KR20190053312A - 도광 렌즈 및 이를 구비하는 직하형 백라이트 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다수의 LED와 도광 렌즈를 광원으로 채용하여 디스플레이 장치의 백라이팅을 위한 면광원으로 사용되는 직하 조명 방식의 백라이트 장치에 관한 것으로, 본 발명의 도광 렌즈는, 소정의 두께를 갖는 판 형상으로, 하부 중심부에 단면이 사다리꼴 형상의 광원 홈이 형성되고, 상기 광원 홈과 중심이 일치하는 상부 중심부에 단면이 깔때기 형상의 반사 홈이 형성되며, 상기 광원 홈 상면이 볼록한 곡면 형상으로 돌출되는 집광면과, 상기 광원 홈 측면이 볼록한 곡면 형상으로 돌출되는 굴절면과, 상기 반사 홈의 측면이 볼록한 곡면 형상으로 돌출되는 반사면을 포함하는 집광부; 및, 상기 반사 홈을 중심으로 주위를 따라 비구면의 볼록한 곡면 형상을 이루는 출광면과, 상기 반사 홈을 중심으로 서로 다른 직경의 동심원의 링 형상으로 상기 출광면에 형성되는 다수의 광 추출 패턴을 포함하는 도광부;로 이루어진다.

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 면광원으로 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 안착되고, 광학시트(600) 상부에는 가이드 패널(18)이 커버버텀(11)에 결합된다.
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 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 유리하고, 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, 소정의 두께를 갖는 판 형상으로, 하부 중심부에 단면이 사다리꼴 형상의 광원 홈이 형성되고, 상기 광원 홈과 중심이 일치하는 상부 중심부에 단면이 깔때기 형상의 반사 홈이 형성되며, 상기 광원 홈 상면이 볼록한 곡면 형상으로 돌출되는 집광면과, 상기 광원 홈 측면이 볼록한 곡면 형상으로 돌출되는 굴절면과, 상기 반사 홈의 측면이 볼록한 곡면 형상으로 돌출되는 반사면을 포함하는 집광부; 및, 상기 반사 홈을 중심으로 주위를 따라 비구면의 볼록한 곡면 형상을 이루는 출광면과, 상기 반사 홈을 중심으로 서로 다른 직경의 동심원의 링 형상으로 상기 출광면에 형성되는 다수의 광 추출 패턴을 포함하는 도광부;로 이루어진다.
여기서, 상기 집광면은, 최외곽의 광 출사각(θ1)이 θ1 ＜ tan-1{(Dr - Dc)/2L} 을 만족하도록 곡률이 설정되고(Dc 는 집광면의 직경, Dr 은 반사면의 직경, L은 집광면의 최하단과 반사면 최상단 사이의 간격), 상기 굴절면은 상기 도광부 상면의 광 입사각(θ2)이 θ2 ＞ sin-1(1/n) 을 만족하도록 곡률과 경사도가 설정(n은 도광 렌즈의 굴절율)된다.
또한, 상기 광 추출 패턴은 상기 반사 홈을 중심부에서 멀어질수록 이웃하는 패턴 사이의 간격이 줄어들고, 패턴의 폭이 증가하도록 구성된다.
또한, 상기 도광부는 상기 상부 출광면의 가장자리에서 하측으로 연장되어 측부 방향으로 빛을 출사시키는 측부 출광면을 더 포함한다.
그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 백라이트 장치는, 판 상의 바닥면 가장자리가 전면으로 절곡되면서 측부를 형성하고, 내부에 수용 공간을 제공하는 커버버텀; 기판 상에 다수의 광원이 실장되어 상기 커버버텀 내부에 배치되는 광원 모듈; 소정의 두께를 갖는 판 형상의 하부 중심부에 단면이 사다리꼴 형상의 광원 홈이 형성되고, 상기 광원 홈과 중심이 일치하는 상부 중심부에 단면이 깔대기 형상의 반사 홈이 형성되며, 상기 광원 홈 상면이 볼록한 곡면 형상으로 돌출되는 집광면과 상기 광원 홈 측면이 볼록한 곡면 형상으로 돌출되는 굴절면과 상기 반사 홈의 측면이 볼록한 곡면 형상으로 돌출되는 반사면을 포함하는 집광부, 및 상기 반사 홈을 중심으로 주위를 따라 비구면의 볼록한 곡면 형상을 이루는 출광면과 상기 반사 홈을 중심으로 서로 다른 직경의 동심원의 링 형상으로 상기 출광면에 형성되는 다수의 광 추출 패턴을 포함하는 도광부로 이루어져, 상기 광원이 상기 광원 홈에 삽입되도록 상기 광원 모듈 상에 장착되는 도광 렌즈; 및 상기 도광 렌즈 상부에 적층되는 광 제어 시트;를 포함한다.
