KR20160103605A - 광원 유닛 및 그것을 포함하는 표시 장치 - Google Patents

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임현덕
강종혁
박재병
조현민
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 광원 유닛 및 그것을 포함하는 광원 유닛은 광을 발생시키는 발광 다이오드 및 발광 다이오드의 상부에 배치되고, 상기 광을 소정의 방향으로 굴절시키는 렌즈를 포함하고, 상기 렌즈는 상기 발광 다이오드의 상부면과 접촉되고, 상기 발광 다이오드로부터 발생된 상기 광이 입사되는 입광부 상기 입광부의 상부에 배치되는 출광부 및 상기 입광부 및 상기 출광부를 둘러싸는 복수의 측면부들을 포함하고, 상기 입광부로 입사된 광들은 소정의 굴절률로 굴절되어 상기 출광부 및 상기 측면부들로 출광되고, 상기 입광부 및 상기 출광부 사이의 거리는 상기 출광부에서 외부로 출광되는 상기 광들이 상기 출광부 상면의 법선과 이루는 각들 중 최대값으로 정의된 제1 각도와 반비례한다.

Description

광원 유닛 및 그것을 포함하는 표시 장치{LIGHT SOURCE UNIT AND DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 광원 유닛 및 그것을 포함하는 표시 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광원 유닛들의 공간적 효율성을 증가시키고, 표시 패널의 품질을 향상시키는 광원 유닛 및 그것을 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
발광다이오드는 점광원 그대로의 적용이 가능하지만, 실제로는 용도에 따라 다양한 방사각이 요구된다. 즉, 발광 다이오드는 특정 모양으로 조명되게 방사 형태를 조정하여 사용된다.
광지향 방사는 협지향 방사보다 넓은 면적에 방사되며, 단위 면적당 광량이 적다. 협지향 방사는 광지향 방사보다 좁은 면적에 방사되며, 단위 면적당 광량이 많다.
직접 조명은 눈부심이나 불균일도를 제거하여 광지향 방사를 유도해야 한다. 또는 빛의 퍼짐을 막고 더 강하게 집광하려면 협지향 방사를 유도해야 한다.
일반적인 협지향용 렌즈는 쐐기 형태를 가지며 입광부 지름보다 출광부 지름이 더 크게 설계된다. 협지향용 렌즈를 에지형 백라이트 모듈에 적용할 경우, 광원 유닛들 간의 배치 간격이 넓어지므로 공간적 제약을 받을 수 있다. 광원 유닛들 간의 배치 간격이 넓어짐에 따라, 표시 패널 상에 암부가 시인될 수 있다.
본 발명의 목적은 광원 유닛들의 공간적 효율성을 증가시키고, 표시 패널의 품질을 향상시킬 수 있는 광원 유닛 및 그것을 포함하는 표시 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 광원 유닛 및 그것을 포함하는 광원 유닛은 광을 발생시키는 발광 다이오드 및 발광 다이오드의 상부에 배치되고, 상기 광을 소정의 방향으로 굴절시키는 렌즈를 포함하고, 상기 렌즈는 상기 발광 다이오드의 상부면과 접촉되고, 상기 발광 다이오드로부터 발생된 상기 광이 입사되는 입광부 상기 입광부의 상부에 배치되는 출광부 및 상기 입광부 및 상기 출광부를 둘러싸는 복수의 측면부들을 포함하고, 상기 입광부로 입사된 광들은 소정의 굴절률로 굴절되어 상기 출광부 및 상기 측면부들로 출광되고, 상기 입광부 및 상기 출광부 사이의 거리는 상기 출광부에서 외부로 출광되는 상기 광들이 상기 출광부 상면의 법선과 이루는 각들 중 최대값으로 정의된 제1 각도와 반비례한다.
상기 발광 다이오드는 제1 방향으로 제1 폭을 갖고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 제2 폭을 갖고, 상기 렌즈는 상기 제1 방향으로 제3 폭을 갖고, 상기 제2 방향으로 제4 폭을 갖고, 상기 제1 폭은 상기 제3 폭보다 작은 값을 갖고, 상기 제2 폭은 상기 제4 폭보다 작은 값을 갖는다.
상기 외부는 제1 굴절률을 갖고, 상기 렌즈는 제2 굴절률을 갖고, 상기 입광부에서 상기 출광부로 향하는 상기 광들이 상기 입광부 상면의 법선과 이루는 각들 중 최대값은 제2 각도를 갖고, 상기 제1 각도는 θ1이고, 상기 제2 각도는 θ2이고, 상기 제1 굴절률은 n1이고, 상기 제2 굴절률 n2일 경우,
Figure pat00001
의 관계가 성립한다.
상기 입광부 및 상기 출광부 사이의 거리는 상기 제1 각도의 크기와 반비례한다.
