KR101329413B1 - 광학 렌즈, 이를 구비하는 광학 모듈 및 이를 구비하는백라이트 유닛 - Google Patents

광학 렌즈, 이를 구비하는 광학 모듈 및 이를 구비하는백라이트 유닛 Download PDF

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Abstract

광학 렌즈, 이를 구비하는 광학 모듈 및 이를 구비하는 백라이트 유닛이 개시된다.
광학 렌즈는 내부에 존재하는 공기층에 노출되도록 형성되며, 내부에 존재하는 공기층을 사이에 두고 형성된 점광원으로부터 입사된 광을 비대칭적으로 굴절시키는 내부 곡면; 및 외부로 노출되도록 형성되며, 내부 곡면에 의해 비대칭적으로 굴절된 광을 다시 굴절시키는 외부 곡면을 포함한다.
점광원, 광학 렌즈, 광학 모듈, 휘도, 색혼합도

Description

광학 렌즈, 이를 구비하는 광학 모듈 및 이를 구비하는 백라이트 유닛 {OPTICAL LENS, OPTICAL MODULE HAVING THE OPTICAL LENS AND BACKLIGHT UNIT HAVING THE OPTICAL MODULE}
도 1은 종래의 광학 렌즈를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 광학 렌즈를 사용하여 색혼합도에 대해 시뮬레이션한 결과를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학 렌즈를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ’선을 따라 절단한 사시도이다.
도 5는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ’선을 따라 절단한 단면도이다.
도 6은 도 3의 Ⅵ-Ⅵ’선을 따라 절단한 단면도이다.
도 7은 도 3에 도시된 광학 렌즈를 사용하여 휘도 분포도에 대해 시뮬레이션한 결과를 보여주는 도면이다.
도 8은 도 3에 도시된 광학 렌즈를 사용하여 색혼합도에 대해 시뮬레이션한 결과를 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학 렌즈를 나타낸 사시도이다.
도 10은 도 9의 Ⅹ-Ⅹ’선을 따라 절단한 사시도이다.
도 11은 도 9의 Ⅹ-Ⅹ’선을 따라 절단한 단면도이다.
도 12는 도 9의 XII-XII’선을 따라 절단한 단면도이다.
도 13은 도 3에 도시된 광학 렌즈를 구비하는 광학 모듈을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 14는 도 9에 도시된 광학 렌즈를 구비하는 광학 모듈을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 15는 도 13에 도시된 광학 모듈을 구비하는 백라이트 유닛을 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.
{도면의 주요부분에 대한 부호의 설명}
백라이트 유닛: 100 광학 모듈: 110, 210
점광원: 120, 220 광학 렌즈: 130, 230
내부 곡면: 132 외부 곡면: 140, 240
반사 부재: 150, 250 도광판: 170
광학 시트: 180 반사판: 190
본 발명은 액정 표시장치에 채용되는 백라이트 유닛에 관한 것으로, 보다 구체적으로 점광원으로부터 입사된 광을 굴절시켜 출사하기 위한 광학 렌즈, 이를 구비하는 광학 모듈 및 이를 구비하는 백라이트 유닛에 관한 것이다.
정보화 기술이 발달함에 따라 사용자와 정보간의 연결 매체인 표시장치의 시 장이 커지고 있다. 이에 따라, 액정 표시장치(Liquid Crystal Display: LCD), 유기전계 발광소자(Organic Light Emitting Diodes: OLED) 및 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel: PDP) 등과 같은 평판 표시장치(Flat Panel Display: FPD)의 사용이 증가하고 있다. 그 중 고해상도를 구현할 수 있고 소형화뿐만 아니라 대형화가 가능한 액정 표시장치가 널리 사용되고 있다.
액정 표시장치는, 일반적으로, 액정의 전기 광학 특성을 이용하여 화상을 표시한다.
이를 위해, 액정 표시장치는 액정 패널 및 백라이트 유닛을 포함한다.
액정 패널은 백라이트 유닛으로부터 제공되는 광을 사용하여 화상을 표시한다.
백라이트 유닛은 액정 패널의 하부에 배치되어 액정 패널에 광을 제공한다. 이러한 백라이트 유닛은 광원의 배치에 따라 에지(edge)형 및 직하형으로 구분될 수 있다.
에지형 백라이트 유닛은 액정 패널의 측면에 인접하여 광원을 배치시킨 백라이트 유닛을 말한다. 에지형 백라이트 유닛에서 광원으로부터 출사된 광은 액정 패널의 배면에 배치된 도광판에 의해 가이드된 후, 액정 패널에 제공된다.