상기 도광 렌즈는, 다수의 도광 렌즈가 연결부를 매개로 서로 연결되는 복합 렌즈 모듈을 구성될 수 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명은 LED 광원의 빛이 도광 렌즈에 의하여 1차 확산 및 면광원으로 전환되므로, 광학 거리를 현저하기 줄일 수 있어, 슬림화에 매우 유리한 효과를 나타낸다.
도 1은 종래의 기술에 따른 직하형 백라이트 장치를 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 직하형 백라이트 장치를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도광 렌즈를 나타낸 사시도,
도 4는 도 3의 도광 렌즈를 나타낸 단면도,
도 5는 도 3의 도광 렌즈 내부의 광 경로를 나타낸 확대 단면도,
도 6은 도 3의 도광 렌즈의 다른 사용 예를 나타낸 사시도,
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 단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 백라이트 장치는 커버버텀(100) 내부에 광원 모듈(200)이 배치되고 광원 모듈(200) 상에는 LED 광원(220)이 노출되도록 반사시트(300)가 안착되며, 도광 렌즈(400)가 LED 광원(220)을 덮으면서 광원 모듈(200)의 기판(210)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(220)에서 출사되는 빛이 믹싱되는 광 믹싱 공간(S)을 제공하고, 수직 측벽의 상단부에는 확산판(500)과 광학시트(600)가 안착되는 시트 안착면을 제공한다.
상기 광원 모듈(200)은 기판(210) 상에 다수의 LED 광원(220)이 실장된 LED 어레이로 구성된다. 상기 기판(210)에는 후술하는 도광 렌즈(400)의 체결 돌기(460)가 삽입되기 위한 다수의 체결 홀이 형성된다. 또한, 상기 LED 광원(220)은 CSP(Chip Scale Package) 구조의 LED가 적용될 수 있다.
상기 반사시트(300)는 커버버텀(100)의 바닥면에 배치되어 광 믹싱 공간(S)에 분포하는 빛을 상부로 반사시켜 백라이트 장치의 휘도를 향상시키는 기능을 한다. 이러한 반사시트(300)는 광 반사율이 우수한 시트 또는 필름으로 구성될 수 있다.
상기 도광 렌즈(400)는 LED 광원(220)에서 출사되는 빛을 1차 확산시키기 위한 구성으로, 커버버텀(100) 내부의 바닥면 또는 광원 모듈(200)의 기판(210) 상에 체결된다. 또한, 본 발명의 도광 렌즈(400)는 확산판(500)이 처지는 것을 방지하는 확산판 지지 부재로 기능한다. 이를 위한 도광 렌즈(400)는 상부도 돌출되는 하나 이상의 지지 돌기(450)를 구비하고, 하면에는 기판(210)에 체결되기 위한 체결 돌기(460)가 형성된다.
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 백라이트 장치는 LED 광원(220)에서 출사된 빛이 도광 렌즈(400)를 통하여 1차로 면광원으로 전환되어 출사되므로, 휘도의 균일도를 유지하면서 LED 광원(220)과 확산판(500) 사이의 광학 거리(OD)를 줄일 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도광 렌즈를 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 3의 도광 렌즈를 나타낸 단면도이며, 도 5는 도 3의 도광 렌즈 내부의 광 경로를 나타낸 확대 단면도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 도광 렌즈(400)는 소정의 두께를 갖는 판 형상을 이루고, 소정의 굴절률을 갖는 투명 아크릴 계열의 수지로 구성되며, 일 예로 PMMA(Polymethylmethacrylate), PS(Poly styrene), MS(Meta styrene) 또는 PC(Polycabonate) 등의 수지가 이용될 수 있다. 판 형상의 도광 렌즈(400)는 하부 중심에 LED 광원(220)이 삽입되는 광원 홈(410)이 형성되고, 상기 광원 홈(410)과 중심이 일치하는 상부 중심에 반사 홈(420)이 형성된다. 광원 홈(410)은 단면의 직경이 상부로 갈수록 좁아지는 사다리꼴 형상을 이루고, 반사 홈(420)은 하부로 갈수록 직경이 좁아지는 깔때기 형상을 이룬다.
상기와 같은 구성의 도광 렌즈(400)는 LED 광원(220)에서 방출되는 빛을 집광하여 도광부(440)로 전달하는 집광부(430)와, 집광부(430)에서 전달된 빛을 균일하게 출사시키는 도광부(440)를 포함한다. 상기 도광 렌즈(400)는 사출 성형 등에 의해 상기 집광부(430)와 도광부(440)가 일체형으로 형성될 수 있으며, 투명 수지 내부에는 확산제가 분산될 수 있다.
