JP4959971B2 - 光学パッケージ、光学レンズ、これを有するバックライトアセンブリ、及び表示装置 - Google Patents

光学パッケージ、光学レンズ、これを有するバックライトアセンブリ、及び表示装置 Download PDF

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Description

本発明は、光学パッケージ、光学レンズ、これを有するバックライトアセンブリ、及び表示装置に係る。
一般に、複数の発光ダイオード(LED)を具備する直下型バックライトユニット(BLU)は、フロント方向に向かって集中される光をより均一に拡散させるために導光板を具備する。
前記導光板は、主にポリメチルメタクリレート系列レジン(PMMA)で製造される。前記導光板の屈折率はほぼ1.5である。前記導光板の屈折率は空気の屈折率より大きいので、外部から入射される光は、前記導光板の内部で全反射されながら進行され、結局、光を均一に拡散させる役割を果たす。
ここで、バックライトユニットを採用するLCD TVやモニターはスリム化が要求されており、一定の厚さを有する導光板を使用するのに限界がある。
又、充分なカラーの混合領域が確保されないと、導光板を使用しても発光ダイオードのそれぞれから発散される赤色、緑色、青色の斑点が見えることになる。従って、均一な背面光を得ることができないという問題点がある。
即ち、導光板の存在とは関係なく、カラー混合領域が充分に確保されないと、各発光ダイオードから発散される光の斑が人の目で確認できる程度に見えることになるという問題点がある。
本発明の技術的課題は、このような従来の問題点を解決するためのもので、本発明の目的は、背面光の均一度を向上することができる光学パッケージを提供することにある。
本発明の他の目的は、前記した光学パッケージに採用される光学レンズを提供することにある。
本発明の更に他の目的は、前記した光学パッケージを有するバックライトアセンブリを提供することにある。
本発明の更に他の目的は、前記した光学パッケージを有する表示装置を提供することにある。
本願第1発明は、複数の発光部と、前記発光部のそれぞれに対応して中心部が凸形状を有し、周辺部が前記中心部を外側で収容する凹形状を有するレンズ部を定義して、前記レンズ部のそれぞれのサイド方向に延長された導光部を有するレンズプレートと、を含み、前記凸形状は複数の曲率半径によって定義される曲面であって、前記凹形状は、前記凸形状に近い側で曲率半径が大きく、導光部に近くなるにつれ序々に曲率半径を小さくする複数の曲率半径によって定義される曲面であり、前記導光部の厚さは均一であることを特徴とする光学パッケージを提供する。
本願第2発明は、第1発明において、前記レンズ部は、凸形状を有して前記発光部上に配置された中心レンズ部と、凹形状を有して前記中心レンズ部の外側に形成された周辺レンズ部とを含み、前記凸形状は、複数の曲率半径によって定義される曲面であって、前記凹形状は、前記凸形状に近い側で曲率半径が大きく、導光部に近くなるにつれ序々に曲率半径を小さくする複数の曲率半径によって定義される曲面であり、前記導光部の厚さは、前記周辺レンズ部から遠くなるにつれ小さくなることを特徴とする光学パッケージを提供する。
ここで、本願第2発明の前記周辺レンズ部は、平面で観察する時に円形形状であることを特徴とする光学パッケージを提供する。
ここで、本願第2発明の前記導光部は、前記周辺レンズ部を取り囲む四角形状であることを特徴とする光学パッケージであると好ましい
ここで、本願第2発明の前記中心レンズ部は、頂点部が中心部から離隔された凸形状を有する光学パッケージであると好ましい。
ここで、本願第2発明の前記凹形状は中心部から周辺部に進行するにつれて、13.74mmの曲率半径、4.07mmの曲率半径、及び2.70mmの曲率半径によって定義される曲面を少なくとも含むと望ましい。
ここで、本願第2発明の前記頂点部が中心部から離隔された凸形状は、中心部から周辺部に進行するにつれて、2.76mmの曲率半径、1.98mmの曲率半径、及び2.15mmの曲率半径によって定義される曲面を少なくとも含むことを特徴とする光学パッケージであると好ましい。
ここで、本願第2発明の前記中心レンズ部の背面には、前記発光部を収容する溝が形成されることを特徴とする光学パッケージであると好ましい
ここで、本願第2発明の前記溝には空気層が形成され、前記発光部から発散された光は、前記空気層を経由して前記中心レンズ部、周辺レンズ部、及び導光部に印加されることを特徴とする光学パッケージであると好ましい
ここで、本願第2発明の前記導光部のフロント面は、前記周辺レンズ部のエッジから延長されながら傾斜する曲面であることを特徴とする光学パッケージであると好ましい。
ここで、本願第2発明の前記導光部の厚さは、4.5mm以下であることを特徴とする光学パッケージであると好ましい。
ここで、本願第2発明の前記導光部の材質は、前記周辺レンズ部の材質と同じであることを特徴とする光学パッケージであると好ましい。導光部及び周辺レンズ部の材質が同じであるので、導光部及び周辺レンズ部を一体形成することができる。
本願第3発明は、第1発明において、前記レンズ部のそれぞれは、平面で観察する時に円形形状であることを特徴とする請求項1記載の光学パッケージを提供する。
本願第4発明は、第1発明において、前記導光部の一面は、前記レンズ部のエッジから延長された平面であることを特徴とする光学パッケージを提供する。
本願第発明は、第発明において、前記レンズ部は、頂点部が中心部から離隔された凸形状を有することを特徴とする光学パッケージを提供する。
本願第発明は、第発明において、前記中心部は頂点部が中心部から離隔された凸形状を有することを特徴とする光学パッケージを提供する。
本願第7発明は、第1発明において、前記凹形状は中心部から周辺部に進行するにつれて、13.74mmの曲率半径、4.07mmの曲率半径、及び2.70mmの曲率半径によって定義される曲面を少なくとも含むことを特徴とする請求項1記載の光学パッケージを提供する。
本願第発明は、第発明において、前記凸形状は中心部から周辺部に進行するにつれて、2.76mmの曲率半径、1.98mmの曲率半径、2.15mmの曲率半径によって定義される曲面を少なくとも含むことを特徴とする光学パッケージを提供する。
本願第発明は、第1発明において、前記レンズ部の背面部には、前記発光部を収容する溝が形成されることを特徴とする光学パッケージを提供する。
