 접속하고 LED 광원(204)에 전기 전력을 제공한다.
렌즈(202)는 Z축에 대해 중심 대칭이다. 입사 표면(212)은 LED 광원(204)의 중심 부분에 위치하고, LED 광원(204)으로부터 밖으로 나오는 광을 수신한다. 광 출사 표면(222)은 미리 결정된 광 분포를 형성하도록 배치되고 또한 중심 Z 축에 대해 대칭이다. 입사 표면(212) 및 광 출사 표면(222)의 곡선들 및 상대적 위치는 백라이트 디바이스(200)에 대한 방사 각도 요건들에 따라 조정될 수 있다. 한 예에서, 광 출사 표면(222)은 렌즈(102)의 광 입사 표면(112)쪽으로 안으로 리세스하는 광학 Z 축을 중심으로 하는 리세스된 부분을 포함할 수 있다. 빔 형상화 요소(210)는 돌기들(214)에 의해 렌즈(202)의 광 출사 표면(222)의 상부에 고정될 수 있으므로, 렌즈(202) 및 빔 형상화 요소(210)는 그들 각각의 광 확산 기능들을 더 정확하게 수행할 수 있다.
빔 형상화 요소(210)를 위해 사용되는 재료의 예들은 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 또는 유리를 포함한다. 빔 형상화 요소(210)를 위해 사용되는 재료는 렌즈(202)를 위해 사용되는 재료와 동일하거나 상이할 수 있다. 한 예에서, 3개 이상의 돌기들(214)이 빔 형상화 요소(210)를 렌즈(202)에 고정하기 위해 사용될 수 있지만, 임의 수의 돌기들(214)이 사용될 수 있다. 한 예에서, 다수의 돌기(214) 각각의 높이는 빔 형상화 요소(210)가 기판(206)에 수직이 되도록 하기 위해 동일할 수 있다. 또 하나의 예에서, 돌기들(214)은 광을 차단하는 것을 피하기 위해 가능한 한 얇을 수 있다. 또 하나의 예에서, 돌기들(214)은 자외선(UV) 글루, 또는 다른 접착 재료들로 렌즈(202)에 고정될 수 있다. 그러나, 돌기들의 높이, 두께, 및 수는 본 개시내용의 범위 내에서 다른 값들로 조정될 수 있다.
빔 형상화 요소(210)는 광 출사 표면(222)의 중심 부분에 고정될 수 있고, 광학 Z 축을 중심으로 할 수 있다. 본 개시내용에 따르면, 광원(204)으로부터 나오고 광 출사 표면(222)으로부터 방출된 광의 일부분은 빔 형상화 요소(210)에 의해 다시 반사되지만 광의 다른 일부분은 빔 형상화 요소(210)를 통해 직접 방사한다. 이것은 광을 부분적으로 방사하고 부분적으로 반사하기 위해 빔 형상화 요소(210)의 하부 표면(216)을 형성함으로써 달성될 수 있다. 한 예에서, 빔 형상화 요소(210)는 빔 형상화 요소(210)의 하부 표면(216) 상에 도트 패턴을 갖는 것으로 형성될 수 있으므로, 도트 패턴은 광의 다른 부분을 (예를 들어, 도트들에 의해) 반사하면서 광의 일부분을 빔 형상화 요소(210)를 통해(예를 들어, 도트들 사이의 공간들을 통해) 방사하게 한다. 도트 패턴들의 예시적인 설계는 도 4a 및 4b를 참조하여 아래에 더 상세히 설명된다. 빔 형상화 요소(210)의 크기 및/또는 위치는 렌즈(202)의 중심 부분에 있는 광 핫 스팟을 감소 또는 제거하기 위해 렌즈(202)에서 나오는 핫스팟 크기에 따라 조정될 수 있다.
도 3은 도 2에 도시한 예시적인 백라이트 디바이스(200)의 3차원(3D) 사시(측면)도이다. 렌즈(202)의 광 출사 표면(222)으로부터 방출된 광은 빔 형상화 요소(210)의 하부 상으로 입사하고 빔 형상화 요소(210)의 하부 표면(216) 상에 광이 패턴(예를 들어, 도트 패턴)의 분포에 따라 변조되는 광 영역을 형성한다. 예를 들어, 도트 패턴이 사용되면, 광의 일부분은 도트가 있는 곳에서 다시 반사되고, 광의 다른 일부분은 도트가 없는 곳에서 빔 형상화 요소(210)를 통해 방사된다. 결과적으로, 휘도(즉, 주어진 방향으로 단위 면적당 표면으로부터 방출된 광의 세기)가 렌즈(202)의 중심 Z 축 상에 집중되는 것이 방지되므로, 렌즈(202) 위의 핫 스팟을 제거한다. 빔 형상화 요소(210)의 크기, 높이 및/또는 두께는 예를 들어 백라이트 디바이스(200)의 요건들에 기초하여, 변화 및 조정될 수 있다.
