KR101699058B1

KR101699058B1 - 백라이트 어셈블리 및 이를 갖는 표시장치

Info

Publication number: KR101699058B1
Application number: KR1020100033882A
Authority: KR
Inventors: 정병호; 김국현; 올레그 프루드니코브
Original assignee: 삼성디스플레이 주식회사
Priority date: 2010-04-13
Filing date: 2010-04-13
Publication date: 2017-02-02
Also published as: KR20110114311A; US20110249214A1; CN102221163A; CN102221163B; US8439545B2

Abstract

백라이트 어셈블리는 각각이 광이 출사되는 발광면을 갖는 다수의 광원들, 및 상기 광원들을 커버하여 상기 광을 가이드하는 광학부재를 포함한다. 상기 광학부재는 상기 광원들과 인접한 제1 면 및 상기 제1 면과 대향하는 제2 면을 갖고, 상기 광학부재는 상기 광원들 각각의 위치와 대응하여 상기 제1 면과 연결되는 입사면, 상기 광원들 각각의 위치와 일대일 대응하여 상기 제2 면 위에 위치하는 광학패턴, 및 상기 제1 면 위에 위치하는 도광패턴을 포함한다. 상기 입사면은 상기 광이 입사되고, 상기 광학패턴은 상기 광원들 각각으로부터 발생되어 상기 입사면을 통해 입사된 제1 광을 전반사시키고, 상기 도광패턴은 상기 전반사된 광을 외부로 출사시킨다.

Description

백라이트 어셈블리 및 이를 갖는 표시장치{BACKLIGHT ASSEMBLY AND DISPLAY APPARATUS HAVING THE SAME}

본 발명은 제조 비용과 부피가 보다 감소된 백라이트 어셈블리 및 상기한 백라이트 어셈블리를 갖는 표시장치에 관한 것이다.

광을 제공받아 영상을 표시하는 표시장치에 있어서, 표시장치는 광을 발생하는 백라이트 어셈블리 및 상기 광을 이용하여 영상을 표시하는 표시패널을 포함한다.

최근에는 발광다이오드를 광원으로 갖는 백라이트 어셈블리를 갖는 표시장치들이 개발되고 있다. 일반적으로, 발광다이오드는 발광효율이 높으므로 표시장치 구동에 필요한 전력을 감소시킬 수 있다. 하지만, 일반적으로, 발광다이오드의 가격은 기존에 사용되었던 광원, 예컨대, 냉음극형 형광램프(Cold cathode fluorescent lamp, CCFL)보다 가격이 비싸므로, 백라이트 어셈블리에 구비되는 발광다이오드들의 개수에 따라 백라이트 어셈블리의 제조 비용이 상승할 수 있다.

본 발명의 일 목적은 제조 비용과 부피가 보다 감소된 백라이트 어셈블리를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 백라이트 어셈블리를 갖는 표시장치를 제공하는 데 있다.

상기한 일 목적을 달성하기 위해서 본 발명에 따른 백라이트 어셈블리는 각각이 광이 출사되는 발광면을 갖는 다수의 광원들, 및 상기 광원들을 커버하여 상기 광을 가이드하는 광학부재를 포함한다.

상기 광학부재는 상기 광원들과 인접한 제1 면 및 상기 제1 면과 대향하는 제2 면을 갖는다. 또한, 상기 광학부재는 상기 광원들 각각의 위치와 대응하여 상기 제1 면과 연결되는 입사면, 상기 광원들 각각의 위치와 대응하여 상기 제2 면 위에 위치하는 광학패턴, 및 상기 제1 면 위에 위치하는 도광패턴을 포함한다. 상기 입사면은 상기 광이 입사되고, 상기 광학패턴은 상기 광원들 각각으로부터 발생되어 상기 입사면을 통해 입사된 제1 광을 전반사시키고, 상기 도광패턴은 상기 전반사된 광을 외부로 출사시킨다.

상기한 다른 목적을 달성하기 위해서 본 발명에 따른 표시장치는 상기한 백라이트 어셈블리 및 상기 백라이트 어셈블리로부터 광을 제공받아 영상을 표시하는 표시패널을 포함한다.

광원으로부터 광학부재 측으로 제공되는 광은 광학부재가 갖는 광학패턴에 의해 광학부재 내부에서 전반사되고, 상기 전반사된 광은 상기 광학부재가 갖는 도광패턴에 의해 상기 광학부재 외부로 출사된다. 따라서, 상기 도광패턴의 구조를 조절하여 상기 광학부재 외부로 출사되는 광의 양을 조절할 수 있어 상기 광학부재는 수광영역 측으로 균일한 양의 광이 제공되도록 상기 광을 가이드할 수 있다. 또한, 상기 광원이 복수로 제공되는 경우에, 광원들의 배치 간격을 증가시킬 수 있어 상기 복수의 광원들의 개수를 감소시킬 수도 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 어셈블리의 분해사시도이다.
도 2a는 도 1의 I-I'을 따라 절취한 부분을 나타낸 단면도이다.
도 2b 및 도 2c는 광학부재의 사시도들이다.
도 3은 도 2a에 도시된 광학부재가 광을 가이드하는 원리를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 제1 광학패턴의 구조를 보다 상세히 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 제1 각도와 광학부재가 갖는 최대두께의 상관 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학부재가 갖는 제2 광학패턴의 단면을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치의 분해사시도이다.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 살펴보기로 한다. 상기한 본 발명의 목적, 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련된 실시예들을 통해서 용이하게 이해될 것이다. 다만 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다양한 형태로 응용되어 변형될 수도 있다. 오히려 아래의 실시예들은 본 발명에 의해 개시된 기술 사상을 보다 명확히 하고 나아가 본 발명이 속하는 분야에서 평균적인 지식을 가진 당업자에게 본 발명의 기술 사상이 충분히 전달될 수 있도록 제공되는 것이다. 따라서 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되는 것으로 해석되어서는 안 될 것이다. 한편, 하기 실시예와 함께 제시된 도면은 명확한 설명을 위해서 다소 간략화 되거나 과장된 것이며, 도면상에 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 어셈블리의 분해사시도이고, 도 2A는 도 1의 I-I'을 따라 절취한 부분을 나타낸 단면도이고, 도 2B 및 도 2C는 광학부재의 사시도들이다.

