JP6307242B2 - 発光ユニット、これを含むバックライトアセンブリ、及び表示装置 - Google Patents

Description

本発明は発光ユニット、これを含むバックライトアセンブリ、及び表示装置に関し、より詳細には光指向角を向上させるための構造に形成された発光ユニット、これを含むバックライトアセンブリ、及び表示装置に関する。

液晶表示装置、電気泳動表示装置、及びエレクトロ・ウェッティング表示装置のような非発光形表示装置は光を照射するための別のバックライトアセンブリ（ｂａｃｋｌｉｇｈｔ ａｓｓｅｍｂｌｙ）を必要とする。

前記バックライトアセンブリは映像が表示される表示面に対する光源の位置にしたがって、エッジ形（ｅｄｇｅ ｔｙｐｅ）と直下形（ｄｉｒｅｃｔ ｔｙｐｅ）とに区分される。

直下形バックライトアセンブリはエッジ形バックライトアセンブリに比べて導光板とエッジ形光源とに必要である放熱部品を必要としないので、製造単価が低廉な長所がある。また、直下形バックライトアセンブリはエッジ形バックライトアセンブリに比べて光損失が少ないので、同一のパワーでさらに高い輝度を得られる。

最近、直下形バックライトアセンブリに関しては製造単価及び厚さを減少しながら、光指向角を向上するための研究が進行されている。

米国特許第７，３２０，５３１号公報

本発明が解決しようとする課題は光指向角が広くなって、製造単価が低い発光ユニット、バックライトアセンブリ、及び表示装置を提供することである。

本発明の一実施形態による発光ユニットは光を出射する光源及び光学系を含む。光学系は光源から光が出射される方向に離隔されて屈曲した形状に提供され、光源から出射された光の一部を反射させ、光源から出射された光の残る一部を透過させる。

光学系は光が出射される方向に対して凹んだ形状を有することができる。発光ユニットの光指向角は１５０°以上１８０°未満であり得る。発光ユニットの光指向角と正面出射率とは独立的に制御され得る。

本発明の一実施形態によるバックライトアセンブリは発光ユニット、反射シート、及びボトムカバーを含む。発光ユニットは光を出射する光源及び光学系を含む。

光学系は光源から光が出射される方向に離隔されて屈曲した形状に提供され、光源から出射された光の一部を反射させ、光源から出射された光の残る一部を透過させる。反射シートは発光ユニットの下部に配置され、光学系で反射された光を再反射する。ボトムカバーは発光ユニット及び反射シートを収納する。

反射シートは平面上で発光ユニットをカバーする屈曲部を含む。屈曲部は光が出射される方向に対して膨らんでいる形状を有することができる。

ボトムカバーは底面と底面に垂直になる方向に延長された側壁とを含む。底面は光が出射される方向に対して膨らんでいる形状を有し、屈曲部を支持する突出部を含む。

本発明による発光ユニット及びバックライトアセンブリによれば、１つの光源ユニットの光指向角が広くなるので、必要とされる光源ユニットの数を減らすことができ、製造単価が節減される。

また、本発明による発光ユニット及びバックライトアセンブリによれば、光源ユニットの光指向角と正面出射率とを独立的に制御することができる。

本発明の一実施形態によるバックライトアセンブリの分解斜視図である。 図１のＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。 本発明の一実施形態による発光ユニットの光が出射される角度にしたがった輝度を示した図面である。 本発明の他の実施形態によるバックライトアセンブリを示した断面図である。 本発明の一実施形態による表示装置の斜視図である。

以上の本発明の目的、他の目的、特徴及び長所は添付された図面に関連された以下の望ましい実施形態を通じて容易に理解できる。しかし、本発明はここで説明される実施形態に限定されず、他の形態に具体化されることもあり得る。ここで、紹介される実施形態は開示された内容を完全に実施できるように、そして当業者に本発明の思想が十分に伝達され得るようにするために提供される。

図１は本発明の一実施形態によるバックライトアセンブリ１０００の分解斜視図であり、図２は図１のＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。

図１及び図２を参照すれば、バックライトアセンブリ１０００は発光ユニット１００、反射シート２００、ボトムカバー３００、及び光学シート４００を含む。

発光ユニット１００は光を出射する光源１１０、光学レンズ１２０、及び光学系１３０を包含することができる。

光源１１０は外部から印加される駆動電圧によって光を出射する。光源１１０は発光ダイオードであり得る。発光ユニット１００は、少なくとも１つ以上の光源１１０を具備する。図１及び図２には光源１１０が１つである場合を一例として図示した。光源１１０は光源１１０と垂直になる光軸ＬＺを基準に一定の角度の範囲内で光を出射する。