에지형 백라이트 유닛은 박형화에 상대적으로 유리하여 중소형의 액정 표시장치에 주로 사용된다.
직하형 백라이트 유닛은 액정 패널의 배면에 적어도 1개의 광원을 배치시킨 백라이트 유닛을 말한다. 직하형 백라이트 유닛에서는 상술한 바와 같이, 광원이 액정 패널의 배면에 배치되므로 광원으로부터 출사된 광은 도광판의 도움 없이 액정 패널에 직접 제공된다. 이때, 직하형 백라이트 유닛은 광원의 형상이 액정 패널을 통해 보이는 것을 방지하기 위해 액정 패널의 배면에 배치된 확산판을 구비한다.
직하형 백라이트 유닛은 에지형 백라이트 유닛에 비해 상대적으로 많은 광원을 사용할 수 있어서, 고휘도를 요구하는 대형의 액정 표시장치에 주로 사용된다.
한편, 종래에는 에지형 및 직하형 백라이트 유닛 각각이 구비하는 광원으로 안정적인 조도 및 광도 특성을 가지며 백색광을 출사하는 냉음극관 형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp: CCFL)를 주로 사용하였다.
그러나, 냉음극관 형광램프는 박형화에 한계가 있으며, 높은 소비 전력을 요구할 뿐만 아니라 색재현성이 떨어진다라는 문제점이 있다.
이에, 최근에는 에지형 및 직하형 백라이트 유닛 각각이 구비하는 광원으로 점광원을 사용하는 추세이다. 여기서, 점광원은, 예를 들어, 적색/녹색/청색 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)를 포함할 수 있다. 이때, 적색/녹색/청색 발광 다이오드 각각으로부터 출사된 단색광들은 액정 패널의 컬러 필터와 잘 매칭되므로 색재현성을 향상시킬 수 있다.
그러나, 상기 점광원으로부터 출사된 광은 직진성이 강하기 때문에, 점광원은 단독으로 사용되지 않고 점광원으로부터 출사된 광을 굴절시켜 출사하는 광학 렌즈와 함께 사용될 수 있다. 즉, 점광원 및 광학 렌즈가 하나의 패키지 형태로 구성될 수 있다. 상기 광학 렌즈에 대해 도 1을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 종래의 광학 렌즈를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 광학 렌즈(30)는 자신의 하부에 배치될 점광원으로부터 입사된 광을 대칭적으로 굴절시켜 출사한다. 여기서, 광학 렌즈(30)가 점광원으로부터 입사된 광을 대칭적으로 굴절시켜 출사하는 이유는 모든 방위각으로 상기 광을 출사하여 방위각에 따른 균일한 휘도 분포도를 확보하고자 하는데 있다.
이를 위해, 광학 렌즈(30)는 외부로 노출되도록 형성되며 상부가 역원뿔 형으로 파인 형태로 형성된 외부 곡면(40)을 포함할 수 있다. 이에 의해, 외부 곡면(40)은 외부 곡면(40)을 바라보는 방향에 따라 대칭적으로 형성된다. 즉, 광학 렌즈(30)를 수직으로 절단한 단면 상에서 보여지는 외부 곡면(40)의 형태는 광학 렌즈(30)를 수직으로 절단하기 위한 방향에 상관 없이 모두 동일할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 광학 렌즈를 사용하여 색혼합도에 대해 시뮬레이션한 결과를 보여주는 도면이다.
그러나, 광학 렌즈(30)의 외부 곡면(40)이 대칭적으로 형성되면, 도 2에 도시된 바와 같이, 점광원, 예를 들어, 적색/녹색/청색 발광 다이오드 각각으로부터 출사된 단색광들의 색혼합도가 떨어지는 문제점이 발생한다.
이 때문에, 에지형 백라이트 유닛에서는 상기 광학 렌즈(30)와 인접한 도광판 입광부에서 휘도가 불균일할 수 있다라는 문제점이 있다.
에지형 백라이트 유닛에서는 상기 광학 렌즈(30)가 도광판 입광부와 인접하여 배치되므로 실질적으로 모든 방위각으로 출사되는 광이 불필요하게 된다. 이 때문에, 에지형 백라이트 유닛에서 광효율이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.
한편, 직하형 백라이트 유닛에서는 색혼합도 향상을 위해 상기 광학 렌즈(30) 및 확산판 사이에 확산 부재를 추가적으로 배치하여야 하는 문제점이 있다. 이로 인해, 직하형 백라이트 유닛의 박형화를 달성하는 데 한계가 발생할 수 있다.
