KR20120129290A - 표시장치 - Google Patents

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김영찬
정병호
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

광을 출사하는 적어도 한 개의 광원, 광을 가이드하는 도광판, 및 도광판으로부터 광을 제공받아 영상을 표시하는 표시패널을 포함하는 표시장치가 개시된다. 도광판은 입광면, 대광면, 상면 및 하면을 포함한다. 입광면은 광원과 마주보며 광을 수신하고, 대광면은 입광면에 대향하여 광을 반사하며 호의 형상을 갖는다. 도광판의 입광면은 일 방향으로 연장된 제1 면 및 광원에 대응하는 영역에서 제1 면으로부터 대광면 측으로 기울어진 다수의 제2 면을 포함하고, 제2 면들에 의해서 다각뿔 형상의 적어도 하나의 광학홈이 정의된다. 따라서, 도광판의 암부 영역을 감소시킬 수 있고, 그 결과 표시장치의 표시품질을 개선할 수 있다.

Description

표시장치{DISPLAY APPARATUS}
본 발명은 표시장치에 관한 것으로, 특히 표시 품질을 향상시키면서 광 손실을 감소시킬 수 있는 표시장치에 관한 것이다.
액정 표시장치는 화상을 표시하는 표시패널 및 표시패널에 광을 공급하는 백라이트 유닛을 포함한다.
백라이트 유닛은 광을 발생하는 광원과 상기 광원에서 나오는 광을 표시패널 방향으로 가이드 하는 도광판을 구비한다. 백라이트 유닛의 광원으로써 냉음극 형광 램프와 같은 선광원 또는 발광 다이오드와 같은 점광원 등이 사용될 수 있다. 도광판은 선광원 또는 점광원으로부터 출사된 광을 면광원 형태로 변환하여 표시패널에 공급한다.
그런데, 선광원보다는 점광원이 소비 전력을 저감시키면서 표시장치를 박형화시키는데 유리하다.
본 발명의 목적은 휘도 균일성을 향상시키면서, 광 손실을 방지할 수 있는 표시장치는 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 표시장치는 광을 출사하는 적어도 한 개의 광원, 상기 광을 가이드하는 도광판, 및 상기 도광판으로부터 상기 광을 제공받아 영상을 표시하는 표시패널을 포함한다.
상기 도광판은 상기 광원과 마주보며 상기 광을 수신하는 입광면, 상기 입광면에 대향하여 상기 광을 반사하며 호의 형상을 갖는 대광면, 상기 입광면의 양측에 배치되어 상기 입광면과 상기 대광면을 연결하는 연결면들, 상기 입광면, 상기 대광면, 및 상기 연결면들에 연결되며 상기 광을 출사하는 상면, 및 상기 상면에 대향하는 하면을 포함한다.
상기 도광판의 입광면은 일 방향으로 연장된 제1 면 및 상기 광원에 대응하는 영역에서 상기 제1 면으로부터 상기 대광면 측으로 기울어진 다수의 제2 면을 포함하고, 상기 제2 면들에 의해서 다각뿔 형상의 적어도 하나의 광학홈이 정의된다.
본 발명의 다른 측면에 따른 표시장치는 광을 출사하는 적어도 한 개의 광원, 도광판, 광학 부재 및 표시패널을 포함한다.
상기 도광판은 상기 광원과 마주보며 상기 광을 수신하는 입광면, 상기 입광면에 대향하여 상기 광을 반사하며 호의 형상을 갖는 대광면, 상기 입광면의 양측에 배치되어 상기 입광면과 상기 대광면을 연결하는 연결면들, 상기 입광면, 상기 대광면, 및 상기 연결면들에 연결되며 상기 광을 출사하는 상면, 및 상기 상면에 대향하는 하면을 포함한다.
상기 광학 부재는 상기 입광면과 상기 광원 사이에 구비되고, 상기 입광면에 대향한 제1 면, 상기 입광면으로부터 상기 광원 측으로 기울어지고 상기 입광면과 상기 제1 면을 연결하는 다수의 제2 면, 및 상기 입광면에수직하고 상기 입광면과 상기 제1 면을 연결하는 다수의 제3 면을 포함한다.
상기 표시패널은 상기 도광판으로부터 상기 광을 제공받아 영상을 표시한다.
상술한 바와 같이, 본 실시 예에 따르면 표시장치는 광원과 마주하는 입광면 및 상기 입광면과 반대하는 대광면을 포함하는 도광판을 구비하고, 상기 입광면에는 상기 광원과 대응하여 광학홈이 제공되며, 상기 대광면은 호의 형상을 갖는다.
상기 광원으로부터 출사된 광은 상기 광학홈을 통과하면서 사각 형태의 휘도 분포를 갖고, 이는 그대로 상기 도광판의 출광 분포도로 나타난다. 따라서, 상기 도광판의 암부 영역을 감소시킬 수 있고, 그 결과 표시장치의 표시품질을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표시장치의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 도광판의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 도광판의 I 부분의 부분 사시도이다.
도 4a는 도 2에 도시된 도광판을 절단선 Ⅱ-Ⅱ`에 따라 절단한 단면도이다.
도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도광판의 절단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 도광판의 평면도이다.
도 6a는 광학홈이 형성되지 않은 도광판의 입광면으로 입사되는 광의 휘도 분포도를 나타낸다.
