KR101464654B1 - 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 지향각이 향상된 백라이트 유닛을 포함하는 액정표시장치에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 LED어셈블리의 LED의 전방으로 제 1 및 제 2 렌즈로 이루어지는 이중구조의 렌즈유닛을 위치시킴으로써, LED에서 출사되는 광의 지향각을 향상시키게 된다.
이를 통해, LED와 광확산유닛 사이의 이격거리를 최소화하더라도, LED 무라(mura) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 박형의 액정표시장치를 제공할 수 있다. 또한, 렌즈유닛의 전방으로 광확산유닛 만을 위치시켜도, 액정패널로 균일하게 가공된 고품질의 면광원을 제공할 수 있어, 광학시트가 다수개 구비되던 기존에 비해 보다 박형화를 구현할 수 있으며, 경량화 또한 구현할 수 있다.
그리고, 액정표시장치의 모듈화 과정에서 조립시간 단축 및 재료비용을 절감할 수 있다. 특히, 광확산유닛이 제 1 편광판과 일체형으로 이루어질 경우에는 보다 경량 및 박형의 액정표시장치를 제공할 수 있으며, 또한 액정표시장치의 모듈화 과정을 보다 손쉽게 진행할 수 있다.

Description

액정표시장치{Liquid crystal display device}

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 지향각이 향상된 백라이트 유닛을 포함하는 액정표시장치에 관한 것이다.

근래에 들어 사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 여러 가지 다양한 평판형 표시장치(flat display device)가 개발되어 각광받고 있다.

이 같은 평판형 표시장치의 구체적인 예로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display device : LCD), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel device : PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display device : FED), 전기발광표시장치(Electroluminescence Display device : ELD), 유기발광소자(organic light emitting diodes : OLED) 등을 들 수 있는데, 이들 평판형 표시장치는 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 보여 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube : CRT)을 빠르게 대체하고 있다.

이중에서도 액정표시장치는 동화상 표시에 우수하고 높은 콘트라스트비(contrast ratio)로 인해 노트북, 모니터, TV 등의 분야에서 가장 활발하게 사용되고 있는데, 액정표시장치는 자체 발광요소를 갖지 못하는 소자로 별도의 광원을 요구하게 된다.

이에 따라, 액정패널의 배면으로는 광원을 구비한 백라이트 유닛(backlight unit)이 마련되어 액정패널 전면을 향해 광을 조사하고 이를 통해서 비로소 식별 가능한 휘도의 화상이 구현된다.

한편, 일반적인 백라이트 유닛은 광원의 배열구조에 따라 에지타입(edge type)과 다이렉트타입(direct type)으로 구분되는데, 에지타입은 하나 또는 한쌍의 광원이 도광판의 일측부에 배치되는 구조를 가지거나, 두개 또는 두쌍의 광원이 도광판의 양측부 각각에 배치된 구조를 가지며, 타이렉트타입은 수개의 광원이 광학시트의 하부에 배치된 구조를 갖는다.

여기서, 에지타입은 얇은 두께에 선명한 표시품질을 나타낼 수 있는 장점이 있으나, 광원의 개수가 많고 베젤이 커지는 단점이 있다. 반면에 다이렉트타입은 광원의 개수가 적고 확산판이 상대적으로 저가인 장점이 있으며, 광원의 스캐닝(scanning) 및 로컬디밍(local dimming)을 구현할 수 있어 고화질 구현에 유리한 장점이 있으나, 두께가 두꺼워지는 단점이 있다.

즉, 다이렉트타입은 백라이트 유닛의 가장 중요한 역할인 고품위의 면광원을 액정패널에 공급하기 위해서는 이를 위한 여러 가지 광학적 설계가 고려되며, 그 중 하나가 광학갭(optical gap) 또는 에어갭(air gap)이라 하는 폭 즉, LED와 확산판 사이의 간격 유지가 중요한 요소로 작용한다.

특히, 일정 지향각을 갖는 LED의 경우 서로 이웃한 2 내지 3개의 LED로부터 발산된 빛이 서로 중첩 및 혼합된 후 액정패널에 입사되어 면광원을 제공하므로, LED와 확산판 사이의 간격이 작을 경우에는 LED에 대응하는 영역에서는 핫스팟(hot spot)이 발생하게 되고, LED와 이에 인접한 LED 사이에는 LED로부터 출사된 빛이 서로 중첩 및 혼합되지 않는 암부가 발생하게 된다.

이로 인하여, LED 무라(mura) 현상이 발생하게 되고, 나아가 휘도 불균일에 따른 액정표시장치의 표시품질의 저하 문제를 야기시키게 된다.

따라서, 이러한 다이렉트타입은 박형화에 한계가 있어, 화면의 두께보다는 밝기가 중요시되는 액정표시장치에서 주로 사용하게 된다.

또한, 최근 액정표시장치를 경량 및 박형으로 제작하고자 하는 노력에도 불구하고, 액정표시장치의 전체적인 두께에 가장 큰 영향을 미치는 백라이트 유닛의 구성요소가 너무 많아짐에 따라 액정표시장치의 박형 및 경량을 저해하고 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다이렉트타입의 백라이트 유닛을 포함하는 액정표시장치의 박형화를 구현하는 것을 제 1 목적으로 한다.

또한, 백라이트 유닛의 광효율을 향상시키고, LED 무라와 휘도 불균일 현상이 발생하는 것을 방지하여, 이를 통해 액정표시장치의 표시화면을 균일 휘도의 고품위로 구현하는 것을 제 2 목적으로 한다.

또한, 액정표시장치의 경량 및 박형을 구현하는 동시에 액정표시장치의 모듈화과정에서 조립시간 단축 및 재료비용을 절감하고자 하는 것을 제 3 목적으로 한다.

전술한 바와 같이 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 PCB와, 상기 PCB 상에 실장된 다수의 LED를 포함하는 LED어셈블리와; 상기 LED의 전방으로, 상기 LED를 둘러싸도록 위치하는 제 1 렌즈와, 상기 제1 렌즈의 외부에서 상기 제 1 렌즈를 둘러싸도록 형성되는 제 2 렌즈를 포함하는 렌즈유닛과; 상기 렌즈유닛의 전방으로 위치하는 광확산유닛과; 상기 광확산유닛의 전방으로 위치하는 액정패널을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.

이때, 상기 제 1 렌즈는 내면인 제 1 굴절면이 두개의 내부빗면을 가지며, 상기 제 1 렌즈는 내면인 제 1 굴절면이 두개의 내부빗면을 갖고, 상기 LED를 향해 원뿔형상이 돌출된다.

그리고, 상기 제 1 렌즈는 내면인 제 1 굴절면이 두개의 내부빗면을 갖고, 상기 LED를 향해 다수개의 프리즘형상이 돌출되며, 상기 다수개의 프리즘형상과 상기 제 1 렌즈의 외면인 제 2 굴절면 사이에는 편광변환필름이 위치한다.

또한, 상기 제 1 렌즈는 내면인 제 1 굴절면이 곡면을 이루며, 상기 제 1 렌즈는 내면인 제 1 굴절면이 상기 LED와 평행한 제 1 내부빗면과, 상기 제 1 내부빗면의 양단으로부터 둔각을 이루도록 상향 절곡된 한쌍의 제 2 내부빗면과, 상기 한쌍의 제 2 내부빗면으로부터 둔각을 이루도록 하향 절곡된 한쌍의 제 3 내부빗면과, 상기 한쌍의 제 3 내부빗면으로부터 둔각을 이루도록 하향 절곡되어 상기 한쌍의 제 2 내부빗면과 각각 마주보도록 형성되는 한쌍의 제 4 내부빗면과, 상기 한쌍의 제 4 내부빗면으로부터 둔각을 이루도록 절곡되어 상기 PCB까지 연장되는 한쌍의 제 5 내부빗면으로 이루어진다.

여기서, 상기 한쌍의 제 3 내부빗면의 일단은 상기 LED의 일 가장자리로부터 발광된 광과, 상기 LED의 타 가장자리로부터 발광된 광이 서로 교차되는 지점과 대응되며, 상기 한쌍의 제 3 내부빗면의 타단은 상기 LED의 일 가장자리로부터 발광된 광과, 상기 LED의 타 가장자리로부터 발광된 광이 서로 교차되는 지점과 대응되며, 상기 제 1 렌즈의 외면인 제 2 굴절면은 상기 LED와 평행한 수평선에 대하여 제 1 각을 갖는 한쌍의 제 1 외부빗면으로 이루어지는 제 1 영역과, 상기 PCB의 전면에 수직인 수직선에 대하여 제 2 각을 가지며, 상기 한쌍의 제 1 외부빗면과 일단이 연결되는 한쌍의 제 2 외부빗면으로 이루어지는 제 2 영역과, 상기 한쌍의 제 2 외부빗면의 타단으로부터 상기 수직선에 대하여 제 3 각을 가지며, 상기 PCB까지 연장되는 한쌍의 제 3 외부빗면으로 이루어지는 제 3 영역을 포함한다.

