KR20160041338A - 발광 장치, 그 장치를 포함하는 백 라이트 유닛, 및 그 유닛을 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

실시 예의 발광 장치는, 광원 및 광원 위에 배치된 렌즈를 포함하고, 렌즈는 광원을 바라보며 광축 방향으로 형성된 제1 리세스를 포함하는 하부 및 하부와 등을 맞대며 광축 방향으로 형성된 제2 리세스를 포함하는 상부를 포함하고, 광축에서 제1 리세스와 제2 리세스 간의 이격 거리는 1 ㎜ 내지 4.7 ㎜일 수 있다.

Description

발광 장치, 그 장치를 포함하는 백 라이트 유닛, 및 그 유닛을 포함하는 디스플레이 장치{Light emitting apparatus, backlight unit including the apparatus, and the display apparatus including the unit}
실시 예는 발광 장치, 그 장치를 포함하는 백 라이트 유닛, 및 그 유닛을 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
기존의 발광 다이오드를 포함하는 발광 장치는 돔(dome) 형상의 렌즈를 갖는다. 이때, 발광 장치는 광축을 기준으로 소정 영역으로만 제한되어 광을 출사하는 문제점을 가질 수 있다.
또한, 발광 장치는 백 라이트 유닛에 적용될 수 있으며, 백 라이트 유닛은 디스플레이 장치에 적용할 수 있다.
백 라이트 유닛은 발광 다이오드 같은 광원의 배치에 따라 에지(edge)형과 직하(direct)형으로 분류될 수 있다. 특히, 직하형 백 라이트 유닛은 램버시안 광이 출사되는 발광 다이오드를 사용할 수 있다. 발광 다이오드로부터 출사된 광은 광학 시트에 의해 퍼져 디스플레이 장치의 액정으로 조사될 수 있다. 이때, 광원으로부터의 강한 빛이 액정 바로 위에서 보이지 않도록 하기 위해 채택된 렌즈는 발광 다이오드로부터 출사되는 광의 지향각을 크게 하여 측 방향으로 광이 진행하도록 한다. 그러나, 기존의 렌즈와 발광 다이오드를 갖는 발광 장치는 그 형태와 크기의 제약으로 인해 제한된 거리로만 광을 진행시킬 수 있는 문제점을 갖는다.
실시 예는 얇은 두께, 넓은 반치전폭 및 균일한 조도를 갖는 발광 장치, 그 장치를 포함하는 백 라이트 유닛, 및 그 유닛을 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
일 실시 예의 발광 장치는, 광원; 및 상기 광원 위에 배치된 렌즈를 포함하고, 상기 렌즈는 상기 광원을 바라보며 광축 방향으로 형성된 제1 리세스를 포함하는 하부; 및 상기 하부와 등을 맞대며 상기 광축 방향으로 형성된 제2 리세스를 포함하는 상부를 포함하고, 상기 광축에서 상기 제1 리세스와 제2 리세스 간의 이격 거리는 1 ㎜ 내지 4.7 ㎜일 수 있다.
다른 실시 예에 의한 발광 장치는, 광원; 및 상기 광원 위에 배치된 렌즈를 포함하고, 상기 렌즈는 상기 광원을 바라보며 광축 방향으로 형성된 제1 리세스를 포함하는 하부; 및 상기 하부와 등을 맞대며 상기 광축 방향으로 형성된 제2 리세스를 포함하는 상부를 포함하고, 상기 하부와 상기 상부의 측면의 경사 각도는 -10° 내지 +10°일 수 있다. 상기 측면의 경사 각도는 0° 내지 10°일 수 있다.
상기 측면은 평평할 수 있다.
상기 렌즈의 두께는 4.5 ㎜ 내지 7 ㎜일 수 있다.
상기 광축을 기준으로 상기 제1 및 제2 리세스는 대칭 형상을 가질 수 있다.
상기 광축 방향과 수직한 방향으로, 상기 제1 리세스의 폭은 상기 제2 리세스의 폭보다 작을 수 있다.
상기 광축에서 상기 제1 리세스의 가장 깊은 지점과 상기 광원의 발광면 사이의 거리는 상기 광축 방향과 수직인 방향으로 상기 제1 리세스의 폭보다 작을 수 있다.
상기 제1 리세스는 상기 광축과 가까워질수록 깊어지는 깊이를 갖는 제1 영역; 및 상기 제1 영역의 외곽에 배치되며 일정한 깊이를 갖는 제2 영역을 포함할 수 있다.
상기 하부는 상기 제1 리세스를 형성하는 제1 저면을 갖는 제1 바닥부; 및 상기 제1 바닥부와 인접하며 평평한 제2 저면을 갖는 제2 바닥부를 포함할 수 있다.
상기 광원의 상부면은 상기 제2 저면으로부터 연장되는 가상의 수평면보다 아래에 위치할 수 있다.
