KR101266490B1 - 백라이트 어셈블리 및 이를 포함하는 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 백라이트 어셈블리 및 이를 포함하는 액정 표시 장치에 관한 것으로, 상기 기판 상에 실장된 복수의 LED 패키지와, 상기 복수의 LED 패키지를 봉지하고, 다수의 볼록 렌즈의 일부가 중첩된 형상의 렌즈부를 포함하는 광원 모듈을 구비하는 백라이트 어셈블리 및 이를 포함하는 액정 표시 장치에 관한 것이다. 이와 같이 본 실시예에서는 다수의 렌즈가 중첩된 형상의 렌즈부를 통해 발광하는 복수의 반타원구 형상의 다수의 렌즈가 중첩된 형상의 렌즈부로 복수의 LED 패키지를 봉지하여, LED 패키지 사이 영역으로 광을 터널링 시키므로 암부를 줄일 수 있다.
LED, 렌즈, 반타원구, 터널링, 광 확산, 굴절, 백라이트

Description

백라이트 어셈블리 및 이를 포함하는 액정 표시 장치{BACKLIGHT ASSEMBLY AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY HAVING THE SAME}
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 백라이트 어셈블리의 사시도.
도 2는 제 1 실시예에 따른 LED 램프의 사시도.
도 3은 제 1 실시예에 따른 LED 램프의 부분 평면도.
도 4는 도 3의 LED 램프를 C-C선에 대해 자른 단면 개념도.
도 5는 제 1 실시예의 변형예에 따른 LED 램프의 단면 개념도.
도 6은 제 1 실시예에 따른 백라이트 어셈블리의 기술적 개념을 설명하기 위한 개념도.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 백라이트 어셈블리를 포함하는 액정 표시 장치의 분해 사시도.
도 8은 도 7의 액정 표시 장치를 B-B선에 대해 자른 단면도.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 분해 사시도.
도 10은 도 9의 액정 표시 장치를 D-D선에 대해 자른 단면도.
도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 백라이트 어셈블리의 사시도.
도 12는 제 3 실시예에 따른 LED 램프의 사시도.
도 13은 제 3 실시예에 따른 LED 램프의 부분 평면도.
도 14는 도 12의 LED 램프를 A-A선에 대해 자른 단면 개념도.
도 15는 제 3 실시예의 변형예에 따른 LED 램프의 단면 개념도.
도 16은 제 3 실시예에 따른 백라이트 어셈블리의 기술적 개념을 설명하기 위한 개념도.
도 17은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 백라이트 어셈블리를 포함하는 액정 표시 장치의 분해 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : LED 램프 110 : 기판
120 : LED 패키지 130 : 렌즈부
200 : 도광판 300 : 반사판
400 : 광학 시트 500 : 하부 수납 부재
600 : 상부 수납 부재 700 : 액정 표시 패널
800 : 구동 회로부 900 : 몰드 프레임
본 발명은 백라이트 어셈블리 및 이를 포함하는 액정 표시 장치에 관한 것으 로, 복수의 LED(light emitting diode) 패키지를 포함하는 LED 램프 상에 각기 중첩되거나 또는 독립적으로 마련된 볼록 렌즈 형태의 렌즈부를 형성하여 LED 램프의 암부 및 명부 발생에 의한 핫 스폿(hot spot)을 줄일 수 있는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 자체적으로 발광하지 못하기 때문에 어두운 곳에서는 그 선명도가 저하되는 단점이 있다. 따라서, 액정 표시 장치는 백라이트와 같은 광원을 구비한다.
이러한 백라이트는 광원의 위치에 따라 에지형(edge type) 방식과 직하형(direct type) 방식의 두 종류가 있다. 에지형 방식은 액정 표시 패널의 가장자리에 광원을 설치하여, 광원으로부터 발생된 광이 액정 표시 패널의 하부에 위치한 도광판을 통해 액정 표시 패널에 조사되는 방식이다. 직하형 방식은 액정 표시 패널의 하부에 다수의 광원을 두어 액정 표시 패널의 전면을 직접 조사하는 방식이다. 이때, 에지형 방식은 광의 균일성이 우수하고 액정 표시 장치의 박형화에 유리한 장점이 있다.
종래에는 이러한 에지형 방식의 백라이트 광원으로 냉음극 형광 램프(cold cathode fluorescent lamp; CCFL)를 사용하였다. 하지만, 최근에는 고수명, 저전력소모, 경량화 및 박형화가 가능한 LED 램프의 사용이 증대되고 있는 실정이다.
이때, LED 램프는 광을 생성하는 복수의 LED 패키지를 구비하고, 이러한 LED 패키지에 의해 LED 램프는 점광원 형태의 광 분포를 갖게 된다. 이러한 점 광원 형 태의 광은 도광판에 의해 면광원 형태의 광분포로 변화되어 출사된다.
