KR20110043864A - 색 혼합 렌즈 및 이를 가지는 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR20110043864A
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한해욱
임미현
황성경
조민수
장경근
이재호
강신호
정인재
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포항공과대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 색재현성을 향상시킬 수 있고, 슬림화 및 방사 패턴 조절이 가능한 색 혼합 렌즈 및 이를 가지는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 색 혼합 렌즈는 각각 다른 색을 생성하는 적어도 2개의 발광 다이오드가 측면에 위치하며 상기 발광 다이오드가 수납될 수 있는 입광홈을 가지는 입광부와; 상기 입광부 상에 형성되며 상기 발광 다이오드에서 생성된 광을 혼합하여 백색광을 생성하는 색 혼합부와; 상기 색 혼합부 상에 형성되며 상기 색 혼합부를 통해 입사되는 백색광을 전면으로 출사하는 출광부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
색 혼합 렌즈, 발광 다이오드, 전면 방사

Description

색 혼합 렌즈 및 이를 가지는 액정 표시 장치{COLOR MIXING LENS AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY HAVING THE SAME}
본 발명은 색재현성을 향상시킬 수 있고, 슬림화 및 방사 패턴 조절이 가능한 색 혼합 렌즈 및 이를 가지는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시장치(Liquid Crystal Display)는 액정을 이용하여 영상을 표시하는 평판표시장치의 하나로써, 다른 디스플레이 장치에 비해 얇고 가벼우며, 낮은 구동전압 및 낮은 소비전력을 갖는 장점이 있어, 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 사용되고 있다.
이와 같은 액정표시장치는 영상을 표시하기 위한 액정표시패널이 자체적으로 발광하지 못하는 비발광성 소자이기 때문에 광을 공급하기 위한 광원이 필요하다.
광원으로는 일반적으로 백색을 구현하는 백색 발광 다이오드를 이용한다. 이 백색 발광 다이오드는 청색 발광 다이오드 표면에 적색 및 녹색 형광층을 도포함으로써 형성된다. 이러한 백색 발광 다이오드는 제조 방법이 단순하고 단가가 저렴한 장점이 있지만 색균일성과 색재현성 및 광효율이 낮은 단점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드를 광원으 로 이용하여 백색을 구현하는 기술이 제안되었다. 즉, 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드 각각에서 생성된 적색, 녹색 및 청색의 광을 혼합하여 백색광을 생성한다. 그러나, 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드 각각에서 생성된 적색, 녹색 및 청색광을 혼합하기 위해서는 백라이트 유닛의 두께가 5~10cm로 두꺼워지고, 확산 필름 등 다수의 광학 시트들이 필요하므로 평판형 디스플레이의 광원으로 이용되기 어려운 문제점이 있다. 또한, 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드를 개별적으로 구동시켜야 하므로 각 발광 다이오드의 제어에 어려움이 뒤따른다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 색재현성을 향상시킬 수 있고, 슬림화 및 방사 패턴 조절이 가능한 색 혼합 렌즈 및 이를 가지는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 색 혼합 렌즈는 각각 다른 색을 생성하는 적어도 2개의 발광 다이오드가 측면에 위치하도록 상기 발광 다이오드가 수납되는 입광홈이 측면에 형성되는 입광부와; 상기 입광부 상에 형성되며 상기 발광 다이오드에서 생성된 광을 혼합하여 백색광을 생성하는 색 혼합부와; 상기 색 혼합부 상에 형성되며 상기 색 혼합부를 통해 입사되는 백색광을 전면으로 출사하는 출광부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 입광홈 내부에 위치하는 상기 입광부의 입사면은 수평축과 예각을 이루며 상기 입사면은 곡률을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 입광홈의 