상기 제1 폭은 W1이고, 상기 제3 폭은 W3일 때, 상기 입광부 및 상기 출광부 사이의 거리 h는
Figure pat00002
을 만족한다.
상기 측면부들 중 상기 제1 방향에서 마주보는 측면부들은 복수의 프리즘 유닛들을 포함하고, 상기 프리즘 유닛들 각각은 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 직교하는 제3 방향으로 연장되고, 상기 제2 방향으로 배열되는 삼각 기둥 형상을 갖는다.
상기 입광부에서 상기 프리즘 유닛들으로 향하는 상기 광들이 상기 입광부의 법선과 이루는 각들 중 최대값은 제3 각도로 정의되고, 상기 프리즘 유닛에서 외부로 방출되는 광들이 상기 상기 출광부의 법선과 이루는 각들 중 최대값은 제4 각도로 정의되고, 상기 입광부의 법선과 상기 제3 각도를 갖고 상기 프리즘 유닛들로 향하는 상기 광은 상기 출광부의 법선과 상기 제4 각도를 가지며 상기 외부로 방출된다.
상기 프리즘 유닛들 각각의 단면은 소정의 삼각비를 갖고, 상기 삼각비에 따라 상기 제4 각도의 크기가 달라진다.
상기 입광부의 법선과 상기 제3 각도를 갖고 상기 프리즘 유닛들로 향하는 상기 광은 상기 프리즘 유닛의 빗면의 법선과 제5 각도를 갖고, 상기 출광부의 법선과 제4 각도를 갖고 외부로 방출되는 상기 광은 상기 프리즘 유닛의 빗면의 법선과 제6 각도를 갖고, 상기 제5 각도는 θ5이고, 상기 제6 각도는 θ6일 경우,
Figure pat00003
의 관계가 성립한다.
상기 각 프리즘 유닛의 상부 빗면이 상기 제2 방향과 이루는 각은 프리즘 각으로 정의되고, 상기 제3 각도는 θ3이고, 상기 프리즘 각은 θp일 경우,
Figure pat00004
의 관계가 성립되고, 상기 제3 각도가 상기 제1 각도보다 큰 값을 갖는 경우,
Figure pat00005
의 관계가 성립된다.
상기 입광부에서 출광부를 향할수록, 상기 측면부에 배치된 상기 프리즘 유닛들의 상기 프리즘 각들이 순차적으로 감소한다.
상기 출광부의 상면은 상기 제2 방향으로 볼록한 형상을 갖는다.
본 발명의 실시 예에 따른 표시 장치는 표시 패널, 상기 표시 패널의 후방에 배치되는 도광판 및 상기 도광판의 측면들 중 어느 한면과 인접하게 배치되는 복수의 광원 유닛들을 포함하고, 상기 광원 유닛들 각각은 광을 발생시키는 발광 다이오드 및 발광 다이오드의 상부에 배치되고, 상기 광을 소정의 방향으로 굴절시키는 렌즈를 포함하고, 상기 렌즈는 상기 발광 다이오드의 상부면과 접촉되고, 상기 발광 다이오드로부터 발생된 상기 광이 입사되는 입광부, 상기 입광부의 상부에 배치되는 출광부 및 상기 입광부 및 출광부를 둘러싸는 복수의 측면부들을 포함하고, 상기 입광부로 입광된 광들은 소정의 굴절률로 굴절되어 상기 출광부 및 상기 측면부들로 출광되고, 상기 입광부 및 상기 출광부 사이의 거리는 상기 출광부에서 상기 외부로 출광되는 상기 광들이 상기 출광부 상면의 법선과 이루는 각들 중 최대값으로 정의된 제1 각도와 반비례한다.
본 발명의 실시 예에 따른 광원 유닛 및 그것을 포함하는 표시 장치는 광원 유닛들의 공간적 효율성을 증가시키고, 표시 패널의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 어느 하나의 광원 유닛의 확대 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 I-I'선의 단면도이다.
도 4은 도 3에 도시된 프리즘 유닛의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 6는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제 1, 제 2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제 1 소자, 제 1 구성요소 또는 제 1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제 2 소자, 제 2 구성요소 또는 제 2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 개략도인 평면도 및 단면도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이고, 발명의 범주를 제한하기 위한 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 표시 장치(100)는 제1 방향(D1)으로 장변을 갖고, 제1 방향(D1)과 교차하는 제2 방향(D2)으로 단변을 갖는다. 표시 장치(100)는 표시 패널(110) 및 백라이트 유닛(BLU)를 포함한다.
표시 패널(110)은 액정표시 패널(liquid crystal display panel)일 수 있다. 도시되지 않았으나, 표시 패널(110)은 액정층을 포함할 수 있다. 표시 패널(110)은 백라이트 유닛(BLU)으로부터 광을 제공받아 영상을 표시한다.