도 6b는 α가 10°인 광학홈을 통과한 광의 휘도 분포도를 나타낸다.
도 6c는 α가 15°인 광학홈을 통과한 광의 휘도 분포도를 나타낸다.
도 7a는 광학홈이 형성되지 않은 도광판의 출광 분포도를 나타낸다.도 7b는 도 7a의 k1선을 따라 나타나는 광의 강도를 도시한 그래프이다.
도 7c는 도 7a의 k2선을 따라 나타나는 광의 강도를 도시한 그래프이다.
도 7d는 α가 10°인 광학홈이 형성된 도광판의 출광 분포도를 나타낸다.
도 7e는 도 7d의 k3선을 따라 나타나는 광의 강도를 도시한 그래프이다.
도 7f는 도 7d의 k4선을 따라 나타나는 광의 강도를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이트 어셈블리의 평면도이다.
도 9는 도 8의 Ⅲ 부분을 확대한 부분 사시도이다.
도 10은 도 8에 도시된 절단선 Ⅳ-Ⅳ`에 따라 절단한 단면도이다.
도 11은 도 6b에 도시된 휘도 분포도를 표시하는 도광판에 도 8에 도시된 쐐기형 리플렉터를 추가하였을 때 광학홈을 통과한 광의 휘도 분포도를 나타낸다.
도 12a는 도 11에 도시된 도광판의 출광 분포도를 나타낸다.
도 12b는 도 12a의 k5선을 따라 나타나는 광의 강도를 도시한 그래프이다.
도 12c는 도 12a의 k6선을 따라 나타나는 광의 강도를 도시한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이트 어셈블리의 부분 사이도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 백라이트 어셈블리의 평면도이다.
도 15는 도 14에 도시된 Ⅴ 부분의 확대 사시도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 백라이트 어셈블리의 부분 사시도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 고안의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 표시장치(100)는 표시패널(120), 몰드 프레임(130), 백라이트 어셈블리(175), 바텀 샤시(180), 및 탑 샤시(110)를 포함한다.
상기 표시패널(120)은 일면 상에 영상을 표시한다. 상기 표시패널(120)은 수광형 표시패널로서, 액정표시패널(liquid crystal display panel)이나 전기영동 표시패널(electrophoretic display panel) 등의 다양한 표시패널일 수 있다. 본 실시예에서는 액정표시패널을 일 예로서 설명한다.
상기 표시패널(120)은 직사각형의 판상으로 제공된다. 상기 표시패널(120)은 제1 기판(122), 상기 제1 기판(122)에 대향하는 제2 기판(124), 및 상기 제1 기판(122)과 상기 제2 기판(124) 사이에 형성된 액정층(미도시)을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 기판(122)은 다수의 화소 전극들(미도시) 및 상기 화소 전극들과 일대일 대응하여 전기적으로 연결된 다수의 박막 트랜지스터(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 박막 트랜지스터들 각각은 구동 신호를 스위칭하여 대응하는 화소 전극 측으로 제공한다. 상기 제2 기판(124)은 상기 화소 전극들과 함께 액정의 배열을 제어하는 전계를 형성하는 공통전극(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 표시패널(120)은 상기 전계의 크기에 따라서 상기 액정층의 광 투과도를 제어함으로써, 영상을 표시할 수 있다.
상기 제1 기판(122)의 일측에는 상기 구동신호를 상기 표시패널(120) 측으로 공급하기 위한 구동칩(125)이 실장될 수 있다. 상기 구동칩(125)에는 데이터 드라이버 및 게이트 드라이버가 내장될 수 있다. 그러나, 다른 실시예로 상기 구동칩(125)에는 상기 데이터 드라이버가 내장되고, 상기 게이트 드라이버는 상기 제1 기판의 다른 일측에 박막 공정을 통해 집적될 수 있다.
한편, 상기 몰드 프레임(130)은 상기 표시패널(120)의 가장자리를 따라 사각 프레임 형태로 제공되고, 상기 표시패널(120)의 하부에서 상기 표시패널(120)을 지지한다.
상기 백라이트 어셈블리(175)는 상기 표시패널(120)의 하부에 제공되어, 상기 표시패널(120)에 광을 공급한다. 그러기 위해, 상기 백라이트 어셈블리(175)는 광을 출사하는 광원(160), 상기 광을 상기 표시패널(120) 방향으로 인도하는 도광판(150), 상기 광의 효율을 높이기 위한 광학 시트(140), 상기 도광판(150)으로부터 누설될 광을 반사하는 반사 시트(170)를 포함한다.
상기 광원(160)은 적어도 하나의 발광 다이오드(light emitting diode; LED)로 이루어질 수 있다. 본 발명의 일 실시예로, 상기 광원(160)은 하나의 발광 다이오드로 이루어진 구조를 개시한다. 상기 적어도 하나의 발광 다이오드는 회로기판(미도시) 상에 실장되어 상기 도광판(150)의 적어도 일측에 제공될 수 있다. 상기 회로기판은 연성회로기판일 수 있다.
상기 도광판(150)은 상기 표시패널(120)의 하부에 제공되어, 상기 광을 상기 표시패널(120) 측으로 가이드한다. 상기 도광판(150)에 대해서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 후술한다.
상기 광학 시트(140)는 상기 도광판(150)과 상기 표시패널(120) 사이에 제공된다. 상기 광학 시트(140)는 상기 도광판(150) 상에 순차적으로 적층된 프리즘 시트(144) 및 보호 시트(142)를 포함할 수 있다.
