KR20190060519A - 광학렌즈 및 이를 포함하는 백라이트 유닛과 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광학렌즈 및 이를 포함하는 백라이트 유닛과 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 LED로부터 출사되는 광의 지향각을 향상시키는 광학렌즈와, 이를 포함하는 백라이트 유닛과 액정표시장치에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 LED의 상부에 출사면이 플랫(flat)한 광확산렌즈를 구비하는 것이다.
이를 통해, LED로부터 출사되는 광이 기존의 LED로부터 출사되는 광에 비해 보다 넓은 광의 지향각을 갖게 되므로, 백라이트 유닛 내의 색섞임 공간을 증가시킬 수 있다.
따라서, LED와 확산판 사이간격을 줄일 경우에도 LED에 대응하는 영역에서 핫스팟(hot spot)이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, LED와 이에 인접한 LED 사이에 LED로부터 출사된 광이 서로 중첩 및 혼합되지 않는 암부가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이로 인하여, LED 무라(mura) 현상이 발생하는 것을 방지하게 되며, 백라이트 유닛의 두께를 줄일 수 있다.

Description

광학렌즈 및 이를 포함하는 백라이트 유닛과 액정표시장치{Optical lens and backlight unit including the same and Liquid crystal display device}
본 발명은 광학렌즈 및 이를 포함하는 백라이트 유닛과 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 LED로부터 출사되는 광의 지향각을 향상시키는 광학렌즈와, 이를 포함하는 백라이트 유닛과 액정표시장치에 관한 것이다.
최근 정보기술과 이동통신기술 등의 발전과 함께 정보를 시각적으로 표시해줄 수 있는 디스플레이 장치의 발전이 이루어지고 있으며, 디스플레이 장치는 크게 발광특성을 갖는 자체 발광형 디스플레이와 다른 외부의 요인으로 화상을 디스플레이할 수 있는 비발광형 디스플레이로 분류되고 있다.
자체 발광요소를 갖지 못하는 소자인 비발광형 디스플레이로는 LCD(Liquid Crystal Display)를 예로 들 수 있다.
따라서, 비발광형 디스플레이인 LCD는 별도의 광원을 요구하게 되는데, 배면에 광원을 구비한 백라이트 유닛(Backlight unit)이 마련되어 LCD 전면을 향해 광을 조사하고 이를 통해서 비로소 식별 가능한 화상이 구현된다.
백라이트 유닛은 광원으로 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp : CCFL), 외부전극형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp), 그리고 발광다이오드(Light Emitting Diode : LED, 이하 LED라 함) 등을 사용한다.
이중에서 특히, LED는 소형, 저소비 전력, 고신뢰성 등의 특징을 겸비하여 표시용 광원으로서 널리 이용되고 있는 추세이다.
한편, 일반적인 백라이트 유닛은 램프의 배열구조에 따라 사이드라이트형(side light type)과 직하라이트형(direct light type)으로 구분되는데, 사이드라이트형은 하나 또는 한쌍의 램프가 도광판의 일측부에 배치되는 구조를 가지거나, 두개 또는 두쌍의 램프가 도광판의 양측부 각각에 배치된 구조를 가지며, 직하라이트형은 수개의 램프가 광학시트의 하부에 배치된 구조를 갖는다.
최근, 소비자의 요구에 의하여 대면적화된 액정표시장치의 연구가 활발히 진행되고 있는 상태에서, 직하라이트형이 사이드라이트형에 비해 대면적화 액정표시장치에 더욱 적합하다.
도 1은 일반적인 LED를 광원으로 사용한 직하라이트형 액정표시장치의 단면도이며, 도 2는 도 1의 LED로부터 광이 출사되는 출사각을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 일반적인 액정표시장치는 제 1 및 제 2 기판(12, 14)으로 구성되는 액정패널(10)과 이의 후방으로 백라이트 유닛(20)이 구비된다.
여기서, 백라이트 유닛(20)은 반사판(21)을 포함하며, 이의 상부면에 다수의 LED(23)가 나란하게 배열되고, 이들 LED(23) 상부에는 확산판(24)과 광학시트(25)가 위치하며, 커버버툼(50)과 가이드패널(30) 그리고 케이스탑(40)을 통해 일체로 모듈화된다.
즉, 커버버툼(50)은 반사판(22)의 배면으로 위치하게 되며, 가이드패널(30)은 LED(29)의 가장자리를 둘러 위치하게 되며, 케이스탑(40)은 액정패널(10)의 전방으로 위치하여, 케이스탑(40)과 커버버툼(50)이 각각 결합되어 가이드패널(30)을 매개로 일체화된다.
이때, 백라이트 유닛(20)은 서로 이웃한 2 내지 3개의 LED(29)로부터 발산된 광이 서로 중첩 및 혼합된 후 액정패널(10)에 입사되어 면광원을 제공하게 된다.
한편, 최근 액정표시장치는 휴대용 컴퓨터는 물론 데스크톱 컴퓨터 모니터 및 벽걸이형 텔레비전 등 그 사용영역이 점차 넓어지고 있는 추세로, 넓은 디스플레이 면적을 가지면서도 박형의 액정표시장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
따라서, 백라이트 유닛(20)의 광학갭(optical gap) 또는 에어갭(air gap)이라 하는 폭 즉, LED(29)과 확산판(24) 사이의 간격(A)을 줄임으로써, 박형의 액정표시장치를 제공하려는 시도가 나타나고 있다.　
그러나, 백라이트 유닛(20)의 가장 중요한 역할인 고품위의 면광원을 액정패널(10)에 공급하기 위해서는 이를 위한 여러 가지 광학적 설계가 고려되며, 그 중 하나가 LED(29)과 확산판(24) 사이의 간격(A) 유지가 중요한 요소로 작용한다.
특히, 일정 지향각을 갖는 LED(29)의 경우 서로 이웃한 2 내지 3개의 LED(29)로부터 발산된 광이 서로 중첩 및 혼합된 후 액정패널(10)에 입사되어 면광원을 제공하므로, 도 2에 도시한 바와 같이 LED(29)와 확산판(24) 사이의 간격(A)이 작을 경우에는 LED(29)에 대응하는 영역에서는 더욱 밝게 보이는 핫스팟(hot spot)이 발생하게 되고, LED(29)와 이에 인접한 LED(29) 사이에는 LED(29)로부터 출사된 광이 서로 중첩 및 혼합되지 않는 암부(B)가 발생하게 된다.
이로 인하여, LED 무라(mura) 현상이 발생하게 되고, 나아가 휘도 불균일에 따른 액정표시장치의 표시품질의 저하 문제를 야기시키게 된다.
따라서, LED(29)와 이에 인접한 LED(29)와의 간격을 줄임으로써 이러한 문제점을 해소하고자 하나, 이는 LED(29) 수의 증가에 따른 비용상승 문제 및 방열(放熱) 문제 등을 야기하게 되고, 나아가 소비전력을 상승시키게 되는 요인이 되고 있다.
