KR20150066846A

KR20150066846A - 광학 부재 및 이를 포함하는 발광 장치

Info

Publication number: KR20150066846A
Application number: KR1020130152403A
Authority: KR
Inventors: 강이임; 이창혁
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2015-06-17
Also published as: EP2881777A1; US9958132B2; CN104698677B; US20150159831A1; CN104698677A; EP2881777B1

Abstract

광학 부재 및 이를 포함하는 발광 장치에 관한 것이다.
광학 부재는, 광원으로부터 광이 입사하는 입사면, 상기 광원을 향해 함몰된 제1광학면 및 상기 제1광학면으로부터 연장 형성되는 제2광학면을 포함하는 렌즈, 그리고 상기 제1광학면의 적어도 일부를 덮도록 상기 렌즈 상에 결합되며, 광 투과율이 70% 이하인 커버를 포함한다.

Description

광학 부재 및 이를 포함하는 발광 장치{OPTICAL ELEMENT AND LIGHT EMITTING DEVICE INCLUDING THE SAME}

본 발명은 광학 부재 및 이를 포함하는 발광 장치에 관한 것이다.

액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD)는 인가전압에 따른 액정 투과도의 변화를 이용하여 각종 장치에서 발생하는 여러 가지 전기적인 정보를 시각정보로 변화시켜 전달하는 장치이다. 액정표시장치는 자기발광성이 없어 후광이 필요하지만 소비전력이 적고 경량, 박형으로 구현이 가능해 널리 사용된다.

또한, 액정표시장치는 자기발광성이 없어 영상이 디스플레이 되는 액정패널의 배면에 광을 제공하는 발광 장치인 백라이트 유닛(backlight unit, BLU)이 구비된다.

액정표시장치는 일정간격 이격되어 서로 대향하는 컬러필터 기판과 어레이 기판, 컬러필터 기판 및 어레이 기판 사이에 개재된 액정층을 포함하는 액정패널, 액정패널에 광을 조사하는 백라이트 유닛 등을 포함한다.

액정표시장치에 사용되는 백라이트 유닛은 광원인 발광 다이오드의 위치에 따라 에지형(edge type)과 직하형(direct type)으로 구분될 수 있다.

에지형 백라이트 유닛은 광원인 발광 다이오드들이 도광판의 측면에 배치되고, 도광판은 전반사 등을 통해 발광 다이오드로부터 조사되는 광을 액정패널을 향하여 조사한다.

직하형 백라이트 유닛은 도광판 대신 확산판을 사용하며, 발광 다이오드들은 액정패널의 후면에 배치된다. 이에 따라서, 발광 다이오드들은 액정패널의 후면을 향하여 광을 조사한다.

한편, 액정표시장치에서 휘도 균일성은 액정표시장치의 품질을 결정하는 중요한 요소이며, 이를 위해서 백라이트 유닛은 액정패널을 향하여 균일하게 광을 조사해야 한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 무라(mura)를 개선하여 조도 균일성을 향상시킨 광학 부재 및 이를 포함하는 발광 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면 광학 부재는, 광원으로부터 광이 입사하는 입사면, 상기 광원을 향해 함몰된 제1광학면 및 상기 제1광학면으로부터 연장 형성되는 제2광학면을 포함하는 렌즈, 그리고 상기 제1광학면의 적어도 일부를 덮도록 상기 렌즈 상에 결합되며, 광 투과율이 70% 이하인 커버를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면 발광 장치는 구동 기판, 상기 구동 기판 상에 배치되는 복수의 발광 소자, 그리고 상기 복수의 발광 소자의 각각의 적어도 일부를 덮도록 상기 복수의 발광 소자 상에 배치되는 복수의 광학 부재를 포함하되, 상기 광학 부재는, 상기 발광 소자로부터 조사된 광이 입사하는 입사면, 상기 발광 소자를 향해 함몰된 제1광학면 및 상기 제1광학면으로부터 연장되는 제2광학면을 포함하는 렌즈, 그리고 상기 제1광학면의 적어도 일부를 덮도록 상기 렌즈 상에 배치되며, 광 투과율이 70% 이하인 커버를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 렌즈 상에 투과율이 70% 이하인 커버를 배치함으로써 광원의 중심부로 광이 집중되는 현상을 개선하여 조도 균일도를 확보하고 발광 장치의 커버 영역을 증가시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 장치를 측단면도이다.
도 2및 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 부재의 분해 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 커버의 일 예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 액정표시장치를 도시한 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 장치를 포함하는 백라이트 유닛을 A-A`를 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 부재를 적용함으로써 무라가 개선되는 효과를 설명하기 위한 도면들이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 장치를 측단면도이다. 또한, 도 2및 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 부재의 분해 단면도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 커버의 일 예를 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 발광 장치는 발광 소자(110), 광학 부재(120), 구동 기판(200) 등을 포함할 수 있다.