또한, 상기 제 1 영역은 상기 수평선에 대하여 (-)기울기를 갖도록 형성되며, 상기 제 2 영역은 상기 수평선에 대하여 (+)기울기를 갖도록 형성되며, 상기 제 3 영역은 상기 수평선에 대하여 상기 제 2 영역에 보다 큰 (+)기울기를 갖도록 형성되며, 상기 제 2 렌즈는 내부곡면에 근접하여 비드를 포함하거나, 외부곡면에 근접하여 비드를 포함하거나, 상기 제 2 렌즈의 전반적으로 비드가 분산된다.

여기서, 상기 제 2 렌즈의 내부곡면에 미세패턴이 형성되며, 상기 제 2 렌즈는 외부곡면에 근접하여 비드를 포함하거나, 외부곡면에 미세패턴이 형성된다.

상기 제 1 및 제 2 렌즈 사이로는 중간공기층이 형성되며, 상기 광확산유닛은 다수개의 돔형의 렌티큘러렌즈가 인접하여 돌출 배열된 렌티큘러렌즈 시트로 이루어진다.

또한, 상기 다수의 돔형의 렌티큘러렌즈는 상기 액정패널의 서브화소의 장축방향에 대응하여 평행하게 형성될 경우, 상기 다수의 돔형의 렌티큘러렌즈 각각은 상기 서브화소가 세로 방향으로 정렬된 각 스트라이프에 대응하여 형성되며, 상기 다수의 돔형 렌티큘러렌즈는 상기 액정패널의 서브화소의 단축방향에 대응하여 형성될 경우, 상기 다수의 돔형의 렌티큘러렌즈 각각은 상기 3개의 서브화소로 이루어지는 화소의 각 세로 방향으로 대응하여 형성된다.

여기서, 상기 광확산유닛은 하나의 확산시트이며, 상기 액정패널은 양면으로 제 1 및 제 2 편광판을 포함하며, 상기 LED어셈블리와 상기 액정패널 사이에 위치하는 상기 제 1 편광판은 제 1 확산층으로 이루어지는 광확산유닛이 일체형으로 형성된다.

또한, 상기 제 1 편광판은 편광층과, 상기 편광층의 양측면으로 위치하는 제 1 및 제 2 TAC 필름을 포함하며, 상기 제 1 확산층은 상기 LED어셈블리와 상기 액정패널 사이에 위치하는 상기 제 1 TAC 필름의 외측으로 부착되어 형성되며, 상기 제 2 TAC 필름의 외측으로 제 2 확산층이 부착되어 형성된다.

이때, 상기 제 1 확산층은 50 ~ 100㎛의 지름을 갖는 비드를 포함하며, 상기 제 2 확산층은 10 ~ 30㎛의 지름을 갖는 비드를 포함하며, 상기 제 1 편광판은 편광층과, 상기 편광층의 양측면으로 위치하는 제 1 및 제 2 TAC 필름을 포함하며, 상기 LED어셈블리와 상기 액정패널 사이에 위치하는 상기 제 1 TAC 필름은 확산기능을 갖는다.

또한, 상기 제 2 TAC필름은 확산기능을 가지며, 상기 확산기능은 비드를 포함하며, 상기 제 1 TAC 필름은 50 ~ 100㎛의 지름을 갖는 비드를 포함하며, 상기 제 2 TAC 필름은 10 ~ 30㎛의 지름을 갖는 비드를 포함한다.

또한, 상기 광확산유닛은 상기 렌즈유닛과 밀착되어 위치하거나, 일정 간격 이격되어 위치한다.

위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 LED어셈블리의 LED의 전방으로 제 1 및 제 2 렌즈로 이루어지는 이중구조의 렌즈유닛을 위치시킴으로써, LED에서 출사되는 광의 지향각을 향상시키게 되는 효과가 있다.

이를 통해, LED와 광확산유닛 사이의 이격거리를 최소화하더라도, LED 무라(mura) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 박형의 액정표시장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 렌즈유닛의 전방으로 광확산유닛 만을 위치시켜도, 액정패널로 균일하게 가공된 고품질의 면광원을 제공할 수 있어, 광학시트가 다수개 구비되던 기존에 비해 보다 박형화를 구현할 수 있는 효과가 있으며, 경량화 또한 구현할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 액정표시장치의 모듈화 과정에서 조립시간 단축 및 재료비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

특히, 광확산유닛이 제 1 편광판과 일체형으로 이루어질 경우에는 보다 경량 및 박형의 액정표시장치를 제공할 수 있는 효과가 있으며, 또한 액정표시장치의 모듈화 과정을 보다 손쉽게 진행할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 도시한 분해 사시도.
도 2a는 도 1의 LED의 사시도.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈유닛을 포함하는 LED어셈블리를 개략적으로 도시한 단면도.
도 3a ~ 3e는 제 1 렌즈의 제 1 굴절면의 다양한 모습을 개략적으로 도시한 단면도.
도 4a ~ 4c는 제 1 렌즈의 빛의 굴절 상태를 나타낸 단면도.
도 5a ~ 5c는 제 2 렌즈의 다양한 모습을 개략적으로 도시한 단면도.
도 6은 렌티큘러렌즈 시트를 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛을 개략적으로 도시한 단면사시도.
도 7a ~ 7b는 렌티큘러렌즈 시트의 렌티큘러렌즈의 배열방향을 개략적으로 도시한 평면도.
도 8a 는 확산시트를 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛을 개략적으로 도시한 단면도.
도 8b ~ 8e는 광확산성질을 갖는 제 1 편광판을 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛을 개략적으로 도시한 단면도.
도 9a ~ 9b는 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛을 개략적으로 도시한 단면도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.

도시한 바와 같이, 액정표시장치(100)는 액정패널(110)과 백라이트 유닛(120), 그리고 서포트메인(150)과 커버버툼(160), 탑커버(170)로 구성된다.

먼저 액정패널(110)은 화상표현의 핵심적인 역할을 담당하는 부분으로서, 액정층을 사이에 두고 서로 대면 합착된 제 1 및 제 2 기판(112, 114)을 포함한다.

이때, 능동행렬 방식이라는 전제 하에 비록 도면상에 명확하게 나타나지는 않았지만 통상 하부기판 또는 어레이기판이라 불리는 제 1 기판(112)의 내면에는 다수의 게이트라인과 데이터라인이 교차하여 서브화소(sub pixel : SP, 도 7a참조)가 정의되고, 각각의 교차점마다 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)가 구비되어 각 서브화소(SP, 도 7a참조)에 형성된 투명 화소전극과 일대일 대응 연결되어 있다.

그리고 상부기판 또는 컬러필터기판이라 불리는 제 2 기판(114)의 내면으로는 각 서브화소(SP, 도 7a참조)에 대응되는 일례로 R, G, B 컬러의 컬러필터(color filter) 및 이들 각각을 두르며 게이트라인과 데이터라인 그리고 박막트랜지스터 등의 비표시요소를 가리는 블랙매트릭스(black matrix)가 구비된다. 또한, 이들을 덮는 투명 공통전극이 마련되어 있다.

이때, 서브화소(SP, 도 7a참조)의 배열이 동일한 폭을 갖는 스트라이프 형태로 이루어지는데, 스트라이프 타입 표시영역을 갖는 경우, 각 스트라이프 별로 동일한 색을 갖는 서브화소(SP, 도 7a참조)가 각각 세로 방향으로 정렬되며, 적, 녹, 청색의 컬러(R, G, B)를 나타내는 스트라이프가 순차적으로 가로 방향으로 배열된다.

이때, 가로방향으로 이웃한 적, 녹, 청색(R, G, B)을 발광하는 3개의 서브화소(SP, 도 7a참조)가 하나의 화소(P, 도 7b참조)로 구동하게 된다.

이에 상술한 구조의 액정패널(110)은 박막트랜지스터의 온(on)/오프(off)를 위한 신호가 게이트라인으로 순차적으로 스캔 인가되어, 데이터라인의 화상신호가 선택된 화소의 화소전극으로 화상신호가 전달되면 이들 사이의 전계에 의해 제 1 및 제 2 기판(112, 114) 사이의 액정 분자가 구동되고, 이에 따른 광의 투과율 변화로 여러 가지 화상을 표시할 수 있다.

이때, 제 1 및 제 2 기판(112, 114)의 외면으로는 특정 편광만을 선택적으로 투과시키는 제 1 및 제 2 편광판(130, 140)이 위치한다.

