KR101136344B1 - 광학 렌즈, 이를 갖는 광학 모듈, 이를 갖는 백라이트어셈블리 및 이를 갖는 표시 장치 - Google Patents

광학 렌즈, 이를 갖는 광학 모듈, 이를 갖는 백라이트어셈블리 및 이를 갖는 표시 장치 Download PDF

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Abstract

광학 렌즈, 이를 갖는 광학 모듈, 이를 갖는 백라이트 어셈블리 및 이를 갖는 표시 장치가 개시되어 있다. 광학 렌즈는 점광원으로부터 발생된 광이 입사되는 내부곡면 및 외부와 접하는 외부곡면을 갖는다. 점광원으로부터 발생된 광이 입사되는 내부곡면은 장축이 수직 방향으로 형성되는 제1 타원면 형태를 가지며, 외부와 접하는 외부곡면은 장축이 수평 방형으로 형성되는 제2 타원면 형태를 갖는다. 제1 타원면은 장축에 대응되는 제1 정점의 곡률 반경이 5㎜ 이하이다. 제1 타원면은 원추 상수가 -1보다 크고 0보다 작다. 제2 타원면은 단축에 대응되는 제2 정점의 곡률 반경이 15㎜ 이하이다. 제2 타원면은 원추 상수가 0보다 크고 1보다 작다. 따라서, 광학 모듈의 유효발광거리을 증가시키고, 광학 모듈의 개수를 감소시켜 제조 원가를 절감할 수 있다.

Description

광학 렌즈, 이를 갖는 광학 모듈, 이를 갖는 백라이트 어셈블리 및 이를 갖는 표시 장치{OPTICAL LENS, OPTICAL MODULE HAVING THE OPTICAL LENS, BACK LIGHT ASSEMBLY HAVING THE OPTICAL MODULE AND DISPLAY APPARATUS HAVING THE BACK LIGHT ASSEMBLY}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 렌즈를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 비교예에 따른 종래의 광학 렌즈를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 렌즈의 휘도 분포 및 도 3에 도시된 비교예에 따른 광학 렌즈의 휘도 분포를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 모듈을 나타낸 분해 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 광학 모듈의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 어셈블리를 나타낸 분해 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 백라이트 어셈블리의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 분해 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 광학 렌즈 110 : 내부곡면
112 : 제1 타원면 120 : 외부곡면
122 : 제2 타원면 300 : 광학 모듈
310 : 점광원 320 : 점광원 소켓
400 : 백라이트 어셈블리 410 : 회로 기판
420 : 수납용기 430 : 도광 부재
440 : 확산판 450 : 광학 시트
500 : 표시 장치 510 : 탑 샤시
600 : 디스플레이 유닛 610 : 표시 패널
620 : 구동 회로부
본 발명은 광학 렌즈, 이를 갖는 광학 모듈, 이를 갖는 백라이트 어셈블리 및 이를 갖는 표시 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 유효발광면적을 증가시킬 수 있는 광학 렌즈, 이를 갖는 광학 모듈, 이를 갖는 백라이트 어셈블리 및 이를 갖는 표시 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 표시 장치는 전자 제품의 정보처리장치에서 처리된 전기적 포맷 형태의 데이터를 육안으로 확인할 수 있는 영상으로 변경하여 표시한다. 이러한 표시 장치로는 CRT(Cathode Ray Tube), PDP(Plasma Display Panel), LCD(Liquid Crystal Display), EL(Electro Luminescence) 등의 다양한 종류가 있다. 이들 중 액정표시장치(LCD)는 액정(Liquid Crystal)의 전기적 특성 및 광학적 특성을 이용하여 영상을 표시하는 평판 표시 장치의 하나로써, 다른 표시 장치에 비해 얇고 가벼우며, 낮은 구동전압 및 소비전력을 갖는 장점이 있어, 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 사용되고 있다.
액정표시장치는 영상을 표시하는 액정표시패널이 자체적으로 발광을 하지 못하는 비발광성 소자이기 때문에, 액정표시패널에 광을 공급하기 위한 별도의 광원을 필요로 한다.
종래의 액정표시장치는 냉음극 형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp : CCFL), 평판형광램프(Flat Fluorescent Lamp : FFL) 등의 백색광을 발생하는 광원을 주로 사용하였다. 그러나, 최근에는 소비전력을 줄이고 색재현성의 향상을 위하여, 적색, 녹색 및 청색 점광원들을 광원으로 사용하는 액정표시장치에 대한 개발이 진행되고 있다. 점광원들은 예를 들어, 발광 다이오드(Ligjt Emiting Diode : LED)로 이루어진다. 적색, 녹색 및 청색 점광원들로부터 발생된 단색 광들은 액정표시패널의 컬러 필터와 잘 매칭되어 색재현성을 향상시킨다.
