KR20150098942A - 백라이트 광학 시스템 - Google Patents

백라이트 광학 시스템

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KR20150098942A
KR20150098942A KR1020140020345A KR20140020345A KR20150098942A KR 20150098942 A KR20150098942 A KR 20150098942A KR 1020140020345 A KR1020140020345 A KR 1020140020345A KR 20140020345 A KR20140020345 A KR 20140020345A KR 20150098942 A KR20150098942 A KR 20150098942A
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Abstract

본 발명은 백라이트 광학(조명) 시스템에 관한 것이다.
빛을 방사하는 발광 소자(일반적으로 LED); 발광 소자의 빛 진행 방향 전방에 구비되어 빛의 경로를 바꾸는 렌즈; 발광 소자에서 방사된 빛이 렌즈 등에 의하여 반사(또는 산란)되어 되돌아 온 빛을 재 반사시키는 반사판을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학(또는 조명) 시스템에 관한 것이다.
렌즈는 발광 소자에서 출사된 빛을 굴절시켜 렌즈 내측으로 빛을 진행시키는 제1 굴절 수단(면)과 굴절되어 렌즈 내측에서 진행하는 빛을 렌즈 외측으로 굴절시키는 제 2 굴절 수단(또는 면)으로 구성되는 것을 특징으로 하며, 제 2 굴절 수단의 렌즈 외측은 적어도 하나의 평면이 구비된 것을 특징으로 하는 광학 시스템을 포함한다. 여기서 렌즈 표면의 적어도 하나의 평면은 렌즈 위에 또 다른 평면 판 또는 영상 디스플레이 소자가 놓일 수 있도록 지지대 역할을 할 수 있다.
렌즈 제 1 굴절 수단 또는 제2 굴절 수단은 발광 소자의 방사 빛이 렌즈의 출사면에서 고르게 빛이 퍼져나가도록 적어도 한 개 이상의 굴절각이 형성되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한 빛 분포를 균일하게 하는 또 다른 수단으로서 렌즈는 렌즈 표면 또는 렌즈를 구성하는 재료에 빛 확산 형상 또는 특정 재질이 일부 삽입된 것을 포함한다.
본 발명은 엘시디의 하판 편광판 또는 광학 시트(sheet) 와 조합되어 상기 광학 시스템이 영상 디스플레이 소자(특히, LCD)의 백라이트로서 사용되는 것을 특징으로 하는 광학(또는 조명) 시스템을 포함한다.
또한 본 발명은 렌즈 평면 위에 평면 판을 구비하여, 그 평면 판이 광고판의 조명 시스템으로 사용되는 광학 시스템을 포함한다.

Description

백라이트 광학 시스템{Back light optical system}
본 발명은 백라이트 광학(조명) 시스템에 관한 것이다.
빛을 방사하는 발광 소자(일반적으로 LED); 발광 소자의 빛 진행 방향 전방에 구비되어 빛의 경로를 바꾸는 렌즈; 발광 소자에서 방사된 빛이 렌즈 등에 의하여 반사(또는 산란)되어 되돌아 온 빛을 재 반사시키는 반사판을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학(또는 조명) 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 백라이트 광학(조명) 시스템에 관한 것이다.
빛을 방사하는 발광 소자(일반적으로 LED); 발광 소자의 빛을 균일하게 분포하도록 구성하는 백라이트 광학 시스템은 크게 두 가지로 구분된다.
발광 소자(LED) 에레이(Array) 의 빛 진행 방향에 구비된 도광판(Light guide); 도광판 위에 설치된 광학 시트(sheet) 류; 광학 sheet 의 빛 출사 면에 구비된 영상 디스플레이 소자로 구성된 사이드(side) 광 입력 방식이 있고, 또 다른 하나는 상기의 도광판의 기능을 렌즈가 대체하는 직하형(Direct) 광 입력 방식의 백라이트 광학 시스템이 있다.
