KR20190027046A - 도광 렌즈 및 이를 구비하는 직하형 백라이트 장치 - Google Patents

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KR20190027046A
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조현석
김창호
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희성전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 다수의 LED와 도광 렌즈를 광원으로 채용하여 디스플레이 장치의 백라이팅을 위한 면 광원으로 사용되는 직하 조명 방식의 백라이트 장치에 관한 것으로, 판 상의 바닥면 가장자리가 전면으로 절곡되면서 측부를 형성하고, 상기 바닥면에는 다수의 렌즈 홀이 형성되는 커버버텀; 기판 상에 다수의 LED 광원이 실장되며, 상기 LED 광원이 상기 렌즈 홀에 삽입되면서 상기 기판이 상기 커버버텀의 바닥면 배면에 결합되는 광원 모듈; 상기 LED 광원을 덮으면서 상기 렌즈 홀에 삽입되는 도광 렌즈; 및 상기 도광 렌즈 상부에 적층되는 광 제어 시트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

도광 렌즈 및 이를 구비하는 직하형 백라이트 장치{Light guide lens and directing type backlight unit}
본 발명은 백라이트 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 LED와 도광 렌즈를 광원으로 채용하여 디스플레이 장치의 백라이팅을 위한 면 광원으로 사용되는 직하 조명 방식의 백라이트 장치에 관한 것이다.
평면 디스플레이 장치인 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device, 이하, 'LCD'라 함)는 다른 표시장치와는 달리 그 자체에서 빛을 발하지 못하여, 고품질의 화상을 실현하기 위해서는 반드시 별도의 외부 광원을 필요로 한다. 따라서 LCD는 액정패널 외에 면 광원의 백라이트 장치를 더 포함하여, 백라이트 장치가 액정패널로 고휘도의 광원을 균일하게 공급함으로써 화상을 구현하게 된다.
이와 같이 백라이트 장치는 LCD와 같은 디스플레이 장치의 화상을 실현하기 위한 조명장치를 말하며, 광원이 배치되는 위치에 따라 측면형(Edge Lighting type) 또는 직하형(Direct Lighting type) 백라이트 장치로 구분된다. 또한, 백라이트 장치의 광원으로는 소형, 저소비 전력, 고신뢰성 등의 장점을 갖는 발광다이오드(Light Emitting Diode, 이하 'LED'라 함)가 주로 이용되고 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 직하형 백라이트 장치의 주요부를 나타낸 단면도이다. 도시된 바와 같이, 직하형 백라이트 장치는 LED 광원(12a)이 기판(12b)에 실장된 상태에서 커버버텀(11) 내부의 바닥면에 배치되며, LED 광원(12a)의 상부에는 확산판(13)과 광학시트(14)들이 배치된다. 또한, 기판(12b) 상면에는 LED 광원(12a)을 노출시키면서 반사시트(15)가 안착된다.
상기와 같은 구성의 백라이트 장치에서 LED 광원(12a)에서 출사되는 점광원의 빛은 커버버텀(11) 내부의 광 믹싱 공간(S)에서 믹싱된 후 확산판(13)과 광학시트(14)를 통과하여 면광원으로 출사된다. 이러한 직하형 백라이트 장치는 LED 광원(12a)이 커버버텀(11)의 크기에 무관하게 가로 및 세로 방향으로 다수개 배치될 수 있어 백라이트 장치의 대형화에 유리하다.
그러나 LED를 광원으로 채용하는 직하형 백라이트 장치는 점광원의 특성상 LED 광원(12a)과 확산판(13) 사이에서 광 믹싱이 이루어질 수 있는 충분한 공간(S)의 광학 거리(OD : Optical Distance)가 확보되어야 한다. 따라서 직하형 백라이트 장치는 상기 광학 거리(OD) 확보에 따라 슬림화에 불리한 단점이 있다.
최근 직하형 백라이트 장치는 광학 거리(OD)를 줄일 수 있는 도광 렌즈(16)를 채용하여 슬림화를 도모하고 있다. LED 광원(12a)에서 출사되는 빛은 상기 도광 렌즈(16)를 통하여 1차 확산되면서 광 믹싱 공간(S)으로 제공되므로, 광학 거리(OD)를 줄일 수 있는 것이다. 그러나 상기 도광 렌즈(16)도 커버버텀(11)의 내부 공간에서 LED 광원(12a)을 덮도록 조립되어 전체적인 광학 거리를 줄이는 데는 여전히 한계를 나타낸다.
