KR102302586B1 - 광학산 렌즈 및 그를 포함하는 백라이트 유닛과 표시장치 - Google Patents

광학산 렌즈 및 그를 포함하는 백라이트 유닛과 표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광학산 렌즈 및 그를 포함하는 백라이트 유닛과 표시장치에 관한 것으로서, 백라이트 유닛 광원상에 배치되는 광확산 렌즈의 상부에 돌출구조인 확산판 지지부를 형성하여 확산판을 지지하게 함으로써, 별도의 확산판 서포트(DPS)가 필요없게 되어 백라이트 유닛 및 표시장치의 구조가 단순해지고 제조 비용이 절감시키고, 광원과 확산판 사이의 간극인 광학갭(Optical Gap; OG)을 감소시켜 백라이트 유닛 및 그를 포함하는 액정 표시장치의 두께를 감소시킬 수 있다.

Description

광학산 렌즈 및 그를 포함하는 백라이트 유닛과 표시장치{Light-Diffusing Lens and Backlight Unit and Display Device having the same}
본 발명은 광확산 렌즈와 그를 포함하는 표시장치, 더 구체적으로는 확산판을 지지하는 지지부를 포함하는 광학산 렌즈 및 그를 포함하는 백라이트 유닛과 표시장치에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하기 위한 표시장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있으며, 근래에는 액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display), 플라즈마표시장치(PDP: Plasma Display Panel), 유기전계발광표시장치(OLED: Organic Light Emitting Diode Display Device)와 같은 여러 가지 표시장치가 활용되고 있다.
이러한 표시장치 중 액정 표시장치(LCD)는 화소영역 각각을 온(on)/오프(off) 제어하기 위한 스위칭 소자인 박막 트랜지스터를 포함하는 어레이 기판과, 컬러필터 및/또는 블랙매트릭스 등을 구비한 상부기판과, 그 사이에 형성되는 액정물질층을 포함하는 표시패널과, 박막 트랜지스터를 제어하기 위한 구동부와, 표시패널로 광을 제공하는 백라이트 유닛(Back Light Unit; BLU) 등을 포함하여 구성되며, 화소 영역에 구비된 화소(Pixel; PXL) 전극 및 공통 전압(Vcom) 전극 사이에 인가되는 전계에 따라 액정층의 배열 상태가 조절되고 그에 따라 광의 투과도가 조절되어 화상이 표시되는 장치이다.
이러한 액정 표시장치의 경우에는 외부에서 광을 제공하는 백라이트 장치가 있어야 하며, 백라이트 유닛 중에서 광원이 표시패널의 직하부에 배치되어 광을 직접 표시패널로 인가하는 직하형(Direct Type) 백라이트 유닛이 사용될 수 있으며, 이러한 직하형 백라이트 유닛은 표시장치의 하부 지지구조인 커버 버텀(Cover Bottom) 등의 상부에 배치되는 광원 모듈과, 광원 모듈 상부에 배치되는 확산판(Duffuser Plate; DP)과, 확산판 상부에 배치되는 1 이상의 광학시트 등을 포함하여 구성될 수 있다.
이러한 직하형 백라이트 유닛의 광원 모듈은 LED와 같은 광원과 그 상부에 배치되어 광원 확산하기 위한 광확산 렌즈를 포함하며, 광원 모듈과 상부 확산판 사이에는 확산판의 처짐을 방지하기 위한 확산판 서포트(Diffuser Plate Support)가 배치된다.
한편, 최근 표시장치의 슬림화 필요성에 따라서, 백라이트 유닛의 두께를 감소시키기 위하여 광원 모듈을 구성하는 반사판 또는 광원 인쇄회로기판(PCB)과 상부의 확산판 사이의 간극인 광학갭(Optical Gap; OG)을 감소시켜야 하는 필요성이 대두되고 있다.
그러나, 광원 모듈과 확산판 사이의 간극을 감소시킬수록 확산판 처짐이 백라이트 유닛의 광 균일도에 미치는 영향이 커지게 되고, 그에 따라 전술한 확산판 서포트가 더 많이 사용되어야 하는 문제가 발생되고 있다.
이와 같이, 백라이트 유닛의 성능을 유지하면서 슬림화를 달성하기 위해서는 많은 수의 확산판 서포트가 사용되어야 하며, 이로 인하여 백라이트 유닛의 구조가 복잡해지고 제조비용이 상승되는 등의 문제가 야기된다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 백라이트 유닛의 광원과 확산판 사이의 간극 광학갭(OG)을 감소시킬 수 있는 광확산 렌즈와 그를 포함하는 백라이트 유닛 등을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 광확산 렌즈 상부에 확산판을 지지하기 위하여 돌출 형성되는 확산판 지지부를 배치함으로써, 별도의 확산판 서포트(DPS)가 필요없는 백라이트 유닛 및 그를 포함하는 액정 표시장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 상부에 확산판을 지지하기 위한 확산판 지지부가 형성된 광확산 렌즈를 제공하되, 광확산 렌즈의 하부 곡면 및 확산판 지지부의 외곽을 형성하는 지지곡면의 형상을 최적화함으로써, 확산판을 지지하는 광확산 렌즈의 지지부에 의한 광경로 특성의 저해가 없는 광확산 렌즈와 그를 포함하는 백라이트 유닛 등을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 상부에 확산판을 지지하기 위한 확산판 지지부가 형성된 광확산 렌즈를 제공하되, 광확산 렌즈의 하부 곡면의 곡률을 일정 이상으로 하고, 지지부의 하부 직경(d)이 지지부의 높이(h)보다 더 크도록 함으로써, 광확산 렌즈의 광확산 성능을 유지하면서도 상부의 확산판 지지부에 의한 확산판 지지가 가능하도록 하여, 결과적으로 별도의 확산판 서포트가 필요없는 백라이트 유닛 및 표시장치를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는, 표시패널에 광을 제공하기 위하여 표시장치의 커버버텀 상에 배치되고, 다수의 광원이 장착되는 광원 PCB와; 상기 광원 상부에 배치되고 상기 광원으로부터 광이 입사되는 하부곡면과, 하부곡면을 통해 입사된 광이 출광되는 상부곡면과, 상기 상부곡면 상면에서 외부로 돌출되는 확산판 지지부를 포함하는 광확산 렌즈와; 상기 광확산 렌즈와 확산판 지지부에 접촉하여 지지되는 확산판; 및 상기 확산판 상부에 배치되는 1 이상의 광학시트를 포함하는 백라이트 유닛을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에서는 광원으로부터 광이 입사되는 하부곡면과, 상기 하부곡면을 통해 입사된 광이 출광되는 상부곡면, 및 상기 상부곡면의 상면에서 외부로 돌출되어 확산판의 저면을 지지하는 확산판 지지부를 포함하는 광확산 렌즈를 제공한다.
본 발명의 또다른 실시예에서는, 표시패널과; 상기 표시패널에 광을 제공하는 다수의 광원이 장착되는 광원 PCB와, 상기 광원 상부에 배치되고 상기 광원으로부터 광이 입사되는 하부곡면, 하부곡면을 통해 입사된 광이 출광되는 상부곡면 및 상기 상부곡면의 상면에서 외부로 돌출되는 확산판 지지부를 포함하는 광확산 렌즈와, 상기 광확산 렌즈와 확산판 지지부에 접촉하여 지지되는 확산판과, 상기 확산판 상부에 배치되는 1 이상의 광학시트를 포함하는 백라이트 유닛과; 상기 백라이트 유닛 및 표시패널 중 하나 이상을 지지하기 위한 지지부재;를 포함하는 표시장치를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 백라이트 유닛 광원으로부터의 광을 확산시키는 광확산 렌즈의 상부에 확산판을 지지하기 위하여 외부로 돌출된 확산판 지지부를 형성함으로써, 별도의 확산판 서포트(DPS)가 필요없게 되어 백라이트 유닛 및 표시장치의 구조가 단순해지고 제조 비용이 절감되는 효과가 있다.
