KR20230038347A - 도광 렌즈 및 이를 포함하는 백라이트 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 도광 렌즈와 이를 포함하는 백라이트 장치를 개시하는 것으로, 본 실시예의 도광 렌즈는, 투명 실리콘 계열의 수지로 이루어진 사각 플레이트로서, 상기 플레이트의 하면 중앙에 광원이 수용되도록 형성되는 광원 홈, 상기 플레이트의 상면 네 영역에 형성되는 제 1 출광면, 상기 플레이트의 네 모서리 단부 영역에 경사면을 갖도록 형성되는 제 2 출광면, 및, 상기 광원 홈과 동일한 수직 선상에서 상기 플레이트의 상면 중앙부에 오목하게 형성되는 반사면을 포함하여, 상기 광원 홈에 수용되는 광원의 빛을 측면으로 출사시키도록 구성된다.

Description

도광 렌즈 및 이를 포함하는 백라이트 장치{Light guide lens and backlight unit having the same}
본 발명은 도광 렌즈와 이를 포함하는 백라이트 장치를 개시한다.
일반적으로 디스플레이 장치는 영상 신호를 전달받아 표시하는 장치로, TV나 모니터 등이 이에 속하며, 영상을 표시하기 위한 수단으로 액정표시장치(LCD : Liquid Crystal Display Device), 유기발광장치(OLED :Organic Light Emitting Display), 플라즈마표시장치(PDP : Plasma Display Panel) 등 다양한 장치가 이용되고 있다.
액정표시장치는 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 화소들에 화상정보에 따른 데이터신호를 개별적으로 공급하여, 그 화소들의 광 투과율을 조절함으로써 원하는 화상을 표시할 수 있도록 한 표시장치이다. 액정표시장치는 자체적으로 발광하지 못하고 외부에서 들어오는 빛의 투과율을 조절하여 화상을 표시하는 수광성 소자이기 때문에 액정패널에 빛을 조사하기 위한 별도의 장치, 즉 백라이트 장치(backlight unit)가 요구된다.
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. 백라이트 장치의 광원으로는 소형, 저소비 전력, 고신뢰성 등의 장점을 갖는 발광다이오드(Light Emitting Diode, 이하 'LED'라 함)가 주로 이용되고 있다. 최근에는 광원으로 수백 ㎛ 이하의 크기를 갖는 미니 LED를 사용하고 있으며, 미니 LED를 직접 기판에 실장하여 광원모듈을 구성하고, 이를 면광원으로 활용하는 직하형 백라이트 장치가 소개되고 있다.
직하형 백라이트 장치는 LED 광원이 기판 상에 가로 및 세로 방향으로 배열되면서 실장되고, LED 광원 상부에 확산시트, 형광시트 등의 광학시트가 배치되는 구조를 이룬다. 이러한 직하형 백라이트 장치는 광원이 가로 및 세로 방향으로 임의의 면적으로 배치될 수 있어 디스플레이 장치의 대형화에 유리하고, 광원의 빛이 직접 전면으로 출사되어 고휘도를 나타낼 수 있으며, 광원을 선택적으로 구동하여 로컬 디밍에 유리한 장점이 있다.
그러나 종래의 백라이트 장치는 광원의 특성상 LED가 배치되는 광원 영역과 배치되지 않은 비광원 영역의 휘도 편차가 발생하고, 휘도 편차를 개선하기 위해서는 충분한 광학 거리를 확보하여야 하므로 슬림화가 어려운 단점이 있다. 또한, 종래의 백라이트 장치는 칩 스케일의 미니 LED를 광원으로 사용하는 경우 미니 LED를 보호하기 위하여 LED를 감싸는 몰딩부를 형성하는데, 이러한 몰딩부로 의해서도 슬림화에 한계를 나타내는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하고자 본 출원인은 도광체를 이용한 백라이트 장치를 한국공개특허 10-2019-0021522호(선행문헌)에서 소개한 바 있다. 선행문헌의 백라이트 장치는 렌즈 형상의 도광체를 이용하여 휘도 편차 및 슬림화의 한계를 개선하는 효과를 나타낸다. 선행문헌의 도광체는 백라이트 장치의 휘도 편차와 슬림화 문제는 크게 개선하였으나, 격자 얼룩의 완전한 해소에는 한계를 나타내고 있다. 즉, 미니 LED를 광원으로 하는 선행문헌의 백라이트 장치에 있어서 대각선 방향으로 상대적으로 먼 광원 간격에 의하여 휘도 편차 및 그에 따른 격자 얼룩 문제가 여전히 나타나고 있다.
