KR101747340B1 - 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 LED로부터 출사되는 광의 지향각이 향상된 동시에 광확시트의 처짐을 방지할 수 있는 백라이트 유닛에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 LED의 상부에 광확산렌즈와 원뿔 형상의 기둥이 일체형으로 이루어지는 광확산렌즈모듈을 구비하는 것이다.
이를 통해, LED로부터 출사되는 광의 지향각을 향상시킬 수 있어, LED 무라(mura) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 백라이트 유닛의 두께를 줄일 수 있다.
또한, 원뿔 형상의 기둥에 의해 확산판과 광학시트의 처짐을 방지할 수 있어, 확산판과 광학시트의 처짐에 의한 휘도 불균일 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

Description

액정표시장치{Liquid crystal display device}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 LED로부터 출사되는 광의 지향각이 향상된 동시에 광확시트의 처짐을 방지할 수 있는 백라이트 유닛에 관한 것이다.
최근 정보기술과 이동통신기술 등의 발전과 함께 정보를 시각적으로 표시해줄 수 있는 디스플레이 장치의 발전이 이루어지고 있으며, 디스플레이 장치는 크게 발광특성을 갖는 자체 발광형 디스플레이와 다른 외부의 요인으로 화상을 디스플레이할 수 있는 비발광형 디스플레이로 분류되고 있다.
비발광형 디스플레이로는 LCD(Liquid Crystal Display)장치를 예로 들 수 있다.
여기서, LCD장치는 자체 발광요소를 갖지 못하는 소자이므로 별도의 광원을 요구하게된다. 이에 따라, 배면에 광원을 구비한 백라이트 유닛(Backlight unit)이 마련되어 액정패널 전면을 향해 광을 조사하고 이를 통해서 비로소 식별 가능한 화상이 구현된다.
백라이트 유닛은 광원으로 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp : CCFL), 외부전극형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp), 그리고 발광다이오드(Light Emitting Diode : LED, 이하 LED라 함) 등을 사용한다.
이중에서 특히, LED는 소형, 저소비 전력, 고신뢰성 등의 특징을 겸비하여 표시용 광원으로서 널리 이용되고 있는 추세이다.
한편, 일반적인 백라이트 유닛은 램프의 배열구조에 따라 사이드라이트형(side light type)과 직하라이트형(direct light type)으로 구분되는데, 사이드라이트형은 하나 또는 한쌍의 램프가 도광판의 일측부에 배치되는 구조를 가지거나, 두개 또는 두쌍의 램프가 도광판의 양측부 각각에 배치된 구조를 가지며, 직하라이트형은 수개의 램프가 광학시트의 하부에 배치된 구조를 갖는다.
최근, 소비자의 요구에 의하여 대면적화된 액정표시장치의 연구가 활발히 진행되고 있는 상태에서, 직하라이트형이 사이드라이트형에 비해 대면적화 액정표시장치에 더욱 적합하다.
도 1은 일반적인 LED를 광원으로 사용한 직하라이트형 액정표시장치의 단면도이며, 도 2는 도 1의 LED로부터 광이 출사되는 출사각을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 일반적인 액정표시장치는 제 1 및 제 2 기판(12, 14)으로 구성되는 액정패널(10)과 이의 후방으로 백라이트 유닛(20)이 구비된다.
여기서, 백라이트 유닛(20)은 반사판(22)을 포함하며, 이의 상부면에 다수의 LED(28)가 나란하게 배열되고, 이들 LED(28) 상부에는 광학시트(26)가 위치한다.
이때, 서로 이웃한 2 내지 3개의 LED(28)로부터 발산된 광이 서로 중첩 및 혼합된 후 액정패널(10)에 입사되어 면광원을 제공하게 된다.
이러한 백라이트 유닛(20)과 액정패널(10)은 탑커버(40)와 서포트메인(30) 그리고 커버버툼(50)을 통해 모듈화 되는데 즉, 액정패널(10) 및 백라이트 유닛(20)의 가장자리를 사각테 형상의 서포트메인(30)이 두른 상태로 액정패널(10) 전면 가장자리를 두르는 탑커버(40) 그리고 백라이트 유닛(20) 배면을 덮는 커버버툼(50)이 각각 전후방에서 결합되어 서포트메인(30)을 매개로 일체화된다.
한편, 최근 액정표시장치는 휴대용 컴퓨터는 물론 데스크톱 컴퓨터 모니터 및 벽걸이형 텔레비전 등 그 사용영역이 점차 넓어지고 있는 추세로, 넓은 디스플레이 면적을 가지면서도 박형의 액정표시장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
따라서, 백라이트 유닛(20)의 LED(28)와 광학시트(26) 사이의 간격(A)을 줄임으로써 박형의 액정표시장치를 제공하려는 시도가 나타나고 있다.
그러나, 백라이트 유닛(20)의 가장 중요한 역할인 고품위의 면광원을 액정패널(10)에 공급하기 위해서는 이를 위한 여러 가지 광학적 설계가 고려되며, LED(28)와 광학시트(26) 사이의 적절한 간격(A) 유지가 중요한 요소 중 하나이다.