상기 프리즘 시트(144)는 상기 도광판(150)으로부터 출사된 광을 상부의 표시패널(120)의 평면에 수직한 방향으로 집광하는 역할을 수행한다. 상기 프리즘 시트(144)를 통과한 광은 거의 대부분 상기 표시패널(120)에 수직하게 입사된다. 상기 보호 시트(142)는 상기 프리즘 시트(144) 상에 위치한다. 상기 보호 시트(142)는 상기 프리즘 시트(144)를 외부의 충격으로부터 보호한다. 한편, 도시되지는 않았으나, 상기 광학 시트(140)는 상기 도광판(150)으로부터 출사된 광을 확산시키는 확산 시트를 더 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 확산 시트는 상기 도광판(150)과 상기 프리즘 시트(144) 사이에 구비될 수 있다.
상기 반사 시트(170)는 상기 도광판(150)의 하부에 구비되어 상기 표시패널(120) 측으로 제공되지 않고 상기 도광판(150)으로부터 누설되는 광을 반사시켜 상기 도광판(150)으로 재입사시킨다. 그 결과, 상기 표시패널(120) 측으로 제공되는 전체 광량이 상기 반사 시트(170)에 의해서 증가될 수 있다.
상기 바텀 샤시(180)는 상기 백라이트 어셈블리(175) 하부에 제공되어, 상기 백라이트 어셈블리(175)의 구성 요소들을 수납한다. 구체적으로, 상기 바텀 샤시(180)는 상기 반사 시트(170)의 배면에 평행한 바닥부(181) 및 상기 바닥부(181)로부터 상방 절곡되어 연장된 측벽부(183)를 포함할 수 있다. 상기 바닥부(181)와 상기 측벽부(183)로 이루어진 공간에 상기 백라이트 어셈블리(175)가 수납된다.
상기 탑 샤시(110)는 상기 표시패널(120)의 상부에 제공된다. 상기 탑 샤시(110)는 상기 표시패널(120)의 전면 가장자리를 가압하며, 상기 몰드 프레임(130)의 측면 또는 상기 바텀 샤시(180)의 측면을 커버할 수 있다. 상기 탑 샤시(110)에는 상기 표시패널(120)의 표시 영역을 노출시키는 표시창(111)이 형성된다.
도 2는 도 1에 도시된 도광판의 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 도광판의 I 부분의 부분 사시도이다. 도 4a는 도 2에 도시된 도광판을 절단선 Ⅱ-Ⅱ`에 따라 절단한 단면도이고, 도 4b는 도광판과 광학시트의 배치관계를 도시한 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 도광판(150)은 입광면(151), 대광면(152), 제1 및 제2 연결면(153, 154), 상면(155) 및 하면(156)을 포함한다.
상기 입광면(151)은 상기 광원(160)과 마주하여 구비되어 상기 광원(160)으로부터 출사된 상기 광을 수신한다. 상기 대광면(152)은 상기 입광면(151)에 대향하여 구비되어 상기 입사된 광을 반사한다. 본 발명의 일 예로, 상기 대광면(152)은 호의 형상을 갖는다. 상기 제1 및 제2 연결면(153, 154)은 상기 입광면(151)의 양측에 각각 배치되어 상기 입광면(151)과 상기 대광면(152)을 연결한다. 상기 상면(155)은 상기 입광면(151), 상기 대광면(152), 및 상기 제1 및 제2 연결면(153, 154)에 연결되며 상기 광을 출사하고, 상기 하면(156)은 상기 상면(155)에 대향하여 구비되어 상기 입사된 광을 상기 상면(155) 측으로 반사한다.
상기 도광판(150)의 상기 입광면(151)은 제1 면(151a) 및 상기 광원(160)에 대응하는 영역에서 상기 제1 면(151a)으로부터 상기 대광면(152) 측으로 기울어진 다수의 제2 면(151b)을 포함한다. 상기 제2 면들(151b)에 의해서 상기 도광판(150)의 상기 입광면(151)에는 다각뿔 형상의 적어도 하나의 광학홈(151c)이 정의된다. 즉, 상기 광학홈(151c)은 상기 입광면(151)으로부터 상기 대광면(152) 측으로 함몰된 다각뿔 형상을 갖는다.
일 예로, 상기 입광면(151)은 4개의 제2 면(151b)을 포함하고, 상기 제2 면들(151b)에 의해서 사각뿔(즉, 피라미드) 형상을 갖는 하나의 광학홈(151c)이 상기 입광면(151)에 제공된다. 한편, 일 예로, 상기 광학홈(151c)이 상기 피라미드 형상으로 제공된 구조를 도시하였으나, 상기 광학홈(151c)의 형상은 여기에 한정되지는 않는다.
또한, 상기 광학홈(151c)은 상기 광원(160)보다 큰 사이즈로 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 광학홈(151c)을 정의하는 상기 제2 면들(151b) 각각의 바닥변(Lt)의 길이는 상기 광원(160)의 사이즈보다 크다. 따라서, 상기 광원(160)으로부터 출사된 광의 대부분이 상기 광학홈(151c)을 통과하여 상기 도광판(150)으로 입사될 수 있다. 또한, 상기 제2 면들(151b)의 바닥변들(Lt)은 상기 입광면(151) 상에서 마름모 형상을 이룰 수 있다.