光学レンズ１２０は光源１１０と光学系１３０との間に配置される。光学レンズ１２０は光源１１０から出射された光が入射されるように提供される。図１及び図２では、光学レンズ１２０は光軸ＬＺを基準に左右対称な形状を有し一定の厚さを有し、上面と下面が各々互いに異なる曲率半径を有する半球の表面である場合を図示した。しかし、これに制限されることはなく、光学レンズ１２０の形状は多様に提供されてもよい。

光学レンズ１２０は光源１１０の光指向角を広くする役割を果たす。例えば、光学レンズ１２０は、より大きな角度に広がった光を発生させてもよい。光学レンズ１２０は光源１１０から出射された光の少なくとも一部を光の進行経路が光軸ＬＺから離れるように屈折させる。光源１１０から出射された光の中で光軸ＬＺから離れた方向に出射された光Ｌ１は光学レンズ１２０を通過しながら、屈折される。この時、光源１１０から出射された光の中で光軸ＬＺと一致する方向に出射された光Ｌｃは光学レンズ１２０によって屈折されず、光軸ＬＺの方向に進むことができる。このために、光学レンズ１２０は屈折率が１以上である物質で形成され、透明な材質からなってもよい。

光学レンズ１２０は光源１１０と同一な層上に配置され得る。しかし、他の実施形態で光学レンズ１２０は光源１１０が配置された層（図１及び図２）で反射シート２００と光軸ＬＺの方向に離隔されて具備され得る。この時、光学レンズ１２０と反射シート２００との間には光学レンズ１２０を支持するレンズ支持部（図示せず）が具備され得る。

光学系１３０は光源１１０及び光学レンズ１２０の上部に配置され、光源１１０及び光学レンズ１２０から離隔される。光学系１３０は入射される光の一部を反射させ、残る一部を透過させる。このために、光学系１３０は半透明な物質で形成され得る。光学系１３０で反射された光Ｌ２は光学系１３０の下部方向に進行するようになり、後述される反射シート２００で再反射される。光学系１３０を透過した光は光源１１０から出射される光の進行方向に進行する。

光学系１３０は屈曲された形状で提供され得る。光学系１３０は一定の厚さを有し、光学系１３０の上面は第１の曲率半径を有する球の表面の一部であり、光学系１３０の下面は第１の曲率半径と互いに異なる第２の曲率半径を有する球の表面の一部であってもよい。光学系１３０は光源１１０から出射される光の進行経路に対して凹んだ形状を有することができる。したがって、光軸ＬＺと平行な第１基準線ＬＺ１を基準軸にする時、光学系１３０へ入射された光の第１基準線ＬＺ１に対する入射角Θ１より第１基準線ＬＺ１に対する反射角Θ２がより大きい。

光源１１０から出射された光の一部は光学系１３０を透過して上部方向に進行し、光源１１０から出射された光の残る一部は光学系１３０によって少なくとも１回以上反射されて下部方向に進行するようになる。

光学系１３０及び反射シート２００によって光源１１０から出射される光の光指向角が広くなる。

発光ユニット１００は光学系支持部１４０をさらに包含できる。光学系支持部１４０は反射シート２００と光学系１３０との間に具備され得る。光学系支持部１４０は複数具備されてもよい。光学系支持部１４０は光学系１４０を支持することと同時に光学系１４０を光源１１０及び光学レンズ１２０から離隔させる役割を果たす。図１及び図２で光学系支持部１４０は４つの棒形状に具備された場合を一例として図示した。しかし、これに制限されることはなく、光学系支持部１４０は様々な形状や個数で具備され得る。一方、場合によって光学系支持部１４０は光学系１３０と一体に形成されることもあり得る。

反射シート２００はボトムカバー３００の内面上に配置され、光源１１０の下部に配置される。反射シート２００は入射された光の大部分を反射する。特に、反射シート２００は光学系１３０で反射された光を上部方向へ再反射させる。

反射シート２００は平面上で発光ユニット１００をカバーする屈曲部２１０を含む。発光ユニット１００は屈曲部２１０にオーバーラップされるように配置される。即ち、平面上で屈曲部２１０が占める面積は光学系１３０が占める面積より大きい。