한 예에서, 빔 형상화 요소(210)는 조립 공차(예를 들어, 0.2㎜ 또는 렌즈(202)로부터 빔 형상화 요소(210)까지의 거리) 내에서 렌즈(202)에 가능한 한 가깝게 위치할 수 있다. 또 하나의 예에서, 빔 형상화 요소(210)의 두께는 더 많은 광을 흡수하는 것을 방지하기 위해 가능한 한 얇게 만들어질 수 있다. 빔 형상화 요소(210)의 크기는 렌즈(202)의 핫 스팟 크기에 따라 최적화될 수 있다. 예를 들어, 빔 형상화 요소(210)의 크기는 핫 스팟 크기에 비례할 수 있다(즉, 더 큰 빔 형상화 요소(210)가 더 큰 핫 스팟 크기를 위해 사용될 수 있다).
도 4a 및 4b는 도 2에 도시한 예시적인 백라이트 디바이스(200) 내의 빔 형상화 요소(210)의 하부 표면(216)의 평면도들이고, 예시적인 도트 패턴들(213A 및 213B)을 도시한다. 위에 설명된 것과 같이, 도트 패턴들(213A 또는 213B)과 같은 패턴은 빔 형상화 요소(210)의 하부 표면(216) 상에 형성될 수 있다. 도트 패턴들(213A 및 213B)은 광이 너무 밝은 곳에서 빔 형상화 요소(210)의 하부 표면(216) 상의 도트들에 의해 광이 다시 반사되도록 분포된다. 도트 패턴은 도트들의 수, 크기, 위치, 및/또는 형상을 변화시킴으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 도트 패턴(213A)은 도트 패턴(213B)과 비교하여 함께 더 가까운 더 큰 도트들을 도시한다. 원형 도트들이 도시되지만, 다른 형상들의 도트들이 사용될 수 있다(예를 들어, 다이아몬드형들, 타원형들, 직사각형 등). 또한, 도트 패턴들(213A 및 213B)이 규칙적인 것으로 도시되지만, 불규칙적인 도트 패턴들이 사용될 수 있다. 한 예에서, 도트 패턴은 광을 투과시키는 것 대신에 광을 반사하는 알루미늄 처리된 표면(알루미늄 막)과 같은, 반사 코팅을 사용하여 만들어질 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 막은 그 안으로 들어오는 광의 85%보다 많은 것을 반사할 수 있다. 또 하나의 예에서, 도트는 그 안으로 들어오는 광의 일부(예를 들어, 광의 40%~50%)를 흡수하고, 광의 나머지를 다시 반사하는 잉크 코팅을 사용하여 만들어질 수 있다.
도 5는 본 개시내용에 따른, 또 하나의 예시적인 발광 디바이스(500)(예를 들어, 백라이트 디바이스)의 단면도이다. 백라이트 디바이스(500)는 다음의 소자들을 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다: 광 입사 표면(512)(내부 만곡된 표면(512)이라고도 함), 광 출사 표면(522)(외부 만곡된 표면(522)이라고도 함), 지지 베이스(538), 및 하부 표면(540)을 포함하는 렌즈(502); 렌즈(502)에 결합된 LED 광원(504); 렌즈(502) 및 LED 광원(504)에 결합된 기판(506); 및/또는 내부 표면(532) 및 외부 표면(534)을 포함하는 빔 형상화 요소(530). 백라이트 디바이스(200)는 도시하지 않은 다른 요소들을 추가로 포함할 수 있다.
LED 광원(504)은 원형(X, Y, Z) 좌표들의 중심에 위치하고 렌즈(502)의 광학 축 Z를 중심으로 한다. 도 5에 도시한 것과 같이, 렌즈(502) 및 빔 형상화 요소(530)는 중심 Z 축에 대해 중심 대칭이다. 빔 형상화 요소(530)는 렌즈(502)의 지지 베이스(538) 상에 고정될 수 있다. 빔 형상화 요소(530)의 내부 표면(532)은 렌즈(502)의 광 출사 표면(522)과 분리될 수 있다. 바꾸어 말하면, 빔 형상화 요소(530)의 내부 표면(532)과 렌즈(502)의 광 출사 표면(522) 사이에 갭이 있을 수 있다. 예를 들어, 갭은 빔 형상화 요소(530)와 렌즈(502)의 조립 충돌을 피하기 위해 0.2㎜ 이상일 수 있다.