도 1 및 도 2A를 참조하면, 백라이트 어셈블리(200)는 수납용기(10), 반사판(20), 상기 반사판(20) 위에 배열되는 다수의 광원들(50), 광학부재(100), 확산판(130) 및 광학시트(180)를 포함한다.

상기 수납용기(10)는 바닥부(11) 및 상기 바닥부(11)로부터 연장된 측벽들(12)을 가져 상기 반사판(20), 상기 광원들(50), 상기 광학부재(100), 상기 확산판(130) 및 상기 확산시트(180)를 수납하는 수납공간을 제공한다.

상기 바닥부(11) 위에는 상기 반사판(20)이 구비된다. 상기 반사판(20)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate) 및 알루미늄과 같은 광을 반사하는 물질을 포함한다. 따라서, 상기 반사판(20)은 상기 광원들(50)로부터 발생되어 상기 바닥부(11) 측으로 진행하는 광을 반사시키고, 상기 반사판(20)에 의해 반사된 광은 상기 광학부재(100) 측으로 진행한다.

상기 광원들(50) 각각은 광을 발생하고, 상기 광은 상기 광원들(50) 각각이 갖는 발광면(55)을 통해 출사된다. 또한, 상기 광원들(50)은 상기 반사판(20) 위에서 제1 방향(D1) 및 상기 제1 방향(D1)과 수직인 제2 방향(D2)으로 일정 간격을 두고 배열된다. 도 1 및 도 2A에 도시되는 실시예에서는, 상기 광원들(50) 각각은, 예컨대, 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED) 또는 유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED)와 같은, 점광원일 수 있다.

상기 광학부재(100)는, 약 1.2 내지 1.8의 굴절률을 갖는 물질, 예컨대, 폴리카보네이트(polycarbonate, 이하 PC) 또는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, 이하 PMMA)와 같은 물질을 포함할 수 있다. 또한, 상기 광학부재(100)는 상기 광원들(50)을 커버하여 상기 반사판(20) 위에 구비되고, 상기 광원들(50)로부터 광을 제공받아 상기 광을 상기 확산판(130) 측으로 가이드한다.

상기 광학부재(100)는 수용홈(111), 제1 광학패턴(110), 및 도광패턴(102)을 갖는다. 상기 수용홈(111) 및 상기 제1 광학패턴(110)에 대한 상세한 설명은 도 2B 및 도 2C들을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2B 및 도 2C는 광학부재의 부분사시도들이다. 보다 상세하게는, 도 2B는 도 2A에 도시된 광학부재(100)의 제1 면(106)을 도시하는 상기 광학부재(100)의 부분사시도이고, 도 2C는 상기 광학부재(100)의 제2 면(107)을 도시하는 상기 광학부재(100)의 부분사시도이다.

도 2A, 도 2B 및 도 2C를 참조하면, 상기 광학부재(100)가 상기 반사판(20)과 인접한 제1 면(106) 및 상기 제1 면(106)과 대향하는 제2 면(107)을 갖고, 상기 수용홈(111)은 상기 광원들(50) 각각의 위치와 대응하여 상기 제1 면(106)이 오목하게 제거되어 정의된다. 또한, 상기 제1 광학패턴(110)은 상기 광원들(50) 각각의 위치와 대응하여 상기 제2 면(107)이 오목하게 제거되어 정의된다.

상기 광원들(50) 중 어느 하나는 상기 수용홈(111)에 수용되어 광을 발생하므로, 상기 광은 상기 수용홈(111)을 정의하며 상기 제1 면(106)과 연결된 상기 광학부재(100)의 내면을 통해 상기 광학부재(100) 측으로 입사된다. 이에 따라, 상기 광학부재(100)에 있어서 상기 내면은 상기 광이 입사되는 제1 입사면(105A) 및 제2 입사면(105B)로 정의될 수 있다.

한편, 도 2B에 도시된 바와 같이, 상기 수용홈(111)을 정의하는 내면은 상기 제1 면(106)이 원뿔 형상으로 제거되어 정의될 수 있으므로, 실질적으로, 상기 제1 입사면(105A) 및 상기 제2 입사면(105B)은 서로 연결된다. 하지만, 도 2A에 도시된 바와 같이, 편의상, 단면상에서 상기 제1 입사면(105A) 및 상기 제2 입사면(105B)은 발광면(55)의 중심을 향하도록 경사진 형상을 갖는다고 정의한다.

상기 제1 광학패턴(110)은 상기 제1 입사면(105A) 및 상기 제2 입사면(105B)을 통해 입사되어 상기 제1 광학패턴(110) 측으로 제공되는 광을 전반사(total internal reflection)시킨다. 상기 제1 광학패턴(110)의 구조에 대한 보다 상세한 설명은 도 3 및 도 4를 참조하여 보다 상세히 설명된다.