이러한 LED 램프의 점광원으로 인해 도광판의 일 측면으로 유입되는 광량이 균일하지 못하는 단점이 있다. 즉, LED 패키지와 바로 인접한 도광판 영역으로 조사되는 광량이 LED 패키지 사이의 도광판 영역으로 조사되는 광량에 비하여 많아지게 된다. 이로인해 백라이트의 일부 영역의 밝기가 밝고 일부 영역의 밝기가 어두운 핫 스폿 현상이 발생하는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 복수의 LED 패키지에서 방출되어 도광판으로 입사되는 입사광의 퍼짐을 향상시킬 수 있는 렌즈부를 통해 도광판으로 유입되는 광량을 균일하게 하여 핫 스폿 현상을 줄일 수 있는 백라이트 어셈블리 및 이를 포함하는 액정 표시 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 기판과, 상기 기판 상에 실장된 복수의 LED 패키지 및 상기 복수의 LED 패키지를 봉지하고, 다수의 렌즈의 일부가 중첩된 형상의 렌즈부를 포함하는 광원 모듈을 제공한다.
여기서, 상기 다수의 렌즈는 반타원구 형상으로 제작되고, 상기 반타원구의 장축 영역의 일부가 중첩되며, 상기 반타원구의 중심에 상기 LED 패키지가 마련되 는 것이 바람직하다. 이때, 상기 기판은 폭보다 길이가 긴 막대 형상이고, 상기 반타원구의 상기 장축 방향은 상기 기판의 길이 방향과 동일한 것이 효과적이다.
그리고, 상기 복수의 LED 패키지 사이의 거리를 1로 하였을 경우, 상기 렌즈의 중첩영역의 길이는 0.1 내지 0.8인 것이 바람직하다.
상기의 렌즈부는, 내부가 비어 있고 다수의 렌즈의 일부가 중첩된 형상의 렌즈 몸체와, 상기 렌즈 몸체의 내부 빈 공간에 충진된 충진제를 포함하고, 상기 충진제와 상기 렌즈 몸체를 굴절율이 동일한 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
상기의 LED 패키지부는, 몸체부와, 상기 몸체부 상에 마련되어 백색광을 발광하는 LED부와, 상기 LED부를 몰딩하는 몰딩부를 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 LED부는 적어도 하나의 백색 LED를 포함하거나, 각기 적색, 녹색 및 청색 광을 발광하는 적어도 3개의 LED를 포함하는 것이 효과적이다.
여기서, 상기 렌즈부는 투광성 실리콘 물질로 제작되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 발광하는 복수의 LED 패키지가 실장된 기판과, 상기 복수의 LED 패키지를 봉지하고, 다수의 렌즈의 일부가 중첩된 형상의 렌즈부를 포함하는 광원과, 상기 광원으로부터 입사된 광을 출사하는 도광판 및 상기 광원과 도광판을 수납하는 수납 부재를 포함하는 백라이트 어셈블리를 제공한다.
이때, 상기 광원은 상기 도광판의 일측벽면에 인접 배치되고, 상기 광원의 상기 기판과 상기 도광판의 일측벽면 사이의 거리를 1로 하였을 경우 상기 렌즈부의 두께는 0.3 내지 1인 것이 바람직하다.
물론, 상기 다수의 렌즈는 반타원구 형상으로 제작되고, 상기 반타원구의 장 축 영역의 일부가 중첩되며, 상기 반타원구의 중심에 상기 LED 패키지가 마련되는 것이 효과적이다.
또한, 본 발명에 따른 복수의 광원 및 상기 복수의 광원을 수납하는 수납 부재를 구비하고, 상기 광원은, 발광하는 복수의 LED 패키지가 실장된 기판 및 상기 복수의 LED 패키지를 봉지하고, 다수의 렌즈의 일부가 중첩된 형상의 렌즈부를 포함하는 백라이트 어셈블리를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 발광하는 복수의 LED 패키지가 실장된 기판과, 상기 LED 패키지를 각기 봉지하는 반타원구 형상의 복수의 렌즈가 밀착 배치된 렌즈부를 구비하는 광원과, 상기 광원으로부터 입사된 광을 출사하는 도광판 및 상기 광원과 도광판을 수납하는 수납 부재를 포함하는 백라이트 어셈블리를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 화상을 표시하는 액정 표시 패널과, 상기 액정 표시 패널에 광을 조사하는 백라이트 어셈블리 및 상기 액정 표시 패널과 상기 백라이트 어셈블리를 수납하는 수납부재를 포함하고, 상기 백라이트 어셈블리는, 발광하는 복수의 LED 패키지가 실장된 기판과, 상기 복수의 LED 패키지를 봉지하고, 다수의 렌즈의 일부가 중첩된 형상의 렌즈부를 구비하는 광원을 포함하는 액정 표시 장치를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하 며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 백라이트 어셈블리의 사시도이고, 도 2는 제 1 실시예에 따른 LED 램프의 사시도이고, 도 3은 제 1 실시예에 따른 LED 램프의 부분 평면도이고, 도 4는 도 3의 LED 램프를 C-C선에 대해 자른 단면 개념도이다. 도 5는 제 1 실시예의 변형예에 따른 LED 램프의 단면 개념도이다. 도 6은 제 1 실시예에 따른 백라이트 어셈블리의 기술적 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 백라이트 어셈블리는 렌즈부(130)와, 상기 렌즈부(130) 내측에 마련된 복수의 LED 패키지(120)를 구비하는 LED 램프(100)와, 상기 LED 램프(100)에 인접 배치된 도광판(200)을 포함한다.
상기의 LED 램프(100)는 기판(110)과, 상기 기판(110) 상에 실장된 복수의 LED 패키지(120)와, 상기 복수의 LED 패키지(120)를 봉지하는 렌즈부(130)를 포함한다.