願第10発明は、第発明において、前記溝には空気層が形成され、前記発光部から発散された光は、前記空気層を経由して前記レンズ部及び導光部に印加されることを特徴とする光学パッケージを提供する。
空気層とレンズ部及び導光部との屈折率の違いにより光の進行方向を変化させることで、光の均一性を向上することができる
本願第11発明は、第発明において、前記頂点部が中心部から離隔された凸形状は、
中心部から周辺部に進行するにつれて、前記中心レンズ部にセンターを有して、2.76mmの曲率半径、1.98mmの曲率半径、及び2.15mmの曲率半径によって定義される曲面と、正面側にセンターを有して、22.97mmの曲率半径、13.74mmの曲率半径、4.07mmの曲率半径、及び2.70mmの曲率半径によって定義される曲面とによって定義されることを特徴とする光学パッケージを提供する。
願第12発明は、凸形状を有する中心レンズ部と、凹形状を有して、前記中心レンズ部の外側に形成された周辺レンズ部と、前記周辺レンズ部から延長された導光部と、
を含み、前記凸形状は複数の曲率半径によって定義される曲面であって、前記凹形状は、前記凸形状に近い側で曲率半径が大きく、導光部に近くなるにつれ序々に曲率半径を小さくする複数の曲率半径によって定義される曲面であり、前記導光部の厚さは均一であることを特徴とする光学レンズを提供する
本願第13発明は、第12発明において、前記中心レンズ部は、頂点部が中心部から離隔された凸形状を有することを特徴とする光学レンズを提供する。
本願第14発明は、第12発明において、前記中心レンズ部、周辺レンズ部、及び導光部の材質は、ポリメチルメタクリレート系列レジン(polymethylmethacrylate−serises resin、PMMA)であることを特徴とする光学レンズを提供する。
願第15発明は、第1領域及び前記第1領域を取り囲む第2領域を有するベース基板と、前記第1領域に配置され、(a)複数の発光部と、(b)凸形状の中心部を収容する凹形状を有して、前記発光部のそれぞれに対応して複数のレンズ部を定義しながら、前記レンズ部のそれぞれのサイド方向に延長されたレンズプレートを含む光学パッケージと、を含み、前記凸形状は複数の曲率半径によって定義される曲面であって、前記凹形状は、前記凸形状に近い側で曲率半径が大きく、導光部に近くなるにつれ序々に曲率半径を小さくする複数の曲率半径によって定義される曲面であり、前記導光部の厚さは均一であることを特徴とするバックライトアセンブリを提供する。
本願第16発明は、第15発明において、前記レンズ部のそれぞれは、凸形状を有する中心レンズ部と、凹形状を有して前記中心レンズ部の外側に形成された周辺レンズ部とを含み、前記レンズプレートは、前記周辺レンズ部から延長された導光部を定義することを特徴とするバックライトアセンブリを提供する
本願第17発明は、第16発明において、互いに隣接する光学レンズの間には、中間導光部材が更に介在されることを特徴とするバックライトアセンブリを提供する。
本願第18発明は、第16発明において、前記中心レンズ部、周辺レンズ部、及び導光部の材質は、ポリメチルメタクリレート系列レジン(polymethylmethacrylate−serises resin、PMMA)であることを特徴とするバックライトアセンブリを提供する。
本願第19発明は、第16発明において、前記中間導光部材は、シリコンを含むことを特徴とするバックライトアセンブリを提供する。
本願第20発明は、第16発明において、前記ベース基板の第2領域上に配置され、前記発光部から出射された光を反射する反射部を更に含むことを特徴とするバックライトアセンブリを提供する。
本願第21発明は、第15発明において、前記発光部は、点光源であることを特徴とするバックライトアセンブリを提供する。
本願第22発明は、第15発明において、前記発光部は、発光ダイオードであることを特徴とするバックライトアセンブリを提供する。
本願第23発明は、第15発明において、前記発光部は、赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子を含むことを特徴とするバックライトアセンブリを提供する。
本願第24発明は、第15発明において、前記発光部は、1つの赤色発光素子、2つの緑色発光素子、1つの青色発光素子を含むことを特徴とするバックライトアセンブリを提供する。
本願第25発明は、光を利用して画像を表示する表示パネルと、(a)第1領域及び前記第1領域を取り囲む第2領域を有するベース基板と、(b)前記第1領域に配置された複数の発光部と、(c)凸形状を有して前記発光部のそれぞれをカバーする複数の中心レンズ部、凹形状を有して前記中心レンズ部の外側に形成された周辺レンズ部、及び前記周辺レンズ部から延長された導光部を定義する複数の光学レンズを含んで前記表示パネルに光を出射するバックライトアセンブリと、を含み、前記凸形状は複数の曲率半径によって定義される曲面であって、前記凹形状は、前記凸形状に近い側で曲率半径が大きく、導光部に近くなるにつれ序々に曲率半径を小さくする複数の曲率半径によって定義される曲面であり、前記導光部の厚さは均一であることを特徴とする表示装置を提供する。
本願第26発明は、光を利用して画像を表示する表示パネルと、(a)第1領域及び前記第1領域を取り囲む第2領域を有するベース基板と、(b)前記第1領域に配置された複数の発光部と、(c)凸形状の中心部を収容する凹形状を有して、前記発光部のそれぞれに対応して複数のレンズ部を定義しながら、前記レンズ部のそれぞれのサイド方向に延長されたレンズプレートを含んで前記表示パネルに光を出射するバックライトアセンブリと、を含み、前記凸形状は複数の曲率半径によって定義される曲面であって、前記凹形状は、前記凸形状に近い側で曲率半径が大きく、導光部に近くなるにつれ序々に曲率半径を小さくする複数の曲率半径によって定義される曲面であり、前記導光部の厚さは均一であることを特徴とする表示装置を提供する。
このような光学レンズ、これを有する光学パッケージ、バックライトアセンブリ、及び表示装置によると、発光ダイオード上に配置される光学レンズに導光機能を付与することによって、前記発光ダイオードから出射される光の均一度を向上させることができる。
以下、添付図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。
<光学レンズの実施例1>