상기 도광패턴(102)은 서로 인접한 두 개의 광원들 사이에 대응하여 상기 제1 면(105)에 형성된다. 상기 도광패턴(102)은 상기 광학부재(100) 내부에서 전반사되는 광의 경로를 변경시켜 상기 전반사된 광을 상기 광학부재(100) 외부로 출사시킨다.

상기 확산판(130)은 상기 광학부재(100) 상부에 배치된다. 상기 확산판(130)은 상기 광학부재(100)로부터 출사되는 광을 제공받아 상기 광을 확산시킨다. 또한, 도 1 및 도 2A에 도시되는 본 발명의 실시예에서, 상기 확산판(130)은 공기층(AG)을 사이에 두고 상기 광학부재(100)와 이격될 수 있다.

상기 광학시트(180)는 상기 확산판(130) 상부에 배치된다. 도 1 및 도 2A에 도시되는 본 발명의 실시예에서는, 상기 광학시트(180)는 상기 확산판(130)을 투과한 광을 집광하여 정면 휘도를 향상시키는 프리즘 시트를 포함할 수 있고, 상기 확산판(130)을 투과한 광을 다시 확산시키는 확산시트를 포함할 수도 있고, 상기 확산판(130)을 투과한 광 중에서 상기 광의 진동 방향에 따라 상기 광을 선택적으로 투과시키는 반사편광시트를 포함할 수도 있다.

도 3은 도 2A에 도시된 광학부재가 광을 가이드하는 원리를 나타내는 도면이다. 한편, 광학부재(100)는 광원들(도 1의 50)과 일대일 대응하여 위치하는 다수의 수용홈들 및 다수의 제1 광학패턴들을 가지나, 상기 다수의 수용홈들은 서로 동일한 구조를 갖고, 상기 다수의 제1 광학패턴들은 서로 동일한 구조를 갖는다. 따라서, 도 3에서는 하나의 수용홈(111) 및 하나의 제1 광학패턴(110)이 도시되고, 나머지 수용홈들과 제1 광학패턴들에 대한 도시는 생략된다. 또한, 도 1에서 도시된 바와 같이, 반사판(20) 위에는 다수의 광원들(도 1의 50)이 배열되나, 도 3에서는 상기 광원들 중 하나의 광원(55)을 도시하고, 나머지 광원들에 대한 도시는 생략된다.

도 3을 참조하면, 광학부재(100)는 수용홈(111) 및 제1 광학패턴(110)을 갖는다. 상기 수용홈(111)에는 상기 광원(55)이 수용되고, 상기 제1 광학패턴(110)의 위치는 상기 수용홈(111) 및 상기 광원(55)의 위치와 각각 대응한다.

상기 광원(50)은 상기 수용홈(111)에 수용되고, 상기 광원(50)은 광을 발광하며 상기 제1 광학패턴(110) 측을 향하는 발광면(55)을 갖는다. 상기 수용홈(111)은 제1 면(106)이 오목하게 제거되어 정의되고, 상기 수용홈(111)을 정의하는 상기 광학부재(100)의 내면은 제1 입사면(105A) 및 제2 입사면(105B)을 포함한다. 또한, 상기 제1 입사면(105A) 및 상기 제2 입사면(105B)는 제1 교점(IP1)에서 만나며, 단면상에서 상기 제1 입사면(105A) 및 상기 제2 입사면(105B) 각각은 상기 발광면(55)과 경사진다.

또한, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 광학부재(100)는 1.2 내지 1.8의 굴절률을 갖고, 상기 수용홈(111) 내에 상기 광원(55)으로 채워지지 않는 공간은 1.0의 굴절률을 갖는 공기층으로 간주될 수 있다. 따라서, 상기 제1 및 제2 입사면들(105A, 105B) 각각의 경사진 형상 및 상기 공기층의 굴절률 및 상기 광학부재(100)의 굴절률 차이에 의해 상기 발광면(55)으로부터 출사되어 상기 제1 및 제2 입사면들(105A, 105B)을 통해 상기 광학부재(100) 측으로 입사되는 광은 대략적으로 제1 방향(D1) 및 제3 방향(D3)의 합으로 정의되는 방향으로 굴절되어 진행한다.

상기 제1 광학패턴(100)을 보다 세부적으로 구분하면, 상기 제1 광학패턴(100)은 상기 중심 포인트(P0)부터 제1 포인트(P1)까지로 정의되는 제1 직선, 상기 제1 포인트(P1)부터 제2 포인트(P2)까지로 정의되는 제1 곡선, 상기 제2 포인트(P2)부터 제3 포인트(P3)까지로 정의되는 제2 직선, 상기 중심 포인트(P0)부터 제4 포인트(P4)까지로 정의되는 제3 직선, 상기 제4 포인트(P4)부터 제5 포인트(P5)까지로 정의되는 제2 곡선, 및 상기 제5 포인트(P5)부터 제6 포인트(P6)까지로 정의되는 제4 직선을 포함한다.

상기 제1 입사면(105A)을 통해 입사된 광은 상기 제1 직선, 상기 제1 곡선 및 상기 제2 직선으로 이루어지는 라인에 의해 상기 광학부재(100)의 외부로 출사되지 못하고 상기 광학부재(100)의 내부로 전반사된다. 마찬가지로, 상기 제2 입사면(105B)을 통해 입사된 광은 상기 제3 직선, 상기 제2 곡선 및 상기 제4 직선으로 이루어지는 라인에 의해 상기 광학부재(100)의 외부로 출사되지 못하고 상기 광학부재(100)의 내부로 전반사된다.