기판(110)은 도광판(200)의 일 측벽에 대응되는 막대 형태로 제작된다. 즉, 막대 형태의 기판(110)의 길이는 도광판(200)의 일 측벽의 길이와 동일한 것이 바람직하다. 그리고, 막대 형태 기판(110)의 폭은 도광판(200)의 일 측벽의 폭과 동일할 수도 있고, 이보다 더 넓거나 좁을 수 있다. 상기 기판(110)은 그 상측에 전극 패턴(미도시)이 형성된 MCPCB(metal core printed circuit board) 기판을 사용 한다. 이를 통해 LED 패키지(120)가 발산하는 열을 빠르게 외부로 방출할 수 있다. 그리고, 도시되지는 않았지만, 본 실시예에서는 기판(110)의 상부면(LED 패키지(120)가 실장된 면)에 백색의 절연성 막이 코팅되어 있는 것이 효과적이다. 물론 이에 한정되지 않고, 상기 기판(110)의 상부면 상에 광 반사막이 형성될 수도 있다. 또한, 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 기판(110)의 일측에는 기판(110)을 고정시키기 위한 고정홈 또는 고정돌기를 포함하는 고정부재가 마련될 수도 있다.
상술한 기판(110) 상에는 복수의 LED 패키지(120)가 실장된다. 본 실시예에서는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 6개의 LED 패키지(120)가 기판(110) 상에 실장된다. 기판(110)에 실장되는 LED 패키지(120)의 개수는 이에 한정되지 않고, 이보다 많을 수도 있고, 작을 수도 있다. 이는 LED 패키지(120)의 발광 효율과 기판(110)의 길이에 따라 다양하게 변화될 수 있다. 상기 복수의 LED 패키지(120)는 각기 직렬 및/또는 병렬 접속되어 있는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 6개의 LED 패키지(120)가 직렬 접속되어 있는 것이 효과적이다.
LED 패키지(120)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 몸체(121)와, 소정의 광을 발광하는 LED부(122)와, LED부(122)를 몰딩하는 몰딩부(123)를 포함한다. 그리고, LED 패키지(120)는 도시되지 않았지만 상기 LED부(122)에 전원을 공급하는 금속배선을 더 포함한다. 상기 LED부(122)는 적색, 녹색 및 청색을 각기 발광하는 복수의 LED를 포함한다. LED부(122)는 각 LED 들이 발광하는 적색, 녹색 및 청색 광의 혼합을 통해 백색광을 발광할 수 있다. 본 실시예의 LED부는 도 3에 도시된 바와 같이 적색 광을 발광하는 하나의 적색 LED와, 녹색 광을 발광하는 두개의 녹 색 LED와, 청색 광을 발광하는 하나의 청색 LED를 포함한다. 물론 이에 한정되지 않고, 상기 LED부(122)는 백색광을 발광하는 적어도 하나의 백색 LED를 포함할 수도 있다. 여기서 상기 몰딩부(123)는 투광성 실리콘 물질을 이용하여 형성된다.
본 실시예의 렌즈부(130)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 복수의 렌즈가 중첩된 형상으로 제작된다. 이때, 상기 렌즈는 반타원구 형상으로 제작되는 것이 효과적이다. 그리고, 상기 반타원구 형상의 복수의 렌즈의 중심에 상기 복수의 LED 패키지(120)가 각기 마련되어 있는 것이 바람직하다. 렌즈부(130)와 LED 패키지(120) 사이에는 공기와 같이 굴절율이 다른 물질층이 존재하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 상기 복수의 LED 패키지(120) 사이 영역에서 상기 복수의 렌즈가 중첩되는 것이 바람직하다. 이때, 본 실시예에서는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 렌즈의 장축 길이(T1)를 1로 하였을 경우 두개의 렌즈가 중첩되는 영역의 길이(T6)는 0.1 내지 0.8 인 것이 바람직하다.
그리고, 복수의 LED 패키지(120)를 봉지하고, 반타원구 형상이 복수의 렌즈가 중첩된 렌즈부(130)를 통해 LED 패키지(120)에서 발광하는 광을 확산시킬 수 있고, 복수 렌즈의 중첩 영역 즉, 복수의 LED 패키지(120) 사이 영역으로 광이 유도되어 상기 LED 패키지(120) 사이 영역에서의 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 LED 패키지(120)에서 발광된 광 중 일부(도 6의 실선 참조)는 렌즈부(130)와 공기의 경계에서 굴절된 다음 도광판(200)으로 입사된다. 상기의 굴절을 통해 LED 패키지부에서 발광된 광을 넓게 퍼지게 할 수 있다. 또한, LED 패키지부(120)에서 발광된 광 중 또 다른 일부(도 6의 점선 참조)는 상 기 렌즈부(130)의 표면에서 기판(110) 방향으로 반사된다. 이때, 기판(110) 방향으로 반사된 광은 기판(110)에서 다시 재반사되어 렌즈부(130)와 공기의 경계면에서 굴절된 다음 도광판(200)으로 입사된다. 이때, 상기 반사 또는 재반사된 광은 렌즈부(130)의 렌즈와 렌즈의 중첩 영역 즉, 복수의 LED 패키지(120)의 사이 영역을 지나게 되고, 이 영역의 렌즈부(130)를 투과한 다음 공기를 거쳐 도광판(200)으로 입사된다. 이와 같이 본 실시예에서는 LED 패키지(120)에서 발광된 광이 그 상부 영역뿐만 아니라 연속된 렌즈부(130)에 의해 각 LED 패키지(120)의 사이 영역으로 유도(터널링)될 수 있어 LED 패키지(120)의 사이 영역의 휘도를 향상시킬 수 있다. LED 패키지(120)는 점광원이기 때문에 그 상부 영역의 휘도가 크고 그 주변 영역의 휘도는 낮아 암부가 형성될 수 있다. 하지만, 본 실시예에서는 상기 렌즈부(130)의 렌즈 중첩 영역으로 광이 유도될 수 있어 각 LED 패키지부(120)의 주변 영역의 휘도를 향상시킬 수 있다. 이를 통해 도광판(200)으로 유입되는 광의 휘도 편차를 줄일 수 있다.