특히, 일정 지향각을 갖는 LED(28)의 경우 서로 이웃한 2 내지 3개의 LED(28)로부터 발산된 광이 서로 중첩 및 혼합된 후 액정패널(10)에 입사되어 면광원을 제공하므로, 도 2에 도시한 바와 같이 LED(28)와 광학시트(26) 사이간격(A)이 작을 경우에는 LED(28)에 대응하는 영역에서는 핫스팟(hot spot)이 발생하게 되고, LED(28)와 이에 인접한 LED(28) 사이에는 LED(28)로부터 출사된 광이 서로 중첩 및 혼합되지 않는 암부(B)가 발생하게 된다.
이로 인하여, LED 무라(mura) 현상이 발생하게 되고, 나아가 휘도 불균일에 따른 액정표시장치의 표시품질의 저하 문제를 야기시키게 된다.
이에, LED(28)와 이에 인접한 LED(28)와의 간격을 줄임으로써 이러한 문제점을 해소하고자 하나, 이는 LED(28) 수의 증가에 따른 비용상승 문제 및 방열(放熱) 문제 등을 야기하게 되고, 나아가 소비전력을 상승시키게 되는 요인이 되고 있다.
또한, 경량의 액정표시장치를 구현할 수 없다.
또한, 넓은 디스플레이 면적에 의해 광학시트(26)의 사이즈 또한 증가함에 따라 광학시트(26) 각각의 자체하중에 의해 중력 방향으로 가운데가 볼록하게 처지게 되는 현상이 발생하게 되는데, 이를 방지하고자 램프가이드(미도시)를 통해 광학시트(26)의 처짐을 방지하고자 하나, LED 무라 현상을 방지하기 위하여 LED(28)와 LED(28)와의 간격을 줄일 경우 램프가이드(미도시)의 위치 확보가 어려워 지는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 지향각이 향상된 LED를 제공하고자 하는 것을 제 1 목적으로 한다.
또한, 광학시트의 처짐을 방지하고자 하는 것을 제 2 목적으로 하며, 경량 및 박형의 액정표시장치를 제공하는 동시에 LED 무라(mura) 등의 불량을 해결하고자 하는 것을 제 3 목적으로 하며,
또한, 액정표시장치의 휘도 불균일에 의한 표시품질의 저하문제를 방지하고자 하는 것을 제 4 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 PCB와; 상기 PCB 상에 일정간격 이격하여 실장되는 다수의 LED와; 상기 다수의 LED가 통과하는 복수개의 관통홀이 구성된 반사판과; 상기 반사판 상에 위치하여 상기 다수의 LED 각각을 덮는 다수의 광확산렌즈와 상기 다수의 광확산렌즈를 연결하는 지지대 그리고, 상기 지지대 상에 위치하는 기둥을 포함하는 광확산렌즈모듈과; 상기 광확산렌즈모듈 상부에 위치하며, 상기 기둥에 의해 일부가 지지되는 확산판과; 상기 확산판 상에 안착되는 광학시트와; 상기 광학시트 상에 안착되는 액정패널을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
이때, 상기 기둥은 상기 확산판을 향할수록 지름이 작아지는 원뿔 형상이며,상기 광확산렌즈모듈은 상기 지지대로부터 하방 돌출된 고정단을 포함하며, 상기 고정단은 양측으로 구성되며, 일정 압력에 의해 오므려지며, 상기 압력을 제거하면 원상태로 펼쳐지는 걸림단이 구비되며, 상기 걸림단은 일측 끝단에 걸림턱이 구비된다.
그리고, 상기 반사판의 하부에 커버버툼이 위치하며, 상기 PCB와, 상기 반사판과 상기 커버버툼에는 상기 고정단이 관통되는 관통홀이 형성되며, 상기 광확산렌즈는 내부면과 외부면으로 이루어지고, 상기 내부면은 상기 외부면을 향해 오목한 타원형 단면을 포함하며, 상기 외부면은 상기 내부면을 향해 오목하고 상기 LED의 발광면의 중앙과 대향하는 중앙부와 상기 중앙부의 주변에 형성되는 전반사부 그리고 상기 전반사부의 아래로 이어지는 측면부로 이루어진다.
이때, 상기 광확산렌즈의 두께는 상기 중앙부에서 가장 얇으며, 상기 내부면과 상기 PCB 사이의 공간은 공기로 채워지며, 상기 광확산렌즈의 상기 중앙부는 상기 내부면을 통해 입사되는 빛을 그대로 통과시키며, 상기 전반사부는 상기 내부면을 통해 입사되는 빛을 전반사시키고, 상기 측면부는 상기 내부면을 통해 입사되는 빛을 입사각에 따라 굴절시켜 확산시킨다.
그리고, 상기 다수의 LED는 각각 방열슬러그와; 상기 방열슬러그 상에 탑재된 LED칩과; 상기 방열슬러그 상에 위치하며, 상기 LED칩의 가장자리를 두르며 상향 돌출된 측벽이 마련된 케이스와; 상기 LED칩 상부에 위치하며 상기 측벽 내부에 채워지며, 형광체를 포함하는 투명수지를 포함하며, 상기 광확산렌즈는 상기 LED의 발광면에 대응하는 형태로 이루어진다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 LED의 상부에 광확산렌즈와 원뿔 형상의 기둥이 일체형으로 이루어지는 광확산렌즈모듈을 구비함으로써, LED로부터 출사되는 광의 지향각을 향상시킬 수 있어, LED 무라(mura) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있으며, 백라이트 유닛의 두께를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 원뿔 형상의 기둥에 의해 확산판과 광학시트의 처짐을 방지할 수 있는 효과가 있어, 확산판과 광학시트의 처짐에 의한 휘도 불균일 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 LED를 광원으로 사용한 직하라이트형 액정표시장치의 단면도.