직하형 백라이트 유닛에서는 상기 점광원으로부터 출사된 광은 측면 경사지게 된다. 이 때문에, 직하형 백라이트 유닛에서는 상기 광을 수직으로 향하게 하기 위해 확산판의 헤이즈(haze)를 높여야 하는 문제점이 있다. 이로 인해, 직하형 백라이트 유닛에서 광효율이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 방위각에 따른 불균일한 휘도 분포도를 구현하기 위한 광학 렌즈, 이를 구비하는 광학 모듈 및 이를 구비하는 백라이트 유닛을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 방위각에 따른 불균일한 휘도 분포도를 구현함으로써 색혼합도를 향상시키기 위한 광학 렌즈, 이를 구비하는 광학 모듈 및 이를 구비하는 백라이트 유닛을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 방위각에 따른 불균일한 휘도 분포도를 구현함으로써 광효율을 향상시키기 위한 광학 렌즈, 이를 구비하는 광학 모듈 및 이를 구비하는 백라이트 유닛을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 방위각에 따른 불균일한 휘도 분포도를 구현함으로써 색혼합도를 향상시켜 백라이트 유닛의 박형화를 달성할 수 있는 광학 렌즈, 이를 구비하는 광학 모듈 및 이를 구비하는 백라이트 유닛을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 광학 렌즈는 내부에 존재하는 공기층에 노출되도록 형성되며, 상기 내부에 존재하는 공기층을 사이에 두고 형성된 점광원으로부터 입사된 광을 비대칭적으로 굴절시키는 내부 곡면; 및 외부로 노출되도록 형성되며, 상기 내부 곡면에 의해 비대칭적으로 굴절된 상기 광을 다시 굴절시키는 외부 곡면을 포함한다.
여기서, 상기 내부 곡면은, 서로 직교하는 제1 및 제2 방향 각각을 따라 상기 광학 렌즈를 수직으로 절단한 단면 상에서 보여지는 각각의 형태가 서로 다를 수 있다.
한편, 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 광학 렌즈는 외부로 노출되도록 형성되며, 점광원과 접하는 내부면을 통해 상기 점광원으로부터 입사된 광을 비대칭적으로 굴절시키는 외부 곡면을 포함한다.
여기서, 상기 외부 곡면은, 서로 직교하는 제1 및 제2 방향 각각을 따라 상기 광학 렌즈를 수직으로 절단한 단면 상에서 보여지는 각각의 형태가 서로 다를 수 있다.
한편, 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 광학 모듈은 광을 생성하는 점광원; 및 내부에 존재하는 공기층을 사이에 두고 상기 점광원과 이격되도록 형성되며, 상기 점광원으로부터 입사된 광을 비대칭적으로 굴절시켜 출사하는 광학 렌즈를 포함한다.
여기서, 상기 점광원은, 백색광을 구현하기 위해 적색/녹색/청색 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 광학 렌즈는, 상기 내부에 존재하는 공기층에 노출되도록 형성되며, 상기 점광원으로부터 입사된 광을 비대칭적으로 굴절시키는 내부 곡면; 및 외부로 노출되도록 형성되며, 상기 내부 곡면에 의해 비대칭적으로 굴절된 상기 광을 다시 굴절시키는 외부 곡면을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 내부 곡면은, 서로 직교하는 제1 및 제2 방향 각각을 따라 상기 광학 렌즈를 수직으로 절단한 단면 상에서 보여지는 각각의 형태가 서로 다를 수 있다.
한편, 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 광학 모듈은 광을 생성하는 점광원; 및 상기 점광원과 접하도록 형성되며, 상기 점광원으로부터 입사된 광을 비대칭적으로 굴절시켜 출사하는 광학 렌즈를 포함한다.
여기서, 상기 점광원은, 백색광을 구현하기 위해 적색/녹색/청색 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 광학 렌즈는, 외부로 노출되도록 형성되며, 상기 점광원과 접하는 내부면을 통해 상기 점광원으로부터 입사된 광을 비대칭적으로 굴절시키는 외 부 곡면을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 외부 곡면은, 서로 직교하는 제1 및 제2 방향 각각을 따라 상기 광학 렌즈를 수직으로 절단한 단면 상에서 보여지는 각각의 형태가 서로 다를 수 있다.
