KR102332243B1 - 반사형 확산렌즈 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

반사형 확산렌즈, 및 이를 포함하는 디스플레이 장치가 개시된다. 일 측에 따른 광원으로부터 입사된 광을 확산시키는 반사형 확산렌즈는, 상기 광원으로부터 입사된 광을 굴절시키도록 형성된 입사면; 상기 광원으로부터 입사된 광이 상기 입사면 중에서 기 설정된 영역으로 입사되는 경우, 상기 입사면에 의해 굴절된 광을 반사시키도록 형성된 반사면; 및 상기 반사면에 의해 반사된 광을 굴절시켜 출광되도록 형성된 측면을 포함하고, 상기 측면에 의해 굴절된 광은 상기 광원의 광축에 수직한 방향을 기준으로 상향 방향으로 출광되거나 또는 하향 방향으로 출광되도록 형성될 수 있다.

Description

반사형 확산렌즈 및 이를 포함하는 디스플레이 장치{REFLECTIVE DIFFUSION LENS, DISPLAY APPARATUS HAVING THE SAME}
광원으로부터 방사된 광을 확산시키는 반사형 확산렌즈 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
디스플레이 장치는 영상을 표시하는 디스플레이 패널을 구비하여 방송신호 또는 다양한 포맷의 영상 데이터를 표시할 수 있는 장치이다.
디스플레이 패널은 스스로 발광하는 발광형 디스플레이 패널과 스스로 발광하지 못하는 비발광형 디스플레이 패널로 구분될 수 있다. 발광형 디스플레이 패널로는 음극선관(Cathode Ray Tube, CRT) 패널, 전계발광소자(Electro Luminescence, EL) 패널, 유기전계발광소자(Organic Light Emitting Diode, OLED) 패널, 진공형광 디스플레이(Vacuum Fluorescence Display, VFD) 패널, 전계방출 디스플레이(Field Emission Display, FED) 패널, 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP) 등을 포함하며, 비발광형 디스플레이 패널은 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD) 패널 등을 포함한다.
이 때, LCD 디스플레이에는 백 라이트 유닛(Back Light Unit)이 사용되는데, 백 라이트 유닛은 도광판(Light Guide Plate) 방식과 직하형 방식을 포함할 수 있다.
일 측에 따른 광원으로부터 입사된 광을 확산시키는 반사형 확산렌즈는, 상기 광원으로부터 입사된 광을 굴절시키도록 형성된 입사면; 상기 광원으로부터 입사된 광이 상기 입사면 중에서 기 설정된 영역으로 입사되는 경우, 상기 입사면에 의해 굴절된 광을 반사시키도록 형성된 반사면; 및 상기 반사면에 의해 반사된 광을 굴절시켜 출광되도록 형성된 측면을 포함하고, 상기 측면에 의해 굴절된 광은 상기 광원의 광축에 수직한 방향을 기준으로 상향 방향으로 출광되거나 또는 하향 방향으로 출광되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 입사면은, 상기 광원으로부터 입사된 광이 상기 입사면 중에서 기 설정된 영역으로 입사되면 반사면으로 굴절시키고, 상기 입사면 중에서 기 설정된 영역을 제외한 영역으로 입사되면 측면으로 굴절시키도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 측면은, 상기 광원의 광축에서 멀어질수록 상기 광축을 기준으로 한 법선각이 작아지는 곡면의 형태로 구현될 수 있다.
일 측에 따른 광원으로부터 입사된 광을 확산시키는 반사형 확산렌즈는, 상기 광원으로부터 입사된 광을 굴절시키도록 형성된 입사면; 상기 광원으로부터 입사된 광이 상기 입사면 중에서 기 설정된 영역을 제외한 영역으로 입사되는 경우, 상기 입사면에 의해 굴절된 광을 반사시키도록 형성된 측면; 및 상기 측면에 의해 반사된 광을 반사시키도록 형성된 반사면을 포함하고, 상기 측면은 상기 반사면에 의해 반사된 광을 굴절시켜 출광되도록 형성되고, 상기 측면으로부터 출광되는 광은, 상기 광원의 광축에 수직한 방향을 기준으로 상향 방향으로 출광되거나 또는 하향 방향으로 출광되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 입사면은, 상기 광원으로부터 입사된 광이 상기 입사면 중에서 기 설정된 영역을 제외한 영역으로 입사되는 경우 측면으로 굴절되고, 상기 광원으로부터 입사된 광이 기 설정된 영역으로 입사되는 경우 반사면으로 굴절되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 측면은, 상기 광원의 광축에서 멀어질수록 상기 광축을 기준으로 한 법선각이 작아지는 곡면의 형태로 구현될 수 있다.
일 측에 따른 디스플레이 장치는, 광을 방사하는 광원; 및 상기 광원에 의해 방사된 광을 입사면, 측면, 및 반사면을 통해 상기 광원의 광축에 수직한 방향을 기준으로 상향 또는 하향 방향으로 출광시키도록 형성된 반사형 확산렌즈를 포함할 수 있다.