발광 소자(110)는 구동 기판(200) 상에 배치되며, 구동 기판(200) 상에 형성된 회로 패턴에 전기적으로 연결된다. 발광 소자(110)는 구동 기판(200)의 회로 패턴으로부터 전기 신호를 입력받고, 이를 광 신호로 변환하여 출력하는 광원으로 동작한다. 본 발명의 실시 예에서는 발광 소자(110)가 점광원으로 동작하는 발광 다이오드인 경우를 예로 들어 설명한다.

광학 부재(120)는 렌즈(121), 렌즈(121) 상에 배치되는 커버(122) 등을 포함할 수 있다. 또한, 렌즈(121)의 입사면에 마련되어, 구동 기판(200) 상에 렌즈(121)를 지지하기 위한 적어도 하나의 지지부(123)를 더 포함할 수 있다.

렌즈(121)와 커버(122)는 폴리이미드계, 유리섬유에 에폭시를 함층한 시트, 필름 등의 접착 부재(미도시)에 의해 서로 대향하는 일부 면이 접착될 수있다.

렌즈(121)는 광원인 발광 소자(110)의 외면의 적어도 일부를 덮도록 발광 소자(11) 상에 배치될 수 있다. 렌즈(121)는 광원인 발광 소자(110)로부터 입사되는 광을 굴절시켜 광의 경로를 제어하는 광속 제어 부재로서, 발광 장치의 휘도 균일성을 향상시키는 기능을 수행한다.

렌즈(121)는 도 1에 도시된 바와 같이, 발광 소자(110)와 분리된 형태로 마련될 수 있다. 이 경우, 발광 소자(110)에서 출사되는 광은, 렌즈(121)에서 발광 소자(110)에 대향하도록 배치되는 일면을 통해 렌즈(121)로 입사될 수 있다. 즉, 렌즈(121)의 외면에 입사면이 구현될 수 있다.

또한, 렌즈(121)는 발광 소자(110)의 적어도 일부가 렌즈(121)의 내부에 수용되는 IOL(Integrated Optical Lens) 타입 즉, 발광 소자 일체형으로 구현될 수도 있다. 이 경우, 렌즈(121)에서 발광 소자(110)의 외부면과 접하는 계면을 통해 발광 소자(110)로부터 출사되는 광이 렌즈(121)로 입사할 수 있다. 즉, 렌즈(121)에서 발광 소자(110)의 외부면과 접하는 계면이 발광 소자(110)로부터 광이 입사하는 입사면으로 기능할 수 있다.

도 2를 참조하면, 렌즈(121)는 광원(110)으로부터 광이 입사되는 입사면(S1), 입사면(S1) 또는 광원(110)을 향해 함몰되어 형성되는 제1광학면(S2)과, 제1광학면(S2)의 외곽으로부터 연장 형성되는 제2광학면(S3)을 포함하며, 솔리드(solid) 형태로 구현될 수 있다. 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 부재의 렌즈 형상의 일 예를 도시한 것으로서, 본 발명의 실시 예는 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 부재의 렌즈 형상은 다양하게 변형될 수 있다.