상술한 렌즈부(130)는 단일 몸체로 제작될 수도 있고, 각기 다른 몸체가 결합되어 제작될 수도 있다.
단일 몸체로 제작하는 경우에는 인접하는 다수의 볼록 렌즈의 일부가 중첩되어 있는 형상에 대응하는 내부 공간을 갖는 틀(미도시)을 제작한다. LED 패키지부(120)가 실장된 기판(110)을 상기 틀에 고정한다. 상기 틀의 내부 공간에 투광성 실리콘 물질을 주입한 다음 경화시킨다. 이후 상기 틀을 제거하여 기판(110) 상에 복수의 볼록 렌즈의 일부가 중첩된 형상의 렌즈부(130)를 제작한다.
각기 다른 몸체로 제작하는 경우, 장축의 길이가 LED 패키지부(120) 사이의 길이보다 긴 다수의 볼록 렌즈를 제작한다. 다수의 볼록 렌즈의 길이가 상기 LED 패키지부(120) 사이의 길이가 되도록 볼록 렌즈의 양 끝단 영역을 절단한다. 이후, 양 끝단 영역이 절단된 복수의 볼록 렌즈를 접착시켜 렌즈부(130)를 제작한다.
또한, 본 실시예에 따른 렌즈부(130)는 도 5에 도시된 변형예에서와 같이 복수의 LED 패키지(120)를 덮고, 인접하는 다수의 볼록 렌즈의 일부가 중첩된 형상의 렌즈 몸체(131)와, 상기 렌즈 몸체(131)와 LED 패키지(120) 사이에 충진된 충진재(132)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 렌즈 몸체(131)와 충진재(132)는 굴절율이 동일한 물질로 제작하는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 설명에서는 단일의 렌즈부(130)를 통해 기판(110) 상에 실장된 복수의 LED 패키지(120) 모두를 봉지함에 관해 설명하였다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 다수의 LED 패키지(120)를 봉지하는 복수의 렌즈부(130)가 기판 상에 마련될 수 있다.
하기에서는 상술한 백라이트 어셈블리를 포함하는 액정 표시 장치에 관해 설명한다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 백라이트 어셈블리를 포함하는 액정 표시 장치의 분해 사시도이다. 도 8은 도 7의 액정 표시 장치를 B-B선에 대해 자른 단면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 복수의 LED 패키지부(120)를 봉지하는 렌즈부(130)를 갖는 LED 램프(100)를 광원으로 사용하는 백라이트 어셈블리(1000)와, 액정 표시 패널(700)과, 백라이트 어셈블리(1000)를 장착하기 위한 몰드 프레임(900)과, 상기 백라이트 어셈블리(1000)를 수납하는 하부 수납 부재(500)와, 상기 액정 표시 패널(700)과 백라이트 어셈블리(1000)의 소정 영역 및 측부를 감싸기 위한 상부 수납 부재(600)을 포함한다.
상기에서, 액정 표시 패널(700)은 컬러 필터 기판(710)과 박막 트랜지스터(thin firm transistor; TFT) 기판(720)을 포함한다. 이때, 컬러 필터 기판(710)은 광이 통과하면서 소정의 색이 발현되는 색화소인 RGB 화소가 박막 공정에 의해 형성된 기판이다. 컬러 필터 기판(710)의 전면에는 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide: ITO) 또는 인듐 징크 옥사이드(indium zinc oxide: IZO) 등의 투명한 도전체로 이루어진 공통전극이 도포되어 있다. 박막 트랜지스터 기판(720)은 매트릭스 형태의 TFT가 형성되어 있는 투명한 유리 기판이다. TFT 기판(720)에는 게이트 라인, 데이터 라인, 화소 전극 및 유지 전극이 형성되어 있다. 이때, 상기 컬러 필터 기판(710)의 상부와 박막 트랜지스터 기판(720) 하부에 각기 편광판(미도시)이 마련된다.
액정 표시 패널(700)의 일측에는 구동 회로부(800)가 연결된다. 이때, 상기 구동 회로부(800)는 외부 데이터 신호 및 전원 신호를 인가 받아 제공하는 인쇄 회로 기판(810)과, 상기 인쇄 회로 기판(810)과 액정 표시 패널(700) 간을 연결하는 연성 인쇄 회로 기판(820)을 포함한다. 그리고, 본 실시예에서는 도 7에 도시된 바와 같이 액정 표시 패널(700)의 박막 트랜지스터 기판(720) 상에 데이터 라인에 데이터 신호를 인가하는 제어 IC(711)가 실장된다. 물론 이에 한정되지 않고, 상기 인쇄 회로 기판(810) 또는 연성 인쇄 회로 기판(820)에 상기 제어 IC(711)가 실장될 수 있다. 그리고, 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 박막 트랜지스터 기판(720)의 일측에는 상기 인쇄 회로 기판(810)으로부터 게이트 신호를 공급 받아 게이트 라인에 공급하는 게이트 스테이지부가 마련된다.