屈曲部２１０は光源１１０から出射された光の進行方向に対して膨らんでいる形状を有することができる。光学系１３０で反射された光Ｌ２は屈曲部２１０で再反射されることができる。光軸ＬＺと平行な第２基準線ＬＺ２を基準軸から見る時、光学系１３０で反射された光Ｌ２の第２基準線ＬＺ２に対する入射角Θ３より第２基準線ＬＺ２に対する反射角Θ４がより大きい。

屈曲部２１０によって光源１１０から出射される光の光指向角が広くなる。

反射シート２００としては、具体的にはポリエステル等の樹脂に白色顔料を添加したフィルムや、内部に微細な泡を含有させたフィルム等の公知の反射シートを利用することができ、特別に限定されない。

ボトムカバー３００は内部に収納空間を設けて、収納空間に発光ユニット１００及び反射シート２００を収納する。

ボトムカバー３００は底面３１０と底面３１０の縁で垂直になる方向に突出延長された側壁３２０を含む。図１及び図２では側壁３２０の外面及び内面が底面３１０と垂直になる方向に延長された場合を一例として図示したが、側壁３２０の内面は底面３１０へ傾くように形成され得る。

底面３１０は屈曲部２１０に対応される形状を有する突出部３１１を含む。

平面上で突出部３１１が占める面積は屈曲部２１０が占める面積と同一とすることができる。また、突出部３１１は光源１１０から出射された光の進行方向に対して膨らんでいる形状を有することができる。突出部３１１は屈曲部２１０の膨らんでいる形状を支持する役割を果たす。

側壁３２０の上端部には光学シート４００を収納するための段が形成され得る。側壁３２０の段には光学シート４００が収納される。

光学シート４００は拡散シート４１０、集光シート４２０、及び保護シート４３０を順次的に積層して包含することができる。拡散シート４１０は入射された光を拡散させる役割を果たす。集光シート４２０は拡散シート４１０から拡散された光の輝度を大きくする役割を果たす。保護シート４３０は集光シート４２０を保護する。また、保護シート４３０は、視野角を確保する役割を果たす。図１及び図２で光学シート４００は３枚で構成されたことを一例として図示したが、場合によって、４枚以上に構成されることができる。

図３は本発明の一実施形態による発光ユニット及び従来の発行ユニットからの光が出射される角度にしたがった輝度を示した図面である。

図３で従来の発光ユニットは細い実線で示し、本発明の一実施形態による発光ユニットは太い実線で示した。

光源から光軸方向に出射される光を０°とする時、最大輝度（Ａｍａｘ）を有する２つの角度の間の角度範囲を光指向角（Ｐｅａｋ ｔｏ Ｐｅａｋ；Ｐ２Ｐ）と称し、最大輝度（Ａｍａｘ）に対する０°に出射される光の輝度Ａ１、Ａ２の比を正面出射率（Ｃｅｎｔｅｒ ｔｏ Ｐｅａｋ；Ｃ２Ｐ）と称する。

光指向角と正面出射率はバックライトアセンブリの性能を示す重要な指標になる。前記光指向角が広いというのは、１つの光源ユニットがカバーできる範囲が広いので、より少ない光源ユニットを使用して低い製造単価でバックライトアセンブリを製造することができることを意味する。したがって、前記光指向角は広いほど、良い。前記正面出射率は光源から出射された光の中で鉛直方向に出射される光の比率を示すので、光指向角の範囲内で均一な輝度を有するために適切に設計された値を有する。

従来の光源ユニットの場合、光源から出射される光を屈折させるのに限界があるので、１５０°以上の光指向角を有することが困難である。また、光指向角と正面出射率（Ａ１／Ａｍａｘ）とを独立的に制御することができないので、光指向角を最大範囲に設計した場合、正面出射率（Ａ１／Ａｍａｘ）を基準数値からいずれかの程度に外れた数値に決定するしかなく、反対に正面出射率（Ａ１／Ａｍａｘ）を基準数値に設計した場合、光指向角を最大範囲で著しく小さく決定するしかない。

本発明の実施形態による発光ユニットは図１及び図２に図示された光学系１３０と屈曲部２１０が具備された反射シート２００によって、１５０°以上１８０°未満の光指向角を有することができる。特に、１５０°を越えることができる。また、光指向角は前記光学系と反射シートの反射−再反射メカニズムによって決定され、正面出射率（Ａ２／Ａｍａｘ）は前記光学系の光透過率によって決定される。したがって、本発明の実施形態による発光ユニットは光指向角と正面出射率（Ａ２／Ａｍａｘ）とを独立的に制御することができる。