한국공개특허 10-2019-0021522호(2019.06.06.출원공개, 도광체 및 이를 구비하는 백라이트 장치)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 다수의 미니 LED를 기판에 직접 실장하여 광원모듈을 구성하는 직하형 백라이트 장치에 있어서 광원 영역과 비광원 영역의 휘도 편차를 개선할 수 있는 도광 렌즈 및 이를 구비하는 백라이트 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 실시예의 도광 렌즈는, 투명 실리콘 계열의 수지로 이루어진 사각 플레이트로서, 상기 플레이트의 하면 중앙에 광원이 수용되도록 형성되는 광원 홈, 상기 플레이트의 상면 네 영역에 형성되는 제 1 출광면, 상기 플레이트의 네 모서리 단부 영역에 경사면을 갖도록 형성되는 제 2 출광면, 및, 상기 광원 홈과 동일한 수직 선상에서 상기 플레이트의 상면 중앙부에 오목하게 형성되는 반사면을 포함하여, 상기 광원 홈에 수용되는 광원의 빛을 측면으로 출사시키도록 구성된다.
또한, 상기 제 1 출광면은,
Figure pat00001
의 베지에 곡선을 따르는 곡면 형상을 이룰 수 있다(여기서, 0≤Lx0≤W, Lx0≤Lx1≤0.5Lx2, 0≤Ly0≤D, 0.2Ly2≤Ly1≤0.8Ly2의 조건을 따르고, W와 D는 각각 상기 반사면의 폭과 깊이를 정의하며, Lx2와 Ly2는 각각 도광 렌즈의 중앙부에서 가장자리까지의 길이 및 중앙부의 두께를 정의한다).
또한, 상기 제 2 출광면은, 경사면이 이루는 경사각(α)은 10°≤α≤60°이고, 경사면이 이루는 폭(w)은 w≤0.3*Lx2 로 형성될 수 있다(여기서, Lx2는 도광 렌즈의 중앙부에서 가장자리까지의 길이를 정의한다).
또한, 상기 반사면은, 음각의 원뿔, 이중각을 갖는 원뿔, 표면이 곡면을 이루는 원뿔, 피라미드 또는 표면이 곡면을 이루는 피라미드 중 어느 하나의 형상을 이룰 수 있다.
또한, 상기 반사면은, 표면에 광 반사물질이 코팅된 반사층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 광 반사물질은, Ag, TiO2, ZnO, Si, SiO2, Al2O3, Al, Cr 또는 Ni 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 반사면은, 2.5mm 이하의 폭(W)을 갖고, 0.4*Ly2 이상의 깊이(D)를 갖도록 형성될 수 있다(여기서 Ly2는 도광 렌즈의 중앙부의 두께를 정의한다).
그리고 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 실시예의 백라이트 장치는, 기판 상에 미니 LED가 가로 및 세로 방향으로 다수개 실장되어 형성되는 광원모듈, 투명 실리콘 계열의 수지로 이루어진 사각 플레이트로서, 상기 플레이트의 하면 중앙에 광원이 수용되도록 형성되는 광원 홈과, 상기 플레이트의 상면 네 영역에 형성되는 제 1 출광면과, 상기 플레이트의 네 모서리 단부 영역에 경사면을 갖도록 형성되는 제 2 출광면과, 상기 광원 홈과 동일한 수직 선상에서 상기 플레이트의 상면 중앙부에 오목하게 형성되는 반사면을 포함하고, 상기 광원 홈에 상기 LED가 수용되도록 각 LED를 덮으면서 상기 기판에 결합되는 다수의 도광 렌즈, 상기 도광 렌즈 주변의 상기 기판 상면에 배치되는 반사부재, 상기 도광 렌즈를 포함하는 영역의 상기 기판 상면에 형성되는 확산층, 및, 상기 도광 렌즈 상부에 배치되는 확산판과 광학시트를 포함한다.
또한, 상기 확산층은, 상기 도광 렌즈 하부에서 상기 기판 상면의 일부 영역에 형성될 수 있다.