본 실시예의 백라이트 어셈블리(1000)는 반사판(300), LED 램프(100)와 도광판(200) 및 다수의 광학 시트(400)를 포함한다.
상기 LED 램프(100)는 기판(110)과, 상기 기판(110) 상에 실장된 복수의 LED 패키지(120)와, 복수의 렌즈의 일부가 중첩된 반타원구 형상을 갖고 복수의 LED 패키지(120)를 봉지하는 복수의 렌즈부(130)를 포함한다. 도광판(200)은 상기 LED 램프(100)와 인접 배치되어 LED 램프(100)의 점광원 형태의 광학 분포를 갖는 광을 면광원 형태의 광학분포를 갖는 광으로 변경한다. 도광판(200)으로 쐐기 타입 플레이트 또는 평행 평판형 플레이트가 사용될 수 있다. 또한, 도광판(200)은 일반적으로 강도가 높아 쉽게 변형되거나 깨지지 않으며 투과율이 좋은 PMMA(Polymethylmethacrylate)로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 도광판(200)의 하부 영역에는 반사판(300)이 마련된다. 반사판(300)은높은 광반사율을 갖는 플레이트를 사용하여 도광판(200)의 배면을 통해 자신에게 입사되는 광을 도광판(200) 쪽으로 재반사시켜 광손실을 줄이는 역할을 한다.
상기 도광판(200)의 상부 영역에는 다수의 광학 시트(400)가 마련된다. 이러한 광학 시트(400)는 확산시트(410), 편광시트(420) 및 휘도 향상 시트(430)를 포함한다. 이때, 확산 시트(410)는 하부 도광판(200)으로부터 입사된 광을 액정 표시 패널(700)의 정면으로 향하게 하고, 넓은 범위에서 균일한 분포를 가지도록 광을 확산시켜 액정 표시 패널(700)에 조사한다. 편광 시트(420)는 편광 시트(420)로 입사되는 광들 중에서 경사지게 입사되는 광을 수직으로 출사되게 변화시키는 역할을 한다. 즉, 확산 시트(410)로부터 출사되는 광을 수직으로 변환시키기 위해 적어도 하나의 편광 시트(420)를 액정 표시 패널(700) 하부에 배치시킬 수 있다. 휘도 향상 시트(430)는 자신의 투과축과 나란한 광은 투과시키고 투과축에 수직한 광은 반사시킨다. 이러한 휘도 향상 시트(430)의 투과축은 투과 효율을 높이기 위해 편광 시트(420)의 편광축과 방향이 동일한 것이 바람직하다.
상기 백라이트 어셈블리(1000)는 하부 수납 부재(500)에 수납된다. 즉, 하부 수납 부재(500)는 상부면이 개방된 직육면체의 박스 형태로 형성되어 내부에는 수납 공간이 형성된다. 상기 하부 수납 부재(500)의 바닥면에는 반사판(300)이 배치되고, 반사판(300) 상에 도광판(200)과 LED 램프(100)가 위치하고, 상기 도광판(200)과 LED 램프(100) 상에는 광학 시트(400)가 위치한다.
본 실시예에서는 하부 수납 부재(500) 내측의 상기 백라이트 어셈블리(1000)를 고정 지지하는 몰드 프레임(900)이 마련된다. 그리고 상기 몰드 프레임(900) 상부에 액정 표시 패널(700)이 배치된다. 액정 표시 패널(700) 상측에는 액정 표시 패널(700)이 이탈되지 않도록 상부 수납 부재(600)가 마련된다. 이때, 상기 하부 수납 부재(500)와 상부 수납 부재(600)는 외부에서 가해지는 충격으로부터 액정 표시 패널(700) 및 백라이트 어셈블리(1000)를 보호한다. 이를 위해 상부 수납 부재(600) 및 하부 수납 부재(500)는 강도가 우수하고, 가벼우며, 변형이 적은 금속 을 사용하여 제작하는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 상술한 에지형에 한정되지 않고, 앞선 제 1 실시예의 LED 램프가 직하형으로 마련될 수도 있다. 하기에서는 앞서 설명한 제 1 실시예의 LED 램프를 포함하는 직하형의 백라이트 어셈블리를 갖는 액정 표시 장치에 관해 설명한다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 분해 사시도이다. 도 10은 도 9의 액정 표시 장치를 D-D선에 대해 자른 단면도이다.
본 실시예의 액정 표시 장치는 앞서 설명한 실시예들과의 상이한 구조 즉, 백라이트 어셈블리를 중심으로 설명한다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 복수의 LED 램프(100)를 포함하는 백라이트 어셈블리(1000)와, 백라이트 어셈블리(1000)가 수납되는 하부 수납 부재(500)와, 상기 백라이트 어셈블리(1000) 상에 마련된 액정 표시 패널(700)과 상기 액정 표시 패널(700)을 고정하는 상부 수납 부재(600)를 포함한다.