또한, 경량의 액정표시장치를 구현할 수 없다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 지향각이 향상된 LED를 제공하고자 하는 것을 제 1 목적으로 한다.
또한, 경량 및 박형의 액정표시장치를 제공하는 동시에 LED 무라(mura) 등의 불량을 해결하고자 하는 것을 제 2 목적으로 하며, 액정표시장치의 휘도 불균일에 의한 표시품질의 저하문제를 방지하고자 하는 것을 제 3 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 LED와, 상기 LED 상부로 위치하며, 중심부에 대응하여 위치하는 내부반사영역과, 상기 내부반사영역의 가장자리를 따라 내부전반사영역으로 나뉘어 정의되며, 상기 내부반사영역에는 상기 LED가 삽입되는 내부공간부를 포함하는 저면과, 상기 내부공간부 상부로는 상기 내부공간부를 향해 볼록한 중앙부를 포함하며, 상기 내부전반사영역에는 상기 중앙부로부터 연장되며 플랫(flat)한 출사면과, 상기 저면으로부터 연장되며 상기 저면으로부터 끝단으로 갈수록 상기 출사면을 갖는 광학렌즈를 포함한다.
이때, 상기 내부공간부는 입사면을 포함하며, 상기 중앙부는 상기 입사면을 향해 볼록한 원뿔 형상으로 전반사면을 포함하며, 상기 내부반사영역(2 * L1)은 L'/2 ≤ L1 ≤ (T1 - t') tanΘ1 + L'/2 (L'은 LED의 길이, t'은 LED의 높이, T1은 상기 저면으로부터 상기 출사면까지의 높이, Θ1는 LED로부터 발광되는 광이 전반사되는 임계각)에 의해 정의된다.
그리고, 상기 중앙부의 깊이(D)는 Dmax = (T1 - t') - airgap - D'(D'은 0.4mm 상으로, 현 공정상 구현할 수 있는 최저 살두께, airgap은 0.2mm 이상으로, 상기 내부공간부로 LED를 수납하기 위한 최저 공정오차)에 의해 정의되며, 상기 경사면은 상기 광확산렌즈의 끝단으로부터 중심부까지의 폭 대비 상기광확산렌즈의 출사면으로부터 상기 입사면까지의 높이가 0.68을 갖도록, 상기 저면으로부터 경사각을 갖는다.
그리고, 상기 경사면에는 패턴이 구비되며, 상기 경사면은 광확산성분을 포함한다.
또한, 상기 광확산렌즈는 평면적으로 사각형 형상이며, 상기 전반사면은 외측으로 볼록한 곡면으로 이루어진다.
그리고, 상기 중앙부는 상기 출사면으로부터 상기 저면까지의 높이 대비 상기 중앙부의 깊이가 0.4 ~ 0.6의 값을 가지며, 상기 입사면은 구 형상이거나, 상기 중앙부를 향해 볼록한 원뿔 형상, 또는 플랫한 형태로 이루어진다.
이때, 상기 이웃하는 광확산렌즈는 지지대를 통해 일체로 모듈화되며, 상기 지지대 상에는 상기 지지대로부터 멀어질수록 지름이 작아지는 원뿔 형상의 기둥이 위치한다.
그리고, 상기 광확산렌즈는 상기 지지대와 연결단을 통해 연결되며, 상기 이웃하는 광확산렌즈는 상기 지지대를 통해 일렬로 배열된다.
그리고, 상기 이웃하는 광확산렌즈는 상기 지지대를 사이에 두고, 좌우로 배열되며, 광학렌즈와, 상기 광학렌즈의 상기 내부수납공간으로 수납되는 LED와; 상기 LED가 다수개가 일정간격 이격하여 실장되는 PCB와, 상기 다수개의 LED가 통과하는 복수개의 관통홀이 구비된 반사판과, 상기 광확산렌즈 상부에 위치하는 광학시트를 포함하는 액정표시장치용 백라이트 유닛을 제공하며, 또한, 액정표시장치용 백라이트 유닛과, 상기 백라이트 유닛 상부로 위치하는 액정패널을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 백라이트 유닛의 LED의 상부에 출사면이 플랫(flat)한 광확산렌즈를 구비함으로써, 이를 통해, LED로부터 출사되는 광이 기존의 LED로부터 출사되는 광에 비해 보다 넓은 광의 지향각을 갖게 되므로, 백라이트 유닛 내의 색섞임 공간을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
따라서, LED와 확산판 사이간격을 줄일 경우에도 LED에 대응하는 영역에서 핫스팟(hot spot)이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있으며, LED와 이에 인접한 LED 사이에 LED로부터 출사된 광이 서로 중첩 및 혼합되지 않는 암부가 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이로 인하여, LED 무라(mura) 현상이 발생하는 것을 방지하게 되는 효과가 있며, 백라이트 유닛의 두께를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 LED를 광원으로 사용한 직하라이트형 액정표시장치의 단면도.
도 2는 도 1의 LED로부터 광이 출사되는 출사각을 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 분해사시도.
도 4a ~ 4b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광확산렌즈를 개략적으로 도시한 사시도.
도 4c는 도 4a의 단면도.
도 4d는 도 4a의 광확산렌즈와 LED를 개략적으로 도시한 단면도.
도 5a는 암부 격자가 발생된 모습을 나타낸 실험데이터.
도 5b는 휘부 격자가 발생된 모습을 나타낸 실험데이터.
도 5c는 본 발명의 제 1 실시예에 다른 광확산렌즈를 통해 지향각이 향상된 모습을 나타낸 실험데이터.
도 6은 광확산렌즈가 구비되지 않는 LED의 광의 지향각을 나타낸 도면.
도 7a ~ 7b와 도 8a ~ 8c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광확산렌즈의 또 다른 실시예를 개략적으로 도시한 단면도 및 사시도.
도 9a ~ 9b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광확산렌즈모듈을 개략적으로 도시한 사시도.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광확산렌즈를 포함하는 모듈화된 액정표시장치를 개략적으로 도시한 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
- 제 1 실시예 -
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 분해사시도이다.
도시한 바와 같이, 액정표시장치(100)는 액정패널(110)과 백라이트 유닛(120)으로 구성된다.
먼저 액정패널(110)은 화상표현의 핵심적인 역할을 담당하는 부분으로서, 액정층을 사이에 두고 서로 대면 합착된 제 1 및 제 2 기판(112, 114)을 포함한다.
이때, 능동행렬 방식이라는 전제 하에 비록 도면상에 명확하게 나타내지는 않았지만 통상 하부기판 또는 어레이기판이라 불리는 제 1 기판(112)의 내면에는 다수의 게이트라인과 데이터라인이 교차하여 화소(pixel)가 정의되고, 각각의 교차점마다 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)가 구비되어 각 화소에 형성된 투명 화소전극과 일대일 대응 연결되어 있다.