예컨대, 상기 제1 입사면(105A) 상의 임의의 제7 포인트(P7)을 통해 상기 광학부재(100)의 내부로 입사되는 제1 광 내지 제3 광(L1, L2, L3)을 정의하면, 상기 제1 광(L1)은 상기 광학패턴(110)이 갖는 상기 제1 직선에 의해 전반사되고, 상기 제2 광(L2)은 상기 광학패턴(110)이 갖는 상기 제1 곡선에 의해 전반사되고, 상기 제3 광(L3)은 상기 광학패턴(110)이 갖는 상기 제2 직선에 의해 전반사된다. 마찬가지로, 상기 제2 입사면(105B) 상의 임의의 제8 포인트(P8)을 통해 상기 광학부재(100) 측으로 입사되는 제4 광 내지 제6 광(L4, L5, L6)을 정의하면, 상기 제4 광(L4)은 상기 광학패턴(110)이 갖는 상기 제3 직선에 의해 전반사되고, 상기 제5 광(L5)은 상기 광학패턴(110)이 갖는 상기 제2 곡선에 의해 전반사되고, 상기 제6 광(L6)은 상기 광학패턴(110)이 갖는 상기 제4 직선에 의해 전반사된다.

한편, 상술한 바와 같이, 상기 제7 포인트(P7)를 통해 상기 광학부재(100)측으로 입사되는 광이 상기 광학패턴(110)에 의해 전반사되기 위해서는 다음과 같은 조건을 만족할 수 있다. 단면상에서, 상기 발광면(55)과 가장 인접하여 상기 제1 입사면(105A) 상에 정의되는 포인트를 제9 포인트(P9)로 정의하면, 상기 제9 포인트(P9)를 통해 상기 광학부재(100) 측으로 입사되는 광들은 상기 제9 포인트(P9)를 중심으로 방사형으로 펼쳐져 진행한다. 또한, 상기 방사형으로 펼쳐져 진행하는 광 중에 최대로 펼쳐져 진행하는 광을 제7 광(L7)으로 정의하고, 상기 제7 광(L7)과 상기 제2 면(107)이 갖는 법선이 형성하는 각도(θ₀)를 정의하면, 상기 각도(θ₀)는 상기 광학부재(100)가 전반사를 일으키는데 요구되는 임계각(critical angle)일 수 있다.

따라서, 상기 제9 포인트(P9)을 통해 상기 광학부재(100) 내부로 진행하는 대부분의 광과 상기 법선이 형성하는 각도는 상기 각도(θ₀) 보다 크므로 상기 제9 포인트(P9)을 통해 상기 광학부재(100) 측으로 입사되는 대부분의 광은 상기 광학패턴(110)에 의해 전반사될 수 있고, 이에 따라, 상기 제9 포인트(P9)뿐만 아니라, 상기 제1 입사면(105A)을 통해 상기 광학부재(100) 측으로 입사되는 대부분의 광은 상기 광학패턴(110)에 의해 전반사될 수 있다.

또한, 단면상에서 상기 광학패턴(110)은 상기 광원(50)이 배치되는 위치를 기준으로 대칭하는 오목한 형상을 가지므로, 마찬가지로, 상기 제2 입사면(105B)을 통해 상기 광학부재(100) 측으로 입사되는 광의 대부분은 상기 광학패턴(110)에 의해 전반사될 수 있다.

한편, 상기 광학부재(100)는 제1 면(106)에 형성된 도광패턴(102)을 갖는다. 도 3에 도시되는 본 발명의 실시예에서는, 상기 도광패턴(102)은 단면상에서 상기 제1 면(106)과 경사지도록 연속적으로 상기 제1 면(106)이 제거되어 정의될 수 있다. 상기 도광패턴(102)은 상기 제1 광학패턴(110)에 의해 상기 광학부재(100) 내부로 전반사된 광의 경로를 변경시켜 상기 광을 상기 광학부재(100) 외부로 출사시킨다.

도 3에 도시되는 본 발명의 실시예에 있어서, 평면상에서 상기 도광패턴(102)은 상기 제1 광학패턴(110)과 중첩되지 않도록 형성된다. 하지만, 도 3에 도시된 것과 달리, 상기 도광패턴(102)은 상기 수용홈(111)과 보다 인접하도록 형성되어 평면상에서 상기 제1 광학패턴(110)과 중첩될 수도 있다.

도 4는 도 3에 도시된 제1 광학패턴의 구조를 보다 상세히 나타내는 도면이다. 한편, 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 제1 광학패턴(110)은 도 3에 도시된 기준에서 우측으로 상기 제1 직선, 상기 제1 곡선 및 상기 제2 직선을 갖고, 도 3에 도시된 기준에서 좌측으로 상기 제3 직선, 상기 제2 곡선, 및 상기 제4 직선을 갖고, 상기 중심 포인트(P0)을 기준으로 상기 제1 직선, 상기 제1 곡선 및 상기 제2 직선으로 이루어지는 라인은 상기 제3 직선, 상기 제2 곡선 및 상기 제4 직선으로 이루어지는 라인과 대칭하므로, 상기 제3 직선, 상기 제2 곡선 및 상기 제4 직선으로 이루어지는 라인에 대한 설명은 생략된다.

한편, 도 4를 설명함에 있어서, 도 3에 도시된 중심포인트(도 3의 P0)와 제1 교점(도 3의 IP1) 간의 거리는 실질적으로 작을 수 있으므로, 도 4에서는 상기 중심포인트와 상기 제1 교점 간의 간격은 생략되어 도시되었다.