본 실시예의 백라이트 어셈블리(1000)는 하부 수납 부재(500)의 바닥면에 마련된 반사판(300)과, 상기 반사판(300) 상에 배치된 복수의 LED 램프(100)와, 상기 복수의 LED 램프(100) 상에 마련된 다수의 광학 시트(400)를 포함한다.
여기서, 복수의 LED 램프(100) 각각은 기판(110)과, 상기 기판(110) 상에 실장된 복수의 LED 패키지(120)와, 상기 복수의 LED 패키지(120)를 봉지하는 렌즈부(130)를 포함한다. LED 램프(100)의 기판(100)은 상기 하부 수납 부재(500)에 고 정되는 것이 바람직하다. 그리고, 복수의 LED 램프(100)는 직렬 및/또는 병렬 접속될 수 있다. 이와 같이 복수의 LED 램프(100)를 등간격으로 배열하여 백라이트 어셈블리(1000)의 휘도를 향상시킬 수 있다. 물론 복수의 LED 램프(100)를 밀착 배치시킬 수도 있다. 더욱이 앞서 설명한 바와 같이 복수의 반타원구 형상의 렌즈가 중첩된 형상으로 제작된 렌즈부(130)을 통해 LED 패키지(120)에서 방출되는 광의 퍼짐을 좋게 하여 휘도 편차를 줄일 수 있다.
본 발명의 백라이트 어셈블리와 액정 표시 장치는 상술한 설명에 한정되지 않고, 반타원구 형상의 복수의 렌즈가 밀착 배치되어 렌즈부를 구성할 수 있다. 하기에서는 도면을 참조하여 본 발명의 제 3 실시예에 따른 백라이트 어셈블리에 관해 설명한다. 후술되는 설명중 상술한 제 1 및 제 2 실시예와 중복되는 설명은 생략한다. 물론 후술되는 제 3 실시예의 기술은 상술한 제 1 및 제 2 실시예에 적용될 수 있다.
도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 백라이트 어셈블리의 사시도이고, 도 12는 제 3 실시예에 따른 LED 램프의 사시도이고, 도 13은 제 3 실시예에 따른 LED 램프의 부분 평면도이고, 도 14는 도 12의 LED 램프를 A-A선에 대해 자른 단면 개념도이다. 도 15는 제 3 실시예의 변형예에 따른 LED 램프의 단면 개념도이다. 도 16은 제 3 실시예에 따른 백라이트 어셈블리의 기술적 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 11 내지 도 15를 참조하면, 본 실시예에 따른 백라이트 어셈블리는 복수의 렌즈부(130)과 상기 렌즈부(130) 내측에 마련된 복수의 LED 패키지(120)를 구비 하는 LED 램프(100)와, 상기 LED 램프(100)에 인접 배치된 도광판(200)을 포함한다.
상기 LED 램프(100)는 기판(110)과, 상기 기판(110) 상에 실장된 복수의 LED 패키지(120)와, 상기 복수의 LED 패키지(120) 상에 각기 마련되어 LED 패키지(120)를 봉지하는 복수의 렌즈부(130)를 포함한다. 그리고, 도면에 도시된 바와 같이 복수의 렌즈부(130)는 밀착 배치되어 있다.
본 실시예에서는 상기 LED 패키지(120)를 봉지하는 볼록 렌즈 형상의 렌즈부(130)가 마련된다. 이때, 상기 볼록 렌즈의 형상은 반타원구 형상인 것이 바람직하다. 물론 본 실시예에서는 다양한 형상의 볼록 렌즈를 렌즈부(130)로 사용할 수 있다. 여기서, 상기 LED 램프(100)와 인접한 도광판(200)의 측벽면을 살펴보면, Z축 방향의 길이는 짧은 대신, Y축 방향의 길이는 매우 길다. 따라서, 본 실시예에서는 반타원구 형상의 렌즈부(130)를 통해 LED 패키지(120)의 Y축 방향의 지향각은 확장시키고, Z축 방향의 지향각은 줄이는 것이 바람직하다.
이와 같은 렌즈부(130)를 통해 LED 패키지(120)에서 발광하는 광을 확산시킬 수 있다. 도 16의 (a)에 도시된 바와 같이 렌즈부(130)가 없는 경우에는 LED 패키지(120)에서 발광된 광은 공기를 거쳐 바로 도광판(200)으로 입사된다. 즉, 굴절률이 작은 매질인 공기에서 굴절률이 큰 매질인 도광판(200)으로 광이 입사되므로 도광판(200)으로의 입사각보다 공기와 도광판(200) 계면에서 굴절각이 더 작게 되어 도광판(200)에 입사된 광이 넓게 퍼지지 못한다. 이에 반하여 도 16의 (b)에 도시된 바와 같이 반타원구 형상의 렌즈부(130)가 마련된 경우에는 LED 패키지(120)에 서 발광된 광은 렌즈부(130)와 공기의 계면에서 한번 굴절된 다음 도광판(200)으로 입사된다. 이때, 도 16의 (b)에 도시된 바와 같이 LED 패키지(120)가 렌즈부(130)의 내측에 배치되어 있기 때문에 LED 패키지(120)에서 발광된 광은 굴절율이 큰 렌즈부(130)와 굴절율이 작은 공기의 계면에서의 굴절에 의해 확산된다. 따라서, 도 16의 (a)와 같이 렌즈부(130)가 없는 경우 보다 도 16의 (b)와 같이 렌즈부(130)가 마련된 경우, 도광판(200)으로 입사되는 광을 넓게 퍼지게 할 수 있다. 이를 통해 LED 패키지(120)의 광을 입력 받는 도광판(200) 영역에서 국부적으로 발생하는 암부와 명부를 줄일 수 있다.
