KR20080064490A - 광학 렌즈 및 백라이트 유닛 - Google Patents

광학 렌즈 및 백라이트 유닛 Download PDF

Info

Publication number
KR20080064490A
KR20080064490A KR20070001465A KR20070001465A KR20080064490A KR 20080064490 A KR20080064490 A KR 20080064490A KR 20070001465 A KR20070001465 A KR 20070001465A KR 20070001465 A KR20070001465 A KR 20070001465A KR 20080064490 A KR20080064490 A KR 20080064490A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
curved surface
curvature
lens body
light emitting
light
Prior art date
Application number
KR20070001465A
Other languages
English (en)
Inventor
김대현
최용원
Original Assignee
삼성코닝정밀유리 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성코닝정밀유리 주식회사 filed Critical 삼성코닝정밀유리 주식회사
Priority to KR20070001465A priority Critical patent/KR20080064490A/ko
Publication of KR20080064490A publication Critical patent/KR20080064490A/ko

Links

Images

Landscapes

  • Planar Illumination Modules (AREA)

Abstract

백라이트 유닛에 적용될 수 있는 광학 렌즈는 적어도 하나의 점광원 상부에 배치되며, 광학 렌즈의 렌즈 몸체는 내부 곡면 및 내부 곡면의 외부에 위치하는 외부 곡면을 포함하고, 렌즈 몸체의 전체 반경은 외부 곡면의 곡률보다 큰 값은 갖는다. 내부 곡면의 곡률 및 외부 곡면의 곡률을 달리함으로써, 다양한 굴절 양상을 갖는 광학 렌즈를 제공할 수 있으며, 빛의 출사각을 다양하게 조절할 수 있고, 핫 스팟(hot spot)이 비교적 적은 광을 생성할 수 있으며, 백라이트의 점광원을 부분적으로 온/오프하여 필요한 곳만 발광할 수 있다.