또한, 직하형 백라이트 장치는 소정의 크기를 갖는 확산판(13)과 광학시트(14)들이 자체의 하중에 의하여 중앙부가 하측으로 처지는 현상이 발생한다. 이를 방지하기 위하여 커버버텀(11)에는 확산판(13)의 처짐을 방지하기 위하여 다수개의 확산판 서포트(17)가 체결된다.
따라서 종래의 직하형 백라이트 장치는 커버버텀(11)의 내부 공간에서 LED 광원(12a)과 확산판(13) 사이에 충분한 공간이 확보되어야 하므로, 백라이트 장치의 슬림화에 불리하다. 또한, 종래의 백라이트 장치는 광원 모듈에서 발생되는 열이 커버버텀(11)의 내부 공간에 갇혀 방열에 어려운 단점이 있다. 또한, 종래의 직하형 백라이트 장치는 도광 렌즈(16)와 확산판 서포트(17)가 각각 조립되어야 하므로 조립 공정이 복잡해지는 단점이 있다.
한국공개특허 10-2017-0013696(2017.02.07.공개, 광확산 렌즈 및 그를 포함하는 백라이트 유닛과 표시장치) 한국공개특허 10-2016-0063522(2016.06.07.공개, 광 지향각 조절 장치 및 이를 포함하는 백라이트 유닛)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 슬림화에 유리하면서 효율적인 방열이 이루어지며, 부품 수를 줄여 조립 공정을 단순화할 수 있는 도광 렌즈 및 직하형 백라이트 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 도광 렌즈는, 상측으로 갈수록 직경이 넓어지는 형상으로 커버버텀의 렌즈 홀에 삽입되며, 하면에는 광원이 삽입되는 광원 홈이 형성되어 상기 광원 홈의 상면 및 측면을 통하여 입사되는 빛이 상측으로 진행하도록 가이드하는 렌즈부; 판 형상으로 상기 커버버텀의 상면을 가압하도록 상기 렌즈부의 상면에서 외측으로 연장되어 일체로 형성되며, 상기 광원 홈에 대응하는 위치의 상면에는 깔때기 형상의 반사 홈이 형성되어 상기 렌즈부에서 전달되는 빛을 균일하게 분산시켜 출사시키는 도광부; 및 상기 렌즈부의 하면에 돌출 형성되어 상기 기판에 결합되는 결합 돌기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 직하형 백라이트 장치는, 판 상의 바닥면 가장자리가 전면으로 절곡되면서 측부를 형성하고, 상기 바닥면에는 다수의 렌즈 홀이 형성되는 커버버텀; 기판 상에 다수의 LED 광원이 실장되며, 상기 LED 광원이 상기 렌즈 홀에 삽입되면서 상기 기판이 상기 커버버텀의 바닥면 배면에 결합되는 광원 모듈; 상기 LED 광원을 덮으면서 상기 렌즈 홀에 삽입되는 도광 렌즈; 및 상기 도광 렌즈 상부에 적층되는 광 제어 시트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성의 본 발명은 광원 모듈을 구성하는 PCB 기판이 커버버텀의 외부에서 결합되어 백라이트 장치의 슬림화에 유리하며, 우수한 방열 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명은 도광 렌즈가 광원 모듈의 기판과 커버버텀을 결합시키면서 확산판을 지지함으로써, 부품을 최소로 하고, 조립 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 직하형 백라이트 장치를 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 직하형 백라이트 장치를 나타낸 단면도,
도 3은 도 2의 백라이트 장치의 주요 구성의 조립 과정을 나타낸 분해 단면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도광 렌즈를 나타낸 사시도,
도 5는 도 4의 도광 렌즈를 나타낸 단면도,
도 6은 도 4의 도광 렌즈의 다른 사용 예를 나타낸 사시도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 직하형 백라이트 장치를 나타낸 단면도이다.
