KR101841829B1 - 백라이트 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에지 라이트형 백라이트 유닛에서 제2 렌즈를 구비하여 광원에서 발산되는 광의 집광력을 개선시키고, 두께를 감소시킨 백라이트 유닛에 관한 것으로, 상기 백라이트 유닛의 측면에 배치되는 광원, 상기 광원을 둘러싸며 배치되고, 상기 광원으로부터 발산되는 광을 굴절시켜 발산하는 제1 렌즈, 상기 제1 렌즈를 둘러싸며 배치되고, 상기 제1 렌즈로부터 발산되는 광을 굴절시켜 발산하는 제2 렌즈, 및 상기 제2 렌즈를 빠져나온 광들을 광학시트를 향해 반사하는 반사시트를 포함하고, 상기 광원에서부터 발산되는 광의 지향각을 좁히도록, 상기 제1 렌즈의 출사면은 상기 광원으로부터 발산되는 광의 진행 방향으로 볼록하게 형성되며, 상기 제2 렌즈의 입사면은 상기 제1 렌즈로부터 출사되는 광의 진행 방향으로 오목하게 형성되고, 상기 제2 렌즈의 출사면은 상기 제1 렌즈로부터 출사되는 광의 진행 방향으로 볼록하게 형성되는 백라이트 유닛을 개시한다.

Description

백라이트 유닛{BACKLIGHT UNIT}

본 발명은 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 에지 라이트형 백라이트 유닛에서 제2 렌즈를 구비하여 광원에서 발산되는 광의 집광력을 개선시키고, 두께를 감소시킨 백라이트 유닛에 관한 것이다.

평판 디스플레이(FPD; Flat Panel Display) 장치는 TV, 휴대폰, 노트북, 태블릿 등의 기기에 널리 사용되고 있다. 대표적인 평판 디스플레이는 플라즈마 패널 디스플레이(PDP; Plasma Display Panel) 장치, 액정 디스플레이(LCD; Liquid Crystal Display) 장치, 유기 발광 디스플레이(OLED; Organic Light-Emitting Display) 장치, 전기영동 디스플레이(electrophoretic display) 장치 등이 있다.

이러한 평판 백라이트 유닛들은 영상을 표시하는 디스플레이 패널을 구비한다. 그런데, 패널 자체적으로 광을 생성할 수 없는 액정 디스플레이 패널은 광을 패널에 공급하는 백라이트 유닛을 구비한다.

백라이트 유닛은 광원의 위치에 따라 에지라이트형(edge light type)과 직하형(direct light type)으로 나눌 수 있다. 그리고, 광원으로는 LED(Light Emitting Diode)가 많이 사용되고 있다.

에지라이트형 백라이트 유닛은 측부에 배치된 광원으로부터 광을 공급받기 때문에, 에지라이트형 백라이트 유닛에는 측부로부터의 광을 디스플레이 패널 방향으로 전환 및 전달시키는 도광판이 사용되어 왔다. 하지만 최근에는 도광판을 사용하지 않으면서 광을 반사시트에 의해 디스플레이 패널 방향으로 보내는 기술이 개발되고 있다.

도 1a는 종래의 도광판이 제거된 에지라이트형 백라이트 유닛의 개략적인 단면도이며, 도 1b는 도 1a의 광원으로부터 발산되는 광과 렌즈를 통과한 광의 지향각을 나타내는 그래프이다.

도 1a를 참조하면, 종래의 에지라이트형 백라이트 유닛(100P)는 광원(10), 집광렌즈(20), 반사시트(40), 광학시트들(50) 및 디스플레이 패널(60)등을 포함하여 구성된다. 이러한 구성요소들은 상부 커버(61) 및 하부 커버(62)내에 내장되며, 디스플레이 패널(60)과 광학시트들(50)은 몰드 프레임(63)에 의해 분리된다.

디스플레이 패널(60)은 예를 들어 액정 디스플레이 패널이며, 광학시트들(50)은 확산 시트, 프리즘 시트 등이 적층되어 형성될 수 있다. 반사시트(40)는 광학시트들(50)의 후면에 내부 공간(S)을 형성하도록 배치되며, 반사시트(40)의 내측면은 입사되는 광을 반사시키도록 구성된다.

광원(10)으로는 LED가 사용될 수 있다. 에지라이트형 백라이트 유닛(100P)에서 광원(10)은 디스플레이 패널(60)의 측면에 배치되고 디스플레이 장치(100P)의 중앙 부분을 향해 광을 조사한다.

도 1b를 참조하면, 광원(10)으로 사용되는 LED의 지향각(A)은 약 120° 정도를 나타내는 것을 알 수 있다. 이러한 LED의 넓은 지향각의 특성 때문에 광원(10)부근에서 광몰림 현상이 발생될 수 있다. 즉, 광원(10)으로부터의 광이 패널(60)의 중앙 부근까지 멀리 진행되지 못하고, 광원(10)과 가까운 부분에서 외부로 방출된다.