또한, 상기 확산층은, 상기 LED로부터 멀어질수록 넓은 면적으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 LED는 청색 발광 칩으로 구성되고, 상기 광학시트는, 청색 광을 백색 광으로 파장 변환하는 파장변환시트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 도광 렌즈는, 크기(L)가 L=P-2*OD*tanθ에 의하여 결정될 수 있다(여기서 P는 도광 렌즈 사이의 간격, OD는 기판과 확산판 사이의 거리, θ는 도광 렌즈의 출사각을 정의한다).
본 발명은 LED 광원에서 출사되는 수직 방향의 빛을 측면 방향으로 출사되도록 유도함으로써, 휘도의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 다수의 미니 LED가 가로 및 세로 방향으로 배열되는 광원모듈에 있어서 대각선 방향으로 광 출사를 유도함으로써, 특히 대각선 방향의 광원 사이의 휘도 편차를 크게 개선하는 효과가 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 백라이트 장치의 주요 구성을 나타낸 사시도,
도 2는 도 1의 백라이트 장치를 나타낸 단면도,
도 3은 도 1의 주요부인 도광 렌즈 영역을 나타낸 평면도,
도 4는 본 실시예에 따른 도광 렌즈를 나타낸 사시도,
도 5 및 도 6은 도 4의 도광 렌즈를 나타낸 단면도,
도 7은 본 실시예에 따른 도광 렌즈의 광 특성을 나타낸 도면.
본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 바람직한 실시예들에 의해 명확해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 살펴보기로 한다.
후술되는, 본 실시예의 차이는 상호 배타적이지 않은 사항으로 이해되어야 한다. 즉 본 발명의 기술 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서, 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은, 일 실시예에 관련하여 다른 실시예로 구현될 수 있으며, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 변경될 수 있음이 이해되어야 하며, 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이, 면적 및 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 본 실시예의 설명에 있어서, 상, 하, 전면, 배면, 일 측, 타 측 등과 같은 표현은 상대적인 위치나 방향을 나타내는 것으로, 기술적 의의가 사전적 의미에 구속되는 것은 아니라 할 것이다.
도 1은 본 실시예에 따른 백라이트 장치의 주요 구성을 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 백라이트 장치를 나타낸 단면도이며, 도 3은 도 1의 주요부인 도광 렌즈 영역을 나타낸 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예의 백라이트 장치는, 기판(110) 상에 다수의 LED(120)가 실장되어 광원모듈(100)을 구성하고, LED(120) 상부의 기판(110)에는 각 LED(120)를 덮으면서 도광 렌즈(200)가 결합된다. 또한, 도광 렌즈(200) 주변의 기판(110) 상에는 반사부재(300)가 구비되고, LED(120) 주변의 기판(110) 상에는 확산층(400)이 형성된다. 또한, 도광 렌즈(200) 상부에는 확산판(500)과 광학시트(600)가 배치된다.
이러한 광학 소자들은 내부에 수용공간을 갖는 사각 판상의 커버버텀(700)에 수용되면서 서로 조립되고, 상부에서 커버버텀(700)에 체결되는 가이드 패널(미도시)에 의하여 조립이 고정된다. 또한, 반사부재(300) 또는 도광 렌즈(200)와 확산판(500) 사이의 공간은 도광 렌즈(200)에서 출사된 빛이 믹싱되는 광 믹싱 공간(S)을 형성한다.
구체적으로 살펴보면, 광원모듈(100)은 기판 상에 다수의 LED 칩이 직접 실장되어 면광원을 제공한다.
기판(110)은 LED(120)를 실장하여 구동시키는 구성으로, 소정의 회로가 인쇄된 PCB 또는 FPCB로 구성될 수 있다.
LED(120)는 백라이트 장치의 발광원으로 기판(110) 상에 가로 및 세로 방향으로 격자를 이루면서 복수개 배열된다. LED(120)는 수백 ㎛ 이하의 크기를 갖는 칩으로 표면실장기술을 이용하여 기판 상에 직접 실장된다. LED(120)는 청색 광을 발하는 칩일 수 있다.