도 2는 도 1의 LED로부터 광이 출사되는 출사각을 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 분해사시도.
도 4는 도 3의 LED의 사시도.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 LED와 광확산렌즈모듈을 확대 도시한 사시도.
도 5b는 도 5a의 단면도.
도 6a ~ 6b는 LED 상부에 광확산렌즈의 유무에 의해 달라지는 광의 지향각을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 따른 광확산렌즈모듈을 포함하는 백라이트 유닛의 일부를 개략적으로 도시한 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 분해사시도이며, 도 4는 도 3의 LED의 사시도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 액정표시장치(100)는 액정패널(110)과 백라이트 유닛(120), 그리고 서포트메인(130)과 커버버툼(150), 탑커버(140)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 나타내지는 않았지만 통상 하부기판 또는 어레이기판이라 불리는 제 1 기판(112)의 내면에는 다수의 게이트라인과 데이터라인이 교차하여 화소(pixel)가 정의되고, 각각의 교차점마다 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)가 구비되어 각 화소에 형성된 투명 화소전극과 일대일 대응 연결되어 있다.
그리고 상부기판 또는 컬러필터기판이라 불리는 제 2 기판(114)의 내면으로는 각 화소에 대응되는 일례로 적(R), 녹(G), 청(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.
이 같은 액정패널(110) 적어도 일 가장자리를 따라서는 연성회로기판 같은 연결부재(116)를 매개로 인쇄회로기판(118a, 118b)이 연결되어 모듈화 과정에서 서포트메인(130)의 측면 내지는 커버버툼(150) 배면으로 젖혀 밀착된다.
아울러 비록 도면상에 명확하게 나타나지는 않았지만 액정패널(110)의 두 기판(112, 114)과 액정층의 경계부분에는 액정의 초기 분자배열 방향을 결정하는 상, 하부 배향막(미도시)이 개재되고, 그 사이로 충진되는 액정층의 누설을 방지하기 위해 양 기판(112, 114)의 가장자리를 따라 씰패턴(seal pattern)이 형성된다.
이때, 제 1 및 제 2 기판(112, 114)의 외면으로는 각각 상, 하부 편광판(미도시)이 부착된다.
이러한 액정패널(110)이 나타내는 투과율의 차이가 외부로 발현되도록 이의 배면에는 광을 공급하는 백라이트 유닛(120)이 구비된다.
백라이트 유닛(120)은 LED 어셈블리(128)와, LED 어셈블리(128) 상에 개재되는 광학시트(126)를 포함한다.
앞서 전술한 LED 어셈블리(128)는 커버버툼(150)의 내면을 따라 형성되는 PCB(127)와, PCB(127) 상에 실장되는 다수의 LED(200)를 포함한다.
여기서, 도 4를 참조하여 LED(200)에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 도시한 바와 같이, LED(200)는 광을 발하는 LED칩(211)이 방열슬러그(215) 상에 안착되는데, 방열슬러그(215)는 LED칩(211)의 발광 시에 수반되는 고온의 열을 외부로 전도 배출하는 부분으로서 금속으로 이루어진다.
이러한 방열슬러그(215)는 하우징(housing)역할의 케이스(213)에 의해 둘러지며, 케이스(213)에는 LED칩(211)과 와이어(218) 등을 통해서 전기적으로 연결된 한쌍의 양/음극 전극리드(217a, 217b)가 마련되어 케이스(213) 외부로 노출되어 있다.
이때, LED칩(211)의 발광을 위한 전원(+)과 접지전원(-)을 공급하는 전류공급수단(미도시)이 외부에 마련되어, 양극 및 음극리드(217a, 217b)와 전기적으로 연결된다.
그리고, 케이스(213)는 방열슬러그(215)의 측면을 따라 높게 상향 돌출된 측벽(220a, 220b, 220c, 220d)을 갖도록 구성되며, 측벽(220a, 220b, 220c, 220d)의 내측면은 반사면을 이룬다.
이러한 측벽(220a, 220b, 220c, 220d)은 LED칩(211)으로부터 측방으로 출사되는 광을 차단하거나 전방으로 반사시키는 역할을 하는 동시에, 내부에 투명수지(219)가 충진되는 영역을 형성하게 된다.
즉, LED칩(211)을 둘러싸도록 형성되는 제 1 내지 제 4 측벽(220a, 220b, 220c, 220d)에 의해 LED칩(211)의 상부에 수납공간이 정의되며, 이러한 수납공간에 투명수지(219)가 채워져 LED(200)의 주출사광의 각도를 제어하게 된다.
이때, 투명수지(219)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(211)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(211)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(211)으로 한쌍의 리드프레임(217a, 217b)을 통해 전원(+)과 접지전원(-)이 공급되면, LED칩(211)은 발광하게 되고, 이렇게 LED칩(211)으로부터 방출되는 광의 일부는 투명수지(219)의 형광체(미도시)를 여기시켜, 형광체(미도시)에 의해 발광된 광과 혼합되어 백색광을 발하게 되고, 백색광은 LED(200)의 외부로 출사하게 된다.