이러한 광몰림 현상을 해결하기 위하여, 광을 굴절시키는 집광렌즈(20)는 광원(10)에 인접하여 배치된다. 집광렌즈(20)를 통과하며 굴절된 광의 지향각은 좁아지게 된다. 집광렌즈(20)를 통과한 광은 반사시트(40)에 의해 디스플레이 패널(60)로 조사된다. 이에 따라, 도광판이 구비되지 아니하여도 광원(10)으로부터 발산되는 광은 광원으로부터 먼 곳까지 도달하고, 광은 반사시트(40)에 의해 반사되어 디스플레이 패널(60)로 공급될 수 있다.

그런데, 이러한 단일 렌즈는 여러가지 문제점을 가진다. 우선, 단일 렌즈는 광의 지향각을 좁히는 집광성능에 한계를 갖는다. 구체적으로, 같은 형상의 렌즈가 광원과 가까이 배치되면, 렌즈가 광원과 일정거리 이상으로 이격되어 배치된 것보다 집광성능이 저하된다. 따라서, 렌즈의 집광성능을 높이기 위해서는 광원과 일정한 거리(L)를 유지하여야 한다. 그런데, 광원의 지향각은 대략 120°이므로, 광원과 렌즈의 이격된 거리로 인해 렌즈는 광원에서 발산되는 광 중의 일부를 흡수하지는 못하게 되어 광효율이 떨어지게 된다. 또한, 렌즈와 광원과의 거리가 일정거리 이상으로 이격되어야 하므로 베젤(Bezel)이 넓은 문제점이 있었다.

또한, 단일 렌즈는 비교적 복잡한 형상으로 형성된다. 구체적으로 렌즈는 입사면이 단순한 하나의 비구면으로 이루어지지 않는다. 또한, 집광성능을 높이기 위하여 렌즈의 출사면 또한 비구면과 평면 등으로 나뉘어 복잡하게 형성되어야 한다. 이러한 복잡한 렌즈의 형상으로 인해 렌즈는 각각의 면들에 대한 민감도가 높아지는 단점이 있다. 구체적으로 렌즈의 각 면의 작은 공차 또는 오차가 발생하게 되어도 렌즈를 통과하는 광의 지향각이 크게 달라지게 된다.

아울러, 복잡한 형상의 단일 렌즈는 집광성능을 위하여 그 폭이 넓어지게 되며, 넓어진 폭만큼 백라이트 유닛의 두께가 두꺼워 진다.

한국 특허출원번호 제10-2009-0102124호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 제1 렌즈 및 제2 렌즈를 구비함으로써 집광성능을 향상시킨 백라이트 유닛을 제공함에 있다.

또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 렌즈와 광원과의 거리를 줄여 입광부의 베젤(Bezel) 거리를 좁힐 수 있는 백라이트 유닛을 제공함에 있다.

또한 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 제1 렌즈를 통해 1차적으로 집광함으로써 형상을 단순하여 제조하기 쉬우며 공차나 오차에 따라 집광성능에 미치는 영향이 적은 제2 렌즈를 포함하는 백라이트 유닛을 제공함에 있다.

또한 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 제1 렌즈 및 제2 렌즈를 통해 집광성능을 개선시킴으로써 보다 두께가 얇아진 백라이트 유닛을 제공함에 있다.

본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛은, 디스플레이 장치에 배치되고, 도광판이 삭제된 백라이트 유닛에 있어서, 상기 백라이트 유닛의 측면에 배치되는 광원, 상기 광원을 둘러싸며 배치되고, 상기 광원으로부터 발산되는 광을 굴절시켜 발산하는 제1 렌즈, 상기 제1 렌즈를 둘러싸며 배치되고, 상기 제1 렌즈로부터 발산되는 광을 굴절시켜 발산하는 제2 렌즈, 및 상기 제2 렌즈를 빠져나온 광들을 광학시트를 향해 반사하는 반사시트를 포함하고, 상기 광원에서부터 발산되는 광이 상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈를 통과하며 집광되도록, 상기 제1 렌즈의 출사면은 상기 광원으로부터 발산되는 광의 진행 방향으로 볼록하게 형성되며, 상기 제2 렌즈의 입사면은 상기 제1 렌즈로부터 출사되는 광의 진행 방향으로 오목하게 형성되고, 상기 제2 렌즈의 출사면은 상기 제1 렌즈로부터 출사되는 광의 진행 방향으로 볼록하게 형성된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 광원이 배치되는 기판을 더 포함하고, 상기 기판, 상기 기판에 배치되는 상기 광원, 및 상기 광원 및 상기 기판의 적어도 일부를 덮도록 배치되고 상기 광원으로부터 발산되는 광을 굴절시켜 집광시키는 상기 제1 렌즈는 일체로 형성되어 일체형 광원-렌즈 패키지를 이룰수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 렌즈는, 상기 제1 렌즈의 출사면으로부터 조사되는 광들을 실질적으로 대부분 흡수하며 상기 제2 렌즈를 통해 조사되는 광들을 집광시키도록, 상기 제2 렌즈의 입사면의 곡률(R1) 및 상기 제2 렌즈의 출사면의 곡률(R2)이 결정될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 렌즈는, 상기 제2 렌즈의 입사면이 상기 제1 렌즈의 출사면을 통과하며 굴절된 광을 실질적으로 대부분 수용하도록, 상기 광원으로부터 기결정된 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 렌즈는, 상기 광원의 상면에서부터 상기 제2 렌즈의 입사면까지의 거리(S)와 상기 제2 렌즈의 초점거리(f)가 다음의 관계식을 만족하도록, 상기 광원으로부터 이격되어 배치될 수 있다.