도 4를 참조하면, 중심포인트(P0)와 제1 포인트(P1)을 연결하는 제1 직선, 제1 포인트(P1) 및 제2 포인트(P2)를 연결하는 제1 곡선, 및 제2 포인트(P2) 및 제3 포인트(P3)을 연결하는 제2 직선을 수식으로 정의하기 위해서, 편의상, 입광면(55)과 나란한 방향을 x축으로 정의하고, 상기 입광면(55)의 법선 방향을 y축으로 정의한다. 또한, 단면상에서 상기 입광면(55)의 법선과 제1 입사면(105a)이 형성하는 각도를 제1 각도(θ₁)으로 정의하고, 단면상에서 상기 입광면(55)과 상기 제1 직선이 형성하는 각도를 제2 각도(θ₂)로 정의한다.

한편, 상기 제1 직선을 정의하는 함수를 f(x)로 정의하면, 상기 f(x)는 아래의 수학식 1에 의해 정의될 수 있다.

상기 수학시 1에서, a는 광원(50)이 갖는 직경(D1)의 크기이다.

또한, 상기 제1 각도(θ₁) 및 상기 제2 각도(θ₂)는 아래의 수학식 2에 의해 정의될 수 있다.

상기 수학식 2에서, θ₀는, 도 3을 참조하여 설명된, 임계각의 크기를 나타낸다.

한편, 도 2A에 도시된 바와 같이, 상기 광학부재(100)는 1.0의 굴절율을 갖는 공기층(도 2A의 AG)과 접하므로, 스넬의 법칙(Snell's law)에 근거하여 상기 임계각과 관련된 수학식 3은 아래와 같이 정의될 수 있다.

여기서, n은 상기 광학부재(100)의 굴절율이다.

한편, 제9 포인트(P9)와 제1 포인트(P1)을 지나는 제1 보조직선(150)을 정의하는 함수를 g(x)로 정의하면, g(x)는 아래의 수학식 4에 의해 정의될 수 있다.

따라서, 상기 수학식 1 내지 상기 수학식 4들을 이용하여 상기 제1 포인트(P1)의 x축 좌표 x₀ 및 y축 좌표 y₀는 아래 수학식 5 및 6에 의해 정의될 수 있다.

한편, 제1 곡선을 정의하는 함수를 h(x)로 정의하면, 상기 제1 곡선의 미분 함수 h'(x)의 기울기를 정의하는 제3 각도(θ₃)를 정의할 수 있다. 또한, 제2 교점(IP2)에서 상기 제1 곡선과 만나고, 제4 각도(μ)를 기울기로 갖는 제2 보조직선(151)을 정의하면, 함수 h'(x)는 아래 수학식 7에 의해 정의될 수 있다.

또한, 상기 제2 보조직선(151)을 정의하는 함수를 j(x)로 정의하면, 상기 j(x)는 아래의 수학식 8에 의해 정의될 수 있다.

따라서, 상기 수학식 7 및 8을 이용하여 상기 h(x) 및 상기 h(x)의 미분 함수 h'(x)의 관계식을 유도하면 아래 수학식 9과 같다.

상술한 수학식 1 내지 수학식 9들에 의해서, 상기 제1 직선 및 상기 제1 곡선은 대략적으로 상기 x축 및 상기 y축에 대해 함수로 정의될 수 있다. 또한, 상기 제2 직선은 상기 제1 곡선과 연결되어 상기 x축과 실질적으로 평행할 수 있다.

도 5는 도 4에 도시된 제1 각도와 광학부재가 갖는 최대두께의 상관 관계를 나타내는 그래프이다. 보다 상세하게는, 도 5는 광원(도 4의 50)이 갖는 직경(도 4의 D1)의 크기가 약 4밀리미터인 경우에, 상기 제1 각도(θ₁) 및 상기 최대두께(H1) 간의 관계를 나타낸다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 각도(θ₁)의 크기에 따라 광학부재(100)가 갖는 최대두께(H1)가 결정될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 각도(θ₁)가 약 47도일 때, 상기 최대두께(H1)는 5.3밀리미터이다. 따라서, 상기 제1 각도(θ₁)의 크기를 대략적으로 47도가 되도록 상기 광학부재(100)를 설계하는 경우에, 상기 광학부재(100)의 두께를 최소화할 수 있으므로 백라이트 어셈블리(도 1의 200)의 부피를 최소화할 수 있다.

또한, 그래프로 도시되지는 않았으나, 상기 최대두께(H1)의 크기는 상기 광학부재(100)의 재질에 의해 조절될 수도 있다. 예컨대, 상기 광학부재(100)가 재질이 약 1.48의 굴절률을 갖는 폴리메틸메타크릴레이트로 이루어진 경우에, 상기 최대두께(H1)를 발광면(55)의 직경(D1)으로 나눈 값은 1.0보다 크고 1.5보다 작을 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학부재가 갖는 제2 광학패턴의 단면을 확대하여 나타낸 단면도이다. 한편, 도 6에 도시되는 본 발명의 실시예에서, 광학부재(108)가 갖는 제2 광학패턴(115)의 구조를 제외하면, 상기 광학부재(108)는 도 4에 도시되는 광학부재(도 4의 100)와 동일한 구조를 갖는다. 따라서, 도 6을 설명함에 있어서, 상기 제2 광학패턴(115)의 구조 이외에, 앞서, 도 4를 참조하여 설명된 구성요소들에 대해서는 도면부호를 병기하고, 상기 구성요소들에 대한 중복된 설명은 생략된다.