제 1 및 제 2 편광판(130, 140)은 편광축이 서로 직교하도록 배치될 수 있다. 편광축이 서로 직교하도록 제 1 및 제 2 편광판(130, 140)을 중첩하여 배치하면, 제1 편광판(130)을 통하여 입사된 빛은 제2 편광판(140)을 통과하지 못한다. 이때, 액정패널(110)의 액정층은 제1 편광판(130)을 통과한 빛의 편광 방향을 제어하여, 필요에 따라 제2 편광판(140)을 통하여 출사하는 빛의 양을 조절하게 된다.

아울러 본 발명에 따른 액정표시장치에는 액정패널(110)이 나타내는 투과율의 차이가 외부로 발현되도록 이의 배면에서 광을 공급하는 백라이트 유닛(120)이 구비된다.

백라이트 유닛(120)은 커버버툼(160)의 내면을 따라 배열되는 LED 어셈블리(129)와, 반사판(122), LED어셈블리(129)의 전방으로 위치하는 렌즈유닛(200) 그리고 렌즈유닛(200)의 전방으로 위치하는 광확산유닛(230)을 포함한다.

LED 어셈블리(129)는 백라이트 유닛(120)의 광원으로서, 다수개의 LED(129a)와, 다수개의 LED(129a)가 일정 간격 이격하여 장착되는 PCB(129b)를 포함한다.

반사판(122)은 LED어셈블리(129)로부터 발광된 광 중 액정패널(110)을 향하는 전방이 아닌 후방으로 발광하는 광을 액정패널(110) 쪽으로 반사시킴으로써 광의 휘도를 향상시키게 된다.

이러한 반사판(122)은 각각의 렌즈유닛(200)이 통과할 수 있는 복수개의 관통홀(123)이 구성되어 광확산렌즈(230)를 제외한 PCB(129b)와 커버버툼(150) 내면 전체를 덮도록 형성된다.

특히, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(100)는 LED어셈블리(129)의 전방으로 렌즈유닛(200)이 위치하는 것을 특징으로 하는데, 렌즈유닛(200)은 LED어셈블리(129)의 LED(129a)로부터 발광된 광의 지향각을 넓히기 위한 제 1 렌즈(210)와, 제 1 렌즈(210)를 투과한 광을 보다 확산시키기 위한 제 2 렌즈(220)의 이중구조로 이루어진다.

따라서, LED어셈블리(129)의 LED(129a)로부터 발광된 광은 이러한 이중구조로 이루어지는 렌즈유닛(200)에 의해 넓은 지향각을 갖도록 확산되어 렌즈유닛(200)의 외부로 출사되게 된다. 이에 대해 추후 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.

이러한 렌즈유닛(200)의 전방으로는 광확산유닛(230)이 위치하는데, 광확산유닛(230)은 렌즈유닛(200)을 투과한 광을 보다 균일한 면광원으로 가공하는 역할을 한다.

여기서, 광확산유닛(230)은 확산기능을 갖는 하나 또는 두개의 확산층으로 이루어져 제 1 편광판(130)과 일체형으로 형성될 수도 있으며, 아니면 별도의 하나의 확산시트(320, 도 8a 참조)로 이루어질 수도 있다.

또한, 렌티큘러렌즈(311, 도 6 참조)가 열을 지어 돌출 배열하도록 형성된 하나의 렌티큘러 렌즈 시트(310, 도 6 참조)로 이루어질 수 있다. 이에 대해 추후 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.

이러한 액정패널(110)과 백라이트 유닛(120)은 탑커버(170)와 서포트메인(150) 그리고 커버버툼(160)을 통해 모듈화된다.

한편, 탑커버(170)는 케이스탑 또는 탑 케이스라 일컬어지기도 하고, 서포트메인(150)은 가이드패널 또는 메인서포트, 몰드프레임이라 일컬어지기도 하며, 커버버툼(160)은 버텀커버라 일컬어지기도 한다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(100)는 백라이트 유닛(120)의 다수의 LED(129a)에서 발산되는 광이 색섞임(color mixing)을 통해 균일한 면광원을 구현하여, 액정패널(110)을 향해 조사된다.

이때, LED어셈블리(129)의 전방에 위치하는 이중구조의 렌즈유닛(200)은 다수의 LED(129a)에서 출사되는 광의 지향각을 향상시키는 역할을 한다.

이를 통해, 실질적으로 백라이트 유닛(120) 내의 색섞임 공간이 증가되는 결과를 얻을 수 있고, 색섞임된 광은 반사판(122)에 의해 반사된 광과 함께 광확산유닛(230)을 통과하는 과정에서 보다 균일한 면광원의 형태로 액정패널(110)에 공급된다.

또한, LED(129a)에서 출사되는 광의 지향각이 넓어짐으로써, LED(129a)와 광확산유닛(230) 사이의 이격거리를 최소화하더라도, LED 무라(mura) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

따라서, 박형의 액정표시장치(100)를 제공할 수 있다.

또한, 렌즈유닛(200)의 전방으로 광확산유닛(230)만을 위치시켜도, 액정패널(110)로 균일하게 가공된 고품질의 면광원을 제공할 수 있어, 광학시트가 다수개 구비되던 기존에 비해 보다 박형화를 구현할 수 있으며, 경량화 또한 구현할 수 있다.

그리고, 액정표시장치(100)의 모듈화 과정에서 조립시간 단축 및 재료비용을 절감할 수 있다.

특히, 광확산유닛(230)이 제 1 편광판(130)과 일체형으로 이루어질 경우에는 보다 경량 및 박형의 액정표시장치를 제공할 수 있으며, 또한 액정표시장치(100)의 모듈화 과정을 보다 손쉽게 진행할 수 있다.

도 2a는 도 1의 LED의 사시도이며, 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈유닛을 포함하는 LED어셈블리를 개략적으로 도시한 단면도이다.

그리고, 도 3a ~ 3e는 제 1 렌즈의 제 1 굴절면의 다양한 모습을 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 4a ~ 4c는 제 1 렌즈의 빛의 굴절 상태를 나타낸 단면도이다.

그리고, 도 5a ~ 5c는 제 2 렌즈의 다양한 모습을 개략적으로 도시한 단면도이다.

먼저 도 2a에 도시한 바와 같이, LED(129a)는 광을 발하는 LED칩(411)이 방열슬러그(415) 상에 안착되는데, 방열슬러그(415)는 LED칩(411)의 발광 시에 수반되는 고온의 열을 외부로 전도 배출하는 부분으로서 금속으로 이루어진다.

이러한 방열슬러그(415)는 하우징(housing)역할의 케이스(413)에 의해 둘러지며, 케이스(413)에는 LED칩(411)과 와이어(418) 등을 통해서 전기적으로 연결된 한쌍의 양/음극 전극리드(417a, 417b)가 마련되어 케이스(413) 외부로 노출되어 있다.

이때, LED칩(411)의 발광을 위한 전원(+)과 접지전원(-)을 공급하는 전류공급수단(미도시)이 외부에 마련되어, 양극 및 음극리드(417a, 417b)와 전기적으로 연결된다.

그리고, 케이스(413)는 방열슬러그(415)의 측면을 따라 높게 상향 돌출된 측벽(420a, 420b, 420c, 420d)을 갖도록 구성되며, 측벽(420a, 420b, 420c, 420d)의 내측면은 반사면을 이룬다.

이러한 측벽(420a, 420b, 420c, 420d)은 LED칩(411)으로부터 측방으로 출사되는 광을 차단하거나 전방으로 반사시키는 역할을 하는 동시에, 내부에 투명수지(419)가 충진되는 영역을 형성하게 된다.

즉, LED칩(411)을 둘러싸도록 형성되는 제 1 내지 제 4 측벽(420a, 420b, 420c, 420d)에 의해 LED칩(411)의 상부에 수납공간이 정의되며, 이러한 수납공간에 투명수지(419)가 채워져 LED(129a)의 주출사광의 각도를 제어하게 된다.

이때, 투명수지(419)는 형광체(미도시)가 포함된 것으로, 형광체(미도시)를 투명한 에폭시 수지(미도시) 또는 실리콘수지(미도시)와 일정비율로 혼합한 것을 사용할 수 있다.

여기서, 형광체(미도시)는 LED칩(411)이 청색LED칩일 경우 황색형광체로써, 황색형광체는 530 ~ 570nm파장을 주파장으로 하는 세륨(Ce)이 도핑된 이트륨(Y) 알루미늄(Al) 가넷인 YAG:Ce(T3Al5O12:Ce)계열 형광체를 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, LED칩(411)이 UVLED칩일 경우 형광체(미도시)는 적(R), 녹(G), 청색(B)의 삼색의 형광체로 이루어지며, 적(R), 녹(G), 청색(B)의 형광체(미도시)의 배합비를 조절함으로써 발광색을 선택할 수 있다.