빔 형상화 요소(530)의 외부 표면(534)은 광 출사 표면(522)의 곡률과 동일하거나 상이한 곡률을 가질 수 있다. 한 예에서, 외부 표면(534), 내부 표면(532) 및 광 출사 표면(522)은 동일한 곡률을 갖지 않는다. 예를 들어, 외부 표면(534) 또는 내부 표면(532)은 광 출사 표면(522)과 동일한 곡률을 갖거나, 외부 표면(534)과 내부 표면(532) 둘 다는 출사 표면(522)과 상이한 곡률들을 갖는다.
LED 광원(504)으로부터 발생된 광은 광 입사 표면(512)을 통해 렌즈(502) 내로 굴절된다. 광의 일부는 광 출사 표면(522)을 통해 그리고 빔 형상화 요소(530) 상으로 렌즈(502) 밖으로 굴절되지만, 광의 일부 또는 대부분은 내부 전반사로 인해 광 출사 표면(522)에 의해 다시 반사된다. 반사된 광의 일부는 렌즈(502)의 하부 표면(540)에 의해 빔 형상화 요소(530)의 내부 표면(532)을 통해 빔 형상화 요소(530)의 중심 부분(Z 축 주위)에 다시 추가로 반사된다. 빔 형상화 요소(530)에 굴절된 광은 빔 형상화 요소(530)를 통해 추가로 투과된다. 외부 표면(534)의 공기-표면 계면에서의 내부 전반사에 대한 임계 각도보다 큰 입사 각도를 갖는 광은 내부 전반사로 인해 다시 반사된다. 그러므로, 빔 형상화 요소(530)에 의한 반사는 발광 디바이스(500) 위의 핫스팟을 제거한다.
한 예에서, 빔 형상화 요소(530)의 내부 표면(532) 및 외부 표면(534)은 매끈한 표면들일 수 있다. 빔 형상화 요소(530)는 Z 축 주위의 중심 부분에서 리세스될 수 있으므로, 빔 형상화 요소(530)의 중심 축 Z를 통하는 수직 단면은 실질적으로 "M"자형 구성을 갖는다. 한 예에서, 빔 형상화 요소(530)는 재료를 절약하고 재료 흡수를 감소시키기 위해 가장 얇은 위치에서 가능한 한 얇을 수 있다. 예를 들어, 빔 형상화 요소(530)는 0.4㎜ 두께일 수 있다. 빔 형상화 요소(530)와 렌즈(502) 사이의 공간 또는 갭은 조립 공차를 고려하기 위해 적어도 0.2㎜일 수 있다.
도 6은 도 5에 도시한 예시적인 백라이트 디바이스(500)로부터의 빔 형상화 요소(530)(좌측) 및 렌즈(502)(우측)의 3D 사시(하부 및 측면)도들이다. LED 광원(504)으로부터 방출된 광은 렌즈(502)의 입사 표면(512) 및 광 출사 표면(522)에 의해 순차적으로 확산되고, 다음에 빔 형상화 요소(530)의 내부 표면(532) 및 외부 표면(534)에 의해 확산된다. 광은 렌즈(502) 및 빔 형상화 요소(530)에 의해 상이한 각도들로 갈라지게 확산되므로, 보다 균일하게 분포된다. 빔 형상화 요소(530)는 렌즈(502)의 지지 베이스(538)의 상부 표면 상에 고정될 수 있다.
본 개시내용에 따르면, 렌즈를 통해 방출된 광의 일부는 핫 스팟이 제거되도록 광학 렌즈의 빔 형상화 요소로부터 추가로 반사되고 굴절된다. 위에 설명된 실시예들은 개시된 빔 형상화 요소의 예들을 제공하므로, 다른 형상들, 재료를 및 구조들이 본 개시내용의 범위 내에 광을 재지향시키기 위해 사용될 수 있다.
여기에 설명된 본 개시내용에서, 광학 렌즈 및/또는 빔 형상화 요소는 다음의 재료들을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는 임의의 재료로부터 만들어질 수 있다: PMMA; PET; PC; 및/또는 유리. 빔 형상화 요소를 위해 사용되는 재료는 렌즈를 위해 사용되는 재료와 동일하거나 상이할 수 있다. 여기에 설명된 본 개시내용은 예시적인 실시예들을 포함하므로, 본 기술 분야의 통상의 기술자들은 설명된 요소들을 수정, 변경, 생략 또는 등가적인 요소들로 대체할 수 있다.