또한, 상기 광원의 하부에 위치하며, 상기 반사형 확산렌즈에 의해 출광되는 광을 반사하는 반사시트를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 입사면은, 상기 광원으로부터 방사된 광의 입사각에 따라 상기 측면 또는 반사면 중 어느 하나로 굴절되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 측면은, 상기 측면으로 들어오는 광의 각도에 따라 반사시키거나 또는 굴절시키도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 측면은, 상기 광원으로부터 방사된 광이 입사각에 따라 상기 입사면으로부터 상기 반사면으로 굴절되는 경우, 상기 반사면에 의해 반사된 광을 굴절시키도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 측면은, 상기 광원으로부터 방사된 광이 입사각에 따라 상기 입사면으로부터 상기 측면으로 굴절되는 경우, 상기 입사면에 의해 굴절된 광을 상기 반사면으로 반사하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 측면은, 상기 광원의 광축에서 멀어질수록 상기 광축을 기준으로 한 법선각이 작아지는 곡면의 형태로 구현될 수 있다.
또한, 상기 반사형 확산렌즈의 후면에 존재하고, 상기 반사형 확산렌즈로부터 출광된 광을 반사하는 반사 시트를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 반사형 확산렌즈로부터 출광된 광에 기초하여 영상을 생성하는 디스플레이 패널을 더 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 외관을 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 분해도를 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 측단면을 간략하게 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 반사형 확산렌즈의 사시도를 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 반사형 확산렌즈의 단면도를 도시한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 반사형 확산렌즈에서의 광의 이동 경로의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 광원으로부터 방사된 광이 입사면으로 입사되는 입사각에 따라 변화하는 광의 이동 경로를 도시한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 입사면에 의해 굴절된 광이 측면으로 향하는 경우의 광의 이동 경로를 도시한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 입사면에 의해 굴절된 광이 반사면으로 향하는 경우의 광의 이동 경로를 도시한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 측면의 형태를 광축과 비교하여 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 외관을 도시한 도면이고, 도 2는 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 분해도를 도시한 도면이고. 도 3은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 측단면을 간략하게 도시한 도면이다.
디스플레이 장치(1)는 외부로부터 수신되는 영상 신호를 처리하고, 처리된 영상을 시각적으로 표시할 수 있는 장치를 의미한다. 이하에서는 디스플레이 장치(1)가 텔레비전(Television, TV)인 경우를 예시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 디스플레이 장치(1)는 모니터(Monitor), 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 통신장치 등 다양한 형태로 구현할 수 있으며, 디스플레이 장치(1)는 영상을 시각적으로 표시하는 장치라면 그 형태가 한정되지 않는다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 디스플레이 장치(1)는 외관상 각종 부품을 수용하는 본체(10), 및 사용자에게 영상을 표시하는 디스플레이 패널(20)을 포함할 수 있다. 이때, 본체(10)의 내부에는 구동 회로(30), 백 라이트 유닛(Back Light Unit, BLU, 50), 및 확산판(40) 등이 마련될 수 있다.
한편, 본체(10)에는 도면에 도시되어 있지 않으나 각종 외부 장치와 연결을 제공하는 각종 단자가 마련될 수 있을 뿐만 아니라, 사용자로부터 동작 명령을 입력 받을 수 있는 버튼, 스위치 등이 마련될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 본체(10)의 측면에는 각종 외부 장치와의 연결을 지원하는 USB(Universal Serial Bus) 단자, HDMI(High Definition Multimedia Interface) 단자 등이 마련될 수 있다.
또한, 본체(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 디스플레이 장치(1)의 전면에 마련되는 전방 샤시(Top Chassis) (11), 후면에 마련되는 후방 샤시(Bottom Chassis, 13) 및 디스플레이 장치(1)의 내부에 마련되는 몰드 프레임(Mold Frame, 15)을 포함할 수 있다.
전방 샤시(11)는 영상이 표시되는 디스플레이 패널(20)과 동일한 면에 마련되어, 디스플레이 패널(20)의 엣지 부분이 외부로 노출되지 않도록 한다. 또한, 후방 샤시(13)는 디스플레이 패널(20)과 반대 면에 마련될 수 있으며, 디스플레이 장치(1)에 포함된 각종 구성 부품을 외부로 노출되지 않도록 하며, 디스플레이 장치(1)에 포함된 각종 구성 부품을 외부 충격으로부터 보호할 수 있다.
또한, 몰드 프레임(15)은 디스플레이 패널(20), 확산판(40) 및 백 라이트 유닛(50)의 움직임을 제한하고, 디스플레이 패널(20), 확산판(40) 및 백 라이트 유닛(50)을 전방 샤시(11)과 후방 샤시(13)에 고정시킬 수 있다.
디스플레이 패널(20)은 외부로부터 입력되는 영상 신호에 따라 각종 영상을 표시할 수 있다. 이때, 디스플레이 패널(20)은 디스플레이 패널(20)을 구성하는 복수의 화소가 자체적으로 광을 발생시킴으로써, 영상을 생성하는 발광 디스플레이 패널, 또는 복수의 화소가 광을 반사/투과/차단함으로써 영상을 생성하는 비발광 디스플레이 패널 중 어느 하나일 수 있다.
이하에서 디스플레이 패널(20)은 백 라이트 유닛(50)으보루터 방사되는 광을 반사/투과/차단함으로써 영상을 생성하는 비발광 디스플레이 패널로 가정하여 설명한다.
한편, 디스플레이 패널(20)은 도면에는 도시되어 있지 않으나, 액정층(liquid crystal layer), 투명 전극층, 투명 기판 및 컬러 필터(color filter)를 포함할 수 있다.
액정층에는 적정량의 액정이 마련될 수 있다. 여기서, 액정은 결정과 액체의 중간 상태를 의미한다. 이와 같은 액정은 전압의 변화에 따라 광학적 성질을 나타내기도 한다. 예를 들어, 액정은 액정에 인가되는 전기장의 변화에 따라 액정을 구성하는 분자 배열의 방향이 변화할 수 있다.