또한, 광확산 렌즈 상부의 확산판 지지부를 이용하여 확산판을 지지함으로써, 별도의 확산판 서포트를 제거할 수 있고, 광원과 확산판 사이의 간극인 광학갭(Optical Gap; OG)을 감소시켜 백라이트 유닛 및 그를 포함하는 액정 표시장치의 슬림화가 가능한 효과가 있다.
또한, 광확산 렌즈의 하부 곡면 및 지지부의 외곽을 형성하는 지지곡면의 형상을 최적화함으로써, 광확산 렌즈의 광확산 렌즈의 광확산 성능을 유지하면서도 상부 지지부에 의한 확산판 지지가 가능하도록 하여, 별도의 확산판 서포트 없이도 얇은 두께를 가지는 백라이트 유닛을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 2가지 형태의 백라이트 유닛의 단면도로서, 도 1의 (a)는 엣지형(Edge-type) 백라이트 유닛이고, 도 1의 (b)는 본 발명이 적용될 수 있는 직하형 백라이트 유닛을 도시한다.
도 2는 직하형 백라이트 유닛에서 광학갭의 크기에 따른 확산판 서포트의 배치 상태를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 광확산 렌즈를 포함하는 표시장치의 단면을 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 광확산 렌즈의 세부 구성을 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예 사용되는 광확산 렌즈를 구성하는 3개 곡면의 r-z 좌표계 상에서의 형태를 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 광확산 렌즈(540)에서의 광경로를 도시하며, 도 7은 광확산 렌즈의 하부곡면의 세부 조건을 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 광확산 렌즈의 확산판 지지부(545)의 세부 형태와 확산판 사이의 배치 관계를 도시하며, 도 9는 확산판 지지부를 형성하기 위한 공정 일부를 도시한다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 광확산 렌즈를 도시한다.
도 11은 본 실시예에 의한 광확산 렌즈가 백라이트 유닛 상에 분포되는 상태를 도시한다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 2가지 형태의 백라이트 유닛의 단면도로서, 도 1의 (a)는 엣지형(Edge-type) 백라이트 유닛이고, 도 1의 (b)는 본 발명이 적용될 수 있는 직하형 백라이트 유닛을 도시한다.
도 1과 같이, 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 표시장치는 액정 표시패널 등의 표시패널(140)과 그 하부에 배치되어 표시패널에 광을 조사하는 백라이트 유닛(120, 160)을 포함하며, 백라이트 유닛을 지지하고 표시장치의 후면 전체에 걸쳐 연장되는 금속 또는 플라스틱 재질의 커버 버텀(Cover Bottom; 110) 등을 포함한다.
또한, 액정표시장치는 측면에서 백라이트 유닛을 구성하는 광원 하우징(127)을 지지하면서 상부에서는 표시패널(140)을 지지하기 위한 가이드 패널(Guide Panel; 130)과, 커버 버텀 또는 가이트 패널의 측면을 둘러싸되 표시패널의 전면부 일부까지 연장되어 배치되는 케이스탑(Case Top; 150) 등을 추가로 포함할 수 있다.
이러한 액정 표시장치에서는 표시패널로 광을 제공하기 위한 백라이트 유닛이 포함되며, 백라이트 유닛은 광원의 배치 및 광의 전달 형태에 따라서 엣지형(Edge-Type) 또는 직하형(Direct-Type) 등으로 구분될 수 있다.
도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 엣지형 백라이트 유닛(120)은 LED 등의 광원(128)과 광원을 고정하기 위한 홀더 또는 하우징과 광원 구동 회로 등을 포함하는 광원 모듈(127)이 표시장치의 일측에 배치되며, 광을 패널 영역 전체로 확산시키기 위한 도광판(124; Light Guide Plate; LGP)과, 빛을 표시패널 방향으로 반사하기 위한 반사판(122)과, 도광판 상부에 배치되어 휘도 향상, 광의 확산 및 보호 등의 용도로 배치되는 1 이상의 광학시트(126) 등을 포함할 수 있다.
이러한 엣지형 백라이트 유닛에서는 광원으로부터의 광이 도광판 인입부로 입사된 후, 도광판에서 전반사되면서 표시장치의 전면으로 퍼지면서 표시패널 방향으로 출광하게 된다.
한편, 본 발명이 적용될 수 있는 직하형 백라이트 유닛은, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 커버버텀(110)의 상부에 배치되는 광원 PCB(161)와, 광원 PCB 상부에 일정 거리 이격되어 배치되어 광원으로부터 광을 확산시키는 확산판(165)과, 확산판 상부에 배치되는 1 이상의 광학 시트(166)을 포함할 수 있으며, 광원 PCB(161)에는 확산판의 처짐을 방지하기 위한 다수의 확산판 서포트(164; DPS)가 배치되어 있다.
광원 PCB(161)는 표시장치의 전면에 걸쳐서 배치되며, 광원 PCB 상부에는 다수의 광원인 LED칩(162)과, 각 광원으로부터 광을 확산시키기 위한 광확산 렌즈(163) 등이 포함된다.
통상적으로, 엣지형 백라이트 유닛은 도광판의 두께만큼의 공간만 있으면 되기 때문에 10mm 이하의 슬림화가 가능하다는 장점이 있으나, 광이 측면에서만 제공되므로 고휘도 구현이 어렵고, 도광판 등의 부품으로 인하여 제조비용이 높으며, 표시장치의 국부적인 영역만 광을 조사하는 로컬 디밍(Local Dimming) 기능의 구현이 어렵다는 단점이 있다.
한편, 직하형 백라이트 유닛은, 표시장치 전면에 배치되는 다수의 광원으로부터의 광을 직접 표시패널로 조사하므로 고휘도가 가능하고 제조비용이 낮으며 로컬 디밍 구현이 용이하다는 장점이 있으나, 다수의 점광원인 LED로부터의 광이 표시패널 충분히 확산될 수 있도록 하기 위하여 광원과 확산판 사이의 간극인 광학갭(Optical Gap; OG)이 일정 이상이어야 하므로 두께가 비교적 커서 슬림화에 한계가 있다는 단점이 있다.
최근 표시장치의 두께를 감소시키기 위한 슬립화 필요성이 커지고 있고, 그에 따라 직하형 백라이트 유닛의 두께를 감소시키기 위한 개발이 이루어지고 있다. 그 일환으로서, 광확산 렌즈의 개발 등에 따라 광원과 확산판 사이의 간극인 광학갭(Optical Gap; OG)을 일정 정도 감소시킬 수 있게 되었다.
그러나, 광학갭을 감소시키는 경우 확산판의 처짐량이 화질에 미치는 영향이 더 커지게 되고, 결과적으로 확산판의 처짐을 방지하기 위하여 더 많은 수의 확산판 서포트가 필요하게 된다.
도 2는 직하형 백라이트 유닛에서 광학갭의 크기에 따른 확산판 서포트의 배치 상태를 도시한다.