상기 대광면(152)은 상기 입광면(151)에 대향하는 측면으로서, 곡면으로 제공된다. 이처럼, 상기 대광면(152)이 호의 형상을 가짐으로써, 상기 대광면(152) 방향으로 진행하는 광이 다양한 방향성을 가지더라도, 상기 대광면(152)에 의해서 반사된 광은 특정 방향성을 갖는다. 즉, 다양한 방향성을 갖고 상기 대광면(152)에 입사된 광들은 평면상에서 상기 입광면(151)쪽으로 균일하게 반사된다. 또한, 이 경우, 상기 광원(160)은 상기 대광면(152)의 초점 거리에 위치할 수 있다.
한편, 상기 상면(155)은 상기 표시패널(120)과 평행하게 배치되며, 상기 하면(156)은 상기 상면(155)에 대향한다. 여기서, 상기 상면(155)을 통해 상기 도광판(150)으로 수신된 광이 상기 표시패널(120) 방향으로 제공되므로 상기 상면(155)은 출광면으로도 지칭된다.
상기 제1 및 제2 연결면들(153, 154)은 상기 입광면(151)의 일단과 상기 대광면(152)의 일단, 및 상기 입광면(151)의 타단과 상기 대광면(152)의 타단을 각각 잇는 측면들이다. 본 발명의 일 예로, 상기 제1 및 제2 연결면들(153, 154)은 서로 평행하게 구비될 수 있다.
도 4a를 참조하면, 상기 도광판(150)은 상기 입광면(151)으로부터 멀어지고 상기 대광면(152)에 가까워질수록 상기 상면(155)과 상기 하면(156) 사이의 이격 거리가 증가한다. 상기 입광면(151)에서의 상기 상면(155)과 하면(156) 사이의 이격 거리를 제1 거리(d1)라고 하고, 상기 대광면(152)에서의 상기 상면(155)과 하면(156) 사이의 이격 거리를 제2 거리(d2)라고 가정하면, 상기 제2 거리(d2)는 상기 제1 거리(d1)보다 크다.
한편, 도 4a에서는 상기 상면(155)이 플랫하고, 상기 하면(156)이 상기 상면(155)에 대해서 기울어진 경사면으로 이루어진 구조를 도시하였다. 그러나, 상기 도광판(150)은 상기 하면(156)이 플랫하고, 상기 상면(155)이 상기 하면(156)에 대해서 기울어진 구조를 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 도광판(150)이 쐐기(wedge)형의 프레즈넬 렌즈(Fresnel Lens) 도광판으로 이루어지면, 상기 입광면(151)을 통해 입사한 광은 상기 상면(155), 상기 하면(156), 및 상기 대광면(152)에서 복수 회 반사된 후, 상기 상면(155)을 통해 출광한다. 상기 입광면(151)을 통해 입사한 광은 상기 대광면(152)에서 반사된 후, 상기 상면(155) 및 상기 하면(156) 또는 상기 하면(156) 및 상기 상면(155)에서 반복적으로 재반사 된 후 출광된다.
이때, 상기 대광면(152)은 도 4a에 도시된 것과 같이, 다수번 굴곡된 형상을 가질 수 있다. 상기 도광판(150)의 외부에서 상기 대광면(152)을 보았을 때, 상기 대광면(152)은 산과 골이 반복된 형상을 가질 수 있다. 이때, 산과 골은 상기 상면(155)과 하면(156)이 이격된 방향(상기 제1 거리(d1) 또는 제2 거리(d2)가 정의되는 방향)에 직교하는 방향으로 연장될 수 있다. 상기 산과 골 각각은 호 형상이다. 상기 대광면(152)의 Ⅱ-Ⅱ`에 따라 절단한 형상은 도 4a에 도시된 것과 같이 지그재그 형상이다. 다수번 굴곡된 형상의 대광면(152)은 상기 대광면(152)으로 입사된 광을 상면(155) 또는 하면(156)으로 반사시킨다.
상기 도광판(150)의 두께가 상기 입광면(151)으로부터 상기 대광면(152)까지 선형적으로 변경되면, 상기 도광판(150)의 상면(155)으로부터 출광되는 광의 진행 방향이 변경될 수 있다. 즉, 상기 도광판(150)의 두께가 상기 입광면(151)으로부터 상기 대광면(152)까지 점차적으로 증가하면, 상기 도광판(150)의 상면(155)으로부터 출광되는 광은 상기 표시패널(120)의 하면에 대해서 거의 수직한 방향으로 진행하도록 집광될 수 있다.
도 4b에 도시된 것과 같이상기 도광판(150)의 상면(155) 상에 배치된 상기 프리즘 시트(144)는 역 프리즘 시트가 채용될 수 있다. 역 프리즘 시트는 상기 도광판(150)의 상면(155)에 대향하는 일면에 다수의 프리즘 패턴을 구비한다. 상기 프리즘 패턴들은 상기 도광판(150)의 상면(155)에 대향하는 일면에서 서로 평행하게 배열될 수 있다. 상기 역 프리즘 시트는 상기 도광판의 상면을 통해 출사된 광의 경로를 변경시킨다.
상기 상면(155)으로부터 출사되는 광은 상기 상면과 예각 또는 둔각을 이루며 출사될 수 있다. 이때, 상기 역 프리즘 시트의 프리즘 패턴은 상기 표시패널(120, 도 1에 도시됨)의 하면에 대해서 거의 수직한 방향으로 진행하도록 상기 상면(155)으로부터 상기 상면(155)과 예각 또는 둔각을 갖고 출사되는 광의 경로를 변경시킨다.