액정층의 양측에는 액정층에 변환하는 전기장을 형성하기 위한 한 쌍의 투명 전극층이 마련될 수 있다. 한 쌍의 투명 전극층 사이에 입력되는 전압에 따라 액정층에 인가되는 전기장이 변화할 수 있다. 이와 같은 투명 전극층은 게이트 라인(미도시), 데이터 라인(미도시) 및 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT, 미도시)를 포함할 수 있다.
게이트 라인은 행 방향으로 배치되어 게이트 신호에 따라 박막 트랜지스터를 온 또는 오프시키고, 데이터 라인은 열 방향으로 배치되어 데이터 신호를 박막 트랜지스터를 통하여 복수의 화소에 전달할 수 있다. 이처럼, 게이트 라인을 통하여 입력되는 게이트 신호와 데이터 라인을 통하여 입력되는 데이터 신호에 따라 액정층에 인가되는 전기장이 변화하며, 전기장의 변화에 따라 액정의 분자 배열의 변화할 수 있다.
또한, 액정의 분자 배열에 따라 광은 액정층을 투과하거나 차단될 수 있다. 이와 같은 게이트 라인 및 데이터 라인은 인듐산화주석(Indium Tin Oxide: ITO) 또는 인듐산화아연(Indium Zinc Oxide: IZO) 등으로 구성될 수 있다.
한 쌍의 투명 기판(미도시)은 디스플레이 패널(20)의 외관을 형성하며, 액정층 및 투명 전극층을 보호한다. 이와 같은 투명 기판은 광 투과성이 좋은 강화 유리 또는 투명 필름으로 구성될 수 있다.
한편, 컬러 필터는 디스플레이 패널(20)을 구성하는 복수의 화소마다 색상이 표시되도록 각각의 화소에 대응하는 영역에 형성된 적색 필터, 청색 필터 및 녹색 필터를 포함할 수 있다.
이처럼, 디스플레이 패널(20)은 후술한 백 라이트 유닛(50)으로부터 생성된 광을 차단 또는 투과시킴으로써 영상을 생성할 수 있다. 구체적으로, 디스플레이 패널(20)을 구성하는 각각의 화소가 백 라이트 유닛(50)의 광을 차단하거나 또는 투과시킴으로써 다양한 색상의 영상이 생성될 수 있다.
한편, 구동 회로(30)는 디스플레이 패널(20)을 구동하기 위한 구동 신호를 디스플레이 패널(20)에 제공할 수 있다. 도 2를 참조하면, 구동 회로(30)는 게이트 구동 회로(31), 데이터 구동 회로(33)를 포함할 수 있다.
게이트 구동 회로(31)는 디스플레이 패널(20)의 게이트 라인(미도시)과 연결되어 게이트 라인에 게이트 신호를 전달할 수 있다. 또한, 데이터 구도 회로(33)는 디스플레이 패널(20)의 데이터 라인(미도시)과 연결되어 데이터 라인에 데이터 신호를 전달할 수 있다.
한편, 백 라이트 유닛(50)은 디스플레이 패널(20)의 후방에 설치되어, 디스플레이 패널(20)이 영상을 생성하기 위한 광을 생성할 수 있다. 백 라이트 유닛(50)의 종류는 광원이 어디에 위치하는지 여부에 따라 분류될 수 있다. 예를 들어, 백 라이트 유닛(50)은 광원이 측면에 위치하는 엣지형 백 라이트 유닛(edge type BLU)과 광원이 디스플레이 패널(20)의 후방에 위치하는 직하형 백 라이트 유닛(direct type BLU)로 구분할 수 있다.
이하에서 설명되는 백 라이트 유닛(50)은 광원이 디스플레이 패널(20)의 후방에 위치하는 직하형 백 라이트 유닛으로 가정하여 설명한다.
백 라이트 유닛(50)은 도 2, 및 3에 도시된 바와 같이 광을 생성하는 복수개의 광원(52), 광원(52)을 개별적으로 감싸고 있는 복수개의 반사형 확산렌즈(54), 복수의 광원(52)이 실장된 회로기판(53), 회로기판(53)의 후면에 마련되어 출력되는 광을 반사시키는 반사 시트(Reflector Sheet, 55)를 포함할 수 있다. 이외에도, 백 라이트 유닛(50)은 출사된 광을 입력 받아 백색광(다양한 색상의 광이 혼합된 광)을 출력하는 양자점 시트(Quantum Dot Sheet) (57)를 포함할 수 있다.
광원(52)을 빛을 방사하는 소자로서, 디스플레이 패널(20)이 영상을 생성하기 위해 복수 개의 광원(52)이 회로기판(53)에 실장 될 수 있다. 예를 들어, 광원은 LED(Light Emitting Semiconductor)를 뿐만 아니라, 광을 생성하여 방사하는 모든 소자, 장치 등을 포함한다. 광원(52)은 단일 파장(단일 색상)의 광(단색광)을 출력하거나, 또는 복수의 파장의 광이 혼합된 광(백색광)을 출력할 수 있다. 이때, 백 라이트 유닛(50)에 양자점 시트(57)가 포함되어 있는 경우, 단색광(특히, 파장이 짧은 청색의 광)을 출력하는 광원(52)이 이용될 수 있다.