도 2의 (b)는 광원 PCB(161) 또는 광원 PCB 상에 배치될 수 있는 반사판(미도시)과 확산판(165) 사이의 거리인 광학갭(Optical Gap; OG)이 10mm 이상으로서 상대적으로 큰 경우로서 이 경우에는 확산판의 처짐에 의한 화질변화 또는 FOS(Front of Screen Test) 민감도가 비교적 작다. 따라서, 많은 수의 확산판 서포트(164; DPS)가 필요 없게 되고, 도 1의 (b)와 같이 확산판 서포트(164)가 여러 광확산 렌즈마다 1개씩만 배치되어도 된다.
도 2의 (c)는 광학갭이 5~10mm 이하로서 비교적 작은 경우로서, 이 때에는 확산판 처짐량이 동일하더라도 FOS 민감도가 증가하게 되며, 따라서 동일한 화질 또는 광균일성을 확보하기 위하여 더 많은 개수의 확산판 서포트가 필요하게 된다.
따라서, 도 1의 (c)와 같이, 확산판 서포트(164)가 광확산 렌즈의 개수 또는 그 이상으로 조밀하게 배치되어야 한다.
아래 표 1은 광학갭의 크기별로 동일한 FOS 시험결과 또는 화질을 유지하기 위하여 필요한 확산판 서포트(Diffuser Plate Support; DPS)의 개수 관계를 정리한 것이다.
광학갭(OG) 25mm 15mm 10mm 5~6mm
확산판 서포트(DPS) 개수 4 26 60 >150
표 1과 같이, 직하형 백라이트 유닛의 두께를 슬림하게 하기 위해서는 광학갭(OG)를 감소시켜야 하지만, 광학갭이 낮아짐에 따라 확산판 처짐에 따른 민감한 FOS 변화가 발생하게 된다.
예를 들어, 광학갭이 20mm와 10mm일 때, 확산판 서포트(DPS)의 처짐량이 동일하게 1m라고 가정하면, 광학갭이 10mm인 경우 확산판 처짐에 따른 광학갭 변화율은 10%로서 광학갭이 20mm인 경우의 5%의 2배가 된다. 따라서, 동일한 확산판 처짐량이라 하더라도 광학갭이 작은 경우에는 백라이트의 광균일도 또는 FOS 시험결과에 미치는 영향이 훨씬 크게 된다.
따라서, 광학갭을 감소시키는 경우 확산판 처짐량을 더 많이 감소시켜야 하고, 결과적으로 동일한 FOS 결과를 위해서 필요한 확산판 서포트의 개수가 급격히 증가한다.
표 1은 이러한 상황을 예시한 것으로서, 광학갭이 20mm일때 4개의 확산판 서포트(DPS)가 필요하다면, 광학갭이 15mm 및 10mm인 경우에는 확산판 서포트의 개수가 각각 26개 및 60개로 증가하고, 특히 광학갭이 5~6mm 정도로 감소하게 되면 확산판 서포트의 개수가 150개 이상으로 증가하여야 한다.
따라서, 백라이트 유닛의 슬림화를 위하여 광학갭을 10mm 이하로 감소시키는 경우, 필요한 확산판 서포트의 개수가 급격히 증가하고, 그에 따라 공정 시간(Tact Time)이 증가할 뿐 아니라, 제조 비용도 증가하는 문제가 야기된다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에서는, 광확산 렌즈의 상부에 확산판 지지 기능을 하도록 상부로 돌출된 지지부를 형성하여 확산판 서포트 사용없이 광확산 렌즈의 사용만으로도 확산판을 지지하도록 함으로써, 작은 광학갭 및 그에 따른 백라이트 유닛 슬림화를 달성하고자 한다.
또한, 광확산 렌즈의 상부에 확산판 지지 기능을 하도록 상부로 돌출된 지지부를 형성하되, 광확산 렌즈의 하부 곡면(광입사 곡면)의 설계를 최적화함으로써, 상부 지지부에 의하여 광확산 렌즈의 광확산 특성이 열화되지 않도록 한다.
이하에서는 도 3 내지 도 11을 참고로 본 발명의 실시예에 의한 광학산 렌즈와 그를 포함하는 백라이트 유닛과 표시장치를 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 광확산 렌즈를 포함하는 표시장치의 단면을 도시한다.
도 3에서와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 표시장치는 표시패널(400)과, 확산판 지지부(545)가 형성된 광확산 렌즈(540)를 포함하는 백라이트 유닛(500)과, 백라이트 유닛 및 표시패널 중 하나 이상을 지지하기 위한 지지부재 등을 포함하여 구성될 수 있다.
본 실시예의 특징부가 되는 백라이트 유닛(500)은 다시 표시패널에 광을 제공하는 다수의 광원(530)이 장착되는 광원 PCB(510)와, 렌즈 상부에서 외부로 돌출되는 확산판 지지부(545)를 포함하는 광확산 렌즈(540)와, 광확산 렌즈와 확산판 지지부에 접촉하여 지지되는 확산판(550)과, 확산판 상부에 배치되는 1 이상의 광학시트(560)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 의한 광확산 렌즈(540)는 광원 PCB(510)상에 장착되되 각 광원의 상부에 배치되고 광원으로부터 광이 입사되는 하부곡면(도 4의 542)과, 하부곡면을 통해 입사된 광이 출광되는 상부곡면(544)을 포함하며, 상부곡면 상면에서 외부로 돌출 형성되는 확산판 지지부(545)를 포함한다.
본 실시예에 의한 광확산 렌즈(540)는 발광다이오드(LED)와 같은 광원으로부터의 광을 확산시켜 확산판(550)으로 전달하는 렌즈 고유의 기능과 함께, 상부에 돌출형성된 확산판 지지부(545)가 확산판의 하면을 지지하여 확산판 처짐을 방지함으로써, 기존의 확산판 서포트의 기능을 가진다.
이러한 광확산 렌즈(540)의 세부 구성에 대해서는 도 4를 참고로 아래에서 더 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 광확산 렌즈의 세부 구성을 도시한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 광확산 렌즈(540)는 광원 PCB(510) 또는 반사판(520)상에 장착되며, 3개의 곡면을 포함하는 렌즈이다.
광확산 렌즈(540)를 구성하는 3개의 곡면은 광원의 상부에 배치되고 광원으로부터 광이 입사되는 하부곡면(542)과, 하부곡면을 통해 입사된 광이 출광되는 상부곡면(544)과, 상부곡면 상면에서 외부로 돌출 형성되는 확산판 지지부(545)의 외곽 표면으로 정의되는 지지곡면(546)을 포함한다.
이러한 광확산 렌즈는 광학패널은 폴리메타크릴산 메틸(poly-methyl metha crylate; PMMA), 폴리카보네이트(Poly Carbonate; PC), 폴리에테르 술폰(Poly Ether Sulfone; PES), 메타크릴레이트스티렌(Methacrylate Styrene; MS), 글래스 중 선택되는 1 이상의 광투과성 재료로 이루어질 수 있으며, 굴절율은 약1.4 내지 1.8 중에서 선택될 수 있다.
광확산 렌즈(540)는 광원 PCB에 평행한 평면으로 절단한 단면이 원형인 렌즈일 수 있다.
광확산 렌즈(540)를 구성하는 3개의 곡면, 즉 하부곡면(542), 상부곡면(544) 및 지지곡면(546)은 모두 상부 정점을 가지며 하부로 연장되는 곡면으로서, 3개 곡면 모두는 아래 수학식 1로 정의될 수 있다.