이러한 LED(200)를 포함하는 백라이트 유닛(120)은 다수의 LED(200)가 통과할 수 있는 복수개의 관통홀(123)이 구성되어 다수의 LED(200)를 제외한 PCB(127)와 커버버툼(150) 내면 전체를 덮는 백색 또는 은색의 반사판(122)을 포함한다.
이때, 본 발명의 백라이트 유닛(120)은 반사판(122)의 관통홀(123)을 통해 노출된 LED(200) 상부로 광확산렌즈모듈(300)이 구비되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 광확산렌즈모듈(300)은 각각의 LED(200)를 덮는 광학산렌즈(320)와 각각의 광확산렌즈(320)를 연결하는 지지대(310)와 지지대(310) 상에 액정패널(110) 측으로 진행할수록 지름이 작아지는 원뿔 형상의 기둥(330)으로 이루어진다.
또한, 광확산렌즈모듈(300)은 지지대(310)의 하방으로 돌출되어 양측으로 걸림단(미도시)이 구비된 고정단(미도시)을 포함한다.
이때, 도면상에 도시하지는 않았지만, 반사판(122)과 PCB(127) 그리고 커버버툼(150) 상에는 광확산렌즈모듈(300)의 고정단(미도시)이 관통 삽입되는 관통홀(미도시)이 구비된다.
그리고, 광확산렌즈모듈(300)의 상부에는 휘도의 균일도를 위한 확산판(124)과 광학시트(126)가 개재된다.
여기서, 광학시트(126)는 확산시트와 적어도 하나의 집광시트를 등으로 이루어지며, DBEF(dual brightness enhancement film)라 불리는 반사형 편광필름 등 각종 기능성 시트가 포함될 수 있다.
따라서, 다수의 LED(200)로부터 발산된 광은 확산판(124)과 광학시트(126)를 차례로 통과한 후 액정패널(110)로 입사되고, 이를 이용하여 액정패널(110)은 고휘도 화상을 외부로 표시하게 된다.
이때, 광확산렌즈모듈(300)은 광확산렌즈(320)를 통해 다수의 LED(200)에서 출사되는 광의 지향각을 향상시키며, 원뿔 형상의 기둥(330)을 통해 LED(200)와 확산판(124) 및 광학시트(126) 사이의 간격을 일정하게 유지하게 된다.
따라서, 실질적으로 백라이트 유닛(120) 내의 색섞임 공간이 증가되는 결과를 얻을 수 있고, 색섞임된 광은 반사판(122)에 의해 반사된 광과 함께 확산판(124)을 비롯한 광학시트(126)를 통과하는 과정에서 보다 균일한 면광원의 형태로 액정패널(110)에 공급된다.
또한, LED(200)에서 출사되는 광의 지향각이 넓어짐으로써, 확산판(124)과 LED(200) 간의 이격거리를 최소화하더라도, LED 무라(mura) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 확산판(124)과 광학시트(126)의 처짐을 방지하게 됨으로써, 확산판(124)과 광학시트(126)의 처짐에 의한 휘도 불균일 현상이 발생하는 것을 방지하게 된다.
이에 대해 차후 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
이러한 액정패널(110)과 백라이트 유닛(120)은 탑커버(140)와 서포트메인(130) 그리고 커버버툼(150)을 통해 모듈화 되는데, 탑커버(140)는 액정패널(110)의 상면 및 측면 가장자리를 덮도록 단면이 ㄱ형태로 절곡된 사각테 형상으로, 탑커버(140)의 전면을 개구하여 액정패널(110)에서 구현되는 화상을 표시하도록 구성한다.
또한, 액정패널(110) 및 백라이트 유닛(120)이 안착하여 액정표시장치(100) 전체 기구물 조립에 기초가 되는 커버버툼(150)은 사각모양의 하나의 판 형상으로 커버버툼(150)의 서로 대향하는 양단 가장자리로 결합되는 한 쌍의 바(bar) 형태의 사이드서포트(129)를 포함하는데, 이를 제외한 커버버툼(150)의 나머지 두 가장자리는 이들과 높이를 같이하도록 비스듬하게 절곡 상승되어 그 내부로 백라이트 유닛(120)이 안착될 수 있는 소정공간을 형성한다.
이러한 커버버툼(150) 상에 안착되며 액정패널(110) 및 백라이트 유닛(120)의 가장자리를 두르는 사각테 형상의 서포트메인(130)이 탑커버(140) 및 커버버툼(150)과 결합된다.
한편, 탑커버(140)는 케이스탑 또는 탑 케이스라 일컬어지기도 하고, 서포트메인(130)은 가이드패널 또는 메인서포트, 몰드프레임이라 일컬어지기도 하며, 커버버툼(150)은 버텀커버라 일컬어지기도 한다.
앞서 전술한 바와 같이, 본 발명의 액정표시장치(100)는 LED(200)의 상부에 광확산렌즈모듈(300)을 구비함으로써, 각각의 LED(200)로부터 출사되는 광의 지향각을 향상시킬 수 있는 동시에 확산판(124) 및 광확시트(126)의 처짐을 방지할 수 있다.
따라서, 실질적으로 백라이트 유닛(120) 내의 색섞임 공간이 증가되는 결과를 얻을 수 있고, 색섞임된 광은 반사판(122)에 의해 반사된 광과 함께 확산판(124)을 비롯한 광학시트(126)를 통과하는 과정에서 보다 균일한 면광원의 형태로 액정패널(110)에 공급하게 된다.