그러나, 점광원들은 제한된 각도 범위로 광을 발생하기 때문에 넓은 면적에 걸쳐 균일한 휘도를 얻기 위해서는 많은 개수의 점광원들이 사용되어야 하며, 이로 인해 제조 원가가 증가되는 문제점이 발생된다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 종래 문제점을 감안한 것으로써, 본 발명은 점 광원들의 유효발광면적을 증가시키고, 점광원의 개수를 감소시켜 제조 원가를 절감할 수 있는 광학 렌즈를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기한 광학 렌즈를 갖는 광학 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기한 광학 모듈을 갖는 백라이트 어셈블리를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기한 백라이트 어셈블리를 갖는 표시 장치를 제공한다.
상술한 본 발명의 일 특징에 따른 광학 렌즈는 점광원으로부터 발생된 광이 입사되는 내부곡면 및 외부와 접하는 외부곡면을 갖는다. 상기 내부곡면과 상기 외부곡면은 장축이 서로 직교하는 방향으로 형성된 타원면 형태를 갖는다. 상기 내부곡면은 장축이 수직 방향으로 형성되는 제1 타원면 형태를 가지며, 상기 외부곡면은 장축이 수평 방형으로 형성되는 제2 타원면 형태를 갖는다. 상기 제1 타원면은 장축에 대응되는 제1 정점의 곡률 반경이 5㎜ 이하이다. 상기 제1 타원면은 원추 상수가 -1보다 크고 0보다 작다. 상기 제1 타원면은 비구면 계수들이 -1보다 크고 1보다 작다. 상기 제2 타원면은 단축에 대응되는 제2 정점의 곡률 반경이 15㎜ 이하이다. 상기 제2 타원면은 원추 상수가 0보다 크고 1보다 작다. 상기 제2 타원면은 비구면 계수들이 -1보다 크고 1보다 작다.
본 발명의 일 특징에 따른 광학 모듈은 광을 발생하는 점광원 및 광학 렌즈를 포함한다. 상기 광학 렌즈는 상기 점광원으로부터 발생된 광이 입사되는 내부곡면 및 외부와 접하는 외부곡면을 갖는다. 상기 내부곡면과 상기 외부곡면은 장축이 서로 직교하는 방향으로 형성된 타원면 형태를 갖는다. 상기 내부곡면은 장축이 수 직 방향으로 형성되는 제1 타원면 형태를 가지며, 상기 외부곡면은 장축이 수평 방형으로 형성되는 제2 타원면 형태를 갖는다. 상기 점광원은 상기 제1 타원면의 단축보다 하부에 배치된다. 상기 점광원은 상기 제2 타원면의 장축보다 하부에 배치된다. 상기 점광원은 발광 다이오드로 이루어진다. 상기 제1 타원면은 장축에 대응되는 제1 정점의 곡률 반경이 5㎜ 이하이다. 상기 제2 타원면은 단축에 대응되는 제2 정점의 곡률 반경이 15㎜ 이하이다.
본 발명의 일 특징에 따른 백라이트 어셈블리는 회로 기판, 상기 회로 기판 상에 배치된 광학 모듈들 및 상기 회로 기판을 수납하는 수납용기를 포함한다. 상기 광학 모듈은 광을 발생하는 점광원 및 광학 렌즈를 포함한다. 상기 광학 렌즈는 상기 점광원으로부터 발생된 광이 입사되는 내부곡면 및 외부와 접하는 외부곡면을 갖는다. 상기 내부곡면과 상기 외부곡면은 장축이 서로 직교하는 방향으로 형성된 타원면 형태를 갖는다. 상기 내부곡면은 장축이 수직 방향으로 형성되는 제1 타원면 형태를 가지며, 상기 외부곡면은 장축이 수평 방형으로 형성되는 제2 타원면 형태를 갖는다. 상기 점광원은 적색 점광원, 청색 점광원 및 녹색 점광원을 포함한다. 상기 점광원은 상기 제1 타원면의 단축보다 하부에 배치되고, 상기 제2 타원면의 장축보다 하부에 배치된다. 상기 제1 타원면은 장축에 대응되는 제1 정점의 곡률 반경이 5㎜ 이하이다. 상기 제2 타원면은 단축에 대응되는 제2 정점의 곡률 반경이 15㎜ 이하이다.