백라이트 유닛(200)은 엣지형의 백라이트 유닛일 수 있다. 백라이트 유닛(BLU)은 표시 패널(110)의 후방에 배치되어 표시 패널(110)에 광을 제공한다. 백라이트 유닛(BLU)은 광원(LS), 광학시트(120), 도광판(130) 및 반사시트(140)을 포함한다.
광원(LS)은 도광판(130)의 측면들 중 어느 한 면과 인접하도록 배치된다. 본 발명의 실시 예에 따른 광원(LS)은 제2 방향(D2)에서 도광판(130)의 일측과 인접하게 배치될 수 있다.
반사 시트(140)는 도광판(130)의 하부에 배치되고, 광학 시트(120)는 도광판(130)의 상부에 배치된다. 표시 패널(110)은 광학 시트(120)의 상부에 배치된다.
광원(LS)은 표시 패널(110)에 제공되기 위한 광을 생성하여 도광판(130)에 제공한다. 광원(LS)은 광원 기판(SUB) 및 광원 기판(SUB) 상에 실장된 복수의 광원 유닛들(LSU)을 포함한다.
광원 기판(SUB)은 제1 방향(D1)으로 연장된다. 광원 유닛들(LSU)은 제2 방향(D2)에서 도광판(130)의 일측면과 마주보는 광원 기판(SUB)의 일측면 상에 배치된다. 광원 유닛들(LSU)은 제1 방향(D1)으로 균등한 간격을 두고 배치될 수 있다.
광원 유닛들(LSU)은 광을 생성한다. 광원 유닛들(LSU)에서 생성된 광은 도광판(130)으로 제공된다. 광원 유닛들(LSU) 각각은 발광 다이오드(LED) 및 렌즈(LEN)를 포함할 수 있다. 광원 유닛(LSU)에 관하여, 이하 도 2 내지 도 4에서 보다 상세히 설명된다.
도광판(130)은 광원 유닛들(LSU)로부터 제공 받은 광의 진행 방향을 표시 패널(110)이 배치된 상부 방향으로 향하도록 변경시킨다. 도시하지 않았으나, 도광판(130)의 하면에는 입사되는 광을 산란시키기 위하여 패턴이나 홈 등이 형성될 수 있고, 상면에도 렌즈 형상이나 홈 등의 패턴이 형성될 수 있다.
도광판(130)은 가시광선 영역에서 광 투과율이 높은 물질을 포함한다. 예시적으로, 도광판(130)은 PMMA(Polymethylmethacrylate)를 포함할 수 있다.
도광판(130)의 상부에는 광학 시트(120)가 배치된다. 도광판(130)에 의해 상부 방향으로 가이드된 광은 광학 시트(120)에 의해 확산 및 집광되어 표시 패널(110)에 제공될 수 있다. 도시되지 않았으나, 광학 시트(130)는 확산 시트(미도시), 프리즘 시트(미도시) 및 보호 시트(미도시)을 포함할 수 있다.
도광판(130)의 하부에는 반사 시트(140)가 배치된다. 반사 시트(140)는 도광판(130)의 하부로 방출되는 광을 상부 방향으로 반사시킨다. 반사 시트(140)는 광을 반사하는 물질을 포함한다. 예시적으로, 반사 시트(140)는 알루미늄을 포함할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 어느 하나의 광원 유닛의 확대 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 광원 유닛(LSU)은 발광 다이오드(LED) 및 렌즈(LEN)를 포함한다.
발광 다이오드(LED)는 광을 발생시킨다. 발광 다이오드(LED)는 칩 형상을 갖는다. 구체적으로, 발광 다이오드(LED)는 제1 방향(D1)으로 제1 폭(W1)을 갖고, 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)과 직교하는 제3 방향(D2)으로 제2 폭(W2)을 갖는다.
렌즈(LEN)는 소정의 굴절률을 갖는다. 렌즈(LEN)는 발광 다이오드(LED)로부터 제공받는 광을 굴절시킨다. 렌즈(LEN)는 발광 다이오드(LED)의 상부에 배치된다. 발광 다이오드(LED)는 렌즈(LEN)와 일체로 형성되는 결합 부재에 의하여 렌즈(LEN)에 끼워져 결합될 수 있다. 또한, 광학 접착제에 의하여 렌즈(LEN)의 저면이 발광 다이오드(LED)의 상부면에 접착됨으로써, 발광 다이오드(LED)가 렌즈(LEN)와 결합될 수 있다.
렌즈(LEN)는 투명한 재질의 수지를 포함한다. 예시적으로, 렌즈(LEN)는 아크릴 수지, 불소 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리이미드 수지중에서 어느 하나를 포함할 수 있다.
렌즈(LEN)는 소정의 제1 거리(h)를 갖는 사각 기둥 형상을 가질 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 렌즈(LEN)는 원 기둥, 삼각 기둥 또는 타원 기둥 등 여러 가지 형상을 가질 수 있다.