도광판이 사용되는 사이드 방식의 백라이트는 두께가 얇은 장점이 있으나, 도광판의 가격이 직하형에 비하여 고가일 수 있다. 직하형 백라이트 방식은 도광판이 사용되지 않아 무게가 가벼워 질 수 있고, LED 스캐닝(Scanning) 및 로컬 디밍(Local Dimmimg) 이 사이드 방식 대비 유리하여 고화질 구현이 유리할 수 있다. 그러나, 직하형 백라이트는 LED 에서 방사된 빛을 렌즈에서 균일하게 퍼지게 하는 광거리(optical length) 가 필요하여 일반적으로는 백라이트 두께가 두꺼워지는 단점이 발생한다.
빛을 방사하는 발광 소자(일반적으로 LED); 발광 소자의 빛 진행 방향 전방에 구비되어 빛의 경로를 바꾸는 렌즈; 렌즈의 빛 방출 앞단에 설치된 광학 시트; 광학 시트 의 빛 진행 방향 앞단에 설치된 영상 디스플레이 소자로 구성된 광학 시스템에 있어서, 발광 소자에서 광학 시트 사이의 광거리가 길기 때문에 발생하는 두꺼운 두께를 얇게 하고자 한다.
또한 종래의 기술에서, 광학 시트를 완전히 제거하는 기술을 이용하여 코스트(Cost)를 줄이고자 한다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여, 렌즈 광 출사 표면 측(제 2 굴절면)에 적어도 하나의 평면 또는 평면 상당의 면적을 확보하여 광학 시트 또는 영상 디스플레이 소자의 빛 입사 측 편광판 부착 하판을 안착시키는 것을 포함하는 광학시스템을 특징으로 한다.
본 발명의 렌즈는 발광 소자에서 출사된 빛을 굴절시켜 렌즈 내측으로 빛을 진행시키는 제1 굴절 수단(면)과 굴절되어 렌즈 내측에서 진행하는 빛을 렌즈 외측으로 굴절시키는 제 2 굴절 수단(또는 면)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템을 포함한다.
렌즈 제 1 굴절 수단 또는 제2 굴절 수단은 발광 소자의 방사 빛이 렌즈의 출사면에서 고르게 빛이 퍼져나가도록 적어도 한 개 이상의 굴절각이 형성되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한 한 개 이상의 굴절각이 형성되도록, 제 1 또는 제 2 굴절 면은 복수개의 곡률을 갖는 구면 또는 비구면 또는 빗면을 포함한다.
또한 빛 분포를 균일하게 하는 또 다른 수단으로서 렌즈는 렌즈 표면 또는 렌즈를 구성하는 재료에 빛 확산 형상 또는 특정 재질이 일부 삽입된 것을 포함한다.
본 발명은 광학 시트를 삭제하여 코스트(Cost) 및 무게를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 광거리를 짧게 하여 두께를 줄일 수 있다.
또한 다이렉트 백라이트의 장점인 스캐닝과 로컬 디밍으로 고화질도 동시에 구현할 수 있다.
도 1는 본 발명의 광학 시스템 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예로서, 렌즈 입사측면과 출사측면이 다수개의 굴절면 형상을 나타내는 구성도이다.
도 3, 4, 5는 본 발명의 실시 예로서, 제 2도에 대한 구체적인 실시 예이다.
도 6는 본 발명의 실시 예로서, 렌즈 표면의 작은 분산자의 도포 예를 도시한다
도 7는 본 발명의 실시 예로서, 렌즈 내부의 작은 분산자의 도포 예를 도시한다
도 8는 본 발명의 실시 예로서, 렌즈 표면의 작은 분산자에 의한 빛의 퍼짐을 도시한 그림이다.
도 9, 10, 11는 본 발명의 실시 예로서, 렌즈 입사측면과 출사측면이 다수개의 굴절면 형상을 나타내는 구성도의 또 다른 예이다.
도 12 본 발명의 실시 예로서, 렌즈 입사측면과 출사측면이 다수개의 굴절면 형상을 나타내는 또 다른 구성도이다.