図1は、本発明の一実施例による光学レンズを示す斜視図であり、図2は、図1に図示された光学レンズの原理を説明する概念図である。特に、導光機能が付与された光学レンズの導光部の厚さが同じであることを図示する。ここで、導光機能が付与された光学レンズとは、本来のレンズの役割と共にレンズプレートの役割、即ち、全反射を通じた光の分布を均一にする役割を行うレンズを称する。
図1及び図2を参照すると、光学レンズ10は、中心レンズ部12、周辺レンズ部14、及び導光部16を含む。前記中心レンズ部12の背面には、発光ダイオード(LED)等の発光素子を収容するための溝18が形成される。前記溝18の形状は、前記発光素子の形状に適応する。この溝18には、例えば空気層が形成され、発光ダイオード(LED)等の発光素子から発散された光が、空気層を経由してレンズ部及び導光部に印加される。このとき、空気層とレンズ部及び導光部との屈折率の違いにより光の進行方向が変化する。
前記中心レンズ部12は、フロント側(z−軸)に向かって、相対的に突出された凸形状を有する。前記中心レンズ部12は、平面(x−y平面)で観察する時に円形形状を有する。前記中心レンズ部12は、中心レンズ部12の各地点における曲率が互いに異なる曲面によって定義される。前記凸形状の中心レンズ部12は、一種の凸レンズの役割を行う。前記中心レンズ部12の等高線は、互いに平行でも良く、いずれか一方に偏っても良い。即ち、図1に示すように、任意の領域に存在する等高線の密度は相対的に高く、他の領域に存在する等高線の密度は相対的に低い。
前記周辺レンズ部14は、前記中心レンズ部12を収容する凹形状を有して、前記中心レンズ部12の外側に形成される。前記周辺レンズ部14は、フロント側(z−軸)に向かって相対的に凹形状を有する。前記周辺レンズ部14は、平面(x−y平面)で観察する時、前記中心レンズ部12を取り囲むドーナツ形状を有する。前記周辺レンズ部14は、周辺レンズ部14の各地点における曲率が互いに異なる曲面によって定義される。前記凹形状の周辺レンズ部14は、一種の凹レンズの役割を行う。前記周辺レンズ部14の等高線は、互いに平行でも良く、いずれか一方に偏っても良い。即ち、図1に示すように、任意の領域に存在する等高線の密度は相対的に高く、他の領域に存在する等高線の密度は相対的に低い。
前記導光部16は、前記周辺レンズ部14から延長される。前記導光部16は、フロント側(x−y平面)に対応して、フラットな平面を有する。図1では、前記導光部16が前記周辺レンズ部14を取り囲む四角形状を図示したが、前記周辺レンズ部14を取り囲むドーナツ形状、楕円形状のような多様な形状が可能である。
図2を参照して、光学レンズ10の溝18に収容された発光ダイオード(LED)で光が出射されることによって、中心レンズ部12、周辺レンズ部14、及び導光部16によって変化する光特性を説明する。
前記中心レンズ部12に入射される光は、相対的に凸形状の界面によって屈折され、バックライトユニットを明るくする光として利用される。即ち、前記中心レンズ部12の界面に入射された光は、入射角より大きい透過角を有して、外部の空気領域に出射される。例えば、図1において、入射角θ1<透過角θ2であり、また入射角θ3<透過角θ4である。スネルの法則(snell’s law)によって光学レンズの屈折率(例えば、1.5)が空気領域(例えば、1)の屈折率より大きいためである。
図2で光学レンズ10の界面から出射されずに光学レンズ10内部に反射される反射光は、入射角と同じ角度の反射角を有する。前記した反射光の図示は省略する。
一方、前記周辺レンズ部14に入射される光は、相対的に凹形状の界面によって光学レンズ10の外側方向に屈折され透過され、前記屈折され透過される光は、前記導光部16を経由しながら、より外側に屈折され出射される。例えば、周辺レンズ部14への入射光a1は、凹形状の界面により屈折されて透過光a2となって導光部16を経由し、さらに透過光a2は導光部16から出射光a3として出射される。つまり、前記周辺レンズ部14の曲面は、光学レンズの内側を経由する光又は光学レンズの外側を経由する光の経路を変更(第1経路変更)し、前記導光部16は、前記曲面部によって第1経路変更された光を受けてさらに経路を変更(第2経路変更)させて出射する。
具体的に、前記周辺レンズ部14の曲面は、中心部に具備される発光ダイオード(LED)から30°未満のように、相対的に小さい傾斜角を有するように形成される。つまり、図1中、例えば発光ダイオードからの光が入射されるポイントP1やP2における、周辺レンズ部14の曲面の傾斜角は例えば30°未満であり、相対的に小さい。従って、前記周辺レンズ部14の内部曲面に入射される光は殆ど透過されず、反射され導光部16に提供される。例えば、内部曲面に入射される入射光a1はほぼ反射されて透過光a2として導光部16に導入される。一方、前記周辺レンズ部14の外部曲面に入射される光の一部は、一定の反射角を有して外部の空気領域に反射される反面、残りは一定の透過角を有して前記周辺レンズ部14を経由して、前記導光部16に提供される。例えば、外部曲面に入射される入射光a4は、外部の空気領域に反射光a5として反射され、さらに透過光a6として導光部16に導入される。
前記導光部16は、前記周辺レンズ部14から延長されるので、前記周辺レンズ部14から提供される光の経路をガイドして、フロント方向やサイド方向を通じて出射する。例えば、前記周辺レンズ部14の内部曲面によって反射された光a2は、入射角θ5に対して相対的に大きな透過角θ6を有するように、側部のフロント方向に出射する。また、前記周辺レンズ部14の曲面を経由する透過光a6は、入射角θ7に対して相対的に大きな透過角θ8を有するように側部のリヤ方向に出射する。
このように、導光機能が付与された光学レンズのフロント方向に出射される光は、バックライトユニット(BLU)の輝度を増加させることができ、前記光学レンズのサイド方向に出射される光は、バックライトユニット(BLU)の均一性を増加させることができる。
図3は、図1に図示された光学レンズの可変曲率を説明する概念図である。
図1乃至図3を参照すると、中心レンズ部12は、頂点部が中心部よりも離れた位置に設けられている凸形状を有している。この前記頂点部が中心部から離隔された凸形状は複数の可変曲率によって定義される。また、中心レンズ部12の中心に位置する凹形状は複数の可変曲率によって定義される。