렌즈(LEN)는 입광부(10), 출광부(20) 및 복수의 측면부들(30)을 포함한다.
입광부(10)는 발광 다이오드(LED)의 상부면과 접촉될 수 있다. 발광 다이오드(LED)에서 발생된 광은 입광부(10)에 입사된다. 렌즈(LEN) 내부로 입사된 광은 소정의 방향으로 굴절되어 출광부(20) 및 측면부들(30)로 출사될 수 있다.
입광부(10) 및 출광부(20)는 사각형 형상을 갖는다. 구체적으로, 입광부(10) 및 출광부(20)는 제1 방향(D1)으로 제3 폭(W3)을 갖고, 제3 방향(D2)으로 제4 폭(W4)을 갖는다. 제3 폭(W3)은 제1 폭(W1)보다 크거나 같다. 제4 폭(W4)은 제2 폭(W2)보다 크거나 같다.
측면부들(30)은 렌즈(LEN)의 측면에 배치된다. 렌즈(LEN)가 사각 기둥 형상을 가지므로, 렌즈(LEN)는 4개의 측면부들(30)을 포함할 수 있다.
4개의 측면부들(30) 중 제1 방향(D1)에서 렌즈(LEN)의 양측에 배치된 두 측면부들(30)은 각각 복수의 프리즘 유닛들(P1~Pm)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 4개의 측면부들(30) 중 제1 방향(D1)에서 렌즈(LEN)의 양측에 배치된 두 측면부들(30)은 각각 제1 내지 제m 프리즘 유닛들(P1~Pm)을 포함할 수 있다. m은 1보다 큰 자연수 이다.
프리즘 유닛들(P1~Pm)은 각각 제3 방향(D3)으로 연장되는 삼각 기둥 형상을 갖는다. 구체적으로, 프리즘 유닛들(P1~Pm)의 단면은 두 측면부(30)에서 각각 제1 방향(D1)으로 뻗어나온 삼각형 형상을 갖는다. 프리즘 유닛들(P1~Pm)은 제2 방향(D2)으로 배열된다.
구체적으로, 측면부(30) 상에서 제1 내지 제m 프리즘 유닛들(P1~Pm)은 렌즈(LEN)의 하부에서 상부를 향하는 방향으로 순차적으로 배열된다. 제1 프리즘 유닛들(P1)은 입광부(10)와 인접하게 배치되고, 제m 프리즘 유닛들(Pm)은 출광부(20)와 인접하게 배치된다.
프리즘 유닛들(P1~Pm) 각각은 발광 다이오드(LED)에서 렌즈(LEN)로 제공되는 빛을 소정의 각으로 굴절시키는 역할을 한다. 프리즘 유닛들(P1~Pm)은 광원 유닛들(LSU) 사이에 대응되는 표시 패널(110) 상의 영역에 암부가 발생하는 현상을 방지할 수 있다.
프리즘 유닛들(P1~Pm)의 형상 및 기능에 관하여, 이하 도 4에서 보다 상세히 설명된다.
도 3은 도 2에 도시된 I-I'선단면도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 렌즈(LEN)는 입광부(10)로 제공되는 광들을 굴절시킨다. 즉, 발광 다이오드(LED)에서 발생된 광들은 입광부(10)를 통하여 렌즈(LEN) 내부로 제공되고, 제공된 광들 중 일부는 굴절되어 출광부(20)를 통하여 방출될 수 있다.
출광부(20)에서 외부로 방출되는 광들이 출광부(20) 상면의 법선과 이루는 각은 정면 출광각으로 정의되고, 출광각의 최대값은 제1 각도(θ1)로 정의된다.
입광부(10)에서 출광부(20)로 향하는 광들이 입광부(10) 상면의 법선과 이루는 각은 정면 입광각으로 정의되고, 입광각의 최대값은 제2 각도(θ2)로 정의된다.
입광부(10)에서 제2 각도(θ2)의 정면 입광각을 가지고 출광부(20)로 향하는 광은 출광부(20)에서 외부로 방출되면서 굴절된다. 이 때, 굴절된 광은 제1 각도(θ1)의 정면 출광각을 갖는다. 제2 각도(θ2)의 정면 입광각을 가진 광은 제1 각도(θ1)의 정면 출광각을 갖는다.
제2 각도(θ2)은 스넬의 방정식을 통하여 제1 각도(θ1)으로부터 유도될 수 있다. 외부가 제1 굴절률(n1)을 갖고, 렌즈(LEN)가 제2 굴절률(n2)을 가질 때, 스넬 방정식은 다음 수학식 1과 같다. 이 때, 제1 굴절률(n1)과 제2 굴절률(n2)은 0보다 큰 값을 갖는다.