본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적과제는 다음에서 설명하는 바람직한 실시예들에 의해 명확해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 살펴보기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 직하형 백라이트 장치를 나타낸 단면도이고, 도 3은 도 2의 백라이트 장치의 주요 구성의 조립 과정을 나타낸 분해 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 백라이트 장치는 커버버텀(100) 내부에 반사시트(200)가 안착되고, 커버버텀(100)의 배면에서 LED 광원(320)이 커버버텀 내부로 노출되도록 광원 모듈(300)이 결합되며, 커버버텀(100) 내부에서는 도광 렌즈(400)가 LED 광원(320)을 덮으면서 광원 모듈(300)의 기판(310)에 결합된다. 또한, 도광 렌즈(400) 상부에서 확산판(500)과 광학시트(600)가 도광 렌즈(400)에 지지되면서 적층되고, 가이드 패널(700)이 커버버텀(100)에 결합되면서 이들을 고정시킨다.
상기 커버버텀(100)은 상측이 개방된 육면체 형상을 이루는 금속 소재의 하우징으로, 사각 판상의 바닥면 가장자리를 따라 전면으로 절곡(bending)되는 수직 측벽이 형성된다. 커버버텀(100)은 내부 공간에는 LED 광원(320)에서 출사되는 빛이 믹싱되는 광 믹싱 공간(S)을 제공하고, 수직 측벽의 상단부에는 확산판(500)과 광학시트(600)가 안착되는 시트 안착면을 제공한다. 특히, 상기 커버버텀(100)은 바닥면에 도광 렌즈(400)가 삽입되기 위한 다수의 렌즈 홀(100a)이 형성된다. 상기 렌즈 홀(100a)은 후술하는 도광 렌즈(400)의 렌즈부(410)에 대응하는 형상으로 하부 직경이 점차 작아지는 깔때기 형상을 이룬다.
상기 반사시트(200)는 커버버텀(100)의 바닥면에 배치되어 광 믹싱 공간에 분포하는 빛을 상부로 반사시켜 백라이트 장치의 휘도를 향상시키는 기능을 한다. 이러한 반사시트(200)는 광 반사율이 우수한 시트 또는 필름으로 구성되며, 광 반사재가 혼합된 물질이 바닥면에 코팅되어 형성될 수도 있다. 또한, 상기 반사시트(200)에도 도광 렌즈(400)가 삽입되기 위한 다수의 렌즈 홀(200a)이 형성된다.
상기 광원 모듈(300)은 기판(310) 상에 다수의 LED 광원(320)이 실장된 LED 어레이로 구성된다. 광원 모듈(300)은 커버버텀(100)의 배면에 결합되며, LED 광원(320)의 빛이 렌즈 홀(100a)을 통하여 광 믹싱 공간(S)으로 출사될 수 있도록 다수의 LED 광원(320)이 다수의 각 렌즈 홀(100a)에 삽입되도록 결합된다. 즉, 광원 모듈(300)은 LED 광원(320)이 렌즈 홀(100a)을 통하여 커버버텀(100) 내부로 노출되면서 기판(310)이 커버버텀(100)의 외부에서 결합된다. 또한, 상기 기판(310)에는 후술하는 도광 렌즈(400)의 체결부(420)가 삽입되기 위한 다수의 체결 홀(310a)이 형성된다.
상기 도광 렌즈(400)는 LED 광원(320)에서 출사되는 빛을 1차 확산시키기 위한 구성으로, 커버버텀(100) 내부의 바닥면에 안착되면서 렌즈 홀(100a)을 통하여 기판(310)과 결합된다. 특히, 본 발명의 도광 렌즈(400)는 커버버텀(100)과 광원 모듈(300)을 결합시키는 결합 부재로 기능함과 동시에 확산판(500)이 처지는 것을 방지하는 확산판 지지 부재로 기능한다. 이러한 도광 렌즈(400)는 광원 모듈(300)의 LED 광원(320)으로부터 빛을 흡수하는 렌즈부(410)와, 내부로 흡수된 빛을 균일하게 출사시키는 도광부(420)로 구성된다. 또한, 도광 렌즈(400)는 기판(310)과 결합되기 위하여 렌즈부(410) 하부에 형성되는 결합 돌기(430)와 확산판(500)을 지지하기 위하여 도광부(420) 상부에 형성되는 지지 돌기(440)를 더 포함한다.