한편, 회로기판(53)은 인쇄회로기판(Printed Circuit Board)을 통해 구현될 수 있으나, 필요에 따라 연성회로기판(Flexible Copper Clad Laminate)으로 구현될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 회로기판(53)의 전면에는 복수 개의 광원(52)이 실장 될 수 있다. 회로기판(53)에는 전극 패턴 또는 회로 패턴 등이 형성될 수 있으며, 광원(52)과 회로기판(53)은 와이어 본딩(Wire Bonding) 또는 플립 칩 본딩(Flip Chip Bonding) 등의 방식을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 광원(52)은 디스플레이 패널(20)의 후방에 위치하고, 광원(52)으로부터 방사되는 광은 반사형 확산렌즈(54)를 통해 확산되어 출광될 수 있다. 이에 따라, 백 라이트 유닛(50)은 디스플레이 패널(20)에 광을 공급할 수 있다.
한편, 확산판(40)은 확산 시트(41), 및 프리즘 시트(43)를 포함할 수 있다.
확산 시트(41)는 백 라이트 유닛(50)으로부터 출사된 광을 확산시켜 디스플레이 장치(1)의 화면 전체적으로 색상 및 밝기가 균일하게 보이도록 한다. 예를 들어, 백 라이트 유닛(50)으로부터 출사된 광이 디스플레이 패널(20)의 전체 면으로 일정하게 공급되지 않으면, 색 얼룩(Color Mura)이 발생하게 된다. 이외에도, 색 얼룩은 광원(52)의 개수, 배치, 반사형 확산렌즈(54)의 형상 등 다양한 요소들에 의해 발생될 수 있다.
이를 방지하기 위해, 디스플레이 장치(1)에는 확산 시트(41)를 마련하여, 백 라이트 유닛(50)으로부터 출사된 광을 확산시켜 디스플레이 패널(20)의 전체 면의 밝기를 균일하게 유지시킨다.
한편, 확산 시트(41)를 통과한 광은 확산 시트(41)의 면과 수직한 방향으로 확산됨으로써 휘도가 급격히 감소한다. 프리즘 시트(43)는 확산 시트(41)에 의하여 확산된 광을 굴절 또는 집광시킴으로써 휘도를 증가시킨다.
또한, 프리즘 시트(43)는 삼각 프리즘 형상의 프리즘 패턴을 포함하고, 이 프리즘 패턴은 복수 개가 인접 배열되어 복수 개의 띠 모양을 이룬다. 즉, 프리즘 패턴은 산과 골이 반복되는 패턴으로 열을 지어 디스플레이 패널(20)을 향하여 돌출되도록 형성된다.
이외에도, 확산판(40)은 도 2에 도시된 바와 같이, 보호 시트(45), 및 휘도 향상 필름(Double Brightness Enhance File, 47)을 포함할 수 있다.
보호 시트(45)는 프리즘 시트(43)의 전면에 마련될 수 있다. 보호 시트(45)는 백 라이트 유닛(50)에 포함된 각종 구성 부품을 외부의 충격이나 이물질의 유입으로부터 보호한다. 특히, 프리즘 시트(43)는 스크래치(scratch)가 발생하기 쉽기 때문에, 보호 시트(45)는 프리즘 시트(43)의 전면에 마련되어, 프리즘 시트(43)에 스크래치가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 휘도 향상 필름은 보호 시트(45)의 전면에 마련될 수 있다. 휘도 향상 필름(47)은 편광 필름의 일종으로 반사형 편광 필름이라고도 한다. 이러한 휘도 향상 필름(47)은 백 라이트 유닛(50)으로부터 출사된 광 가운데 휘도 향상 필름(47)의 편광 방향과 평행한 방향의 편광을 투과시키고, 휘도 향상 필름(47)의 편광 방향과 다른 방향의 편광을 반사할 수 있다. 여기서, 반사된 광은 백 라이트 유닛(50) 내부에서 재활용되어, 디스플레이 장치(10)의 휘도를 향상시킬 수 있다
한편, 반사시트(55)는 평평한 형태로 구현될 수도 있으나, 도 3에 도시된 바와 같이, 양 끝부분이 디스플레이 패널(20)을 향해 기울어져 있는 형태로 구현될 수 있다. 즉, 반사시트(55)는 확산 렌즈(54)로부터 출광되는 광이 최대한 디스플레이 패널(20)로 출사되도록 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 특정 형태로 제한되는 것은 아니다.
도 3에는 반사시트(55)가 회로기판(53)의 후면에 마련되는 것으로 도시되어 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 반사시트(55)는 회로기판(53)의 전면에 부착될 수도 있다.
한편, 반사형 확산렌즈(54)는 투광성을 갖는 수지 재질로 구현될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 반사형 확산렌즈(54)는 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 아크릴(acrylic) 등에 의해 구현될 수 있다. 빈사형 확산렌즈(54)의 구현 물질이 일 실시예에 한정되는 것은 아니고, 글라스 재질 등과 같이 기 공지된 다양한 물질로 구현될 수 있다.
도 3을 참조하면, 반사형 확산렌즈(54)는 광원(52)으로부터 방사된 광이 입사될 수 있다. 이에 따라, 반사형 확산렌즈(54)는 반사형 확산렌즈(54)의 바깥면. 후술할 바와 같이 측면으로 광을 출광시킬 수 있다. 이때, 반사형 확산렌즈(54)로부터 출광되는 광의 각도, 또는 방향에 따라 디스플레이 패널(20)의 색 얼룩의 발생 여부가 결정될 수 있다. 또한, 반사형 확산렌즈(54)로부터 출광되는 광이 넓게 퍼질수록, 회로 기판(52)에 실장되는 광원(52)의 개수를 줄일 수 있다. 뿐만 아니라, 반사형 확산렌즈(54)로부터 출광되는 광이 넓게 확산될수록, 디스플레이 패널(20)과 광원(52) 간의 거리가 축소될 수 있으며, 이는 곧 디스플레이 장치(1)의 두께를 줄일 수 있다. 이에 따라, 개시된 실시예에 따른 반사형 확산렌즈(54)는 광을 보다 넓게 확산 시킴으로써, 회로 기판에 실장되는 광원(52)의 개수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 디스플레이 장치(1)의 두께를 줄일 수 있다.