Figure pat00006
따라서, 제1 각도(θ1)가 목표 지향각으로 설정되었을 때, 수학식 1을 통하여 제2 각도(θ2)를 알 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 제1 각도(θ1)의 크기에 따라 렌즈(LEN)의 제1 거리(h)가 다르게 설계될 수 있다. 즉, 목표 지향각의 크기에 따라 렌즈(LEN)의 제1 거리(h)가 다르게 설계될 수 있다.
구체적으로, 정면 출광각이 줄어들수록 제1 거리(h)는 증가된다. 즉, 출광부(20)로 방출되는 광들이 협지향 될수록 제1 거리(h)는 증가된다. 일반적으로 협지향 렌즈는 광지향 렌즈보다 제1 거리(h)가 더 큰 값을 갖는다.
렌즈(LEN)의 제1 거리(h)값은 다음 수학식 2와 같이 유도될 수 있다.
Figure pat00007
결과적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 광원 유닛(LSU)은 렌즈(LEN)의 제1 거리(h)를 다르게 설계하여 지향성을 조절할 수 있다.
도 4은 도 3에 도시된 프리즘 유닛의 확대도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 렌즈(LEN)는 입광부(10)로 제공되는 광들을 굴절시킨다. 즉, 발광 다이오드(LED)에서 발생된 광들은 입광부(10)를 통하여 렌즈(LEN) 내부로 제공되고, 제공된 광들 중 일부는 굴절되어 프리즘 유닛들(P1~Pm)을 통하여 방출될 수 있다.
따라서, 프리즘 유닛들(P1~Pm)로 제공되는 광들은 소정의 각을 가지며 외부로 방출될 수 있다. 프리즘 유닛들(P1~Pm)은 서로 인접한 광원 유닛들(LSU) 사이에 발생되는 암부를 개선시키는 역할을 한다.
각 프리즘 유닛(P1~Pm)의 상부 빗면이 제2 방향(D2)과 이루는 각은 프리즘 각(θp)으로 정의된다. 프리즘 유닛들(P1~Pm) 각각은 소정의 프리즘 각(θp)을 갖는다. 프리즘 각(θp)의 크기에 따라서, 프리즘 유닛들(P1~Pm)로 제공되는 광들은 소정의 방향을 갖고 외부로 방출될 수 있다.
입광부(10)에서 측면부들(30)의 각 프리즘 유닛(P1~Pm)로 향하는 광들이 입광부(10)의 법선과 이루는 각은 측면 입광각으로 정의된다.
각 프리즘 유닛(P1~Pm)에서 외부로 방출되는 광들이 출광부(20)의 법선과 이루는 각은 측면 출광각으로 정의된다.
제2 방향(D2)에서 측면부(30)의 최하단에 배치된 제m 프리즘 유닛(Pm)의 측면 입광각의 최대값은 제3 각도(θ3)를 가지며, 제4 각도(θ4)의 측면 출광각을 갖는다.
즉, 입광부(10)에서 제3 각도(θ3)의 측면 입광각을 가지고 프리즘 유닛(P)으로 향하는 광은 제m 프리즘 유닛(Pm)에서 외부로 방출되면서 굴절된다. 이 때, 굴절된 광은 제4 각도(θ4)의 측면 출광각을 갖는다.
측면 입광각이 제3 각도(θ3)인 광은 측면부(30)의 최하단에 배치된 프리즘 유닛(P)의 상부 빗면의 법선과 제5 각도(θ5)를 이룬다. 즉, 최대 측면 입광각을 갖는 광은 제m 프리즘 유닛(Pm)의 빗면의 법선과 제5 각도(θ5)를 이룬다.
측면 출광각이 제4 각도(θ4)인 광은 제m 프리즘 유닛(Pm)의 상부 빗면의 법선과 제6 각도(θ6)를 이룬다. 즉, 최대 측면 출광각을 갖는 광은 제m 프리즘 유닛(Pm)의 빗면의 법선과 제6 각도(θ6)를 이룬다.
제6 각도(θ4)은 스넬의 방정식을 통하여 제5 각도(θ5)으로부터 유도될 수 있다. 외부가 제1 굴절률(n1)을 갖고, 렌즈(LEN)가 제2 굴절률(n2)을 가질 때, 스넬 방정식은 다음 수학식 5과 같다. 이 때, 제1 굴절률(n1)과 제2 굴절률(n2)은 0보다 큰 값을 갖는다.
Figure pat00008
제3 각도(θ3)가 제1 각도(θ1)보다 큰 값을 갖는 경우, 프리즘 유닛들(P1~Pm)에서 외부로 방출되는 광들은 광지향성을 가질 수 있다. 즉, 프리즘 유닛들(P1~Pm)에서 외부로 방출되는 광들은 단위 면적당 광량이 적을 수 있다. 따라서, 제3 각도(θ3)가 제1 각도(θ1)보다 큰 값을 갖는 경우, 광원 유닛들(LSU) 사이에 대응되는 표시 패널(110) 상의 영역에 암부가 시인될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 제3 각도(θ3)가 제1 각도(θ1)보다 큰 값을 갖는 경우, 목표 지향각인 제4 각도(θ4)의 크기를 감소되도록 프리즘 유닛들(P1~Pm)의 프리즘 각(θp)이 설정될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 목표 지향각인 제4 각도(θ4)의 크기를 제1 각도(θ1)와 같아지도록 프리즘 각(θp)이 설정될 수 있다.