입사면(S1)은 광원(110)이 렌즈(121)의 외부에 위치하는 경우, 렌즈(121)에서 광원(110)에 대향하는 하부면에 형성될 수 있다.

한편, 도 1에서는 광원이 렌즈(121)의 외부에 위치하는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 렌즈(121)가 광원을 내부에 수용하는 IOL 타입일 수 있다. 이 경우, 렌즈(121)의 입사면은, 렌즈(121)의 외면이 아닌, 렌즈(121)에서 광원과의 계면에 대응하는 내면일 수 있다.

입사면(S1)은 구면 또는 비구면일 수 있다.

입사면(S1)은 X축 방향 또는 Y축 방향으로 절단한 단면이 직선 구간을 포함할 수 있다. 입사면(S1)은 X축 방향 또는 Y축 방향으로 절단한 단면이 곡선 구간을 포함할 수도 있다.

여기서, X 축 방향으로의 절단은 렌즈(121)를 광축(Optical Axis, OA)과 수직인 방향으로 절단하는 것을 의미하며, Y축 방향으로의 절단은 렌즈(121)를 광축(OA)의 축 방향으로 절단하는 것을 의미한다. 예를 들어, 도 1은 렌즈(121)를 Y축 방향으로 절단한 예를 도시한 것이다. 여기서, 광축(OA)은 점광원으로부터 입체적인 출사 광속(luminous flux)의 중심에서의 광의 진행 방향을 나타내는 가상의 직선이다. 광축(OA)은 렌즈(121)의 하부에 형성된 입사면(S1)과 렌즈(121)의 상부에 형성된 제1광학면(S2)의 중심을 통과하도록 연장되는 가상의 축과 일치할 수 있다.

입사면(S1)은 렌즈(121)의 상부를 향해 함몰되어 형성되는 오목부(미도시)를 하나 이상 포함할 수도 있다. 이 경우, 광원(110)의 일부 또는 전체가 렌즈(121)의 하부면에 형성된 오목부에 수용될 수도 있다. 또한, 광원(110)에서 출사된 광이 오목부의 내부면을 통해 렌즈(121)로 입사될 수 있다.

입사면(S1)은 광원(110)을 향해 돌출되어 형성되는 볼록부를 하나 이상 포함할 수도 있다.

입사면(S1)은 광축(OA)을 중심으로 회전 대칭 구조일 수 있다. 또한, 입사면(S1)은 광축(OA)에 대해 회전 비대칭 구조일 수도 있다.

제1광학면(S2)은 입사면(S1)을 통과하여 입사하는 광을 반사 또는 굴절시키기 위한 광학면으로서, 입사면(S1)에 대향하게 마련된다.

제1광학면(S2)은 중심 영역에 광원을 향해 함몰되어 형성되는 오목부(S21)를 포함할 수 있다.

오목부(S21)는 꼭짓점이 광축(OA) 상에 위치할 수 있다.

오목부(S21)는 광축(OA)을 중심으로 회전 대칭 구조일 수 있다. 또한, 제1광학면(S2)은 광축(OA)을 중심으로 회전 비대칭 구조일 수도 있다

오목부(S21)는 비구면 또는 구면일 수 있다.

오목부(S21)는 X축 방향 또는 Y축 방향으로 절단한 단면이 직선 구간을 포함할 수 있다. 예를 들어, 오목부(S21)는 Y축 방향으로 절단한 단면이 직선인 원뿔 형상으로 형성될 수 있다.

오목부(S21)는 X축 방향 또는 Y축 방향으로 절단한 단면이 곡선 구간을 포함할 수도 있다.

제1광학면(S2)은 외곽 영역에 커버(122)의 하부면과 평행한 평면부(S22)를 더 포함할 수 있다.