그리고 상부기판 또는 컬러필터기판이라 불리는 제 2 기판(114)의 내면으로는 각 화소에 대응되는 일례로 적(R), 녹(G), 청(B) 컬러의 컬러필터(color filter) 및 이들 각각을 두르며 게이트라인과 데이터라인 그리고 박막트랜지스터 등의 비표시요소를 가리는 블랙매트릭스(black matrix)가 구비된다. 또한, 이들을 덮는 투명 공통전극이 마련되어 있다.
이 같은 액정패널(110) 적어도 일 가장자리를 따라서는 연성회로기판 같은 연결부재(116)를 매개로 인쇄회로기판(118a, 118b)이 연결되어 모듈화 과정에서 가이드패널(130)의 측면 내지는 커버버툼(150) 배면으로 젖혀 밀착된다.
아울러 비록 도면상에 명확하게 나타나지는 않았지만 액정패널(110)의 두 기판(112, 114)과 액정층의 경계부분에는 액정의 초기 분자배열 방향을 결정하는 상, 하부 배향막(미도시)이 개재되고, 그 사이로 충진되는 액정층의 누설을 방지하기 위해 양 기판(112, 114)의 가장자리를 따라 씰패턴(seal pattern)이 형성된다.
이때, 제 1 및 제 2 기판(112, 114)의 외면으로는 각각 상, 하부 편광판(119a, 119b, 도 10 참조)이 부착된다.
이러한 액정패널(110)이 나타내는 투과율의 차이가 외부로 발현되도록 이의 배면에는 광을 공급하는 백라이트 유닛(120)이 구비된다.
백라이트 유닛(120)은 LED 어셈블리(129)와, LED어셈블리(129) 하부로 위치하는 반사판(122), LED 어셈블리(129) 상에 위치하는 확산판(124)과 광학시트(126)를 포함하며, 반사판(122)과 LED어셈블리(129)는 커버버툼(150) 상에 안착되며, LED어셈블리(129)의 가장자리를 따라서 가이드패널(130)이 위치하게 된다.
즉, 앞서 전술한 LED 어셈블리(129)는 커버버툼(150)의 내면을 따라 형성되는 PCB(129b)와, 이들 각각에 실장되는 다수의 LED(129a)를 포함한다.
다수의 LED(129a)는 발광효율 및 휘도 향상을 위하여, 발광효율 및 휘도가 우수한 청색 LED칩을 포함하는 청색 LED(129a)를 사용하고, 형광체로서 '세륨이 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(YAG:Ce)', 즉 옐로우 형광체로 이루어진 청색 LED(129a)가 이용되고 있다.
LED(129a)로부터 방출된 청색광은 형광체를 투과하여 형광체에 의해 방출된 옐로우광과 혼합됨으로써, 확산판(123)을 향해 백색광을 발광하게 된다.
이러한 다수의 LED(129a)를 포함하는 백라이트 유닛(120)은 다수의 LED(129a)가 통과할 수 있는 복수개의 관통홀(123)이 구성되어 다수의 LED(129a)를 제외한 PCB(129b)와 커버버툼(150) 내면 전체를 덮는 백색 또는 은색의 반사판(122)을 포함한다.
이때, 본 발명의 백라이트 유닛(120)은 반사판(122)의 관통홀(123)을 통해 노출된 각각의 LED(129a) 상부로 광확산렌즈(300)가 구비되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 광확산렌즈(300)는 각각의 LED(129a)에 대응하는 내부전반사영역(B, 도 4c 참조)을 포함하며, LED(129a)로부터 출사되는 광의 지향각을 향상시키게 된다. 이에 대해 차후 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
그리고 광확산렌즈(300) 상부로는 휘도의 균일도를 위한 확산판(124)과 광학시트(126)가 개재된다.
여기서, 확산판(124)과 광학시트(126)는 사이드서포트(128)를 통해 양측 가장자리가 지지되어 처짐이 방지되며, 광학시트(126)는 확산시트와 적어도 하나의 집광시트 등을 포함하며, DBEF(dual brightness enhancement film)라 불리는 반사형 편광필름 등 각종 기능성 시트가 포함될 수 있다.
따라서, 다수의 LED(129a)로부터 발산된 광은 광확산렌즈(300)를 통해 지향각이 향상된 후, 확산판(124)과 광학시트(126)를 차례로 통과한 후 액정패널(110)로 입사되고, 이를 이용하여 액정패널(110)은 고휘도 화상을 외부로 표시하게 된다.
이때, 광확산렌즈(300)를 통해 다수의 LED(129a)에서 출사되는 광의 지향각이 향상됨에 따라, 백라이트 유닛(120) 내의 색섞임 공간이 증가되는 결과를 얻을 수 있고, LED(129a)에서 출사되는 광의 지향각이 넓어짐으로써, 확산판(124)과 LED(129a) 간의 이격거리를 최소화하더라도, LED 무라(mura) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 백라이트 유닛(120)의 커버버툼(150)은 액정표시장치(100) 전체 기구물 조립에 기초가 된다.
이러한 커버버툼(150)은 사각모양의 하나의 판 형상으로 이루어지며, 서로 대향하는 양단 가장자리로 결합되는 한 쌍의 바(bar) 형태의 사이드서포트(128)를 포함하며, 이를 제외한 커버버툼(150)의 나머지 두 가장자리는 이들과 높이를 같이하도록 비스듬하게 절곡 상승되어 그 내부로 반사판(122)과, LED어셈블리(129)가 안착될 수 있는 소정공간을 형성한다.
그리고, LED어셈블리(129)의 가장자리를 두르는 사각테 형상의 가이드패널(130)이 커버버툼(150)과 조립 및 체결된다.
한편, 가이드패널(130)은 서포트메인 또는 메인서포트, 몰드프레임이라 일컬어지기도 하며, 커버버툼(150)은 버텀커버라 일컬어지기도 한다.
앞서 전술한 바와 같이, 본 발명의 액정표시장치(100)는 각각의 LED(129a)의 상부에 광확산렌즈(300)를 구비함으로써, 각각의 LED(129a)로부터 출사되는 광의 지향각을 향상시킬 수 있다.
따라서, 실질적으로 백라이트 유닛(120) 내의 색섞임 공간이 증가되는 결과를 얻을 수 있고, 색섞임된 광은 반사판(122)에 의해 반사된 광과 함께 확산판(124)을 비롯한 광학시트(126)를 통과하는 과정에서 보다 균일한 면광원의 형태로 액정패널(110)에 공급된다.
또한, LED(129a)에서 출사되는 광의 지향각이 넓어짐으로써, 확산판(124)과 LED(129a) 간의 이격거리를 최소화하더라도, LED 무라(mura) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 4a ~ 4b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광확산렌즈를 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 4c는 도 4a의 단면도이다.