제4 각도(θ4)는 다음 수학식 4와 같이 유도될 수 있다.
Figure pat00009
Figure pat00010
Figure pat00011
Figure pat00012
본 발명의 실시 예에 따르면, 제4 각도(θ4)은 제1 각도(θ1)과 같은 값을 가질 수 있으므로, 제1 각도(θ1)와 제5 각도(θ5)는 다음 수학식 5와 같은 관계가 성립된다.
Figure pat00013
따라서, 제3 각도(θ3)가 상수이고, 측면 출광각인 제4 각도(θ4)가 정면 출광각인 제1 각도(θ4)와 같은 값을 갖는 경우, 제1 각도(θ1)에 따라 제5 각도(θ5)가 달라질 수 있다.
제5 각도(θ5)는 프리즘 각(θp)과 다음 수학식 6을 만족한다.
Figure pat00014
Figure pat00015
따라서, 제3 각도(θ3)가 상수이고, 제1 각도(θ1)가 목표 지향각으로 설정되었을 때, 수학식 5 및 수학식 6을 통하여 제m 프리즘 유닛(Pm)의 프리즘 각(θp)을 알 수 있다.
그러나 이에 한정하지 않고, 프리즘 유닛(P1~Pm)에서 외부로 방출되는 광의 지향성에 따라 프리즘 각(θp)이 다르게 설계될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 표시 장치(100)의 광원 유닛들(LSU)은 제1 방향(D1)에서 입광부(10) 및 출광부(20)가 동일한 폭을 갖는다. 따라서, 복수개의 광원 유닛들(LSU)이 에지형 백라이트(BLU)에 적용되어 제1 방향(D1)으로 배열될 때, 제1 방향(D1)에서 각 광원 유닛들(LSU) 사이의 배치 간격이 좁아질 수 있다. 즉, 에지형 백라이트(BLU)에 실장되는 광원 유닛들(LSU)의 개수가 증가될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 출광각에 따라 렌즈(LEN)의 제1 거리(h) 및 프리즘 유닛(P1~Pm)의 프리즘 각(θp)이 다르게 설계될 수 있다. 특히, 렌즈(LEN)의 측면부들(30)로 출광되는 광들의 지향성이 조절되므로, 광원 유닛들(LSU) 사이에 발생되는 암부가 줄어들 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 표시 장치(100)의 광원 유닛(LSU)은 공간적 효율성을 증가시키고, 표시 패널의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 광원 유닛의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 광원 유닛(LSU')은 발광 다이오드(LED) 및 렌즈(LEN')를 포함한다.
본 발명의 제3 실시 예에 따른 광원 유닛(LSU')의 발광 다이오드(LED) 의 형상은 도 2 내지 도 4에 설명된 광원 유닛(LSU)과 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 설명의 편의를 위해 광원 유닛(LSU')의 발광 다이오드(LED)의 형상에 대한 설명은 생략된다.
본 발명의 제3 실시 예에 따른 렌즈(LEN')의 측면부들(30)은 복수의 프리즘 유닛들(P1~Pm)을 포함한다. 구체적으로, 4개의 측면부들(30) 중 제1 방향(D1)에서 렌즈(LEN)의 양측에 배치된 두 측면부들(30)은 각각 제1 내지 제m 프리즘 유닛들(P1~Pm)을 포함할 수 있다. m은 1보다 큰 자연수 이다.
측면부(30) 상에서 제1 내지 제m 프리즘 유닛들(P1~Pm)은 렌즈(LEN)의 하부에서 상부를 향하는 방향으로 순차적으로 배열된다. 제1 프리즘 유닛들(P1)은 입광부(10)와 인접하게 배치되고, 제m 프리즘 유닛들(Pm)은 출광부(20)와 인접하게 배치된다.
프리즘 유닛들(P1~Pm)은 각각 다른 형상을 가질 수 있다. 즉, 프리즘 유닛들(P1~Pm)은 각각 다른 값의 프리즘 각들(θp1~θpm)을 가질 수 있다.
구체적으로, 프리즘 유닛들(P1~Pm)은 각각 대응되는 프리즘 각들(θp1~θpm)을 갖는다. 제1 프리즘 유닛(P1)은 제1 프리즘 각(θp1)을 갖고, 제2 프리즘 유닛(P2)은 제2 프리즘 각(θp2)을 갖는다. 제m 프리즘 유닛(Pm)은 제2 프리즘 각(θpm)을 갖는다.