Figure 112015073428958-pat00001
상기 수학식 1에서 각 곡면의 정점을 원점으로 하는 원통좌표계(r,ρ, z축)로 가정한다. 즉, 원점으로부터 곡면상의 임의의 지점까지의 수평거리를 r, 원점으로부터 표시패널쪽으로 향하는 z축상의 거리를 z로 표시한다.
또한, 수학식 1에서 하첨자 i는 해당 곡면을 나타내는 1 내지 3 중 하나의 값으로서, 편의상 하부곡면(542), 상부곡면(544) 및 지지곡면(546)을 각각 1, 2 3으로 지정한다.
수학식 1에서 r값은 각 곡면 정점(원점)에서의 수평 거리이고, ci값은 각 곡면 정점에서의 곡률, k값은 코닉 상수, ai1, ai2, ai3, ai4는 해당 곡면의 1차, 2차, 3차, 4차 비구면 계수이다.
또한, 광확산 렌즈(540)를 구성하는 3개의 곡면은 모두 각 곡면의 정점을 원점으로 하는 r-z 좌표축(r은 원점으로부터 수평거리, z는 원점으로부터 확산판까지 연장되는 좌표축임)을 기준으로 할 때, 각 곡면의 좌우측 곡면 각각은 dz/dr<0로서 변곡점이 없는 곡면으로 구성함으로써, 렌즈의 광확산 성능을 최적화할 수 있으며, 이에 대해서는 아래에서 더 상세하게 설명한다.
즉, 정점을 기준으로 곡면의 일측 곡면 또는 곡선만을 고려할 때 r이 증가함에 따라 z가 지속적으로 감소하는 하향 곡선 또는 하향 곡면이라는 의미이다.
또한, 아래에서 더 상세하게 설명하겠지만, 광확산 렌즈(540)의 상부에 형성되는 확산판 지지부(545)로 인하여 렌즈의 상부 부근에서의 광경로가 변화되는 것을 방지하기 위하여, 하부곡면(542)의 형태를 최적화함으로써 광원으로부터의 광 중에서 렌즈의 중심 또는 센터 방향으로 향하는 광의 강도를 최소화할 필요가 있다.
따라서, 광확산 렌즈(540)의 곡면 중 광원으로부터의 광이 최초로 입사되는 하부곡면(542)은, 하부곡면의 정점을 원점으로 하는 r-z 좌표축을 기준으로, 정점에서의 곡률(c1)이 2 이상이고, |z| > 0.5mm일 때 |tan-1(dz/dr)| > 60도를 만족시키도록 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 백라이트 유닛(500)을 구성하는 광원 PCB(510) 또는 그 상부에 배치될 수 있는 반사판(520)으로부터 확산판까지의 이격 거리로 정의되는 광학갭(OG)이 10mm 이하이다.
또한, 광확산 렌즈(540)의 상부에 형성되는 확산판 지지부(545)는 높이가 0.5~3.0mm에서 결정되며, 확산판 지지부(545)의 하부직경(d)은 상기 확산판 지지부의 높이(h)의 1.2배보다 크고 확산판 지지부의 높이(h)의 10배보다 작은 것이 바람직하다.
이러한 광확산 렌즈(540)를 이루는 3개 곡면의 세부 구성에 대해서는 아래에서 도 5 이하를 참고로 추가로 설명한다.
이하에서는 본 실시예에 의한 표시장치의 구성요소 중에서 광확산 렌즈 이외의 구성요소에 대하여 세부적으로 설명한다.
본 실시예에 의한 표시장치에 사용되는 표시패널(400)은 액정 표시패널인 경우에는 다시 다수의 게이트 라인과 데이터 라인 및 그 교차 영역에 정의되는 픽셀(Pixel)과, 각 픽셀에서의 광투과도를 조절하기 위한 스위칭 소자인 박막 트랜지스터를 포함하는 어레이 기판과, 컬러필터 및/또는 블랙매트릭스 등을 구비한 상부기판과, 그 사이에 형성되는 액정물질층을 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 본 발명이 적용될 수 있는 표시패널은 이러한 액정표시패널에 한정되는 것은 아니며, 백라이트 유닛이 필요한 다른 형태의 표시장치까 포함할 수 있을 것이다.
한편, 도 3과 같은 표시장치는 게이트라인과 데이터 라인에 각각 게이트 신호와 데이터 신호를 인가하여 표시패널을 구동하기 위하여 게이트 구동부 및 데이터 구동부 등의 구동부가 필요하며, 이러한 게이트 구동부는 패널 내부에 회로소자로 형성되는 게이트-인-패널(Gate in Panel; GIP) 방식일 수도 있고, 별도의 회로장치로 제조되어 표시패널에 실장되는 형태일 수 도 있다.
그리고, 데이터 구동부는 데이터 구동회로 또는 드라이브 IC(D-IC)로 불리는 집적 회로 소자로 구현되어 별도의 소스 인쇄회로기판(Source PCB)에 실장된 후 표시패널의 후면 또는 측면에 배치되며, 이러한 소스 PCB를 표시패널에 연결하기 위하여 연성 재질의 회로기판인 칩-온-필름(COF)가 사용될 수 있다.
백라이트 유닛(500) 또는 표시패널(600)을 지지하기 위한 지지구조는 표시장치의 후면 및 측면 일부를 커버하는 금속 또는 플라스틱 재질의 백커버인 커버 버텀(Cover Bottom; 310)과, 표시패널을 하부에서 지지하는 가이드 패널(Guide Panel; 320)과, 표시장치의 최외곽 측면과 표시패널의 상면 가장자리를 커버하는 케이스탑(Case Top; 330) 등을 포함할 수 있다.
표시장치를 구성하는 커버 버텀(310)은 금속재질 또는 플라스틱 재질의 판상 부재로서, 표시장치 후면 전체를 지지하는 후면부와 그로부터 연장되어 백라이트 유닛의 측면 일부를 커버하는 측면부를 포함할 수 있다.
본 명세서에서의 커버 버텀(Cover Bottom; 310)은 백라이트 유닛 또는 표시패널 중 1 이상을 지지하는 모든 형태의 지지구조를 포함하는 것으로서, 베이스 프레임(Base Frame), 메탈 프레임(Metal Frame), 메탈 샤시(Metal Chassis), 샤시 베이스(Chassis Base) 등 다른 표현으로 사용될 수 있으며, 표시패널 및 백라이트 유닛 중 1 이상을 고정하는 지지체로서 표시장치의 가장 기저부에 배치되는 모든 형태의 프레임 또는 판상 구조물을 포함하는 개념으로 이해되어야 할 것이다. 이러한 커버 버텀(310)은 금속 재료 또는 플라스틱 재료 모두로 형성될 수 있을 것이다.
가이드패널(320)은 커버 버텀(310)과 결합되고, 백라이트 유닛(500)의 전면 일부를 커버하면서 상측에서 표시패널(400)을 부착하기 위한 플라스틱 구조물이다.
더 구체적으로, 가이드 패널(Guide Panel; 320)은 커버 버텀(310)과 고정되어 백라이트 유닛(500)과 표시패널(400)을 연결하는 구조인 플라스틱 재질의 부재로서, 서포트 메인으로 표현되기도 한다. 가이드 패널(320)의 상면 일부에는 양면 테이프가 부착되고 그 상부에 표시패널(400)이 배치됨으로써 표시패널이 고정 장착될 수 있다.
케이스탑(330)은 커버 버텀(310) 또는 가이드 패널(320)의 측면부를 덮어서 표시패널의 전면 일부까지 절곡 연장되어 표시패널의 전면 가장자리를 보호하는 기능을 한다.