본 발명의 일 특징에 따른 표시 장치는 백라이트 어셈블리 및 표시 패널을 포함한다. 상기 백라이트 어셈블리는 회로 기판, 상기 회로 기판 상에 배치된 광학 모듈들 및 상기 회로 기판을 수납하는 수납용기를 포함한다. 상기 표시 패널은 상기 백라이트 어셈블리로부터 공급되는 광을 이용하여 영상을 표시한다. 상기 광학 모듈은 광을 발생하는 점광원 및 광학 렌즈를 포함한다. 상기 광학 렌즈는 상기 점광원으로부터 발생된 광이 입사되는 내부곡면 및 외부와 접하는 외부곡면을 갖는다. 상기 내부곡면과 상기 외부곡면은 장축이 서로 직교하는 방향으로 형성된 타원면 형태를 갖는다. 상기 내부곡면은 장축이 수직 방향으로 형성되는 제1 타원면 형태를 가지며, 상기 외부곡면은 장축이 수평 방형으로 형성되는 제2 타원면 형태를 갖는다. 상기 점광원은 상기 제1 타원면의 단축보다 하부에 배치되고, 상기 제2 타원면의 장축보다 하부에 배치된다. 상기 제1 타원면은 장축에 대응되는 제1 정점의 곡률 반경이 5㎜ 이하이다. 상기 제2 타원면은 단축에 대응되는 제2 정점의 곡률 반경이 15㎜ 이하이다.
이와 같은 광학 렌즈, 이를 갖는 광학 모듈, 이를 갖는 백라이트 어셈블리 및 이를 갖는 표시 장치에 따르면, 점광원의 유효발광면적을 증가시키고, 점광원의 개수를 감소시켜 제조 원가를 절감할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 렌즈를 나타낸 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 렌즈(100)는 중 앙의 하부에 배치될 점광원(미도시)과 광학 렌즈(100) 사이에 공기층을 형성하기 위하여 내부가 비어 있는 구조를 갖는다. 따라서, 광학 렌즈(100)는 점광원으로부터 발생된 광이 입사되는 내부곡면(110) 및 외부와 접하는 외부곡면(120)을 갖는다. 점광원으로부터 발생된 광은 공기층을 지나 내부곡면(110)에서 한번 굴절되며, 광학 렌즈(100)의 내부를 지나 외부곡면(120)에서 다시 한번 굴절되어 외부로 출사된다.
광학 렌즈(100)는 점광원에서 발생된 광을 보다 넓게 퍼뜨리기 위하여 내부곡면(110) 및 외부곡면(120)이 타원면 형상을 갖는다. 일반적으로, 타원은 두 정점으로부터의 거리의 합이 일정한 점의 자취로 정의되며, 이때, 두 정점을 초점이라 한다. 또한, 타원에서, 두 정점을 직선으로 잊는 축이 장축이 되며, 타원의 중심을 지나면서 장축에 수직한 축이 단축이 된다. 따라서, 타원에서, 장축의 길이는 단축의 길이보다 크게 형성된다. 한편, 타원의 장축 또는 단축을 회전축으로 회전시키면 타원면이 형성된다.
본 발명에서, 내부곡면(110)과 외부곡면(120)은 장축이 서로 직교하는 방향으로 형성된 타원면 형태를 갖는다. 예를 들어, 내부곡면(110)의 장축이 수직 방향으로 형성된 경우, 외부곡면(120)의 장축은 수평 방향으로 형성되며, 이와 달리, 내부곡면(110)의 장축이 수평 방향으로 형성된 경우, 외부곡면(120)의 장축은 수직 방향으로 형성된다. 이와 같이, 내부곡면(110)과 외부곡면(120)의 장축이 서로 직교하는 방향으로 형성되면, 광학 렌즈(100)의 두께 즉, 내부곡면(110)과 외부곡면(120)간의 거리가 위치에 따라 달라지게 된다. 따라서, 광학 렌즈(100)를 통과하는 광은 광학 렌즈(100)의 두께 차이로 인하여 위치에 따라 경로 차이가 발생하게 되며, 이로 인해, 출사되는 광이 더욱 확산되어 출사되거나, 중앙부로 집광되어 출사된다. 예를 들어, 내부곡면(110)은 장축이 수직 방향으로 형성되고, 외부곡면(120)은 장축이 수평 방향으로 형성된 경우는, 광학 렌즈(100)를 통과한 광이 더욱 확산되어 출사된다. 이와 달리, 내부곡면(110)은 장축이 수평 방향으로 형성되고, 외부곡면(120)은 장축이 수직 방향으로 형성된 경우는, 광학 렌즈(100)를 통과한 광이 중앙부로 집광되어 출사된다.