도 6을 참조하면, 광학부재(108)는 제2 광학패턴(115)을 갖고, 상기 제2 광학패턴(115)은 중심포인트(P0)에서 제10 포인트(P10)까지로 정의되는 제1 직선, 상기 제10 포인트(P10)에서 제11 포인트(P11)까지로 정의되어 상기 제1 직선과 연결되는 제1 곡선, 및 상기 제11 포인트(P11)에서 제12 포인트(P12)까지로 정의되어 상기 제1 곡선과 연결되는 제2 직선을 갖는다. 또한, 도 6에서는 도시되지 않았으나, 도 4에서 도시된 바와 유사하게, 상기 제2 광학패턴(115)은 상기 중심포인트(P0)를 기준으로 상기 제1 직선, 상기 제1 곡선 및 상기 제2 직선으로 이루어지는 라인과 대칭인 라인을 갖는다.

한편, 상기 제2 광학패턴(115)은 도 4에 도시되는 제1 광학패턴(도 4의 110)과 상이한 형상을 갖는다. 보다 상세하게는, 상기 제1 직선이 갖는 기울기는 상기 중심포인트(P0) 및 상기 제1 포인트(P1)로 정의되는 직선의 기울기보다 작다.

상술한 바와 같이, 상기 제2 광학패턴(115)이 상기 제1 광학패턴(도 4의 110)과 상이한 형상을 갖는 이유는 다음과 같다. 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 제1 광학패턴(도 3의 110)은 광학부재(도 3의 100) 측으로 입사된 광을 전반사시키므로, 상기 광학부재에서 상기 제1 광학패턴이 형성된 영역에 대응하여 출사되는 광의 양을 제1 광양으로 정의하고, 상기 제1 광학패턴이 형성되지 않은 영역에 대응하여 출사되는 광의 양을 제2 광양으로 정의하면, 상기 제1 광양은 상기 제2 광양보다 작을 수 있다. 따라서, 상기 제2 광학패턴(115)의 형상이 상기 제1 광학패턴의 형상과 다르도록 상기 광학부재(108)를 설계하는 경우에, 상기 제2 광학패턴(115) 측에 도달된 광의 일부는 전반사되지만, 상기 광의 일부는 상기 제2 광학패턴(115)에 의해 전반사되지 않고 상기 제2 광학패턴(115)을 통해 외부로 출사된다.

보다 상세하게는, 제1 입사면(105A)을 통해 상기 제1 광학패턴(110) 측으로 입사되어 상기 제1 광학패턴(110)에 의해 전반사되는 전반사광(TL)을 정의하면, 상기 전반사광(TL)이 상기 제1 광학패턴(140) 측으로 입사할 때 형성되는 각은 임계각(θ₀)이 된다. 또한, 상기 전반사광(TL)이 상기 제2 광학패턴(115) 측으로 입사할 때 형성되는 각을 제4 각도(θ₄)로 정의하면, 상기 제1 직선의 기울기는 상기 중심포인트(P0) 및 제1 포인트(P1)으로 정의되는 직선의 기울기보다 작으므로, 상기 제4 각도(θ₄)의 크기는 상기 임계각(θ0)보다 작다. 따라서, 상기 전반사광(TL)은 상기 제1 광학패턴(110)에 의해 전반사되나, 상기 제2 광학패턴(115)에 의해 전반사되지 않고 상기 제2 광학패턴(108)을 통해 외부로 출사될 수 있다. 그 결과, 도 3 및 도 4에 도시된 실시예에서보다, 상기 제1 광양이 증가될 수 있어 상기 제1 광양 및 상기 제2 광양의 차이를 감소시킬 수 있다.

한편, 상술한 바와 같이, 상기 제2 광학패턴(115)을 상기 제1 광학패턴(110)과 상이하게 설계하는 경우에, 상기 광학부재(108)가 갖는 최대두께(H2)의 크기는, 도 4에 도시되는 광학부재(도 4의 100)가 갖는 최대두께(도 4의 H1)보다 더 감소될 수 있다. 예컨대, 광원(50)의 직경(D1)이 4mm인 경우에, 상기 최대두께(H2)는 최대 4밀리미터로 감소시킬 수 있어 상기 최대두께(H2)를 상기 직경(D1)으로 나눈 값은 1.0에 근접할 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치의 분해사시도이다. 한편, 도 7에 도시되는 표시장치(500)는 도 1에 도시된 백라이트 어셈블리(도 1의 200), 표시패널(400) 및 커버부재(380)를 포함한다. 따라서, 도 7을 설명함에 있어서, 앞서 도 1 내지 도 5들을 참조하여 설명된 상기 백라이트 어셈블리가 갖는 구성요소들에 대해서는 도면 부호를 병기하고, 상기 구성요소들에 대한 중복된 설명은 생략된다.

도 7에 도시된 본 발명의 실시예에서, 상기 표시장치(500)는 액정표시장치일 수 있고, 상기 표시패널(400)은 액정표시패널일 수 있다. 상기 표시패널(400)이 액정표시패널인 경우에, 상기 표시패널(400)은 상기 백라이트 어셈블리(200)로부터 광을 제공받아 영상을 표시한다.

상기 표시패널(400)은 제1 기판(420) 및 상기 제1 기판(420)과 마주하는 제2 기판(410)을 포함한다. 상기 제1 기판(420)은 다수의 화소들(미도시)을 포함하고, 상기 화소들 각각은 박막트랜지스터(미도시) 및 상기 박막트랜지스터와 전기적으로 연결되는 화소전극(미도시)을 포함한다.

상기 제 2 기판(410)은 상기 화소들과 일대일 대응하여 위치하는 컬러필터들(미도시) 및 상기 화소전극과 전계를 형성하는 대향전극(미도시)을 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 컬러필터들은 상기 제 2 기판(410)이 아닌 상기 제 1 기판(420) 상에 형성될 수도 있고, 상기 공통전극은 상기 제 2 기판(410)이 아닌 상기 제 1 기판(420) 상에 형성될 수도 있다. 상기 공통전극이 상기 제 1 기판(420) 상에 형성되는 경우에, 상기 공통전극은 상기 화소전극과 함께 수평전계를 형성하여 액정의 방향자를 조절하는 대향전극으로 작용할 수도 있다.