상기 제1 저면은 상기 광원으로부터 방출된 광을 입사하여 상기 제2 리세스를 형성하는 상기 렌즈의 상면으로 향하도록 굴절시키기에 적합한 제1 곡률 반경을 갖고, 상기 렌즈의 상면은 상기 제1 저면에서 굴절된 광이 상기 측면을 향하도록 반사시키기에 적합한 제2 곡률 반경을 가질 수 있다.
또 다른 실시 예에 의한 백 라이트 유닛은, 상기 발광 장치; 상기 렌즈 위에 배치된 상부판; 및 상기 렌즈와 상기 광원 아래에 배치된 하부판을 포함할 수 있다.
상기 상부판은 확산판, 프리즘 시트 또는 편광판 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 하부판은 반사 시트, 인쇄회로기판 또는 방열판 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또 다른 실시 예에 의한 디스플레이 장치는, 상기 백 라이트 유닛; 및 상기 백 라이트 유닛의 상측에 배치된 디스플레이 패널을 포함할 수 있다.
실시 예에 의한 발광 장치, 그 장치를 포함하는 백 라이트 유닛, 및 그 유닛을 포함하는 디스플레이 장치는 얇은 두께를 가지며, 동시에 넓은 반치전폭을 가질 수 있어, 출사되는 광의 조도를 균일하게 할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 일 실시 예에 의한 발광 장치의 평면 사시도 및 배면 사시도를 각각 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 I-I'선을 따라 절개한 발광 장치의 단면도를 나타낸다.
도 3은 다른 실시 예에 의한 발광 장치의 단면도를 나타낸다.
도 4는 실시 예에 의한 백 라이트 유닛의 단면도를 나타낸다.
도 5a 및 도 5b는 광원의 면적에 대한 정사영면의 면적을 나타내는 그래프이다.
도 6은 광원의 면적에 대한 렌즈의 높이를 나타내는 그래프이다.
도 7은 렌즈의 두께에 대한 정규화된 총 전력을 나타내는 그래프이다.
도 8은 광축에서 제1 및 제2 리세스 간의 수직 이격 거리에 대한 정규화된 총 전력을 나타내는 그래프이다.
도 9는 제1 각도에 대한 정규화된 총 전력의 그래프이다.
도 10은 제1 각도에 대한 반치전폭을 나타내는 그래프이다.
도 11은 제4 각도에 대한 백 라이트 유닛의 두께를 나타내는 그래프이다.
도 12는 실시 예에 의한 디스플레이 장치의 사시도를 개략적으로 나타낸다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상부" 및 "하부" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.
도 1a 및 도 1b는 일 실시 예에 의한 발광 장치(100A)의 평면 사시도 및 배면 사시도를 각각 나타내고, 도 2는 도 1에 도시된 I-I'선을 따라 절개한 발광 장치(100A)의 단면도를 나타낸다. 설명의 편의상, 도 1a에 도시된 발광 장치(100A)에서 광원(110)은 도 1b에서 생략되었다.
도 2를 참조하면, 실시 예에 의한 발광 장치(100A)는 광원(110) 및 렌즈(120A)를 포함한다.
광원(110)은 발광 다이오드(LED:Light Emitting Diode)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 발광 다이오드를 포함하는 광원(110)은 발광면이 향하는 방향을 중심으로 하여 약 120°의 지향각으로 광을 방출할 수 있지만, 실시 예는 이러한 각도에 국한되지 않는다.
광원(110)을 구성하는 LED 패키지는 발광면이 향하는 방향에 따라 탑 뷰(Top view) 방식과 사이드 뷰(Side view) 방식으로 나뉠 수 있으며, 본 실시 예는 이러한 방식에 국한되지 않는다.
또한, 광원(110)은 적색, 청색, 녹색 등과 같은 컬러 중에서 적어도 한 컬러를 방출하는 유색 LED이거나 백색 LED로 구성될 수 있다. 또한 유색 LED는 적색 LED, 청색 LED 및 녹색 LED 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이러한 발광 다이오드의 방출 광은 실시 예의 기술적 범위 내에서 변경될 수 있다.
도 1a, 도 1b 및 도 2를 참조하면, 렌즈(120A)는 광원(110) 위에 배치되며, 상부(UP:Upper Part), 하부(LP:Lower Part) 및 측면(SS:Side Surface)를 포함할 수 있다.
먼저, 렌즈(120A)의 하부(LP)는 제1 리세스(Recess)(R1)를 포함할 수 있다. 제1 리세스(R1)는 광원(110)을 바라보며 광축(112) 방향으로 형성될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 제1 리세스(R1)는 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)을 포함할 수 있다. 제1 영역(A1)에서 제1 리세스(R1)는 광축(112)과 가까워질수록 깊어지는 깊이를 가질 수 있다. 제2 영역(A2)은 제1 영역(A1)의 외곽에 배치되며 일정한 깊이를 가질 수 있다. 즉, 제1 영역(A1)과 달리 제2 영역(A2)에서 제1 리세스(R1)는 광축(112)과의 이격 거리에 관계없이 일정한 깊이를 가질 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
도 3은 다른 실시 예에 의한 발광 장치(100B)의 단면도를 나타낸다.