선폭은 상기 발광 다이오드의 지름 이상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 입광홈 내부에 위치하는 상기 입광부의 입사면과 상기 출광부의 전면을 제외한 상기 입광부 및 상기 색 혼합부와 상기 출광부 상에 형성되는 광반사층을 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 입광홈 내부에 위치하는 상기 입광부의 입사면을 제외한 상기 입 광홈에 형성됨과 아울러 상기 출광부의 측면 상에 형성된 광반사층을 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 입광홈 내부에 위치하는 상기 입광부의 입사면을 제외한 상기 입광홈에 형성됨과 아울러 상기 출광부의 측면 상에 형성된 광반사층과; 상기 입광부의 입광홈과 연결되는 부분을 제외한 상기 입광부의 나머지 영역 및 상기 색 혼합부와 이격된 상태에서 이들을 둘러싸도록 형성된 광반사 구조체를 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 색 혼합부의 제1 실시 예는 적어도 한 층이 하부에서 상부로 갈수록 폭이 좁아지는 경사면을 가지는 다층 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 색 혼합부의 제2 실시 예는 하부에서 상부로 갈수록 폭이 좁아지는 경사면을 가지는 단층 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 출광부의 측면은 하부에서 상부로 갈수록 깊이가 깊어지는 물결 무늬 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 물결무늬는 상기 적어도 2개의 발광 다이오드의 출사면의 배열 방향을 따라 뒤틀리거나 상기 적어도 2개의 발광 다이오드의 출사면의 배열 방향과 반대 방향으로 뒤틀리는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 백색광을 생성하는 색 혼합 렌즈와; 상기 색 혼합 렌즈에서 생성된 백색광을 이용하여 화상을 구현하는 액정 표시 패널을 구비하며, 상기 색 혼합 렌즈는 각각 다른 색을 생성하는 적어도 2개의 발광 다이오드가 측면에 위치하도록 상기 발광 다이오 드가 수납되는 입광홈이 측면에 형성되는 입광부와; 상기 입광부 상에 형성되며 상기 입광부에서 생성된 광을 혼합하는 색 혼합부와; 상기 색 혼합부 상에 형성되며 혼합된 광을 전면으로 출사하는 출광부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 색 혼합 렌즈 및 그를 가지는 액정 표시 장치는 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드를 이용함으로써 색재현성 및 발광효율이 향상된다. 또한, 본 발명에 따른 색 혼합 렌즈는 슬림화가 가능하며, 발광 소자의 방사 패턴을 조절할 수 있다.
이하, 첨부된 도면 및 실시 예를 통해 본 발명의 실시 예를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 색 혼합 렌즈를 나타내는 사시도이며, 도 1에 도시된 색 혼합 렌즈(110)는 입광부(120)와, 색 혼합부(130)와, 출광부(140)와, 광반사층(150)와, 확산 시트(160)를 구비한다.
도 2는 도 1에 도시된 입광부(120), 색 혼합부(130) 및 출광부(140)를 상세히 나타내는 사시도이다.
입광부(120)에는 도 3에 도시된 바와 같이 발광 다이오드(124)에서 출사되는 광이 입사된다. 이를 위해, 입광부(120)의 측면에는 다수의 입광홈(122)이 형성되며, 그 입광홈(122)에는 발광 다이오드(124)가 삽입된다. 이 때, 입광홈(122)은 도 4a(여기서, 도 4a는 발광 다이오드(124)가 입광홈(122)에 삽입되기 전의 상태를 나타내는 도면임)에 도시된 바와 같이 발광 다이오드(124)와 동일한 크기(W1=W2)로 형성되거나 도 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같이 발광 다이오드(124)보다 큰 크기로 형성된다. 또한, 입광홈(122)에 삽입되는 발광 다이오드(124)는 도 4a 및 도 4b에 도시된 리드를 가지는 패키지 형태의 발광 다이오드(124)를 이용하거나 도 4c에 도시된 칩형태의 발광 다이오드(124)가 이용된다. 또한, 발광 다이오드(124)는 도 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같이 입광홈(122)의 가장 안쪽에 위치한 입사면(126)과 이격되도록 형성되거나 도 7에 도시된 바와 같이 입사면(126)과 접촉되게 형성된다.