이때, 적색(R)의 형광체는 611nm 파장을 주파장으로 하는 산화이트륨(Y2O3)과 유로피움(EU)의 화합물로 이루어진 YOX(Y2O3:EU)계열 형광체이며, 녹색(G)의 형광체는 544nm 파장을 주파장으로 하는 인산(Po4)과 란탄(La)과 테르븀(Tb)의 화합물인 LAP(LaPo4:Ce,Tb)계열 형광체이며, 청색(B)의 형광체는 450nm 파장을 주파장으로 하는 바륨(Ba)과 마그네슘(Mg)과 산화알루미늄 계열의 물질과 유로피움(EU)의 화합물인 BAM blue(BaMgAl10O17:EU)계열 형광체를 사용하는 것이 바람직하다.

여기서 주파장이란 적(R), 녹(G), 청색(B) 각각에서 가장 높은 휘도를 발생하는 파장을 그 형광체의 주 파장이라고 한다.

이에, LED칩(411)으로 한쌍의 리드프레임(417a, 417b)을 통해 전원(+)과 접지전원(-)이 공급되면, LED칩(411)은 발광하게 되고, 이렇게 LED칩(411)으로부터 방출되는 광의 일부는 투명수지(419)의 형광체(미도시)를 여기시켜, 형광체(미도시)에 의해 발광된 광과 혼합되어 백색광을 발하게 되고, 백색광은 LED(129a)의 외부로 출사하게 된다.

이때, 본 발명은 이러한 LED(129a)를 포함하는 LED 어셈블리(129)의 상부에 렌즈유닛(200)을 더욱 구비하는 것이다.

도 2b에 도시한 바와 같이, LED어셈블리(129)는 PCB(129b)와, PCB(129b) 상에 형성되는 LED(129a)를 포함하며, 이러한 LED(129a)의 전방으로는 제 1 및 제 2 렌즈(210, 220)로 이루어지는 이중구조의 렌즈유닛(200)이 위치한다.

제 1 렌즈(210)는 LED(129a)를 둘러싸도록 형성되며, 제 2 렌즈(220)는 제 1 렌즈(210)의 외부에서 제 1 렌즈(210)를 둘러싸도록 형성된다.

이때, 제 1 렌즈(210)와 제 2 렌즈(220) 사이의 이격 간격에는 공기가 채워져 공기중간층(240)을 형성하게 된다.

제 1 및 제 2 렌즈(210, 220)는 투명한 사출 성형 수지로 이루어지며, 플라스틱 또는 유리와 같은 다른 투명 재료로 형성될 수도 있다.

여기서, 제 1 렌즈(210)는 LED(129a)로부터 발광된 광을 굴절시켜 제 1 렌즈(210)의 내측으로 빛을 진행시키는 제 1 굴절면(210a)과, 제 1 굴절면(210a)에 의해 굴절되어 제 1 렌즈(210)의 내측에서 진행하는 광을 제 1 렌즈(210)의 외측으로 굴절시키는 제 2 굴절면(210b)을 갖도록 형성되는데, 이를 위해 제 1 렌즈(210)의 내면인 제 1 굴절면(210a)은 두개의 내부빗면을 갖고 단면이 이등변 삼각형 형상으로 이루어질 수 있다.

이때, LED(129a)는 이등변 삼각형 형상의 밑변 중앙에 배치된다.

또는 도 3a에 도시한 바와 같이 두개의 내부빗면을 갖도록 형성된 제 1 굴절면(210a)에 LED(129a)를 향해 원뿔형상(211)이 돌출되어 형성될 수도 있으며, 도 3b에 도시한 바와 같이 두개의 내부빗면을 갖도록 형성된 제 1 굴절면(210a)에 LED(129a)를 향해 다수개의 프리즘형상(213)이 돌출되어 형성될 수도 있다.

그리고, 도 3c에 도시한 바와 같이, 제 1 굴절면(210a)이 곡면을 이루도록 형성될 수도 있다.

또한, 도 3d에 도시한 바와 같이, 두개의 내부빗면을 갖도록 형성된 제 1 굴절면(210a)에 LED(129a)를 향해 다수개의 프리즘형상(213)이 돌출되어 형성되고, 프리즘형상(213)과 제 2 굴절면(210b)인 외면 사이로 편광변환필름(215)이 개재될 수도 있다.

편광변환필름(215)은 LED(129a)로부터 발광된 광 중 특정선형편광 만을 통과시키고, 나머지 광은 반사시켜 재생시키게 된다.

즉, 편광변환필름(215)은 LED(129a)로부터 발광된 광 중 제 1 편광성분을 갖는 광만을 투과시키게 되고, 제 1 편광성분에 수직한 제 2 편광성분을 갖는 광은 반사되도록 하는데, 반사된 제 2 편광성분의 광은 PCB(129b)나 반사판(도 1의 122)에 의해 반사되어 다시 산란광으로 재생되게 되고, 산란광으로 재생된 광 중 제 1 편광성분을 갖는 광은 편광변환필름(215)을 투과하게 된다.

이때, 편광변환필름(215)은 제 1 편광판(도 1의 130)의 제 1 편광축과 동일한 편광축을 가져, 제 1 편광성분을 갖는 광은 투과시키고 제 1 편광성분에 수직한 제 2 편광성분을 갖는 광은 반사되도록 한다.

이를 통해, 제 1 편광판(도 1의 130)의 투과율을 향상시키게 됨으로써, 액정패널(도 1의 110)로 공급되는 광량을 증가시키게 되고, 이를 통해, 고휘도를 구현할 수 있다.

여기서, 편광변환필름(215)은 DBEF(dual brightness enhancement film)일 수 있다.

또한, 도 3e에 도시한 바와 같이, 제 1 렌즈(210)의 제 1 굴절면(210a)이 LED(129a)를 기준으로 각각 제 1 내지 제 5 내부빗면(217a, 217b, 217c, 217d, 217e)으로 이루어지도록 할 수 있다.

즉, 제 1 굴절면(210a)은 LED(129a)의 전방으로 위치하며 LED(129a)의 상면과 평행한 제 1 내부빗면(217a)과, 제 1 내부빗면(217a)의 양단으로부터 둔각을 이루도록 상향 절곡된 한쌍의 제 2 내부빗면(217b)과, 한쌍의 제 2 내부빗면(217b)으로부터 둔각을 이루도록 하향 절곡된 한쌍의 제 3 내부빗면(217c)과, 한쌍의 제 3 내부빗면(217c)으로부터 둔각을 이루도록 하향 절곡되어 한쌍의 제 2 내부빗면(217b)과 각각 마주보도록 형성되는 한쌍의 제 4 내부빗면(217d)과, 한쌍의 제 4 내부빗면(217d)으로부터 둔각을 이루도록 절곡되어 PCB(129b)까지 연장되는 한쌍의 제 5 내부빗면(217e)으로 이루어진다.

여기서, 제 2 내부빗면(217b)으로부터 절곡되는 제 3 내부빗면(217c)의 일단은 LED(129a)의 일 가장자리로부터 발광된 광(Ray 1)과 LED(129a)의 타 가장자리로부터 발광된 광(Ray 2)이 서로 교차되는 지점과 대응되는 것이 바람직하다.

그리고, 제 3 내부빗면(127c)의 타면은 LED(129a)의 일 가장자리로부터 발광된 광(Ray 3)과 LED(129a)의 타 가장자리로부터 발광된 광(Ray 4)이 서로 교차되는 지점과 서로 대응되는 것이 바람직하다.

그리고, 렌즈유닛(200)의 제 1 렌즈(210)는 제 1 굴절면(210a)에 의해 굴절되어 제 1 렌즈(210)의 내측에서 진행하는 광을 제 1 렌즈(210)의 외측으로 굴절시키는 제 2 굴절면(210b)이 구비되는데, 제 2 굴절면(210b)은 LED(129a)로부터 발광된 광을 수직선(VL)에 대해 70도에 가까운 큰 각을 갖도록 굴절시키는 역할을 하게 된다.

즉, 제 2 굴절면(210b)은 LED(129a)를 기준으로 양측으로 제 1 내지 제 3 영역(A, B, C)으로 나뉘어 지도록 형성되는데, 여기서, 제 1 영역(A)은 LED(129a)로부터 발광된 광을 전반사시키는 전반사영역이며, 제 2 내지 제 3 영역(B, C)은 LED(129a)로부터 발광된 광을 굴절시키는 굴절영역이다.