한편, 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 백라이트 유닛은 점광원, 및 내부에 존재하는 공기층을 사이에 두고 상기 점광원과 이격되도록 형성되며 상기 점광원으로부터 입사된 광을 비대칭적으로 굴절시키는 광학 렌즈를 포함하며, 상기 광학 렌즈에 의해 비대칭적으로 굴절된 광을 출사하는 광학 모듈; 상기 광학 모듈과 인접하도록 배치되며, 상기 광학 모듈로부터 입사된 광을 가이드하여 상기 광을 상방으로 출사시키는 도광판; 및 상기 도광판의 상부에 배치되며, 상기 도광판을 통해 상방으로 출사된 광을 확산 및 집광하여 상방으로 출사시키는 광학 시트를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 광학 모듈의 점광원은, 백색광을 구현하기 위해 적색/녹색/청색 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 광학 모듈의 광학 렌즈는, 상기 내부에 존재하는 공기층에 노출되도록 형성되며, 상기 점광원으로부터 입사된 광을 비대칭적으로 굴절시키는 내부 곡면; 및 상기 도광판과 마주하도록 형성되며, 상기 내부 곡면에 의해 비대칭적으로 굴절된 상기 광을 다시 굴절시키는 외부 곡면을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 내부 곡면은, 서로 직교하는 제1 및 제2 방향 각각을 따라 상기 광학 렌즈를 수직으로 절단한 단면 상에서 보여지는 각각의 형태가 서로 다를 수 있다.
한편, 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 백라이트 유닛은 점광원, 및 상기 점광원과 접하도록 형성되며 상기 점광원으로부터 입사된 광을 비대칭적으로 굴절시켜 출사하는 광학 렌즈를 포함하며, 상기 광학 렌즈에 의해 비대칭적으로 굴절된 광을 출사하는 광학 모듈; 상기 광학 모듈과 인접하도록 배치되며, 상기 광학 모듈로부터 입사된 광을 가이드하여 상기 광을 상방으로 출사시키는 도광판; 및 상기 도광판의 상부에 배치되며, 상기 도광판을 통해 상방으로 출사된 광을 확산 및 집광하여 상방으로 출사시키는 광학 시트를 포함한다.
여기서, 상기 광학 모듈의 점광원은, 백색광을 구현하기 위해 적색/녹색/청색 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 광학 모듈의 광학 렌즈는, 상기 도광판과 마주하도록 형성되며, 상기 점광원과 접하는 내부면을 통해 상기 점광원으로부터 입사된 광을 비대칭적으로 굴절시키는 외부 곡면을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 외부 곡면은, 서로 직교하는 제1 및 제2 방향 각각을 따라 상기 광학 렌즈를 수직으로 절단한 단면 상에서 보여지는 각각의 형태가 서로 다를 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 광학 렌즈, 이를 구비하는 광학 모듈 및 이를 구비하는 백라이트 유닛에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학 렌즈를 나타낸 사시도이다. 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ’선을 따라 절단한 사시도이다. 도 5는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ’선을 따라 절단한 단면도이다. 도 6은 도 3의 Ⅵ-Ⅵ’선을 따라 절단한 단면도이다. 여기서, 도 3의 Ⅳ-Ⅳ’선 및 Ⅵ-Ⅵ’선은 서로 직교할 수 있다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학 렌즈(130)는 자신의 하부에 형성될 점광원 및 광학 렌즈(130) 사이에 공기층을 형성하기 위해 광학 렌즈(130)의 하부의 일부가 움푹 파인 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 여기서, 상기 점광원은 백색광을 구현하기 위해 적색/녹색/청색 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
상기와 같이, 점광원 및 광학 렌즈(130) 사이에 공기층을 형성하는 이유는 점광원으로부터 출사된 광이 광학 렌즈(130)에 도달하기 전에 어느 정도 확산되도록 하기 위한 거리를 확보하고자 하는데 있다. 상기 공기층으로 인해 점광원은 광학 렌즈(130)와 소정 간격 이격되도록 형성될 수 있다
광학 렌즈(130)는 자신의 내부에 존재하는 공기층을 통해 점광원으로부터 입사된 광을 비대칭적으로 굴절시켜 출사한다. 여기서, 광학 렌즈(130)가 점광원으로부터 입사된 광을 비대칭적으로 굴절시켜 출사하는 이유는 방위각에 따른 불균일한 휘도 분포도를 확보하고자 하는데 있다.
이를 위해, 광학 렌즈(130)는 광학 렌즈(130)의 하부의 일부가 움푹 파인 형 태를 가짐으로 인해 공기층에 노출되도록 형성된 내부 곡면(132) 및 외부로 노출되도록 형성된 외부 곡면(140)을 포함할 수 있다.
내부 곡면(132)은 광학 렌즈(130)의 내부에 존재하는 공기층을 통해 점광원으로부터 입사된 광을 비대칭적으로 굴절시킬 수 있다.