프리즘 각(θp1~θpm)은 측면부(30)의 하부에서 상부를 향할수록 줄어들 수 있다. 즉, 제1 프리즘 각(θp1)은 제m 프리즘 각(θpm)보다 크다.
입광부(10)에서 각 프리즘 유닛들(P1~Pm)로 향하는 측면 입광각은 측면부(30)의 하부에서 상부를 향할수록 감소한다. 프리즘 유닛들(P1~Pm)의 프리즘 각(θp1~θpm)이 모두 같은 값을 갖는다면, 측면 출광각이 하부에서 상부를 향할수록 감소될 수 있다. 따라서, 측면부(30)의 하부에서 상부를 향할수록 측면 출광각이 감소하여 측면부(30)에서 방출되는 광이 균일하지 않을 수 있다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 렌즈(LEN')는 측면부(30)의 하부에서 상부를 향할수록 프리즘 각(θp1~θpm)이 감소하므로, 측면 출광각이 감소하지 않는다.
결과적으로, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 렌즈(LEN')는 측면부들(30)로 출광되는 광들의 지향성이 조절되므로, 광원 유닛들(LSU') 사이에 발생되는 암부를 효과적으로 감소시킬 수 있다.
도 6는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 광원 유닛의 단면도이다.
도 6를 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 광원 유닛(LSU")은 발광 다이오드(LED) 및 렌즈(LEN")를 포함한다.
본 발명의 제3 실시 예에 따른 광원 유닛(LSU")의 발광 다이오드(LED) 의 형상은 도 2 내지 도 4에 설명된 광원 유닛(LSU)과 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 설명의 편의를 위해 광원 유닛(LSU")의 발광 다이오드(LED)의 형상에 대한 설명은 생략된다.
렌즈(LEN")는 제1 렌즈부(LEN1) 및 제2 렌즈부(LEN2)를 포함한다. 제1 렌즈부(LEN1) 및 제2 렌즈부(LEN2)는 일체의 형상을 갖는다.
제1 렌즈부(LEN1)은 도 2의 렌즈(LEN)와 동일한 형상을 갖는다. 제2 렌즈부(LEN2)는 제2 방향(D2)에서 발광 다이오드(LED)와 대향되는 방향으로 볼록한 형상을 갖는다.
렌즈(LEN")는 입광부(10), 출광부(20), 복수의 측면부들(30)을 포함한다. 본 발명의 본 발명의 다른 실시 예에 따른 렌즈(LEN")의 입광부(10) 및 측면부들(30)은 도 2 내지 도 4에 광원 유닛(LSU)과 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 설명의 편의를 위해 입광부(10) 및 측면부들(30)의 형상에 대한 설명은 생략된다.
출광부(20)는 제2 렌즈부(LEN2)의 상면에 배치된다. 제1 방향(D1)에서 출광부(20)는 제3 폭(W3)을 갖고, 제3 방향(미도시)에서 제4 폭(미도시)을 갖는다.
본 발명의 제3 실시 예에 따른 광원 유닛(LSU")은 출광부(20)가 볼록한 형상을 가지고 있으므로, 광들이 더 굴절되어 외부로 방출될 수 있다. 따라서, 렌즈(LEN")의 제1 거리(h)가 감소될 수 있다. 즉, 공간적 효율성을 증대시킬 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 표시 장치(100)의 광원 유닛(LSU")은 공간적 효율성을 증가시키고, 표시 패널의 품질을 향상시킬 수 있다.
이상 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 또한 본 발명에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니고, 하기의 특허 청구의 범위 및 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 표시 장치 110: 표시 패널
BLU: 백라이트 유닛 120: 광학 시트
130: 도광판 140: 반사 시트
LS: 광원 LSU: 광원 유닛
SUB: 광원 기판 LEN: 렌즈
10: 입광부 20: 출광부
30: 측면부 LED: 발광 다이오드
P: 프리즘 유닛 D1: 제1 방향
D2: 제2 방향 D3: 제3 방향

Claims (13)

  1. 광을 발생시키는 발광 다이오드; 및
    발광 다이오드의 상부에 배치되고, 상기 광을 소정의 방향으로 굴절시키는 렌즈를 포함하고,
    상기 렌즈는,
    상기 발광 다이오드의 상부면과 접촉되고, 상기 발광 다이오드로부터 발생된 상기 광이 입사되는 입광부;
    상기 입광부의 상부에 배치되는 출광부; 및
    상기 입광부 및 상기 출광부를 둘러싸는 복수의 측면부들을 포함하고,
    상기 입광부로 입사된 광들은 소정의 굴절률로 굴절되어 상기 출광부 및 상기 측면부들로 출광되고,
    상기 입광부 및 상기 출광부 사이의 거리는 상기 출광부에서 외부로 출광되는 상기 광들이 상기 출광부 상면의 법선과 이루는 각들 중 최대값으로 정의된 제1 각도와 반비례하는 광원 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드는 제1 방향으로 제1 폭을 갖고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 제2 폭을 갖고,