그리고, 상기 반타원구 형상의 렌즈부(120)의 장축 및 단축의 길이(T1, T2)와 렌즈부(130)의 두께(T3)를 조절하여 상기 도광판(200)으로 입사되는 광의 퍼짐을 조절하여 휘도의 산포를 줄일 수 있다. 즉, 도 13 및 도 14에서는 반타원그 형상의 렌즈부(130)의 장축의 길이(T1)를 인접하는 LED 패키지(120) 간의 거리(T4)와 동일하게 도시하였다. 즉, 인접하는 렌즈부(130)간이 밀착되도록 도시하였다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 인접한 렌즈부(130)간을 소정거리 이격시킬 수도 있다.
그리고, 단축의 길이(T2)는 기판(110)의 폭(T5)을 1로 하였을 경우 0.5 내지 1 인 것이 바람직하다. 렌즈부(130)의 두께(T3)는 기판(110)과 도광판 사이의 거리를 1로 하였을 경우 0.3 내지 1인 것이 바람직하다.
본 실시예에서는 시뮬레이션을 통해 렌즈부(130)가 없는 경우와, 상기 렌즈부(130)가 이격되어 있는 경우와, 렌즈부(130)가 밀착 배치된 경우의 휘도를 계산 하였다. 즉, 시뮬레이션을 통해 LED 램프(100)의 광을 입력 받는 도광판(200)의 측벽면에서부터 도광판(200) 내측으로 3.2mm 이격된 위치의 광의 휘도를 계산하였고, 가장 높은 휘도 값과 가장 낮은 휘도 값의 차이를 휘도 산포로 계산하였다.
이에, 첫번째 렌즈부가 없는 경우의 휘도 산포를 계산한 결과 그 편차가 58이었다. 두번째, 렌즈부(130)의 장축 거리(T1)를 6mm로 하고, 단축 거리(T2)를 4mm로 하고, 두께(T3)를 1.5mm로 하여 렌즈부(130)간을 이격시킨 경우의 휘도 산포를 계산한 결과 41이었다. 세번째, 렌즈부(130)의 장축 거리(T1)를 8.25mm로 하고, 단축 거리(T2)를 4mm로 하고, 두께(T3)를 1.5mm로 하여 렌즈부(130)간을 밀착 배치시킨 경우의 휘도 산포를 계산한 결과 41이었다. 이와 같이 본 실시예에서와 같이 LED 패키지(120) 상에 렌즈부(130)를 밀착 배치함으로 인해 렌즈부가 없는 경우에 비하여 휘도 산포가 약 17 정도 낮아짐을 알 수 있다. 이는 도광판(200)으로 입사되는 광의 밝은 부분과 어두운 부분의 차가 줄어듦을 의미하는 것으로, 암부와 명부의 차가 줄어듦을 알 수 있다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 LED 패키지(120)에서 발광된 광은 렌즈부(130)와 공기의 계면에서 굴절되어 도광판(200)의 측벽면으로 넓게 입사되기 때문이다.
본 실시예에서는 이러한 렌즈부(130)를 투광성 실리콘 물질을 이용하여 제작한다. 즉, 렌즈부(130)를 LED 패키지(120)의 몰딩부(123)와 동일한 물질(즉, 굴절율이 동일한 물질)로 제작하여 LED 패키지(120)의 LED부(122)로부터 발광된 광이 몰딩부(123)와 렌즈부(130) 사이의 계면에서 굴절되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 렌즈부(130)를 단일 몸체로 제작하여 렌즈부(130) 내측에서 광이 굴절되는 현 상을 방지할 수 있다. 물론 본 실시예는 이에 한정되지 않고, 상기 렌즈부(130)로 폴리스틸렌(PS), 폴리에틸렌(PE), 염화비닐(PVC), 페놀(PE) 또는 아크릴(PMMA) 등의 투광성 고분자 수지를 이용하여 제작할 수도 있다. 이러한 렌즈부(130)를 갖는 LED 램프(100)의 제작을 간략히 설명하면, LED 패키지(120)가 실장된 기판(110)을 마련하고, 렌즈부(130)에 대응되는 형상의 내부 공간을 갖는 틀(미도시)을 마련한다. 상기 틀의 내부 공간에 LED 패키지(120)가 배치되도록 기판(110)을 밀착 시킨 다음 내부 공간에 투광성 실리콘 물질을 주입한다. 이후, 상기 실리콘 물질을 경화시킨 다음 틀을 제거하고, 후가공을 실시하여 기판(110) 상에 LED 패키지(120)를 봉지하는 렌즈부(130)를 제작한다. 이때, 상기 투광성 실리콘 물질의 주입을 위해 틀의 일측에 관통홈이 마련될 수 있다. 물론 상기 기판의 일측에 관통홈이 마련될 수도 있다. 이러한 관통홈을 통해 디스펜서등을 이용한 주입 장치로 상기 내부 공간에 실리콘 물질을 주입하는 것이 바람직하다.