도 5는 도 2에 도시된 도광판의 평면도이다.
도 5를 참조하면, 상기 도광판(150)의 광학홈(151c)에 대응하여 상기 광원(160)이 구비된다.
상기 광원(160)으로부터 출사된 광은 상기 광학홈(151c) 쪽으로 입사된 후 상기 제2 면들(151b)에 의해서 그 경로가 변경된다.
구체적으로, 상기 광원(160)으로부터 출사된 광의 출사각이 θc이고, 상기 제2 면들(151b) 각각이 상기 제1 면(151a)과 이루는 각도가 α일 때, 상기 광학홈(151c)을 통과한 상기 광의 출사각(θt)은 아래 수학식 1을 만족한다. 여기서, 출사각 θc는 상기 제1 면(151a)에 수직인 법선에 대해 상기 광원으로부터 출사된 광이 이루는 각도로 정의된다.
<수학식 1>
Figure pat00001
상기 수학식 1에 따르면, 상기 α값이 증가할수록 상기 광학홈(151c)을 통과한 상기 광의 출사각(θt)은 더욱 증가하게 된다. 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 것과 같이, 상기 입광면(151)에 상기 사각뿔(즉, 피라미드) 형상의 광학홈(151c)이 구비된 경우, 상기 광원(160)으로부터 출사된 광은 상기 4개의 제2 면(151b)을 통과하며 상기 4개의 제2 면(151b) 방향으로 출사각(θt)이 증가한다. 다시 말해, 상기 제1 면을 기준으로 상하 방향(D1) 및 좌우 방향(D2)으로 상기 광원(160)으로부터 출사된 광의 출사각(θt)이 증가한다.
도 6a는 광학홈이 형성되지 않은 도광판의 입광면으로 입사되는 광의 분포도를 나타내고, 도 6b는 α가 10°인 광학홈을 통과한 광의 분포도를 나타내며, 도 6c는 α가 15°인 광학홈을 통과한 광의 분포도를 나타낸다. 한편, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 것과 같이, 도광판(150)이 쐐기형상인 경우, 상기 도광판(150)의 상면(155)으로부터 출사되는 광의 분포도는 상기 도광판(150)의 입광면(151)으로 입사되는 광의 분포도에 대응한다.
단, 도 6b 및 도 6c에서는 상기 광학홈(151c)은 상기 제2 면들(151b)에 의해서 피라미드 형상으로 정의되고, 상기 제2 면들(151b) 각각의 바닥변(Lt)의 길이는 2mm이며, 상기 광원(160)의 사이즈는 1×1㎟이다.
도 6a을 참조하면, 상기 도광판(150)에 상기 광학홈(151c)이 형성되지 않으면, 상기 광학홈(151c)을 통과한 광은 원형의 분포도를 갖는다. 그러나, 상기 도광판(150)의 입광면(151)에 상기 광학홈(151c)이 형성되면, 광 분포도가 원형에서 사각 형상에 가깝게 변형된다.구체적으로, 상기 α값이 증가할수록 상기 도광판(150)의 출광 분포가 점점 사각 형상으로 변화되는 것으로 나타났다. 이는 도 5 및 수학식 1을 참조하여 설명한 것과 같이, 상기 광원(160)으로부터 출사된 광이 상기 제2 면(151b)을 통과하며 상하 방향(D1) 및 좌우 방향(D2)으로 출사각(θt)이 증가하여 상기 도광판(150) 내로 입사되기 때문이다. 그에 따라, 평면상으로 상기 도광판(150)의 모서리 부분에 존재하는 암부의 크기가 감소한다. 이는 후술하는 것과 같이 도 7a 및 도 7b를 참조하면 더욱 명확하다.
도 7a는 광학홈이 형성되지 않은 도광판의 출광 분포를 나타내고, 도 7b는 도 7a의 k1선을 따라 나타나는 광의 강도(intensity)를 도시한 그래프이며, 도 7c는 도 7a의 k2선을 따라 나타나는 광의 강도를 도시한 그래프이다. 도 7d는 α가 10°인 광학홈이 형성된 도광판의 출광 분포를 나타내고, 도 7e는 도 7d의 k3선을 따라 나타나는 광의 강도를 도시한 그래프이며, 도 7f는 도 7d의 k4선을 따라 나타나는 광의 강도를 도시한 그래프이다. 단, 도 7b에서 상기 광학홈(151c)은 상기 제2 면들(151b)에 의해서 피라미드 형상으로 정의되고, 상기 제2 면들(151b) 각각의 바닥변(Lt, 도 3에 도시됨)의 길이는 2mm이며, 상기 광원(160)의 사이즈는 1×1㎟이다.
도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 상기 도광판(150)에 상기 광학홈(151c)이 형성되지 않으면, 평면 상에서 상기 도광판(150)의 모서리 부분에 암부가 발생하는 것을 확인할 수 있다.
그러나, 도 7d 내지 도 7f와 같이 상기 도광판(150)에 α가 10°인 광학홈(151c)이 형성되면, 상기 모서리 부분에 형성되는 암부의 크기가 감소하는 것을 확인할 수 있다.