Description

광학 렌즈 및 백라이트 유닛 {OPTICAL LENS AND BACK-LIGHT UNIT HAVING OPTICAL LENS}
도 1은 종래의 액정표시장치를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 렌즈를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 도 2의 광학 렌즈를 포함하는 백라이트 유닛의 일부를 확대 도시한 단면도이다.
도 4는 도 3의 백라이트 유닛을 이용한 경우의 빛의 발광 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 도 3의 백라이트 유닛을 설명하기 위한 부분 확대 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 렌즈를 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 도 6의 광학 렌즈를 포함하는 백라이트 유닛의 일부를 확대 도시한 단면도이다.
도 8은 도 7의 백라이트 유닛을 이용한 경우의 빛의 발광 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 9는 도 7의 백라이트 유닛을 설명하기 위한 부분 확대 평면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100：광학 렌즈 110：렌즈 몸체
120：내부 곡면 130：외부 곡면
210：인쇄회로기판 220：발광 모듈
230：점광원 240：발광 다이오드
본 발명은 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 개선된 광효율 및 휘도를 가지는 백라이트 유닛에 관한 것이다.
일반적으로 사용되고 있는 표시장치들 중의 하나인 CRT(Cathode Ray Tube)는 텔레비젼을 비롯해서 계측기기, 정보 단말기, 컴퓨터 등의 모니터에 주로 이용되고 있다. 하지만, CRT가 비교적 무겁고 큰 부피를 차지하기 때문에, CRT가 장착되는 전자 제품의 소형화, 경량화의 요구에 적극적으로 대응할 수 없다.
따라서 각종 전자제품의 소형, 경량화 추세에 맞춰 평판 표시장치가 개발되고 있으며, 구체적으로 전계 광학적인 효과를 이용한 액정 표시장치(LCD: Liquid Crystal Display), 가스방전을 이용한 플라즈마 표시장치(PDP: Plasma Display Panel) 및 전계 발광 효과를 이용한 EL 표시소자(ELD: Electro Luminescence Display) 등이 있다. 액정 표시장치 및 기타 평판 표시장치는 종래의 CRT가 갖고 있는 무게나 크기에 대한 문제점을 해결하고 있으며, 그 중에서도 액정 표시장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
CRT를 이용한 표시장치에 비해, 액정 표시장치는 소형화, 경량화 및 낮은 소비전력 등의 장점을 갖고 있으며, 최근에는 일반적인 데스크탑 컴퓨터의 모니터로 사용되고 있고, 더 나아가 노트북 컴퓨터용 모니터, 대형 평판 텔레비전, 소형 멀티미디어 플레이어 등 여러 전기장치의 표시장치로 널리 사용되고 있다.
이러한 액정 표시장치는 자체적으로 발광할 수 없기 때문에 발광을 위하여 외부 광원이 필요하며, 일반적으로 액정 패널 배면에 백라이트 유닛(Back Light Unit)을 장착하여 빛을 제공한다. 백라이트 유닛에 사용되는 광원으로는 CCFL(Cold Cathode Fluoresecnt Lamp), FFL(Flat Fluoresecnt Lamp), LED(Light Emitting Diode) 등이 있다.　 초기에는 CCFL을 광원으로 많이 사용하였다. 하지만, LED가 CCFL에 비해 고색재현성, 수은이 없는 친환경성, 저전력 소모, 고수명, 저전력소모, 친환경적, 박형화 등 많은 장점을 갖기 때문에, 최근에는 LED 램프를 광원으로 사용하는 경우가 증가하고 있다.
도 1은 종래의 액정표시장치를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 액정표시장치(10)는 백라이트 유닛(20) 및 액정디스플레이 유닛(30)을 포함한다. 백라이트 유닛(20)는 발광부재(22) 및 광학필터(24)를 포함한다. 백라이트 유닛(20)을 위한 발광부재(22)로는 평판형광램프 등이 사용될 수 있으며, 발광부재(22)로부터 발생한 빛은 광학필터(24)를 통해 액정디스플레이 유닛(30)으로 전달될 수 있다. 광학필터(24)는 빛의 집광, 확산 또는 편광 현상 등을 목적으로 하며, 균일하면서도 일정한 밝기의 빛을 액정디스플레이 유닛(30)에 공급할 수 있다. 광학필터(24)는 액정디스플레이 유닛(30)의 하부에 위치하지만, 경우에 따라서는 액정디스플레이 유닛(30)의 상부에 위치할 수도 있다.
백라이트 유닛(20) 및 액정디스플레이 유닛(30)은 수납용기(40)에 수용되며, 탑 샤시(45)는 수납용기(40)의 상부를 덮어 양 유닛들을 하나로 조립한다.