도 13, 14는 본 발명의 실시 예로서, 도 12의 또 다른 실시 예를 나타낸다
[도면 부호의 설명]
10 광원(LED)
20 광원(LED) 에 연결된 회로 연결 기판(PCB)
30 렌즈
40 광원과 렌즈가 놓이도록 설치된 평면 판(또는 반사판)
50 광학 시트(또는 LCD 하판 편광판)
301∼304, 310 렌즈 외측면 구성 인자(Segment)
305∼309 렌즈 내측면 구성 인자(Segment)
500 렌즈 표면측의 분산자(Diffuser)
601∼602 렌즈 외측면
603∼604 렌즈 내측면
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 발명은 백라이트 광학(조명) 시스템에 관한 것이다.
제 1도, 제 2도, 제 12도, 제 15도에서
빛을 방사하는 발광 소자인 LED(10); LED 에 전류를 인가하는 구동 시스템에 연결된 기판(20); 발광 소자의 빛 진행 방향 전방에 구비되어 빛의 경로를 바꾸는 렌즈(30); 렌즈와 LED를 지지하는 평면 판(40); 렌즈의 빛 출사 측 전방에 구비된 광학 시트(50) 또는 영상 디스플레이 소자로서의 TFT LCD(50)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템에 관한 것이다.
상기 평면 판(40)은 평면 판 내측에 빛을 반사하는 시트(sheet) 를 포함할 수 있다.
발광 소자는 일반적으로 LED로 해석될 수 있으며, LED 는 백색 빛을 내는 것 또는 백색을 구현하는 복수개의 발광 소자를 포함한다. 예로서 Red, Green, Blue 의 조합으로 구성되거나, 또는 Yellow, Magenta, Cyan 으로 구성될 수 있다.
또한 광학 시트(50) 의 빛 출사 측 전방에 LCD 디스플레이 소자가 구비될 수 있다.
상기 발광 소자 또는 렌즈는 복수개로 구비되어 반사판에 일정한 거리 간격을 두고 어레이(Array) 로 구성된 것을 특징으로 하는 광학 시스템을 포함한다. 여기서 복수개의 발광 소자는 복수개의 렌즈와 같은 개수로 구성하는 것이 바람직 할 것이다.
또한 렌즈와 발광 소자의 중심 축은 일반적으로 일치하게 배치하는 것이 바람직 할 것이다.
제 2도, 제 12도에서,
렌즈는 발광 소자에서 출사된 빛을 굴절시켜 렌즈 내측으로 빛을 진행시키는 제1 굴절 수단(면)과 굴절되어 렌즈 내측에서 진행하는 빛을 렌즈 외측으로 굴절시키는 제 2 굴절 수단(또는 면)으로 구성되는 것을 특징으로 하며, 제 2 굴절 수단의 렌즈 외측은 적어도 하나의 평면이 구비된 것을 특징으로 하는 광학 시스템을 포함한다. 여기서 렌즈 표면의 적어도 하나의 평면은 렌즈 위에 또 다른 평면 판 또는 영상 디스플레이 소자가 놓일 수 있도록 지지대 역할을 할 수 있다.
렌즈 제 1 굴절 수단 또는 제2 굴절 수단은 발광 소자의 방사 빛이 렌즈의 출사면에서 고르게 빛이 퍼져나가도록 적어도 한 개 이상의 굴절각이 형성되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
렌즈는 발광 소자에서 출사된 빛을 굴절시켜 렌즈 내측으로 빛을 진행시키는 제1 굴절 수단(면)과 굴절되어 렌즈 내측에서 진행하는 빛을 렌즈 외측으로 굴절시키는 제 2 굴절 수단(또는 면)으로 구성되는 것을 특징으로 하며, 제 2 굴절 수단의 렌즈 외측은 적어도 하나의 평면이 구비된 것을 특징으로 하는 광학 시스템을 포함한다. 여기서 렌즈 표면의 적어도 하나의 평면은 렌즈 위에 또 다른 평면 판 또는 영상 디스플레이 소자가 놓일 수 있도록 지지대 역할을 할 수 있다.