具体的に、前記中心レンズ部12は、前記光学レンズ10の中心から外郭に進行することによって、背面側で定義されるセンターを有する(前記中心レンズ部12の内部に中心が位置する)2.76mmの曲率半径を有する第1曲面(a)と、前記第1曲面と連結されながら1.98mmの曲率半径を有する第2曲面(b)と、前記第2曲面と連結されながら2.15mmの曲率半径を有する第3曲面(c)と、フロント側で定義される中心を有する(前記中心レンズ部12の外部に中心が位置する)前記第3曲面と連結されながら22.97mmの曲率半径を有する第4曲面(d)と、前記第4曲面と連結されながら13.74mmの曲率半径を有する第5曲面(e)によって定義される。これによって、前記中心レンズ部12は、断面で観察する時に相対的に凸形状を定義する。
又、前記周辺レンズ部14は、前記光学レンズ10の中心から外郭に進行することによって、前記光学レンズ10のフロント側で定義されるセンターを有して前記第5曲面と連結されながら4.07mmの曲率半径を有する第6曲面(f)と、第6曲面と連結されながら2.70mmの曲率半径を有する第7曲面(g)によって定義される。これによって、前記周辺レンズ部14は、断面で観察する時、相対的に凹形状を定義する。
また、中心レンズ部12の凸形状は、前述の2.76mm、1.98mm及び2.15mmの曲率半径によって定義される曲面と、22.97mm、13.74mm、4.07mm及び2.70mmの曲率半径によって定義される曲面とによって定義されるということができる。
前記した本発明の一実施例では、中心レンズ部の頂点部が中心部から離隔された凸形状を有することを説明したが、前記中心レンズ部の頂点部が中心部から離隔しない凸形状を有しながら、複数の可変曲率によって定義されるように具現することもできる。
前記した本発明の一実施例では、一つの発光ダイオードに対応して、物理的に分離された一つの光学レンズを説明した。しかし、当業者なら複数の発光ダイオードに対応して一体に具現された光学レンズの具現も可能である。
<光学パッケージの実施例1>
図4は、本発明の一実施例による光学パッケージの斜視図である。特に、一実施例による光学レンズが一体に形成されることを図示する。
図4を参照すると、本発明の一実施例による光学パッケージ20は、複数の発光ダイオード22及びレンズプレート24を含み、高均一度の光を出射する。
前記発光ダイオード22は、平面上に配置される。図4では、16個の発光ダイオードがマトリックスタイプに配置されたことを図示する。
前記レンズプレート24は、前記発光ダイオード22のそれぞれに対応して定義される中心レンズ部、周辺レンズ部、及び導光部を有して、前記発光ダイオード22上に配置される。前記中心レンズ部の底部には、発光ダイオード22の収納のための溝が形成される。前記中心レンズ部、周辺レンズ部、及び導光部については、図1で説明したので、その説明は省略する。
<光学パッケージの実施例2>
図5は、本発明の他の実施例による光学パッケージの斜視図である。特に、一実施例による光学レンズが接続部材によって物理的に連結されたことを図示する。
図5を参照すると、本発明の他の実施例による光学パッケージ30は、複数の発光ダイオード32、複数の光学レンズ34、及び接続部材36を含み、高均一度の光を出射する。
前記発光ダイオード32は、平面上に配置される。図5では、16個の発光ダイオードがマトリックスタイプに配置されることを図示する。
前記光学レンズ34のそれぞれは、中心レンズ部、周辺レンズ部、及び導光部を有して、それぞれの発光ダイオード32上に配置される。前記光学レンズ34については、図1で説明したので、その説明は省略する。
前記接続部材36は、互いに隣接する光学レンズ間に介在され、互いに隣接する光学レンズ間に空気層が挿入されることを遮断する。前記接続部材は、光学レンズの屈折率と殆ど同じ材質で形成されることを好ましい。これにより、光学レンズ間において光の進行方向が変化するのを防止し、各光学レンズで光の進行方向を精度良く調整することができる。通常的に、光学レンズがPMMA材質で形成されることを勘案すると、前記接続部材36は、前記PMMA材質の屈折率と殆ど同じ屈折率を有するシリコンであることが好ましい。
これによって、任意の光学レンズの導光部を通じて出射された光は、シリコン部材36を経由して隣接する光学レンズの導光部に伝達される。
このように、光学レンズを互いに隣接するように配列することによって、光学レンズ自体の役割をすると同時に、光学レンズ間に空間が発生しないように、別のシリコンを通じて密封することによって、光学レンズのサイド方向がレンズプレートの役割まで行うようにすることができる。
<光学レンズの実施例2>
図6は、本発明の他の実施例による光学レンズを示す斜視図である。図7は、図6に図示された光学レンズの原理を説明する概念図である。特に、導光機能が付与された光学レンズの導光部の厚さが互いに異なることを図示する。
図6及び図7を参照すると、光学レンズ40は、中心レンズ部42、周辺レンズ部44、及び導光部46を含む。
前記中心レンズ部42の背面には、発光ダイオード(LED)のような発光素子を収容するための溝48が形成される。前記溝48の形状は、前記発光素子の形状に適応する。
前記中心レンズ部42は、フロント側(Z方向)に向かって相対的に突出された凸形状を有する。前記中心レンズ部42は、平面で観察する時、円形形状を有する。前記中心レンズ部42は、中心レンズ部12の各地点における曲率が互いに異なる曲面によって定義される。
前記周辺レンズ部44は、前記中心レンズ部42を収容する凹形状を有して、前記中心レンズ部42の外側に形成される。前記周辺レンズ部44は、フロント側に向かって相対的に凹形状を有する。前記周辺レンズ部44は、平面で観察する時に前記中心レンズ部42を取り囲むドーナツ形状を有する。前記周辺レンズ部44は、周辺レンズ部14の各地点における曲率が互いに異なる曲面によって定義される。
前記導光部46は、前記周辺レンズ部44から延長される。前記導光部46は、中心部から離れるほど厚さが薄くなる形状を有する。特に、前記導光部46の背面はフラットな形状を有し、導光部46のフロント面が背面側に傾斜する形状を有する。サイドで観察する時、前記フロント面は直線を定義することもでき、曲線を定義することもできる。図面では、前記導光部46が前記周辺レンズ部44を取り囲む四角形状を図示したが、前記周辺レンズ部44を取り囲むドーナツ形状、楕円形状のような多様な形状が可能である。
そうすると、図7を参照して発光ダイオード(LED)から光が出射されることによって、中心レンズ部42、周辺レンズ部44、及び導光部46によって変更される光特性について説明する。