그리고, 도 4d는 도 4a의 광확산렌즈와 LED를 개략적으로 도시한 단면도이다.
또한, 도 5a는 암부 격자가 발생된 모습을 나타낸 실험데이터이며, 도 5b는 휘부 격자가 발생된 모습을 나타낸 실험데이터이며, 도 5c는 본 발명의 제 1 실시예에 다른 광확산렌즈를 통해 지향각이 향상된 모습을 나타낸 실험데이터이다.
도 6은 광확산렌즈가 구비되지 않는 LED의 광의 지향각을 나타낸 도면이다.
도 4a ~ 4c에 도시한 바와 같이, 광확산렌즈(300)는 중심부에 LED(129a)가 위치하는 내부공간부(304)를 포함하는 저면(301)과, 상기 저면(301)과 대향되어 위치하며 내부공간부(304)를 향해 볼록한 중앙부(307)를 포함하는 출사면(303) 그리고 저면(301)과 출사면(303)을 연결하는 측면(306)을 포함한다.
이때, 내부공간부(304)는 저면(301)과 입사면(308)에 의해 정의되며, 내부공간부(304)의 중앙에 LED(129a)가 위치하며, 내부공간부(304)에는 LED(129a)를 수납하고 남은 공간은 공기층으로 채워질 수 있다.
중앙부(307)는 내부공간부(304)와 대응되어 내부공간부(304)를 향해 볼록한 원뿔 형상으로 이루어지는데, 이러한 중앙부(307)는 원뿔 형상의 옆면을 이루는 전반사면(307a)과, 원뿔 형상의 꼭짓점에 대응되는 모서리(307b)를 포함한다.
이러한 중앙부(307)는 내부공간부(304) 내부로 수용되는 LED(129a)의 발광면의 중앙과 대향된다.
이러한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광확산렌즈(300)는 내부반사영역(A)과, 내부반사영역(A)의 가장자리를 따라 내부전반사영역(B)으로 나뉘어 정의되게 되는데, 내부전반사영역(B)은 출광영역이라 정의할 수도 있다.
내부반사영역(A)은 광확산렌즈(300)의 중앙부(307)를 포함하는 중심부에 해당되는데, 내부공간부(304)에 위치하는 LED(129a)로부터 출광되는 광을 내부전반사영역(B)으로 전반사시키게 된다.
그리고, 내부전반사영역(B)은 내부반사영역(A)을 통해 전반사된 광이 내부전반사영역(B)에서 여러 번의 전반사에 의해 광확산렌즈(300) 내부로 고르게 퍼지는 동시에 일부 광은 출사면(303)을 통해 외부로 출사되게 된다.
여기서, 내부반사영역(A)은 아래 (수식 1)에 의해 정의될 수 있다.
(수식 1)
L'/2 ≤ L1 ≤ (T1 - t') tanΘ1 + L'/2
여기서, L'은 광확산렌즈(300)의 내부공간부(304)에 수납되는 LED(129a)의 길이를 나타내며, t'은 LED(129a)의 높이를 나타낸다.
그리고, L1은 LED(129a)로부터 발광되는 광을 전반사시킬 수 있는 최소길이로, 내부반사영역(A)의 1/2을 나타내며, T1은 광확산렌즈(300)의 저면(301)으로부터 출사면(303)까지의 높이를 나타내며, Θ1는 LED(129a)로부터 발광되는 광이 내부반사영역(A)에서 전반사되는 임계각을 나타낸다.
그리고, 내부반사영역(A)에 위치하는 중앙부(307)의 깊이(D)는 아래 (수식 2)에 의해 정의될 수 있다.
(수식 2)
Dmax = (T1 - t') - airgap - D'
여기서, D'은 0.4mm 이상으로, 0.4mm는 현 공정상 구현할 수 있는 렌즈(300)의 최저 살두께를 의미한다. 그리고, airgap은 0.2mm 이상으로, 현 공정상 광확산렌즈(300)의 내부공간부(304)로 LED(129a)를 수납하기 위한 최저 공정오차이다.
여기서, (수식 1)을 통해 내부반사영역(A)의 폭(2 * L1)을 정의할 수 있으며, (수식 2)를 통해 내부반사영역(A)의 중앙부(307)의 깊이(D)를 정의할 수 있다.
이때, 광확산렌즈(300)는 투명한 플라스틱 재질의 렌즈로 PMMA(Polymethylmethacrylate) 또는 폴리카보네이트(Polycarbonate)를 재료로 할 수 있는데, PMMA (Polymethylmethacrylate) 또는 폴리카보네이트(Polycarbonate)로 만들어진 광확산렌즈(300)의 굴절률은 1.3 내지 1.7로 이루어지게 된다.
따라서, LED(129a)로부터 발광되는 광이 내부반사영역(A)에서 전반사되는 임계각은 36 도 내지 50도로 이루어지게 되므로, Θ1은 36도 내지 50 보다 크게 설정될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 즉, Θ1 은 광확산렌즈(300)의 매질 종류에 따른 굴절률에 의해 가변 될 수 있다.
여기서, 일예로 LED(129a)의 최외각으로부터 발광되는 광의 전반사되는 각도인 Θ1 이 39도 일 경우, L1은 2.37mm가 최대값이 될 수 있다.
따라서, L1의 최대값이 2.37mm 일 경우, D는 0.75 ~ 1.5의 값을 가질 수 있으며, T1은 렌즈(300)의 최저 살두께와 airgap의 최저 공정오차를 포함하여 2.5mm로 이루어질 수 있다.
이와 같이 정의된 내부반사영역(A)과 내부전반사영역(B)을 포함하는 광확산렌즈(300)는 출사면(303)이 플랫(flat)하게 이루어지는 것을 특징으로 하며, 내부반사영역(A)에 대응하는 저면(301)은 플랫하게 이루어지나, 내부전반사영역(B)에 대응하는 저면은 내부반사영역(A)으로부터 끝단으로 갈수록 출사면(303)을 향해 일정하게 기울어져 경사면(305)을 이룬다.
여기서, 플랫하게 이루어지는 저면(301)은 반사판(도 2의 122)과 밀착하며 따라서 광확산렌즈(300)의 하부측에서의 광의 손실이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 광확산렌즈(300)를 LED(129a) 상부로 위치시키는 과정에서 광확산렌즈(300)를 안정적으로 위치시킬 수 있다.
저면(301)에 대해 경사각(Θ2)을 갖고 출사면(303)을 향하는 상측으로 기울어지는 경사면(305)은 광확산렌즈(300)의 측면(306)까지 이어진다. 따라서 광확산렌즈(300)의 측면(306)은 저면(301)으로부터 h만큼 상부에 위치하게 된다.