즉, 다시 도 2b를 참조하면, 제 2 굴절면(210b)은 LED(129a)의 상면과 평행한 수평선(HL)에 대해서 제 1 각(a1)을 갖도록 형성되는 한쌍의 제 1 외부빗면(218a)으로 이루어지는 제 1 영역(A)과, LED(129a)가 실장된 PCB(129b)의 전면에 수직인 수직선(VL)에 대하여 제 2 각(a2)을 갖도록 형성되며 제 1 외부빗면(218a)과 일단이 연결되는 한쌍의 제 2 외부빗면(218b)으로 이루어지는 제 2 영역(B)과, 제 2 외부빗면(218b)의 타단으로부터 수직선(VL)에 대하여 제 3 각(a3)을 갖도록 절곡되어 PCB(129b)까지 연장되는 한쌍의 제 3 외부빗면(218c)으로 이루어지는 제 3 영역(C)으로 이루어진다.

여기서, 도 4a에 도시한 바와 같이 LED(129a)로부터 발광된 광이 제 1 외부빗면(218a)에 의해 전반사되도록 하기 위하여 제 1 영역(A)의 제 1 외부빗면(218a)은 (-)기울기를 갖도록 형성되는데, 제 1 각(a1)은 shell's law 에 따라 다음의 (식 1)에 의하여 결정된다.

(식 1)

Θ2 = 90°- (Θ1 + Θ0)

Θ3 = sin-1{(1/n) * sin(Θ2)}

Θ4 = sin-1(1/n)

90° - Θ10 - Θ4 = Θ3 + Θ0

-> Θ4 = 90° - Θ3 - Θ0 - Θ10

Θ5 = sin-1{n * sin(Θ4)}

Θ6 = sin-1{n * sin(Θ4)} - Θ10

(n은 제 1 렌즈의 굴절율)

이때, Θ4 ≥ ΘC(n이 1.5이면, ΘC는 약 42°)이며,

0 < Θ0 < 20 일때,

-> Θ6 < Θ10 < 5°를 갖는다.

여기서, Θ10이 제 1 외부빗면(218a)과 수평선(HL)이 이루는 제 1 각(a1)이므로, 제 1 각(a1)은 90° - Θ3 - Θ0 - Θ4의 값으로 결정될 수 있다.

따라서, LED(129a)로부터 제 1 광이 출사되면, 제 1 광은 제 1 굴절면(210a)에 의해 굴절되어 제 2 굴절면(210b)의 제 1 영역(A)으로 입사되게 되는데, 제 1 영역(A)으로 입사된 제 1 광은 제 1 영역(A)에서의 제 2 굴절면(210b)에 의해 전반사된다.

이를 통해, LED(129a)로부터 발광된 광이 제 1 렌즈(210)의 정면으로 출사되는 것을 방지하여, 제 1 렌즈(210)의 다른 영역으로 출사되는 광과의 휘도 불균일이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 도 4b에 도시한 바와 같이 LED(129a)로부터 발광된 광이 제 2 외부빗면(218b)으로부터 굴절되어 광이 수평선(HL)에 가깝게 출사되도록 하기 위하여, 제 2 영역(B)의 제 2 외부빗면(218b)은 (+)기울기를 갖도록 형성되는데, 제 2 각(a2)은 다음의 (식 2)에 의하여 결정된다.

(식 2)

Θ2 = 90°- (Θ1 + Θ0)

Θ3 = sin-1{(1/n) * sin(Θ2)}

90° - Θ10 - Θ4 = Θ3 + Θ0

-> Θ4 = 90° - Θ3 - Θ0 - Θ10

Θ5 = sin-1{n * sin(Θ4)}

Θ6 = sin-1{n * sin(Θ4)} + Θ10

(n은 제 1 렌즈의 굴절율)

여기서, Θ10이 제 2 외부빗면(218b)과 수평선(HL)이 이루는 제 2 각(a2)으로, 제 2 각(a2)은 90° - Θ3 - Θ0 - Θ4의 값으로 결정될 수 있다.

따라서, LED(129a)로부터 제 2 광이 출사되면, 제 2 광은 제 1 굴절면(210a)에 의해 굴절되어 제 2 굴절면(210b)의 제 2 영역(B)으로 입사되게 되는데, 제 2 영역(B)으로 입사된 제 2 광은 제 2 영역(B)에서의 제 2 굴절면(210b)에 의해 굴절되어 수평선(HL)에 가깝게 굴절되어 출사되게 된다.

그리고, 도 4c에 도시한 바와 같이 LED(129a)로부터 발광된 광이 제 3 외부빗면(218c)으로부터 굴절되어 광이 수평선(HL)에 가깝게 출사되도록 하기 위하여, 제 3 영역(C)의 제 3 외부빗면(218c)은 제 2 영역(B)의 기울기 보다 큰 (+) 기울기를 갖도록 형성되는데, 제 3 각(a3)은 다음의 (식 3)에 의하여 결정된다.

(식 3)

Θ2 = 90°- (Θ1 + Θ0)

Θ3 = sin-1{(1/n) * sin(Θ2)}

Θ10 + Θ4 + Θ0 = Θ3 + Θ0

-> Θ4 = Θ3 + Θ0 - Θ10

Θ5 = sin-1{n * sin(Θ4)}

Θ6 = sin-1{n * sin(Θ4)} - Θ10

(n은 제 1 렌즈의 굴절율)

여기서, Θ10이 제 3 외부빗면(218c)과 수평선(HL)이 이루는 제 3 각(a3)으로, 제 3 각(a3)은 Θ3 + Θ0 - Θ4의 값으로 결정될 수 있다.

따라서, LED(129a)로부터 제 3 광이 출사되면, 제 3 광은 제 1 굴절면(210a)에 의해 굴절되어 제 2 굴절면(220b)의 제 3 영역(C)으로 입사되게 되는데, 제 3 영역(C)으로 입사된 제 3 광은 제 3 영역(C)에서의 제 2 굴절면(210b)에 의해 굴절되어 수평선에 가깝게 굴절되어 출사된다.

여기서, 제 2 및 제 3 외부빗면(218b, 218c)에 의해 굴절되는 광은 모두 70도에 가까운 큰 각을 갖는 것을 알 수 있다.

즉, LED(129a)로부터 발광된 광은 제 1 렌즈(210)의 제 1 굴절면(210a)에 의해 굴절된 후, 제 2 굴절면(210b)을 통해 70도 가까운 큰 각을 갖도록 굴절되어 출사하게 된다.

따라서, LED(129a)로부터 출사되는 광을 넓게 확산시키게 된다.

즉, LED(129a)로부터 출사된 광 중 제 1 렌즈(210)에 의해 좌, 우 휘도가 상승되고 넓은 지향각을 갖게 된다.

이러한 제 1 렌즈(210)를 둘러싸도록 형성되는 제 2 렌즈(220)는 반구형의 외부곡면(220b)과 내부곡면(220a)을 갖도록 형성되는데, 제 2 렌즈(220)는 제 1 렌즈(210)와 일정 간격을 두고 배치하여 제 1 렌즈(210)와 제 2 렌즈(220) 사이의 빈공간, 즉, 공기중간층(240)을 갖도록 형성된다.

이때 제 2 렌즈(220)는 제 1 렌즈(210)를 통과한 넓은 지향각을 갖는 광을 보다 넓게 확산시키는 역할을 하게 되는데, 이러한 제 2 렌즈(220)는 헤이즈 특성을 갖도록 구성한다.

여기서 헤이즈 특성이란 광이 투명한 재료를 통과할 때 재료의 종류에 따라서는 반사나 흡수 외에 그 재료의 고유 성질에 따라 광이 확산되어 불투명한 흐림 외관이 나타나는 현상으로 이러한 헤이즈 특성 값은 아래 (식 4)에 따라 측정할 수 있다.

(식4)

헤이즈(%) = (광의 총투과량-직진광량/광의총투과량)X 100

이렇게, 제 2 렌즈(220)가 헤이즈 특성을 갖도록 하기 위하여, 제 2 렌즈(220)는 비드(bead : 221) 등의 광 확산성분을 포함할 수 있는데, 비드(221)는 도 5a에 도시한 바와 같이 제 2 렌즈(220)의 내부곡면(220a)에 근접하여 위치하도록 할 수 있으며 또는 도 5b에 도시한 바와 같이 외부곡면(220b)에 근접하여 위치하도록 할 수 있다.

또는 도 5c에 도시한 바와 같이 제 2 렌즈(220)의 전반적으로 비드(221)가 분산되어 위치하도록 할 수 있다.

비드(221)는 광을 골고루 확산시키는 역할을 하는데, 비드(221)는 제 2 렌즈(220)를 통과하는 광을 분산시킴으로써 광이 부분적으로 밀집되는 것을 방지하여, 광이 보다 확산되도록 할 수 있다.

이러한 비드(221)는 예를 들어 아크릴계 수지(acryl resin), 우레탄계 수지(urethane resin) 및 폴리에스테르계 수지(polyesters resin) 등과 같은 열 경화성수지로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 에폭시아크릴레이트계 수지(epoxy acrylate resin), 우레탄아크릴레이트계 수지(urethane acrylate resin) 및 실리콘아크릴레이트계 수지(silicone acrylate resin) 등과 같은 자외선 경화 수지로 이루어질 수 있다.