또한, LED(200)에서 출사되는 광의 지향각이 넓어짐으로써, 확산판(124)과 LED(200) 간의 이격거리를 최소화하더라도, LED 무라(mura) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 확산판(124)과 광학시트(126)의 처짐을 방지하게 됨으로써, 확산판(124)과 광학시트(126)의 처짐에 의한 휘도 불균일 현상이 발생하는 것을 방지하게 된다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 LED와 광확산렌즈모듈을 확대 도시한 사시도이며, 도 5b는 도 5a의 단면도이다.
도시한 바와 같이, 커버버툼(150) 상에 LED 어셈블리(128)가 안착되는데, LED 어셈블리(128)는 다수개의 LED(200)가 일정 간격 이격하여 표면실장기술(surface mount technology : SMT)에 의해 PCB(127) 상에 장착되어 이루어진다.
여기서, PCB(127)는 방열기능을 구비한 메탈코어인쇄회로기판(Metal Core Printed Circuit Board)으로, MCPCB(127) 배면에는 방열판(미도시)을 마련하여 각각의 LED(200)로부터 열을 전달받아 외부로 방출할 수 있도록 할 수 있다.
이러한 LED 어셈블리(128) 상에 반사판(122)이 안착되어, PCB(127)와 커버버툼(150) 내면 전체를 덮게 되는데, 이러한 반사판(122)에는 각각의 LED(200)가 통과할 수 있는 복수개의 관통홀(123)이 구성되어 각각의 LED(200)는 관통홀(123)을 통해 노출된다.
특히, 본 발명은 반사판(122)의 관통홀(123)을 통해 노출된 LED(200) 상부에 각각의 LED(200)와 대응하여 광확산렌즈(320)가 구비된 광확산렌즈모듈(300)을 위치시키는 것을 특징으로 한다.
광확산렌즈모듈(300)은 각각의 LED(200)를 덮는 광학산렌즈(320)와 각각의 광확산렌즈(320)를 연결하는 지지대(310), 지지대(310) 상에 액정패널(도 3의 110) 측으로 진행할수록 지름이 작아지는 원뿔 형상의 기둥(330) 그리고 광확산렌즈모듈(300)을 고정하기 위한 고정단(340)으로 이루어진다.
이들 각각에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 광확산렌즈(320)는 렌즈의 외부면(321), 렌즈의 내부면(323), 렌즈의 바닥면(325) 및 렌즈의 내부면(323)과 바닥면(325) 사이의 공간인 내부 공간부(327)로 이루어진다.
이에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 렌즈의 외부면(321)은 내부면(323) 쪽으로 오목한 중앙부(321a), 중앙부(321a) 주변에 볼록하게 형성된 전반사부(321b), 전반사부(321b)로부터 아래로 이어지는 측면부(321c)로 구분된다.
이때, 중앙부(321a)는 LED(200)의 발광면의 중앙과 대향한다.
렌즈의 내부면(323)을 통해 입사되는 빛은 굴절 없이 그대로 중앙부(321a)를 통과하여, 광확산렌즈(320)의 전방으로 출사된다.
그리고, 전반사부(321b)는 렌즈의 내부면(323)을 통해 입사되는 빛을 전반사시킨다. 전반사부(321b)에 의해 전반사된 빛은 렌즈의 바닥면(325) 방향으로 진행되며, 반사판(122)에 의해 반사되어 전방을 향해 출사된다.
그리고, 측면부(321c)는 렌즈의 내부면(323)을 통해 입사되는 빛을 그 입사각에 따라 굴절시켜 확산시키게 된다.
따라서, LED(200)로부터 출사되는 광을 넓게 확산시키게 된다.
즉, LED(200)로부터 출사된 광 중 광확산렌즈(320)의 중심으로 집중되는 광은 중앙부(321a)에 분산되어 좌, 우 휘도가 상승되고 넓은 지향각을 갖게 된다.
이러한 광확산렌즈(320)는 비구면(非 球面)형태를 갖는데, 광확산렌즈(320)의 형상은 아래 수학식(1)로 정의할 수 있다.
Figure 112010064292862-pat00001
..... 수학식(1)
위의 수학식(1)에서, r은 광확산렌즈(320) 바닥면의 반지름, c는 곡면의 곡률, k는 코닉상수(conic constant), A는 4차항의 비구면 계수, B는 6차항의 비구면 계수, C는 8차항의 비구면 계수 및 D는 10차항의 비구면 계수이다. 곡면의 곡률은 광확산렌즈(320)의 중앙부(321a)의 곡률을 의미한다.
수학식(1)에서, 광확산렌즈(320) 바닥면의 반지름은 0.25보다 크고, 5와 같거나 작은 값을 가지고, 코닉상수(k)는 -12보다 크고, 0과 같거나 작은 값을 가진다. 또한, 비구면 계수 A는 -0.01보다 크고 0과 같거나 작은 값을 가지고, 비구면 계수 B는 0 보다 크고 0.0001과 같거나 작은 값을 가지며, 비구면 계수 C는 -0.000001보다 크고 0과 같거나 작은 값을 가지고, 비구면 계수 D는 0보다 크고 0.000000001과 같거나 작은 값을 가진다.