상기 확산판(500)과 광학시트(600)는 도광 렌즈(400)의 상부에 적층되어 상측으로 출사되는 빛의 휘도와 균일도를 개선시키는 광 제어 시트로 기능을 한다. 확산판(500)은 도광 렌즈(400)에서 출사된 빛을 확산시켜 균일도를 향상시키고, 광학시트(600)는 상측으로 출사되는 빛을 집광시켜 휘도를 향상시킨다. 상기 광학시트(600)는 한 쌍의 프리즘 시트로 구성될 수 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이, 커버버텀(100)의 배면에서 광원 모듈(300)이 결합된다. 이때, 기판(310)은 양면 테이프와 같은 접착 부재나 스크류와 같은 체결 부재를 통하여 커버버텀(100)의 배면에 결합될 수 있다. 또한, 커버버텀(100)의 내부 바닥면에는 반사시트(200)가 안착된다.
그리고 렌즈 홀(100a)을 통하여 도광 렌즈(400)가 결합되며, 도광부(420)가 커버버텀(100)의 바닥면과 반사시트(200)을 가압함과 동시에 결합 돌기(430)가 기판(310)에 걸리면서 도광 렌즈(400)에 의한 기판(310)과 커버버텀(100)의 결합이 고정된다. 이를 위한 결합 돌기(430)는 후크 구조를 이루는 것이 바람직하다. 또한, 도광 렌즈(400)의 상부에서 확산판(500)과 광학시트(600)가 적층되며, 확산판(500)은 도광 렌즈(400)의 지지 돌기(440)에 지지되면서 하중에 의한 처짐이 방지된다.
즉, 본 발명의 도광 렌즈(400)는 커버버텀(100)에 결합되는 결합 돌기(430)와 확산판(500)을 지지하는 지지 돌기(440)를 동시에 구비하여, 커버버텀(100)과 기판(310)을 결합시키면서 확산판(500)을 지지하도록 구성된다. 또한, 광원 모듈(300)의 LED 광원(320)은 커버버텀(100)의 바닥면에 형성된 렌즈 홀(100a)에 배치되어 커버버텀(100) 내부의 광학 거리(OD)를 더욱 좁힐 수 있고, 기판(310)은 커버버텀(100) 외부에 배치되어 광원 모듈(300)에서 발생되는 열이 외부로 직접 방출되어 방열에 유리한 효과를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도광 렌즈를 나타낸 사시도이고, 도 5는 도 4의 도광 렌즈를 나타낸 단면도이며, 도 6은 도 4의 도광 렌즈의 다른 사용 예를 나타낸 사시도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 도광 렌즈(400)는 LED 광원(320)의 빛을 흡수하는 렌즈부(410)와 내부로 흡수된 빛을 균일하게 출사시키는 도광부(420)로 구성된다. 상기 도광 렌즈(400)는 소정의 굴절율을 갖는 투명 아크릴 계열의 수지로 구성될 수 있고, 사출 성형 등에 의해 상기 렌즈부(410)와 도광부(420)가 일체형으로 형성될 수 있으며, 투명 수지 내부에는 확산제가 분산될 수 있다.
상기 렌즈부(410)는 외부로부터 LED 광원(320)의 빛을 흡수하고, 흡수된 빛이 상측의 도광부(420)로 진행하도록 가이드 한다. 이를 위한 렌즈부(410)는 횡단면이 원형을 이루면서 상측으로 갈수록 직경이 넓어지고 하단부는 평면을 갖는 역원뿔 형상을 이룰 수 있다. 따라서 렌즈부(410)는 외면이 상측으로 갈수록 외향 경사를 이루는 제1 반사면(414)을 형성한다. 상기 제1 반사면(414)은 반사되는 빛이 렌즈부(410) 내부에 균일하게 분포될 수 있도록 내측으로 오목한 곡면을 이룰 수 있다. 또한, 렌즈부(410)는 횡단면이 사각 또는 다각 형상을 이룰 수 있으며, 모서리부는 모따기가 적용되거나 라운드 처리될 수 있다.
또한, 상기 렌즈부(410)는 하면 중앙부에 LED 광원(320)이 삽입되는 광원 홈(411)이 형성된다. 상기 광원 홈(411)은 상면과 측면이 LED 광원(320)의 빛이 흡수되는 입광면을 제공하고, 상면의 입광면은 입사되는 LED 광원(320)의 빛을 집광시키는 집광면(412)을 형성하며, 측면의 입광면은 입사되는 LED 광원(320) 빛을 굴절시키는 굴절면(413)을 형성한다. 이때, 상기 집광면(412)은 효율적인 집광이 이루어지도록 볼록 렌즈 형상을 이루고, 상기 굴절면(413)은 효율적인 굴절이 이루어지도록 볼록한 형상의 만곡을 이루는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성의 렌즈부(410)는 측면의 굴절면(413)을 통하여 입사되는 LED 광원(320)의 빛은 굴절면(413)에 의한 굴절과 제1 반사면(414)에 의한 반사를 거치면서 도광부(420) 방향으로 진행한다. 또한, 상면의 집광면(412)을 통하여 입사되는 LED 광원(320)의 빛은 집광면(412)에서 집광되면서 후술하는 제2 반사면(422)으로 진행한다.