본 실시예에서, 내부곡면(110)은 장축이 수직 방향으로 형성되는 제1 타원면(112) 형태를 가지며, 외부곡면(120)은 장축이 수평 방향으로 형성되는 제2 타원면(122) 형태를 갖는다.
한편, 광학 렌즈(100)의 내부곡면(110) 및 외부곡면(120)의 형상은 다음의 <수학식 1>과 같은 비구면 방정식에 의하여 정의될 수 있다. 즉, 광학 렌즈(100)의 내부곡면(110) 및 외부곡면(120)에는 어느 정도의 수차가 발생될 수 있으므로, 이를 반영하기 위하여 비구면 방정식이 이용된다.
Figure 112005018029111-pat00001
수학식 1에서, z는 점광원으로부터의 수직 거리이며, r은 점광원으로부터의 수평 거리이며, c는 곡면의 정점(vertex)에서의 곡률이며, k는 원추 상수(conic constant)이며, A1, A2, ..., An 은 1차항에서부터 n차항까지의 비구면 계수들을 나 타낸다. 이때, n은 30 이하의 자연수이다. 또한, 수학식 1에서, 첫 번째 항은 원, 포물선, 타원, 쌍곡선 등을 포함하는 일반식이며, 두 번째 이후의 항들은 첫 번째 항의 이차식으로 표현이 불가능한 곡선을 나타내는 다항식이다.
수학식 1을 참조하여 본 실시예에 따른 광학 렌즈(100)의 형상을 보다 구체적으로 설명하고자 한다.
광학 렌즈(100)의 내부곡면(110)은 제1 타원면(112) 형태를 갖는다. 제1 타원면(112)은 장축에 대응되는 제1 정점(V1)에서의 곡률 반경이 약 5㎜ 이하로 형성된다. 여기서, 곡률 반경은 1/곡률(c)을 나타낸다. 또한, 제1 타원면(112)은 장축이 수직 방향으로 형성되기 위하여, 원추 상수(k)가 -1보다 크고 0보다 작은 값을 갖는다. 더욱이, 제1 타원면(112)은 1차항에서부터 n차항까지의 비구면 계수들(A1, A2, ..., An)이 -1보다 크고 1보다 작은 값을 갖는다. 일 예로, 제1 타원면(112)은 제1 정점(V1)에서의 곡률 반경이 약 8.09이며, 원추 상수(k)가 약 0.82이며, 비구면 계수들(A1, A2, ..., An)은 0의 값을 갖는다.
광학 렌즈(100)의 외부곡면(120)은 제2 타원면(122) 형태를 갖는다. 제2 타원면(122)은 단축에 대응되는 제2 정점(V2)에서의 곡률 반경이 약 15㎜ 이하로 형성된다. 또한, 제2 타원면(122)은 장축이 수평 방향으로 형성되기 위하여, 원추 상수(k)가 0보다 크고 1보다 작은 값을 갖는다. 더욱이, 제2 타원면(122)은 1차항에서부터 n차항까지의 비구면 계수들(A1, A2, ..., An)이 -1보다 크고 1보다 작은 값을 갖도록 형성된다. 일 예로, 제2 타원면(122)은 제2 정점(V2)에서의 곡률 반경이 약 1.41이며, 원추 상수(k)가 약 -0.68이며, 3차항의 비구면 계수(A3)가 약 0.02이며, 나머지 항의 비구면 계수들(A1, A2, A4, ..., An)은 0의 값을 갖는다.
일반적으로, 광학 렌즈(100)의 크기는 하부에 배치될 점광원의 크기 및 특성에 따라 결정된다. 예를 들어, 광학 렌즈(100)의 중앙으로부터 내부곡면(110)까지의 제1 반경(D1)은 약 2.5㎜이며, 광학 렌즈(100)의 중앙으로부터 외부곡면(120)까지의 제2 반경(D2)은 약 6㎜의 길이를 갖는다. 또한, 광학 렌즈(100)의 밑면으로부터 내부곡면(110)의 제1 정점(V1)까지의 제1 높이(H1)는 약 4.8㎜이며, 광학 렌즈(100)의 밑면으로부터 외부곡면(120)의 제2 정점(V2)까지의 제2 높이(H2)는 약 5.7㎜의 길이를 갖는다.