CRT 또는 PDP와는 달리 액정표시장치에서 액정디스플레이 유닛(30)은 자체적으로 발광할 수가 없다. 따라서 백라이트 유닛(20)이 액정디스플레이 유닛(30)의 하면에 장착되어야 하며, 백라이트 유닛(20)은 액정디스플레이 유닛(30)에 균일한 빛을 일정하게 조사할 수 있어야 한다.
백라이트 유닛은 광원의 위치에 따라 엣지형과 직하형으로 구분될 수 있다. 엣지형의 백라이트 유닛은 도광판을 포함하며, 광원이 도광판의 측면에 위치하여 빛을 조사한다. 반면, 직하형의 백라이트 유닛은 광원이 디스플레이 패널 바로 하부에 위치하여, 발광소자가 면 전체에 분포되어 구비된다.
백라이트 유닛에서 발광 다이오드를 광원으로 사용하는 방법으로는, 첫째로 청색 발광 다이오드와 YAG(Yttrium Aluminum Garnet, 야그) 형광체를 이용하는 방법이 있으며, 둘째로 자외선을 발광하는 발광 다이오드에 적색, 녹색, 및 청색의 형광체를 사용하는 방법이 있고, 셋째로 적색 발광 다이오드, 녹색 발광 다이오드, 및 청색 발광 다이오드를 이용하여 각 발광 다이오드에서 방출되는 빛을 혼합하는 방법이 있다.
여기서, 청색 발광 다이오드와 YAG 형광체를 사용하는 방법은 적색 표현 능력이 떨어지고 발광효율이 낮으며, 자외선을 발광하는 발광 다이오드에 적색, 녹색, 및 청색의 형광체를 사용하는 방법은 형광체의 개발이 어렵고 열적 특성이 좋지 않다.
또한, 적색 발광 다이오드, 녹색 발광 다이오드, 및 청색 발광 다이오드를 이용하는 방법은 각 발광 다이오드에서 방출되는 적색광, 녹색광, 및 청색광의 강도가 높으므로 색 재현 범위를 넓게 설계할 수 있으나, 백색광을 구현하기 위해 이들 발광 다이오드들을 조합해야 하는 문제점이 있다.
최근의 디스플레이 장치의 대형화 및 고화질 요구에 부응하기 위하여, 액정표시장치에는 화면의 분할 구동 및 필드 시퀀셜(FS, Field Sequential) 구동을 요구되며, 또한 높은 색재현 특성을 확보하기 위하여 적색 발광 다이오드, 녹색 발광 다이오드, 및 청색 발광 다이오드를 개별적으로 사용하고, 각 발광 다이오드에서 방출되는 빛의 혼합을 통하여 백색광을 얻어내는 방법이 사용되고 있다. 이 외에도, 높은 휘도 및 높은 색온도가 요구되어, 각 발광 다이오드에서 방출되는 빛을 집속하기 위한 렌즈, 칩, 및 발광 다이오드를 제조하기 위한 물질의 개발되고 있다.
특히, 발광 다이오드를 박막 패턴이 형성된 인쇄회로기판 등의 상부면에 실장한 후, 그 상부에 에폭시, 아크릴, 또는 실리콘 등을 사용하여 몰드 성형부를 형성하되, 휘도를 증가시키기 위하여 몰드 성형부 표면에 렌즈를 형성시키는 몰딩기법이 개발되고 있으며, 최근에는 렌즈가 몰드 성형부와 일체로 형성되는 하이 플럭스 렌즈(High Flux Lens)가 개발되고 있다.
대한민국 공개특허 제10-2002-79516호에는 이러한 발광장치의 일 예가 개시되어 있으며, 개시된 발광장치는 개구부를 가지는 수지부, 개구부 안에 배치되는 발광소자 및 반도체 소자, 그리고 발광 소자 및 반도체 소자를 덮도록 개구부 안은 실리콘 수지에 의해서 충진되며, 개구부의 형상은 타원형 또는 원형에 가까운 형상으로 되어 렌즈를 형성하고 있다.
그러나, 이러한 렌즈는 발광 다이오드를 인쇄 회로 기판에 실장하였을 때, 적색 발광 다이오드, 녹색 발광 다이오드, 및 청색 발광 다이오드의 위치에 따른 광속의 차이를 보상할 수 없어 균일한 백색광을 얻을 수 없으며, 액정표시장치가 대형화될수록 발광 다이오드의 사용 개수는 더욱 많아지게 되고, 백색광으로의 색 혼합은 더욱 어렵게 된다. 또한 발광 다이오드의 지속적인 점등으로 인해 소비 전력을 높이게 되었으며 액정을 투과하는 빛의 밝기가 동일하여 고품질 표시 장치를 위한 높은 콘트라스트 레이셔(Contrast ratio)를 얻기에는 부족함이 있다.
이를 해결하기 위하여, 종래에는 각각의 발광 다이오드에서 방출된 광을 집속하거나 측면 발광의 형태로 광을 확산시켰으나, 각각의 발광 다이오드의 위치에 따른 특성의 차이에 대해서는 고려하지 못하여, 균일한 백색광을 얻을 수 없었으며 위치에 따른 개별 발광 다이오드의 분할 구동을 구현하는 것에 어려움이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 수개의 점광원을 이용 하여 백색광을 효율적으로 생성할 수 있는 광학 렌즈 및 백라이트 유닛을 제공한다.
본 발명은 백라이트에서 백색광이 필요한 부분에 대응하여 백색광을 효율적으로 제공할 수 있는 광학 렌즈 및 백라이트 유닛을 제공한다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 백라이트 유닛은 인쇄회로기판 및 인쇄회로기판 상에 장착되는 복수개의 발광 모듈을 구비하며, 복수개의 발광모듈은 각각, 예를 들어 적색, 청색 및 녹색 등을 발광할 수 있는 복수개의 점광원을 포함할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 각각의 점광원은 발광 다이오드 및 발광 다이오드에 하나씩 장착되는 광학 렌즈를 포함한다.