이때, 경사면(305)의 경사각(Θ2)은 광확산렌즈(300)의 끝단으로부터 중심부까지의 폭(L2)과 광확산렌즈(300)의 출사면(303)으로부터 내부공간부(304)의 입사면(308)까지의 높이(T2)에 따라 달라질 수 있는데, 이는 아래 (표 1)을 통해 살펴보도록 한다.
T2/L2 출광량 상대 비교 비고
출사면 평균 측면 평균
0.2 100% 20% 암부 격자
0.68 50%
1 300% 휘부 격자
위의 (표 1)을 살펴보면, 광확산렌즈(300)의 경사면(305)은 광확산렌즈(300)의 끝단으로부터 중심부까지의 폭(L2) 대비 광확산렌즈(300)의 출사면(303)으로부터 내부공간부(304)의 입사면(308)까지의 높이(T2)의 값(T2/L2)이 0.2를 가질 때에는 측면(306)으로부터 20%의 광이 출광되게 되며, 1의 값을 가질 때에는 측면(306)으로부터 300%의 광이 출광되는 것을 확인할 수 있다.
여기서, 첨부한 도 5a는 T2/L2 값이 0.2일때의 암부 격자가 발생된 모습을 나타낸 사진이며, 도 5b는 T2/L2 값이 1일 때의 휘부 격자가 발생된 모습을 나타낸 사진이다.
즉, 위의 (표 1)과 첨부한 도 5a와 도 5b를 함께 살펴보면, 광확산렌즈(300)의 측면(306)으로부터 LED(129a)로부터 발광된 광의 20%가 출광되게 되면, 도 5a와 같이 광확산렌즈(300)의 중심부에서만 휘도가 높게 측정되고, 중심부 주변에서는 휘도 저하에 의한 암부가 발생되어 암부 격자가 발생하게 된다.
또한, 광확산렌즈(300)의 측면(306)으로부터 LED(129a)로부터 발광된 광의 300%가 출광되게 되면, 도 5b와 같이 광확산렌즈(300)의 주변부에서 휘도가 높게 측정되고, 중심부에서는 휘도 저하에 의한 휘부 격자가 발생하게 된다.
여기서, 암부 격자나 휘부 격자는 휘도 균일성을 저하시키는 문제점을 야기하게 된다.
한편, T2/L2 값이 0.68을 가질 때, 측면(306)으로부터 50%의 광이 출광되는 것을 확인할 수 있는데, 이와 같이 LED(129a)로부터 발광된 광의 50%가 광확산렌즈(300)의 측면(306)으로 출광되게 되면, 도 5c와 같이 전방으로 균일한 휘도가 측정되게 되며, 따라서 균일한 면광원을 구현하게 된다.
따라서, 광확산렌즈(300)의 경사면(305)은 광확산렌즈(300)의 끝단으로부터 중심부까지의 폭(L2) 대비 광확산렌즈(300)의 출사면(303)으로부터 내부공간부(304)의 입사면(308)까지의 높이(T2)의 값(T2/L2)은 0.5 ~ 0.8을 갖도록 하는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 0.68의 값을 갖도록 하는 것이 좋다.
이러한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광확산렌즈(300)는 중심부에 대응하여 내부반사영역(A)이 구비되며, 내부반사영역(A)의 가장자리를 따라서 내부전반사영역(=출광영역)(B)이 구비됨에 따라, LED(129a)로부터 출사되는 광을 넓게 확산시키게 된다.
즉, 도 4d에 도시한 바와 같이 내부공간부(304)에 위치하는 LED(129a)로부터 발광된 광은 입사면(308)을 통해 광확산렌즈(300) 내부로 입사되게 되고, 광확산렌즈(300)의 내부로 입사된 광중 일부 광(F1)은 내부반사영역(A)의 중앙부(307)의 모서리(307b)에 의해 굴절없이 그대로 진행되어 광확산렌즈(300)의 전방으로 출광되게 된다.
그리고, 일부 광(F2, F3)은 중앙부(307)의 전반사면(307a)에 의해 반사(=전반사) 및 굴절하게 되는데, 즉, 전반사면(307a)에 임계각 이상으로 입사되는 광(F2)은 내부전반사영역(B)으로 반사 및 전반사되어 진행하게 되며, 임계각 이하로 입사되는 광(F3)은 전반사면(307a)을 투과하여 광확산렌즈(300)의 전방으로 굴절되어 출광되게 된다.
이때, 내부전반사영역(B)으로 진행된 광(F2, F4) 중은 내부전반사영역(B) 내에서 출사면(303)과 경사면(305) 사이에서 여러 번의 전반사에 의해 내부전반사영역(B) 내부로 고르게 퍼지는 동시에 일부 광(F2)은 출사면(303)을 통해 광확산렌즈(300)의 전방으로 출사되게 된다.
따라서, 내부공간부(304)에 위치하는 LED(129a)로부터 발광된 광은 광확산렌즈(300)의 출사면(303)에 대응되도록 지향각이 넓어져 광확산렌즈(300)의 전방으로 출광되게 된다.
이때, 광확산렌즈(300)의 측면(306)을 통해서도 광확산렌즈(300)의 내부에서 전반사되던 광(F4)이 외부로 출광되게 되는데, 측면(306)을 통해 출광되는 광(F4)은 측면(306)으로 입사되는 입사각에 따라 굴절되어 확산되게 된다.
따라서, 이를 통해서도 LED(129a)로부터 출사되는 광을 넓게 확산시키게 된다.
즉, LED(129a)로부터 출사된 광(F1, F2, F3, F4) 중 광확산렌즈(300)의 중심으로 집중되는 광(F1, F2, F3, F4)은 중앙부(307)에 분산되어 좌, 우 휘도가 상승되고 넓은 지향각을 갖게 된다.
여기서, 도 6을 도 4d와 함께 비교하면, 도 6에 도시한 바와 같이, LED(129a) 상부에 광확산렌즈(300)가 없을 경우에는 LED(129a)에서 발광된 광은 공기 상으로 바로 출사된다. 이에 반해 도 4d에 도시한 바와 같이, LED(129a) 상부에 광확산렌즈(300)가 구비될 경우에는 LED(129a)로부터 출사되는 광은 광확산렌즈(300)를 투과하는 과정에서 보다 넓은 지향각을 갖게 되는 것이다.
즉, LED(129a) 상부에 광확산렌즈(300)가 구비될 경우에는 광확산렌즈(300)의 내부반사영역(A)과 내부전반사영역(B)에 의해 광확산렌즈(300)의 내부로 고르게 퍼진 뒤, 출사면(303)과 측면(306)을 통해 광확산렌즈(300)의 전방으로 출광되게 된다. 따라서, LED(129a)로부터 발광된 광은 광확산렌즈(300)를 투과하는 과정에서 보다 넓은 지향각을 가지고 출광되는 것이다.