상기 도광부(420)는 렌즈부(410)로부터 전달되는 빛을 고르게 분산시켜 균일한 광원의 빛이 출사되도록 한다. 이를 위한 도광부(420)는 소정의 두께를 갖는 원형, 사각형 또는 다각형의 판 형상을 이룰 수 있으며, 사각 또는 다각 형상의 도광부는 각 모서리에 모따기가 적용되거나 라운드 처리될 수 있다. 또한, 도광부(420)는 렌즈부(410)의 상면에서 외측으로 연장되어 일체로 형성된다.
상기 도광부(420)는 상면 중앙부에 오목한 형상의 반사 홈(421)이 형성되고, 반사 홈(421)은 렌즈부(410)의 광원 홈(411)과 수직 중심축이 일치하는 위치에 형성된다. 또한, 상기 반사 홈(421)은 횡단면이 원형, 타원형 또는 다각형을 이룰 수 있으며, 하측으로 갈수록 폭이 좁아지는 깔때기 형상을 이룬다. 깔때기 형상의 경사면은 도광부(420) 중심 영역에 집광되는 빛을 가장자리 영역으로 반사시키는 제2 반사면(422)을 형성한다. 상기 반사 홈(421)을 포함하는 도광부(420)의 상면 중심부에는 중앙 영역에 집중되는 빛이 효율적으로 반사될 수 있도록 반사층(423)이 더 코팅될 수 있다.
또한, 상기 도광부(420)는 도광부(420)는 내부에서 전반사되는 빛이 효율적으로 출사될 수 있도록 광 추출 패턴(424)이 형성된다. 상기 광 추출 패턴(424)은 반사 홈(421)을 중심으로 동심원을 이루는 다수의 링 구조로 형성될 수 있으며, 종단면은 삼각 또는 렌티큘러 패턴으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 광 추출 패턴(424)은 도광부(420)의 상면 또는 하면에서 양각 또는 음각 패턴으로 형성될 수 있다.
상기와 같은 구성의 도광부(420)는 렌즈부(410)의 제1 반사면(414)에서 반사되어 전달되는 빛을 전반사시켜 전체 영역으로 분포되도록 하고, 특히, 렌즈부(410)의 집광면(412)에서 집광되는 빛을 제2 반사면(422)에서 반사시켜, 전체적으로 균일한 빛이 출사되도록 한다.
이때, 렌즈부(410)의 집광면(412)에서 집광되는 빛이 도광부(420)의 제2 반사면(422)에서 모두 반사되어 도광부(420)의 중앙 영역에서 휘점 및 휘링이 나타나지 않기 위해서는 집광면(412)은 최외곽에서의 최대 광 출사각(θ1)은 다음과 같은 조건을 만족하도록 볼록 렌즈 형상의 곡률이 설정되어야 한다.
θ1 ＜ tan-1{(Dr - Dc)/2L} 이고,
여기서, Dc 는 집광면의 직경이고, Dr 은 제2 반사면의 직경이며, L은 집광면과 제2 반사면의 최상단(즉, 도광부 상면) 사이의 간격이다.
또한, 렌즈부(410)의 굴절면(413)과 제1 반사면(414)에서 반사되는 빛이 도광부(420)의 가장자리 영역까지 분포되기 위해서는 도광부(420) 상면에서 충분한 전반사가 이루어져야 하며, 이를 위한 도광부(420) 상면에서의 최소 광 입사각(θ2)은 다음과 같은 조건을 만족하도록 굴절면(413)과 제1 반사면(414)의 곡률이나 경사도와 같은 형상이 결정될 수 있다.