즉, 상기 광학홈(151c)을 통과한 광의 분포도가 사각 형상에 근접한 형상을 가짐으로써, 상기 도광판(150)의 출광 분포도에서 암부 영역이 감소할 수 있다.
또한, 상기 제2 면들(151b)에 의해서 정의되는 상기 광학홈(151c)의 형상 및 상기 α값을 변경시키면, 상기 도광판(150)의 출광 분포도가 그에 따라서 변경될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이트 어셈블리의 평면도이고, 도 9는 도 8의 Ⅲ 부분을 확대한 부분 사시도이며, 도 10은 도 8에 도시된 절단선 Ⅳ-Ⅳ`에 따라 절단한 단면도이다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이트 어셈블리(176)는 상기 도광판(150)의 입광면(151)과 상기 광원(160) 사이에 구비된 쐐기형 리플렉터(190)를 더 포함한다.
상기 쐐기형 리플렉터(190)는 상기 입광면(151)과 상기 광원(160) 사이에 구비되고, 상기 입광면(151)의 상기 제1 면(151a)과 평행한 제3 면(191), 상기 제3 면(191)으로부터 상기 광원(160) 측으로 기울어진 다수의 제4 면(192), 상기 제3 면(191)에 수직하며 상기 제 4면(192)과 함께 상기 쐐기형 리플렉터(190)의 측면을 구성하는 다수의 제5 면(193), 및 상기 제3 면(191)과 평행하고 상기 광원(160)과 마주하는 제6 면(194)을 포함한다.
일 예로, 상기 제4 면들(192) 및 상기 제5 면들(193)은 각각 2개일 수 있다. 상기 2개의 제4 면(192)은 상하 방향(D1)으로 서로 마주하고, 상기 2개의 제5 면(193)은 좌우 방향(D2)으로 서로 마주한다. 다시 말해, 상기 2개의 제5 면(193)은 각각 상기 도광판(150)의 상기 제1 연결면(153) 및 상기 제2 연결면(154)에 나란한다.
상기 제3 면(191)과 상기 제5 면(193)은 사각 형상을 갖지만, 상기 제3 면(191)의 사이즈가 상기 제5 면(193)의 사이즈보다 크다. 상기 제4 면들(192) 각각이 상기 제3 면(191)에 수직한 법선과 이루는 각도가 γ이고, 상기 광원(160)으로부터 출사된 상기 광의 출사각이 상기 제3 면(191)에 수직한 법선에 대하여 θc일 때, 상기 제4 면들(192) 각각으로부터 반사된 광의 출사각(θm)은 상기 제3 면(191)에 수직한 법선에 대하여 아래 수학식 2를 만족한다.
<수학식 2>
Figure pat00002
상기 광원(160)으로부터 출사된 광은 상기 쐐기형 리플렉터(190)로 입사되고, 상기 쐐기형 리플렉터(190)로 입사된 광은 상기 제4 면들(192) 및 상기 제5 면들(193)에 의해서 반사된다.
여기서, 상기 광원(160)으로부터 출사된 광의 출사각(θc)이 41°이고, 상기 제4 면들(192) 각각이 상기 제3 면(191)에 수직한 법선과 이루는 각도(γ)가 6°이면, 상기 제4 면들(192) 각각으로부터 반사된 광의 출사각(θm)은 대략 29°로 나타난다. 한편, 상기 제5 면들(193)에 입사된 광은 상기 제5 면들(193)에 입사되는 입사각과 동일한 출사각을 갖고 반사된다.
상기 광원(160)으로부터 출사된 광은 상기 제4 면들(192)을 통해 상하 방향에서 집광될 수 있다. 그에 따라, 상기 광원(160)으로부터 출사된 광은 상기 도광판(150)의 상면(155)의 세로 방향(x: 도 8 참조) 상에서 불필요한 영역으로 출사되는 것을 방지하여, 상기 도광판(150)의 상기 상면(155)을 통해 출사되는 광량을 증가시킬 수 있다.
도 11은 도 6b에 도시된 휘도 분포도를 표시하는 도광판에 도 8에 도시된 쐐기형 리플렉터를 추가하였을 때 광학홈을 통과한 광의 휘도 분포도를 나타낸다. 또한, 도 12a는 도 11에 도시된 도광판의 출광 분포도를 나타내고, 도 12b는 도 12a의 k5선을 따라 나타나는 광의 강도를 도시한 그래프이며, 도 12c는 도 12a의 k6선을 따라 나타나는 광의 강도를 도시한 그래프이다.
도 11에 도시된 것과 같이, 상기 쐐기형 리플랙터(190)를 채용하면, 광학홈을 통과한 광의 휘도 분포도가 도 6b에 도시된 광 분포도에 비해 좀더 직사각 형상에 가깝게 변형된다. 구체적으로, 상기 쐐기형 리플렉터(190)의 제 4면들(192)을 통해 상하 방향(D1)에서 좀 더 집광된다. 그에 따라, 상기 도광판(150)의 상면(155)의 세로 방향(x: 도 7 참조) 상으로 누설되는 광량을 줄일 수 있고, 핫 스팟(hot-spot)을 감소시킬 수 있다.