    상기 렌즈는 상기 제1 방향으로 제3 폭을 갖고, 상기 제2 방향으로 제4 폭을 갖고,
    상기 제1 폭은 상기 제3 폭보다 작은 값을 갖고, 상기 제2 폭은 상기 제4 폭보다 작은 값을 갖는 광원 유닛.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 외부는 제1 굴절률을 갖고, 상기 렌즈는 제2 굴절률을 갖고,
    상기 입광부에서 상기 출광부로 향하는 상기 광들이 상기 입광부 상면의 법선과 이루는 각들 중 최대값은 제2 각도를 갖고,
    상기 제1 각도는 θ1이고, 상기 제2 각도는 θ2이고, 상기 제1 굴절률은 n1이고, 상기 제2 굴절률 n2일 경우,
    Figure pat00016
    의 관계가 성립하는 광원 유닛.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 입광부 및 상기 출광부 사이의 거리는 상기 제1 각도의 크기와 반비례하는 광원 유닛.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 폭은 W1이고, 상기 제3 폭은 W3일 때,
    상기 입광부 및 상기 출광부 사이의 거리 h는
    Figure pat00017
    인 광원 유닛.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 측면부들 중 상기 제1 방향에서 마주보는 측면부들은 복수의 프리즘 유닛들을 포함하고,
    상기 프리즘 유닛들 각각은 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 직교하는 제3 방향으로 연장되고, 상기 제2 방향으로 배열되는 삼각 기둥 형상을 갖는 광원 유닛.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 입광부에서 상기 프리즘 유닛들으로 향하는 상기 광들이 상기 입광부의 법선과 이루는 각들 중 최대값은 제3 각도로 정의되고,
    상기 프리즘 유닛에서 외부로 방출되는 광들이 상기 상기 출광부의 법선과 이루는 각들 중 최대값은 제4 각도로 정의되고,
    상기 입광부의 법선과 상기 제3 각도를 갖고 상기 프리즘 유닛들로 향하는 상기 광은 상기 출광부의 법선과 상기 제4 각도를 가지며 상기 외부로 방출되는 광원 유닛.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 프리즘 유닛들 각각의 단면은 소정의 삼각비를 갖고, 상기 삼각비에 따라 상기 제4 각도의 크기가 달라지는 광원 유닛.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 입광부의 법선과 상기 제3 각도를 갖고 상기 프리즘 유닛들로 향하는 상기 광은 상기 프리즘 유닛의 빗면의 법선과 제5 각도를 갖고,
    상기 출광부의 법선과 제4 각도를 갖고 외부로 방출되는 상기 광은 상기 프리즘 유닛의 빗면의 법선과 제6 각도를 갖고,
    상기 제5 각도는 θ5이고, 상기 제6 각도는 θ6일 경우,
    Figure pat00018
    의 관계가 성립하는 광원 유닛.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 각 프리즘 유닛의 상부 빗면이 상기 제2 방향과 이루는 각은 프리즘 각으로 정의되고,
    상기 제3 각도는 θ3이고, 상기 프리즘 각은 θp일 경우,
    Figure pat00019
    의 관계가 성립되고,
    상기 제3 각도가 상기 제1 각도보다 큰 값을 갖는 경우,
    Figure pat00020
    의 관계가 성립되는 광원 유닛.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 입광부에서 출광부를 향할수록, 상기 측면부에 배치된 상기 프리즘 유닛들의 상기 프리즘 각들이 순차적으로 감소하는 광원 유닛.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 출광부의 상면은 상기 제2 방향으로 볼록한 형상을 갖는 광원 유닛.
  13. 표시 패널;
    상기 표시 패널의 후방에 배치되는 도광판; 및
    상기 도광판의 측면들 중 어느 한 면과 인접하게 배치되는 복수의 광원 유닛들을 포함하고,
    상기 광원 유닛들 각각은,
    광을 발생시키는 발광 다이오드; 및
    발광 다이오드의 상부에 배치되고, 상기 광을 소정의 방향으로 굴절시키는 렌즈를 포함하고,
    상기 렌즈는,
    상기 발광 다이오드의 상부면과 접촉되고, 상기 발광 다이오드로부터 발생된 상기 광이 입사되는 입광부;
    상기 입광부의 상부에 배치되는 출광부; 및
    상기 입광부 및 출광부를 둘러싸는 복수의 측면부들을 포함하고,
    상기 입광부로 입사된 광들은 소정의 굴절률로 굴절되어 상기 출광부 및 상기 측면부들로 출광되고,
    상기 입광부 및 상기 출광부 사이의 거리는 상기 출광부에서 외부로 출광되는 상기 광들이 상기 출광부 상면의 법선과 이루는 각들 중 최대값으로 정의된 제1 각도와 반비례하는 표시 장치.
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