상기 집광부(430)는 외부로부터 LED 광원(220)의 빛을 흡수하고, 흡수된 빛을 집광, 굴절 및 반사시키면서 빛이 주위의 도광부(440)로 진행하도록 가이드 하는 것으로, 도광 렌즈(400)의 하부에서 상기 광원 홈(410)이 형성하는 상면의 집광면(431)과 측면의 굴절면(432), 도광 렌즈(400)의 상부에서 상기 반사 홈(420)이 형성하는 반사면(433)을 포함한다.
상기 집광면(431)은 광원 홈(410)의 상면으로, 광원 홈(410) 방향(즉, 하부 방향)으로 볼록한 곡면 형상을 이루며, LED 광원(220)에서 상측으로 방출되어 도광 렌즈(400) 내부로 입사되는 빛을 집광시킨다. 상기 굴절면(432)은 광원 홈(410)의 측면으로, 광원 홈(410) 방향(즉, 측부 방향)으로 볼록한 곡면 형상을 이루며, LED 광원(220)에서 측면으로 방출되어 도광 렌즈(400) 내부로 입사되는 빛을 굴절시킨다. 반사면(433)은 반사 홈(420)의 측면으로, 반사 홈(420) 방향(즉, 측부 방향)으로 볼록한 곡면 형상을 이룬다.
상기와 같은 구성의 집광부(430)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, LED 광원(220)에서 상측으로 방출되어 집광면(431)으로 입사되는 빛은 도광 렌즈(400)의 중심부로 집광되면서 상면의 반사면(433)에서 반사되어 측부의 도광부(440) 영역으로 진행된다. 또한, LED 광원(220)에서 측부로 방출되어 굴절면(432)으로 입사되는 빛은 상측 방향으로 굴절되어 도광부(440) 영역으로 진행된다. 따라서, 도광 렌즈(400) 중심부인 광원 홈(410)에 배치된 LED 광원(220)에서 임의의 방향으로 방출되는 빛은 집광부(430) 영역에서 집광, 굴절 및 반사되어 도광부(440) 영역으로 진행 방향이 가이드 된다.
그리고 상기 도광부(440)는 집광부(430)에서 가이드 되는 빛을 내부 전반사를 균일한 광원으로 전환시킨 후 상면으로 출사시키는 구성으로, 도광 렌즈 상면의 상부 출광면(441)과, 도광 렌즈(400) 상면 또는 하면에 형성되는 광 추출 패턴(442)을 포함한다.
상기 상부 출광면(441)은 반사 홈(420)을 중심으로 그 주위를 따라 비구면의 볼록한 곡면 형상을 이루어, 도광 렌즈(400) 내부에서 전반사를 반복하면서 면광원으로 전환된 빛을 출사시킨다. 상기 상부 출광면(441)은 반사면(433)의 상단에서 곡면 형상으로 연장되면서 중심부에서 외측으로 향할수록 곡률이 증가하는 비구면 형상을 이룬다.
상기 광 추출 패턴(442)은 상부 출광면(441)의 중심부(즉, 반사 홈의 중심부)에 대하여 소정의 직경을 갖는 동심원의 링 형상을 이루어 도광 렌즈(400) 내부의 빛이 효율적으로 출사되도록 한다. 광 추출 패턴(442)은 도광 렌즈(400)의 상면 또는 하면에서 양각 또는 음각으로 형성될 수 있으며, 도광 렌즈(400) 내부의 빛이 광 추출 패턴(442)을 통하여 상측으로 직접 출사될 수 있도록 도광 렌즈(400) 상면에서 양각으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 광 추출 패턴(442)은 단면이 프리즘 형상, 렌티큘러 형상 또는 다각 형상을 이룰 수 있으며, 빛의 출사각 제어가 가능한 프리즘 형상이 바람직하다. 프리즘 형상의 광 추출 패턴(442)은 도광 렌즈(400)로부터 빛이 수직 방향으로 출사되도록 꼭지각의 방향과 각도가 설계될 수 있다.
또한, 광 추출 패턴(442)은 도광 렌즈(400)의 중심부로부터 직경을 달리하는 다수개의 원형 프리즘으로 구성된다. 이때, 이웃하는 각 광 추출 패턴(442) 사이의 간격(p)은 중심부에서 멀어질수록 좁아지도록 형성된다. 또한, 광 추출 패턴(442)은 중심부의 거리에 따라 단면의 폭(w)을 달리하도록 형성되며, 중심부에서 멀어질수록 폭(w)이 증가하도록 형성된다. 이와 같이 광 추출 패턴(442)이 중심부의 거리에 따라 간격(p) 또는 폭(w)을 달리함으로써, 전체적으로 균일한 휘도의 빛이 추출될 수 있다.