前記中心レンズ部42に入射される光は、相対的に凸形状の界面によって屈折され、バックライトユニットを明るくする光として利用される。即ち、前記中心レンズ部42の界面に入射された光は、入射角より大きい透過角を有して外部の空気領域に出射される。例えば、図7において、入射角θ11<透過角θ12である。スネルの法則によって光学レンズの屈折率(例えば、1.5)が空気領域(例えば、1)の屈折率より大きいためである。図6で界面に反射される反射光は、入射角と同じ角度の反射角を有する。
一方、前記周辺レンズ部44に入射される光は、相対的に凹形状の界面によって光学レンズ40の外側方向に屈折され透過され、前記屈折され透過される光は、前記導光部46を経由しながら、より外側方向に屈折され出射される。例えば、周辺レンズ部44への入射光a11は、凹形状の界面により屈折されて透過光a12となって導光部46を経由し、さらに透過光a12は導光部46から出射光a13として出射される。つまり、この際、前記周辺レンズ部44の曲面は、光学レンズの内側を経由する光又は光学レンズの外側を経由する光の経路を変更(第1経路変更)する。前記導光部46は、前記曲面部によって第1経路変更された光を受けて、さらに経路を変更(第2経路変更)させて出射する。
具体的に、前記周辺レンズ部44の曲面は、中心部に具備される発光ダイオード(LED)から図5乃至図10にように相対的に小さい傾斜角を有するように形成される。つまり、図7中、例えば発光ダイオードからの光が入射されるポイントP11やP12における、周辺レンズ部44の曲面の傾斜角は例えば30°未満であり、相対的に小さい。従って、前記周辺レンズ部44の内部曲面に入射される光は殆ど透過されず、反射され導光部46に提供される。例えば、内部曲面に入射される入射光a11はほぼ反射されて透過光a12として導光部16に導入される。一方、前記周辺レンズ部44の外部曲面に入射される光の一部は、一定の反射角を有して外部の空気領域に反射される反面、残りは一定の透過角を有して周辺レンズ部44を経由して、導光部46に提供される。例えば、外部曲面に入射される入射光a14は、外部の空気領域に反射光a15として反射され、さらに透過光a16として導光部46に導入される。
周辺に行くほど厚さが薄くなる前記導光部46は、前記周辺レンズ部44から延長され、前記周辺レンズ部44から提供される光の経路をガイドして、フロント方向やサイド方向を通じて出射する。例えば、一定の曲率のエッジ部を有する導光部は、光が入射されるにつれて、前記光の入射角に対して相対的に大きい透過角を有するように側部のフロント方向に出射する。
このように、光学レンズのフロント方向に出射される光は、バックライトユニット(BLU)の輝度を増加させ、前記光学レンズのサイド方向に出射される光は、バックライトユニット(BLU)の均一性を向上させる。
図8は、本発明による光学レンズのフロント方向とサイド方向のそれぞれに抽出される光の効率をシミュレーションした結果を示すグラフである。
図8を参照すると、レンズプレート部分の厚さが厚くなることによって、サイド方向(SIDE DIR.)の光抽出効率は相対的に増加して、フロント方向(TOP DIR.)の光抽出効率は相対的に減少する。
具体的に、前記レンズプレート部分の厚さがそれぞれ1mm、2mm、3mm、4mm、及び4.4mmである時、サイド方向の光抽出効率は、それぞれ2%、6%、11%、16%、及び17%であり、フロント方向の光抽出効率は、それぞれ91%、88%、85%、81%、及び80%であることが確認できる。
従って、全体光の抽出効率は、厚さが4.5mmである時、最大値(97.67%)を有することが分かる。
本発明による導光機能が付与された光学レンズは、フロント方向に約80%の光を出射させ、サイド方向には約18%の光を出射させる。特に、サイド方向に出射される光は、互いに隣接する光学レンズのレンズプレート部分に入射され、隣接する光学レンズに光を伝達させることができる。このような方式で光を広く分布させることによって、光の均一性を向上させることができる。
特に、導光機能が付与された光学レンズのレンズ部分は、サイド方向に光を分布させることができる凹形状を有することが好ましく、それと類似な構造を有する全ての光学レンズに対して、レンズプレート部分が均一に光を分布させることができる。
図9は、本発明による光学レンズによる光学測定結果を示すグラフである。
図9を参照すると、平面上で観察する時、光の分布を等高線形態に示し、前記等高線形態の横軸と縦軸の断面部のそれぞれに対応して、光速(flux)分布状態を示した。
光学レンズの中心部で相対的に輝度が高く、周辺部で相対的に輝度が低いことが観測された。しかし、光学レンズに導光機能が付与されたので、横軸や縦軸に対応しても、中心部で観測される輝度と周辺部で観測される輝度は、相対的に偏差が小さいことが確認できる。
一方、導光機能が付与された光学レンズの製作時に発生することができる作業公差部分に関する部分を、下記の図10乃至図14を参照して説明する。
図10乃至図14は、光学レンズの厚さ変化による光分布シミュレーション結果を示すグラフである。特に、図10乃至図14は、光学レンズの厚さが、それぞれ3.7mm、3.9mm、4.1mm、4.3mm、及び4.5mmである時の光分布シミュレーション結果を示すグラフである。
図10乃至図14に示すように、光学レンズの厚さが4.5mmである場合の光分布が以前の光分布に対して、少し悪くなったことが確認できる。これは、下記する図15に示すように、光抽出効率が多少減少したためである。
図15は、光学レンズの厚さ変化による光抽出効率の変化を示すグラフである。
図15を参照すると、光学レンズの厚さが約4.4mmである時、光抽出効率は78.69%である。光学レンズの厚さが減少されるにつれて光抽出効率は増加して、81%で飽和されることが分かる。即ち、光学レンズの厚さが4.2mmである時、光抽出効率は80.5%程度であり、4.0mmである時、光抽出効率は81%程度であり、3.8mmである時、光抽出効率は81.5%程度であることが分かる。よって、光抽出効率の減少を減らすためには、光学レンズの厚みは4.5mm以下であることが好ましい。
<バックライトアセンブリの実施例>
図16は、本発明の一実施例によるバックライトアセンブリの分解斜視図である。特に、図1に図示された光学レンズを有するバックライトアセンブリを図示する。
図16を参照すると、本発明の一実施例によるバックライトアセンブリ50は、ベース基板52、前記ベース基板52上に配置された反射板54、及び前記反射板54上に配置された光学パッケージ56を含む。