図４は本発明の他の実施形態によるバックライトアセンブリを示した断面図である。

本発明の他の実施形態によるバックライトアセンブリは一実施形態と比較して突出部及び屈曲部が除外される点に差異があり、残りは実質的に同一である。以下、一実施形態と他の実施形態との差異点を中心に説明し、説明されなかった部分は一実施形態にしたがう。

図４に図示されたバックライトアセンブリ１１００は反射シート２５０及びボトムカバー３５０を含む。前記ボトムカバー３５０は底面３５１と側壁３５２とを含む。

前記反射シート２５０及び前記底面３５１の両方は平らな形状で提供される。

本発明の他の実施形態によれば、前記反射シート２５０及び前記底面３５１が平らな形状で提供される場合にも前記光学系１３０及び前記反射シート２５０の反射−再反射メカニズムによって、前記光源から出射される光の光指向角が大きくなる。

図５は本発明の一実施形態による表示装置１０の斜視図である。

図５を参照すれば、前記表示装置１０はバックライトアセンブリ１０００及び表示パネル２０００を含む。

前記バックライトアセンブリ１０００は前記表示パネル２０００へ光を提供する。前記バックライトアセンブリ１０００は図１乃至図３を参照して説明したので、具体的な説明は省略する。

前記表示パネル２０００は前記バックライトアセンブリ１０００から提供された光を利用して映像を表示する。前記表示パネル２０００は非発光形である表示パネルであり得る。例えば、前記表示パネル２００は液晶表示パネル（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｐａｎｅｌ）、電氣泳動表示パネル（ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ ｄｉｓｐｌａｙ ｐａｎｅｌ）、及びエレクトロ・ウェッティング表示パネル（ｅｌｅｃｔｒｏｗｅｔｔｉｎｇ ｄｉｓｐｌａｙ ｐａｎｅｌ）等が採用できる。以上、添付された図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は本発明がその技術的思想や必須的な特徴と変形しない他の具体的な形態に実施できることを理解できる。したがって、以上で記述した実施形態にはすべての面で例示的なことであり、限定的なことではないことを理解しなければならない。

１０００・・・バックライトアセンブリ
１００・・・発光ユニット
１１０・・・光源
１２０・・・光学レンズ
１３０・・・光学系
１４０・・・光学系支持部
２００・・・反射シート
３００・・・ボトムカバー
４００・・・光学シート

Claims (8)

1. 光を出射する光源と、
   前記光源から前記光が出射される方向に離隔され、前記光が出射される方向に対して凹んだ曲面を有し、前記光源から出射された光の一部を反射させ、他の一部である前記光源から出射された光の一部を透過させる光学系と、
   前記光源と前記光学系との間に配置され、前記光源に対して凸んだ形状を有する光学レンズと、
   を含み、
   前記光学系は少なくとも光軸上の前記曲面が前記光学系に対して前記光源と反対側に曲率中心を有し前記光学レンズから隔離され、前記光学レンズは前記光源から隔離されることを特徴とする、発光ユニット。
2. 光指向角が１５０°以上１８０°未満であることを特徴とする請求項１に記載の発光ユニット。
3. 光指向角と正面出射率とが独立的に制御されることを特徴とする請求項１に記載の発光ユニット。
4. 前記光学系は半透明な物質を用いて形成されたことを特徴とする請求項１に記載の発光ユニット。
5. 光を出射する光源と前記光源から前記光が出射される方向に離隔され、前記光が出射される方向に対して凹んだ曲面を有し、前記光源から出射された光の一部を反射させ、他の一部である前記光源から出射された光の一部を透過させる光学系と、前記光源と前記光学系との間に配置され、前記光源に対して凸んだ形状を有する光学レンズと、を含み、前記光学系は少なくとも光軸上の前記曲面が前記光学系に対して前記光源と反対側に曲率中心を有し前記光学レンズから隔離され、前記光学レンズは前記光源から隔離されることを特徴とする、発光ユニットと、
   前記発光ユニットの下部に配置され、前記光学系で反射された光を再反射する反射シートと、
   前記発光ユニット及び前記反射シートを収納するボトムカバーと、を含むバックライトアセンブリ。
6. 前記発光ユニットは前記反射シート上に配置されて前記光学系を支持する少なくとも１つの光学系支持部をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載のバックライトアセンブリ。
7. 前記発光ユニットの光指向角は１５０°以上１８０°未満であることを特徴とする請求項５に記載のバックライトアセンブリ。
8. 前記発光ユニットの光指向角と前記発光ユニットの正面出射率とが独立的に制御されることを特徴とする請求項５に記載のバックライトアセンブリ。
   

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