또한, 상기 도광부(440)는 가장자리에 측부 출광면(443)을 더 포함할 수 있다. 측부 출광면(443)은 상부 출광면(441)의 가장자리에서 하측으로 연장되어 형성되고, 수직면 또는 임의 방향의 경사면으로 연장되거나 볼록 또는 오목한 곡면 형상으로 연장될 수있다. 상기 측부 출광면(443)은 도광부(440) 내부의 빛을 측면으로 출사시킨다. 상기 측부 출광면(443)은 특히 LED 광원(220) 사이의 거리가 멀 때, 도광 렌즈(400)와 도광 렌즈(400) 사이로 빛이 출사되도록 유도함으로써, 광원 사이(즉, 도광 렌즈 사이)에 나타날 수 있는 암부를 해소한다.
상기와 같은 구성의 도광 렌즈(400)는 집광부(430)에서 집광된 빛이 도광부(440)를 통하여 면광원의 균일한 빛으로 전환되어 출사된다. 이때, 집광부(430)의 집광면(431)에서 집광된 빛이 반사면(433)에서 모두 반사되어 상부 출광면(441)에서 휘점 및 휘링이 나타나지 않기 위해서는 집광면(431)은 최외곽에서의 최대 광 출사각(θ1)이 다음과 같은 조건을 만족하는 볼록 렌즈 형상의 곡률이 설정되어야 한다.
θ1 ＜ tan-1{(Dr - Dc)/2L} 이고,
여기서, Dc 는 집광면의 직경이고, Dr 은 반사면의 직경이며, L은 집광면의 최하단과 반사면의 최상단(즉, 도광부 상면) 사이의 간격이다.
또한, 집광부(430)는 굴절면(432)에서 굴절되는 빛이 도광부(440)의 가장자리 영역까지 분포되기 위해서는 도광부(440) 상면에서 충분한 전반사가 이루어져야 하며, 이를 위한 도광부(440) 상면에서의 최소 광 입사각(θ2)은 다음과 같은 조건을 만족하도록 굴절면(432)의 곡률이나 경사도와 같은 형상이 결정될 수 있다.
θ2 ＞ sin-1(1/n) 이고,
여기서, n은 도광 렌즈의 굴절율이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 도광 렌즈의 다른 사용 예를 나타낸 사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 사용예의 도광 렌즈(400)는 다수의 도광 렌즈들이 연결되는 복합 렌즈(400')를 구성할 수 있다. 즉, 도광 렌즈(400)는 연결부(470)를 매개로 가로 및 세로 방향으로 다수개가 연결되는 하나의 모듈을 구성한다. 이때, 각 도광 렌즈(400)의 간격은 광원 홈(410)이 기판(210)에 실장되는 LED 광원(220)의 위치에 대응하도록 연결되어야 할 것이다. 또한, 다수의 도광 렌즈(400)가 모듈을 이루는 경우 확산판(500)을 지지하기 위한 지지 돌기(450)는 일부의 도광 렌즈에만 형성될 수도 있다.
표 1은 종래 및 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치의 광학 거리에 따른 광 특성의 사진과 균일도(Area uniformity)를 나타내었다. 균일도(Area uniformity)는 외곽 광원을 따르는 영역(점선 영역) 내에서 최소 휘도와 최대 휘도의 비를 나타낸 것이다.
표 1에서 비교예1은 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 본 발명에 따른 도광 렌즈가 장착된 백라이트 장치에 대한 광 특성을 나타내었다. 여기서, LED 광원이 3x3으로 배열되는 백라이트 장치를 대상으로 하였고, 실험예의 도광 렌즈도 3x3 배열의 복합 렌즈 모듈을 사용하였다.
광학거리(OD) 광특성 비교예1
(CSP)		 비교예2
(CSP+확산렌즈)		 실험예
(도광 렌즈)

2mm
사진
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
균일도 30.4% 32.8% 82.9%

5mm
사진
Figure pat00004
Figure pat00005
-
균일도 54.5% 56.6%
표 1에서 알 수 있는 바와 종래의 일반적인 CSP 구조의 백라이트 장치(비교예1)에서는 광학 거리 2mm 에서도 명부과 암부가 뚜렷하고 낮은 30.4%의 균일도를 나타내며, 이러한 휘도의 불균형은 광학 거리 5mm 에서도 54.5%로 불량하게 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 균일도가 32.8%로 명부과 암부가 뚜렷하고, 5mm 에서도 56.6%로 휘도의 불균형이 나타남을 알 수 있다.