이러한 케이스 탑(330)은 표시패널의 전면 가장자리와 표시장치 측면을 커버하여 보호하기 위한 "ㄱ"자 형태의 금속 판상 부재로서, 본 명세서에서의 케이스 탑(Case Top)은 표시장치의 측면에서 전면 일부까지 연장 형성되어 표시패널의 전면 일부를 보호하기 위한 모든 형태의 커버, 프레임 등을 포함하는 개념이며, 반드시 케이스 탑이라는 용어에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서 "표시장치"라는 용어는 표시패널과 표시패널을 구동하기 위한 구동부를 포함하는 액정 모듈(Liquid Crystal Module; LCM)과 같은 협의의 표시장치는 물론, 그러한 LCM을 포함하는 완제품인 텔레비전, 컴퓨터 모니터, 스마트폰 또는 전자패드와 같은 모바일 전자장치 등과 같은 세트 전자 장치 또는 세트 장치까지도 포함하는 개념으로 사용한다.
즉, 본 명세서에서의 표시장치는 LCM과 같은 협의의 디스플레이 장치는 물론, 그를 포함하는 응용제품인 세트 장치까지 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 적용되는 백라이트 유닛(500)에 포함되는 광원 PCB(510)는 LED칩과 같은 광원칩 또는 광원 패키지로 구성되는 광원(530)과, 그 광원을 구동하기 위한 LED 구동 회로 등이 포함된 인쇄회로기판(PCB)로서, 표시패널 후면의 전체에 걸쳐 형성되는 판상 PCB일 수 있다.
또한, 광원 PCB에 실장되는 광원(520) 또는 광원소자는 발광 다이오드(LED) 또는 발광 다이오드 스트립 등이 사용될 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니며, 표시패널에 필요한 광을 제공할 수 있는 한 모든 형태의 광원이 사용될 수 있을 것이다.
또한, 광원(530)이 장착되는 광원 PCB(510)는 방열 기능이 구비된 메탈코어 PCB일 수 있다.
또한, 광원 PCB(510)의 상부에는 광원으로부터의 광을 표시패널쪽으로 반사시키기 위한 반사판(520)이 추가로 구비될 수 있다. 이러한 반사판은 다수의 광원(530) 각각을 제외한 광원 PCB 전면과 커버버텀(310) 내면 전체를 커버하는 백색 또는 은색의 판상 부재로서, 다수의 광원으로부터 출사되는 광 중 커버버텀쪽으로 향하는 광을 표시패널(400) 방향으로 반사시켜 광효율을 증대시키는 기능을 한다.
이러한 반사판(520)에는 다수의 광원(530)에 대응되어 광원 각각이 통과할 수 있도록 하는 관통홀이 형성될 수 있다. 따라서, 각 광원은 반사판(520)에 형성된 관통홀을 통과해서 반사판 외부로 노출될 수 있다.
이러한 광원 PCB(510)과 반사판(520)은 하나의 어레이(Array)기판 또는 어셈블리로 제작될 수 있으며, 이런 경우 기존의 확산판 서포트(도 1의 164)는 반사판 상부와 확산판 사이에 배치된다.
백라이트 유닛에 포함되는 확산판(550)은 광확산 렌즈(540)로부터 확산되이 입사되는 광을 표시패널 전체에 걸쳐 고르게 분포되도록 확산시키는 기능을 한다.
이러한 확산판(550)은 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate:PMMA), MS(methlystylene)수지, 폴리스티렌(polystyrene:PS), 폴리프로필렌(Polypropylene:PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate:PET) 및 폴리카보네이트(polycarbonate:PC) 중 선택된 1종 이상의 광투광성 재료로 형성된다.
또한, 확산판(550)의 광확산 특성을 향상시키기 위하여 확산판의 표면 일부에는 다수의 확산패턴이 형성될 수 있으며, 이러한 확산패턴은 광원에 대응되는 일부 영역에만 형성될 수도 있고, 확산판 배면 전체에 걸쳐 형성될 수도 있다.
또한, 확산판(550)의 내부에는 입사된 광을 널리 확산시키기 위하여 다수의 산란입자를 포함할 수 있다. 이러한 산란입자는 비드(Bead) 형상일 수 있으며, 산란입자의 형상, 크기 및 분포는 규칙적 또는 불규칙적일 수 있다.
확산판 상부에는 확산판을 통과한 광을 집광하여 표시패널(400)로 보다 균일한 면광원이 입사되도록 하는 다수의 광학시트(560)들이 배치될 수 있다.
이러한 광학시트(560)는 집광 기능을 하는 집광시트 또는 프리즘 시트(Prism Sheet; PS)와, 광을 확산시키는 확산시트(Diffusing Sheet; DS)와, DBEF(dual brightness enhancement film)라 불리는 반사형 편광필름 등 각종 기능성 시트 들이 조합되어 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예 사용되는 광확산 렌즈를 구성하는 3개 곡면의 r-z 좌표계 상에서의 형태를 도시한다.
도 5의 (a)는 광확산 렌즈의 곡면 중 광원으로부터의 광이 최초로 입사되는 하부곡면(542)에 관한 것으로서, 하부곡면은 전술한 수학식 1을 만족한다.
즉, 하부곡면은 수학식 1을 만족하되, 그때 수학식 1의 변수 등은 r값은 지지곡면 정점에서의 수평 거리이고, c1값은 하부곡면 정점에서의 곡률, k값은 코닉 상수, a11, a12, a13, a14는 하부곡면의 1차, 2차, 3차, 4차 비구면 계수이다. 물론, 경우에 따라서는 4차 이상의 고차 비구면 항목이 수학식 1에 추가될 수 있다.
이러한, 하부곡면(542)은 그 정점을 원점으로 하는 r-z 좌표계에서 그 일측 곡면이 변곡점이 없이 지속적으로 하향되는 곡면을 이룬다. 즉, 하부곡면의 정점 기준으로 일 측면의 곡선 또는 곡면의 임의의 지점은 dz/dr<0의 조건을 만족한다.
또한, 하부곡면의 정점에서의 곡률반경, 즉, 하부곡면 정점과 접하는 원의 반경을 R1이라 할 때, 하부곡면의 곡률인 c1은 곡률반경의 역수(1/R1)로 정의될 수 있다. 이 때, 하부곡면의 곡률인 c1은 2 이상이고, |z| > 0.5mm인 하부곡면상의 특정 지점은 |tan-1(dz/dr)| > 60도를 만족하여야 한다. 이러한 하부곡면의 특성은 아래에서 도 6 및 도 7을 참고로 더 설명한다.
도 5의 (b)는 광확산 렌즈의 곡면 중 렌즈 내부를 통과한 빛이 외부로 출광되는 상부곡면(544)에 관한 것으로서, 상부곡면 역시 전술한 수학식 1을 만족하며, 그 때 수학식 1의 변수 또는 계수로서, c2값은 상부곡면 정점에서의 곡률, k값은 코닉 상수, a21, a22, a23, a24는 상부곡면의 1차, 2차, 3차, 4차 비구면 계수이다. 물론, 경우에 따라서는 상부곡면을 위한 4차 이상의 고차 비구면 항목이 수학식 1에 추가될 수 있다.
이러한, 상부곡면(544) 역시 그 정점을 원점으로 하는 r-z 좌표계에서 그 일측 곡면이 변곡점이 없이 지속적으로 하향되는 곡면을 이루며, 상부곡면의 정점 기준으로 일 측면의 곡선 또는 곡면의 임의의 지점은 dz/dr<0의 조건을 만족한다.