물론 본 실시예에 따른 렌즈부(130)는 단일의 몸체로 제작되지 않고, 도 15에 도시된 변형예에서와 같이 LED 패키지(120)를 덮는 렌즈 몸체(131)와, 렌즈 몸체(131)와 LED 패키지(120) 사이에 충진된 충진재(132)를 포함할 수도 있다. 이때, 상기 렌즈 몸체(131)와 충진재(132)는 굴절율이 동일한 물질로 제작하여 렌즈부(130) 내부에서의 광 굴절이 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 상기 렌즈 몸체(131)와, 렌즈부(130)로 투광성의 실리콘 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 렌즈 몸체(131)는 내부가 비어있는 반타원구 형상으로 제작된다. 이러한 렌즈 몸체(131)의 제작을 위해서는 실리콘 물질을 이용하 여 렌즈 몸체(131)를 제작하고, 기판(110) 상에 LED 패키지(120)를 실장한다. 상기 렌즈 몸체(131)를 상기 LED 패키지(120) 상측에 배치한다. 이때, 상기 렌즈 몸체(131)의 중심에 상기 LED 패키지(120)가 위치되도록 한다. 렌즈 몸체(131)와 LED 패키지(120) 사이에 충진재를 주입하고, 이를 경화시켜 기판(110) 상에 LED 패키지(120)를 봉지하는 렌즈부(130)를 제작한다.
하기에서는 상술한 백라이트 어셈블리를 포함하는 액정 표시 장치에 관해 설명한다.
도 17은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 백라이트 어셈블리를 포함하는 액정 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 17을 참조하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 복수의 LED 패키지부(120)를 봉지하는 렌즈부(130)를 갖는 LED 램프(100)를 광원으로 사용하는 백라이트 어셈블리(1000)와, 액정 표시 패널(700)과, 백라이트 어셈블리(1000)를 장착하기 위한 몰드 프레임(900)과, 상기 백라이트 어셈블리(1000)를 수납하는 하부 수납 부재(500)와, 상기 액정 표시 패널(700)과 백라이트 어셈블리(1000)의 소정 영역 및 측부를 감싸기 위한 상부 수납 부재(600)을 포함한다.
본 실시예의 백라이트 어셈블리(1000)는 반사판(300), LED 램프(100)와 도광판(200) 및 다수의 광학 시트(400)를 포함한다.
상기 LED 램프(100)는 기판(110)과, 상기 기판(110) 상에 실장된 복수의 LED 패키지(120)와, 상기 복수의 LED 패키지(120) 상에 각기 밀착 배치되어 LED 패키지(120)를 봉지하는 복수의 렌즈부(130)를 포함한다.
그리고, 도 17에서는 상기 LED 램프(100)가 도광판(200)의 일측면에 배치됨을 도시하였다. 본 실시예에서는 이에 한정되지 않고, 상기 LED 램프(100)과 도광판(200)의 대향하는 양측면에 배치될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 반타원구 형상의 렌즈로 LED 패키지를 봉지하여 LED 패키지에서 방출된 광을 확산시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 LED 패키지의 광을 확산시켜 도광판으로 입사되는 광의 휘도 편차를 줄일 수 있어 핫 스폿 현상을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 LED 패키지와, LED 패키지를 봉지하는 렌즈 사이를 렌즈와 동일한 물질로 매립하여 LED 패키지에서 방출되어 렌즈와 공기의 계면으로 진행하는 광이 렌즈 내측에서 굴절되는 현상을 방지할 수 잇다.
또한, 본 발명은 복수의 반타원구 형상의 다수의 렌즈가 중첩된 형상의 렌즈부로 복수의 LED 패키지를 봉지하여, LED 패키지 사이 영역으로 광을 터널링 시키므로 암부를 줄일 수 있다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

Claims (14)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 실장된 복수의 LED 패키지; 및
    상기 복수의 LED 패키지를 봉지하고, 반타원구 형상의 다수의 렌즈의 일부가 상기 반타원구의 장축 영역에서 중첩된 형상의 렌즈부를 포함하되,
    상기 반타원구의 중심에 상기 LED 패키지가 배치되는 광원 모듈.
  2. 삭제
  3. 청구항 1 있어서,
    상기 기판은 폭보다 길이가 긴 막대 형상이고, 상기 반타원구의 상기 장축 방향은 상기 기판의 길이 방향과 동일한 광원 모듈.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 LED 패키지 사이의 거리를 1로 하였을 경우, 상기 렌즈의 중첩영역의 길이는 0.1 내지 0.8인 광원 모듈.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 렌즈부는,
    내부가 비어 있고 다수의 렌즈의 일부가 중첩된 형상의 렌즈 몸체와, 상기 렌즈 몸체의 내부 빈 공간에 충진된 충진제를 포함하고,
    상기 충진제와 상기 렌즈 몸체를 굴절율이 동일한 물질을 사용하는 광원 모듈.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 LED 패키지는,
    몸체부와, 상기 몸체부 상에 마련되어 백색광을 발광하는 LED부와, 상기 LED부를 몰딩하는 몰딩부를 포함하는 광원 모듈.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 LED 패키지는 적어도 하나의 백색 LED를 포함하거나, 각기 적색, 녹색 및 청색 광을 발광하는 적어도 3개의 LED를 포함하는 광원 모듈.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 렌즈부는 투광성 실리콘 물질로 제작된 광원 모듈.
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