도 3은 비교예에 따른 종래의 광학 렌즈를 나타낸 사시도이며, 도 4는 도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 렌즈의 휘도 분포 및 도 3에 도시된 비교예에 따른 광학 렌즈의 휘도 분포를 나타낸 그래프이다. 도 4에 도시된 휘도 분포는 광학 렌즈들로부터 약 40㎜ 떨어진 지점에서 측정된 휘도 데이터이다.
도 3을 참조하면, 비교예에 따른 광학 렌즈(200)는 외부곡면(210)이 실질적으로 타원면 형상을 가지면서, 중앙부가 하부 방향으로 함몰된 구조를 갖는다.
도 4를 참조하면, 실시예에 따른 광학 렌즈(100)를 사용할 경우, 중앙부의 휘도는 약 265(nits)로 비교예에 따른 광학 렌즈(200)를 사용했을 경우의 약 370(nits)에 비하여 상대적으로 낮게 나타난다. 그러나, 표준편차의 2배로 정의되는 유효발광거리는 실시예에 따른 광학 렌즈(100)를 사용할 경우가 약 77㎜로, 비 교예에 따른 광학 렌즈(200)를 사용했을 경우의 약 64㎜에 비하여 상대적으로 크게 나타난다.
따라서, 유효발광거리가 보다 증가된 광학 렌즈(100)를 사용함으로써, 동일한 면적에 사용되는 점광원의 개수를 줄일 수 있으며, 이로 인해, 제조 원가를 절감할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 광학 렌즈(100)는 비교예에 따른 광학 렌즈(200)에 비하여 설계 및 제작이 용이하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 모듈을 나타낸 분해 사시도이며, 도 6은 도 5에 도시된 광학 모듈의 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 모듈(300)은 점광원(310) 및 광학 렌즈(100)를 포함한다.
점광원(310)은 광학 렌즈(100)의 하부의 중앙에 배치되어 광을 발생한다. 점광원(310)은 예를 들어, 적색, 청색, 녹색 등의 단색광을 발생하는 발광 다이오드로 이루어진다.
본 실시예에서, 광학 렌즈(100)는 점광원 소켓(320)을 고정하기 위한 고정부(140)를 더 포함하는 것을 제외하고는 도 1 및 도 2에 도시된 것과 동일한 구조를 가지므로, 동일한 참조 번호를 사용하며, 그 중복되는 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예에서, 점광원(310)은 광학 렌즈(100)의 하부의 중앙에 배치된다. 구체적으로, 점광원(310)은 광학 렌즈(100)의 제1 타원면(112)의 단축(SX)보다 하부에 배치된다. 또한, 점광원(310)은 광학 렌즈(100)의 제2 타원면(122)의 장축 (LX)보다 하부에 배치된다. 예를 들어, 점광원(310)은 제1 타원면(112)의 단축(SX)보다 약 0.36㎜의 하부에 배치되며, 제2 타원면(122)의 장축(LX)보다 약 1.25㎜의 하부에 배치된다.
광학 렌즈(100)에 형성된 고정부(140)는 광학 렌즈(100)의 밑면으로부터 하부 방향으로 돌출된다. 고정부(140)는 점광원(310)이 고정된 점광원 소켓(320)과 결합되어 점광원(310)을 광학 렌즈(100)의 하부에 배치시킨다.
광학 렌즈(100)에 형성된 고정부(140)와의 결합을 위하여, 광학 모듈(300)은 점광원 소켓(320)을 더 포함한다. 점광원 소켓(320)의 상부의 중앙에는 점광원(310)이 고정된다. 점광원 소켓(320)은 광학 렌즈(100)가 점광원(310)을 커버하도록 광학 렌즈(100)의 결합부(140)와 결합된다. 이와 같이, 점광원 소켓(320)을 이용함으로써, 보다 손쉽게 점광원(310)을 광학 렌즈(100)에 결합시킬 수 있다.
점광원 소켓(320)은 회로 기판(미도시)과의 결합을 위한 단자(322)들을 더 포함한다. 단자(322)들은 점광원(310)과 전기적으로 연결되어 있으며, 회로 기판을 통해 인가되는 점광원 전원을 점광원(310)에 전송한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 어셈블리를 나타낸 분해 사시도이며, 도 8은 도 7에 도시된 백라이트 어셈블리의 단면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 어셈블리(400)는 회로 기판(410), 광학 모듈(300)들 및 수납용기(420)를 포함한다.