ベース基板52は、第1領域及び第1領域を取り囲む第2領域を有しており、光学パッケージ56は第1領域に配置される。また、前記光学パッケージ56は、前述の光学パッケージと同様の構成であり、発光部57及びレンズプレート58を含み、高均一度の光を出射する。
反射板54は、ベース基板52の第2領域上に配置され、発光部57出射された光を反射する。
前記発光部57は、第1領域に配置され、点光源として複数の発光ダイオードを含む。前記発光部57は、白色光を出射する複数の発光ダイオードで構成されることができる。前記発光部57は、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、及び青色発光ダイオードで構成されることができ、前記発光部57は、1つの赤色発光ダイオード、2つの緑色発光ダイオード、及び1つの青色発光ダイオードで構成されることもできる。
前記レンズプレート58は、凸形状の中心部を収容する凹形状を有して、前記発光部57のそれぞれに対応して複数のレンズ部を定義しながら、前記レンズ部のそれぞれのサイド方向に延長される。前記中心部は、前記発光部57に対応して形成される。
図16では、レンズプレートが円形形状のレンズ部を取り囲む形状を有することを図示したが、レンズプレートが四角形や五角形のような多様な形状が可能である。
又、前記レンズプレートが同じ厚さを有することを図示したが、レンズ部から離れるほど、厚さが薄くなるように構成することもできる。
又、前記発光部が互いに均一な間隔を有して配置されたことを図示したが、ランダムな間隔を有するように配置することもできる。これによって、レンズプレートに形成されたレンズ部間の間隔もランダムして具現されることが自明である。
<液晶表示装置の実施例>
図17は、本発明の一実施例による液晶表示装置の分解斜視図である。
図17を参照すると、液晶表示装置は、バックライトアセンブリ100、ディスプレイアセンブリ200、トップシャーシ300、リヤケース400、及びフロントケース500を含む。
前記バックライトアセンブリ100は、ベース基板110、反射シート120、複数の光学パッケージ130、光混合部材140、光学シート類150、及び収納容器160を含む。
前記ベース基板110には一連の導電性経路が形成され、複数の光学パッケージに一定の電源電圧を供給する。ここで、ベース基板110は、第1領域及び第1領域を取り囲む第2領域を有しており、光学パッケージ130は第1領域に配置される。
前記反射シート120は、前記ベース基板110と光学パッケージ130との間に配置され、前記光学パッケージ130から出射された光が前記光混合部材140が形成されていない方向に露出されることを防止する。前記反射シート120は、ベース基板110上にコーティングされた反射層に代替されることができる。
前記光学パッケージ130は、前述の光学パッケージと同様の構成であり、発光部132及びレンズプレート134を含み、前記ベース基板110上に配置され、高均一度の光を出射する。前記光学パッケージ130は、それぞれ白色光を出射することもでき、赤色光、緑色光、及び青色光のうち、いずれか一つの光を出射することもできる。
前記光混合部材140は、前記光学パッケージ130の上部に対向して形成される。前記光混合部材140は、前記光学パッケージ130から出射された光が前記光学パッケージ130の外側に形成された空気で混合されるように、前記光を反射及び透過させる。この際、前記各光学パッケージ130から出射された赤色光、緑色光、及び青色光は、互いに混合され白色光を形成する。
前記光学シート類150は、拡散板152とプリズムシート154を含む。前記拡散板152は、前記光学パッケージ110から出射され、前記光混合部材140を透過した光を拡散させる。前記プリズムシート154は、前記拡散板152によって拡散された光を集光する。
前記収納容器160は、一部が開口された底部材162及び前記底部材162から垂直に延長された側壁部材164を含む。前記収納容器160の底部材162には、基板110、反射板120、光学パッケージ130、光混合部材140、及び光学シート150が順次に収納される。
前記ディスプレイアセンブリ200は、画像を表示する液晶パネル部210、複数のデータ側及びゲート側テープキャリアパッケージ(以下、TCP)220、230、及び統合印刷回路基板240を含む。
前記液晶パネル部210は、画素を表示するアレイ基板212、前記アレイ基板212と互いに対向するカラーフィルター基板214、及び前記アレイ基板212とカラーフィルター基板214との間に注入された液晶層(図示せず)を含む。
前記アレイ基板212のソース側には、前記複数のデータ側TCP220が付着され、前記アレイ基板212のゲート側には、前記複数のゲート側TCP230が付着される。前記データ側及びゲート側TCP220、230は、前記液晶パネル部210の駆動及びその駆動時期を制御するための駆動信号とタイミング信号を前記液晶パネル部210に印加する。
前記データ側TCP220は、一側がアレイ基板212に付着され、他側が統合印刷回路基板240に付着され、前記液晶パネル部210を前記統合印刷回路基板240と電気的に連結させる。前記ゲート側TCP230は、前記アレイ基板212に付着され、前記液晶パネル部210を前記統合印刷回路基板240と電気的に連結させる。前記統合印刷回路基板240は、外部から電気的な信号の印加を受けて、前記データ側及びゲート側TCP220、230に印加する。
前記液晶パネル部210に連結された前記データ側及びゲート側TCP220、230は、前記収納容器160の前記側壁部材164の外側に沿って折曲され、前記統合印刷回路基板240は、前記底部材162の背面に装着される。
前記液晶パネル部210の上部には、固定手段であるトップシャーシ300が具備される。前記トップシャーシ300は、前記液晶パネル部210の有効ディスプレイ領域が露出されるようにカバーしながら、前記収納容器160と互いに対向するように結合して、前記ディスプレイユニット200を固定する。
前記バックライトアセンブリ100、ディスプレイアセンブリ200、及びトップシャーシ300は、前記リヤケース400に収納され、前記リヤケース400は、前記トップシャーシ300の上部に具備されるフロントケース500と互いに対向するように結合して、前記液晶表示装置を完成する。