이하에서는 반사형 확산렌즈(54)의 구조에 대해서 보다 구체적으로 살펴보도록 한다.
도 4는 일 실시예에 따른 반사형 확산렌즈의 사시도를 도시한 도면이고, 도 5는 일 실시예에 따른 반사형 확산렌즈의 단면도를 도시한 도면이다.
도 4, 및 도 5를 참조하면, 반사형 확산렌즈(54)의 전체적인 형태는 원뿔 형상의 일부분을 잘라 낸 형태와 유사하다. 반사형 확산렌즈(54)의 하면에는 도 5에 도시된 바와 같이, 광원(52)이 위치할 수 있도록 홈이 마련될 수 있다. 또한, 반사형 확산렌즈(54)의 옆면은 일정 두께를 갖는 원형의 형태로 구현될 수 있다. 이하에서는 반사형 확산렌즈(54)의 옆면 중에서 안쪽 면은 반사면(104), 바깥 면은 측면(103)이라 지칭하도록 한다. 또한, 이하에서는 광원(52)이 위치한 홈 주변으로서, 광원(52)으로부터 방사된 광이 입사되는 반사형 확산렌즈(54)의 하측 면을 입사면(100)이라 지칭하도록 한다.
입사면(100)은 광원(52)으로부터 방사된 광이 입사되는 면으로서, 광원(52)으로부터 입사된 광을 굴절시킬 수 있다. 이때, 입사면(100)은 입사된 광을 측면(103) 또는 반사면(104)으로 굴절시키도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 입사면(100)은 광원(52)으로부터 방사된 광이 입사면(100)으로 입사되는 입사각에 따라 반사면(104) 또는 측면(103)으로 광을 굴절시킬 수 있다. 입사각은 광원(52)의 광축을 기준으로 입사되는 광의 각도를 의미한다.
일 실시예에 따르면 입사각이 기 설정된 각도보다 크면, 입사면(100)은 입사된 광을 측면(103)으로 굴절시키도록 형성될 수 있다. 이에 대응하여, 입사각이 기 설정된 각도보다 작으면, 입사면(100)은 입사된 광을 반사면(104)으로 굴절시키도록 형성될 수 있다. 즉, 반사형 확산렌즈(54)를 설계시, 입사면(100)의 전체 영역 중에서 광축(200)을 기준으로 기 설정된 각도 내의 영역으로 입사된 광은 반사면(104)으로 굴절되도록 설계될 수 있다. 또한, 입사면(100)의 전체 영역 중에서 광축(200)을 기준으로 기 설정된 각도보다 큰 영역에 대해서는 입사된 광이 측면(103)으로 굴절되도록 설계될 수 있다.
따라서, 입사면(100)의 전체 영역 중에서 어떠한 영역으로 광이 입사되는지 여부에 따라 입사면(100)에 의해 굴절된 광은 측면(103) 또는 반사면(104)으로 향할 수 있다. 이러한 형태는 반사형 확산렌즈(54)의 설계시 설계자에 의해 구현될 수 있다.
도 5를 참조하면, 입사면(100)은 제1 입사면(100a)과 제2 입사면(100)을 포함한다. 입사면(100)은 광원(52)으로부터 입사된 광을 측면(103) 또는 반사면(104) 또는 중 어느 면으로 굴절시키는 지 여부에 따라 제1 입사면(100a)과 제2 입사면(100b)으로 나눌 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 입사면(100a)은 입사된 광을 반사면(104)으로 굴절시키도록 형성되고, 제2 입사면(100b)은 입사된 광을 측면(103)으로 굴절시키도록 형성될 수 있다.
한편, 반사면(104)으로 굴절된 광은 반사면(104)에 의해 반사되어 측면(103)으로 향한다. 이하에서 설명되는 반사는 경계면에서 입사되는 광이 전부 반사되는 전반사를 의미한다. 따라서, 제1 입사면(100a)에서 반사면(104)으로 굴절된 광은 투과되지 않고, 전부 반사면(104)에 의해 반사되어 측면(103)으로 향한다.
한편, 측면(103)은 입사되는 광의 입사각에 따라 광을 굴절시키거나 또는 반사시킬 수 있다. 즉, 반사면(104)은 입사되는 광을 전부 반사시키도록 형성될 수 있으나, 측면(103)은 입사되는 광을 반사시키거나 또는 굴절시키도록 형성될 수 있다.
측면(103)은 포물선, 곡면 등의 형태로 구현될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 측면(103)의 형태는 광원(52)으로부터 멀어질수록 광원(52)의 광축(200) 과의 법선각이 작아지는 형태로 형성될 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
일 실시예에 따르면, 제2 입사면(100b)으로부터 입사된 광이 굴절되어 측면(103)으로 향한 경우, 측면(103)은 입사된 광을 반사면(104)으로 반사시킬 수 있다. 이때, 측면(103)에 의해 반사되는 경우에도 입사되는 광이 전부 반사되는 전반사를 의미한다. 따라서, 측면(103)으로 입사된 광은 바깥으로 출광되지 않고, 전부 반사되어 반사면(104)으로 향할 수 있다.