일반적으로 삼원광인 적색, 청색 및 녹색을 발광할 수 있는 점광원이 3개 또는 4개가 하나의 모듈로 인쇄회로기판 상에 장착되며, 각각 삼원광은 혼합하여 백색광을 형성할 수가 있다.
바람직하게, 광학 렌즈는 내부 곡면 및 외부 곡면을 갖는 렌즈 몸체를 포함하며, 렌즈 몸체의 전체 반경은 외부 곡면의 곡률보다 큰 값은 유지함으로써 지향각의 조절이 용이하고 핫 스팟(hot spot)이 비교적 적은 광을 생성할 수 있다. 내부 곡면 및 외부 곡면의 곡률, 렌즈 몸체의 전체 반경이나 높이 등을 조절하여 설계자는 다양한 특성의 빛을 유도할 수가 있다. 무엇보다도 백라이트의 점광원을 부분적으로 온/오프하여 필요한 곳만 발광할 수 있다.
하나의 발광 다이오드를 포함하는 하나의 점광원에 광학 렌즈가 장착되는 경우, 광학 렌즈에서 내부 곡면의 곡률은 2.8~3.1mm이고, 상기 외부 곡면의 곡률을 4.6~4.9mm이고, 상기 렌즈 몸체의 전체 반경은 5.8~6.2mm이고, 상기 렌즈 몸체의 높이는 4.5~4.7mm인 것이 바람직하다. 또한, 렌즈 몸체는 PMMA 또는 투명한 PC 등으로 구성되는 것이 열 방출이나 색 변형 방지에 유리할 수 있다. 광학 렌즈가 하나의 점광원에 하나씩 장착되는 경우, 외부 곡면은 내부 곡면보다 큰 곡률을 갖는 것이 좋다.
본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따르면, 백라이트 유닛은 인쇄회로기판 및 인쇄회로기판 상에 장착되는 복수개의 발광 모듈을 구비하며, 복수개의 발광모듈은 각각, 예를 들어 적색, 청색 및 녹색 등을 발광할 수 있는 복수개의 점광원을 포함할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 각각의 점광원은 발광 다이오드를 포함하며, 발광 모듈을 이들 점광원을 모두 수용할 수 있는 광학 렌즈를 포함한다.
광학 렌즈는 내부 곡면 및 외부 곡면을 갖는 렌즈 몸체를 포함하며, 렌즈 몸체의 전체 반경은 외부 곡면의 곡률보다 큰 값은 유지함으로써 지향각의 조절이 용이하고 핫 스팟(hot spot)이 비교적 적은 광을 생성할 수 있다. 내부 곡면 및 외부 곡면의 곡률, 렌즈 몸체의 전체 반경이나 높이 등을 조절하여 설계자는 다양한 특성의 빛을 유도할 수가 있다.
복수개의 발광다이오드를 포함하는 하나의 점광원에 광학 렌즈가 장착되는 경우, 광학 렌즈에서 내부 곡면의 곡률은 12.3~12.6mm이고, 외부 곡면의 곡률을 10.3~10.5mm이고, 렌즈 몸체의 전체 반경은 14.7~15.2mm이고, 렌즈 몸체의 높이는 13.7~14.3mm인 것이 바람직하다. 또한, 렌즈 몸체는 PMMA 또는 투명한 PC 등으로 구성되는 것이 열 방출이나 색 변형 방지에 유리할 수 있다. 광학 렌즈가 복수개의 점광원을 모두 수용하도록 장착되는 경우, 외부 곡면은 내부 곡면보다 작은 곡률을 갖는 것이 좋다.
일반적으로, 백색광을 얻기 위해 3개 혹은 4개의 적색, 녹색, 청색 발광 다이오드를 인쇄회로기판에 실장을 하고, 3개 혹은 4개의 서로 다른 발광 다이오드에 개별 광학 렌즈를 사용하거나 통합 광학 렌즈를 재치함으로써, 백색광을 만들어 백라이트 유닛의 필요 부분에 조사할 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 백라이트 유닛을 설명한다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 상기 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 렌즈를 설명하기 위한 단면도이며, 도 3은 도 2의 광학 렌즈를 포함하는 백라이트 유닛의 일부를 확대 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 광학 렌즈(100)는 PMMA 또는 투명 PC로 이루어진 렌즈 몸체(110)로 구성되며, 렌즈 몸체(110)의 안쪽으로 점광원을 수용할 수 있는 공간이 형성되어 있다. 다만, 렌즈 몸체(110)의 안쪽으로 곡면 구조로 형성된 내부 곡면(120)이 제공되며, 내부 곡면(120)의 바깥쪽으로 굴절된 광이 통과하는 외부 곡 면(130)이 제공된다. 내부 곡면(120) 및 외부 곡면(130)은 대량 렌즈 몸체(110)의 중심 축을 중심으로 형성된 회전체(body of revolution) 형상으로 형성되며, 렌즈 몸체(110) 상부 가운데는 약간 함몰된 구조를 갖는다.
따라서, 렌즈 몸체(110)의 최외곽 반경(RT)이 외부 곡면(130)의 곡률(Rout)보다 큰 것을 알 수 있다. 이 외에도 내부 곡면(120)의 곡률(Rin) 및 외부 곡면(130)의 곡률(Rout) 등을 다양하게 변경하여 원하는 특성의 렌즈를 얻을 수 있다. 렌즈 몸체(110)의 전체 반경(RT)이나 높이(H) 등을 변경하여도 다양한 특성의 렌즈를 얻을 수가 있다.
도 3을 보면, 광학 렌즈(100)는 하나의 점광원(230)을 위한 것으로서, 결과적으로 하나의 발광 다이오드(240)에 대응된다. 따라서 인쇄회로기판(210) 상에 장착된 점광원(230)은 수납부를 통해 하나의 발광 다이오드(240)를 내장할 수 있으며, 그 점광원(230) 위로 하나의 광학 렌즈(100)가 장착될 수 있다.