[관계식]

S≒f, 1/f=(n-1)[1/R1 -1/R2 +(n-1)d/(n*R1*R2)](단, 여기서 n은 제2 렌즈의 굴절률, R1은 제2 렌즈의 입사면의 곡률, R2는 제2 렌즈의 출사면의 곡률, d는 제2 렌즈의 두께.)

기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 백라이트 유닛은 일체화된 기판, 광원 및 제1 렌즈를 통해 1차적으로 집광시킨 후 제2 렌즈를 통해 한 차례 더 집광시킴으로써, 집광성능을 높일 수 있다.

또한, 본 발명의 백라이트 유닛은 제1 렌즈를 통해 1차적으로 집광된 광을 조사함으로써, 제2 렌즈의 비구면이 보다 단순화될 수 있으며, 이에 따라 제2 렌즈의 제작이 용이하게 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 백라이트 유닛은 제1 렌즈 및 제2 렌즈를 통해 집광성능을 향상시킴으로써 제2 렌즈의 폭을 보다 작게 형성할 수 있으며, 이에 따라 백라이트 유닛의 두께를 얇게 제작할 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1a는 종래의 도광판이 제거된 에지라이트형 백라이트 유닛의 개략적인 단면도이고, 도 1b는 도 1a의 광원으로부터 발산되는 광과 렌즈를 통과한 광의 지향각을 나타내는 그래프이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛을 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 2b는 도 2a에 따른 지향각을 나타내는 그래프이다.
도 3a는 도 2a에 도시된 광원 및 제1 렌즈를 설명하기 위한 개념도이고, 도 3b는 제1 렌즈의 폭 및 광원에 폭에 따른 광효율과 제1 렌즈의 높이와 폭의 비율에 따른 광효율 및 반치폭의 변화를 나타낸 표이다.
도 4는 도 2a에 도시된 제2 렌즈를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 도 2a에 도시된 광원, 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 관계를 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 도 2a에 도시된 광원, 제1 렌즈 및 제2 렌즈를 통과하며 광이 조사되는 모습을 설명하기 위한 개념도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

구성요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 ‘직접’이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.

소자 또는 층이 다른 소자 또는 층 위(on)로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛을 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 2b는 도 2a에 따른 지향각을 나타내는 그래프이다.

백라이트 유닛(100)은 디스플레이 장치(200)의 내부에 배치되어 디스플레이 패널(160)에 광을 공급한다. 본 발명에 따르는 백라이트 유닛(100)은 도광판을 구비하지 않는다. 백라이트 유닛(100)은 광원(110), 제1 렌즈(120), 제2 렌즈(130) 및 반사시트(140)를 포함한다. 상술한 구성들은 상부 커버(161) 및 하부 커버(162)의 내부에 내장된다. 그리고, 디스플레이 패널(160)과 광학시트들(150)은 몰드 프레임(163)에 의해 분리되며, 몰드 프레임(163)은 광원(110), 제1 렌즈(120) 및 제2 렌즈(130)를 지지할 수 있다.

광원(110)은 백라이트 유닛(100)의 측면에 배치된다. 측면에 배치된 광원(110)으로부터 발산되는 광의 진행 방향(a)은 디스플레이 장치(200)의 중앙 부분을 향한다. 광원(110)으로는 LED가 사용될 수 있다. 도 2b를 참조하면, 광원(110)은 대략 120°의 지향각을 갖는다.