θ2 ＞ sin-1(1/n) 이고,
여기서, n은 도광 렌즈의 굴절율이다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 도광 렌즈(400)는 다수의 도광 렌즈들이 연결되는 복합 렌즈(400')를 구성할 수 있다. 즉, 도광 렌즈(400)는 연결부(450)를 매개로 가로 및 세로 방향으로 다수개가 연결되는 하나의 모듈을 구성한다. 이때, 각 도광 렌즈(400)의 간격은 광원 홈(411)이 기판(310)에 실장되는 LED 광원(320)의 위치에 대응하도록 연결되어야 할 것이다.
표 1은 종래 및 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치의 광학 거리에 따른 광 특성의 사진과 균일도를 나타내었다. 표 1에서 비교예1은 커버버텀 내부에 기판이 배치되는 종래의 일반적인 CSP(chip scale package) 구조의 백라이트 장치에 대한 광 특성을 나타내었고, 비교예2는 비교예1의 광원 모듈에 돔 형상의 확산 렌즈가 장착된 백라이트 장치에 대한 광 특성을 나타내었으며, 실험예는 기판이 커버버텀 외부에 배치되며 도광 렌즈가 장착된 백라이트 장치에 대한 광 특성을 나타내었다. 여기서, LED 광원이 3x3으로 배열되는 백라이트 장치를 대상으로 하였고, 실험예의 도광 렌즈도 3x3 배열의 복합 렌즈를 사용하였다.
광학거리
(OD)		 광특성 비교예1
(CSP)		 비교예2
(CSP+확산렌즈)		 실험예
(복합 렌즈)


2mm

사진
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
균일도 24.9% 25.8% 81.3%


5mm

사진
Figure pat00004
Figure pat00005

-
균일도 54.9% 59.4% -
표 1에서 알 수 있는 바와 종래의 일반적인 CSP 구조의 백라이트 장치(비교예1)에서는 광학 거리 2mm 에서도 명부과 암부가 뚜렷하고 낮은 균일도를 나타내며, 이러한 휘도의 불균형은 광학 거리 5mm 에서도 나타남을 알 수 있다. 또한, CSP 구조의 광원 모듈에 확산 렌즈가 장착된 백라이트 장치(비교예2)에서는 비교예1과 비교하여 균일도가 다소 개선되기는 하였으나, 마찬가지로 광학 거리 2mm 에서 명부과 암부가 뚜렷하고 5mm 에서도 휘도의 불균형이 나타남을 알 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치에서는 광학 거리 2mm 에서도 명부와 암부의 차이가 전혀 나타나지 않고 전체적으로 81.3%의 높은 균일도를 나타내고 있음을 알 수 있다.
따라서 종래의 백라이트 장치에서는 5mm 이하의 광학 거리를 갖는 백라이트 장치를 구현하기가 불가능하지만, 본 발명의 백라이트 장치에서는 2mm 이하의 광학 거리를 갖는 백라이트 장치도 구현이 가능하며, 결국 직하형 백라이트 장치의 슬림화에 매우 유리한 효과를 나타낼 수 있는 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 직하형 백라이트 장치를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 직하형 백라이트 장치는 도광 렌즈(400)의 결합 구조를 달리한다. 도시된 바와 같이, 도광 렌즈(400)는 결합 돌기(430)가 도광부(420)에서 하측으로 연장되고, 단부는 커버버텀(100)과 기판(310)을 관통하여 기판(310)에 걸려지도록 결합된다. 이를 위하여 커버버텀(100)에는 렌즈 홀과 함께 결합 돌기가 관통되기 위한 결합 돌기 홀도 형성될 것이다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 직하형 백라이트 장치에는 광원 모듈(300)의 방열을 위한 히트 싱크(800)가 더 결합될 수 있다. 도시된 바와 같이 광원 모듈(300)의 기판(310)은 커버버텀(100) 외부로 노출되므로, 기판(310)에는 열전도성이 우수한 알루미늄 시트와 같은 히트 싱크(800)가 결합될 수 있으며, 백라이트 장치는 상기 히트 싱크(800)에 의하여 더욱 우수한 방열 효과를 나타낼 수 있다.