이와 같이, 본원 발명은 입광부(120)의 측면에 발광 다이오드(124)가 위치하 여 발광 다이오드(124)에서 출사된 광이 색 혼합 렌즈(110) 내에 입사된 후 나선형 모양으로 진행되므로 상대적으로 낮은 높이 내에서 색 혼합이 이루어진다. 따라서, 본원 발명은 입광부의 배면 하부에 발광 다이오드가 위치하는 종래의 색 혼합 구조에 비해 색 혼합부(130)의 높이를 낮출 수 있다.
여기서, 입광부(120)는 도 5에 도시된 바와 같이 소정 폭의 지름(Din)과 높이(hin)를 가지는 원기둥 형태로 형성되며, 폴리메틸메타아크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate; PET) 등 광흡수율이 낮은 재질로 형성된다.
다수의 입광홈(122)에는 각각 다른 색의 광을 생성하는 적어도 2개의 발광 다이오드(124)가 삽입된다. 예를 들어, 다수의 입광홈(122)은 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 발광 다이오드(124) 각각이 삽입될 수 있도록 3개 형성되거나, 발광효율을 고려하여 2개의 녹색(G) 발광 다이오드(124)와, 1개의 적색(R) 발광 다이오드(124) 및 1개의 청색(B) 발광 다이오드(124)가 삽입될 수 있도록 4개 형성된다. 한편, 발광 다이오드(124) 및 입광홈(122)의 개수는 3개 또는 4개로 한정되는 것이 아니며, 광특성을 고려하여 변경 가능하다.
이러한 입광홈(122)의 내부면에는 도 5에 도시된 바와 같이 광반사층(150)이 형성된다. 여기서, 광반사층(150)은 입광홈(122)의 가장 안쪽에 위치하는 입사면(126)에는 형성되지 않는다. 이 광반사층(150)은 알루미늄, 은 또는 금과 같은 광반사율이 높은 금속 재질로 형성되어 발광 다이오드(124)에서 출사된 광이 손실되지 않고 색 혼합 렌즈(110) 내부로 입사되도록 한다. 또한, 입광부(120)의 입사면(126)은 발광 다이오드(124)의 출사면과 마주보도록 형성되며, 이러한 입사면(126)은 도 5 및 도 6a에 도시된 바와 같이 수평축과 소정 경사각(θi)을 이루도록 경사지게 형성되므로 발광 다이오드(124)에서 출사된 광이 인접한 발광 다이오드(124)와 입광홈(122)에 의해 손실되는 것을 방지한다. 이를 구체적으로 설명하면, 도 6b에 도시된 바와 같이 입사면(126)이 경사지게 형성되지 않으면(즉, 경사각(θi)=90도), 발광 다이오드(124)에서 출사된 대부분의 광은 인접한 발광 다이오드(124)와 입광홈(122)에 의해 원하지 않는 광경로로 진행되어 색 혼합 렌즈(110) 내부에서 손실된다. 반면에 도 6a에 도시된 바와 같이 입사면(126)이 경사지게 형성되면, 발광 다이오드(124)에 출사된 대부분의 광이 인접한 발광 다이오드(124)와 입광홈(122) 쪽으로 진행되지 않으므로 인접한 발광 다이오드(124)에 의해 원하지 않는 광경로로 진행되는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 입광홈(122)의 가장 안쪽에 위치하는 입광부(120)의 입사면(126)은 도 7에 도시된 바와 같이 곡률을 가지도록 형성된다. 이러한 입사면(126)을 통해 발광 다이오드(124)에서 출사된 광은 시준(collimate)되어 입광부(120)에 입사된다. 예를 들어, 발광 다이오드(124)에서 출사된 광은 반치폭이 도 8a에 도시된 바와 같이 20도인 반면에 발광 다이오드(124)에서 생성되어 입사면(126)을 통해 입광부(120) 내부로 입사된 광은 반치폭이 도 8b에 도시된 바와 같이 약 10도이다. 이와 같이, 곡률을 가지는 입사면(126)을 통해 입광부(120)에 입사되는 광이 시준되었음을 알 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이 색 혼합부(130)는 입광부(120) 상에 형성된 제1 혼합부(132)와, 제1 혼합부(132) 상에 형성된 제2 혼합부(134)로 이루어진다. 이 색 혼합부(130)는 입광부(120) 상에 폴리메틸메타아크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate; PET) 등 광흡수율이 낮은 재질로 형성된다. 이러한 색 혼합부(130)는 입광부(120)와 동일 재질로 일체화되게 형성되거나 개별적으로 형성된다.