평면부(S22)는 접착 부재(미도시)에 의해 커버(122)의 일면에 접착되는 면으로서, 커버(122)의 이탈을 방지하기 위해 소정의 폭(width, W22)을 가지도록 마련될 수 있다. 평면부(S22)의 폭(W22)은 렌즈(121)의 사이즈, 형상 등 렌즈 특성에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 평면부(S22)는 0.5mm 내지 1mm의 폭(W22)을 가지도록 마련될 수 있다.

한편, 도 1 및 도 2에서는 렌즈(121)의 평면부(S22) 상에 커버(122)가 부착되는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 렌즈(121)의 특성 상 평면부(S22)의 형성이 어렵거나 평면부(S22)의 폭(W22) 충분히 크지 않은 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1광학면(S2)으로부터 연장 형성되는 별도의 플랜지(flange)(124)를 통해 렌즈(121) 상에 커버(122)를 부착시킬 수도 있다.

제2광학면(S3)은 입사면(S1)을 통과하여 입사하는 광을 굴절 또는 반사시키는 광학면으로서, 제1광학면(S2)의 외곽으로부터 절곡 또는 만곡되어 연장되어 형성될 수 있다.

제2광학면(S3)은 제1광학면(S2)으로부터 측하방으로 연장되어 광속 제어 부재(130)의 외측면을 형성할 수 있다.

본 문서에서, 절곡은 급격하게 구부러지는 형상을 의미한다. 예를 들어, 두 개의 면들이 약 0.1㎜ 이하의 곡률 반지름의 곡면을 형성하며 구부러지는 경우, 두 개의 면들이 절곡된다고 할 수 있다. 또한, 만곡은 완만하게 구부러지는 형상을 의미한다. 예를 들어, 두 개의 면들이 약 0.1㎜ 보다 큰 곡률 반지름의 곡면을 형성하며 구부러지는 경우, 두 개의 면들이 만곡된다고 할 수 있다. 또한, 변곡은 곡면의 변화되는 경향이 바뀌어서 구부러지는 것을 의미한다. 예를 들어, 볼록한 곡면이 구부러지면서 오목한 곡면으로 변화될 때, 볼록한 곡면 및 오목한 곡면이 변곡된다고 할 수 있다.

제2광학면(S3)은 광축(OA)을 중심으로 회전 대칭 구조일 수 있다. 또한, 제2광학면(S3)은 광축(OA)을 중심으로 회전 비대칭 구조일 수도 있다

제2광학면(S3)은 비구면 또는 구면일 수 있다.

제2광학면(S3)은 X축 방향 또는 Y축 방향으로 절단한 단면이 직선 구간을 포함할 수 있다.

제2광학면(S3)은 X축 방향 또는 Y축 방향으로 절단한 단면이 곡선 구간인을 곡면을 포함할 수도 있다.

제2광학면(S3)은 일부 영역이 렌즈(121)의 내부를 향해 함몰된 오목 형상일 수 있다. 또한, 제2광학면(S3)은 일부 영역이 렌즈(121)의 외부를 향해 돌출된 볼록 형상일 수도 있다.

제2광학면(S3)은 단면이 상부로 갈수록 광축(OA)에서 멀어지는 직선 또는 곡선 구간을 포함할 수 있다.

또한 제2광학면(S3)은 단면이 상부로 갈수록 광축(OA)에 가까워지는 직선 또는 곡선 구간을 포함할 수 있다.

다시, 도 1을 보면, 커버(122)는 렌즈(121)의 제1광학면(S2)으로부터 출사되는 광 중 일부를 흡수, 반사 또는 굴절시켜 발광 장치의 중심 영역으로 진행되는 광량을 제어하는 기능을 수행한다. 여기서, 발광 장치의 중심 영역은 광축(OA)을 중심으로 하는 소정 영역을 의미한다.

제1광학면(S2)을 통과하여 커버(122)로 입사하는 대부분의 광은 발광 장치의 중심 영역으로 진행된다. 따라서, 커버(122)는 렌즈(121)의 제1광학면(S2)으로부터 입사하는 광 중 일부를 흡수, 반사 또는 굴절시켜 발광 장치의 중심 영역으로 광이 집중되는 것을 방지함으로써, 발광 장치의 중심이 매우 밝아지는 무라(Mura)를 방지하고 발광 장치의 커버 영역을 넓히는 기능을 수행한다.