그러나 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치에서는 광학 거리 2mm 에서도 명부와 암부의 차이가 전혀 나타나지 않고 전체적으로 82.9%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 가능하면서도 높은 휘도의 균일도를 나타내어, 결국 직하형 백라이트 장치의 슬림화에 매우 유리한 효과를 나타낼 수 있는 것이다.
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 : 광원 모듈
210 : 기판 220 : LED 광원
300 : 반사시트
400 : 도광 렌즈
410 : 광원 홈 420 : 반사 홈
430 : 집광부 431 : 집광면
432 : 굴절면 433 : 반사면
440 : 도광부 441 : 상부 출광면
442 : 광 추출 패턴 443 : 측부 출광면
450 : 지지 돌기 46 : 체결 돌기
500 : 확산판
600 : 광학시트

Claims (6)

  1. 소정의 두께를 갖는 판 형상으로, 하부 중심부에 단면이 사다리꼴 형상의 광원 홈이 형성되고, 상기 광원 홈과 중심이 일치하는 상부 중심부에 단면이 깔때기 형상의 반사 홈이 형성되며,
    상기 광원 홈 상면이 볼록한 곡면 형상으로 돌출되는 집광면과, 상기 광원 홈 측면이 볼록한 곡면 형상으로 돌출되는 굴절면과, 상기 반사 홈의 측면이 볼록한 곡면 형상으로 돌출되는 반사면을 포함하는 집광부; 및,
    상기 반사 홈을 중심으로 주위를 따라 비구면의 볼록한 곡면 형상을 이루는 상부 출광면과, 상기 반사 홈을 중심으로 서로 다른 직경의 동심원의 링 형상으로 상기 상부 출광면에 형성되는 다수의 광 추출 패턴을 포함하는 도광부;로 이루어지는, 직하형 백라이트 장치용 도광 렌즈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 집광면은, 최외곽의 광 출사각(θ1)이 θ1 ＜ tan-1{(Dr - Dc)/2L} 을 만족하도록 곡률이 설정되고(Dc 는 집광면의 직경, Dr 은 반사면의 직경, L은 집광면의 최하단과 반사면 최상단 사이의 간격),
    상기 굴절면은 상기 도광부 상면의 광 입사각(θ2)이 θ2 ＞ sin-1(1/n) 을 만족하도록 곡률과 경사도가 설정(n은 도광 렌즈의 굴절율)되는, 도광 렌즈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광 추출 패턴은,
    상기 반사 홈을 중심부에서 멀어질수록 이웃하는 패턴 사이의 간격이 줄어들거나, 패턴의 폭이 증가하는, 도광 렌즈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 도광부는,
    상기 상부 출광면의 가장자리에서 하측으로 연장되어 측부 방향으로 빛을 출사시키는 측부 출광면을 더 포함하는, 도광 렌즈.
  5. 판 상의 바닥면 가장자리가 전면으로 절곡되면서 측부를 형성하고, 내부에 수용 공간을 제공하는 커버버텀;
    기판 상에 다수의 광원이 실장되어 상기 커버버텀 내부에 배치되는 광원 모듈;
    소정의 두께를 갖는 판 형상의 하부 중심부에 단면이 사다리꼴 형상의 광원 홈이 형성되고, 상기 광원 홈과 중심이 일치하는 상부 중심부에 단면이 깔대기 형상의 반사 홈이 형성되며, 상기 광원 홈 상면이 볼록한 곡면 형상으로 돌출되는 집광면과 상기 광원 홈 측면이 볼록한 곡면 형상으로 돌출되는 굴절면과 상기 반사 홈의 측면이 볼록한 곡면 형상으로 돌출되는 반사면을 포함하는 집광부, 및 상기 반사 홈을 중심으로 주위를 따라 비구면의 볼록한 곡면 형상을 이루는 상부 출광면과 상기 반사 홈을 중심으로 서로 다른 직경의 동심원의 링 형상으로 상기 상부 출광면에 형성되는 다수의 광 추출 패턴을 포함하는 도광부로 이루어져, 상기 광원이 상기 광원 홈에 삽입되도록 상기 광원 모듈 상에 장착되는 도광 렌즈; 및
    상기 도광 렌즈 상부에 적층되는 광 제어 시트;를 포함하는, 직하형 백라이트 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 도광 렌즈는,
    다수의 도광 렌즈가 연결부를 매개로 서로 연결되는 복합 렌즈 모듈을 구성하는, 직하형 백라이트 장치.
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