또 다른 예로, 반사면(104)에 의해 반사된 광이 측면(103)으로 향하는 경우, 측면(103)은 입사되는 광을 전부 굴절시켜 출광되도록 형성될 수 있다. 따라서, 반사형 확산렌즈(52)는 입사면(100)을 통해 광원(52)으로부터 방사된 광을 입사 받아, 측면(103)을 통해 입사된 광을 출광시키도록 형성될 수 있다.
이 때, 출광되는 광은 도 3에 도시된 바와 같이, 광원(52)의 광축(200)의 직교 방향(201)을 기준으로 상향 또는 하향 방향으로 출광될 수 있다. 즉, 반사형 확산렌즈(54)는 광축(200)의 직교 방향(201)을 제외한 방향으로 광을 출광시킬 수 있다.
직교 방향(201)으로 출광되는 광은 도 3에 도시된 반사시트(55)에 의해 반사되어 디스플레이 패널(20)이 위치한 방향으로 향한다. 이에 따라, 직접 디스플레이 패널(20)로 향하지 않아 광학 효율이 감소된다.
또한, 반사시트(55)의 방향은 고정되어 있기 때문에, 직교 방향(201)으로 출광되는 광은 반사시트(55)에 의해 반사되어, 특정 영역으로만 향한다. 따라서, 색 얼룩의 발생을 야기할 뿐만 아니라, 이를 억제하기 위해 광원(52)의 개수도 감소시킬 수가 없게 된다. 실시예에 따른 반사형 확산렌즈(54)는 직교 방향(201)으로 출광되는 광을 직교 방향(201)의 하향 또는 상향 방향으로 출광시킴으로써, 광학 효율을 개선시킬 수 있다. 또한, 실시예에 따른 반사형 확산렌즈(54)는 광을 더 넓게 확산시켜 출광시킴으로써, 광원(52)의 개수를 줄일 수 있게 할 뿐만 아니라, 광학 거리도 감소시키게 한다.
이하에서는 광원(52)으로부터 방사된 광이 반사형 확산렌즈(54)를 통해 어떻게 이동하는지에 대해서 살펴보도록 한다.
도 6은 일 실시예에 따른 반사형 확산렌즈에서의 광의 이동 경로에 관한 흐름도를 도시한 도면이고, 도 7 내지 9는 서로 다른 실시예에 따른 반사형 확산렌즈를 통한 광의 이동 경로를 도시한 도면이다. 또한, 도 10은 일 실시예에 따른 측면의 형태를 광축과 비교하여 도시한 도면이다.
디스플레이 장치는 백 라이트 유닛의 회로 기판에 실장된 광원을 이용하여 광을 방사할 수 있다(600). 이에 따라, 디스플레이 장치는 반사형 확산렌즈를 통해 방사된 광을 다양한 방향으로 출광시켜, 광을 다양한 각도로 확산 시킬 수 있다. 이하에서는 반사형 확산렌즈 내에서의 광의 이동 경로를 살펴보도록 한다.
광원으로부터 방사된 광은 반사형 확산렌즈의 입사면으로 입사될 수 있다(610). 이때, 반사형 확산렌즈는 광원으로부터 방사된 광의 입사각에 따라, 광을 반사면으로 굴절(620)시키거나 또는 측면으로 굴절(630)시킬 수 있다.
도 7을 참조하면, 반사형 확산렌즈는 입사면(100)을 통해 광원(52)으로부터 방사되는 광을 입사 받을 수 있다. 이때, 광원(52)은 특정 방향으로만 광을 방사하는 것이 아니고, 전방향으로 광을 방사할 수 있다. 이에 따라, 광원(52)으로부터 방사된 광은 입사면 중에서 제1 입사면(100a)으로 입사될 수 있고, 제2 입사면(100b)으로 입사될 수도 있다. 즉, 광원(52)으로부터 방사된 광은 입사각에 따라 제1 입사면(100a)으로 입사되거나 또는 제2 입사면(100b) 중 어느 하나로 입사될 수 있다.
이때, 반사형 확산렌즈는 입사면(100)의 전체 영역 중에서 특정 영역으로 광이 입사되면, 반사면(104)으로 광을 굴절되도록 만들 수 있다. 또한, 입사면(100)의 전체 영역 중에서 특정 영역을 제외한 영역으로 광이 입사되면, 반사형 확산렌즈는 입사된 광이 측면(103)으로 굴절되도록 만들 수 있다. 이는 반사형 확산렌즈를 설게시, 설계자에 의해 미리 설정될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1 입사면(100a)으로 입사된 제1 광(300)은 반사면(104)으로 굴절될 수 있다. 또한, 제2 입사면(100b)으로 입사된 제2 광(303)은 측면(103)으로 굴절될 수 있다.
이하에서는 제1 입사면(100a)으로 입사된 광이 반사면으로 굴절된 경우(620)와 제2 입사면(100b)으로 입사된 광이 측면으로 굴절된 경우(630)의 광의 이동 경로에 대해서 나누어 설명하도록 한다.
도 6을 참조하면, 입사면에 의해 광이 반사면으로 굴절된 경우(620), 반사형 확산렌즈의 반사면은 굴절되어 들어온 광을 반사시킬 수 있다(640). 여기서의 반사는 전반사로서, 반사면은 굴절되어 들어온 광을 투과시키지 않고, 전부 반사시킨다. 이때, 반사형 확산렌즈는 반사면에 의해 반사된 광이 측면으로 향하도록 형성될 수 있다.