광학 렌즈(100)에서 내부 곡면(120)의 곡률(Rin)은 약 2.8~3.1mm이고, 외부 곡면(130)의 곡률(Rout)을 4.6~4.9mm인 것이 적당하다. 또한, 렌즈 몸체(110)의 전체 반경(RT)은 약 5.8~6.2mm이고, 렌즈 몸체(110)의 높이(H)는 약 4.5~4.7mm인 것이 적당하다.
렌즈 몸체(110)에서 외부 곡면(130)은 내부 곡면(120)보다 큰 곡률을 가지며, 점광원(230)으로부터 발생된 광이 내부 곡면(120)으로 입사되어 굴절되고, 굴절된 광이 외부와 접하는 외부 곡면(130)을 통과하면서 좁은 지향각을 갖도록 할 수가 있다.
도 4는 도 3의 백라이트 유닛을 이용한 경우의 빛의 발광 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예의 광학 렌즈(100)를 이용하는 경우 전방으로 향하는 빛이 많으면서도 제한된 영역에만 빛을 보내기 위해 지향각도가 양호한 것을 알 수 있다.
도 4의 기초가 된 광학 렌즈(100)에서 내부 곡률 반경은 약 2.92mm이고, 외부 곡면의 곡률 반경은 약 4.71mm이고, 렌즈 몸체의 전체 반경은 약 6mm이며, 렌즈 몸체의 전체 높이는 약 4.6mm 정도이다. 또한, 렌즈의 재질은 투명한 폴리카보네이트(PC)를 사용을 하였다. 발광 다이오드의 열방출이 많이 때문에 열에 의한 렌즈의 색 변형이 우려되지만, PC는 상대적으로 열에 강한 재질로서 광학 렌즈로 유용하다.
도 4를 보면, 광학 렌즈(100)를 이용할 때 관찰이 되는 렌즈의 지향 특성을 나타내고 있다. 기존 백라이트 유닛에 사용이 되었던 측면 발광형 렌즈에 비해서는 전방으로 향하는 빛이 많으면서도 제한된 영역에만 빛을 보내기 위해 지향각도가 기존 백라이트 유닛의 렌즈보다 좁음을 알 수 있다. 또한 가운데로 강하게 나오는 발광 다이오드의 빛을 제어하기 위한 내부 곡면 및 외부 곡면의 곡률 조절로 인해 핫 스팟(Hot spot)이 적게 관찰됨을 알 수 있다.
이와 같이, 내부 곡면(120)과 외부 곡면(130)의 곡률 등을 조절하여 출사각을 조절할 수 있으며, 백색광의 조사가 필요치 않은 부분에는 빛을 조사하지 않 도록 하여 발광 다이오드의 특성 및 발광 면의 구조에 따라서 알맞은 빛의 특성을 조절할 수가 있다.
내부 곡면(120)의 곡률 변경 시 곡면의 형태가 전체적으로 타원형이 되게 하는데, 내부 곡면(120)에 의해 정의되는 타원 중 장축이 광학 렌즈의 바닥면과 수직이 되면 빛은 옆으로 퍼지는 형태를 취할 수 있다. 또한 타원의 장축이 렌즈의 바닥면과 수평이 되면 빛이 위로 모아지는 형태를 취할 수 있다.
도 5는 도 3의 백라이트 유닛을 설명하기 위한 부분 확대 평면도이다.
도 5를 참조하면, 백라이트 유닛(200)은 복수개의 발광 모듈(220)을 포함하며, 각 발광 모듈(220)은 3개의 점광원(230)을 포함한다. 점광원(230)은 각각 적색, 청색 및 녹색의 빛을 조사할 수 있으며, 서로 근접하게 위치하고 있다. 각각의 점광원(230)에는 도 3에 도시된 바와 같이 광학 렌즈(100)가 하나씩 장착될 수 있다. 광학 렌즈를 발광 다이오드와 밀착하여 부착하고 렌즈의 내부 곡면의 곡률 반경 및 외부 곡면의 곡률 반경을 조절하여 표시 장치에 적용되는 백라이트의 두께에 따라 백색광을 만들어 낼 수 있다.
기존의 발광 다이오드용 렌즈는 광 효율 및 색 혼합을 위해 점광원에서 나온 빛을 옆으로 출사하는 형태를 취한다. 이는 색 혼합에 있어서는 좋은 특성을 보여주었으나, 고품질의 표시 장치를 위한 백라이트의 분할 구동에 문제가 있다.
46인치 백라이트 유닛을 기준을 했을 때, 총 64 분할 구동이 가능하며, 도 5는 그 64개 분할면 중 4면만 나타내고 있다. 위 아래의 발광 모듈(220)에서 광학 렌즈 및 발광 다이오드의 배열은 서로 대칭적인 구조를 가진다. 발광 다이오드의 위치에 따른 적색, 청색, 녹색 발광 다이오드의 배열은 상하로 대칭을 이루며 장착될 수가 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 렌즈를 설명하기 위한 단면도이며, 도 7은 도 6의 광학 렌즈를 포함하는 백라이트 유닛의 일부를 확대 도시한 단면도이다.
도 6를 참조하면, 광학 렌즈(300)는 PMMA 또는 투명 PC로 이루어진 렌즈 몸체(310)로 구성된다. 렌즈 몸체(310)의 안쪽으로 곡면 구조로 형성된 내부 곡면(320)이 제공되며, 내부 곡면(320)의 바깥쪽으로 굴절된 광이 통과하는 외부 곡면(330)이 제공된다. 내부 곡면(320) 및 외부 곡면(330)은 대량 렌즈 몸체(310)의 중심 축을 중심으로 형성된 회전체(body of revolution) 형상으로 형성되며, 렌즈 몸체(310) 상부 가운데는 약간 함몰된 구조를 갖는다.