도 2에 도시된 발광 장치(100A)의 제1 리세스(R1)가 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2)을 포함하는 반면, 도 3에 도시된 발광 장치(100B)의 제1 리세스(R1)는 제1 영역(A1)만을 포함하고, 제2 영역(A2)은 포함하지 않는다.
또한, 도 2에 도시된 발광 장치(100A)에서 렌즈(120A)의 측면(SS)은 직각이 아니라 광축(112)과 나란한 가상의 수직선(114)에 대해 제1 각도(θ1)만큼 경사질 수 있다. 이때, 도 2에 도시된 바와 같이 렌즈(120A)의 상부(UP) 폭(W2)이 하부(LP) 폭보다 작을 경우 제1 각도(θ1)는 음의 값을 갖고, 도 3에 도시된 바와 같이 렌즈(120B)의 상부(UP) 폭(W2)이 하부(LP) 폭보다 클 경우 제1 각도(θ1)는 양의 값을 갖는다.
전술한 차이점을 제외하면, 도 3에 도시된 발광 장치(100B)는 도 2에 도시된 발광 장치(100A)와 동일하다.
또한, 도 2 및 도 3을 참조하면, 렌즈(120A, 120B)의 하부(LP)는 제1 바닥부(B1)와 제2 바닥부(B2)를 포함할 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 제1 바닥부(B1)는 제1 리세스(R1)를 형성하는 제1 저면(122A, 122B)을 포함한다. 제2 바닥부(B2)는 제1 바닥부(B1)와 인접하며 평평한 제2 저면(124)을 포함한다. 도 2에 도시된 제1 바닥부(B1)는 제3 저면(126, 128)을 더 포함할 수 있다.
도 2의 경우, 제1 영역(A1)에서의 제1 저면(122A)은 곡면 형상이지만, 제2 영역(A2)에서의 제3 저면(126. 128)은 평평한 형상을 갖는다. 또한, 도 3의 경우, 제1 저면(122B)은 곡면 형상만을 갖는다. 또한, 도 2 및 도 3에 도시된 제2 저면(124)은 평평한 형상을 갖는다. 그러나, 실시 예의 제1 저면(122A, 122B), 제2 저면(124) 및 제3 저면(126, 128) 각각은 특정 형상에 국한되지 않으며, 도시된 바와 다른 다양한 형상을 가질 수 있다.
제1 영역(A1)에서 제1 저면(122A, 122B)과 가상의 수평면(PH) 사이의 수직 이격 거리는 광축(112)에 근접할수록 증가하고 광축(112)으로부터 멀어질수록 감소할 수 있다.
또한, 광원(110)의 상부면(110A)은 제2 저면(124)으로부터 연장되는 가상의 수평면(PH)보다 아래에 위치할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또는, 광원(110)의 상부면(110A)은 가상의 수평면(PH)보다 위에 위치할 수 있다. 이 경우, 광원(110)의 적어도 일부가 제1 리세스(R1)에 위치할 수도 있고, 광원(110) 전체가 제1 리세스(R1) 내부에 위치할 수도 있다.
또한, 실시 예에 의하면, 광축 방향으로 제1 리세스(R1)의 가장 깊은 지점(P1)(또는, 광축(112)과 제1 저면(122A, 122B)이 교차하는 지점)과 광원(110)의 발광면(112) 사이의 수직 이격 거리(d)는 광축 방향과 수직 방향인 x축 방향으로의 제1 리세스(R1)의 제1 폭(W1)보다 작을 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 제2 각도(θ2)란, 광원(110)으로부터 방출되어 제1 저면(122A, 122B)으로 입사되는 광(LP1)이 광축(112)과 이루는 각도를 의미한다. 즉, 제2 각도(θ2)는 광원(110)으로부터 방출되는 광(LP1)의 발산 각도에 해당하며, 광원(110)으로부터 출사되는 광의 선속(flux) 90%를 포함하는 절반 각도(half angle)에 해당할 수 있다. 제3 각도(θ3)란, 제1 저면(122A, 122B)에서 굴절되어 상면(TS)으로 입사되는 광(LP2)의 연장선(LP4)이 광축(112)과 이루는 각도를 의미한다. 이때, 실시 예에 의하면, 제2 각도(θ2)는 제3 각도(θ3)보다 클 수 있다.