제1 혼합부(132)는 입광부(120)를 통해 출사된 적색, 녹색 및 청색 광이 상대적으로 낮은 높이에서 혼합될 수 있도록 광의 진행방향을 조절한다. 이러한 제1 혼합부(132)는 하부에서 상부로 갈수록 폭이 점진적으로 좁아지도록 형성되므로 경 사면을 가지도록 형성된다.
제2 혼합부(134)는 경사면을 가지지 않으며 제1 혼합부(132)에서 출사된 광이 혼합되어 출광부(140)로 출사된다.
한편, 색 혼합부(130)는 제1 혼합부(132)가 경사면을 가지고 제2 혼합부(134)가 경사면을 가지지 않는 것을 예를 들어 설명하였지만 도 10a 내지 도 10c 중 어느 한 구조로도 형성 가능하다. 도 10a에 도시된 색 혼합부(130)는 입광부(120)와 동일 선폭으로 경사면이 없는 제1 혼합부(132)와, 제1 혼합부(132) 상에 경사면을 가지는 제2 혼합부(134)로 이루어진다. 도 10b에 도시된 색 혼합부(130)는 입광부(120)와 동일 선폭으로 경사면이 없는 제1 혼합부(132)와, 제1 혼합부(132) 상에 경사면을 가지는 제2 혼합부(134)와, 제2 혼합부(134) 상에 경사면이 없는 제3 혼합부(136)로 이루어진다. 도 10c에 도시된 색 혼합부(130)는 그 색 혼합부(130) 전체가 경사면을 가지도록 형성된다.
이와 같이 색 혼합 렌즈(110) 내부로 입사되어 색 혼합부(130)의 내부측면을 따라 진행되는 광들은 내부 전반사 조건을 만족하면서 상대적으로 낮은 높이의 색 혼합부(130)에서 색 혼합이 충분히 이루어지게 된다.
출광부(140)는 색 혼합부(130)에서 생성된 백색광을 외부로 출사시키는 역할을 한다. 이러한 출광부(140)은 색 혼합부(130) 상에 폴리메틸메타아크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate; PET) 등 광흡수율이 낮은 재질로 형성된다. 이러한 출광부(140)는 입광부(120) 혹은 색 혼합부(130)와 동일 재 질로 일체화되게 형성되거나 개별적으로 형성된다.
출광부(140)의 측면은 도 11에 도시된 바와 같이 하부에서 상부로 갈수록 깊이가 깊어지는 물결무늬 형태로 형성된다. 그리고 출광부(140)의 상부의 지름(Do2)이 하부의 지름(Do1)보다 크게 형성된다. 이러한 물결무늬 형태로 형성되는 출광부(140)는 색 혼합부(130)의 측면을 따라 나선형으로 진행하는 백색광을 안쪽으로 산란시킬 수 있다.
또한, 출광부(140)는 광을 혼합시키면서 광을 출광부 전면에 균일하게 입사시키기 위해서 물결무늬를 소정 각도(θo)로 뒤틀리게 형성한다. 이 때, 출광부(140)는 발광 다이오드(124)의 배열 방향을 따라 뒤틀리게 형성된다. 예를 들어, 다수개의 발광 다이오드(124)의 출사면이 도 2에 도시된 바와 같이 시계 반대 방향으로 배열되면, 출광부(140)의 물결 무늬는 도 11에 도시된 바와 같이 시계 반대 방향으로 뒤틀리게 형성된다. 또한, 다수개의 발광 다이오드(124)의 출사면이 시계 방향으로 배열되면, 출광부(140)의 물결 무늬는 시계 방향으로 뒤틀리게 형성된다.