렌즈 몸체(310)의 최외곽 반경(RT)이 외부 곡면(330)의 곡률(Rout)보다 큰 것을 알 수 있다. 이 외에도 내부 곡면(320)의 곡률(Rin) 및 외부 곡면(330)의 곡률(Rout) 등을 다양하게 변경하여 원하는 특성의 렌즈를 얻을 수 있다. 렌즈 몸체(310)의 전체 반경(RT)이나 높이(H) 등을 변경하여도 다양한 특성의 렌즈를 얻을 수가 있다.
또한, 백라이트 유닛에서 디스플레이 전체 영역을 복수의 영역으로 구분할 수 있으며, 상기 영역들 중 필요한 부분의 발광 모듈(220)을 선택적으로 발광하여 각 영역의 온/오프 제어를 용이하게 할 수 있다.
도 7을 보면, 광학 렌즈(300)는 복수개의 점광원(430)을 위한 것으로서, 결과적으로 점광원(430)은 하나의 발광 다이오드(440)를 포함하지만, 적색, 청색 및 녹색에 대응하는 복수개의 점광원(430)이 하나의 광학 렌즈(300) 밑에 장착되어 하나의 발광 모듈(420)을 형성한다. 따라서 인쇄회로기판(410) 상에 복수개의 점광원(430)들이 장착되며, 각 점광원에는 하나의 발광 다이오드(440)를 내장할 수 있으며, 복수개의 점광원(430) 위로 하나의 광학 렌즈(300)가 장착될 수 있다.
광학 렌즈(300)에서 내부 곡면(320)의 곡률(Rin)은 약 12.3~12.6mm이고, 외부 곡면(330)의 곡률(Rout)을 10.3~10.5mm인 것이 적당하다. 또한, 렌즈 몸체(310)의 전체 반경(RT)은 약 14.7~15.2mm이고, 렌즈 몸체(310)의 높이(H)는 약 13.7~14.3mm인 것이 적당하다.
본 실시예에서는 렌즈 몸체(310)에서 외부 곡면(330)이 내부 곡면(320)보다 작은 곡률을 가지며, 점광원(430)으로부터 발생된 혼합광이 내부 곡면(320)으로 입사되어 굴절되고, 굴절된 광이 외부와 접하는 외부 곡면(330)을 통과하면서 좁은 지향각을 갖도록 할 수가 있다.
도 8은 도 7의 백라이트 유닛을 이용한 경우의 빛의 발광 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 8를 참조하면, 기존 백라이트 유닛에 사용이 되었던 측면 발광형 렌즈에 비해서는 전방으로 향하는 빛이 많으면서도 제한된 영역에만 빛을 보내기 위해 지향각도가 기존 백라이트 유닛에 사용된 렌즈보다 좁음을 알 수 있다. 또한 가운 데로 강하게 나오는 발광 다이오드의 빛을 제어하기 위한 내부 및 외부 곡률 반경의 조절로 인해 핫 스팟(Hot spot)이 적게 관찰됨을 알 수 있다.
도 8의 기초가 된 광학 렌즈(300)에서 내부 곡률 반경은 약 12.45mm이며, 외부 곡면의 곡률 반경은 약 10.43mm이고, 렌즈의 전체 반경은 약 15mm이며, 렌즈의 전체 높이는 약 14mm 정도이다. 또한, 렌즈의 재질은 투명한 폴리카보네이트(PC)를 사용을 하였다. 발광 다이오드의 열방출이 많이 때문에 열에 의한 렌즈의 색 변형이 우려되지만, PC는 상대적으로 열에 강한 재질로서 광학 렌즈로 유용하다.
이와 같이, 내부 곡면(320)과 외부 곡면(330)의 곡률 등을 조절하여 출사각을 조절할 수 있으며, 백색광의 조사가 필요치 않은 부분에는 빛을 조사하지 않도록 하여 발광 다이오드의 특성 및 발광 면의 구조에 따라서 알맞은 빛의 특성을 조절할 수가 있다.
내부 곡면(320)의 곡률 변경 시 곡면의 형태가 전체적으로 타원형이 되게 하는데, 내부 곡면(320)에 의해 정의되는 타원 중 장축이 광학 렌즈의 바닥면과 수직이 되면 빛은 옆으로 퍼지는 형태를 취할 수 있다. 또한 타원의 장축이 렌즈의 바닥면과 수평이 되면 빛이 위로 모아지는 형태를 취할 수 있다.
도 9는 도 7의 백라이트 유닛을 설명하기 위한 부분 확대 평면도이다.
도 9를 참조하면, 백라이트 유닛(400)은 복수개의 발광 모듈(420)을 포함하며, 각 발광 모듈(420)은 4개의 점광원(430)을 포함한다. 점광원(430)은 각각 적색, 청색 및 녹색의 빛을 조사할 수 있으며, 서로 근접하게 위치하고 있다. 4개의 점광원(430)은 사각형 형태로 밀집되어 하나의 광학 렌즈(300) 밑에 위치한다. 광학 렌즈를 발광 다이오드와 밀착하여 부착하고 렌즈의 내부 곡면의 곡률 반경 및 외부 곡면의 곡률 반경을 조절하여 표시 장치에 적용되는 백라이트의 두께에 따라 백색광을 만들어 낼 수 있다.
46인치 백라이트 유닛을 기준을 했을 때, 총 64 분할 구동이 가능하며, 도 5는 그 64개 분할면 중 4면만 나타내고 있다. 발광 모듈(420)에서 녹색의 점광원은 2개이며, 나머지는 적색 및 청색 점광원이 하나씩 위치한다.
본 발명의 광학 렌즈 및 백라이트 유닛은 수개의 점광원을 이용하여 백색광을 효율적으로 생성할 수 있으며, 전방에 대해 좁은 출사각 또는 지향각을 가지며, 핫 스팟이 적게 관찰된다.
본 발명의 광학 렌즈 및 백라이트 유닛은 백라이트에서 디스플레이 전체 영역을 복수의 영역으로 구분하여, 상기 영역들 중 필요한 부분을 선택적으로 발광할 수 있으며, 전체적으로 백라이트의 밝음과 어둠을 용이하게 조절할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (19)