상기 커버부재(380)는 상기 표시패널(400)의 테두리를 커버하여 상기 수납용기(10)와 결합된다. 그 결과, 상기 표시패널(400)이 갖는 테두리는 상기 커버부재(380)에 의해 가려지고, 상기 표시패널(400)에서 영상이 표시되는 영역만 외부로 노출될 수 있다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

50-- 광원 55-- 발광면
100-- 광학부재 102-- 도광패턴
105A-- 제1 입사면 105B-- 제2 입사면
110-- 제1 광학패턴 111-- 수용홈
130-- 확산판 180-- 광학시트
200-- 백라이트 어셈블리 500-- 표시장치

Claims

각각이 광이 출사되는 발광면을 갖고, 제1 방향 및 상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향으로 배열되는 다수의 광원들; 및
상기 광원들을 커버하여 상기 광을 가이드하고, 상기 광원들과 인접한 제1 면 및 상기 제1 면과 대향하는 제2 면을 갖는 광학부재를 포함하고,
상기 광학부재는,
상기 광원들 각각의 위치와 대응하여 상기 제1 면과 연결되고, 상기 광이 입사되는 입사면;
상기 광원들과 일대일 대응하는 상기 제2 면의 오목한 부분으로 정의되고, 상기 광원들로부터 발생되어 상기 입사면을 통해 입사된 제1 광을 전반사시키는 다수의 광학패턴; 및
상기 제1 면 위에 위치하여 상기 전반사된 광을 외부로 출사시키는 도광패턴을 포함하고,
상기 광학부재에서 상기 다수의 광학패턴은 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향으로 서로 이격되어 배열되고,
상기 다수의 광학패턴의 각각은 상기 제2 면의 상기 오목한 부분의 내측 둘레를 따라 정의되고,
상기 광학 패턴은,
단면상에서 상기 발광면의 법선과 만나는 중심포인트와 제1 포인트를 연결하는 제1 직선;
상기 제1 포인트와 제2 포인트를 연결하여 상기 제1 직선과 연결되는 제1 곡선; 및
x축과 나란하고, 상기 제2 포인트 및 제3 포인트를 연결하여 상기 제1 곡선과 연결되는 제2 직선을 포함하고,
단면상에서 상기 입사면과 상기 발광면의 법선이 형성하는 예각을 제1 각도로 정의하고, 상기 입사면을 통해 상기 광학부재 측으로 입사된 광이 상기 광학패턴에 의해 전반사되도록 상기 광의 임계각을 정의하고, 단면상에서 상기 발광면과 나란한 축을 x축으로 정의하고, 단면상에서 상기 법선과 나란한 축을 y축으로 정의하고, 상기 x축 및 상기 y축에 대해 상기 제1 직선을 정의하는 함수를 f(x)로 정의하면,
상기 f(x)는 아래 수학식 1 및 수학식 2들에 의해 정의되고,
(수학식 1)

(수학식 2)

(상기 수학식 1 및 수학식 2에서, a는 상기 발광면의 직경, θ₀는 상기 임계각, θ₁는 상기 제1 각도, θ₂는 상기 제1 직선의 기울기를 정의하는 각도)
상기 직경의 반을 상기 x축 절편으로 가지며 상기 제1 곡선과 만나는 직선을 함수 j(x)로 정의하고, 상기 x축 및 상기 y축에 대해 상기 제1 곡선을 정의하는 함수를 h(x)로 정의하고, 상기 함수 j(x)와 상기 함수 h(x)가 만나는 교점에서의 기울기 함수를 h'(x)로 정의하고, 상기 함수 h'(x)의 기울기를 정의하는 각도를 제3 각도로 정의하면,
상기 j(x) 및 상기 h'(x)는 아래 수학식3 및 수학식 4에 의해 정의되고,
(수학식 3)

(수학식 4)

(상기 수학식 3 및 상기 수학식 4에서, a는 상기 발광면의 직경, θ₀는 상기 임계각, μ는 상기 j(x)의 기울기를 정의하는 각도, θ₃은 h'(x)의 기울기를 정의하는 각도)
상기 수학식 3 및 4들에 의해 상기 h(x) 및 상기 h'(x)는 아래 수학식 5를 만족하는 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리.
(수학식 5)