제1 렌즈(120)는 광원(110)을 둘러싸며 배치된다. 제1 렌즈(120) 광원(110)으로부터 발산되는 광을 집광시켜 발산한다. 제1 렌즈(120)는 광원(110)에서 발산되는 광의 대부분의 광을 렌즈 내부에서 수렴하고, 굴절 및 반사시켜 제2 렌즈(130)를 향하도록 제1 렌즈(120)의 전면을 향해 발산한다. 광원(110)에서 조사되는 광의 지향각은 대략 120°이다. 반면에, 도 2b를 참조하면 제1 렌즈(120)는 광의 지향각(B)을 대략 80° 내지 90°가 되도록 집광시킨다.

제2 렌즈(130)는 제1 렌즈(120)를 둘러싸고 배치된다. 제2 렌즈(130)는 제1 렌즈(120)에서 기결정된 거리만큼 이격되어 배치된다. 이러한 제1 렌즈(120) 및 제2 렌즈(130) 사이의 이격거리는 자세하게 후술한다. 제2 렌즈(130)는 제1 렌즈(120)로부터 발산되는 광을 굴절시켜 광의 지향각을 향상시킨 후 반사시트(140)를 향해 광을 조사한다. 도 2b를 참조하면 제2 렌즈(130)를 통과하며 집광된 광의 지향각(C)은 대략 6°가 된다.

반사시트(140)는 광학시트들(150)의 후면에 내부 공간(S)을 형성하도록 배치된다. 반사시트(140)의 내측면은 제2 렌즈(130)로부터 발산되는 광을 광학시트들(150)을 향해 반사시킨다. 도광판이 삭제된 백라이트 유닛(100)에서 반사시트(140)는 광원(110)에서 멀어지면서 광학시트들(150)에 점차 가깝게 벤딩될 수 있다. 그런데, 제1 렌즈(120) 및 제2 렌즈(130)를 통과하며 광의 지향각이 향상됨으로써, 반사시트(140)는 광원(110)에 인접한 부분에서부터 벤딩되어, 벤딩되는 각도가 줄어들게 형성될 수 있다. 즉, 반사시트(140)는 종래의 반사시트가 밴딩되는 지점보다 더 앞선(더 광원에서 가까운) 지점에서부터 벤딩되어 형성될 수 있다.

한편, 광원(110)에서부터 발산되는 광의 지향각을 좁히도록, 제1 렌즈의 출사면(121)은 광원(110)으로부터 발산되는 광의 진행 방향(a)으로 볼록하게 형성되며, 제2 렌즈의 입사면(131)은 제1 렌즈(120)로부터 출사되는 광의 진행 방향(a)으로 오목하게 형성되고, 제2 렌즈의 출사면(132)은 제1 렌즈(120)로부터 출사되는 광의 진행 방향(a)으로 볼록하게 형성된다. 이를 통해, 광원(110)으로부터 발산되는 광은 제1 렌즈(120) 및 제2 렌즈(130)를 통과하며 집광된다.

한편, 광학시트들(150)은 백라이트 유닛(100)의 휘도를 향상시키기 위해 확산시트 등의 다양한 광학시트들로 구성될 수 있다. 그리고, 백라이트 유닛(100)은 디자인적 측면과 광의 균일도를 확보하기 위하여, 반사시트(140)가 벤딩되는 라인을 따라 웨지(Wedge)형상으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르는 백라이트 유닛(100)에 따르면, 제2 렌즈(130)를 통과하며 집광된 광의 지향각이 대략 6°이므로, 반사시트(140)는 광원(110)에서 가까운 지점에서 벤딩될 수 있다. 또한, 제2 렌즈(130)의 형상이 단순해 진다. 구체적으로 제2 렌즈(130)는 비구면을 갖는 각각 하나의 면인 제2 렌즈 입사면(131) 및 제2 렌즈 출사면(132)을 가지면 된다.

이하, 제1 렌즈(120) 및 제2 렌즈(130)의 형상에 대하여 도 3a 이하의 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 3a는 도 2a에 도시된 광원 및 제1 렌즈를 설명하기 위한 개념도이다. 도 3b는 제1 렌즈의 폭 및 광원에 폭에 따른 광효율과 제1 렌즈의 높이와 폭의 비율에 따른 광효율 및 반치폭의 변화를 나타낸 표이다.

백라이트 유닛(100)은 기판(111), 광원(110) 및 제1 렌즈(120)가 일체로 형성되는 일체형 광원-렌즈 패키지(115)를 포함할 수 있다. 구체적으로 광원(110)은 기판(111)에 실장될 수 있다. 광원(110)은 기판(111)에 의해 지지된다. 그리고, 기판(111)은 광원(110)에 광을 발산할 수 있는 전기적 에너지를 공급할 수 있다. 이 때, 광원(110)은 기판(111)의 오목하게 식각된 지점에 실장될 수 있다. 제1 렌즈(120)는 광원(110) 및 광원 주변의 기판(111)의 적어도 일부를 덮도록 배치된다. 제1 렌즈(120)는 광원(110)으로부터 발산되는 광을 굴절시켜 지향각을 좁히도록, 광원(110) 및 기판(111)과 일체로 형성된다.