회로 기판(410)은 전원 인가선(미도시)들이 형성되어 있는 얇은 기판이다. 회로 기판(410)은 예를 들어, 인쇄회로기판(Printed Circuit Board : PCB) 또는 인 쇄회로기판에 열 전도율이 우수한 금속이 코팅된 금속코팅기판(Matal Coating Printed Circuit Board : MCPCB)으로 이루어진다. 외부로부터 인가되는 점광원 전원은 전원 인가선을 통해 광학 모듈(300)들에 전달된다.
광학 모듈(300)들은 회로 기판(410) 상에 배치되어 광을 발생한다. 광학 모듈(300)들은 단자(322)들과 회로 기판(410)의 결합에 의하여 회로 기판(410)에 고정된다. 본 실시예에서, 광학 모듈(300)들은 도 5 및 도 6에 도시된 것과 동일한 구성을 가지므로, 동일한 참조 번호를 사용하며, 그 중복되는 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 광학 모듈(300)들은 백색광을 발생하기 위하여, 서로 다른 단색광들을 발생하는 점광원(310, 도 5 참조)들은 포함할 수 있다. 예를 들어, 점광원(310)들은 적색광을 발생하는 적색 점광원, 청색광을 발생하는 청색 점광원 및 녹색광을 발생하는 녹색 점광원을 포함한다. 적색광, 청색광 및 녹색광은 서로 혼합되어 백색광을 만들어 낸다. 이와 달리, 점광원(310)들은 백색광을 발생하는 백색 점광원들로 이루어질 수 있다.
수납용기(420)는 광학 모듈(300)이 결합된 회로 기판(410)을 수납하기 위하여, 바닥부(422) 및 바닥부(422)의 가장자리로부터 연장되어 수납공간을 형성하는 측부(424)로 이루어진다. 회로 기판(410)은 수납용기(420)의 바닥부(422)에 배치된다. 수납용기(420)는 일 예로, 강도가 우수하고 변형이 적은 금속으로 이루어진다.
백라이트 어셈블리(400)는 광학 모듈(300)들의 상부에 배치되는 도광 부재(430)를 더 포함할 수 있다. 도광 부재(430)는 광학 모듈(300)들과 소정 간격 이격 되도록 배치된다. 도광 부재(430)는 광학 모듈(300)들로부터 발생되는 적색광, 청색광 및 녹색광을 혼합하여 백색에 가까운 광을 출사한다. 도광 부재(430)는 일 예로, 폴리메틸메타크릴레이트(Poly Methyl Methacrylate : PMMA) 재질로 형성된다.
백라이트 어셈블리(400)는 도광 부재(430)의 상부에 배치되는 확산판(440)을 더 포함할 수 있다. 확산판(440)은 도광 부재(430)와 일정 간격 이상으로 이격되도록 배치된다. 확산판(440)은 도광 부재(430)로부터 출사되는 광을 확산시켜 광의 휘도 균일성을 향상시킨다. 확산판(440)은 소정의 두께를 갖는 플레이트 형상을 갖는다. 확산판(440)은 일 예로, 폴리메틸메타크릴레이트(Poly Methyl Methacrylate : PMMA) 재질로 이루어되며, 내부에 광의 확산을 위한 확산제를 포함한다.
백라이트 어셈블리(400)는 확산판(440)의 상부에 배치되는 광학 시트(450)를 더 포함할 수 있다. 광학 시트(450)는 확산판(440)을 통해 확산된 광의 경로를 다시 한번 변경하여 광의 휘도 특성을 향상시킨다. 광학 시트(450)는 확산판(440)을 통해 확산된 광을 정면 방향으로 집광시켜 광의 정면 휘도를 향상시키기 위한 집광 시트를 포함할 수 있다. 또한, 광학 시트(450)는 확산판(440)을 통해 확산된 광을 다시 한번 확산시키기 위한 확산 시트를 포함할 수 있다. 한편, 백라이트 어셈블리(400)는 요구되어지는 휘도 특성에 따라 다양한 기능의 광학 시트를 더 포함할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(500)는 백라이트 어셈블리(400) 및 디스플레이 유닛(600)을 포함한다.
백라이트 어셈블리(400)는 회로 기판(410), 회로 기판(410) 상에 배치되는 광학 모듈(300)들 및 회로 기판(410)을 수납하는 수납용기(420)를 포함한다. 본 실시예에서, 백라이트 어셈블리(400)는 도 7 및 도 8에 도시된 것과 동일한 구성을 가지므로, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하며, 그 중복되는 상세한 설명은 생략하기로 한다.