전술한 바와 같이, 거리(d)가 제1 폭(W1)보다 작을 경우, 즉, 제2 각도(θ2)가 제3 각도(θ3)보다 클 경우, 광원(110)에서 방출되어 렌즈(120A, 120B)의 제1 저면(122A, 122B)로 입사된 광(LP1)이 제1 저면(122A, 122B)에서 보다 많이 굴절되어 렌즈(120A, 120B)의 상면(TS)으로 진행할 수 있다. 이로 인해, 발광 장치(100A. 100B)의 상부 방향인 y축 방향보다 측부 방향인 x축 방향으로 더 많은 광이 출사될 수 있어 렌즈(120A, 120B)의 두께(T1)를 줄일 수 있도록 한다.
한편, 렌즈(120A, 120B)의 상부(UP)는 제2 리세스(R2)를 포함할 수 있다. 제2 리세스(R2)는 하부(LP)와 등을 맞대며 광축 방향으로 형성될 수 있다. 렌즈(120A, 120B)의 상면(TS)은 제2 리세스(R2)를 형성하며, 광축(112)을 중심으로 경사지게 형성될 수 있다.
또한, 도 2 및 도 3의 경우, 제1 및 제2 리세스(R1, R2) 각각이 광축(112)을 기준으로 대칭 형상을 갖는 것으로 도시되어 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 광축 방향과 수직한 방향인 x축 방향으로, 제1 리세스(R1)의 제1 폭(W1)은 제2 리세스(R2)의 제2 폭(W2)보다 작을 수 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 렌즈(120A, 120B)에서 상부(UP)와 하부(LP)의 측면(SS)은 평평할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면, 렌즈(120A, 120B)의 제조 공정에서 렌즈(120A, 120B)의 파지를 용이하게 하기 위해, 측면(SS)은 돌출부(미도시)를 가질 수도 있다.
전술한 발광 장치(100A, 100B)의 경우, 제1 저면(122A, 122B)은 광원(110)으로부터 방출되어 입사된 광(LP1)을 굴절시키는 역할을 한다. 이때, 제1 저면(122A, 122B)은 입사된 광(LP1)을 렌즈(110)의 상면(TS)을 향하도록 굴절시키기에 적합한 제1 곡률 반경을 가질 수 있다. 또한, 렌즈(120A, 120B)의 상면(TS)은 제1 저면(122A, 122B)에서 굴절된 광(LP2)이 렌즈(120, 120B)의 측면(SS)을 향하도록 반사시키기에 적합한 제2 곡률 반경을 가질 수 있다.
즉, 광원(110)으로부터 방출된 광(LP1)은 제1 저면(122A, 122B)에 입사되어 굴절되고, 제1 저면(122A, 122B)에서 굴절된 광(LP2)은 상면(TS)에서 반사되고, 상면(TS)에서 반사된 광(LP3)은 측면(SS)을 통해 출사(또는, 투과)될 수 있다. 이와 같이, 발광 장치(100A, 100B)는 렌즈(120A, 120B)를 이용하여 광을 측 방향인 x축 방향으로 출사시킬 수 있다.
전술한 실시 예에 의한 발광 장치(100A, 100B)는 다양한 분야에 이용될 수 있다. 예를 들어, 발광 장치(100A, 100B)는 백 라이트 유닛에 적용될 수 있다.
이하, 실시 예에 의한 백 라이트 유닛(200)에 대해 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 4는 실시 예에 의한 백 라이트 유닛(200)의 단면도를 나타낸다.
도 4에 도시된 백 라이트 유닛(200)은 광원(110), 렌즈(120A), 상부판(210) 및 하부판(220)을 포함할 수 있다. 여기서, 광원(110) 및 발광 장치(120A)는 도 2에 도시된 광원(110) 및 발광 장치(120A)에 해당하므로 동일한 참조부호를 사용하였으며, 중복되는 설명을 생략한다.
다른 실시 예에 의하면, 백 라이트 유닛(200)은 도 2에 도시된 발광 장치(120A) 대신에 도 3에 도시된 발광 장치(120B)를 포함할 수도 있다. 따라서, 백 라이트 유닛(200)이 도 3에 도시된 발광 장치(120B)를 포함할 경우에도, 백 라이트 유닛(200)에 대한 하기의 설명은 그대로 적용될 수 있다.
상부판(210)은 렌즈(120A) 위에 배치되며, 광원(110)에서 방출된 광이 렌즈(120A)를 통해 출사된 후 최종적으로 도달하게 되는 판으로서, 일정한 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 상부판(210)은 확산판(diffuser plate), 프리즘 시트(prism sheet), 또는 편광판 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 하부판(220)은 렌즈(120A)와 광원(110) 아래에 배치되어, 이들(120A, 110)을 지지하는 판으로서, 일정한 두께를 가질 수 있다. 하부판(220)은 반사 시트, 인쇄회로기판(PCB:Printed Circuit Board) 또는 방열판 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상부판(210)과 하부판(220)의 광축(112) 방향에서의 이격 거리(T2)는 백 라이트 유닛의 두께에 해당할 수 있다. 실시 예에 의하면, 백 라이트 유닛(200)의 두께(T2)는 10 ㎜이하일 수 있다.