  1. 점광원의 상부에 배치되는 광학 렌즈에 있어서,
    내부 곡면 및 외부 곡면을 갖는 렌즈 몸체를 포함하며,
    상기 렌즈 몸체의 전체 반경은 상기 외부 곡면의 곡률보다 큰 값은 유지하는 광학 렌즈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부 곡면의 곡률은 2.8~3.1mm이고, 상기 외부 곡면의 곡률을 4.6~4.9mm인 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 렌즈 몸체의 전체 반경은 5.8~6.2mm이고, 상기 렌즈 몸체의 높이는 4.5~4.7mm인 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 외부 곡면은 상기 내부 곡면보다 큰 곡률을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  5. 복수개의 점광원의 상부에 배치되는 광학 렌즈에 있어서,
    내부 곡면 및 외부 곡면을 갖는 렌즈 몸체를 포함하며,
    상기 렌즈 몸체의 전체 반경은 상기 외부 곡면의 곡률보다 큰 값은 유지하는 광학 렌즈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 내부 곡면의 곡률은 12.3~12.6mm이고, 상기 외부 곡면의 곡률을 10.3~10.5mm인 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 렌즈 몸체의 전체 반경은 14.7~15.2mm이고, 상기 렌즈 몸체의 높이는 13.7~14.3mm인 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 외부 곡면은 상기 내부 곡면보다 작은 곡률을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  9. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 렌즈 몸체는 PMMA(Polymethyl methacrylate) 또는 투명 폴리카보네이트를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  10. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 내부 곡면의 타원 장축과 상기 외부 곡면의 타원 장축이 서로 직교하는 것을 특징으로 하는 광학 렌즈.
  11. 인쇄회로기판; 및
    상기 인쇄회로기판에 장착되는 복수개의 발광 모듈;을 포함하며,
    각각의 상기 발광 모듈은 복수개의 점광원을 포함하고,
    각각의 상기 점광원은 발광 다이오드 및 상기 발광 다이오드에 장착되는 광학 렌즈를 포함하고,
    상기 광학 렌즈는 내부 곡면 및 외부 곡면을 갖는 렌즈 몸체를 포함하며, 상기 렌즈 몸체의 전체 반경은 상기 외부 곡면의 곡률보다 큰 값은 유지하는 백라이트 유닛.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 내부 곡면의 곡률은 2.8~3.1mm이고, 상기 외부 곡면의 곡률을 4.6~4.9mm이고, 상기 렌즈 몸체의 전체 반경은 5.8~6.2mm이고, 상기 렌즈 몸체의 높이는 4.5~4.7mm인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  13. 인쇄회로기판; 및
    상기 인쇄회로기판에 장착되는 복수개의 발광 모듈;을 포함하며,
    각각의 상기 발광 모듈은 발광 다이오드를 포함하는 복수개의 점광원 및 상기 점광원들 상에 장착되는 광학렌즈를 포함하고,
    상기 광학 렌즈는 내부 곡면 및 외부 곡면을 갖는 렌즈 몸체를 포함하며, 상기 렌즈 몸체의 전체 반경은 상기 외부 곡면의 곡률보다 큰 값은 유지하는 백라이트 유닛.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 내부 곡면의 곡률은 12.3~12.6mm이고, 상기 외부 곡면의 곡률을 10.3~10.5mm이고, 상기 렌즈 몸체의 전체 반경은 14.7~15.2mm이고, 상기 렌즈 몸체의 높이는 13.7~14.3mm인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  15. 제11항 또는 제13항에 있어서,
    상기 발광 모듈은 적색, 청색 및 녹색을 발광하는 상기 점광원을 적어도 하나씩 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  16. 제11항 또는 제13항에 있어서,
    상기 발광 모듈에서 상기 점광원들의 배치는 인접한 다른 발광 모듈의 점광원들의 배치와 대칭을 이루는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  17. 제11항 또는 제13항에 있어서,
    상기 점광원들은 삼각형 또는 사각형 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  18. 제11항 또는 제13항에 있어서,
    상기 렌즈 몸체는 PMMA(Polymethyl methacrylate) 또는 투명 폴리카보네이트를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  19. 제11항 또는 제13항에 있어서,
    상기 내부 곡면의 타원 장축과 상기 외부 곡면의 타원 장축이 서로 직교하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
KR20070001465A 2007-01-05 2007-01-05 광학 렌즈 및 백라이트 유닛 KR20080064490A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20070001465A KR20080064490A (ko) 2007-01-05 2007-01-05 광학 렌즈 및 백라이트 유닛