일체형 광원-렌즈 패키지(115)는 백라이트 유닛(100)의 측면에 복수로 배치된다. 각각의 일체형 광원-렌즈 패키지(115)는 서로 이격되어 배치될 수 있다. 한편, 일체형 광원-렌즈 패키지(115)는 기판(111)에 광원(110)을 실장한 뒤, 금형을 이용하여 제1 렌즈(120)를 사출하는 방식을 통해 형성될 수 있다. 한편, 제1 렌즈의 출사면(121)은 타원 또는 포물선 등의 비구면 형상을 가질 수 있다.

도 3b의 (a)는 제1 렌즈의 폭(W1) 및 광원의 폭(A)에 따른 광효율을 나타낸 표이다. 먼저 (a)를 참조하면, 제1 렌즈의 폭(W1)이 광원의 폭(A)의 대략 1배일 때, 제1 렌즈(120)의 광효율은 대략 85%이다. 광효율이 떨어지는 이유는 다음과 같다. 광원(110)의 지향각은 대략 120°로 형성된다. 제1 렌즈의 폭(W1)이 광원의 폭(A)에 비하여 충분히 크지 않게 형성되었을 때는 광원(110)으로부터 발산되는 광의 일부분은 제1 렌즈(120)의 측면을 통해 빠져나간다. 즉, 광의 일부분이 제1 렌즈(120)내부에서 전반사 되어 제1 렌즈(120)의 전면쪽을 향해 조사되지 않고 빠져나가므로, 제1 렌즈(120)를 통한 광효율이 떨어지게 된다.

제1 렌즈의 폭(W1)이 광원의 폭(A)의 대략 1.5배일 때, 제1 렌즈(120)의 광효율은 대략 90%가 넘는다. 제1 렌즈의 폭(W1)이 광원의 폭(A)보다 1.5 배 이상으로 형성되었을 때는 광원(110)으로부터 발산되는 광의 90% 이상은 제1 렌즈(120)내에서 전반사 등을 통해 제1 렌즈(120)의 전면부를 향하여 조사된다.

제1 렌즈의 폭(W1)이 광원의 폭(A)의 대략 2배일 때, 제1 렌즈(120)의 광효율은 대략 95%가 된다. 제1 렌즈의 폭(W1)이 광원의 폭(A)보다 충분히 크므로, 제1 렌즈(120)는 광원(110)으로부터 발산되는 광의 대부분을 전반사 및 굴절을 통해 제1 렌즈(120)의 전면부를 향해 조사할 수 있다.

따라서, 충분한 광효율을 위해 제1 렌즈의 폭(W1)은 광원의 폭(A)의 대략 1.5배 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.

도 3b의 (b)는 제1 렌즈의 높이(H1)와 폭(W1)의 비율에 따른 광원(110)의 효율과 반치폭(지향각의 절반)의 변화를 나타낸 표이다.(b)를 참조하면, 제1 렌즈의 높이(H1)가 제1 렌즈의 폭(W1)의 0.5배일 때, 제1 렌즈(120)의 광효율은 대략 88%이고, 제1 렌즈(120)에서 조사되는 광의 반치폭은 대략 60도이다.

그리고, 제1 렌즈의 높이(H1)가 제1 렌즈의 폭(W1)의 1배일 때, 제1 렌즈(120)의 광효율은 대략 94%이고, 제1 렌즈(120)에서 조사되는 광의 반치폭은 대략 50도이다.

또한, 제1 렌즈의 높이(H1)가 제1 렌즈의 폭(W1)의 1.5배일 때, 제1 렌즈(120)의 광효율은 대략 92%이고, 제1 렌즈(120)에서 조사되는 광의 반치폭은 대략 40도이다.

또한, 제1 렌즈의 높이(H1)가 제1 렌즈의 폭(W1)의 1.5배일 때, 제1 렌즈(120)의 광효율은 대략 88%이고, 제1 렌즈(120)에서 조사되는 광의 반치폭은 대략 32도이다.

이 표를 살펴보면, 제1 렌즈의 높이(H1)의 길이가 제1 렌즈의 폭(W1)의 길이보다 길어질수록, 제1 렌즈(120)를 통과하며 출사되는 광의 반치폭이 줄어드는 것을 알 수 있다. 즉, 제1 렌즈의 높이(H1)의 길이가 제1 렌즈의 폭(W1)의 길이보다 상대적으로 길어질수록 제1 렌즈(120)의 집광성능이 향상된다. 표를 참고하면, 제1 렌즈(120)가 광원(110)으로부터 발산되는 광을 충분히 집광시키기 위해서는 제1 렌즈의 높이(H1)가 제1 렌즈의 폭(W1)의 1배 이상이 되도록 제1 렌즈(120)를 형성하는 것이 바람직하다.