또는 비드(221)를 포함하지 않고 하부면인 내부곡면에 미세패턴(미도시)을 형성하여 구성할 수도 있는데, 미세패턴(미도시)은 타원형의 패턴(elliptical pattern), 다각형의 패턴(polygon pattern) 등 다양하게 구성할 수 있으며, 홀로그램 패턴(hologram pattern)을 사용하여 간섭패턴에 의해 입사된 광을 이와 비대칭적인 방향으로 굴절시킴으로써 집광된 광이 좀더 경사진 각도로 확산되도록 할 수 있다.

이로써, 제 2 렌즈(220)는 광을 분산시켜 광이 부분적으로 밀집되는 것을 방지하는 동시에 광을 보다 확산시키게 된다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 LED(129a)로부터 방출된 광은 제 1 렌즈(210) 및 제 2 렌즈(220)를 투과하면서 공통적으로 4번에 걸친 굴절이 이루어진다.

첫번째 굴절은 LED(129a)로부터 발광하여 제 1 렌즈(210)의 제 1 굴절면(210a)을 통과하면서 발생하고, 두번째 굴절은 제 1 굴절면(210a)을 통과한 광이 제 1 렌즈(210)의 제 2 굴절면(210b)을 통과하면서 발생하게 된다.

세번째 굴절은 제 1 렌즈(210)의 제 2 굴절면(210b)을 통과한 광이 공기중간층(240)을 거쳐 제 2 렌즈(220)의 내부곡면(220a)을 통과하면서 발생하게 되고, 네번째 굴절은 제 2 렌즈(220)를 지나 제 2 렌즈(220)의 외부곡면(220b)에서 외부 공기층으로 출사할 때 발생하게 된다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛(도 1의 120)은 LED어셈블리(129)의 LED(129a)로부터 발광된 광이 보다 넓은 지향각을 갖도록 확산되도록 함으로써, 이를 통해, 실질적으로 백라이트 유닛(도 1의 120) 내의 색섞임 공간이 증가되는 결과를 얻을 수 있고, 색섞임된 광은 반사판(도 1의 122)에 의해 반사된 광과 함께 광확산유닛(도 1의 230)을 통과하는 과정에서 보다 균일한 면광원의 형태로 액정패널(도 1의 110)에 공급하게 된다.

또한, LED(129a)에서 출사되는 광의 지향각이 넓어짐으로써, LED(129a)와 광확산유닛(도 1의 230) 사이의 이격거리를 최소화하더라도, LED 무라(mura) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

따라서, 박형의 액정표시장치(도 1의 100)를 제공할 수 있다.

또한, 렌즈유닛(200)을 투과한 광이 보다 넓은 지향각을 갖도록 확산됨에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛(도 1의 120)은 다수의 광학시트를 삭제하고, 렌즈유닛(200)의 전방으로 광확산유닛(도 1의 230)만을 위치시켜도, 액정패널(도 1의 110)로 균일하게 가공된 고품질의 면광원을 제공할 수 있다.

여기서, 광확산유닛(도 1의 230)은 확산기능을 갖는 하나 또는 두개의 확산층으로 이루어져 제 1 편광판(도 1의 130)과 일체형으로 형성될 수도 있으며, 아니면 별도의 하나의 확산시트(320, 도 8a 참조)로 이루어질 수도 있다.

또한, 렌티큘러렌즈(311, 도 6 참조)가 열을 지어 돌출 배열하도록 형성된 하나의 렌티큘러 렌즈 시트(310, 도 6 참조)로 이루어질 수 있다. 이에 대해 도 6과 도 7a ~ 7b 그리고 도 8a ~ 8e를 참조하여 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.

도 6은 렌티큘러렌즈 시트를 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛을 개략적으로 도시한 단면사시도이며, 도 7a ~ 7b는 렌티큘러렌즈 시트의 렌티큘러렌즈의 배열방향을 개략적으로 도시한 평면도이다.

도시한 바와 같이, LED어셈블리(129)는 PCB(129b)와, PCB(129b) 상에 형성되는 LED(129a)를 포함하며, 이러한 LED(129a)의 전방으로는 제 1 및 제 2 렌즈(210, 220)로 이루어지는 이중구조의 렌즈유닛(200)이 위치한다.

제 1 렌즈(210)는 LED(129a)를 둘러싸도록 형성되며, 제 2 렌즈(220)는 제 1 렌즈(210)의 외부에서 제 1 렌즈(210)를 둘러싸도록 형성된다.

이때, 제 1 렌즈(210)와 제 2 렌즈(220) 사이의 이격 간격에는 공기가 채워져 공기중간층(240)을 형성하게 된다.

이러한 LED어셈블리(129)와 렌즈유닛(200) 상부로는 렌티큘러렌즈 시트(310)로 이루어지는 광확산유닛이 위치하는데, 렌티큘러렌즈 시트(310)는 돔형의 렌티큘러렌즈(311) 다수개가 지지층의 길이방향을 따라 띠 모양으로 인접 배열됨으로써, 산과 골이 반복되는 형태로 열을 지어 돌출 배열하여 형성된다.

이러한 렌티큘러렌즈 시트(310)는 LED어셈블리(129)의 LED(129a)로부터 발광되어 제 1 및 제 2 렌즈(210, 220)를 투과한 광을 보다 확산시킴으로써, 보다 균일한 면광원으로 가공되도록 한다.

또한, 렌티큘러렌즈 시트(310)는 렌티큘러렌즈 시트(310) 상부에 위치하는 액정패널(110) 쪽으로 광이 진행하도록 광의 방향을 조절해주는 역할을 한다.

이때, 돔형의 렌티큘러렌즈(311)는 액정패널(110)의 서브화소(SP)의 장축방향에 대응하여 평행하게 형성되거나, 또는 단축방향에 대응하여 평행하게 형성되도록 하는데, 이때 돔형의 렌티큘러렌즈(311)가 액정패널(110)의 서브화소(SP)의 장축방향에 대응하여 평행하게 형성될 경우, 도 7a에 도시한 바와 같이 돔형의 렌티큘러렌즈(311)는 스트라이프 형태의 서브화소(SP)에 서로 대응되도록 형성하는 것이 바람직하다.

즉, 서브화소(SP)의 배열이 동일한 폭을 갖는 스트라이프 형태로 이루어지는데, 각 스트라이프 별로 동일한 색을 서브화소(SP)가 각각 세로 방향으로 정렬되며, 적, 녹, 청색의 컬러(R, G, B)를 나타내는 스트라이프가 순차적으로 가로 방향으로 배열된다.

여기서, 가로방향으로 이웃한 적, 녹, 청색(R, G, B)을 발광하는 3개의 서브화소(SP)가 하나의 화소(P)로 구동하게 된다.

이때, 돔형의 렌티큘러렌즈(311)가 서브화소(SP)의 장축방향에 대응하여 평행하게 형성될 경우, 돔형의 렌티큘러렌즈(311)는 서브화소(SP)가 세로 방향으로 정렬되어 형성된 각 스트라이프에 대응하여 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 돔형의 렌티큘러렌즈(311)가 서브화소(SP)의 단축방향에 대응하여 평행하게 형성될 경우, 돔형의 렌티큘러렌즈(311)는 도 7b에 도시한 바와 같이 3개의 서브화소(SP)로 이루어지는 화소(P)의 각 세로 방향으로 대응하여 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같이, 제 1 및 제 2 렌즈(210, 220)의 이중구조로 이루어지는 렌즈유닛(200)의 전방으로 렌티큘러렌즈 시트(310)로 이루어지는 광확산유닛을 위치시킴으로써, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 렌즈유닛(200)을 투과한 광이 보다 넓은 지향각을 갖도록 확산됨에 따라, 액정패널(110)로 균일하게 가공된 고품질의 면광원을 제공할 수 있다.

특히, 다수의 광학시트를 삭제하고, 렌즈유닛(200)의 전방으로 광확산유닛만을 위치시킴으로써, 광학시트가 다수개 구비되던 기존에 비해 보다 박형화를 구현할 수 있으며, 경량화 또한 구현할 수 있다.

그리고, 액정표시장치(도 1의 100)의 모듈화 과정에서 조립시간 단축 및 재료비용을 절감할 수 있다.

도 8a 는 확산시트를 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛을 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 8b ~ 8e는 광확산성질을 갖는 제 1 편광판을 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛을 개략적으로 도시한 단면도이다.

먼저, 도 8a에 도시한 바와 같이, LED어셈블리(129)는 PCB(129b)와, PCB(129b) 상에 형성되는 LED(129a)를 포함하며, 이러한 LED(129a)의 전방으로는 제 1 및 제 2 렌즈(210, 220)로 이루어지는 이중구조의 렌즈유닛(200)이 위치한다.