이를 위해, 커버(122)는 70% 이하의 광 투과율을 가진다. 즉, 커버(122)는 렌즈(121)의 제1광학면(S2)으로부터 커버(122)의 입사면으로 입사하는 광 대비 커버(122)를 통과하여 발광 장치의 중심 영역으로 진행하는 광의 비율(아래에서는, 이를 '광 투과율'이라 명명하여 사용한다)이 70% 이하 이도록 마련될 수 있다.

커버(122)는 렌즈(121)의 제1광학면(S2)의 적어도 일부를 덮도록 배치될 수 있다. 커버(122)는 발광 소자의 중심부로 진행하는 광에 대해서만 투과율을 제어할 수 있도록, 렌즈(121)를 커버(122)와 수평으로 자른 단면적과 동일하거나 그보다 작은 면적을 가지도록 설계될 수 있다.

커버(122)는 기판(substrate) 상에, 코팅층을 형성하여 마련될 수 있다. 예를 들어, 커버(122)는 PMMA(polymethyl metaacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthlate), PC(poly carbonate), COC(cycloolefin copolymer), PEN(polyethylene naphthalate) 수지 등으로 형성된 기판 상에 폴리메타크릴산메(Polymethyl methacrylate) 등의 코팅층을 형성하여 마련될 수 있다.

커버(122)는 반사시트를 포함할 수 있다. 이 경우, 커버(122)는 렌즈(121)의 제1광학면(S2)으로부터 커버(122)의 입사면으로 입사하는 광 중 일부를 반사시킴으로써 광 투과율을 제어할 수 있다.

커버(122)의 입사면에 반사층을 마련하는 경우, 커버(122)에 의해 반사된 광은 렌즈(121)에 의해 발광 장치의 중심부가 아닌 외곽 영역으로 진행될 수 있다. 이에 따라, 무라가 개선될 뿐만 아니라 렌즈(121)의 커버 영역 또한 증가하게 된다.

또한, 커버(122)는 확산시트를 포함할 수 있다. 이 경우, 커버(122)는 렌즈(121)의 제1광학면(S2)으로부터 커버(122)의 입사면으로 입사하는 광 중 일부를 굴절시켜 발광 장치의 중심 영역 외의 영역으로 진행시킬 수도 있다.

또한, 커버(122)는 도 4에 도시된 바와 같이, 렌즈(121)의 제1광학면(S2)으로부터 커버(122)의 입사면으로 입사하는 광 중 일부만을 통과시키는 관통홀(5)을 복수 개 포함할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이 커버(122)가 투과율 제어를 위해 복수 개의 관통홀을 포함하도록 마련되는 경우, 커버(122)는 투과율이 소정 수준 이하로 낮은 재질로 형성되거나, 입사면에 반사층을 형성함으로써, 관통홀 외의 다른 영역으로 입사하는 광의 대부분을 흡수 또는 반사할 수 있다. 또한, 관통홀의 크기, 분포 등을 제어하여 광 투과율을 제어할 수 있다. 예를 들어, 커버(122)에서 관통홀이 아닌 다른 면으로 입사하는 광의 대부분이 반사 또는 흡수된다고 할 때, 커버(122)에서 복수의 관통홀(5)이 차지하는 총 면적을 70% 이하로 조절하여 커버(122)의 광 투과율을 70% 이하로 조절할 수 있다.

커버(122)는 발광 장치의 특성, 렌즈 형상 등에 따라 서로 다른 두께로 형성될 수 있다. 일 예로, 발광 장치가 액정표시장치의 백라이트 유닛으로 사용되는 경우, 커버(122)의 두께는 500um 이하일 수 있다.