한편, 출광부(140)의 물결무늬가 발광 다이오드(124)의 배열 방향을 따라 뒤틀리는 것을 예로 들어 설명하였지만 이외에도 출광부(140)의 물결무늬는 사용자의 선택에 따라서 발광 다이오드(124)의 배열 방향과 반대 방향으로 뒤틀릴 수도 있다.
이러한 출광부(140)의 전면을 제외한 나머지 부분에는 알루미늄, 은 또는 금 등과 같은 광반사율이 높은 금속으로 형성된 광반사층(150)이 형성되므로 출광부(140)는 물결무늬로 인해 발생되는 광손실을 최소화할 수 있다.
구체적으로, 광반사층(150)은 도 1, 도 12a 및 도 12b 중 어느 하나에 도시된 구조로 형성된다.
도 1에 도시된 광반사층(150)은 코팅 공정을 통해 출광부(140)의 전면을 제외한 나머지 영역과, 입광부(120)의 입사면(126)을 제외한 입광부(120)의 나머지 영역과, 색 혼합부(130)에 형성된다. 이러한 광반사층(150)은 입광부(120)의 입광홈(122)과 중첩되는 영역에 형성되는 관통홀(154)을 가진다. 이 관통홀(154)은 입광홈(122)에 삽입되는 발광 다이오드(124)와, 발광 다이오드(124)에 구동 신호를 공급하는 광원 기판(도시하지 않음)을 연결하는 배선(도시하지 않음)의 경로로 이용된다.
도 12a에 도시된 광반사층(150)은 코팅 공정을 통해 입사면(126)을 제외한 입광홈(122)에 형성됨과 아울러 출광부(140)의 전면을 제외한 출광부(140)의 측면에 형성된다. 이는 입광부(120) 및 색 혼합부(130)를 통과한 광들이 전반사 조건을 만족한다면 입광부(120) 및 색 혼합부(130)에서 손실되는 광의 양이 미미하기 때문에 입광부(120) 및 색 혼합부(130)에 광반사층(150)을 형성하지 않아도 무방하기 때문이다. 또한, 도 12a에 도시된 광반사층(150)은 입광부(120) 및 색 혼합부(130)에 형성되지 않으므로 입광부(120) 및 색 혼합부(130)를 통과하는 광들은 광반사층(150)과 접촉하지 않게 된다. 이에 따라, 입광부(120) 및 색 혼합부(130)에서 전반사 조건을 만족하여 진행되는 광은 광반사층(150)에 의한 광흡수가 방지 되므로 광손실이 방지된다.
도 12b에 도시된 광반사층(150)은 코팅 공정을 통해 입광부(120)의 입사면(126)을 제외한 입광홈(122)에 형성됨과 아울러 출광부(140)의 측면 상에 형성된다. 또한, 도 12b에 도시된 광반사 구조체(152)는 입광부(120) 및 색 혼합부(130)과 이격된 상태에서 이들(120,130)을 둘러싸도록 형성된다. 이와 같이, 광반사 구조체(152)는 입광부(120) 및 색 혼합부(130)와 이격되므로 입광부(120) 및 색 혼합부(130)에서 전반사 조건을 만족하며 진행되는 광은 광반사 구조체(152)와 접촉하지 않으므로 광반사 구조체(152)에 의한 광흡수를 방지할 수 있어 광손실이 방지된다. 또한, 광반사 구조체(152)는 입광부(120) 및 색 혼합부(130)를 둘러싸도록 형성됨으로써 전반사 조건을 만족하지 못하고 색 혼합 렌즈(110) 외부로 출사되는 광을 반사시켜 색 혼합 렌즈(110) 내로 재입사되게 함으로써 광효율을 향상시킨다.