제 2도에서, 렌즈의 내측면(제 1 굴절 수단)이 5개의 굴절 특성을 갖는 빗면으로 구성되고, 렌즈의 외측면(제 2 굴절 수단)이 4개의 굴절 특성을 갖는 빗면으로 구성된 실시예를 나타낸다.
제 2도의 특징을 갖는 렌즈는 제 3도, 제 4도, 제5도에서 각각의 빗면에 대한 구체적인 실시 예를 나타낸다.
제 3도에서, LED 의 빛 발광부 끝단 A, B 에서 출사된 빛은 렌즈 내측 빛 입사 부분(307), 외측 빛 입사부분(302)의 특징을 결정하는 요소로 작용한다. 예로서, 렌즈 내측 입사부분(306)과 인접한 내측 입사부(307)의 경계부는 Ray 2와 Ray 3가 만나는 부분을 기준으로 하는 것이 바람직할 것이다.
제 4도에서, LED 의 빛 발광부 끝단 A, B 에서 출사된 빛은 렌즈 내측 빛 입사 부분(308), 외측 빛 입사부분(303)의 특징을 결정하는 요소로 작용한다. 예로서, 렌즈 내측 입사부분(308)과 인접한 내측 입사부(307)의 경계부는 Ray 5가 렌즈에서 출사되어 제 1도의 렌즈 시트(50)에서 반사되는 s파의 반사량을 고려하는 것이 바람직 할 것이다.
제 5도에서, LED 의 빛 발광부 끝단 A, B 에서 출사된 빛은 렌즈 내측 빛 입사 부분(307), 외측 빛 입사부분(302)의 특징을 결정하는 요소로 작용한다. 예로서, 렌즈 내측 입사부분(308)과 인접한 내측 입사부(307)의 경계부는 Ray 6와 Ray 7가 만나는 부분을 기준으로 하는 것이 바람직할 것이다.
제 6, 7도는 본 발명의 또 다른 실시 예로서, 빛 분포를 균일하게 하는 또 다른 수단으로서 렌즈 표면 또는 렌즈를 구성하는 재료에 빛 확산 형상 또는 특정 재질이 일부 삽입된 것을 포함한다.
제 8도는 렌즈에 입사된 빛이 상기 제6,7도의 특정 재료에 의하여 빛이 분사되는 것을 나타내는 그림이다.
제 9도는 제2도의 또 다른 실시 예로서 렌즈 윗 부분에 오목 빗면을 형성하여 렌즈 중앙부의 빛의 퍼뜨리는 것에 관한 것이다.
제 10, 11도는 제 2도 또는 제9도에서 제 1굴절 수단과 제 2굴절 수단이 어느 특정 곡률로 구성된 것에 대한 실시 예이다.
제 12도는 본 발명의 또 다른 실시 예를 나타낸 것이다.
렌즈는 발광 소자에서 출사된 빛을 굴절시켜 렌즈 내측으로 빛을 진행시키는 제1 굴절 수단(면);과 굴절되어 렌즈 내측에서 진행하는 빛을 렌즈 외측으로 굴절시키는 제 2 굴절 수단(또는 면)으로 구성되는 것을 특징으로 하며, 제 2 굴절 수단의 렌즈 외측은 적어도 하나의 경사각이 구비된 것을 특징으로 하는 광학 시스템을 포함한다. 여기서 렌즈 표면의 적어도 하나의 평면은 렌즈 위에 또 다른 평면 판 또는 영상 디스플레이 소자가 놓일 수 있도록 지지대 역할을 할 수 있다.
렌즈 제 1 굴절 수단 또는 제2 굴절 수단은 발광 소자의 방사 빛이 렌즈의 출사면에서 고르게 빛이 퍼져나가도록 적어도 한 개 이상의 굴절각이 형성되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 제 12도는 제 1,2 굴절 수단이 각각 두 개의 경사각으로 구성된 경우에 대한 예시를 나타낸다.
본 발명은 제12도의 렌즈 내측 603 부분이 제 13도, 제 14도에서와 같이 톱니 형상 또는 프레넬 렌즈 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 렌즈 형상을 포함한다.