이를 위해, 내부 곡면(132)은 서로 직교하는 제1 및 제2 방향 각각을 따라 광학 렌즈(130)를 수직으로 절단한 단면 상에서 보여지는 각각의 형태가 서로 다를 수 있다. 즉, 내부 곡면(132)은 내부 곡면(132)을 바라보는 방향에 따라 비대칭적으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 내부 곡면(132)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 방향, 즉, Ⅳ-Ⅳ´선 방향을 따라 광학 렌즈(130)를 수직으로 절단한 단면 상에서는 한점에서 만나는 제1 및 제2 직선(134, 136) 형태로 보여질 수 있다. 또한, 내부 곡면(132)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 방향, 즉, Ⅵ-Ⅵ´선 방향을 따라 광학 렌즈(130)를 수직으로 절단한 단면 상에서는 반원형의 곡선(138) 형태로 보여질 수 있다. 여기서, 점광원은 Ⅵ-Ⅵ´선 방향을 따라 일렬로 배열될 수 있다.
이와 다르게, 내부 곡면(132)은 제1 방향을 따라 광학 렌즈(130)를 수직으로 절단한 단면 상에서는 한점에서 만나는 제1 및 제2 직선(134, 136) 형태로 보여질 수 있으며, 제2 방향을 따라 광학 렌즈(130)를 수직으로 절단한 단면 상에서는 타원형의 곡선 형태로 보여질 수 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2 방향 각각은 Ⅳ-Ⅳ´선 및 Ⅵ-Ⅵ´선 방향 각각일 수 있다.
외부 곡면(140)은 내부 곡면(132)에 의해 비대칭적으로 굴절된 광을 다시 한 번 굴절시킨다.
이를 위해, 외부 곡면(140)은 반구면 및 타원체면 중 어느 하나의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 이때, 내부 곡면(132) 및 외부 곡면(140) 각각이 가지는 형태 차이에 의해 광학 렌즈(130)의 두께, 즉, 내부 곡면(132)과 외부 곡면(140) 간의 거리가 위치에 따라 달라질 수 있다. 이 때문에, 점광원으로부터 출사되어 광학 렌즈(130)를 투과하는 광은 위치에 따라 경로 차이가 발생할 수 있다. 이로 인해, 광학 렌즈(130)를 통해 출사된 광은 더욱 확산될 수 있다.
상기 내부 곡면(132) 및 외부 곡면(140) 중 적어도 어느 하나 이상에 헤이즈 처리가 될 수 있다. 이는 내부 곡면(132) 및 외부 곡면(140) 중 적어도 어느 하나 이상에 헤이즈 처리를 함으로써 광학 렌즈(130)를 통해 출사되는 광을 더욱 확산시키기 위함이다.
상기 광학 렌즈(130)는 점광원으로부터 출사된 광이 광학 렌즈(130)를 투과할 수 있어야 하므로 폴리카보네이트(polycarbonate: PC) 및 폴리메타메틸아크릴레이트(polymethylmethacrylate: PMMA) 등과 같은 투명한 재질로 형성될 수 있다.
도 7은 도 3에 도시된 광학 렌즈를 사용하여 휘도 분포도에 대해 시뮬레이션한 결과를 보여주는 도면이다. 도 8은 도 3에 도시된 광학 렌즈를 사용하여 색혼합도에 대해 시뮬레이션한 결과를 보여주는 도면이다.
상기 광학 렌즈(130)를 사용하여 시뮬레이션하였을 시, 도 7에 도시된 바와 같이, 방위각에 따라 불균일한 휘도 분포도를 보이게 된다. 즉, X축을 기준으로 대략 -40도 내지 +40도 범위 내의 방향으로는 광이 출사되지만, 상기 각도 범위를 벗 어난 방향으로는 광이 출사되지 않을 수 있다. 여기서, 점광원은 Y축 방향을 따라 일렬로 배열될 수 있다.
이 때문에, 적색/녹색/청색 발광 다이오드를 사용할 경우, 상기 적색/녹색/청색 발광 다이오드 모두가 상기 각도 범위 내로만 광을 출사할 수 있으므로, 도 8에 도시된 바와 같이, 수직 방향으로 색혼합도를 향상시킬 수 있다. 여기서, 상기 적색/녹색/청색 발광 다이오드는 수평 방향을 따라 일렬로 배열될 수 있다.
이 때문에, 상기 광학 렌즈(130)를 구비하는 광학 모듈(110)이 채용된 백라이트 유닛의 광효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 백라이트 유닛의 박형화를 달성할 수 있다.
한편, 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학 렌즈를 나타낸 사시도이다. 도 10은 도 9의 Ⅹ-Ⅹ’선을 따라 절단한 사시도이다. 도 11은 도 9의 Ⅹ-Ⅹ’선을 따라 절단한 단면도이다. 도 12는 도 9의 XII-XII’선을 따라 절단한 단면도이다. 여기서, 도 9의 Ⅹ-Ⅹ’선 및 XII-XII’선은 서로 직교할 수 있다.