도 4에 도시된 백 라이트 유닛(200)은 예시에 불과하며, 도 2 및 도 3에 도시된 발광 장치(100A, 100B)은 도 4에 도시된 바와 다른 구성을 갖는 백 라이트 유닛에도 적용될 수 있음은 물론이다.
한편, 첨부된 도면을 참조하여 렌즈(120A, 120B)의 특성에 대해 다음과 같이 살펴본다. 이하의 설명은 도 4에 도시된 백 라이트 유닛(200)이 도 2에 도시된 렌즈(120A) 대신에 도 3에 도시된 렌즈(120B)를 채택할 경우에도 그대로 적용될 수 있다. 편의상, 렌즈(120A)의 측면(SS)으로부터 출사되어야 할 광의 세기의 목표치를 설정하기 위해, 가상의 목표 조도면(230)을 도 4에 도시된 바와 같이 도시하였다. 여기서, 목표 조도면(230)은 광축(112)으로부터 소정 거리(L)만큼 이격된 지점에 위치한 수직면(즉, 광축과 나란한 방향의 면)으로서 정의될 수 있다. 소정 거리(L)란, 광원(110)에서 방출된 광이 렌즈(120A)를 통해 출사된 후 상부판(210)에 50%의 조도를 갖고 도달되는 지점(P2)과 광축(112) 간의 x축 방향으로의 거리로서 정의될 수 있다. 또한, 목표 조도면(230)의 높이(T2)는 상부판(210)과 하부판(220) 간의 이격 거리로서 정의될 수 있다.
렌즈(120A)의 크기는 예를 들어 다음 수학식 1로부터 유도된 수학식 2에 의해 표현될 수 있다.
Figure pat00001
Figure pat00002
여기서, n은 매질의 굴절률을 나타내고, SL은 도 1a 및 도 4를 참조하면 렌즈(120A)를 광축과 수직한 방향인 x축 방향으로 투영한 정사영면(130)의 면적을 나타내고, SC는 광원(110)의 발광 면적을 나타내고, 제4 각도(θ4)는 렌즈(120A)로부터 출사되는 광의 방사 각도를 의미한다. 구체적으로 제4 각도(θ4)란, 정사영면(130)으로부터 출사된 광이 목표 조도면(230)으로 입사할 때 이루를 방사각의 절반 각도(half angle)를 의미할 수 있다.
수학식 1과 2에서, SL은 다음 수학식 3와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00003
여기서, W3은 렌즈(120A)의 z축 방향으로의 제3 폭을 나타낸다. 정사영면(130)의 높이(T1)는 렌즈(120A)의 광축 방향으로의 두께에 해당한다. 정사영면(130)의 면적(SL) 즉, 렌즈(120A)의 크기는 광축 방향과 수직한 방향인 z축 방향으로의 제3 폭(W3)과 높이(T)에 의해 결정됨을 알 수 있다.
전술한 제4 각도(θ4)는 목표 조도면(230)의 높이(또는, 두께)(T2)에 비례하지만, 목표 조도면(230)이 광축(112)으로부터 이격된 소정 거리(L)에 반비례할 수 있다. 제4 각도(θ4)는 1° 내지 15°일 수 있으며, 예를 들어 3° 내지 12°일 수 있으며, 특히 4.5° 내지 8.5°일 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 광원(110)의 면적(SC)에 대한 정사영면(130)의 면적(SL)을 나타내는 그래프로서, 횡축은 SC를 나타내고 종축은 SL을 나타낸다.
도 6은 광원(110)의 면적(SC)에 대한 렌즈(120A)의 높이(또는, 두께)(T1)를 나타내는 그래프로서, 횡축은 SC를 나타내고, 종축은 렌즈(120A)의 높이인 두께(T1)를 나타낸다.
도 5a를 참조하면, 제4 각도(θ4)의 변화에 따른 SC와 SL 간의 관계를 알 수 있고, 도 5b를 참조하면, 제2 및 제4 각도(θ2, θ4)의 변화에 따른 SC와 SL 간의 관계를 알 수 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, SC가 증가함에 따라 SL이 증가함을 알 수 있다. 이는 광원(110)의 발광 면적(SC)을 증가시킬수록 렌즈(120A)의 크기 또한 크게 설계해야 함을 알 수 있다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 광원(110)의 발광 면적(SC)이 증가할수록 렌즈(120A)의 두께(T1)는 증가함을 알 수 있다. 따라서, 실시 예에 의하면, 렌즈(120A)의 두께(T1)를 줄이기 위해 광원(110)의 발광 면적(SC)을 줄일 수 있다.