이는 도 7e와 도 12b를 비교하면 좀 더 명확히 알수 있다. 도 7e의 x 좌표가 100 또는 -100일 때 광의 강도에 비해, 도 12b의 x 좌표가 100 또는 -100일 때 광의 강도는 감소한다. 즉, 상기 쐐기형 리플렉터(190)를 추가한 경우 입광면(151)과 대광면(152)에서의 핫 스팟은 감소된다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이트 어셈블리의 부분 사시도이다. 도 13에 도시된 구성요소 중 도 3에 도시된 구성요소와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 병기하고 그에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이트 어셈블리(176)는 광원(160) 및 도광판(157)을 포함하며, 상기 도광판(157)은 입광면(151), 대광면(152), 제1 및 제2 연결면(153, 154), 상면(155) 및 하면(156)을 포함한다.
상기 입광면(151)은 상기 광원(160)과 마주하여 구비되어 상기 광원(160)으로부터 출사된 상기 광을 수신한다.
상기 도광판(150)의 상기 입광면(151)은 제1 면(151a) 및 상기 광원(160)에 대응하는 영역에서 상기 제1 면(151a)으로부터 상기 대광면(152) 측으로 기울어진 다수의 제2 면(151b)을 포함한다. 상기 제2 면들(151b)에 의해서 상기 도광판(150)의 상기 입광면(151)에는 다각뿔 형상의 다수의 광학홈(151d)이 정의된다. 즉, 상기 광학홈(151d)은 상기 입광면(151)으로부터 상기 대광면(152) 측으로 함몰된 다각뿔 형상을 갖는다.
본 발명의 일 실시예로, 상기 입광면(151)은 4개의 제2 면(151b)을 포함하고, 상기 제2 면들(151b)에 의해서 사각뿔(즉, 피라미드) 형상을 갖는 상기 다수의 광학홈(151d)이 상기 입광면(151)에 제공된다.
상기 광학홈들(151d) 각각은 상기 광원(160)보다 작은 사이즈로 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 광학홈들(151d)을 정의하는 상기 제2 면들(151b) 각각의 바닥변의 길이는 상기 광원(160)의 사이즈보다 작다.
상기 광학홈들(151d) 각각의 사이즈가 상기 광원(160)의 사이즈보다 작더라도, 상기 광원(160)으로부터 출사된 광은 다수의 광학홈(151d)에 분산되어 입사될 수 있다. 상기 다수의 광학홈(151d) 각각은 도 2 및 도 3에 도시된 광학홈(151c)과 동일한 구조를 가지므로, 동일한 기능을 수행한다. 따라서, 상기 광학홈들(151d)에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 백라이트 어셈블리의 평면도이고, 도 15은 도 14에 도시된 Ⅴ 부분의 확대 사시도이다.
도 14 및 도 15을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 백라이트 어셈블리(178)는 광원(160) 및 도광판(159)을 포함하며, 상기 도광판(159)은 입광면(151)으로부터 상기 광원(160) 측으로 돌출된 쐐기형 돌출부(195)를 포함한다.
상기 쐐기형 돌출부(195)는 상기 입광면(151)으로부터 상기 광원(160) 측으로 기울어진 다수의 경사면(196), 상기 입광면(151)에 수직하며 상기 경사면들(196)과 함께 상기 쐐기형 돌출부(195)의 측면을 구성하는 다수의 수직면(197), 및 상기 입광면(151)과 평행하고 상기 경사면들(196), 상기 수직면(197)들에 연결된 평면(198)을 포함한다. 상기 광원(160)은 상기 쐐기형 돌출부(195)의 평면(198)과 마주하도록 배치된다. 일 예로, 상기 경사면들(196) 및 상기 수직면들(197)은 각각 2개일 수 있다.
상기 광원(160)으로부터 출사된 광은 상기 평면(198)을 통과하여 상기 경사면들(196)에 입사되면, 상기 경사면들(196) 각각의 기울림 각(γ)에 의해서 상기 광의 진행 방향이 변화된다. 결국, 상기 광원(160)으로부터 출사된 광은 상기 쐐기형 돌출부(195)에 의해서 집광될 수 있다. 따라서, 상기 광원(160)으로부터 출사된 광이 불필요한 영역으로 출사되는 것을 방지하여, 상기 도광판(159)의 상기 상면(155)을 통해 출사되는 광량을 증가시킬 수 있다.
도 16는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 백라이트 어셈블리의 부분 사시도이다. 도 16에 도시된 구성요소 중 도 15에 도시된 구성요소와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 병기하고, 그에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 16를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 백라이트 어셈블리에 따르면, 도광판(159)은 입광면(151)으로부터 상기 광원(160) 측으로 돌출된 쐐기형 돌출부(195)를 포함한다.
상기 쐐기형 돌출부(195)는 상기 입광면(151)으로부터 상기 광원(160) 측으로 기울어진 2개의 경사면(196), 상기 입광면에 수직한 2개의 수직면(197) 및 상기 입광면(151)과 평행하고 상기 경사면들(196), 상기 수직면들(197)에 연결된 평면(198)을 포함한다. 상기 광원(160)은 상기 쐐기형 돌출부(195)의 평면(198)과 마주하도록 배치된다.
상기 쐐기형 돌출부(195)에는 상기 평면(198)으로부터 함몰된 다수의 광학홈(198a)이 형성된다. 상기 다수의 광학홈(198a) 각각은 다각뿔 형상을 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예로, 상기 다수의 광학홈(198a) 각각은 사각뿔(즉, 피라미드) 형상을 갖는다.