한편, 도 1에서는 하나의 구동 기판(200)에, 하나의 발광 소자(110) 및 하나의 광학 부재(120)가 배치되는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 본 발명의 실시 예는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 하나의 구동 기판(200)에 복수의 발광 소자(110)가 배치될 수 있다. 또한, 예를 들어, 하나의 발광 소자(110)에 대응하여 복수의 광학 부재(120)가 배치될 수도 있다.

전술한 바에 따르면, 본 발명의 실시 예에 따른 발광 장치는 렌즈의 상부면에 투과율이 70% 이하인 커버를 결합한 광학 부재를 적용하여 발광 장치의 중앙으로 올라오는 광을 감소시킴으로써, 광원으로부터 출광된 광이 발광 장치의 중심부로 집중되어 무라가 발생하고 커버 영역이 좁아지는 문제를 개선할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 액정표시장치를 도시한 분해 사시도로서, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 발광 장치를 포함하는 액정 표시 장치를 도시한 것이다. 또한, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 장치를 포함하는 백라이트 유닛을 A-A`를 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 액정표시장치는 백라이트 유닛(10)과 액정패널(20)을 포함한다.

액정패널(20)은 액정표시장치의 표시부로서, 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT) 기판과 컬러필터 기판과, 그리고 두 기판 사이에 개재된 액정층을 포함할 수 있다. 박막 트랜지스터 기판은 복수의 게이트 라인, 복수의 게이트 라인과 교차하는 복수의 데이터 라인, 각 게이트 라인과 데이터 라인의 교차영역에 형성되는 박막 트랜지스터(TFT)를 포함한다.

액정패널(20)의 일측에는 구동 회로부(30)가 연결될 수 있다.

구동 회로부(30)는 박막 트랜지스터 기판의 게이트 라인에 스캔 신호를 공급하는 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)(31)과, 데이터 라인에 데이터 신호를 공급하는 인쇄회로기판(32)을 포함한다.

구동 회로부(30)는 칩온필름(Chip on film, COF), 테이프캐리어패키지(Tape Carrier Package, TCP) 등의 방식으로 액정패널(20)과 전기적으로 연결된다.

액정표시장치는 액정패널(20)을 지지하는 패널 가이드(21), 액정패널(20)의 가장자리를 감싸며 패널 가이드(21)와 결합되는 상부 케이스(22)를 더 포함할 수 있다.

백라이트 유닛(10)은 직하형으로 액정패널(20)에 결합되며, 하부 커버(bottom cover)(300), 구동 기판(200), 복수의 광원부(100), 다수의 광학시트(400)를 포함할 수 있다.

하부 커버(300)는 금속 등으로 이루어지며, 상부가 개구된 박스 형상으로 마련될 수 있다. 예를 들어, 하부 커버(300)는 금속 플레이트 등이 절곡 또는 만곡되어 형성될 수 있다.

하부 커버(300)의 절곡 또는 만곡되어 형성되는 공간에는 구동 기판(200)이 수용된다. 또한, 하부 커버(300)는 광학시트들(400) 및 액정패널(20)을 지지하는 기능을 수행한다.

구동 기판(200)은 플레이트 형상을 가지며, 반사층이 구동 기판(200) 상에 형성될 수 있다. 반사층은 발광 다이오드(110)로부터 조사되는 광을 반사시켜 백라이트 유닛(10)의 성능을 향상시키는 기능을 수행한다.

구동 기판(200) 상에는 복수의 광원부(100)가 실장될 수 있다.

각 광원부(100)는 발광 소자(110) 및 발광 다이오드(110)를 덮도록 배치되는 렌즈(121)를 포함할 수 있다. 도 6 및 도 7에서는 발광 소자(110)가 발광 다이오드인 경우를 예로 들어 설명한다.

각 발광 다이오드(110)는 구동 기판(200) 상에 배치되며, 구동 기판(200)에 전기적으로 연결된다. 발광 다이오드(110)는 구동 기판(200)에서 공급되는 구동신호에 따라서 발광한다.