도 7은 렌즈(120A)의 두께(T1)에 대한 정규화된 총 전력(Normalized Total Power)(또는, 광량)을 나타내는 그래프로서, 횡축은 렌즈(120A)의 두께를 나타내고, 횡축은 정규화된 총 전력을 나타낸다.
렌즈(120A)의 두께(T1)는 백 라이트 유닛(200)의 두께(T2)에 따라 적절히 선택될 수 있다. 이때, 도 7을 참조하면, 렌즈(120A)의 두께(T1)에 따라 발광 장치(100A, 100B) 또는 백 라이트 유닛(200)에서 방출되는 광의 세기 즉, 총 전력이 변함을 알 수 있다. 따라서, 렌즈(120A)의 두께(T1)는 정규화된 총 전력의 변화가 적은 구간(A3)에서 설정될 수 있다. 정규화된 총 전력의 변화를 최대한 줄이면서. 렌즈(120A)의 두께(T1)는 예를 들어 4.5 ㎜ 내지 7 ㎜로 얇게 형성될 수 있다.
도 8은 광축(112)에서 제1 및 제2 리세스(R1, R2) 간의 이격 거리(D)에 대한 정규화된 총 전력(또는, 광량)을 나타내는 그래프로서, 횡축은 이격 거리(D)를 나타내고 종축은 정규화된 총 전력을 나타낸다.
제1 및 제2 리세스(R1, R2)는 광축(112)에서 가장 깊을 수 있으며, 광축(112)에서 제1 리세스(R1)와 제2 리세스(R2) 간의 이격 거리(D)는 렌즈(120A)의 상부 방향인 y축 방향으로 출사되는 광량을 제어할 수 있다. 정규화된 총 전력이 증가할수록 렌즈(120A)의 측면(SS)을 통해 출사되는 광의 량이 줄어들어, 발광 장치(100A, 100B) 또는 이를 채택한 백 라이트 유닛(200)의 성능이 저하될 수 있다. 이를 고려하여, 이격 거리(D)는 정규화된 총 전력의 변화가 적은 구간에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 도 8을 참조하면, 이격 거리(D)는 정규화된 총 전력의 변화가 적은 구간(R) 해당하는 1 ㎜ 내지 4.7 ㎜일 수 있다. 이와 같은 값으로 이격 거리(D)가 설정될 경우, 렌즈(120A)의 두께(T1)를 줄일 수 있다.
도 9는 제1 각도(θ1)에 대한 정규화된 총 전력(또는, 광량)의 그래프로서, 횡축은 제1 각도(θ1)를 나타내고 종축은 정규화된 총 전력을 나타낸다. 여기서, CD는 제1 각도(θ1)의 변환점을 나타낸다.
렌즈(120A)의 측면(SS)의 경사진 제1 각도(θ1)에 따라 측면(SS)으로 출사되는 광량이 제어되므로 총 광량이 높은 구간에서 제1 각도(θ1)를 결정할 수 있다. 도 9를 참조하면, 총 광량이 90% 이상인 임계 구간(TH)보다 높도록 제1 각도(θ1)는 결정될 수 있다. 렌즈(120A)의 두께(T1)를 줄일 때 발광 장치(100A)로부터 방출되는 광의 광량인 총 전력을 증가시키기 위해, 제1 각도(θ1)는 예를 들어, -10°내지 +10°일 수 있다.
도 10은 제1 각도(θ1)에 대한 반치전폭(FWHM:Full Width at Half Maximum)을 나타내는 그래프로서, 횡축은 제1 각도(θ1)를 나타내고 종축은 반치전폭(FWHM)을 나타낸다.
반치전폭(FWHM)은 목표 조도면(230)이 광축(112)으로부터 이격된 거리(L)와 관련된다. 또한, 반치전폭(FWHM)은 백 라이트 유닛(200)에서 거리(L)를 결정하는 역할을 할 수 있으며 50 ㎜ 이상일 것이 요구될 수 있다. 도 10을 참조하면, 50 ㎜ 이상의 반치전폭을 갖는 제1 각도(θ1)는 음이 아닌 양의 값을 갖는 것을 알 수 있다. 이를 고려하여, 제1 각도(θ1)는 예를 들어, 0° 내지 10°일 수 있다. 따라서, 실시 예에 의하면, 도 3에 도시된 바와 같이 렌즈(120B)의 측면(SS)이 기울어진 제1 각도(θ1)가 양의 값을 갖도록 조정함으로써, 반치전폭(FWHM)을 넓힐 수 있다.
도 11은 제4 각도(θ4)에 대한 백 라이트 유닛(200)의 두께(T2)를 나타내는 그래프로서, 횡축은 제4 각도(θ4)를 나타내고 왼쪽 종축은 두께(T2)를 나타내고 오른쪽 종축은 렌즈(120A)의 가로폭을 나타낸다.