상기 광원(160)으로부터 출사된 광은 상기 다수의 광학홈(198a)에 분산되어 입사된다. 상기 다수의 광학홈(198a) 각각은 도 2 및 도 3에 도시된 광학홈(151c)과 동일한 구조를 가지므로, 동일한 기능을 수행한다. 따라서, 상기 광학홈들(198a)에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 표시장치 120: 표시패널
150: 도광판 151: 입광면
151c: 광학홈 152: 대광면
155: 상면 156: 하면
160: 광원 175: 백라이트 어셈블리
190: 쐐기형 리플렉터

Claims (20)

  1. 광을 출사하는 적어도 한 개의 광원;
    상기 광을 가이드하는 도광판; 및
    상기 도광판으로부터 상기 광을 제공받아 영상을 표시하는 표시패널을 포함하고,
    상기 도광판은 상기 광원과 마주보며 상기 광을 수신하는 입광면, 상기 입광면에 대향하여 상기 광을 반사하며 호의 형상을 갖는 대광면, 상기 입광면의 양측에 배치되어 상기 입광면과 상기 대광면을 연결하는 연결면들, 상기 입광면, 상기 대광면, 및 상기 연결면들에 연결되며 상기 광을 출사하는 상면, 및 상기 상면에 대향하는 하면을 포함하며,
    상기 도광판의 입광면은 일 방향으로 연장된 제1 면 및 상기 광원에 대응하는 영역에서 상기 제1 면으로부터 기울어진 다수의 제2 면을 포함하고, 상기 제2 면들에 의해서 다각뿔 형상의 적어도 하나의 광학홈이 정의되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원으로부터 출사된 상기 광의 출사각이 θc이고, 상기 제2 면들 각각이 상기 제1 면으로부터 연장된 연장선과 이루는 각도가 α일 때,
    상기 광학홈을 통과한 광의 출사각(θt)은,
    Figure pat00003

    을 만족하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광학홈은 사각뿔(피라미드) 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광원은 상기 대광면의 초점 거리에 위치한 발광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 발광 다이오드는 상기 광학홈보다 작은 사이즈를 갖는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 입광면과 상기 광원 사이에 구비되고, 상기 입광면의 상기 제1 면과 평행한 제3 면, 상기 제3 면과 대향하고 상기 광원과 마주하는 제4 면, 상기 제3 면으로부터 상기 광원 측으로 기울어지고 상기 제3 면과 상기 제4 면을 연결하는 다수의 제 5면, 및 상기 제3면에 수직하고 상기 제3 면과 상기 제4면을 연결하는 다수의 제 6면을 포함하는 광학 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제 6면들은 상기 연결면들에 나란한 것을 특징으로 하는 표시장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제5 면들 각각이 상기 제3 면에 수직한 법선과 이루는 각도가 γ이고, 상기 광원으로부터 출사된 상기 광의 출사각이 θc일 때,
    상기 제5 면들 각각으로부터 반사된 광의 출사각(θm)은,
    Figure pat00004

    을 만족하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 연결면들 중 서로 마주하는 두 개의 연결면은 서로 평행한 것을 특징으로 하는 표시장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 도광판의 두께는 상기 입광면으로부터 상기 대광면으로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 도광판과 상기 표시패널 사이에 구비되고, 상기 도광판의 상기 상면에 대향하는 일면에 다수의 프리즘 패턴을 구비한 역 프리즘시트를더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  12. 광을 출사하는 적어도 한 개의 광원;
    상기 광원과 마주보며 상기 광을 수신하는 입광면, 상기 입광면에 대향하여 상기 광을 반사하며 호의 형상을 갖는 대광면, 상기 입광면의 양측에 배치되어 상기 입광면과 상기 대광면을 연결하는 연결면들, 상기 입광면, 상기 대광면, 및 상기 연결면들에 연결되며 상기 광을 출사하는 상면, 및 상기 상면에 대향하는 하면을 포함하는 도광판;
    상기 입광면과 상기 광원 사이에 구비되고, 상기 입광면에 대향하고 상기 광원에 마주하는 제1 면, 상기 입광면으로부터 상기 광원 측으로 기울어지고 상기 입광면과 상기 제1 면을 연결하는 다수의 제2 면, 및 상기 입광면에 수직하고 상기 입광면과 상기 제1 면을 연결하는 다수의 제3 면을 포함하는 광학 부재; 및
    상기 도광판으로부터 상기 광을 제공받아 영상을 표시하는 표시패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제 6면들은 상기 연결면들에 나란한 것을 특징으로 하는 표시장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 면들 각각이 상기 제1 면에 수직한 법선과 이루는 각도가 γ이고, 상기 광원으로부터 출사된 상기 광의 출사각이 θc일 때,
    상기 제2 면들 각각으로부터 반사된 광의 출사각(θm)은,
    Figure pat00005

    을 만족하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 광학 부재는 상기 도광판의 입광면에 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 표시장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 광학 부재에는 상기 제1 면으로부터 함몰되어 다각뿔 형상을 갖는 적어도 하나의 광학홈이 제공되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 광학홈은 사각뿔(피라미드) 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 광원은 상기 대광면의 초점 거리에 위치한 발광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 도광판의 두께는 상기 입광면으로부터 상기 대광면으로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 도광판과 상기 표시패널 사이에 구비되고, 상기 도광판의 상기 상면에 대향하는 일면에 다수의 프리즘 패턴을 구비한 역 프리즘시트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
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