또한, 상부곡면(544)의 정점에서의 곡률반경, 즉, 상부곡면 정점과 접하는 원의 반경을 R2라 할 때, 상부곡면의 곡률인 c2은 곡률반경의 역수(1/R2)로 정의될 수 있으며, 이 때 상부곡면의 곡률인 c2은 하부곡면의 곡률인 c1보다는 작은 값을 가진다.
도 5의 (c)는 광확산 렌즈의 곡면 중 상부에 형성된 확산판 지지부(545)의 외부 표면으로 정의되는 지지곡면(546)에 관한 것으로서, 지지곡면(546) 역시 전술한 수학식 1을 만족하며, 그 때 수학식 1의 변수 또는 계수로서, c3값은 지지곡면 정점에서의 곡률, k값은 코닉 상수, a31, a32, a33, a34는 지지곡면의 1차, 2차, 3차, 4차 비구면 계수이다. 물론, 경우에 따라서는 지지곡면을 위한 4차 이상의 고차 비구면 항목이 수학식 1에 추가될 수 있다.
이러한, 지지곡면(546) 역시 그 정점을 원점으로 하는 r-z 좌표계에서, 지지곡면의 정점 기준으로 일 측면의 곡선 또는 곡면의 임의의 지점은 dz/dr<0의 조건을 만족함으로써 변곡점이 없이 지속적으로 하향되는 곡면을 이룬다.
또한, 지지곡면(546)의 정점에서의 곡률반경, 즉, 지지곡면 정점과 접하는 원의 반경을 R3라 할 때, 지지곡면의 곡률인 c3은 곡률반경의 역수(1/R3)로 정의될 수 있으며, 이 때 지지곡면의 곡률인 c3은 하부곡면의 곡률인 c1보다는 크거나 같은 값을 가지는 것이 바람직하다. 이로써, 지지곡면은 상부의 확산판을 지지하면서도 광확산 렌즈의 센터 영역으로 향하는 광에 의한 확산 성능 열화를 최소화할 수 있다.
물론, 하부곡면(542), 상부곡면(544) 및 지지곡면(546)에 대한 수학식 1의 변수 및 계수인 곡률 ci, 비구면계수 ai1, ai2, ai3, ai4는 각각 상이한 값을 가질 수 있으나, 그에 한정되는 것은 아니며 각 곡면의 계수 또는 곡률 중 하나 이상은 동일한 값일 수도 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 광확산 렌즈(540)에서의 광경로를 도시하며, 도 7은 광확산 렌즈의 하부곡면의 세부 조건을 도시한다.
본 실시예에 의한 광확산 렌즈(540)는 기존 렌즈와 비교할 때 상부에 별도의 확산판 지지부의 돌출구조가 형성되며, 따라서 일반적인 광확산 렌즈와 상이한 광확산 특성을 가진다.
즉, 광확산 렌즈의 상부에 형성되는 확산판 지지부는 기존의 확산판 서포트를 대신하여 확산판의 하부를 지지함으로써 확산판 처짐을 방지하는 기능을 하지만, 그로 인하여 광원으로부터의 광경로를 변화시켜 렌즈의 광확산 특성을 열화시킬 가능성이 있다.
도 6과 같이, 광원(530)으로부터의 광 중에서 측면으로 향하는 광인 L1은 하부곡면 및 상부곡면에서 굴절되어 렌즈 외부로 출광될 때 확산판 지지부(540)를 경유하지 않으므로 광경로의 변화가 없다.
그러나, 광원으로부터의 광 중에서 렌즈의 중심, 즉 확산판 지지부(540) 부근으로 향하는 광인 L2는 확산판 지지부(545)의 지지곡면(546)에서 한번 더 굴절되어 출사광 L2'로 출광되며, 따라서 광확산 렌즈에 의한 균일한 광확산 성능의 열화를 일으킬 수 있다.
따라서, 광확산 렌즈(540)의 하부 곡면에서 출사한 광 중 광확산 렌즈의 중심으로 향하는 광의 세기인 센터 강도(Center Intensity)를 최대로 줄여, 확산판 지지부(540)로의 광 입사를 최소화 할 필요가 있다.
도 7은 이러한 목적으로 설계한 광확산 렌즈의 하부곡면(542)의 세부 구성을 도시한다.
도 7과 같이, 본 실시예에 의한 광확산 렌즈의 하부곡면(542)은 렌즈의 센터로 향하는 광을 최소화할 수 있도록 하는 조건으로서, 하부곡면의 정점을 원점으로 하는 r-z 좌표축(r은 원점으로부터 수평거리, z는 원점으로부터 확산판까지 연장되는 좌표축임)을 기준으로, 하부곡면(542)은 정점에서의 곡률(c1)이 2 이상이고, |z| > 0.5mm일 때 |tan-1(dz/dr)| > 60도를 만족하여야 한다.
즉, 하부곡면(542)은 정점에서의 곡률반경(R1)이 0.5mm 이하이고, 적어도 |z| > 0.5mm인 곡선 영역의 특정 지점에서는 접선의 기울기가 60도 이상이 되도록 급한 경사면을 이루도록 한다.
이와 같은 조건을 만족하는 경우, 광원(530)으로부터 방사상으로 출사되어 하부곡면(542)에서 1차 굴절된 광 중에서 광확산 렌즈의 확산판 지지부(545)로 향하는 광이 최소화된다. 따라서 확산판 지지부(540)가 확산판 서포트를 대신하여 확산판을 지지함으로써 확산판 처짐을 방지하면서도, 그 확산판 지지부(540)에 의한 렌즈의 광확산 성능을 최대한 유지할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 광확산 렌즈의 확산판 지지부(545)의 세부 형태와 확산판 사이의 배치 관계를 도시하며, 도 9는 확산판 지지부를 형성하기 위한 공정 일부를 도시한다.
본 실시예에 의하여 광확산 렌즈(540)의 상부에 형성되는 확산판 지지부(545)는 상부의 확산판의 처짐을 방지하기 위하여 확산판을 지지할 수 있을 정도의 크기 및 강도를 가져야 한다. 또한, 확산판 지지부(545)의 선단부는 확산판(550)의 저면과 접촉하여야 한다.
이러한 관점에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 확산판 지지부(545)의 높이(h)와 하부 직경(d)이 결정되어야 한다.
이 때, 확산판 지지부(545)의 높이(h)는 상부곡면(544)과 지지곡면(546)이 만나는 지점으로부터 지지곡면(546)의 정점까지의 z축상 거리로 정의되고, 확산판 지지부(545)의 하부 직경(d)은 상부곡면(544)과 지지곡면(546)이 만나는 두 대향 지점 사이의 거리로 정의된다.
본 실시예에 의한 광확산 렌즈의 확산판 지지부(545)는 높이(h)가 0.5~3.0mm에서 결정되며, 하부직경(d)은 확산판 지지부의 높이(h)의 1.2~10배로 결정되는 것이 바람직하다.
광확산 렌즈의 재료의 강도가 우수하다면, 전술한 확산판 지지부로의 입사광을 최소화하여야 한다는 점에서, 확산판 지지부의 하부직경(d)는 작을수록 유리할 것이다.
그러나, 확산판 지지부의 제조 공정상의 제한으로 인하여, 하부직경(d)은 확산판 지지부의 높이(h)의 1.2배보다 크게 되며, 이에 대해서는 아래에서 도 9를 참고로 더 설명한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 광확산 렌즈(540)는 렌즈 형성을 위한 금형(900)에 렌즈 재료를 주입하는 몰딩 공정에 의하여 제조된다.