제4 각도(θ4)가 적을수록 빛은 렌즈(120A)의 측방향인 x축 방향으로 더욱 멀리 퍼질 수 있어, 백 라이트 유닛(200)의 두께(T2)(180)를 줄이는 데 유리하다. 그러나, 빛을 렌즈(120A, 120B)의 측방향으로 멀리 퍼트리기 위해서는 렌즈(120A)의 면적이 커져야 한다. 이때, 렌즈(120A)의 가로 폭(예를 들어, W3)(182)을 넓힐 경우, 렌즈(120A)의 높이를 키우지 않아도 되므로, 백 라이트 유닛(200)의 두께(T2)를 상대적으로 얇게 형성할 수 있다. 도 11을 참조하면, 백 라이트 유닛(200)의 두께(T2)(180)와 렌즈(120A)의 가로폭(182)은 제4 각도(θ4)의 변화에 따라 서로 다르게 변함을 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 발광 장치(100A, 100B)에서 렌즈(120A, 120B)의 특성(예를 들어 d, D, W1, W3, θ1, θ4, T1)을 다양하게 변화시킴으로써, 발광 장치(100A, 100B)나 백 라이트 유닛(200)의 두께(T1, T2)를 줄일 수 있음과 동시에 넓은 반치전폭을 가질 수 있어, 출사되는 광의 조도를 균일하게 할 수 있다.
전술한 백 라이트 유닛은 다양한 분야에 적용될 수 있다. 예를 들어, 백 라이트 유닛은 디스플레이 장치에 적용될 수 있다.
이하, 실시 예에 의한 디스플레이 장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 12는 실시 예에 의한 디스플레이 장치(300)의 사시도를 개략적으로 나타낸다.
도 12에 도시된 디스플레이 장치(300)는 전면 프레임(310), 디스플레이 패널(320), 백 라이트 유닛(200), 제1 백 커버(330), 제어부 프레임(340), 서브 제어부(350), 제2 백 커버(360) 및 제어 모듈(370)을 포함할 수 있다.
전면 프레임(310)은 디스플레이 패널(320)의 전면을 감싸는 역할을 한다. 전면 프레임(310)은 디스플레이 장치(300)의 비표시 영역인 테두리 부분의 전면 외관, 즉, 베젤 영역을 형성한다. 즉, 전면 프레임(310)의 폭이 베젤 영역의 폭이 될 수 있다.
디스플레이 패널(320)은 백 라이트 유닛(200)의 상측에 배치된다. 디스플레이 패널(320)은 서로 대향하여 균일한 셀 갭이 유지되도록 합착된 하부 기판(미도시) 및 상부 기판(미도시)과, 두 기판 사이에 개재된 액정층(미도시)을 포함할 수 있다. 하부 기판에는 다수의 게이트 라인과 다수의 게이트 라인과 교차하는 다수의 데이터 라인이 형성될 수 있다. 게이트 라인과 데이터 라인의 교차 영역에 박막 트랜지스터(TFT:Thin Film Transistor)가 형성될 수 있다.
백 라이트 유닛(200)은 광을 발산하여 디스플레이 패널(320)로 배경광을 제공하는 역할을 한다. 백 라이트 유닛(200)은 도 4에 도시된 백 라이트 유닛(200)에 해당할 수 있다. 이 경우, 도 4에 도시된 백 라이트 유닛(200)의 상부판(210)은 디스플레이 패널(320)을 향하여 발산되는 광을 확산 또는 가공하기 위한 복수의 광학 시트 예를 들어, 확산 시트와 프리즘 시트를 포함할 수 있음은 전술한 바와 같다.
제1 백 커버(330)는 백 라이트 유닛(200)의 후방을 감싸며 디스플레이 장치(300)의 배면 외형을 형성한다.
서브 제어부(350)는 제1 백 커버(330)의 배면 하측에 고정되어 제어 모듈(370)로부터 공급 전원 및 영상 신호를 입력받아 디스플레이 장치(300)를 구동하는 역할을 한다. 서브 제어부(350)는 영상 신호를 수신하여, 디스플레이 패널(320) 및 백 라이트 유닛(200)을 구동시키는 역할을 한다. 서브 제어부(350)는 최소의 크기로 형성되어, 제1 및 제2 백 커버(330, 360) 사이에 배치될 수 있다. 이 경우, 제어부 프레임(340)은 서브 제어부(350)의 고정 위치를 제공하며, 서브 제어부(350)는 제1 백 커버(330)의 배면에 고정되는 제2 백 커버(360)에 의해 덮여질 수 있다.
제어 모듈(370)은 외부 전원을 공급받아, 디스플레이 장치(300)의 구동을 위한 구동 전원으로 변환하는 전원 공급부(미도시)와 디스플레이 장치(300)의 구동을 위한 영상 신호를 생성하는 메인 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.