Claims (20)

  1. 발광 디바이스로서,
    광원;
    상기 광원에 결합되고 그 위에 위치한 광학 렌즈 - 상기 광학 렌즈는 상기 광학 렌즈 및 상기 광원의 광학 축에 대해 `방사 대칭인 내부 만곡된 표면 및 외부 만곡된 표면을 포함함 - ; 및
    상기 광학 렌즈에 결합되고 그 위에 위치한 빔 형상화 요소 - 상기 빔 형상화 요소는 상기 광원으로부터 나오고 상기 광학 렌즈로부터 굴절된 광의 적어도 일부를 산란 및 재지향시키도록 구성되어 상기 발광 디바이스 위의 광 시야 상에 균일한 광 세기 분포 패턴을 생성함 -
    를 포함하는 발광 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    기판을 추가로 포함하고, 상기 광원이 상기 기판의 상부 표면 상에 형성되는 발광 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 빔 형상화 요소는 상기 광학 렌즈 및 상기 광원의 상기 광학 축에 대해 방사 대칭인 발광 디바이스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 빔 형상화 요소를 상기 광학 렌즈의 상부 표면에 고정하도록 구성되는 돌기들을 추가로 포함하는 발광 디바이스.
  5. 제1항에 있어서, 상기 빔 형상화 요소의 하부 표면을 포함하고, 상기 빔 형상화 요소의 하부 표면은 상기 광원으로부터 나오고 상기 렌즈로부터 굴절된 광의 일부분을 반사하고 상기 광원으로부터 나오고 상기 광학 렌즈로부터 굴절된 광의 다른 일부분을 상기 빔 형상화 요소를 통해 방사하는 상기 빔 형상화 요소의 상기 하부 표면 상의 패턴을 추가로 포함하는 발광 디바이스.
  6. 제5항에 있어서, 상기 패턴은 도트들의 패턴이고, 상기 도트들은 광을 반사하고 도트들 사이에 있는 공간은 광을 방사하는 발광 디바이스.
  7. 제6항에 있어서, 상기 도트들은 원형, 다이아몬드형, 타원형 또는 직사각형 중 하나인 형상을 갖는 발광 디바이스.
  8. 제5항에 있어서, 상기 패턴은 반사 코팅으로 만들어지는 발광 디바이스.
  9. 제8항에 있어서, 상기 반사 코팅은 적어도 부분적으로 흡수하는 잉크인 발광 디바이스.
  10. 제1항에 있어서, 상기 빔 형상화 요소는 내부 표면 및 외부 표면을 포함하는 발광 디바이스.
  11. 제10항에 있어서, 상기 광학 렌즈의 상기 외부 만곡된 표면과 상기 빔 형상화 요소의 상기 내부 표면 사이에 갭을 포함하는 발광 디바이스.
  12. 제10항에 있어서, 상기 빔 형상화 요소의 상기 외부 표면은 상기 광학 렌즈의 상기 외부 만곡된 표면과 상이한 곡률을 갖는 발광 디바이스.
  13. 제10항에 있어서, 상기 빔 형상화 요소의 상기 내부 표면 및 상기 외부 표면은 매끈한 표면들인 발광 디바이스.
  14. 제10항에 있어서, 상기 빔 형상화 요소의 상기 외부 표면은 상기 빔 형상화 요소의 내부 표면쪽으로 안으로 리세스하는 상기 광학 축을 중심으로 하는 리세스된 부분을 포함하는 발광 디바이스.
  15. 제1항에 있어서, 상기 광학 렌즈의 지지 베이스를 포함하고 상기 빔 형상화 요소는 상기 광학 렌즈의 상기 지지 베이스의 상부 표면 상에 고정되는 발광 디바이스.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 빔 형상화 요소 위에 위치하고 상기 빔 형상화 요소로부터 방사된 광을 고르게 분배하도록 구성되는 확산기 플레이트를 추가로 포함하는 발광 디바이스.
  17. 제1항에 있어서, 상기 광학 렌즈는 다음의 재료들: 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 또는 유리 중 하나로 만들어지는 발광 디바이스.
  18. 제1항에 있어서, 상기 빔 형상화 요소는 다음의 재료들: 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 또는 유리 중 하나로 만들어지는 발광 디바이스.
  19. 제1항에 있어서, 화면 백라이트로서 사용되는 발광 디바이스.
  20. 제1항에 있어서, 상기 광원은 발광 다이오드(LED)로서 구성되는 발광 디바이스.
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