또한, 광확산렌즈(320)의 비구면을 더욱 정교하게 만들기 위해, A, B, C, D 이외의 비구면 계수를 가지는 고차항이 추가될 수 있다.
이때, 렌즈의 내부면(323)은 외부면(321) 쪽으로 오목한 타원형 단면의 형태를 가지며, 따라서, 광확산렌즈(320)의 두께는 외부면(321)의 중앙부(321a)에서 가장 얇다.
내부 공간부(327)는 렌즈의 내부면(323)과 바닥면(325) 사이의 공간이며, 내부 공간부(327)의 중앙에 LED(200)가 위치한다. 내부 공간부(327)에서 LED(200)를 수납하고 남은 공간은 공기층으로 채워질 수 있다.
이때, 광확산렌즈(320)는 LED(200)의 발광면에 대응하는 형태로 이루어지는데, 즉, LED(200)가 도 4에 도시한 바와 같이 가로, 세로의 길이의 비가 1:1이 아닌 직사각형의 형태로 이루어져 LED(200)로부터 광이 출사되는 발광면이 직사각형의 형태로 이루어질 경우, 광확산렌즈(320) 또한 LED(200)의 길이에 대응하는 타원형 반구형태를 이루도록 형성하는 것이다.
따라서, LED(200)로부터 출사되는 광을 원형 형태로 균일하게 확산시킬 수 있다. 결국 직사각형 형태의 LED(200)의 발광면에 최적화된 광확산렌즈(320)를 설계할 수 있는 것이다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 LED(200) 상부에 LED(200)의 발광면에 최적화된 광확산렌즈(320)를 구비함으로써, 각각의 LED(200)로부터 출사되는 광의 지향각을 향상시키게 된다.
이에, 실질적으로 백라이트 유닛(도 3의 120) 내의 색섞임 공간이 증가되는 결과를 얻을 수 있고, 색섞임된 광은 반사판(122)에 의해 반사된 광과 함께 확산판(도 3의 124)을 비롯한 광학시트(도 3의 126)를 통과하는 과정에서 보다 균일한 면광원의 형태로 액정패널(도 3의 110)에 공급된다.
또한, LED(200)에서 출사되는 광의 지향각이 넓어짐으로써, 확산판(도 3의 124)과 LED(200) 간의 이격거리를 최소화하더라도, LED 무라(mura) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 이러한 광확산렌즈(320)는 지지대(310)를 통해 다수개가 일체형으로 이루어지는데, 지지대(310)에는 액정패널(도 3의 110) 측으로 진행할수록 지름이 작아지는 원뿔 형상의 기둥(330)이 구성되어 있다.
이때, 도면상으로는 6개의 광확산렌즈(320)가 지지대(310)를 통해 일체형으로 이루어지는 것을 일예로 하였으나, 광확산렌즈(320)의 개수는 두개 이상이 구비되는 한 그 개수는 제한이 없다.
그리고, 지지대(310) 상에 형성되는 원뿔 형상의 기둥(330)은 광확산렌즈모듈(300) 상부에 위치하게 되는 확산판(도 3의 124) 일부를 지지하게 된다.
이때, 기둥(330)은 확산판(도 3의 124)의 일부를 지지할 수 있는 어떠한 형태로도 형성가능하나, 확산판(도 3의 124)을 지지하는 영역이 가장 최소화되도록 하여, 확산판(도 3의 124)에 기둥(330)에 의한 얼룩이 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
이에, 확산판(도 3의 124) 측으로 진행할수록 지름이 작아지는 원뿔 형상의 기둥(330)이 가장 바람직하다.
이를 통해, 확산판(도 3의 124)과 광학시트(도 3의 126)의 처짐을 방지하게 됨으로써, 확산판(도 3의 124)과 광학시트(도 3의 126)의 처짐에 의한 휘도 불균일 현상이 발생하는 것을 방지하게 된다.
그리고, 본 발명의 광확산렌즈모듈(300)은 지지대(310)의 배면으로 반사판(122)과 PCB(127) 그리고 커버버툼(150)을 관통해서 광확산렌즈모듈(300) 전체를 고정시키는 고정단(340)이 구성된다.
즉, 각각의 LED(200) 를 덮는 다수개의 광확산렌즈(320)는 개별적으로 각각 고정되는 것이 아니라, 지지대(310)를 통해 일체화된 다수개가 고정단(340)을 통해 액정표시장치 내에서 그 위치가 고정된다.
이때, 고정단(340)은 후크(hook) 방식으로, 지지대(310)의 하방으로 돌출되어 양측으로 걸림단(341a, 341b)이 구성되며, 걸림단(341a, 341b)의 일끝단에는 걸림턱(343)이 구성된다.
이러한 고정단(340)을 포함하는 광확산렌즈모듈(300)을 반사판(122)과 PCB(127) 그리고 커버버툼(150)을 관통하여 고정하기 위해, 반사판(122)과 PCB(127) 그리고 커버버툼(150) 상에 적어도 하나의 고정홀(122a, 127a, 150a)이 구비된다.
이러한 광확산렌즈모듈(300)은 고정단(340)을 반사판(122)과 PCB(127) 그리고 커버버툼(150)에 구비된 고정홀(122a, 127a, 150a)에 빠듯하게 끼움 삽입함으로써, 광확산렌즈모듈(300)을 반사판(122) 상에 완전하게 고정한다.