광효율은 제1 렌즈의 높이(H1)와 폭이 1:1인 경우에 제일 높게 나타난다. 하지만, 제1 렌즈의 높이(H1)가 제1 렌즈의 폭(W1)의 2배인 경우에도 광효율은 대략 88%로 충분하다. 또한, 제1 렌즈의 높이(H1)가 제1 렌즈의 폭(W1)보다 큰 경우에 나타나는 광효율의 저하되는 정도보다 향상되는 집광성능 매우 크므로, 제1 렌즈의 높이(H1)가 제1 렌즈의 폭(W1)보다 크거나 같도록 형성되는 것이 바람직하다.

도 4는 도 2a에 도시된 제2 렌즈를 설명하기 위한 개념도이다.

제2 렌즈(130)는 제2 렌즈 입사면(131) 및 제2 렌즈 출사면(132)을 갖는 볼록렌즈로 형성된다. 그리고, 제2 렌즈(130)는 일체형 광원-렌즈 패키지(115)를 감싸며 기판(111)에 고정될 수 있는 지지대(135)를 갖는다.

제2 렌즈 입사면(131) 및 제2 렌즈 출사면(132)은 타원, 포물선 등의 비구면으로 형성된다. 그리고, 지지대(135)는 일체형 광원-렌즈 패키지(115)를 모두 감싸며, 제2 렌즈 입사면(131)이 제1 렌즈의 출사면(121)으로부터 기결정된 거리만큼 이격되도록 기결정된 길이를 갖는다. 제2 렌즈(130)는 복수의 일체형 광원-렌즈 패키지(115)를 감싸면서 덮을 수 있는 바타입(Bar Type)으로 형성되는 것이 바람직하다.

제2 렌즈(130)가 제1 렌즈의 출사면(121)으로부터 조사되는 광들을 실질적으로 대부분 흡수하며 제2 렌즈(130)를 조사되는 광들을 집광시키도록, 제2 렌즈 입사면(131)의 곡률(R1) 및 제2 렌즈 출사면(132)의 곡률(R2)이 결정될 수 있다.

구체적으로, 제2 렌즈(130)는 제2 렌즈 입사면(131)의 곡률(R1)이 제2 렌즈 출사면(132)의 곡률(R2)보다 크도록 형성된다. 광원은 제2 렌즈 입사면(131)과 지지대(135)로 둘러싸인 공간에 배치된다. 제2 렌즈 입사면(131)의 곡률(R1)이 제2 렌즈 출사면(132)의 곡률(R2)보다 큰 경우에, 제2 렌즈(130)의 초점은 제2 렌즈 입사면(131)과 지지대(135)로 둘러싸인 공간에 형성된다. 광원이 제2 렌즈(130)의 초점과 같아지거나, 제2 렌즈(130)의 초점보다 멀리있는 경우, 제2 렌즈(130)가 광원으로부터 발산되는 광을 충분히 집광할 수 있다. 따라서, 제2 렌즈(130)는 제2 렌즈 입사면(131)의 곡률(R1)이 제2 렌즈 출사면(132)의 곡률(R2)보다 크도록 형성된다.

그리고, 제2 렌즈 입사면(131)의 곡률(R1)이 제2 렌즈 출사면(132)의 곡률(R2)보다 큰 경우, 제2 렌즈 입사면(131)을 통해 입사된 광들이 제2 렌즈(130)를 통과하며 집광될 수 있다.

또한, 제2 렌즈 입사면(131)의 곡률(R1)은 제2 렌즈 입사면(131)에서 발생할 수 있는 전반사를 줄일 수 있도록 결정될 수 있다. 제2 렌즈 입사면(131)은 제1 렌즈 출사면(121)을 통해 조사되는 집광된 광의 실질적으로 대부분을 수용한다. 여기서, 실질적으로 대부분을 수용한다는 것의 의미는 제1 렌즈 출사면(121)을 통해 조사되는 광의 90% 이상을 수용할 수 있다는 것이다.

도면부호 d는 제2 렌즈(130)의 중심 두께이고, W2는 제2 렌즈 입사면(131)의 폭이며, W3는 제2 렌즈 출사면(132)의 폭이고, H2는 제2 렌즈(130)의 높이다.

본 발명에서의 제2 렌즈(130)의 형상은 단순화 될 수 있다. 종래의 도광판을 삭제하고 LED를 이용한 광원 및 단일 렌즈를 사용한 백라이트 유닛의 경우에는, 지향각을 좁히기 위하여 복잡한 형상의 렌즈를 이용했어야 했다. 이는 광원의 지향각이 크기 때문에 지향각을 좁히기 위해서는 여러 형상의 입사면 또는 출사면이 하나의 렌즈에 포함되어야 했기 때문이다.