이상에서 본 발명에 있어서, 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
100 : 커버버텀 200 : 반사시트
300 : 광원 모듈
310 : 기판 320 : LED 광원
400 : 도광 렌즈
410 : 렌즈부 420 : 도광부
430 : 결합 돌기 440 : 지지 돌기
411 : 광원 홈 412 : 집광면
413 : 굴절면 414 : 제1 반사면
421 : 반사 홈 422 : 제2 반사면
423 : 반사층 424 : 광 추출 패턴
500 : 확산판 600 : 광학 시트
700 : 가이드 패널 800 : 히트 싱크

Claims (8)

  1. 기판에 실장된 광원을 덮으면서 상기 기판에 결합되어 광원에서 입사되는 빛을 확산시키는 도광 렌즈에 있어서,
    상측으로 갈수록 직경이 넓어지는 형상으로 커버버텀의 렌즈 홀에 삽입되며, 하면에는 광원이 삽입되는 광원 홈이 형성되어 상기 광원 홈의 상면 및 측면을 통하여 입사되는 빛이 상측으로 진행하도록 가이드 하는 렌즈부;
    판 형상으로 상기 커버버텀의 상면을 가압하도록 상기 렌즈부의 상면에서 외측으로 연장되어 일체로 형성되며, 상기 광원 홈에 대응하는 위치의 상면에는 깔때기 형상의 반사 홈이 형성되어 상기 렌즈부에서 전달되는 빛을 균일하게 분산시켜 출사시키는 도광부; 및
    상기 렌즈부의 하면에 돌출 형성되어 상기 기판에 결합되는 결합 돌기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 도광 렌즈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈부는, 상기 광원 홈의 상면으로 입사되는 빛을 집광시키기 위하여 볼록 렌즈 형상을 이루는 상기 광원 홈 상면의 집광면과, 상기 광원 홈의 측면으로 입사되는 빛을 굴절시키기 위한 상기 광원 홈 측면의 굴절면과, 상기 굴절면으로 입사된 빛을 반사시키기 위한 외측면의 제1 반사면을 포함하고,
    상기 도광부는, 상기 집광면에서 집광되어 전달되는 빛을 가장자리 영역으로 반사시키기 위하여 상기 반사 홈의 경사면이 형성하는 제2 반사면과, 상기 도광부 내부에 분포되는 빛의 출사를 유도하기 위하여 상기 도광부 표면에 형성되는 광 추출 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 도광 렌즈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 집광면은 최외곽의 광 출사각(θ1)이 θ1 ＜ tan-1{(Dr - Dc)/2L} 을 만족하도록 곡률이 설정되고(Dc 는 집광면의 직경, Dr 은 제2 반사면의 직경, L은 집광면과 도광부 상면 사이의 간격),
    상기 굴절면과 제1 반사면은 상기 도광부 상면의 광 입사각(θ2)이 θ2 ＞ sin-1(1/n) 을 만족하도록 곡률과 경사도가 설정(n은 도광 렌즈의 굴절율)되는 것을 특징으로 하는 도광 렌즈.
  4. 판 상의 바닥면 가장자리가 전면으로 절곡되면서 측부를 형성하고, 상기 바닥면에는 다수의 렌즈 홀이 형성되는 커버버텀;
    기판 상에 다수의 LED 광원이 실장되며, 상기 LED 광원이 상기 렌즈 홀에 삽입되면서 상기 기판이 상기 커버버텀의 바닥면 배면에 결합되는 광원 모듈;
    상기 LED 광원을 덮으면서 상기 렌즈 홀에 삽입되는 도광 렌즈; 및
    상기 도광 렌즈 상부에 적층되는 광 제어 시트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 직하형 백라이트 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 도광 렌즈는,
    상측으로 갈수록 직경이 넓어지는 형상으로 상기 커버버텀의 렌즈 홀에 삽입되어 결합되며, 하면에는 광원이 삽입되는 광원 홈이 형성되는 렌즈부;
    상기 렌즈부의 상면에서 일체로 형성되는 판 형상으로 상기 커버버텀의 상면을 가압하도록 결합되며, 상기 광원 홈에 대응하는 위치의 상면에는 깔때기 형상의 반사 홈이 형성되어 상기 렌즈부에서 전달되는 빛을 균일하게 분산시켜 출사시키는 도광부; 및
    상기 렌즈부의 하면에 돌출 형성되어 상기 기판에 결합되는 결합 돌기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 직하형 백라이트 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 결합 돌기는,
    상기 기판을 관통하여 결합되는 후크 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 직하형 백라이트 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 도광 렌즈는,
    상기 도광부의 상측으로 돌출되어 상기 광 제어 시트를 지지하는 지지 돌기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직하형 백라이트 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 기판에 결합되며 기판에서 발생되는 열을 방출시키는 히트 싱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직하형 백라이트 장치.
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