한편, 광반사 구조체(152)는 입광부(120)의 입광홈(122)과 중첩되는 영역에 형성되는 관통홀(154)과, 색 혼합 렌즈(110)가 수용되도록 입광부(120)와 색 혼합부(130)의 최대 폭보다 큰 폭으로 형성되는 수용홈(156)을 가진다. 여기서, 광반사 구조체(152)의 관통홀(154)은 입광홈(122)에 삽입되는 발광 다이오드(124)와, 발광 다이오드(124)에 구동 신호를 공급하는 광원 기판(도시하지 않음)을 연결하는 배선(도시하지 않음)의 경로로 이용된다. 또한, 광반사구조체(152)는 광반사층(150)과 마찬가지로 알루미늄, 은 또는 금과 같은 광반사율이 높은 금속으로 형성된다.
한편, 본 발명에 따른 색 혼합 렌즈(110)는 출광부(140)의 전면으로 광을 출 사하므로 출광부(140)의 물결무늬로 인해 출광부(140) 전면으로 집광된 빛들을 외부로 균일하게 방출시키기 위해 출광부(140) 상에 확산시트(도 1 참고, 160)가 형성된다. 확산시트(160)는 출광부(140)의 전면과 동일한 크기와 형상으로 형성되거나 출광부(140)의 전면보다 넓은 표면적을 가지며, 그 전면과 동일 또는 다른 형상으로 형성된다.
이와 같은 본 발명에 따른 색 혼합 렌즈(110)의 시뮬레이션 결과는 표 1과 같다. 표 1에 기재된 수치는 실시예일 뿐 이를 한정하는 것은 아니며 사용자의 선택에 의해 증감되도록 변경 가능하다.
변수 값

입광부

 전체 지름(Din) 10mm
전체 높이(Hin) 1mm
경사각(θi) 80도
포물면 형태의 입사면의 초점거리 1.5mm
입광홈의 지름 1mm

색 혼합부

 제1 혼합부의 높이(hm1) 1mm
제2 혼합부의 높이(hm2) 4.5mm
제1 혼합부의 하부 지름 10mm
제2 혼합부의 상부 지름 9.825mm
경사각(θm) 85도


출광부
 전체 높이(ho) 3.5mm
하부 지름 (Do1) 9.825mm
상부 지름 (Do2) 10.5mm
상부측 물결무늬 각각의 지름 0.7mm
뒤틀림 각도(θo) 8도
색 혼합 렌즈 전체 높이(Hin+hm1+hm2+ho) 1cm
도 13은 균일한 양방향 투과 분포함수(Bidirectional Transmittance Distribution Function)와 정반사(specular reflection) 성분의 양방향 반사 분포함수(Bidirectional Reflectance Distribution Function)를 갖는 확산시트(160)를 색 혼합 렌즈(110)에 적용한 결과로서, 본 발명에 따른 색 혼합 렌즈(110)에서는 광이 전면으로 발광됨을 알 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 색 혼합 렌즈(110)는 85.1%의 효율, 77.1%의 조도 균일도 및 0.04134의 색 균일도 특성을 가지게 된다. 여기서, 효율은 입광부(120)에서 입사된 광속과 색 혼합 후 외부로 출사되는 광속의 비를 나타내며, 조도 균일도는 조도 데이터의 최대값과 최소값의 비를 나타내며, 색 균일도는 색좌표의 상대 표준 편차를 나타낸다.
이와 같이 균일한 양방향 투과 분포함수와 정반사 성분의 양방향 반사 분포함수를 갖는 확산시트(160)가 적용되는 색 혼합 렌즈(110)는 효율, 색균일도 및 조도 균일도에서 우수한 광특성을 가지며, 특히, 효율 및 조도 균일도는 70%이상으로 우수한 광특성을 가진다.
이에 따라, 본원 발명은 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드(124)를 통해 입사된 적색, 녹색 및 청색 광이 색 혼합 렌즈(110)를 통해 백색광으로 잘 혼합되어 색 혼합 렌즈(110)의 전면으로 출사됨을 알 수 있다.