도 12에 도시된 디스플레이 장치(300)는 예시에 불과하며, 도 4에 도시된 백 라이트 유닛(200)은 도 12에 도시된 바와 다른 구성을 갖는 디스플레이 장치에도 적용될 수 있음은 물론이다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
발광 장치: 100A, 100B 110: 광원
112: 광축 114: 가상의 수직선
120A, 120B: 렌즈 122A, 122B: 제1 저면
124: 제2 저면 126, 128: 제3 저면
130: 정사영면 200: 백 라이트 유닛
210: 상부판 220: 하부판
230: 목표 조도면 300: 디스플레이 장치
310: 전면 프레임 320: 디스플레이 패널
330: 제1 백 커버 340: 제어부 프레임
350: 서브 제어부 360: 제2 백 커버
370: 제어 모듈

Claims (16)

  1. 광원; 및
    상기 광원 위에 배치된 렌즈를 포함하고,
    상기 렌즈는
    상기 광원을 바라보며 광축 방향으로 형성된 제1 리세스를 포함하는 하부; 및
    상기 하부와 등을 맞대며 상기 광축 방향으로 형성된 제2 리세스를 포함하는 상부를 포함하고,
    상기 광축에서 상기 제1 리세스와 제2 리세스 간의 이격 거리는 1 ㎜ 내지 4.7 ㎜인 발광 장치.
  2. 광원; 및
    상기 광원 위에 배치된 렌즈를 포함하고,
    상기 렌즈는
    상기 광원을 바라보며 광축 방향으로 형성된 제1 리세스를 포함하는 하부; 및
    상기 하부와 등을 맞대며 상기 광축 방향으로 형성된 제2 리세스를 포함하는 상부를 포함하고,
    상기 하부와 상기 상부의 측면의 경사 각도는 -10° 내지 +10°인 발광 장치.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 측면의 경사 각도는 0° 내지 10°인 발광 장치.
  4. 제2 항에 있어서, 상기 측면은 평평한 발광 장치.
  5. 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 렌즈의 두께는 4.5 ㎜ 내지 7 ㎜인 발광 장치.
  6. 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 광축을 기준으로 상기 제1 및 제2 리세스는 대칭 형상을 갖는 발광 장치.
  7. 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 광축 방향과 수직한 방향으로, 상기 제1 리세스의 폭은 상기 제2 리세스의 폭보다 작은 발광 장치.
  8. 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 광축에서 상기 제1 리세스의 가장 깊은 지점과 상기 광원의 발광면 사이의 거리는 상기 광축 방향과 수직인 방향으로 상기 제1 리세스의 폭보다 작은 발광 장치.
  9. 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 제1 리세스는
    상기 광축과 가까워질수록 깊어지는 깊이를 갖는 제1 영역; 및
    상기 제1 영역의 외곽에 배치되며 일정한 깊이를 갖는 제2 영역을 포함하는 발광 장치.
  10. 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 하부는
    상기 제1 리세스를 형성하는 제1 저면을 갖는 제1 바닥부; 및
    상기 제1 바닥부와 인접하며 평평한 제2 저면을 갖는 제2 바닥부를 포함하는 발광 장치.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 광원의 상부면은 상기 제2 저면으로부터 연장되는 가상의 수평면보다 아래에 위치하는 발광 장치.
  12. 제10 항에 있어서, 상기 제1 저면은 상기 광원으로부터 방출된 광을 입사하여 상기 제2 리세스를 형성하는 상기 렌즈의 상면으로 향하도록 굴절시키기에 적합한 제1 곡률 반경을 갖고,
    상기 렌즈의 상면은 상기 제1 저면에서 굴절된 광이 상기 측면을 향하도록 반사시키기에 적합한 제2 곡률 반경을 갖는 발광 장치.
  13. 제1 항 또는 제2 항에 기재된 상기 발광 장치;
    상기 렌즈 위에 배치된 상부판; 및
    상기 렌즈와 상기 광원 아래에 배치된 하부판을 포함하는 백 라이트 유닛.
  14. 제13 항에 있어서, 상기 상부판은 확산판, 프리즘 시트 또는 편광판 중 적어도 하나를 포함하는 백 라이트 유닛.
  15. 제13 항에 있어서, 상기 하부판은 반사 시트, 인쇄회로기판 또는 방열판 중 적어도 하나를 포함하는 백 라이트 유닛.
  16. 제13 항에 기재된 상기 백 라이트 유닛; 및
    상기 백 라이트 유닛의 상측에 배치된 디스플레이 패널을 포함하는 디스플레이 장치.
KR1020140135021A 2014-10-07 2014-10-07 발광 장치, 그 장치를 포함하는 백 라이트 유닛, 및 그 유닛을 포함하는 디스플레이 장치 KR102464027B1 (ko)

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