반면에, 본 발명의 백라이트 유닛(100)은 제1 렌즈(120)를 통해 1차적으로 광을 집광시킨다. 제1 렌즈(120)를 통해 1차적으로 광이 집광되었기 때문에, 제2 렌즈(130)는 비구면의 제2 렌즈 입사면(131) 및 제2 렌즈 출사면(132)을 포함하는 비교적 단순한 형상으로 제작될 수 있다. 또한, 제2 렌즈(130)의 비구면의 민감성이 낮아지므로, 제2 렌즈(130)의 제작시 공차에 의해 지향각의 변화가 크지 않게 되어 제2 렌즈(130)의 제작이 용이하게 된다.

도 5는 도 2a에 도시된 광원, 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 관계를 설명하기 위한 개념도이다. 도 6은 도 2a에 도시된 광원, 제1 렌즈 및 제2 렌즈를 통과하며 광이 조사되는 모습을 설명하기 위한 개념도이다.

먼저 도 5를 참조하면, 제2 렌즈(130)는 제2 렌즈 입사면(131)이 제1 렌즈의 출사면(121)을 통과하며 굴절된 광을 실질적으로 대부분 수용하도록, 광원(110)으로부터 이격되어 배치될 수 있다. 여기서, 광을 실질적으로 대부분 수용한다는 것의 의미는 제2 렌즈 입사면(131)이 제1 렌즈 출사면(121)으로부터 발산되는 집광된 광의 대략 90% 이상을 수용한다는 의미이다.

또한, 광원(110)의 상면에서부터 제2 렌즈 입사면(131)까지의 거리(S)와 제2 렌즈(130)의 초점거리(f)가 다음의 관계식을 만족하도록, 제2 렌즈(130)는 광원(110)으로부터 이격되어 배치된다.

[관계식]

S≒f, 1/f=(n-1)[1/R1 -1/R2 +(n-1)d/(n*R1*R2)]

단, 여기서 n은 제2 렌즈(130)의 굴절률, R1은 제2 렌즈 입사면(131)의 곡률, R2는 제2 렌즈 출사면(132)의 곡률, d는 제2 렌즈(130)의 두께를 의미한다.

구체적으로 f는 제2 렌즈(130)의 초점거리이다. 이 때, 광원(110)이 제2 렌즈(130)의 초점거리(f)와 같거나, 제2 렌즈(130)의 초점거리(f)에 인접하여 배치되는 경우, 광원(110)으로부터 발산되는 광은 제2 렌즈(130)를 통해 충분히 집광될 수 있다. 따라서, 광원(110)의 상면에서부터 제2 렌즈 입사면(131)까지의 거리(S)가 제2 렌즈(130)의 광원(110)방향으로의 초점거리보다 같거나 초점거리에 인접하도록, 제2 렌즈(130)는 광원(110)으로부터 이격되어 배치되는 것이 바람직하다.

여기서, 광원(110)의 상면에서부터 제2 렌즈 입사면(131)까지의 거리(S)가 제2 렌즈(130)의 초점거리(f)로부터 인접한 거리는, 광원(110)의 두께(발광 영역)에 의해 결정된다. 광원(110)의 두께는 1차 렌즈(120)가 포함되지 않으며, 광원(110)만의 두께를 의미한다. 예를 들어, 광원(110)의 두께가 0.5㎜의 경우, 광원(110)이 초점거리(f)의 위치에서 ±0.25㎜ 이내 존재하면 광원(110)의 상면에서부터 제2 렌즈 입사면(131)까지의 거리(S)는 초점거리(f)에 있는 것과 동등한 효과를 낼수 있다.

광원(110)의 상면에서부터 제2 렌즈 입사면(131)까지의 거리(S)가 초점거리(f)에서 -0.25㎜ 보다 작은 수치로 이격된 경우, 제2 렌즈(130)의 지향각 성능은 향상되나 집광효율은 감소한다. 또한, 광원(110)의 상면에서부터 제2 렌즈 입사면(131)까지의 거리(S)가 초점거리(f)에서 +0.25㎜ 보다 큰 수치로 이격된 경우, 제2 렌즈(130)의 지향각 성능은 감소되나, 집광효율은 증가하는 경향을 가진다. 구체적인 수치는 제1, 2차 렌즈(120, 130)의 형상과 성능에 따라 달라진다.

광원(110)의 두께를 T라고 할 경우 광원(110)의 상면에서부터 제2 렌즈 입사면(131)까지의 거리(S)는, 초점거리(f)의 위치에서 ±T/2 범위내에 존재하는 것이 집광성능을 높이는 데 있어서 가장 바람직하다.