이와 같은 색 혼합 렌즈(110)는 도 14에 도시된 바와 같이 액정 표시 장치의 백라이트 유닛의 광원으로 이용된다.
본 발명에 따른 색 혼합 렌즈(110)를 광원으로 이용하는 액정 표시 장치는 화상 데이터에 따라 액정의 광 투과율을 조절하여 영상을 표시하는 액정패널(40)과, 액정패널(40)에 광을 조사하기 위한 다수의 색 혼합 렌즈(110)를 포함하는 백라이트 유닛과, 백라이트 유닛을 실장하는 보텀 커버(50)를 포함한다.
액정패널(40)은 서로 대향하여 합착된 박막트랜지스터 기판(44) 및 컬러필터 기판(42)과, 두 기판(42, 44) 사이에 셀갭을 일정하게 유지시키기 위한 스페이서와, 스페이서에 의해 마련된 공간에 채워진 액정을 포함한다.
액정패널(40)에 광을 공급하는 백라이트 유닛은 광을 발생시키는 다수의 색 혼합 렌즈(110)와, 다수의 색 혼합 렌즈(110)로부터의 광을 확산시키는 확산판(20)과, 확산판(20)으로부터의 광을 편광, 집광, 확산시키는 복수의 광학 시트(30)를 포함한다.
색 혼합 렌즈(110)는 칩 형태로 형성되어 광원 기판(12) 상에 실장된다.
이러한 색 혼합 렌즈(110)로부터 발생되는 광은 확산판(20)에 입사된다. 확산판(20)은 복수의 색 혼합 렌즈(110)로부터 입사된 광을 액정패널(40)의 정면방향으로 향하게 하고, 균일한 분포를 가지도록 광을 확산시켜 액정패널(40)에 조사한다. 이러한 확산판(20)은 투명한 수지로 구성된 필름의 양면에 광확산용 부재를 코팅한 것을 사용한다.
확산판(20)으로부터 출사된 광은 확산광으로 시야각이 크게 형성된다. 액정패널(40)에 입사되는 광은 수직을 이룰 때 광효율이 커지게 된다. 이를 위해, 확산판(20) 상에 복수의 광학 시트들(30)을 배치시킨다. 복수의 광학 시트들(30)은 확산판(20)으로부터 출사되는 광을 수직으로 일으켜 광효율을 향상시키게 된다. 이에 따라, 확산판(20)에서 출사되는 광은 확산 시트(32), 집광 시트(34), 편광 시트(36) 등으로 구성되는 복수의 광학 시트들(30)을 경유하여 액정패널(40)에 입사되게 된다.
한편, 본 발명에 따른 색 혼합 렌즈는 직하형 백라이트 유닛에 적용되는 것을 예로 들어 설명하였지만 이외에도 에지형 백라이트 유닛에도 적용 가능하다. 에지형 백라이트 유닛에 적용되는 경우, 출광부(140)의 전면은 도광판의 입사면과 마주보도록 형성된다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 색 혼합 렌즈를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 색 혼합 렌즈를 상세히 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 색 혼합 렌즈를 상세히 나타내는 단면도이다.
도 4a 내지 도 4c는 도 2에 도시된 입광홈에 삽입되는 발광 다이오드의 다양한 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 2 및 도 3에 도시된 입광부를 상세히 나타내는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 입광부의 입사면과 수평축이 이루는 각도에 따른 광경로를 설명하기 위한 도면들이다.
도 7은 도 3 및 도 4에 도시된 발광다이오드에서 생성된 광이 입광부로 진행하는 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 발광 다이오드에서 출사된 광과, 입광부에 입사된 광의 방사 패턴을 나타내는 도면이다.
도 9는 도 2 및 도 3에 도시된 색 혼합부를 나타내는 사시도이다.
도 10a 내지 도 10c는 도 9에 도시된 색 혼합부의 다양한 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 2 및 도 3에 도시된 출광부를 상세히 나타내는 도면이다.