以上で説明したように、本発明による光学レンズは、光をフロント方向に出射させるレンズ部分と共に、光の経路を折る曲面部分、及びその光を受けて伝達させるレンズプレート部分で構成され、下部に配置される発光ダイオードから出射される光の均一度を向上させることができる。
又、それぞれの発光ダイオードから赤色光、緑色光、青色光が出射されても、前記発光ダイオード上に配置される光学レンズに導光機能が付与されたので、色の混合領域を充分に確保することができる。これによって、赤色、緑色、青色のような斑点の発生は遮断されることができ、均一な特性の背面光が得られる。
以上、本発明の実施例によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できる。
本発明による光学パッケージは、例えばバックライトアセンブリや表示装置に適用可能である。
本発明の一実施例による光学レンズを示す斜視図である。 図1に図示された光学レンズの原理を説明する概念図である。 図1に図示された光学レンズの可変曲率を説明する概念図である。 本発明の一実施例による光学レンズが一体に形成された光学パッケージの斜視図である。 本発明の他の実施例による光学レンズアレイの斜視図である。 本発明の他の実施例による光学レンズを示す斜視図である。 図6に図示された光学レンズの原理を説明する概念図である。 フロント方向とサイド方向のそれぞれに抽出される光の効率をシミュレーションした結果を示すグラフである。 光学レンズアレイによる光学測定結果を示すグラフである。 光学レンズの厚さ変化による光分布シミュレーション結果を示すグラフである。 光学レンズの厚さ変化による光分布シミュレーション結果を示すグラフである。 光学レンズの厚さ変化による光分布シミュレーション結果を示すグラフである。 光学レンズの厚さ変化による光分布シミュレーション結果を示すグラフである。 光学レンズの厚さ変化による光分布シミュレーション結果を示すグラフである。 光学レンズの厚さ変化による光抽出効率の変化を示すグラフである。 本発明の一実施例によるバックライトアセンブリの分解斜視図である。 本発明の一実施例による液晶表示装置の分解斜視図である。
10、34、40 光学レンズ
12、42 中心レンズ部
14、44 周辺レンズ部
16、46 導光部
20、56 光学パッケージ
22、32、57 発光ダイオード
24、58 レンズプレート
36 接続部材
50 バックライトアセンブリ
52 ベース基板
54 反射板
100 バックライトアセンブリ
200 ディスプレイアセンブリ
300 トップシャーシ
400 リヤケース
500 フロントケース

Claims (38)

  1. 複数の発光部と、
    前記発光部のそれぞれに対応して中心部が凸形状を有し、周辺部が前記中心部を外側で収容する凹形状を有するレンズ部を定義して、前記レンズ部のそれぞれのサイド方向に延長された導光部を有するレンズプレートと、を含み、
    前記凸形状は複数の曲率半径によって定義される曲面であって、前記凹形状は、前記凸形状に近い側で曲率半径が大きく、導光部に近くなるにつれ序々に曲率半径を小さくする複数の曲率半径によって定義される曲面であり、
    前記導光部の厚さは均一であることを特徴とする光学パッケージ。
  2. 前記レンズ部のそれぞれは、平面で観察する時に円形形状であることを特徴とする請求項1記載の光学パッケージ。
  3. 前記導光部の一面は、前記レンズ部のエッジから延長された平面であることを特徴とする請求項1記載の光学パッケージ。
  4. 前記レンズ部は、頂点部が後退された凸形状を有することを特徴とする請求項記載の光学パッケージ。
  5. 前記中心部は頂点部が後退された凸形状であることを特徴とする請求項記載の光学パッケージ。
  6. 前記凹形状は中心部から周辺部に進行するにつれて、13.74mmの曲率半径、4.07mmの曲率半径、及び2.70mmの曲率半径によって定義される曲面を少なくとも含むことを特徴とする請求項1記載の光学パッケージ。
  7. 前記凸形状は中心部から周辺部に進行するにつれて、2.76mmの曲率半径、1.98mmの曲率半径、2.15mmの曲率半径によって定義される曲面を少なくとも含むことを特徴とする請求項記載の光学パッケージ。
  8. 前記レンズ部の背面部には、前記発光部を収容する溝が形成されることを特徴とする請求項1記載の光学パッケージ。
  9. 前記溝には空気層が形成され、前記発光部から発散された光は、前記空気層を経由して前記レンズ部及び導光部に印加されることを特徴とする請求項記載の光学パッケージ。
  10. 発光部と、
    凸形状を有して前記発光部上に配置された中心レンズ部と、凹形状を有して前記中心レンズ部の外側に形成された周辺レンズ部と、前記周辺レンズ部から延長された導光部を定義する光学レンズと、を含み、
    前記凸形状は、複数の曲率半径によって定義される曲面であって、前記凹形状は、前記凸形状に近い側で曲率半径が大きく、導光部に近くなるにつれ序々に曲率半径を小さくする複数の曲率半径によって定義される曲面であり、
    前記導光部の厚さは、前記周辺レンズ部から遠くなるにつれ小さくなることを特徴とする光学パッケージ。
  11. 前記周辺レンズ部は、平面で観察する時に円形形状であることを特徴とする請求項10記載の光学パッケージ。
  12. 前記導光部は、前記周辺レンズ部を取り囲む四角形状であることを特徴とする請求項10記載の光学パッケージ。
  13. 前記中心レンズ部は、頂点部が後退された凸形状を有ることを特徴とする請求項10記載の光学パッケージ。
  14. 前記凹形状は中心部から周辺部に進行するにつれて、正面側にセンターを有して、13.74mmの曲率半径、4.07mmの曲率半径、及び2.70mmの曲率半径によって定義される曲面を少なくとも含むことを特徴とする請求項10記載の光学パッケージ。
  15. 前記頂点部が後退された凸形状は、中心部から周辺部に進行するにつれて、前記中心レンズ部にセンターを有して、2.76mmの曲率半径、1.98mmの曲率半径、及び2.15mmの曲率半径によって定義される曲面を少なくとも含むことを特徴とする請求項13記載の光学パッケージ。
  16. 前記中心レンズ部の背面には、前記発光部を収容する溝が形成されることを特徴とする請求項10記載の光学パッケージ。
  17. 前記溝には空気層が形成され、前記発光部から発散された光は、前記空気層を経由して前記中心レンズ部、周辺レンズ部、及び導光部に印加されることを特徴とする請求項16記載の光学パッケージ。