제 1 렌즈(210)는 LED(129a)를 둘러싸도록 형성되며, 제 2 렌즈(220)는 제 1 렌즈(210)의 외부에서 제 1 렌즈(210)를 둘러싸도록 형성된다. 이때, 제 1 렌즈(210)와 제 2 렌즈(220) 사이의 이격 간격에는 공기가 채워져 공기중간층(240)을 형성하게 된다.

이러한 LED어셈블리(129)와 렌즈유닛(200) 상부로는 확산시트(320)로 이루어지는 광확산유닛이 위치하는데, 확산시트(320)는 렌즈유닛(200)을 통과한 광을 보다 확산시킴으로써, 광이 부분적으로 밀집되는 것을 방지하게 된다.

이를 통해, LED어셈블리(129)의 LED(129a)로부터 발광되어 제 1 및 제 2 렌즈(210, 220)를 투과한 광을 보다 확산시킴으로써, 보다 균일한 면광원으로 가공되도록 한다.

이러한 확산시트(320)는 또한 확산시트(320) 상부에 위치하는 액정패널(110) 쪽으로 광이 진행하도록 광의 방향을 조절해주는 역할을 한다.

다음으로, 광확산유닛은 하나의 확산층(135)으로 이루어져 액정패널(110)과 백라이트 유닛(도 1의 120) 사이로 개재되는 제 1 편광판(130)과 일체형으로 이루어질 수 있는데, 도 8b에 도시한 바와 같이 확산층(135)이 제 1 편광판(130)의 제 1 TAC필름(133a) 외측으로 위치하여 형성될 수도 있다.

즉, 제 1 편광판(130)은 빛의 편광특성을 변화시키는 편광층(131)과, 편광층(131)의 양측면에 형성되어 편광층(131)을 보호 및 지지하는 제 1 및 제 2 TAC 필름(133a, 133b)으로 구성된다.

제 1 및 제 2 TAC 필름(133a, 133b)은 트리아세틸셀룰로오스(tri-acetatecellulose)로 이루어져, 편광층(131)의 연신상태를 유지시키는 역할을 한다.

이때, 광확산유닛인 확산층(135)은 백라이트 유닛(도 1의 120)과 가장 인접한 제 1 TAC필름(133a)의 외측으로 부착되어, 제 1 편광판(130)과 일체형으로 형성될 수 있다.

또는 도 8c에 도시한 바와 같이, 제 1 편광판(130)의 제 1 및 제 2 TAC 필름(133a, 133b)의 외측으로 각각 제 1 및 제 2 확산층(135a, 135b)이 부착되어 형성될 수도 있다.

또한, 도 8d에 도시한 바와 같이 백라이트 유닛(도 1의 120)과 가장 인접한 제 1 TAC 필름(133a)이 확산기능을 갖도록 형성할 수도 있으며, 도 8e에 도시한 바와 같이 제 1 편광판(130)의 제 1 및 제 2 TAC 필름(133a, 133b) 자체가 각각 확산기능을 갖도록 형성할 수도 있다.

여기서, 도 8a의 확산시트(320)와 도 8b ~ 8c의 확산층(135), 도 8d ~ 8e의 제 1 및 제 2 TAC필름(133a, 133b)의 확산기능은 모두 헤이즈 성분을 갖는데, 헤이즈 성분은 앞서 정의한 바와 같이 (식 4)를 통해 측정할 수 있으며, 비드(bead : 미도시) 등의 광 확산성분을 포함하거나, 비드(미도시)를 포함하지 않고 미세패턴(미도시)을 형성하여 구성할 수도 있다.

비드(미도시)는 광을 골고루 확산시키는 역할을 하는데, 비드(미도시)는 확산시트(320)와 확산층(135), 그리고 확산기능을 갖는 제 1 및 제 2 TAC필름(133a, 133b)을 통과하는 광을 분산시킴으로써 광이 부분적으로 밀집되는 것을 방지하여, 광이 보다 확산되도록 할 수 있다.

이때, 도 8c의 제 1 및 제 2 확산층(135a, 135b)과 도 8e의 제 1 및 제 2 TAC 필름(133a, 133b)이 비드를 포함할 경우, 액정패널(110)과 인접한 제 2 확산층(135b)과 제 2 TAC 필름(133b)에는 지름이 10 ~ 30㎛인 비드(미도시)가 포함되는 것이 바람직하며, 백라이트 유닛(도 1의 120)에 인접한 제 1 확산층(135a)과 제 1 TAC 필름(133a)에는 지름이 50 ~ 100㎛인 비드(미도시)가 포함되는 것이 바람직하다.

또한 도 8a의 확산시트(320)와 도 8b ~ 8c의 확산층(135) 그리고 도 8d ~ 8e의 제 1 및 제 2 TAC필름(133a, 133b)이 비드(미도시)를 포함하지 않을 경우, 확산시트(320)와 확산층(135)의 하부면과 제 1 및 제 2 TAC 필름(133a, 133b)의 하부면에는 미세패턴(미도시)이 형성될 수 있는데, 미세패턴(미도시)은 타원형의 패턴(elliptical pattern), 다각형의 패턴(polygon pattern) 등 다양하게 구성할 수 있으며, 홀로그램 패턴(hologram pattern)을 사용하여 간섭패턴에 의해 입사된 광을 이와 비대칭적인 방향으로 굴절시킴으로써 집광된 광이 좀더 경사진 각도로 확산되도록 할 수 있다.

이와 같이, 제 1 및 제 2 렌즈(210, 220)의 이중구조로 이루어지는 렌즈유닛(200)의 전방으로 확산시트(320)를 위치시키거나, 확산층(135)이 일체형으로 형성된 제 1 편광판(130)을 위치시킴으로써, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(도 1의 100)는 렌즈유닛(200)을 투과한 광이 보다 넓은 지향각을 갖도록 확산됨에 따라, 액정패널(110)로 균일하게 가공된 고품질의 면광원을 제공할 수 있다.

특히, 다수의 광학시트를 삭제하고, 렌즈유닛(200)의 전방으로 광확산유닛인 확산시트(320)나 확산층(135)을 포함하는 제 1 편광판(130)만을 위치시킴으로써, 광학시트가 다수개 구비되던 기존에 비해 보다 박형화를 구현할 수 있으며, 경량화 또한 구현할 수 있다.

그리고, 액정표시장치(도 1의 100)의 모듈화 과정에서 조립시간 단축 및 재료비용을 절감할 수 있다.

특히, 광확산유닛인 확산층(135)이 제 1 편광판(130)과 일체형으로 이루어질 경우에는 보다 경량 및 박형의 액정표시장치(도 1의 100)를 제공할 수 있으며, 또한 액정표시장치(도 1의 100)의 모듈화 과정을 보다 손쉽게 진행할 수 있다.

도 9a ~ 9b는 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛을 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 9a에 도시한 바와 같이, PCB(129b)와 LED(129a)를 포함하는 LED어셈블리(129)의 LED(129a)의 전방으로 제 1 및 제 2 렌즈(210, 220)로 이루어지는 이중구조의 렌즈유닛(220)을 위치시키고, 이때 확산층(135) 또는 확산기능을 포함하는 제 1 편광판(130)을 렌즈유닛(200)과 밀착되어 위치하도록 할 수 있으며, 또는 도 9b에 도시한 바와 같이 제 1 편광판(130)이 렌즈유닛(200)과 일정간격 이격하여 위치하도록 할 수 있다.

이때, 제 1 편광판(130) 외에도 광확산유닛으로 렌티큘러렌즈 시트(도 6의 310)로 이루어질 수 있으며, 또는 확산시트(도 8a의 320)로 이루어질 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(도 1의 100)는 LED어셈블리(129)의 LED(129a)의 전방으로 제 1 및 제 2 렌즈(210, 220)로 이루어지는 이중구조의 렌즈유닛(200)을 위치시킴으로써, LED(129a)에서 출사되는 광의 지향각을 향상시키게 된다.

이를 통해, 실질적으로 백라이트 유닛(도 1의 120) 내의 색섞임 공간이 증가되는 결과를 얻을 수 있고, 색섞임된 광은 반사판(도 1의 122)에 의해 반사된 광과 함께 광확산유닛(도 1의 230)을 통과하는 과정에서 보다 균일한 면광원의 형태로 액정패널(110)에 공급된다.

또한, LED(129a)에서 출사되는 광의 지향각이 넓어짐으로써, LED(129a)와 광확산유닛(도 1의 230) 사이의 이격거리를 최소화하더라도, LED 무라(mura) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

따라서, 박형의 액정표시장치(도 1의 100)를 제공할 수 있다.