즉, 광확산렌즈모듈(300)의 고정단(340)을 반사판(122)과 PCB(127) 그리고 커버버툼(150) 상에 구성된 고정홀(122a, 127a, 150a)에 끼움 삽입하는 과정에서, 고정단(340)양측에 구성된 걸림단(341a, 341b)이 오므려져 고정홀(122a, 127a, 150a)을 빠듯하게 통과하게 된다.
이후, 오므려진 걸림단(341a, 341b)을 걸림단(341a, 341b)의 일끝단에 구성된 걸림턱(343)이 커버버툼(150) 배면의 관통홀(150a) 가장자리에 고정되도록 원래대로 펼쳐지게 되는데, 이때, 걸림단(341a, 341b)의 펼져지는 힘에 의해 걸림턱(343)이 고정홀(122a, 127a, 150a)의 가장자리에 일정 압력을 가하게 됨으로써 광확산렌즈모듈(300)이 고정되게 된다.
도 6a ~ 6b는 LED 상부에 광확산렌즈의 유무에 의해 달라지는 광의 지향각을 나타낸 도면이다.
도 6a에 도시한 바와 같이, LED(200) 상부에 광확산렌즈(320)가 없을 경우에는 LED(200)에서 발광된 광은 공기 상으로 바로 출사된다.
이에 반해 도 6b에 도시한 바와 같이, LED(200) 상부에 광확산렌즈(320)가 구비될 경우에는 광확산렌즈(320)의 중앙부(321a)에 의해 렌즈의 내부면(323)을 통해 입사되는 빛을 굴절 없이 그대로 진행되어, 광확산렌즈(320)의 전방으로 출사시키며, 전반사부(321b)에 의해 렌즈의 내부면(323)을 통해 입사되는 빛을 전반사 시킨다.
전반사부(321b)에 의해 전반사된 빛은 렌즈의 바닥면(325) 방향으로 진행되며, 반사판(도 5b의 122)에 의해 반사되어 전방을 향해 출사되고, 측면부(321c)는 렌즈의 내부면(323)을 통해 입사되는 빛을 그 입사각에 따라 굴절시켜 확산시키게 된다.
따라서, LED(200) 상부에 광확산렌즈(320)가 구비됨으로써, LED(200)로부터 출사되는 광은 보다 넓은 지향각을 갖게 되는 것이다.
이에, 실질적으로 백라이트 유닛(도 3의 120) 내의 색섞임 공간이 증가되는 결과를 얻을 수 있고, 색섞임된 광은 반사판(도 5b의 122)에 의해 반사된 광과 함께 확산판(도 3의 124)을 비롯한 광학시트(도 3의 126)를 통과하는 과정에서 보다 균일한 면광원의 형태로 액정패널(도 3의 110)에 공급된다.
또한, LED(200)에서 출사되는 광의 지향각이 넓어짐으로써, 확산판(도 3의 124)과 LED(200) 간의 이격거리를 최소화하더라도, LED 무라(mura) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
즉, 첨부된 도 7은 본 발명에 따른 광확산렌즈(320)를 포함하는 백라이트 유닛(도 3의 120)의 일부 단면도로서, 액정패널(110)과 특히 PCB(127)의 길이방향을 따라 절단한 단면의 일부이다.
아울러 설명의 편의를 위해 LED(200) 각각에 대한 출사광을 함께 표시하였는데, 본 발명의 LED(200)로부터 출사된 광은 광확산렌즈모듈(300)의 광확산렌즈(320)에 의해 측방으로 확산되어 LED(200)로부터만 출사되는 지향각에 비해 실질적으로 광의 지향각이 크게 증가된 결과를 나타낸다.
따라서, 본 발명의 액정표시장치(도 3의 100)는 경량 및 박형화를 위하여, LED(200)와 확산판(124) 사이간격(A')을 줄일 경우에도 LED(200)에 대응하는 영역에서 핫스팟(hot spot)이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, LED(200)와 이에 인접한 LED(200) 사이에 LED(200)로부터 출사된 광이 서로 중첩 및 혼합되지 않는 암부(도 2의 B)가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이로 인하여, LED 무라(mura) 현상이 발생하는 것을 방지하게 되는 것이다.
또한, 광확산렌즈모듈(300)의 확산판(124) 측으로 진행할수록 지름이 작아지는 원뿔 형상의 기둥(330)을 통해, 확산판(124)의 일부를 지지하게 된다.
이를 통해, 확산판(124) 및 광확시트(126)의 처짐이 발생하는 것을 방지하게 된다.
따라서 광확산렌즈모듈(300)의 원뿔 형상의 기둥(330)에 의해 LED(200)와 확산판(124) 사이간격(A')을 균일하게 제어할 수 있다.
이때, 광확산렌즈모듈(300)은 지지대(310)의 배면으로 구비된 고정단(340)의 걸림단(341a, 341b)을 반사판(122)과 PCB(127) 그리고 커버버툼(150)에 형성된 고정홀(122a, 127a, 150a)에 끼움 삽입됨으로써, 광확산렌즈모듈(300) 전체를 고정시키게 된다.