본 실시예에서 LED(120)는 적어도 도광 렌즈 두께(도 5의 Ly2 참고)의 40% 이내의 두께를 가지며, 장축의 폭이 0.5mm 이하의 크기를 갖는 광원으로 구성된다. 백라이트 유닛은 LED의 칩 크기가 작아질수록, LED의 개수를 용이하게 조절할 수 있기 때문에, 액정표시장치의 휘도 특성 및 색 균일도를 향상시키고, 슬림화에 유리하다. 또한, LED의 칩 크기가 작아질수록, 소비전력을 줄일 수 있어 휴대 장치의 배터리 소모를 줄이고, 배터리의 수명을 연장할 수 있다. 또한, 기존 직하형 LED에 대비하여 미니 LED를 사용할 경우 로컬 디밍(local dimming)이 가능하고, 로컬 디밍을 통하여 화질을 개선하고 전력을 효율화 할 수 있는 장점이 있다.
도광 렌즈(200)는 LED(120)에서 제공되는 점광원의 빛을 내부에서 전반사 및 굴절시켜 확산시키는 광 전환 소자로서, 소정의 굴절율을 갖는 투명 실리콘 계열의 수지로 구성된다.
도광 렌즈(200)는 대략 사각 플레이트 형상을 이루며, 상면의 중앙부가 가장자리보다 두꺼운 돔 또는 피라미드 구조의 사각 플레이트 형상을 이룬다. 또한, 도광 렌즈(200)는 사각 모서리 영역이 경사 구조의 단면을 가진다. 따라서 도광 렌즈(200)는 상면의 네 영역에 제 1 출광면(210)을 형성하고, 네 모서리 영역에는 제 2 출광면(220)을 형성한다. 또한, 도광 렌즈(200)는 중앙부의 상면을 오목한 홈 형상의 반사면(230)을 형성한다.
이러한 도광 렌즈(200)는 내부의 광원 홈(201)에 LED(120)가 수용되도록 각 LED(120)를 덮으면서 기판(110)에 결합된다. 따라서 도광 렌즈(200)도 기판(110) 상에서 가로 및 세로 방향으로 다수개 배열되는 구조를 이룬다.
광원을 수용하는 도광 렌즈(200)는 LED(120)의 배치 구조에 따라 가로 및 세로의 간격이 동일한 정사각 구조로 배열될 수 있다. 이때, 각 도광 렌즈(200)도 가로 및 세로의 폭이 동일한 정사각 플레이트 형상을 이룬다. 또한, 도광 렌즈(200)는 LED(120)의 배치 구조에 따라 가로 및 세로의 간격을 달리하는 직사각 구조로 배열될 수 있다. 이때, 각 도광 렌즈(200)는 가로 및 세로의 폭을 달리하는 직사각의 플레이트 형상을 이룬다. 또한, 도광 렌즈(200)는 정사각 또는 직사각의 배열 구조에 따라 상면의 비구면의 형상도 독립적으로 달리할 수 있다. 이와 같은 도광 렌즈(200)의 구체적인 구성에 대해서는 후술하기로 한다.
반사부재(300)는 광 믹싱 공간(S)에 분포하는 빛이 기판(110)에 흡수되는 것을 차단하면서 상측으로 반사시켜 백라이트 장치의 휘도를 향상시킨다. 반사부재(300)는 광 반사율이 우수한 시트 또는 필름이 기판 상면에 안착되거나, 광 반사 물질이 기판 상면에 코팅되어 형성될 수 있다. 반사부재(300)는 도광 렌즈(200)를 노출시키면서 도광 렌즈(200) 주변의 기판(110) 상면에 형성된다.
확산층(400)은 도광 렌즈(200) 하부로 출사되는 빛을 확산 및 재반사하여 빛이 광 믹싱 공간(S)에 고르게 분포되도록 한다. 확산층(400)은 반사부재가 형성되지 않은 기판(110) 상면에 형성되며, LED(120) 영역을 제외하되 도광 렌즈(200)를 포함하는 영역의 기판(110) 상면에 형성된다. 확산층(400)은 광 반사 특성을 갖는 소재가 기판(110)에 코팅되어 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 확산층(400)은 도광 렌즈(200) 하측에서 (a)와 같이 기판(110)의 전체면에 형성되거나, (b)와 같이 도트 형상으로 부분적으로 형성될 수 있다. 도트 형상의 확산층(400)은 광 분포도를 고려하여 전체적으로 균일한 확산이 가능하도록 LED(120)로부터 멀어질수록 넓은 면적으로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 도트 형상의 확산층(400)은 LED(120)로부터 멀어질수록 밀도가 증가하거나 큰 직경을 갖도록 형성된다.