도 9 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학 렌즈(230)는 자신의 중앙 하부에 접하여 형성될 점광원으로부터 입사된 광을 비대칭적으로 굴절시켜 출사한다. 여기서, 광학 렌즈(230)가 점광원으로부터 입사된 광을 비대칭적으로 굴절시켜 출사하는 이유는 방위각에 따른 불균일한 휘도 분포도를 확보하고자 하는데 있다. 여기서, 상기 점광원은 백색광을 구현하기 위해 적색/녹색/청색 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
광학 렌즈(230) 및 점광원은, 상술한 바와 같이, 접하여 형성되므로 마치 일 체화된 형태처럼 보일 수 있다.
광학 렌즈(230)는 점광원으로부터 입사된 광을 비대칭적으로 굴절시켜 출사하기 위해 외부로 노출되도록 형성된 외부 곡면(240)을 포함할 수 있다.
외부 곡면(240)은 광학 렌즈(230)의 중앙 하부에 형성되어 점광원과 접하는 내부면(232)을 통해 점광원으로부터 입사된 광을 비대칭적으로 굴절시킬 수 있다.
이를 위해, 외부 곡면(240)은 서로 직교하는 제3 및 제4 방향 각각을 따라 광학 렌즈(230)를 수직으로 절단한 단면 상에서 보여지는 각각의 형태가 서로 다를 수 있다. 즉, 외부 곡면(240)은 외부 곡면(240)을 바라보는 방향에 따라 비대칭적으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 외부 곡면(240)은, 도 11에 도시된 바와 같이, 제3 방향, 즉, Ⅹ-Ⅹ’선 방향을 따라 광학 렌즈(230)를 수직으로 절단한 단면 상에서는 상부에 홈이 파인 반원형의 곡선(242) 형태로 보여질 수 있다. 또한, 외부 곡면(240)은, 도 12에 도시된 바와 같이, 제4 방향, 즉, XII-XII’선 방향을 따라 광학 렌즈(230)를 수직으로 절단한 단면 상에서는 반원형의 곡선(244) 형태로 보여질 수 있다.
이와 다르게, 외부 곡면(240)은 제3 방향을 따라 광학 렌즈(230)를 수직으로 절단한 단면 상에서는 상부에 홈이 파인 타원형의 곡선(244) 형태로 보여질 수 있으며, 제4 방향을 따라 광학 렌즈(230)를 수직으로 절단한 단면 상에서는 타원형의 곡선 형태로 보여질 수 있다. 여기서, 상기 제3 및 제4 방향 각각은 Ⅹ-Ⅹ’선 및 XII-XII’선 방향 각각일 수 있다.
상기 외부 곡면(240)에 헤이즈 처리가 될 수 있다. 이는 외부 곡면(240)에 헤이즈 처리를 함으로써 광학 렌즈(230)를 통해 출사되는 광을 더욱 확산시키기 위함이다.
상기 광학 렌즈(230)는 점광원으로부터 출사된 광이 광학 렌즈(230)를 투과할 수 있어야 하므로 실리콘과 같은 투명한 재질로 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 비대칭적인 형태를 갖는 외부 곡면(240)에 의해 방위각에 따른 불균일한 휘도 분포도를 구현할 수 있다. 이로 인해, 색혼합도 및 광효율이 향상될 수 있으며, 백라이트 유닛의 박형화를 달성할 수 있다.
한편, 도 13은 도 3에 도시된 광학 렌즈를 구비하는 광학 모듈을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 13에 도시된 광학 렌즈는 도 3과 동일하므로 도 3과 동일 번호를 사용하며, 중복되는 설명은 생략하고, 그 특징에 대해서만 설명한다.
도 13을 참조하면, 광학 모듈(110)은 비대칭적으로 굴절된 광을 출사한다.
이를 위해, 광학 모듈(110)은 점광원(120), 및 점광원(120)과 이격된 광학 렌즈(130)를 포함할 수 있다. 또한, 광학 모듈(110)은 반사 부재(150)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 점광원(120)은 광학 렌즈(130)의 하부에 형성될 수 있다.
점광원(120)은 외부로부터 인가되는 구동 전압을 사용하여 광을 생성하며, 자신으로부터 생성된 광을 광학 렌즈(130)로 출사한다. 여기서, 점광원(120)은 백색광을 구현하기 위해 적색/녹색/청색 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 여기서, 점광원(120)은 금속 코어 인쇄회로기판(Metal Core Printed Circuit Board: MCPCB) 상에 실장될 수 있다. 여기서, 점광원(120)이 광학 렌즈(130)의 내부에 존재하는 공기층에 직접 노출되지 않도록 사출 성형이 가능한 실리콘 등을 사용하여 상기 점 광원(120)을 덮을 수 있다.