이와 같이, LED(129a)로부터 발광되는 광의 지향각을 넓히게 됨으로써, 실질적으로 백라이트 유닛(도 3의 120) 내의 색섞임 공간이 증가되는 결과를 얻을 수 있고, 색섞임된 광은 반사판(도 3의 122)에 의해 반사된 광과 함께 확산판(도 3의 124)을 비롯한 광학시트(도 3의 126)를 통과하는 과정에서 보다 균일한 면광원의 형태로 액정패널(도 3의 110)에 공급된다.
또한, LED(129a)에서 출사되는 광의 지향각이 넓어짐으로써, 확산판(도 3의 124)과 LED(129a) 간의 이격거리를 최소화하더라도, LED 무라(mura) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 7a ~ 7b와 도 8a ~ 8c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광확산렌즈의 또 다른 실시예를 개략적으로 도시한 단면도 및 사시도이다.
도 7a에 도시한 바와 같이, 광확산렌즈(300)의 경사면(305)에는 패턴(310)이 구비될 수 있는데, 패턴(310)에 의해 내부전반사영역(B)으로 입사되는 광을 보다 균일하게 확산시켜 반사시키는 동시에 균일한 광을 가공시키게 된다.
패턴(310)은 타원형의 패턴(elliptical pattern), 이형의 패턴(polygon pattern), 홀로그램 패턴(hologram pattern) 등 다양하게 구성할 수 있으며, 저면(301)으로부터 측면(306)을 향할수록 단위면적당 조밀하게 형성하여, 경사면(305)에 의해 반사 및 확산되는 광 중 LED(129a)로부터 멀어질수록 보다 많은 양의 광이 산란 및 확산되도록 할 수 있다.
또는 비드(bead) 또는 파이버(fiber) 등의 광확산성분(미도시)을 포함할 수 있다. 광확산성분(미도시)은 광을 분산시킴으로써 광이 부분적으로 밀집되는 것을 방지하게 되므로, 내부전반사영역(B)으로 입사되는 광을 굴절 및 산란시킴으로써 광을 확산시키게 된다.
또한, 도 7b에 도시한 바와 같이 광확산렌즈(300)의 중앙부(307)의 전반사면(307a)이 외측으로 볼록한 곡면으로 이루어지도록 형성할 수도 있는데, 이와 같이 중앙부(307)의 전반사면(307a)을 곡면으로 형성할 경우, 내부반사영역(A)을 통해 광확산렌즈(300)의 전방으로 출사되는 광량은 10% 이내를 갖도록 할 수 있다.
여기서, 광확산렌즈(300)는 암부 격자 또는 휘부 격자가 발생하는 것을 방지하기 위하여 측면(306)으로부터 LED(129a)로부터 발광된 광의 50%의 광량이 출광되도록 하는 것이 바람직한데, 이때 내부반사영역(A)을 통해서는 10% 이내의 광량이 출광되도록 하고, 광확산렌즈(300)의 출사면(303)을 통해서는 광확산렌즈(300)의 전방으로는 40 ~ 50%의 광량이 출광되도록 하는 것이다.
이를 통해, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광확산렌즈(300)는 보다 넓은 지향각을 구현하게 된다.
내부반사영역(A)을 통해 출사되는 광량은 중앙부(307)의 광확산렌즈(300)의 저면(301)으로부터 출사면(303)까지의 높이(T1)와 중앙부(307)의 깊이(D)에 의해 조절할 수 있는데, 광확산렌즈(300)의 높이(T1) 대비 중앙부(307)의 깊이(D)가 0.4 ~ 0.6의 값을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
D/T1 센터 휘도 상대 비교
중심부 평균
(중앙부無)		 중앙부 평균
0.3 100% 40%
0.48 6.3%
0.6 1.5%
위의 (표 2)를 살펴보면, D/T1 값이 0.3일 경우에는 중앙부(=내부반사영역)(307)에서 출광되는 광량이 40%로 매우 높은 것을 확인할 수 있다. 이와 같이 중앙부(=내부반사영역)(307)에서 출광되는 광량이 40%일 경우에는 출사면(303)과 측면(306)을 통해 출광되는 광량이 60% 정도 밖에 되지 않으므로, 지향각이 좁아지게 되며, 특히 중앙부(=내부반사영역)(307)와 중앙부(307) 주변에서 휘도 차가 발생하여 암부 격자가 발생할 수 있다.
이에 반해, D/T1 값이 0.48와 0.6일 경우에는 중앙부(=내부반사영역)(307)에서 출광되는 광량이 6.3%와 1.5%로 10% 이내인 것을 확인할 수 있다.
이때, D/T1 값이 0.6 이상일 경우에는 중앙부(307)에서 광이 출광되지 않을 수 있으므로, 따라서, D/T1 값은 0.4 ~ 0.6의 값을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광확산렌즈(300)는 내부반사영역(A)의 중앙부(307)의 전반사면(307a)이 외측으로 볼록한 곡면을 갖도록 형성하고, 이때 D/T1 값이 0.4 ~ 0.6의 값을 갖도록 함으로써, 보다 넓은 지향각을 구현할 수 있는 것이다.
한편, 지금까지의 설명에서는 광확산렌즈(300)의 전체적인 형상이 사각형상임을 도시하였으나, 도 8a에 도시한 바와 같이, 광확산렌즈(300)는 전체적인 형상이 원형상으로 이루어질 수도 있다.
그러나, 도 8a의 광확산렌즈(300)를 원형상으로 형성할 경우, 상하좌우로 이웃하는 광확산렌즈(300) 사이의 암부가 사각형상으로 광확산렌즈(300)를 형성하는 경우에 비해 더욱 크게 형성될 수 있어, 광확산렌즈(300)는 사각형상으로 형성하는 것이 바람직하다.
그리고, 광확산렌즈(300)는 도 8b와 도 8c에 도시한 바와 같이 저면(301)의 주변부로 다리부(320)를 더욱 구비할 수 있어, 광확산렌즈(300)가 반사판(도 3의 122) 상에 더욱 안정적으로 위치하도록 할 수 있다.
또한, 지금까지의 설명 및 도면상으로는 내부공간부(도 4d의 304)를 정의하는 입사면(도 4d의 308)이 구 형상으로 이룸을 도시 및 설명하였으나, 입사면(도 4d의 308)은 중앙부(307)를 향해 볼록한 원뿔 또는 요홈 형상으로 이룰 수 있으며, 서로 상이한 내각을 갖는 다수의 면을 포함할 수도 있다.
또한, 저면(301)에 대응되는 플랫한 형태로 이루어질 수도 있으며, 이때 다수의 요철형상(미도시)이 구비될 수도 있다.
- 제 2 실시예 -
도 9a ~ 9b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광확산렌즈모듈을 개략적으로 도시한 사시도이다.
한편, 중복된 설명을 피하기 위해 앞서의 앞서 전술한 제 1 실시예의 설명과 동일한 역할을 하는 동일 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하며, 제 2 실시예에서 전술하고자 하는 특징적인 내용만을 살펴보도록 하겠다.　