확산판(500)과 광학시트(600)는 도광 렌즈(200)의 상부에 적층되어 광 믹싱 공간(S)을 제공하고, 상측으로 출사되는 빛의 휘도와 균일도를 개선시킨다. 확산판(500)은 도광 렌즈(200)에서 출사된 빛을 확산시켜 균일도를 향상시키고, 광학시트(600)는 상측으로 출사되는 빛을 집광시켜 휘도를 향상시킨다. 광학시트(600)는 청색 광을 백색 광으로 파장 변환하는 파장변환시트를 포함할 수 있다.
본 실시예의 백라이트 장치는 도광 렌즈(200)가 LED(120)에 대응하여 다수개 배치되고, 도광 렌즈(200)의 크기(L)는 기판(110)과 확산판(500) 사이의 광학 거리(OD:Optical Distance), 도광 렌즈(200) 사이의 간격(P) 및 광 출사각(θ)에 의하여 결정될 수 있다. 도 2를 참조하면, 소정의 크기(L)를 갖는 다수의 도광 렌즈(200)가 소정 간격(P)으로 배치될 때 광 출사각(θ)에 대하여 tanθ = (0.5*(P-L))/OD 의 관계이므로, 도광 렌즈(200)의 크기(L)는, L=P-2*OD* tanθ로 결정될 수 있다. 또한, 본 실시예에서 도광 렌즈(200)의 두께(Ly2)는 0.2mm≤Ly2≤1.0mm로 구성된다.
도 4는 본 실시예에 따른 도광 렌즈를 나타낸 사시도이고, 도 5 및 도 6은 도 4의 도광 렌즈를 나타낸 B-B 및 C-C 방향의 단면도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예의 도광 렌즈(200)는 중앙이 볼록한 돔 구조의 사각 플레이트 형상을 이루며, 상면은 네 영역에서 구면 또는 비구면의 제 1 출광면(210)을 형성하고, 네 모서리 영역에는 경사면의 제 2 출광면(220)을 형성하며, 상면 중앙부는 오목한 반사면(230)을 형성한다. 반사면(230)은 음각의 원뿔, 이중각을 갖는 원뿔, 표면이 곡면을 이루는 원뿔, 피라미드, 표면이 곡면을 이루는 피라미드 등 다양한 형상을 이룰 수 있다. 또한, 반사면(230)의 표면에는 반사층(231)이 형성될 수 있다. 반사층(231)은 Ag, TiO2, ZnO, Si, SiO2, Al2O3, Al, Cr 또는 Ni 중 어느 하나 이상을 포함하는 광 반사 물질이 코팅되어 형성될 수 있다. 반사면(230) 및 반사층(231)은 광원의 수직 상측으로 출사되는 빛을 측면으로 반사하여 수직광을 최소로 한다.
제 1 출광면(210)은 LED(120)에서 직접 출사되거나 반사면(230)에서 반사되어 도광 렌즈(200) 내부에 분포되는 빛을 상측 및 측면으로 출사시킨다. 제 1 출광면(210)에서 출사되는 빛은 광 믹싱 공간(S)에서 믹싱이 이루어지면서 확산판(500)을 통하여 출사된다. 제 1 출광면(210)은 사각 플레이트 형상의 도광 렌즈(200) 상면에서 반사면(230)을 중심으로 방사상으로 대칭되는 4 영역의 단위 출광면으로 구분될 수 있다.
또한, 제 1 출광면(210)은 도 5에 도시된 바와 같이, 소정의 곡률을 갖는 비구면 형상을 이룬다. 이때, 비구면 형상은 하기의 수학식 1과 같은 베지에(Bezier) 곡선을 따른다. 제 1 출광면(210)이 상기와 같은 베지에 곡선을 따를 때 도광 렌즈(200)에서 출사되는 빛이 균일하게 확산될 수 있다.
Figure pat00002
여기서, 0≤Lx0≤W, Lx0≤Lx1≤0.5Lx2, 0≤Ly0≤D, 0.2Ly2≤Ly1≤0.8Ly2의 조건을 가지고, W와 D는 각각 반사면(230)의 폭과 깊이를 정의하며, Lx2와 Ly2는 각각 도광 렌즈(200)의 중앙부에서 가장자리까지의 길이 및 중앙부의 두께를 정의한다. 본 실시예에서 반사면(230)은 2.5mm 이하의 폭(W)을 갖고, 깊이(D)는 도광 렌즈(200)의 전체 두께(Ly2)에 대하여 D≥0.4*Ly2의 조건으로 형성된다.