이 때, 1차 금형(900)은 광확산 렌즈의 상부곡면에 대응되는 제1면(944)을 가지도록 형성된 이후에, 광확산 렌즈 상부의 확산판 지지부(545)에 해당되는 오목부의 제2면(946)을 절삭 가공함으로써 2차 금형(900')을 제작한다.
이 때, 확산판 지지부에 대응되는 오목부를 형성하기 위하여 절삭공구인 바이트(Bite; 910)가 사용되는데, 이러한 바이트(910)는 일정 강도를 가져야 하기 때문에, 바이트의 선단 각도는 통상적으로 20도보다 크게 된다.
따라서, 광확산 렌즈 제조를 위한 최종 금형인 2차 금형(900')에 형성되는 확산판 지지부에 대응되는 오목부의 형상을 일정 수준 이상으로 좁게 형성하는 것에 제한이 생기며, 이에 의하여 확산판 지지부(545)의 하부직경(d)은 확산판 지지부의 높이(h)의 1.2배보다 크게 되는 것이다.
또한, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 실시예가 적용되는 백라이트 유닛에서는, 두께 감소를 위하여 렌즈 저면으로부터 확산판 사이의 거리로 정의되는 광학갭(OG)이 10mm 이하여야 한다.
통상 광확산 렌즈의 저면에서 상부곡면의 정점까지의 거리가 5~6mm 정도이므로, 렌즈의 높이와 필요한 광학갭(OG)의 크기에 따라서, 본 실시예에 의한 확산판 지지부(545)의 높이(h)는 광학갭(OG)의 크기에 따라 0.5~3.0mm로 결정될 수 있는 것이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 광확산 렌즈를 도시한다.
전술한 바와 같이, 본 실시예에 의한 광확산 렌즈(540)는 상부에 확산판 지지부(545)가 추가로 형성되며, 그 확산판 지지부로 향하는 광을 최소화하기 위하여 광확산 렌즈의 하부곡면(542)이 최대한 좁고 급한 경사를 가지도록 형성되어야 한다.
따라서, 경우에 따라서 광확산 렌즈의 하부에 배치되는 LED칩과 같은 광원(530)을 하부곡면이 완전히 커버하지 못하는 경우가 발생될 수 있다.
이러한 경우를 대비하여, 본 발명의 다른 실시예에 의한 광확산 렌즈는 도 10의 (a)와 같이, 저면에 반사판(520) 또는 광원 PCB(510)에 장착될 수 있는 1 이상의 다리부(547)를 구비할 수 있다.
즉, 광확산 렌즈(540)의 저면에 돌출형성되는 1 이상의 다리부(547)를 반사판(520) 또는 광원 PCB(510)에 형성된 조립홀(미도시) 압입함으로써 광확산 렌즈를 반사판(520) 또는 광원 PCB(510) 상에 조립할 수 있다.
다리부(547)로 인하여 광확산 렌즈(540)와 반사판(520) 사이에 일정 공간이 생기고, 따라서 광확산 렌즈의 하부곡면(542)의 기저부가 광원(530)을 충분히 커버할 정도의 크기가 아니더라도, 광확산 렌즈를 광원상에 장착시킬 수 있게 된다.
한편, 도 10의 (b)의 실시예에서는, 광확산 렌즈(540)의 저면에 경사면(548)이 구비될 수 있다.
즉, 광확산 렌즈의 저면(549)과 하부곡면의 기저부 사이에서 일정 각도로 경사진 경사면(548)을 형성함으로써, 경사면(548) 하부에 일정한 공간을 확보할 수 있고, 따라서 따라서 광확산 렌즈의 하부곡면(542)의 기저부가 광원(530)을 충분히 커버할 정도의 크기가 아니더라도, 광확산 렌즈를 광원상에 장착시킬 수 있게 된다. 또한, 도 10의 (c)와 같이, 하부곡면의 기저부로부터 외곽으로 갈수록 상향 경사진 역경사면(548')을 가지도록 구성할 수 있으며, 이러한 역경사면은 광원으로부터 측방으로 출사되는 광을 굴절/반사시켜 렌즈 상부로 향하도록 함으로써 렌즈의 집광력을 향상시킬 수 있다.
도 11은 본 실시예에 의한 광확산 렌즈가 백라이트 유닛 상에 분포되는 상태를 도시한다.
본 실시예에 의한 광확산 렌즈는 상부에 확산판 지지부(545)가 형성됨으로써, 별도의 확산판 서포트가 없이도 확산판을 지지하여 확산판의 처짐을 방지할 수 있다.
이 때, 도 11의 (a)와 같이, 광확산 렌즈(540)가 직하형 백라이트 유닛 상에 배치되는 모든 광원상에 배치될 수도 있고, 도 11의 (b)와 같이 일부 광원상에만 본 실시예에 의한 광확산 렌즈(540)가 배치되고 나머지 광원상에는 일반적인 형태, 즉 확산판 지지부가 없는 렌즈(563)가 배치될 수도 있다.
전술한 바와 같이, 광학갭이 상대적으로 작은 경우에는 확산판의 처짐이 화질 또는 FOS 시험결과에 미치는 영향이 크고, 따라서 확산판의 처짐량을 최소화 하여야 한다. 이러한 경우에는 도 11의 (a)와 같이 광확산 렌즈(540)를 직하형 백라이트 유닛 상에 배치되는 모든 광원상에 배치하여 확산판 지지 포인트를 증가시켜 확산판 처짐을 최소화할 수 있다.
그러나, 광학갭이 상대적으로 큰 경우에는 확산판의 처짐량을 일정 부분 허용할 수 있으며, 이런 경우에는 도 11의 (b)와 같이 일부 광원상에만 본 실시예에 의한 광확산 렌즈(540)를 배치하여, 확산판 지지부에 의한 확산판 처짐을 일정부분 지지함과 동시에, 렌즈에 의한 광확산 특성 열화를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
이상과 같은 본 발명의 일 실시예에 의하면, 백라이트 유닛 광원상에 배치되는 광확산 렌즈의 상부에 돌출구조인 확산판 지지부를 형성함으로써, 별도의 확산판 서포트(DPS)가 필요없게 되어 백라이트 유닛 및 표시장치의 구조가 단순해지고 제조 비용이 절감되는 효과가 있다.