(상기 수학식 5에서, a는 상기 발광면의 직경, θ₀는 상기 임계각)
제 1 항에 있어서, 상기 제1 면에는 상기 광원들 각각의 위치와 대응하여 상기 광원들 각각을 수용하는 수용홈이 형성되고, 단면상에서 상기 수용홈을 정의하는 면은 상기 입사면과 연결되는 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리.
제 2 항에 있어서, 단면상에서 상기 입사면은 상기 발광면의 중심을 향하도록 경사져 상기 입사면을 통해 상기 광학부재 측으로 입사되는 광은 상기 다수의 광학패턴들 중 대응되는 광학패턴 측으로 진행하는 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리.
제 3 항에 있어서, 상기 다수의 광학패턴들의 각 광학패턴에 있어서, 단면상에서 상기 광학패턴은 상기 광원들 각각이 배치되는 위치를 기준으로 대칭하는 오목한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리.
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제 4 항에 있어서, 상기 입사면을 통해 상기 광학부재 측으로 입사된 제2 광은 상기 광학패턴을 통해 외부로 출사되는 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 다수의 광원들은 제1 방향 및 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 간격을 두고 배열되고, 상기 광학부재는 상기 배열된 광원들을 커버하는 것을 특징으로 백라이트 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 상기 광학부재 내부에서 상기 제1 광은 상기 광학패턴에 의해 최초로 전반사되는 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 상기 광학부재는 공기보다 큰 굴절률을 갖는 물질을 포함하고, 상기 광학부재의 최대두께를 상기 광원들 각각이 갖는 직경의 크기로 나눈 값은 1.0보다 크고 1.5보다 작은 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리.
광을 발생하는 백라이트 어셈블리; 및
상기 광을 제공받아 영상을 표시하는 표시패널을 포함하고,
상기 백라이트 어셈블리는,
각각이 광이 출사되는 발광면을 갖고, 제1 방향 및 상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향으로 배열되는 다수의 광원들; 및
상기 광원들을 커버하여 상기 광을 가이드하고, 상기 광원들과 인접한 제1 면 및 상기 제1 면과 대향하는 제2 면을 갖는 광학부재를 포함하고,
상기 광학부재는,
상기 광원들 각각의 위치와 대응하여 상기 제1 면과 연결되고, 상기 광이 입사되는 입사면;
상기 광원들과 일대일 대응하는 상기 제2 면의 오목한 부분으로 정의되고, 상기 광원들로부터 발생되어 상기 입사면을 통해 입사된 제1 광을 전반사시키는 다수의 광학패턴; 및
상기 제1 면 위에 위치하여 상기 전반사된 광을 외부로 출사시키는 도광패턴을 포함하고,
상기 광학부재에서 상기 다수의 광학패턴은 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향으로 서로 이격되어 배열되고,
상기 다수의 광학패턴의 각각은 상기 제2 면의 상기 오목한 부분의 내측 둘레를 따라 정의되고,
상기 광학 패턴은,
단면상에서 상기 발광면의 법선과 만나는 중심포인트와 제1 포인트를 연결하는 제1 직선;
상기 제1 포인트와 제2 포인트를 연결하여 상기 제1 직선과 연결되는 제1 곡선; 및
x축과 나란하고, 상기 제2 포인트 및 제3 포인트를 연결하여 상기 제1 곡선과 연결되는 제2 직선을 포함하고,
단면상에서 상기 입사면과 상기 발광면의 법선이 형성하는 예각을 제1 각도로 정의하고, 상기 입사면을 통해 상기 광학부재 측으로 입사된 광이 상기 광학패턴에 의해 전반사되도록 상기 광의 임계각을 정의하고, 단면상에서 상기 발광면과 나란한 축을 x축으로 정의하고, 단면상에서 상기 법선과 나란한 축을 y축으로 정의하고, 상기 x축 및 상기 y축에 대해 상기 제1 직선을 정의하는 함수를 f(x)로 정의하면,
상기 f(x)는 아래 수학식 1 및 수학식 2들에 의해 정의되고,
(수학식 1)

(수학식 2)

(상기 수학식 1 및 수학식 2에서, a는 상기 발광면의 직경, θ₀는 상기 임계각, θ₁는 상기 제1 각도, θ₂는 상기 제1 직선의 기울기를 정의하는 각도)
상기 직경의 반을 상기 x축 절편으로 가지며 상기 제1 곡선과 만나는 직선을 함수 j(x)로 정의하고, 상기 x축 및 상기 y축에 대해 상기 제1 곡선을 정의하는 함수를 h(x)로 정의하고, 상기 함수 j(x)와 상기 함수 h(x)가 만나는 교점에서의 기울기 함수를 h'(x)로 정의하고, 상기 함수 h'(x)의 기울기를 정의하는 각도를 제3 각도로 정의하면,
상기 j(x) 및 상기 h'(x)는 아래 수학식3 및 수학식 4에 의해 정의되고,
(수학식 3)

(수학식 4)

(상기 수학식 3 및 상기 수학식 4에서, a는 상기 발광면의 직경, θ₀는 상기 임계각, μ는 상기 j(x)의 기울기를 정의하는 각도, θ₃은 h'(x)의 기울기를 정의하는 각도)
상기 수학식 3 및 4들에 의해 상기 h(x) 및 상기 h'(x)는 아래 수학식 5를 만족하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
(수학식 5)

(상기 수학식 5에서, a는 상기 발광면의 직경, θ₀는 상기 임계각)
제 12 항에 있어서, 상기 제1 면에는 상기 광원들 각각의 위치와 대응하여 상기 광원들 각각을 수용하는 수용홈이 형성되고, 단면상에서 상기 수용홈을 정의하는 면은 상기 입사면과 연결되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
제 13 항에 있어서, 단면상에서 상기 입사면은 상기 발광면의 중심을 향하도록 경사져 상기 입사면을 통해 상기 광학부재 측으로 입사되는 광은 상기 다수의 광학패턴 중 대응되는 광학패턴 측으로 진행하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
제 14 항에 있어서, 상기 다수의 광학패턴들의 각 광학패턴에 있어서, 단면상에서 상기 광학패턴은 상기 광원들 각각이 배치되는 위치를 기준으로 대칭하는 오목한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 표시장치.
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제 15 항에 있어서, 상기 입사면을 통해 상기 광학부재 측으로 입사된 제2 광은 상기 광학패턴을 통해 외부로 출사되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
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제 12 항에 있어서, 상기 광학부재는 공기보다 큰 굴절률을 갖는 물질을 포함하고, 상기 광학부재의 최대두께를 상기 광원들 각각이 갖는 직경의 크기로 나눈 값은 1.0보다 크고 1.5보다 작은 것을 특징으로 하는 표시장치.