도시한 바와 같이, 광확산렌즈모듈은 크게 광확산렌즈(300)와 다수개의 광확산렌즈(300)를 연결하는 지지대(330)를 포함하는데, 먼저 광확산렌즈(300)는 중심부에 LED(도 7b의 129a)가 위치하는 내부공간부(304)를 포함하는 저면(301)과, 내부공간부(304)를 향해 볼록한 중앙부(307)를 포함하는 출사면(303) 그리고 저면(301)과 출사면(303)을 연결하는 측면(306)을 포함한다.
이때, 내부공간부(304)는 저면(301)과 입사면(도 4d의 308)에 의해 정의되며, 내부공간부(304)의 중앙에 LED(도 7b의 129a)가 위치하며, 내부공간부(304)에는 LED(도 7b의 129a)를 수납하고 남은 공간은 공기층으로 채워질 수 있다.
중앙부(307)는 내부공간부(304)와 대응되어 내부공간부(304)를 향해 볼록한 원뿔 형상으로 이루어지는데, 이러한 중앙부(307)는 원뿔 형상의 옆면을 이루는 전반사면(도 7b의 307a)과, 원뿔 형상의 꼭짓점에 대응되는 모서리(도 4d의 307b)를 포함한다.
이러한 중앙부(307)는 내부공간부(304) 내부로 수용되는 LED(도 7b의 129a)의 발광면의 중앙과 대향된다.
이러한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광확산렌즈(300)는 내부반사영역(도 7b의 A)과, 내부반사영역(도 7b의 A)의 가장자리를 따라 내부전반사영역(도 7b의 B)으로 나뉘어 정의되며, 내부반사영역(도 7b의 A)은 광확산렌즈(300)의 중앙부(307)를 포함하는 중심부에 해당되는데, 내부공간부(304)에 위치하는 LED(도 7b의 129a)로부터 출광되는 광을 내부전반사영역(도 7b의 B)으로 전반사시키게 된다.
내부전반사영역(도 7b의 B)은 내부반사영역(도 7b의 A)을 통해 전반사된 광이 내부전반사영역(도 7b의 B)에서 여러 번의 전반사에 의해 광확산렌즈(300) 내부로 고르게 퍼지는 동시에 일부 광은 출사면(303)을 통해 외부로 출사되게 된다.
그리고, 이와 같이 내부반사영역(도 7b의 A)과 내부전반사영역(도 7b의 B)이 정의된 광확산렌즈(300)는 출사면(303)이 플랫(flat)하게 이루어지는 것을 특징으로 하며, 내부반사영역(도 7b의 A)에 대응하는 저면(301)은 플랫하게 이루어지나, 내부전반사영역(도 7b의 B)에 대응하는 저면은 내부반사영역(도 7b의 A)으로부터 끝단으로 갈수록 출사면(303)을 향해 일정하게 기울어져 경사면(305)을 이룬다.
여기서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광확산렌즈(300)는 지지대(330)를 통해 다수개가 일체형으로 이루어져 광확산렌즈모듈을 구성하게 되는데, 지지대(330)에는 확산판(도 3의 124) 측으로 진행할수록 지름이 작아지는 원뿔 형상의 기둥(340)이 구성되어 있다.
이때, 광확산렌즈모듈은 도 9a에 도시한 바와 같이 광확산렌즈(300)가 바(bar) 형상의 지지대(330)를 통해 다수개가 일렬로 배열되어 일체형으로 이루어질 수 있으며, 또는 도 9b에 도시한 바와 같이 광확산렌즈(300)가 바(bar) 형상의 지지대(330)를 사이에 두고 좌우로 배열되어 일체형으로 이루어질 수 있다.
지지대(330) 상에 위치하는 원뿔 형상의 기둥(340)은 광확산렌즈모듈 상부에 위치하게 되는 확산판(도 3의 124)의 배면 일부를 지지하게 된다.
이때, 기둥(340)은 확산판(도 3의 124)의 배면 일부를 지지할 수 있는 어떠한 형태로도 형성가능하나, 확산판(도 3의 124)의 배면과 접촉되는 영역이 가장 최소화되도록 하여 확산판(도 3의 124)에 기둥(340)에 의한 얼룩이 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 따라서, 확산판(도 3의 124) 측으로 진행할수록 지름이 작아지는 원뿔 형상의 기둥(340)이 가장 바람직하다.
이를 통해, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광확산렌즈모듈에 의해 LED(도 7b의 129a)로부터출광되는 광의 지향각을 넓히는 동시에 확산판(도 3의 124)과 광학시트(도 3의 126)의 처짐을 방지하게 됨으로써, 확산판(도 3의 124)과 광학시트(도 3의 126)의 처짐에 의한 휘도 불균일 현상이 발생하는 것을 방지하게 된다.
즉, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치는 LED(도 7b의 129a)의 상부로 광확산렌즈(300)를 위치시킴으로써, LED(도 7b의 129a)로부터 발광되는 광의 지향각을 넓히게 됨으로써, 실질적으로 백라이트 유닛(도 3의 120) 내의 색섞임 공간이 증가되는 결과를 얻을 수 있고, 색섞임된 광은 반사판(도 3의 122)에 의해 반사된 광과 함께 확산판(도 3의 124)을 비롯한 광학시트(도 3의 126)를 통과하는 과정에서 보다 균일한 면광원의 형태로 액정패널(도 3의 110)로 공급하게 된다.
또한, LED(도 7b의 129a)에서 출사되는 광의 지향각이 넓어짐으로써, 확산판(도 3의 124)과 LED(도 7b의 129a) 간의 이격거리를 최소화하더라도, LED 무라(mura) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
특히, 광확산렌즈(300)가 지지대(330)를 통해 다수개가 일체화된 광확산렌즈모듈을 구현함으로써, LED(도 7b의 129a) 상부로 광확산렌즈(300)를 위치시키는 공정을 단순화할 수 있으면서도 지지대(330) 상부로 위치하는 원뿔 형상의 기둥(340)을 통해 확산판(도 3의 124)과 광학시트(도 3의 126)의 처짐 또한 방지할 수 있어, 확산판(도 3의 124)과 광학시트(도 3의 126)의 처짐으로 인해 발생되는 휘도 불균일 현상이 발생하는 것을 방지하게 되며, 또한 기존의 가이드서포트(미도시)의 삭제를 통해 공정비용 절감 및 공정의 단순화에 의한 공정의 효율성을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 지지대(330)와 광확산렌즈(300) 사이로는 연결단(350)이 더욱 구비될 수 있는데, 연결단(350)에 의해 광확산렌즈(300)와 지지대(330)와의 접촉면적을 줄일 수 있어, 광확산렌즈(300)의 측면(306)을 통해 광이 출광되는 과정에서 지지대(330)에 의해 광이 출사되지 않는 암부가 발생하는 것을 최소화할 수 있다.