반사형 확산렌즈의 측면은 반사면으로부터 반사된 광을 굴절시켜 외부로 출광시킬 수 있다(650). 도 8은 반사면으로부터 반사된 광이 측면을 통해 굴절되어 출광되는 이동 경로를 도시한 도면이다. 도8을 참조하면, 앞서 본 바와 같이, 제1 입사면으로 입사된 제1 광(300)은 반사면(104)에 의해 반사되어 측면(103)으로 향하게 된다. 이때, 제1 광(300)은 측면(103)에 의해 굴절되어 외부로 출광될 수 있다.
도 8에서 측면(103)으로부터 출광되는 제1 광(300)의 각도를 살펴보면, 광축(200)의 수직 방향(201)으로부터 상향 방향으로 출광될 수 있다. 이외에도, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 측면(103)으로부터 굴절되어 출광되는 광은 광축(200)의 수직 방향(201)으로부터 하향 방향으로 출광될 수 있다.
광이 출광되는 각도는 광의 입사각, 반사면(104), 측면(103)의 형태, 또는 굴절률 등에 다양한 요소들에 의해 변화할 수 있다. 실시예에 따른 반사형 확산렌즈는 광축(200)의 직교 방향(201)으로 광이 출광되지 않도록 이러한 요소들을 설정할 수 있다. 이에 따라, 개시된 실시예에 따른 반사형 확산렌즈는 보다 넓게 광을 출광시킴으로써 광퍼짐 효율을 높을 수 있다. 뿐만 아니라, 개시된 실시예에 따른 반사형 확산렌즈는 광퍼짐 효율을 개선함으로써, 색 얼룩을 방지하기 위해 요구되는 광원(52)의 개수를 줄일 수 있고, 이는 곧 디스플레이 장치의 원가 절감에도 직접적인 영향을 미친다.
이하에서는 제2 입사면으로 입사된 광이 측면으로 굴절됨에 따른 광의 이동 경로에 대해서 살펴보도록 한다.
도 6을 참조하면, 제2 입사면으로 입사된 광이 측면으로 굴절된 경우(630), 반사형 확산렌즈의 측면은 제2 입사면에 의해 굴절되어 들어온 광을 반사면으로 반사시킬 수 있다(660). 여기서의 반사 또한 전반사를 의미한다. 즉, 반사형 확산렌즈의 측면은 제2 입사면에 의해 굴절되어 들어온 광은 출광시키지 않고, 전부 반사면으로 반사시킬 수 있다.
반사형 확산렌즈의 반사면은 측면에 의해 반사된 광을 전부 측면으로 반사시킬 수 있다(670). 이에 따라, 반사형 확산렌즈의 측면은 반사면에 의해 반사된 광을 굴절시켜 출광시킬 수 있다(680). 도 9는 앞서 설명한 광의 이동 경로에 관해 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 입사면의 전체 영역 중에서 특정 영역으로 입사되는 제2 광(303)은 측면(103)으로 굴절될 수 있다. 앞서 도 7에서 도시된 바와 같이, 제2 입사면(100b)로 입사되는 제2 광(303)은 측면(103)으로 굴절될 수 있다. 측면(103)으로 굴절된 제2 광(303)은 측면(103)에 의해 반사될 수 있다. 측면(103)은 제2 광(303)을 굴절시켜 반사면(104)으로 입사되도록 형성될 수 있다. 이때, 측면(103)은 제2 광(303)을 전부 전반사시켜 반사면(104)으로 향하도록 형성될 수 있다. 따라서, 측면(103)은 제2 입사면(100b)으로부터 입사되는 제2 광(303)은 전부 출광되지 않도록 형성될 수 있다.
한편, 반사면(104)은 측면(103)에 의해 반사된 제2 광(303)을 다시 측면(103)으로 반사시킬 수 있다. 이에 따라, 반사면(104)에 의해 반사된 제2 광(303)은 반사면(104)에 의해 다시 반사되어 측면(103)으로 향하게 된다. 이 경우 측면(103)은 반사면(104)에 의해 반사된 제 2광(303)을 굴절시켜 출광시킬 수 있다. 이때, 도 9에 도시된 바와 같이 측면(103)은 광축(200)의 직교 방향(201)보다 하향 방향으로 제2 광을 출광시킬 수 있다. 이외에도 도면에는 도시되어 있지 않으나, 측면(103)은 광축(200)의 수직 방향(201)보다 상향 방향으로 제2 광을 출광시킬 수도 있다. 즉, 측면(103)은 측면(103)으로부터 출광되는 광의 출광각이 광축(200)의 수직각을 제외한 각이 되도록 한다.
반사형 확산렌즈의 측면(103)은 앞서 본 바와 같이, 광을 굴절시켜 출광시키거나 또는 전반사를 시켜 광이 출광되지 않도록 형성될 수 있다. 뿐만 아니라, 측면(103)은 광축(200)의 수직각을 제외한 각으로 광의 출광이 이루어지도록 형성될 수 있다.
따라서, 이하에서는 측면(103)의 형태에 대해서 구체적으로 살펴보도록 한다.
측면(103)은 도 10에 도시된 바와 같이 곡면, 포물선 등과 같은 형태로 구현될 수 있다. 이 때, 측면(103)은 반사면, 즉 반사형 확산렌즈의 내측으로 들어오는 포물선, 곡면의 형태가 아니라, 반사형 확산렌즈의 외측으로 튀어나온 포물선, 곡면의 형태로 형성될 수 있다.