각 발광 다이오드(110)는 점광원으로 동작하며, 구동 기판(200) 상에 소정 간격으로 배치된 발광 다이오드(110) 배열(array)은 면광원을 형성할 수 있다.

각 발광 다이오드(110)는 발광 다이오드 칩을 포함하는 발광 다이오드 패키지 형태로 마련될 수 있다. 각 발광 다이오드(110)는 백색 광을 조사하거나, 청색 광, 녹색 광 및 적색 광을 골고루 나누어서 조사할 수도 있다.

광학 부재(120)는 렌즈(121)와 렌즈(121)의 상부에 결합되는 커버(122)를 통해 발광 다이오드(110)로부터 조사되는 광의 광속과 투과율을 제어함으로써 백라이트 유닛(10)의 휘도 균일성을 향상시키는 기능을 수행한다.

렌즈(121)는 발광 다이오드(110)로부터의 조사되는 광이 입사되면, 광속을 제어하여 휘도 균일성을 향상시키는 기능을 수행한다. 렌즈(121)는 발광 다이오드(110)와 분리되어 마련될 수 있다. 또한, 렌즈(121)는 발광 다이오드(110)가 내부에 수용된 IOL 타입으로 마련될 수도 있다.

커버(122)는 접착 부재(미도시)에 의해 렌즈(121) 상부면의 적어도 일부를 덮도록 렌즈(121) 상에 접착되며, 광 투과율이 70% 이하로 마련된다.

커버(122)는 렌즈(121)를 통과하여 커버(122)로 입사하는 광 중 특정 영역 즉, 발광 다이오드(110)의 중심부에 대응하는 영역으로 진행되는 광의 일부만을 통과시킴으로써, 발광 다이오드(110)의 중심부에 광이 집중되는 현상을 개선할 수 있다.

한편, 도 5 및 도 6에서는 광학 부재(120)들이 서로 분리된 상태로 소정 간격 이격되어 배치되는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 본 발명의 실시 예는 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 실시 예들에 따르면, 각 발광 다이오드(110)에 대응하여 소정 간격으로 배열된 복수의 광학 부재(120)가 하나의 구조물로 결합된 형태로 구현될 수도 있다.

광학시트(400)는 확산시트(410), 편광시트(420), 프리즘 시트(430) 등을 포함하며, 광학시트(400)를 통과하는 광의 특성을 향상시키기 위해 사용될 수 있다.

확산 시트(410)는 광원부(100)로부터 입사된 광을 액정패널(20)의 정면으로 향하게 하고, 넓은 범위에서 균일한 분포를 가지도록 광을 확산시켜 액정패널(20)에 조사한다.

편광 시트(420)는 편광 시트(420)로 입사되는 광들 중에서 경사지게 입사되는 광을 수직으로 출사되도록 편광시키는 기능을 수행한다. 확산 시트(410)로부터 출사되는 광을 수직으로 변화시키기 위해 적어도 하나의 편광 시트(420)가 액정패널(20) 하부에 배치될 수 있다.

프리즘 시트(430)는 자신의 투과축과 나란한 광은 투과시키고 투과축에 수직한 광은 반사시킨다.

한편, 백라이트 유닛(10)에서 조도 균일도를 충분히 확보하기 위해서는 발광 다이오드(110)와 렌즈(121) 사이에 소정 크기 이상의 공극(air gap)이 형성될 필요가 있다. 또한, 넓은 조도 분포를 가지기 위해서는 발광 다이오드(110)의 크기를 줄이거나, 렌즈(121)의 크기를 키워 조도 균일도를 확보할 필요가 있다.

최근 초박형 액정표시장치에 대한 요구가 증가되면서, 발광 다이오드(110)와 렌즈(121) 간의 공극을 줄이는 시도들이 지속되고 있다. 그러나, 줄어든 공극으로 인해 렌즈(121)의 크기를 키우는데 한계가 있고, 이로 인해 조도 균일도를 확보하는데 어려움이 있다. 특히, 백라이트 유닛(10)의 두께가 10mm 이하로 설계되는 경우, 광원(100)의 중심부로 광이 집중되어 중심부가 매우 밝아지는 무라가 발생하며, 하나의 광원이 커버하는 영역 또한 줄어들게 된다.