또한, 광확산 렌즈 상부의 확산판 지지부를 이용하여 확산판을 지지하기 때문에, 모든 광원 상에서 확산판을 지지하게 되고, 따라서 별도의 확산판 서포트 없이도 광원과 확산판 사이의 간극인 광학갭(Optical Gap; OG)을 감소시켜 백라이트 유닛 및 그를 포함하는 액정 표시장치의 두께를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 광확산 렌즈의 하부 곡면 및 지지부의 외곽을 형성하는 지지곡면의 형상을 최적화함으로써, 상부 지지부에 의한 확산판 지지가 가능하면서도, 광확산 렌즈의 광확산 성능 열화를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
310 : 커버 버텀(Cover Bottom) 320 : 가이드패널
330 : 케이스탑 400 : 표시패널
500 : 백라이트 유닛 510 : 광원 PCB
520 : 반사판 530 : 광원
540 : 광확산 렌즈 550 : 확산판
560 : 광학시트 545 : 확산판 지지부
542 : 하부곡면 544 : 상부곡면
546 : 지지곡면

Claims (14)

  1. 표시패널에 광을 제공하기 위하여 표시장치의 커버버텀 상에 배치되고, 다수의 광원이 장착되는 광원 PCB;
    상기 광원 상부에 배치되고 상기 광원으로부터 광이 입사되는 하부곡면과, 하부곡면을 통해 입사된 광이 출광되는 상부곡면과, 상기 상부곡면 상면에서 외부로 돌출되는 확산판 지지부를 포함하는 광확산 렌즈;
    상기 광확산 렌즈와 확산판 지지부에 접촉하여 지지되는 확산판;
    상기 확산판 상부에 배치되는 1 이상의 광학시트;
    를 포함하고,
    상기 하부곡면은 변곡점을 가지지 않으며,
    상기 하부곡면의 정점을 원점으로 하는 r-z 좌표축(r은 원점으로부터 수평거리, z는 원점으로부터 확산판까지 연장되는 좌표축임)을 기준으로, 상기 하부곡면은 상기 정점에서의 곡률(c1)이 2 이상이고, |z| > 0.5mm일 때 |tan-1(dz/dr)| > 60도를 만족하는 백라이트 유닛.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광원 PCB로부터 상기 확산판까지의 거리인 광학갭이 10mm보다 작으며, 상기 광확산 렌즈의 확산판 지지부의 높이(h)는 0.5~3.0mm에서 결정되는 백라이트 유닛.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 확산판 지지부의 하부직경(d)은 상기 확산판 지지부의 높이(h)의 1.2배보다 크고 10배보다 작은 백라이트 유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 확산판 지지부의 외곽표면으로 정의되는 지지곡면은, 상기 지지곡면의 정점을 원점으로 하는 r-z 좌표축(r은 원점으로부터 수평거리, z는 원점으로부터 확산판까지 연장되는 좌표축임)을 기준으로 할 때, 아래 수학식을 만족하는 백라이트 유닛.
    Figure 112015073428958-pat00002

    (r값은 지지곡면 정점에서의 수평 거리이고, c3값은 지지곡면 정점에서의 곡률, k값은 코닉 상수, a31, a32, a33, a34는 1차, 2차, 3차, 4차 비구면 계수임)
  6. 제5항에 있어서,
    상기 지지곡면 정점에서의 곡률인 c3값은 상기 하부곡면의 정점에서의 곡률(c1)보다 크거나 같은 백라이트 유닛.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 하부곡면, 상부곡면 및 지지곡면은 각 곡면의 정점을 원점으로 하는 r-z 좌표축(r은 원점으로부터 수평거리, z는 원점으로부터 확산판까지 연장되는 좌표축임)을 기준으로 할 때, 각 곡면의 좌우측 곡면 각각은 dz/dr<0로서 변곡점이 없는 백라이트 유닛.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광원 PCB 상에는 반사판이 추가로 배치되며, 상기 광원은 반사판에 구비된 관통홀을 통하여 외부로 노출되는 백라이트 유닛.
  9. 광원으로부터 광이 입사되는 하부곡면;
    상기 하부곡면을 통해 입사된 광이 출광되는 상부곡면; 및,
    상기 상부곡면의 상면에서 외부로 돌출되어 확산판의 저면을 지지하는 확산판 지지부;
    를 포함하고,
    상기 하부곡면은 변곡점을 가지지 않으며,
    상기 하부곡면의 정점을 원점으로 하는 r-z 좌표축(r은 원점으로부터 수평거리, z는 원점으로부터 확산판까지 연장되는 좌표축임)을 기준으로, 상기 하부곡면은 상기 정점에서의 곡률(c1)이 2 이상이고, |z| > 0.5mm일 때 |tan-1(dz/dr)| > 60도를 만족하는 광확산 렌즈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 확산판 지지부의 높이(h)는 0.5~3.0mm에서 결정되며, 상기 확산판 지지부의 하부직경(d)은 상기 확산판 지지부의 높이(h)의 1.2배보다 크고 10배보다 작은 광확산 렌즈.
  11. 삭제
  12. 표시패널;
    상기 표시패널에 광을 제공하는 다수의 광원이 장착되는 광원 PCB와, 상기 광원 상부에 배치되고 상기 광원으로부터 광이 입사되는 하부곡면, 하부곡면을 통해 입사된 광이 출광되는 상부곡면 및 상기 상부곡면의 상면에서 외부로 돌출되는 확산판 지지부를 포함하는 광확산 렌즈와, 상기 광확산 렌즈와 확산판 지지부에 접촉하여 지지되는 확산판과, 상기 확산판 상부에 배치되는 1 이상의 광학시트를 포함하는 백라이트 유닛;
    상기 백라이트 유닛 및 표시패널 중 하나 이상을 지지하기 위한 지지부재;
    를 포함하고,
    상기 하부곡면은 변곡점을 가지지 않으며,
    상기 하부곡면의 정점을 원점으로 하는 r-z 좌표축(r은 원점으로부터 수평거리, z는 원점으로부터 확산판까지 연장되는 좌표축임)을 기준으로, 상기 하부곡면은 상기 정점에서의 곡률(c1)이 2 이상이고, |z| > 0.5mm일 때 |tan-1(dz/dr)| > 60도를 만족하는 표시장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 광원 PCB로부터 상기 확산판까지의 거리인 광학갭이 10mm보다 작고, 상기 확산판 지지부의 높이(h)는 0.5~3.0mm에서 결정되며, 상기 확산판 지지부의 하부직경(d)은 상기 확산판 지지부의 높이(h)의 1.2배보다 크고 10배보다 작은 표시장치.
  14. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102352404B1 (ko) 2017-05-29 2022-01-19 희성전자 주식회사 백라이트 장치
KR102516614B1 (ko) * 2017-06-30 2023-03-31 엘지디스플레이 주식회사 광학 렌즈, 이를 구비하는 광학 모듈 및 이를 구비하는 백라이트 유닛
CN107807474A (zh) * 2017-10-30 2018-03-16 胜蓝科技股份有限公司 一种小型化折射散光透镜的结构和背光模组
KR20190053312A (ko) 2017-11-09 2019-05-20 희성전자 주식회사 도광 렌즈 및 이를 구비하는 직하형 백라이트 장치
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KR102134078B1 (ko) * 2018-11-29 2020-07-14 몰렉스 엘엘씨 발광 소자용 광 확산 렌즈
KR20210034841A (ko) 2019-09-23 2021-03-31 삼성전자주식회사 디스플레이 장치
CN114566093A (zh) * 2020-11-27 2022-05-31 邱榆钧 显示装置
CN115240565A (zh) * 2021-04-25 2022-10-25 华为技术有限公司 电子设备

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006310640A (ja) * 2005-04-28 2006-11-09 Sony Corp 発光ダイオード、バックライト装置及び液晶表示装置
WO2011010488A1 (ja) * 2009-07-21 2011-01-27 シャープ株式会社 レンズユニット、発光モジュール、照明装置、表示装置、およびテレビ受像装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080064490A (ko) * 2007-01-05 2008-07-09 삼성코닝정밀유리 주식회사 광학 렌즈 및 백라이트 유닛
KR102009798B1 (ko) * 2011-12-30 2019-08-13 엘지디스플레이 주식회사 백라이트 유닛
WO2013132313A2 (en) * 2012-03-05 2013-09-12 Seoul Semiconductor Co., Ltd. Illumination lens for short-throw lighting

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006310640A (ja) * 2005-04-28 2006-11-09 Sony Corp 発光ダイオード、バックライト装置及び液晶表示装置
WO2011010488A1 (ja) * 2009-07-21 2011-01-27 シャープ株式会社 レンズユニット、発光モジュール、照明装置、表示装置、およびテレビ受像装置

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