이때, 고정단(340)의 걸림단(341a, 341b)의 끝단에 구성된 걸림턱(343)은 커버버툼(150) 배면의 관통홀(150a) 가장자리에 고정된다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 백라이트 유닛(도 3의 120)은 LED(200)의 상부에 광확산렌즈(320)를 구비함으로써, LED(200)로부터 출사되는 광이 기존의 LED(도 2의 28)로부터 출사되는 광에 비해 보다 넓은 광의 지향각을 갖게 되므로, 백라이트 유닛(도 3의 120) 내의 색섞임 공간을 증가시킬 수 있다.
따라서, LED(200)와 확산판(124) 사이간격(A')을 줄일 경우에도 LED(200)에 대응하는 영역에서 핫스팟(hot spot)이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, LED(200)와 이에 인접한 LED(200) 사이에 LED(200)로부터 출사된 빛이 서로 중첩 및 혼합되지 않는 암부(도 2의 B)가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이로 인하여, LED 무라(mura) 현상이 발생하는 것을 방지하게 되며, 백라이트 유닛(도 3의 120)의 두께를 줄일 수 있다.
또한, 광확산렌즈(320)와 일체형으로 이루어지는 원뿔 형상의 기둥(330)에 의해 확산판(124)의 일부를 지지함으로써, 이를 통해, 확산판(124)과 광학시트(126)의 처짐을 방지하게 됨으로써, 확산판(124)과 광학시트(126)의 처짐에 의한 휘도 불균일 현상이 발생하는 것을 방지하게 된다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
110 : 액정패널, 122 : 반사판, 123 : 관통홀
124 : 확산판, 126 : 광학시트
128 : LED 어셈블리(200 : LED, 127 : PCB)
150 : 커버버툼
300 : 광확산렌즈모듈
310 : 지지대, 320 : 광확산렌즈, 311 : 렌즈 외부면(311a : 중앙부, 311b : 전반사부, 311c : 측면부)
313 : 렌즈 내부면, 315 : 바닥면, 317 : 내부 공간부
330 : 원뿔 형상의 기둥, 340 : 고정단(341a, 341b : 걸림단, 343 : 걸림턱)
122a, 127a, 150a : 고정홀,

Claims (11)

  1. PCB와;
    상기 PCB 상에 일정간격 이격하여 실장되는 다수의 LED와;
    상기 다수의 LED가 통과하는 복수개의 관통홀이 구성된 반사판과;
    상기 반사판 상에 위치하여 상기 다수의 LED 각각을 덮는 다수의 광확산렌즈와 상기 다수의 광확산렌즈 각각을 연결하는 지지대 그리고, 상기 지지대 상에 위치하는 기둥이 일체형으로 구성된 광확산렌즈모듈과;
    상기 광확산렌즈모듈 상부에 위치하며, 상기 기둥에 의해 일부가 지지되는 확산판과;
    상기 확산판 상에 안착되는 광학시트와;
    상기 광학시트 상에 안착되는 액정패널
    을 포함하는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기둥은 상기 확산판을 향할수록 지름이 작아지는 원뿔 형상인 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광확산렌즈모듈은 상기 지지대로부터 하방 돌출된 고정단을 포함하는 액정표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 고정단은 양측으로 구성되며, 일정 압력에 의해 오므려지며, 상기 압력을 제거하면 원상태로 펼쳐지는 걸림단이 구비되며, 상기 걸림단은 일측 끝단에 걸림턱이 구비되는 액정표시장치
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 반사판의 하부에 커버버툼이 위치하며, 상기 PCB와, 상기 반사판과 상기 커버버툼에는 상기 고정단이 관통되는 관통홀이 형성되는 액정표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광확산렌즈는 내부면과 외부면으로 이루어지고, 상기 내부면은 상기 외부면을 향해 오목한 타원형 단면을 포함하며, 상기 외부면은 상기 내부면을 향해 오목하고 상기 LED의 발광면의 중앙과 대향하는 중앙부와 상기 중앙부의 주변에 형성되는 전반사부 그리고 상기 전반사부의 아래로 이어지는 측면부로 이루어지는 액정표시장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 광확산렌즈의 두께는 상기 중앙부에서 가장 얇으며, 상기 내부면과 상기 PCB 사이의 공간은 공기로 채워지는 액정표시장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 광확산렌즈의 상기 중앙부는 상기 내부면을 통해 입사되는 빛을 그대로 통과시키며, 상기 전반사부는 상기 내부면을 통해 입사되는 빛을 전반사시키고, 상기 측면부는 상기 내부면을 통해 입사되는 빛을 입사각에 따라 굴절시켜 확산시키는 액정표시장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 LED는 각각 방열슬러그와; 상기 방열슬러그 상에 탑재된 LED칩과; 상기 방열슬러그 상에 위치하며, 상기 LED칩의 가장자리를 두르며 상향 돌출된 측벽이 마련된 케이스와; 상기 LED칩 상부에 위치하며 상기 측벽 내부에 채워지며, 형광체를 포함하는 투명수지를 포함하는 액정표시장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 광확산렌즈는 상기 LED의 발광면에 대응하는 형태로 이루어지는 액정표시장치.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 광확산렌즈의 형상은 수학식(1)인
    Figure 112017003902523-pat00011
    로 정의되고,
    r은 상기 광확산렌즈의 바닥면의 반지름, c는 상기 중앙부의 곡률, k는 코닉상수(conic constant), A는 4차항의 비구면 계수, B는 6차항의 비구면 계수, C는 8차항의 비구면 계수, D는 10차항의 비구면 계수인 액정표시장치.
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