디스플레이 유닛(600)은 백라이트 어셈블리(400)로부터 공급되는 광을 이용하여 영상을 표시하는 표시 패널(610) 및 표시 패널(610)을 구동하기 위한 구동 회로부(620)를 포함한다.
표시 패널(610)은 제1 기판(612), 제1 기판(612)과 대향하여 결합되는 제2 기판(614) 및 제1 기판(612)과 제2 기판(614) 사이에 개재된 액정층(미도시)을 포함한다.
제1 기판(612)은 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor : 이하, TFT라 칭함)가 매트릭스 형태로 형성된 TFT 기판이다. 일 예로, 제1 기판(612)은 유리 재질로 이루어진다. 상기 TFT들의 소오스 단자 및 게이트 단자에는 각각 데이터 라인 및 게이트 라인이 연결되고, 드레인 단자에는 투명한 도전성 재질로 이루어진 화소 전극이 연결된다.
제2 기판(614)은 색을 구현하기 위한 RGB 화소가 박막 형태로 형성된 칼라필터 기판이다. 제2 기판(614)은 일 예로, 유리 재질로 이루어진다. 제2 기판(614)에는 투명한 도전성 재질로 이루어진 공통 전극이 형성된다.
이러한 구성을 갖는 표시 패널(610)은 상기 TFT의 게이트 단자에 전원이 인 가되어 TFT가 턴-온(Turn on)되면, 화소 전극과 공통 전극 사이에는 전계가 형성된다. 이러한 전계에 의해 제1 기판(612)과 제2 기판(614) 사이에 개재된 액정층의 액정 분자들의 배열이 변화되고, 액정 분자들의 배열 변화에 따라서 백라이트 어셈블리(400)로부터 공급되는 광의 투과도가 변경되어 원하는 계조의 영상을 표시하게 된다.
구동 회로부(620)는 표시 패널(610)에 데이터 구동신호를 공급하는 데이터 인쇄회로기판(621), 표시 패널(610)에 게이트 구동신호를 공급하는 게이트 인쇄회로기판(622), 데이터 인쇄회로기판(621)을 표시 패널(610)에 연결하는 데이터 구동회로필름(623) 및 게이트 인쇄회로기판(622)을 표시 패널(610)에 연결하는 게이트 구동회로필름(624)을 포함한다. 데이터 구동회로필름(623) 및 게이트 구동회로필름(624)은 예를 들어, 테이프 캐리어 패키지(Tape Carrier Package : TCP) 또는 칩 온 필름(Chip On Film : COF)으로 이루어진다. 한편, 게이트 인쇄회로기판(622)은 표시 패널(610) 및 게이트 구동회로필름(624)에 별도의 신호 배선을 형성함으로써, 제거될 수 있다.
한편, 표시 장치(500)는 디스플레이 유닛(600)을 고정하기 위한 탑 샤시(510)를 더 포함한다. 탑 샤시(510)는 수납용기(420)와 결합되어 표시 패널(610)의 가장자리를 고정한다. 이때, 데이터 인쇄회로기판(621)은 데이터 구동회로필름(623)에 의해 밴딩되어 수납용기(420)의 측면 또는 바닥면에 고정된다. 탑 샤시(510)는 일 예로, 변형이 적고 강도가 우수한 금속으로 이루어진다.
이상에서 광학 렌즈, 이를 갖는 광학 모듈, 이를 갖는 백라이트 어셈블리 및 이를 갖는 표시 장치에 따르면, 광학 렌즈를 사용하여 점광원에서 발생된 광의 유효발광거리를 증가시킴으로써, 동일한 면적에 사용되는 점광원의 개수를 줄일 수 있으며, 이로 인해, 제조 원가를 절감할 수 있다.