제 2 출광면(220)은 사각 플레이트 형상의 네 모서리 영역에 형성되어 도광 렌즈(200)의 대각선 방향으로 빛의 출사를 유도한다. 사각 플레이트 구조의 도광 렌즈(200)가 가로 및 세로 방향으로 배열될 때, 대각선 방향으로 상대적으로 거리가 멀어 빛의 분포가 줄어들 수 있다. 따라서 제 2 출광면(220)은 대각선 방향으로 빛의 출사를 유도하여 빛이 전체적으로 균일하게 분포되도록 한다.
이를 위한 제 2 출광면(220)은 도 6에 도시된 바와 같이, 효율적인 광 추출을 위하여 소정의 경사(α)와 폭(w)으로 형성된다. 즉, 제 2 출광면(220)이 이루는 경사면의 경사각(α)은 10°≤α≤60°이고, 경사면이 이루는 폭(w)은 w≤0.3*Lx2 로 형성된다.
상기와 같은 구성의 도광 렌즈(200)는 제 1 출광면(210)을 통하여 상측 및 네 측부 방향으로 광이 균일하게 출사되어 휘도의 균일성을 향상시킬 수 있으며, 특히, 제 2 출광면을 통하여 대각선 방향으로도 빛의 출사를 유도하여 전체적으로 균일한 광을 분포시킨다. 이하 실험을 통하여 본 실시예의 도광 렌즈를 이용한 백라이트 장치의 광 특성을 살펴본다.
[실험 1]
본 실험 1에서 DBR 칩과 종래의 돔 형 렌즈가 조합된 백라이트 장치의 광 특성(비교예 1), 일반 칩과 종래의 돔 형 렌즈가 조합된 백라이트 장치의 광 특성(비교예 2) 및 일반 칩과 본 실시예의 도광 렌즈가 조합된 백라이트 장치의 광 특성(실시예)을 비교하였으며, 그 결과를 도 7에 나타내었다. 여기서, DBR(Distributed Brag Reflectors) 칩은 다층 박막 반사 코팅을 적용하여 광원 수준에서 정면 출사광을 측면으로 제어하는 고휘도의 발광 칩이다.
도 7을 참조하면, 광원 수준에서 DBR 칩은 수직에 대하여 54° 영역에서 최고 휘도를 나타내고, 최대값의 50% 넓이를 갖는 반치폭(FWHM : Full With at Half Maximum)이 161°영역에 형성되어 칩 특성상 측면 출광 효율이 우수한 특성을 나타낸다(비교예 1). 반면, 일반 칩은 수직 방향인 0°영역에서 최고 휘도를 나타내고, 반치폭(FWHM)이 120.8°영역에 형성되어 측면 출광 효율이 매우 저조한 특성을 나타낸다(비교예 2, 실시예).
한편, DBR 칩에 종래의 렌즈가 결합되는 경우 최고 휘도가 66°영역에 나타나고 반치폭(FWHM)이 175.1°영역에 형성되고(비교예 1), 일반 칩에 종래의 렌즈가 결합되는 경우 최고 휘도는 0°영역에 나타나고 반치폭(FWHM)이 129.0°영역에 형성됨을 알 수 있다. 따라서 광학 종래의 렌즈는 DBR 칩에 대해서는 어느 정도 측면 출광을 향상시키고 있으나 그 정도가 크다고 볼 수 없고, 일반 칩에 대해서는 반치폭만 미세하게 향상시킬 뿐 수직 방향으로의 출광은 거의 차단하지 못함을 알 수 있다.
그러나 일반 칩에 본 실시예의 도광 렌즈가 결합된 경우를 살펴보면, 최고 휘도가 64°영역에 나타나고 반치폭(FWHM)이 164.6°영역에 형성된다(실시예). 따라서 본 실시예의 도광 렌즈는 수직 광 차단과 측면 출광 효율이 매우 우수함을 알 수 있고, 광원으로 일반 칩을 사용하는 경우에도 DBR 칩을 사용하는 수준의 현저한 측면 발광 효율을 나타내고 있음을 알 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.