제 15 도는 광학 시트(50)와 평판(40)에 지지대(60)을 구비하여 광거리를 더 확보할 수 있는 방법에 관한 것으로서, 광원인 LED 의 숫자를 줄일 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 광학 시트를 삭제하여 코스트(Cost) 및 무게를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 종래 보다 광거리를 짧게 하여 두께를 줄일 수 있다. 또한 다이렉트 백라이트의 장점인 스캐닝과 로컬 디밍으로 고화질도 동시에 구현할 수 있다.
전술한 본 개시의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 개시의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 개시의 보호 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 빛을 방사하는 광원(LED); 광원에서 방사된 빛의 진행 방향 전방에 설치되어 빛의 진행 방향을 바꾸는 수단으로 구성된 광학 시스템에 있어서,
    빛의 방향을 바꾸는 수단(이하 렌즈)의 외측 또는 빛 출사면이 적어도 하나의 평면 또는 평면 동등의 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템
  2. 빛의 방향을 바꾸는 수단(이하 렌즈)의 외측 또는 빛 출사면이 적어도 하나의 평면 또는 평면 동등의 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템에 있어서, 렌즈의 평면(또는 평면 동등 형상) 위에 외부의 전기 신호를 받아 화상을 구현하는 화상 구현 디스플레이 소자가 구비된 것을 특징으로 하는 광학 시스템
  3. 빛의 방향을 바꾸는 수단(이하 렌즈)의 외측 또는 빛 출사면이 적어도 하나의 평면 또는 평면 동등의 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템에 있어서, 렌즈의 평면(또는 평면 동등 형상) 위에 액정디스플레이 소자의 편광판이 구비된 것을 특징으로 하는 광학 시스템
  4. 빛의 방향을 바꾸는 수단(이하 렌즈)의 외측 또는 빛 출사면이 적어도 하나의 평면 또는 평면 동등의 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템에 있어서, 렌즈의 평면(또는 평면 동등 형상) 위에 광학 소자가 놓여진 것을 특징으로 하는 광학 시스템
  5. 제 2항에 있어서, 광학 소자는 빛을 분산시키는 일정 두께로 구성된 광분산(light diffuser) 시트(sheet) 또는 빛의 방향을 바꾸는 일정 두께의 프리즘(prism) 시트(sheet) 또는 비 편광된 빛을 어느 하나의 편광 빛으로 전환시키는 편광 변환 소자 중 적어도 하나 또는 두 개 이상으로 콘비네이션(Combination) 된 것을 포함한다.
  6. 제 1항, 2항, 3항, 4항에 있어서, 방사된 빛의 진행 방향 전방에 설치되어 빛의 진행 방향을 바꾸는 수단인 렌즈는 렌즈 내측으로 빛이 굴절되도록 구비된 렌즈 입사측면(제1 굴절면)과 렌즈에서 통과된 빛이 렌즈 외측으로 굴절 또는 분산되도록 구비된 렌즈 출사측 면(제2 굴절면)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학시스템.
  7. 제 1항, 2항, 3항, 4항에 있어서, 제1 굴절면 또는 제2 굴절면은 적어도 하나 이상의 곡면 또는 빗면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  8. 제 7항에서 입사 측면 또는 출사 측면의 적어도 한 부분이 복수개의 톱니 또는 프레넬 렌즈로 구성된 것
  9. 제 6항에서 광학 시트(50)와 평판(40) 의 공간 사이에 적어도 하나 이상의 지지대가 구비되어 광학 시트 또는 디스플레이 소자의 하판 편광판에 접촉된 것.
  10. 제 1항, 2항, 3항, 4항에 있어서, 방사된 빛의 진행 방향 전방에 설치되어 빛의 진행 방향을 바꾸는 수단인 렌즈가 렌즈 내부 또는 출사 측 표면에 빛이 굴절 또는 분산(Diffusing)되도록 특정한 형태의 미세한 형상 또는 렌즈 재질과 굴절율이 다른 어떤 재료가 포함된 것을 특징으로 하는 광학시스템.
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