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20070001465A KR20080064490A (ko) 2007-01-05 2007-01-05 광학 렌즈 및 백라이트 유닛

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20080064490A true KR20080064490A (ko) 2008-07-09

Family

ID=39815775

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20070001465A KR20080064490A (ko) 2007-01-05 2007-01-05 광학 렌즈 및 백라이트 유닛

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20080064490A (ko)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101023960B1 (ko) * 2008-12-01 2011-03-28 주식회사 루멘스 발광 다이오드 패키지
KR101337503B1 (ko) * 2012-05-31 2013-12-06 한국광기술원 농축산용 ｌｅｄ 패키지 및 이를 이용한 조명 제어 시스템
KR20170013696A (ko) * 2015-07-28 2017-02-07 엘지디스플레이 주식회사 광학산 렌즈 및 그를 포함하는 백라이트 유닛과 표시장치
KR20200006617A (ko) * 2017-06-05 2020-01-20 루미리즈 홀딩 비.브이. 초박형 직하형 백라이트를 위한 광학 렌즈
US11242977B2 (en) 2017-07-26 2022-02-08 Lumileds Llc Illumination device with element having annular coating
JP2023507684A (ja) * 2020-11-30 2023-02-27 エイチジーシーアイ・インコーポレイテッド レンズ素子を有するレンズカバー

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101023960B1 (ko) * 2008-12-01 2011-03-28 주식회사 루멘스 발광 다이오드 패키지
KR101337503B1 (ko) * 2012-05-31 2013-12-06 한국광기술원 농축산용 ｌｅｄ 패키지 및 이를 이용한 조명 제어 시스템
KR20170013696A (ko) * 2015-07-28 2017-02-07 엘지디스플레이 주식회사 광학산 렌즈 및 그를 포함하는 백라이트 유닛과 표시장치
KR20200006617A (ko) * 2017-06-05 2020-01-20 루미리즈 홀딩 비.브이. 초박형 직하형 백라이트를 위한 광학 렌즈
US11242977B2 (en) 2017-07-26 2022-02-08 Lumileds Llc Illumination device with element having annular coating
JP2023507684A (ja) * 2020-11-30 2023-02-27 エイチジーシーアイ・インコーポレイテッド レンズ素子を有するレンズカバー

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4335891B2 (ja) バックライトアセンブリー及びこれを備えた液晶表示装置
JP4299317B2 (ja) バックライトユニット及びバックライトユニットの光源
JP5066572B2 (ja) バックライトユニット及びこれを備えた液晶表示装置
US8206022B2 (en) Backlight assembly and cover for a compact display apparatus
US8576353B2 (en) Liquid crystal display
US20060291205A1 (en) Backlight assembly including light emitting diode and display device including the same
US7205719B2 (en) Light source with LED and optical protrusions
US7661869B2 (en) Backlight assembly and display device having the same
KR20080023803A (ko) 백라이트 어셈블리 및 이를 갖는 표시 장치
KR20070006453A (ko) 광 발생 장치 및 이를 갖는 표시 장치
KR100758524B1 (ko) 백 라이트 유닛 및 백 라이트 유닛의 발광 다이오드 렌즈
KR20090059877A (ko) 액정표시장치의 광원과 이를 이용한 백라이트 유닛
US20060203484A1 (en) Light emitting diode, light emitting diode module, and related backlight system
KR20080064490A (ko) 광학 렌즈 및 백라이트 유닛
KR100780187B1 (ko) Ｌｅｄ를 이용한 액정표시장치용 백라이트 유닛
KR100787637B1 (ko) 백 라이트 유닛 및 백 라이트 유닛의 비대칭 발광 다이오드렌즈
KR101266709B1 (ko) 백라이트 유닛과 이를 이용한 액정표시장치
KR101097911B1 (ko) 발광 패키지와 이를 갖는 표시장치
KR100771511B1 (ko) 분할 구동용 백 라이트 유닛 및 그 백 라이트 유닛의비대칭 발광 다이오드 렌즈
KR20080051994A (ko) 액정 표시 장치
KR101746846B1 (ko) 백라이트 유닛 및 이를 구비한 액정표시장치
KR20060105397A (ko) 광 발생 장치 및 이를 갖는 표시 장치

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application