  18. 前記導光部のフロント面は、前記周辺レンズ部のエッジから延長されながら傾斜する曲面であることを特徴とする請求項10記載の光学パッケージ。
  19. 前記導光部の厚さは、4.5mm以下であることを特徴とする請求項10記載の光学パッケージ。
  20. 前記導光部の材質は、前記周辺レンズ部の材質と同じであることを特徴とする請求項10記載の光学パッケージ。
  21. 凸形状を有する中心レンズ部と、
    凹形状を有して、前記中心レンズ部の外側に形成された周辺レンズ部と、
    前記周辺レンズ部から延長された導光部と、を含み、
    前記凸形状は複数の曲率半径によって定義される曲面であって、前記凹形状は、前記凸形状に近い側で曲率半径が大きく、導光部に近くなるにつれ序々に曲率半径を小さくする複数の曲率半径によって定義される曲面であり、
    前記導光部の厚さは均一であることを特徴とする光学レンズ。
  22. 前記中心レンズ部は、頂点部が後退された凸形状を有することを特徴とする請求項21記載の光学レンズ。
  23. 前記中心レンズ部、周辺レンズ部、及び導光部の材質は、ポリメチルメタクリレート系列レジン(polymethylmethacrylate−serisesresin、PMMA)であることを特徴とする請求項21記載の光学レンズ。
  24. 第1領域及び前記第1領域を取り囲む第2領域を有するベース基板と、
    複数の発光部と前記発光部に対応する複数の光学レンズを含んで、前記第1領域に配置された光学パッケージと、を含み、
    前記光学レンズのそれぞれは、凸形状を有する中心レンズ部と、凹形状を有して前記中心レンズ部の外側に形成された周辺レンズ部と、前記周辺レンズ部から延長された導光部を定義し、
    前記凸形状は複数の曲率半径によって定義される曲面であって、前記凹形状は、前記凸形状に近い側で曲率半径が大きく、導光部に近くなるにつれ序々に曲率半径を小さくする複数の曲率半径によって定義される曲面であり、
    前記導光部の厚さは、前記周辺レンズ部から遠くなるにつれ小さくなることを特徴とするバックライトアセンブリ。
  25. 前記ベース基板の第2領域上に配置され、前記発光部から出射された光を反射する反射部を更に含むことを特徴とする請求項24記載のバックライトアセンブリ。
  26. 前記発光部は、点光源であることを特徴とする請求項24記載のバックライトアセンブリ。
  27. 前記発光部は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項24記載のバックライトアセンブリ。
  28. 互いに隣接する光学レンズの間には、中間導光部材が更に介在されることを特徴とする請求項24記載のバックライトアセンブリ。
  29. 前記中心レンズ部、周辺レンズ部、及び導光部の材質は、ポリメチルメタクリレート系列レジン(polymethylmethacrylate−serises resin、PMMA)であることを特徴とする請求項28記載のバックライトアセンブリ。
  30. 前記中間導光部材は、シリコンを含むことを特徴とする請求項29記載のバックライトアセンブリ。
  31. 第1領域及び前記第1領域を取り囲む第2領域を有するベース基板と、
    前記第1領域に配置され、
    (a)複数の発光部と、
    (b)凸形状の中心部を収容する凹形状を有して、前記発光部のそれぞれに対応して複数のレンズ部を定義しながら、前記レンズ部のそれぞれのサイド方向に延長されたレンズプレートを含む光学パッケージと、を含み、
    前記凸形状は複数の曲率半径によって定義される曲面であって、前記凹形状は、前記凸形状に近い側で曲率半径が大きく、導光部に近くなるにつれ序々に曲率半径を小さくする複数の曲率半径によって定義される曲面であり、
    前記導光部の厚さは均一であることを特徴とするバックライトアセンブリ。
  32. 前記ベース基板の第2領域上に配置され、前記発光部から出射された光を反射する反射部を更に含むことを特徴とする請求項31記載のバックライトアセンブリ。
  33. 前記発光部は、点光源であることを特徴とする請求項31記載のバックライトアセンブリ。
  34. 前記発光部は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項31記載のバックライトアセンブリ。
  35. 前記発光部は、赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子を含むことを特徴とする請求項31記載のバックライトアセンブリ。
  36. 前記発光部は、1つの赤色発光素子、2つの緑色発光素子、1つの青色発光素子を含むことを特徴とする請求項31記載のバックライトアセンブリ。
  37. 光を利用して画像を表示する表示パネルと、
    (a)第1領域及び前記第1領域を取り囲む第2領域を有するベース基板と、
    (b)前記第1領域に配置された複数の発光部と、
    (c)凸形状を有して前記発光部のそれぞれをカバーする複数の中心レンズ部、凹形状を有して前記中心レンズ部の外側に形成された周辺レンズ部、及び前記周辺レンズ部から延長された導光部を定義する複数の光学レンズを含んで前記表示パネルに光を出射するバックライトアセンブリと、を含み、
    前記凸形状は複数の曲率半径によって定義される曲面であって、前記凹形状は、前記凸形状に近い側で曲率半径が大きく、導光部に近くなるにつれ序々に曲率半径を小さくする複数の曲率半径によって定義される曲面であり、
    前記導光部の厚さは均一であることを特徴とする表示装置。
  38. 光を利用して画像を表示する表示パネルと、
    (a)第1領域及び前記第1領域を取り囲む第2領域を有するベース基板と、
    (b)前記第1領域に配置された複数の発光部と、
    (c)凸形状の中心部を収容する凹形状を有して、前記発光部のそれぞれに対応して複数のレンズ部を定義しながら、前記レンズ部のそれぞれのサイド方向に延長されたレンズプレートを含んで前記表示パネルに光を出射するバックライトアセンブリと、を含み、
    前記凸形状は複数の曲率半径によって定義される曲面であって、前記凹形状は、前記凸形状に近い側で曲率半径が大きく、導光部に近くなるにつれ序々に曲率半径を小さくする複数の曲率半径によって定義される曲面であり、
    前記導光部の厚さは均一であることを特徴とする表示装置。
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