도 12a 및 도 12b는 도 1에 도시된 광반사층의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 13은 확산시트에 따른 색 혼합 렌즈를 통해 생성된 방사패턴을 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명에 따른 색 혼합 렌즈가 광원으로 이용된 액정 표시 장치를 나타내는 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110 : 색 혼합 렌즈 120 : 입광부
130 : 색 혼합부 140 : 출광부
150 : 광반사층 160 : 확산시트

Claims (14)

  1. 각각 다른 색을 생성하는 적어도 2개의 발광 다이오드가 측면에 위치하도록 상기 발광 다이오드가 수납되는 입광홈이 측면에 형성되는 입광부와;
    상기 입광부 상에 형성되며 상기 발광 다이오드에서 생성된 광을 혼합하여 백색광을 생성하는 색 혼합부와;
    상기 색 혼합부 상에 형성되며 상기 색 혼합부를 통해 입사되는 백색광을 전면으로 출사하는 출광부를 구비하는 것을 특징으로 하는 색 혼합 렌즈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 입광홈 내부에 위치하는 상기 입광부의 입사면은 수평축과 예각을 이루며 상기 입사면은 곡률을 가지는 것을 특징으로 하는 색 혼합 렌즈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 입광홈의 선폭은 상기 발광 다이오드의 지름 이상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 색 혼합 렌즈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 입광홈 내부에 위치하는 상기 입광부의 입사면과 상기 출광부의 전면을 제외한 상기 입광부 및 상기 색 혼합부와 상기 출광부 상에 형성되는 광반사층을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 색 혼합 렌즈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 입광홈 내부에 위치하는 상기 입광부의 입사면을 제외한 상기 입광홈에 형성됨과 아울러 상기 출광부의 측면 상에 형성된 광반사층을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 색 혼합 렌즈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 입광홈 내부에 위치하는 상기 입광부의 입사면을 제외한 상기 입광홈에 형성됨과 아울러 상기 출광부의 측면 상에 형성된 광반사층과;
    상기 입광부의 입광홈과 연결되는 부분을 제외한 상기 입광부의 나머지 영역 및 상기 색 혼합부와 이격된 상태에서 이들을 둘러싸도록 형성된 광반사 구조체를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 색 혼합 렌즈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 색 혼합부는 적어도 한 층이 하부에서 상부로 갈수록 폭이 좁아지는 경사면을 가지는 다층 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 색 혼합 렌즈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 색 혼합부는 하부에서 상부로 갈수록 폭이 좁아지는 경사면을 가지는 단층 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 색 혼합 렌즈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 출광부는 하부에서 상부로 갈수록 지름이 커지는 것을 특징으로 하는 색 혼합 렌즈.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 출광부의 측면은 하부에서 상부로 갈수록 깊이가 깊어지는 물결 무늬 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 색 혼합 렌즈.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 물결무늬는 상기 적어도 2개의 발광 다이오드의 출사면의 배열 방향을 따라 뒤틀리는 것을 특징으로 하는 색 혼합 렌즈.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 물결무늬는 상기 적어도 2개의 발광 다이오드의 출사면의 배열 방향과 반대 방향으로 뒤틀리는 것을 특징으로 하는 색 혼합 렌즈.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 출광부의 전면 상에 형성되는 확산 시트를 추가로 구비하는 것을 특징 으로 하는 색 혼합 렌즈.
  14. 백색광을 생성하는 색 혼합 렌즈와;
    상기 색 혼합 렌즈에서 생성된 백색광을 이용하여 화상을 구현하는 액정 표시 패널을 구비하며,
    상기 색 혼합 렌즈는
    각각 다른 색을 생성하는 적어도 2개의 발광 다이오드가 측면에 위치하도록 상기 발광 다이오드가 수납되는 입광홈이 측면에 형성되는 입광부와;
    상기 입광부 상에 형성되며 상기 입광부에서 생성된 광을 혼합하는 색 혼합부와;
    상기 색 혼합부 상에 형성되며 혼합된 광을 전면으로 출사하는 출광부를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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