따라서, 본 발명의 일 실시 예에서는 렌즈(121) 상에 렌즈(121)의 중심부로 집중되는 광의 일부를 차단하는 커버(122)를 결합함으로써, 발광 다이오드(110)로부터 출사되는 광이 광원(100)의 중심부로 집중되는 것을 효과적으로 개선하고, 하나의 광원(100)이 커버할 수 있는 커버 영역을 넓히는 효과가 있다.

도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 부재를 적용함으로써 무라가 개선되는 효과를 설명하기 위한 도면들이다.

도 7은 렌즈(121) 상에 결합되는 커버(122)의 반사율과 투과율을 조절하면서 획득한 발광 소자의 조도 분포의 일 예를 도시한 것이다. 또한, 도 8은 액정표시장치의 윈도우 크기를 달리하면서 커버(122)를 적용하기 전과 적용한 후에 획득한 발광 소자의 조도 분포의 일 예를 도시한 것이다.

도 7을 참조하면, 커버(122)의 투과율을 낮출수록 발광 장치의 중심부로 광이 집중되는 현상을 개선할 수 있다. 또한, 커버(122)의 투과율과 반사율을 조절하여 발광 장치의 커버 영역을 넓히는 것 또한 가능하다.

도 8을 참조하면, 각각 윈도우 사이즈가 75mm×75mm인 경우와, 200mm×200mm인 경우를 나타낸 것으로서, 두 경우 모두 커버(122)를 적용할 경우 무라가 개선됨을 알 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 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.

Claims

광원으로부터 광이 입사하는 입사면, 상기 광원을 향해 함몰된 제1광학면 및 상기 제1광학면으로부터 연장되는 제2광학면을 포함하는 렌즈, 그리고
상기 제1광학면의 적어도 일부를 덮도록 상기 렌즈 상에 배치되며, 광 투과율이 70% 이하인 커버
를 포함하는 광학 부재.
제1항에 있어서,
상기 커버는 복수의 관통홀을 포함하는 광학 부재.
제2항에 있어서,
상기 커버에서 상기 복수의 관통홀이 차지하는 총 면적이 70% 이하인 광학 부재.
제1항에 있어서,
상기 커버는 반사시트를 포함하는 광학 부재.
제1항에 있어서,
상기 커버는, 확산 시트를 포함하는 광학 부재.
제1항에 있어서,
상기 커버의 크기는 상기 렌즈를 상기 커버와 수평하게 자른 단면적과 동일하거나 더 작은 광학 부재.
제1항에 있어서,
상기 커버와 상기 렌즈의 적어도 일부를 결합하는 접착 부재를 더 포함하는광학 부재.
제7항에 있어서,
상기 커버와 상기 렌즈의 접착면은 폭이 0.5mm 내지 1mm인 광학 부재.
구동 기판,
상기 구동 기판 상에 배치되는 복수의 발광 소자, 그리고
상기 복수의 발광 소자 각각의 적어도 일부를 덮도록 상기 복수의 발광 소자 상에 배치되는 복수의 광학 부재를 포함하되,
상기 광학 부재는,
상기 발광 소자로부터 조사된 광이 입사하는 입사면, 상기 발광 소자를 향해 함몰된 제1광학면 및 상기 제1광학면으로부터 연장되는 제2광학면을 포함하는 렌즈, 그리고
상기 제1광학면의 적어도 일부를 덮도록 상기 렌즈 상에 배치되며, 광 투과율이 70% 이하인 커버를 포함하는 발광 장치.
제9항에 있어서,
상기 커버는 복수의 관통홀을 포함하는 발광 장치.
제9항에 있어서,
상기 커버는 반사시트를 포함하는 발광 장치.
제9항에 있어서,
상기 커버는, 확산 시트를 포함하는 발광 장치.