측면(103)은 하부에서 상부로 올라갈수록, 반사형 확산렌즈가 실장된 회로기판과 측면(103)의 이루는 접선 간의 각도가 점점 커지는 형태로 구현될 수 있다.
또한, 측면(103)은 광축(200)과 측면(103)의 접선 간에 이루는 각도, 즉 법선각이 광축(200)에서 멀어질수록 작아지는 형태로 구현될 수 있다. 도 10을 참조하면, 측면(103)의 접선과 광축(200)간의 이루는 각도는 측면(103)이 광축에서 멀어질수록 작아진다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 사용한 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, 본 명세서 전체에서 사용되는 "~부(unit)", "~기", "~블록(block)", "~부재(member)", "~모듈(module)" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다. 예를 들어, 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어를 의미할 수 있다. 그러나, "~부", "~기", "~블록", "~부재", "~모듈" 등이 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, "~부", "~기", "~블록", "~부재", "~모듈" 등은 접근할 수 있는 저장 매체에 저장되고 하나 또는 그 이상의 프로세서에 의하여 수행되는 구성일 수 있다.
1: 디스플레이 장치, 11: 전방 샤시, 13: 후방 샤시, 20: 디스플레이 패널
30: 구동회로, 31: 게이트 구동회로, 33: 데이터 구동회로
40: 확산판, 41: 확산 시트, 43: 프리즘 시트
45: 보호 시트, 47: 휘도 향상 필름
50: 백 라이트 유닛, 52: 광원, 53: 회로기판
54: 반사형 확산렌즈, 55: 반사 시트
100: 입사면, 100a: 제1 입사면, 100b: 제2 입사면, 103: 측면, 104: 반사면
200: 광축

Claims (15)

  1. 광원으로부터 입사된 광을 입사면, 측면 및 반사면을 통해 확산시키는 반사형 확산렌즈에 있어서,
    상기 입사면은, 상기 광원으로부터 입사된 광이 상기 입사면 중에서 입사각이 기 설정된 각도보다 작은 영역인 기 설정된 영역으로 입사되는 경우, 입사된 광을 상기 반사면으로 굴절시키고, 상기 입사면 중에서 입사각이 기 설정된 각도보다 큰 영역인 기 설정된 영역을 제외한 영역으로 입사되는 경우, 입사된 광을 상기 측면으로 굴절시키도록 형성되고,
    상기 반사면은, 상기 광원으로부터 입사된 광이 상기 입사면 중에서 입사각이 기 설정된 각도보다 작은 영역인 기 설정된 영역으로 입사되는 경우,상기 입사면에 의해 굴절된 광을 반사시키고, 상기 입사면 중에서 입사각이 기 설정된 각도보다 큰 영역인 기 설정된 영역을 제외한 영역으로 입사되는 경우, 상기 측면에 의해 반사된 광을 반사시키도록 형성되고,
    상기 측면은, 상기 반사면에 의해 반사된 광을 굴절시켜 출광되도록 상기 반사형 확산렌즈의 외측으로 튀어나온 곡면으로 형성되고,
    상기 측면에 의해 굴절된 광은 상기 광원의 광축에 수직한 방향을 기준으로 상향 방향으로 출광되거나 또는 하향 방향으로 출광되도록 형성되는 반사형 확산렌즈.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 측면은,
    상기 광원의 광축에서 멀어질수록 상기 광축을 기준으로 한 법선각이 작아지는 곡면의 형태로 구현되는 반사형 확산렌즈.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 광을 방사하는 광원으로부터 입사된 광을 입사면, 측면 및 반사면을 통해 확산시키는 반사형 확산렌즈를 포함하는 디스플레이 장치에 있어서;
    상기 입사면은, 상기 광원에 의해 방사된 광의 입사각이 기 설정된 각도보다 작으면, 입사된 광을 반사면으로 굴절시키고, 상기 입사각이 기 설정된 각도보다 크면 입사된 광을 측면으로 굴절시키도록 형성되고,
    상기 반사면은, 상기 광원으로부터 입사된 광의 상기 입사각이 기 설정된 각도보다 작으면, 상기 입사면에 의해 굴절된 광을 반사시키고, 상기 입사각이 기 설정된 각도보다 크면 상기 측면에 의해 반사된 광을 반사시키도록 형성되고, 상기 측면은, 상기 반사면에 의해 반사된 광을 굴절시켜 출광되도록 반사형 확산렌즈의 외측으로 튀어나온 곡면으로 형성되고,
    상기 측면에 의해 굴절된 광은 상기 광원의 광축에 수직한 방향을 기준으로 상향 또는 하향 방향으로 출광시키도록 형성된 반사형 확산렌즈
    를 포함하는 디스플레이 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광원의 하부에 위치하며, 상기 반사형 확산렌즈에 의해 출광되는 광을 반사하는 반사시트
    를 더 포함하는 디스플레이 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제7항에 있어서,
    상기 측면은,
    상기 광원의 광축에서 멀어질수록 상기 광축을 기준으로 한 법선각이 작아지는 곡면의 형태로 구현되는 디스플레이 장치.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 반사형 확산렌즈의 후면에 존재하고, 상기 반사형 확산렌즈로부터 출광된 광을 반사하는 반사 시트
    를 더 포함하는 디스플레이 장치.
  15. 제7항에 있어서,
    상기 반사형 확산렌즈로부터 출광된 광에 기초하여 영상을 생성하는 디스플레이 패널
    을 더 포함하는 디스플레이 장치.
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