광학 렌즈(130)는 자신의 내부에 존재하는 공기층을 통해 점광원(120)으로부터 입사된 광을 비대칭적으로 굴절시켜 출사하기 위해 비대칭적인 형태를 갖도록 형성된 내부 곡면(132), 및 외부 곡면(140)을 포함한다.
반사 부재(150)는 광학 렌즈(130)를 통해 비대칭으로 굴절되어 출사된 광을 반사시킨다. 여기서, 반사 부재(150)는, 예를 들어, 알루미늄 재질을 가질 수 있으며, 금속 코어 인쇄회로기판 상에 코팅될 수 있다.
한편, 도 14는 도 9에 도시된 광학 렌즈를 구비하는 광학 모듈을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 14에 도시된 광학 렌즈는 도 9와 동일하므로 도 9와 동일 번호를 사용하며, 중복되는 설명은 생략하고, 그 특징에 대해서만 설명한다.
도 14를 참조하면, 광학 모듈(210)은 비대칭적으로 굴절된 광을 출사한다.
이를 위해, 광학 모듈(210)은 점광원(220), 및 점광원(220)과 접하는 광학 렌즈(230)를 포함할 수 있다. 또한, 광학 모듈(210)은 반사 부재(250)를 더 포함할 수 있다
점광원(220)은 외부로부터 인가되는 구동 전압을 사용하여 광을 생성하며, 자신으로부터 생성된 광을 광학 렌즈(230)로 출사한다. 여기서, 점광원(220)은 백색광을 구현하기 위해 적색/녹색/청색 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 여기서, 점광원(220)은 금속 코어 인쇄회로기판 상에 실장될 수 있다. 여기서, 광학 렌즈(230)의 재질로 실리콘을 사용할 경우, 점광원(220)을 미리 준비한 다음, 실리콘의 사출 성형을 통해 광학 렌즈(230) 및 점광원(220)이 접하도록 형성할 수 있다.
광학 렌즈(230)는 점광원(220)으로부터 입사된 광을 비대칭적으로 굴절시켜 출사하기 위해 외부로 노출되도록 형성되며 비대칭적인 형태를 갖도록 형성된 외부 곡면(240)을 포함할 수 있다.
반사 부재(250)는 광학 렌즈(230)를 통해 비대칭으로 굴절되어 출사된 광을 반사시킨다. 여기서, 상기 반사 부재(250)는, 예를 들어, 알루미늄 재질을 가질 수 있으며, 금속 코어 인쇄회로기판 상에 코팅될 수 있다.
한편, 도 15는 도 13에 도시된 광학 모듈을 구비하는 백라이트 유닛을 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다. 도 15에 도시된 광학 모듈은 도 13에 도시된 광학 모듈과 동일하므로 동일 번호를 사용하며, 중복되는 설명은 생략하고, 그 특징에 대해서만 설명한다. 한편, 도 14에 도시된 광학 모듈을 구비하는 백라이트 유닛은 도 15에 도시된 백라이트 유닛과 유사하므로 그 상세한 설명은 생략한다. 한편, 도 15에서는 백라이트 유닛으로 에지형 백라이트 유닛을 도시하였다. 그러나, 이는 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛을 설명하기 위한 것이으로, 이에 국한되지 않는다. 따라서, 도 13 및 도 14에 각각 도시된 광학 모듈은 직하형 백라이트 유닛에도 각각 구비될 수 있다.
도 15를 참조하면, 백라이트 유닛(100)은 자신의 상부에 배치될 액정 패널에 광을 제공한다.
이를 위해, 백라이트 유닛(100)은 광학 모듈(110), 도광판(170) 및 광학 시트(180)를 포함할 수 있다. 또한, 백라이트 유닛(100)은 반사판(190)을 더 포함할 수 있다.
광학 모듈(110)은 점광원(120), 및 점광원(120)과 이격되도록 배치되며 비대칭적인 광을 출사하는 광학 렌즈(130)를 포함할 수 있다. 또한, 광학 모듈(110)은 반사 부재(150)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 광학 렌즈(130)의 외부 곡면(140)은 도광판(170)과 마주하도록 형성될 수 있다. 여기서, 광학 모듈(110)은 도광판(170)의 일측 길이 방향을 따라 배치될 수 있다. 여기서, 점광원(120)은 Z축 방향을 따라 일렬로 배열될 수 있다. 여기서, 미설명 부호 160은 점광원(120)을 실장하기 위한 금속 코어 인쇄회로기판(160)이다.