또한, 렌즈유닛(200)의 전방으로 광확산유닛(도 1의 230)만을 위치시켜도, 액정패널(110)로 균일하게 가공된 고품질의 면광원을 제공할 수 있어, 광학시트가 다수개 구비되던 기존에 비해 보다 박형화를 구현할 수 있으며, 경량화 또한 구현할 수 있다.

그리고, 액정표시장치(도 1의 100)의 모듈화 과정에서 조립시간 단축 및 재료비용을 절감할 수 있다.

특히, 광확산유닛(도 1의 230)이 제 1 편광판(130)과 일체형으로 이루어질 경우에는 보다 경량 및 박형의 액정표시장치(도 1의 100)를 제공할 수 있으며, 또한 액정표시장치(도 1의 100)의 모듈화 과정을 보다 손쉽게 진행할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

129 : LED어셈블리(129a : LED, 129b : PCB)
200 : 렌즈유닛(210 : 제 1 렌즈(210a, 210b : 제 1 및 제 2 굴절면), 220 : 제 2 렌즈, 240 : 중간공기층)
218a, 218b , 218c : 제 1 내지 제 3 외부빗면

Claims (26)

1. PCB와, 상기 PCB 상에 실장된 다수의 LED를 포함하는 LED어셈블리와;
   상기 LED의 전방으로, 상기 LED를 둘러싸도록 위치하는 제 1 렌즈와, 상기 제1 렌즈의 외부에서 상기 제 1 렌즈를 둘러싸도록 형성되는 제 2 렌즈를 포함하는 렌즈유닛과;
   상기 렌즈유닛의 전방으로 위치하는 광확산유닛과;
   상기 광확산유닛의 전방으로 위치하는 액정패널
   을 포함하며,
   상기 제 1 렌즈는 내면인 제 1 굴절면이 상기 LED와 평행한 제 1 내부빗면과, 상기 제 1 내부빗면의 양단으로부터 둔각을 이루도록 상향 절곡된 한쌍의 제 2 내부빗면과, 상기 한쌍의 제 2 내부빗면으로부터 둔각을 이루도록 하향 절곡된 한쌍의 제 3 내부빗면과, 상기 한쌍의 제 3 내부빗면으로부터 둔각을 이루도록 하향 절곡되어 상기 한쌍의 제 2 내부빗면과 각각 마주보도록 형성되는 한쌍의 제 4 내부빗면과, 상기 한쌍의 제 4 내부빗면으로부터 둔각을 이루도록 절곡되어 상기 PCB까지 연장되는 한쌍의 제 5 내부빗면으로 이루어지는 액정표시장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 한쌍의 제 3 내부빗면의 일단은 상기 LED의 일 가장자리로부터 발광된 광과, 상기 LED의 타 가장자리로부터 발광된 광이 서로 교차되는 지점과 대응되며, 상기 한쌍의 제 3 내부빗면의 타단은 상기 LED의 일 가장자리로부터 발광된 광과, 상기 LED의 타 가장자리로부터 발광된 광이 서로 교차되는 지점과 대응되는 액정표시장치.
   
9. PCB와, 상기 PCB 상에 실장된 다수의 LED를 포함하는 LED어셈블리와;
   상기 LED의 전방으로, 상기 LED를 둘러싸도록 위치하는 제 1 렌즈와, 상기 제1 렌즈의 외부에서 상기 제 1 렌즈를 둘러싸도록 형성되는 제 2 렌즈를 포함하는 렌즈유닛과;
   상기 렌즈유닛의 전방으로 위치하는 광확산유닛과;
   상기 광확산유닛의 전방으로 위치하는 액정패널
   을 포함하며,
   상기 제 1 렌즈의 외면인 제 2 굴절면은 상기 LED와 평행한 수평선에 대하여 제 1 각을 갖는 한쌍의 제 1 외부빗면으로 이루어지는 제 1 영역과, 상기 PCB의 전면에 수직인 수직선에 대하여 제 2 각을 가지며, 상기 한쌍의 제 1 외부빗면과 일단이 연결되는 한쌍의 제 2 외부빗면으로 이루어지는 제 2 영역과, 상기 한쌍의 제 2 외부빗면의 타단으로부터 상기 수직선에 대하여 제 3 각을 가지며, 상기 PCB까지 연장되는 한쌍의 제 3 외부빗면으로 이루어지는 제 3 영역을 포함하는 액정표시장치.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 영역은 상기 수평선에 대하여 (-)기울기를 갖도록 형성되며, 상기 제 2 영역은 상기 수평선에 대하여 (+)기울기를 갖도록 형성되며, 상기 제 3 영역은 상기 수평선에 대하여 상기 제 2 영역에 보다 큰 (+)기울기를 갖도록 형성되는 액정표시장치.
    
11. 제 1 항 및 제 9 항 중 선택된 한 항에 있어서,
    상기 제 2 렌즈는 내부곡면에 근접하여 비드를 포함하거나, 외부곡면에 근접하여 비드를 포함하거나, 상기 제 2 렌즈의 전반적으로 비드가 분산되는 액정표시장치.
    
12. 제 1 항 및 제 9 항 중 선택된 한 항에 있어서,
    상기 제 2 렌즈의 내부곡면에 미세패턴이 형성되는 액정표시장치.
    
13. 제 1 항 및 제 9 항 중 선택된 한 항에 있어서,
    상기 제 2 렌즈는 외부곡면에 근접하여 비드를 포함하거나, 외부곡면에 미세패턴이 형성되는 액정표시장치.
    
14. 제 1 항 및 제 9 항 중 선택된 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 렌즈 사이로는 중간공기층이 형성되는 액정표시장치.
    
15. 제 1 항 및 제 9 항 중 선택된 한 항에 있어서,
    상기 광확산유닛은 다수개의 돔형의 렌티큘러렌즈가 인접하여 돌출 배열된 렌티큘러렌즈 시트로 이루어지는 액정표시장치.
    
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 다수의 돔형의 렌티큘러렌즈는 상기 액정패널의 서브화소의 장축방향에 대응하여 평행하게 형성될 경우, 상기 다수의 돔형의 렌티큘러렌즈 각각은 상기 서브화소가 세로 방향으로 정렬된 각 스트라이프에 대응하여 형성되는 액정표시장치.
    
17. 제 15 항에 있어서,
    상기 다수의 돔형 렌티큘러렌즈는 상기 액정패널의 서브화소의 단축방향에 대응하여 형성될 경우, 상기 다수의 돔형의 렌티큘러렌즈 각각은 상기 3개의 서브화소로 이루어지는 화소의 각 세로 방향으로 대응하여 형성되는 액정표시장치.
    
18. 제 1 항 및 제 9 항 중 선택된 한 항에 있어서,
    상기 광확산유닛은 하나의 확산시트인 액정표시장치.
    
19. 제 1 항 및 제 9 항 중 선택된 한 항에 있어서,
    상기 액정패널은 양면으로 제 1 및 제 2 편광판을 포함하며, 상기 LED어셈블리와 상기 액정패널 사이에 위치하는 상기 제 1 편광판은 제 1 확산층으로 이루어지는 광확산유닛이 일체형으로 형성되는 액정표시장치.
    
20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 편광판은 편광층과, 상기 편광층의 양측면으로 위치하는 제 1 및 제 2 TAC 필름을 포함하며, 상기 제 1 확산층은 상기 LED어셈블리와 상기 액정패널 사이에 위치하는 상기 제 1 TAC 필름의 외측으로 부착되어 형성되는 액정표시장치.
    
21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 2 TAC 필름의 외측으로 제 2 확산층이 부착되어 형성되는 액정표시장치.
    
22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 확산층은 50 ~ 100㎛의 지름을 갖는 비드를 포함하며, 상기 제 2 확산층은 10 ~ 30㎛의 지름을 갖는 비드를 포함하는 액정표시장치.
    
23. 제 1 항 및 제 9 항 중 선택된 한 항에 있어서,
    상기 제 1 편광판은 편광층과, 상기 편광층의 양측면으로 위치하는 제 1 및 제 2 TAC 필름을 포함하며, 상기 LED어셈블리와 상기 액정패널 사이에 위치하는 상기 제 1 TAC 필름은 확산기능을 갖는 액정표시장치.
    
24. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 2 TAC필름은 확산기능을 갖는 액정표시장치.
    
25. 제 24 항에 있어서,
    상기 확산기능은 비드를 포함하며, 상기 제 1 TAC 필름은 50 ~ 100㎛의 지름을 갖는 비드를 포함하며, 상기 제 2 TAC 필름은 10 ~ 30㎛의 지름을 갖는 비드를 포함하는 액정표시장치.
    
26. 제 1 항 및 제 9 항 중 선택된 한 항에 있어서,
    상기 광확산유닛은 상기 렌즈유닛과 밀착되어 위치하거나, 일정 간격 이격되어 위치하는 액정표시장치.

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