그리고, 이러한 광확산렌즈모듈은 광확산렌즈(300)와 지지대(330) 그리고 원뿔 형상의 기둥(340) 그리고 연결단(350)을 모두 사출성형으로 일체로 형성할 수 있는데, 이때 원뿔 형상의 기둥(340)은 사출성형용 금형 내부로 레진이 충진되는 입구로 사용될 수 있다.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광확산렌즈를 포함하는 모듈화된 액정표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 커버버툼(150) 상으로 가이드패널(130)에 의해 가장자리가 둘러지는 LED어셈블리(129)가 안착되며, 관통홀(123)을 통해 LED어셈블리(129)의 상부로 LED어셈블리(129a)의 다수의 LED(129a)만을 노출하도록 반사판(122)이 위치한다.
그리고, LED어셈블리(129)의 상부로는 확산판(124)과 광학시트(126)가 일정간격 이격하여 위치한다.
그리고 광학시트(126) 상부로 제 1 및 제 2 기판(112, 114)과 이의 사이에 액정층(미도시)이 개재되는 액정패널(110)이 위치하며, 제 1 제 2 기판(112, 114)의 각 외면으로는 특정 광만을 선택적으로 투과시키는 편광판(119a, 119b)이 부착된다
이때, LED(129a) 상부로는 각각 광확산렌즈(300)가 위치하는데, LED(129a)로부터 출사된 광은 광확산렌즈(300)에 의해 측방으로 확산되어 LED(129a)로부터만 출사되는 지향각에 비해 실질적으로 광의 지향각이 크게 증가되게 된다.
따라서, 본 발명의 액정표시장치(도 3의 100)는 경량 및 박형화를 위하여, LED(129a)와 확산판(124) 사이간격(A')을 줄일 경우에도 LED(129a)에 대응하는 영역에서 핫스팟(hot spot)이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, LED(129a)와 이에 인접한 LED(129a) 사이에 LED(129a)로부터 출사된 광이 서로 중첩 및 혼합되지 않는 암부(도 2의 B)가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이로 인하여, LED 무라(mura) 현상이 발생하는 것을 방지하게 되는 것이다.
특히, 이웃하는 광확산렌즈(300)는 지지대(330)를 통해 일체로 모듈화되어 광확산렌즈모듈을 이루며, 지지대(330) 상부로는 원뿔 형상의 기둥(340)이 위치하여, 확산판(124)의 배면 일부를 지지하게 된다.
이를 통해, 확산판(124) 및 광확시트(126)의 처짐이 발생하는 것을 방지하게 된다.
따라서 확산판(124)과 LED어셈블리(129)의 다수의 LED(129a)는 광확산렌즈모듈의 원뿔 형상의 기둥(340)에 의해 일정간격 이격되어 위치하게 되어, 광학갭에 해당하는 LED(129a)와 확산판(124) 사이간격(A')을 유지하게 된다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
127 : PCB, 129a : LED
300 : 광확산렌즈(310 : 제 1 렌즈면, 320 : 제 2 렌즈면, 330 : 반사물질, 340 : 저면, 350 : 지지대, 360 : 내부 공간부, 370 : 요홈)

Claims (18)

  1. 중심부에 대응하여 위치하는 내부반사영역과, 상기 내부반사영역의 가장자리를 따라 내부전반사영역으로 나뉘어 정의되며,
    상기 내부반사영역에는 내부공간부를 포함하는 저면과, 상기 내부공간부 상부로는 상기 내부공간부를 향해 볼록한 중앙부
    를 포함하며,
    상기 내부전반사영역에는 상기 중앙부로부터 연장되며 플랫(flat)한 출사면과, 상기 저면으로부터 연장되며 상기 저면으로부터 끝단으로 갈수록 상기 출사면을 갖는 광학렌즈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부공간부는 입사면을 포함하며, 상기 중앙부는 상기 입사면을 향해 볼록한 원뿔 형상으로 전반사면을 포함하는 광학렌즈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부반사영역(2 * L1)은
    L'/2 ≤ L1 ≤ (T1 - t') tanΘ1 + L'/2
    (L'은 LED의 길이, t'은 LED의 높이, T1은 상기 저면으로부터 상기 출사면까지의 높이, Θ1는 LED로부터 발광되는 광이 전반사되는 임계각)
    에 의해 정의되는 광학렌즈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 중앙부의 깊이(D)는
    Dmax = (T1 - t') - airgap - D'
    (D'은 0.4mm 이상으로, 현 공정상 구현할 수 있는 최저 살두께, airgap은 0.2mm 이상으로, 상기 내부공간부로 LED를 수납하기 위한 최저 공정오차)
    에 의해 정의되는 광학렌즈.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 경사면은 상기 광확산렌즈의 끝단으로부터 중심부까지의 폭 대비 상기광확산렌즈의 출사면으로부터 상기 입사면까지의 높이가 0.68을 갖도록, 상기 저면으로부터 경사각을 갖는 광학렌즈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 경사면에는 패턴이 구비되는 광학렌즈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 경사면은 광확산성분을 포함하는 광학렌즈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 광확산렌즈는 평면적으로 사각형 형상인 광학렌즈.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 전반사면은 외측으로 볼록한 곡면으로 이루어지는 광학렌즈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 중앙부는 상기 출사면으로부터 상기 저면까지의 높이 대비 상기 중앙부의 깊이가 0.4 ~ 0.6의 값을 갖는 광학렌즈.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 입사면은 구 형상이거나, 상기 중앙부를 향해 볼록한 원뿔 형상, 또는 플랫한 형태로 이루어지는 광학렌즈.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 이웃하는 광확산렌즈는 지지대를 통해 일체로 모듈화되는 광학렌즈.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 지지대 상에는 상기 지지대로부터 멀어질수록 지름이 작아지는 원뿔 형상의 기둥이 위치하는 광학렌즈.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 광확산렌즈는 상기 지지대와 연결단을 통해 연결되는 광학렌즈.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 이웃하는 광확산렌즈는 상기 지지대를 통해 일렬로 배열되는 광학렌즈.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 이웃하는 광확산렌즈는 상기 지지대를 사이에 두고, 좌우로 배열되는 광학렌즈.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항의 광학렌즈와;
    상기 광학렌즈의 상기 내부수납공간으로 수납되는 LED와;
    상기 LED가 다수개가 일정간격 이격하여 실장되는 PCB와;
    상기 다수개의 LED가 통과하는 복수개의 관통홀이 구비된 반사판과;
    상기 광확산렌즈 상부에 위치하는 광학시트
    를 포함하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  18. 제 17 항의 액정표시장치용 백라이트 유닛과;
    상기 백라이트 유닛 상부로 위치하는 액정패널
    을 포함하는 액정표시장치.
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