도광판(170)은 광학 모듈(110)과 인접하도록 배치되며, 광학 모듈(110)로부터 입사된 광을 가이드하여 상기 광을 상방으로 출사시킨다.
광학 시트(180)는 상기 도광판(170)의 상부에 배치되며, 상기 도광판(170)을 통해 상방으로 출사된 광을 확산 및 집광하여 상방으로 출사시킨다.
이를 위해, 광학 시트(180)는 확산 시트, 프리즘 시트 및 휘도 향상 시트 중 적어도 하나 이상을 구비할 수 있다.
반사판(190)은 도광판(170)의 하부에 배치될 수 있으며, 광학 모듈(110)로부터 출사된 광 중에서 도광판(170)을 통해 하방으로 출사된 광을 상방으로 반사시킨다.
이를 위해, 반사판(190)의 재질은 발포된 플라스틱, 예를 들어, 발포된 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate: PET)일 수 있다.
이상 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명에 따르면, 비대칭적인 형태를 갖는 광학 렌즈를 통해 불균일한 휘도 분포도를 구현할 수 있다. 이를 통해, 색혼합도 및 광효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 백라이트 유닛의 박형화를 달성할 수 있다.

Claims (47)

  1. 점광원; 및
    공기층을 사이에 두고 상기 점광원으로부터 이격되어 상기 점광원을 에워싸도록 형성되며, 상기 점광원으로부터 입사된 광을 비대칭적으로 굴절시키는 광학렌즈를 포함하며,
    상기 광학 렌즈는,
    서로 직교하는 제 1 및 제 2 방향 각각을 따라 수직으로 절단한 단면형상이 서로 다르게 형성되어 상기 제 1 및 제 2 방향으로 진행하는 광의 진로를 비대칭으로 굴절시키는 내부 곡면; 및
    외부로 노출되도록 형성되며, 상기 내부 곡면에 의해 비대칭적으로 굴절된 상기 광을 다시 굴절시켜 상기 외부로 출사시키는 외부 곡면을 포함하고,
    상기 내부 곡면은, 상기 공기층과 접촉하며, 상기 제1 방향을 따라 상기 광학 렌즈를 수직으로 절단한 단면 상에서는 한점에서 만나는 제1 및 제2 직선 형태로 보여지며, 상기 제2 방향을 따라 상기 광학 렌즈를 수직으로 절단한 단면 상에서는 반원형의 곡선 형태로 보여지는 것을 특징으로 하는 광학 모듈.
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  3. 삭제
  4. 점광원; 및
    공기층을 사이에 두고 상기 점광원으로부터 이격되어 상기 점광원을 에워싸도록 형성되며, 상기 점광원으로부터 입사된 광을 비대칭적으로 굴절시키는 광학렌즈를 포함하며,
    상기 광학 렌즈는,
    서로 직교하는 제 1 및 제 2 방향 각각을 따라 수직으로 절단한 단면형상이 서로 다르게 형성되어 상기 제 1 및 제 2 방향으로 진행하는 광의 진로를 비대칭으로 굴절시키는 내부 곡면; 및
    외부로 노출되도록 형성되며, 상기 내부 곡면에 의해 비대칭적으로 굴절된 상기 광을 다시 굴절시켜 상기 외부로 출사시키는 외부 곡면을 포함하고,
    상기 내부 곡면은, 상기 공기층과 접촉하며, 상기 제1 방향을 따라 상기 광학 렌즈를 수직으로 절단한 단면 상에서는 한점에서 만나는 제1 및 제2 직선 형태로 보여지며, 상기 제2 방향을 따라 상기 광학 렌즈를 수직으로 절단한 단면 상에서는 타원형의 곡선 형태로 보여지는 것을 특징으로 하는 광학 모듈
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  6. 제1항에 있어서,
    상기 내부 곡면 및 외부 곡면 중 적어도 어느 하나 이상에 헤이즈(haze) 처리가 된 것을 특징으로 하는 광학 모듈.
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  31. 제1항, 제4항, 제6항 중 어느 한 항의 광학 모듈;
    상기 광학 모듈과 인접하도록 배치되며, 상기 광학 모듈로부터 입사된 광을 가이드하여 상기 광을 상방으로 출사시키는 도광판; 및
    상기 도광판의 상부에 배치되며, 상기 도광판을 통해 상방으로 출사된 광을 확산 및 집광하여 상방으로 출사시키는 광학 시트를 포함하는 백라이트 유닛.
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