100 : 광원모듈
110 : 기판 120 : LED
200 : 도광 렌즈
210 : 제 1 출광면 220 : 제 2 출광면
230 : 반사면 231 : 반사층
300 : 반사부재
400 : 확산층
500 : 확산판
600 : 광학시트
700 : 커버버텀

Claims (12)

  1. 투명 실리콘 계열의 수지로 이루어진 사각 플레이트로서,
    상기 플레이트의 하면 중앙에 광원이 수용되도록 형성되는 광원 홈;
    상기 플레이트의 상면 네 영역에 형성되는 제 1 출광면;
    상기 플레이트의 네 모서리 단부 영역에 경사면을 갖도록 형성되는 제 2 출광면; 및
    상기 광원 홈과 동일한 수직 선상에서 상기 플레이트의 상면 중앙부에 오목하게 형성되는 반사면;을 포함하여, 상기 광원 홈에 수용되는 광원의 빛을 측면으로 출사시키는 도광 렌즈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 출광면은,
    Figure pat00003

    의 베지에 곡선을 따르는 곡면 형상을 이루는, 도광 렌즈.
    (여기서, 0≤Lx0≤W, Lx0≤Lx1≤0.5Lx2, 0≤Ly0≤D, 0.2Ly2≤Ly1≤0.8Ly2의 조건을 따르고, W와 D는 각각 상기 반사면의 폭과 깊이를 정의하며, Lx2와 Ly2는 각각 도광 렌즈의 중앙부에서 가장자리까지의 길이 및 중앙부의 두께를 정의한다)
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 출광면은,
    경사면이 이루는 경사각(α)은 10°≤α≤60°이고, 경사면이 이루는 폭(w)은 w≤0.3*Lx2 로 형성되는, 도광 렌즈.
    (여기서, Lx2는 도광 렌즈의 중앙부에서 가장자리까지의 길이를 정의한다)
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 반사면은,
    음각의 원뿔, 이중각을 갖는 원뿔, 표면이 곡면을 이루는 원뿔, 피라미드 또는 표면이 곡면을 이루는 피라미드 중 어느 하나의 형상을 이루는, 도광 렌즈.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 반사면은,
    표면에 광 반사물질이 코팅된 반사층을 포함하는, 도광 렌즈.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 광 반사물질은,
    Ag, TiO2, ZnO, Si, SiO2, Al2O3, Al, Cr 또는 Ni 중 어느 하나 이상을 포함하는, 도광 렌즈.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 반사면은,
    2.5mm 이하의 폭(W)을 갖고, 0.4*Ly2 이상의 깊이(D)를 갖도록 형성되는, 도광 렌즈.
    (여기서 Ly2는 도광 렌즈의 중앙부의 두께를 정의한다)
  8. 기판 상에 미니 LED가 가로 및 세로 방향으로 다수개 실장되어 형성되는 광원모듈;
    투명 실리콘 계열의 수지로 이루어진 사각 플레이트로서, 상기 플레이트의 하면 중앙에 광원이 수용되도록 형성되는 광원 홈과, 상기 플레이트의 상면 네 영역에 형성되는 제 1 출광면과, 상기 플레이트의 네 모서리 단부 영역에 경사면을 갖도록 형성되는 제 2 출광면과, 상기 광원 홈과 동일한 수직 선상에서 상기 플레이트의 상면 중앙부에 오목하게 형성되는 반사면을 포함하고, 상기 광원 홈에 상기 LED가 수용되도록 각 LED를 덮으면서 상기 기판에 결합되는 다수의 도광 렌즈;
    상기 도광 렌즈 주변의 상기 기판 상면에 배치되는 반사부재;
    상기 도광 렌즈를 포함하는 영역의 상기 기판 상면에 형성되는 확산층; 및
    상기 도광 렌즈 상부에 배치되는 확산판과 광학시트;를 포함하는, 백라이트 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 확산층은,
    상기 도광 렌즈 하부에서 상기 기판 상면의 일부 영역에 형성되는, 백라이트 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 확산층은,
    상기 LED로부터 멀어질수록 넓은 면적으로 형성되는, 백라이트 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 LED는 청색 발광 칩으로 구성되고,
    상기 광학시트는, 청색 광을 백색 광으로 파장 변환하는 파장변환시트를 포함하는, 백라이트 유닛.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 도광 렌즈는,
    크기(L)가 L=P-2*OD*tanθ에 의하여 결정되는, 백라이트 유닛.
    (여기서 P는 도광 렌즈 사이의 간격, OD는 기판과 확산판 사이의 거리, θ는 도광 렌즈의 출사각을 정의한다)
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