본 발명의 백라이트 유닛은 제1 렌즈(120) 및 제2 렌즈(130)를 통해 집광성능을 향상시킴으로써, 종래의 백라이트 유닛의 단일 렌즈보다 제2 렌즈의 폭이 작도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 제2 렌즈 출사면(132)의 폭(W3)은 종래의 단일 렌즈의 폭보다 작아지게 형성될 수 있다. 이렇게 제2 렌즈 출사면(132)의 폭(W3)이 줄어들음으로써, 백라이트 유닛 전체의 두께가 얇아지게 된다. 이에 따라, 보다 박형화된 백라이트 유닛의 제작이 가능하게 된다.

또한, 제2 렌즈(130) 및 광원(110)과의 거리는 제2 렌즈의 초점거리(f) 이상이면 되므로, 입광부의 베젤(Bezel)영역의 거리가 축소될 수 있다.

도 6을 참조하면, 광원(110)으로부터 발산되는 광은 제1 렌즈(120)를 통해 집광되고, 제1 렌즈 출사면(121)을 통해 발산되는 광은 제2 렌즈(130)를 향해 조사된다. 제2 렌즈 입사면(131)은 제1 렌즈 출사면(121)을 통해 발산되는 광의 대부분을 입사시킨다. 그리고, 제2 렌즈(130)는 제2 렌즈의 출사면(132)을 통해 더욱 집광된 광을 반사시트를 향해 발산하게 된다. 이 때 발산된 광의 지향각은 대략 6° 가 된다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 백라이트 유닛 110 : 광원
120 : 제1 렌즈 121 : 제1 렌즈 출사면
130 : 제2 렌즈 131 : 제2 렌즈 입사면
132 : 제2 렌즈 출사면 140 : 반사시트
150 : 광학시트들 200 : 디스플레이 장치
S : 내부 공간

Claims (5)

1. 디스플레이 장치에 배치되고, 도광판이 삭제된 백라이트 유닛에 있어서,
   상기 백라이트 유닛의 측면에 배치되는 광원;
   상기 광원을 둘러싸며 배치되고, 상기 광원으로부터 발산되는 광을 굴절시켜 발산하는 제1 렌즈;
   상기 제1 렌즈를 둘러싸며 배치되고, 상기 제1 렌즈로부터 발산되는 광을 굴절시켜 발산하는 제2 렌즈;
   상기 제2 렌즈를 빠져나온 광들을 디스플레이 패널의 하부에 배치된 광학시트를 향해 반사하는 반사시트; 및
   상기 광원이 배치되는 기판을 포함하고,
   상기 광원에서부터 발산되는 광이 상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈를 통과하며 집광되도록,
   상기 제1 렌즈의 출사면은 상기 광원으로부터 발산되는 광의 진행 방향으로 볼록하게 형성되며,
   상기 제2 렌즈의 입사면은 상기 제1 렌즈로부터 출사되는 광의 진행 방향으로 오목하게 형성되고,
   상기 제2 렌즈의 출사면은 상기 제1 렌즈로부터 출사되는 광의 진행 방향으로 볼록하게 형성되며,
   상기 기판은 오목하게 식각되어 형성되고, 상기 광원은 상기 기판의 오목하게 식각된 부분에 배치되고,
   상기 제2 렌즈는,
   상기 제1 렌즈의 출사면으로부터 조사되는 광의 90% 이상을 흡수하며 상기 제2 렌즈를 통해 조사되는 광들을 집광시키도록, 상기 제2 렌즈의 입사면의 곡률(R1) 및 상기 제2 렌즈의 출사면의 곡률(R2)이 결정되고,
   상기 제2 렌즈의 입사면이 상기 제1 렌즈의 출사면을 통과하며 굴절된 광의 90% 이상을 수용하도록, 상기 광원으로부터 기결정된 거리만큼 이격되어 배치되고,
   상기 광원의 상면에서부터 상기 제2 렌즈의 입사면까지의 거리(S)와 상기 제2 렌즈의 초점거리(f)가 다음의 관계식을 만족하도록, 상기 광원으로부터 이격되어 배치되는, 백라이트 유닛.
   [관계식]
   S≒f, 1/f=(n-1)[1/R1 -1/R2 +(n-1)d/(n*R1*R2)]
   (단, 여기서 n은 제2 렌즈의 굴절률, R1은 제2 렌즈의 입사면의 곡률, R2는 제2 렌즈의 출사면의 곡률, d는 제2 렌즈의 두께.)
2. 제1 항에 있어서,
   상기 기판, 상기 기판에 배치되는 상기 광원, 및 상기 광원 및 상기 기판의 적어도 일부를 덮도록 배치되고, 상기 광원으로부터 발산되는 광을 굴절시켜 집광시키는 상기 제1 렌즈는 일체로 형성되어 일체형 광원-렌즈 패키지를 이루는, 백라이트 유닛.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제

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