또한, 광학 렌즈의 설계 및 제작이 용이하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (36)

  1. 점광원으로부터 발생된 광이 입사되는 내부곡면 및 외부와 접하는 외부곡면을 가지며,
    상기 내부곡면과 상기 외부곡면은 장축이 서로 직교하는 방향으로 형성된 타원면 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부곡면은 장축이 수직 방향으로 형성되는 제1 타원면 형태를 가지며,
    상기 외부곡면은 장축이 수평 방향으로 형성되는 제2 타원면 형태를 갖는 광학 렌즈.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 타원면 및 상기 제2 타원면은 다음의 비구면 방정식
    Figure 112005018029111-pat00002
    에 의하여 정의되는 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
    여기서, z는 점광원으로부터의 수직 거리이며,
    r은 점광원으로부터의 수평 거리이며,
    c는 곡면의 정점(vertex)에서의 곡률이며,
    k는 원추 상수(conic constant)이며,
    A1, A2, ..., An 은 1차항에서부터 n차항까지의 비구면 계수들을 나타낸다. 이때, n은 30 이하의 자연수이다.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 타원면은 장축에 대응되는 제1 정점(vertex)의 곡률 반경이 5㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 타원면은 원추 상수(k)가 -1보다 크고 0보다 작은 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 타원면은 비구면 계수들이 -1보다 크고 1보다 작은 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  7. 제3항에 있어서, 상기 제2 타원면은 단축에 대응되는 제2 정점의 곡률 반경이 15㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 타원면은 원추 상수(k)가 0보다 크고 1보다 작은 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 타원면은 비구면 계수들이 -1보다 크고 1보다 작은 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  10. 광을 발생하는 점광원; 및
    상기 점광원으로부터 발생된 광이 입사되는 내부곡면 및 외부와 접하는 외부곡면을 가지며, 상기 내부곡면과 상기 외부곡면은 장축이 서로 직교하는 방향으로 형성된 타원면 형태를 갖는 광학 렌즈를 포함하는 광학 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 내부곡면은 장축이 수직 방향으로 형성되는 제1 타원면 형태를 가지며,
    상기 외부곡면은 장축이 수평 방향으로 형성되는 제2 타원면 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 광학 모듈.
  12. 삭제
  13. 삭제
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  15. 제11항에 있어서, 상기 제1 타원면 및 상기 제2 타원면은 다음의 비구면 방정식
    Figure 112005018029111-pat00003
    에 의하여 정의되는 것을 특징으로 하는 광학 모듈.
    여기서, z는 점광원으로부터의 수직 거리이며,
    r은 점광원으로부터의 수평 거리이며,
    c는 곡면의 정점(vertex)에서의 곡률이며,
    k는 원추 상수(conic constant)이며,
    A1, A2, ..., An 은 1차항에서부터 n차항까지의 비구면 계수들을 나타낸다. 이때, n은 30 이하의 자연수이다.
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  20. 삭제
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  22. 제11항에 있어서, 상기 점광원을 고정하고, 상기 점광원을 커버하도록 상기 광학 렌즈와 결합되는 점광원 소켓을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 모듈.
  23. 회로 기판;
    상기 회로 기판 상에 배치되는 광학 모듈들; 및
    상기 회로 기판을 수납하는 수납용기를 포함하며,
    상기 광학 모듈은
    광을 발생하는 점광원, 및
    상기 점광원으로부터 발생된 광이 입사되는 내부곡면 및 외부와 접하는 외부곡면을 가지며, 상기 내부곡면과 상기 외부곡면은 장축이 서로 직교하는 방향으로 형성된 타원면 형태를 갖는 광학 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 내부곡면은 장축이 수직 방향으로 형성되는 제1 타원면 형태를 가지며,
    상기 외부곡면은 장축이 수평 방향으로 형성되는 제2 타원면 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리.
  25. 제24항에 있어서, 상기 점광원은 적색 점광원, 청색 점광원 및 녹색 점광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리.
  26. 삭제
  27. 삭제
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  29. 제24항에 있어서, 상기 광학 모듈은 상기 점광원을 고정하고, 상기 점광원을 커버하도록 상기 광학 렌즈와 결합되는 점광원 소켓를 더 포함하며, 상기 점광원 소켓은 상기 회로 기판에 결합된 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리.
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 회로 기판, 상기 회로 기판 상에 배치되는 광학 모듈들 및 상기 회로 기판을 수납하는 수납용기를 포함하는 백라이트 어셈블리; 및
    상기 백라이트 어셈블리로부터 공급되는 광을 이용하여 영상을 표시하는 표시 패널을 포함하며,
    상기 광학 모듈은
    광을 발생하는 점광원, 및
    상기 점광원으로부터 발생된 광이 입사되는 내부곡면 및 외부와 접하는 외부곡면을 가지며, 상기 내부곡면과 상기 외부곡면은 장축이 서로 직교하는 방향으로 형성된 타원면 형태를 갖는 광학 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 내부곡면은 장축이 수직 방향으로 형성되는 제1 타원면 형태를 가지며,
    상기 외부곡면은 장축이 수평 방향으로 형성되는 제2 타원면 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
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