KR101119193B1 - Light source unit and liquid crystal display device having the same - Google Patents
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Abstract
휘도의 균일성 및 컬러 믹싱의 효율성이 개선된 광원 유닛 및 이를 갖는 액정 표시 장치가 개시된다. 광원 유닛은 점광원과 렌즈를 포함한다. 점광원은 기판 상에 배치되고, 광을 출사한다. 렌즈는 점광원의 중심을 지나는 중심 법선과 30도 이하의 각도를 갖고서 굴곡진 제1 계면과, 제1 계면과 연결되고 점광원의 에지를 지나는 에지 법선과 20도 내지 75도의 각도를 갖고서 굴곡진 제2 계면과, 기판과 제2 계면을 연결하는 제3 계면을 포함하여 점광원을 둘러싼다. 이에 따라, 렌즈의 계면을 여러 개로 분할하고, 분할된 계면을 가공하여 광원 유닛을 출사하는 광의 휘도의 균일성 및 컬러 믹싱의 효율성을 개선할 수 있다.Disclosed are a light source unit having improved uniformity of luminance and efficiency of color mixing, and a liquid crystal display having the same. The light source unit includes a point light source and a lens. The point light source is disposed on the substrate and emits light. The lens is curved with an angle of less than 30 degrees with a central normal passing through the center of the point light source and an angle between 20 and 75 degrees with an edge normal connected to the first interface and passing through the edge of the point light source. A point light source is enclosed by including a 2nd interface and the 3rd interface which connects a board | substrate and a 2nd interface. Accordingly, it is possible to improve the uniformity of luminance and the efficiency of color mixing of the light emitted from the light source unit by dividing the interface of the lens into several, and processing the divided interface.
휘도, 컬러 믹싱, 발광 다이오드, 렌즈, 계면Brightness, color mixing, light emitting diode, lens, interface
Description
도 1a 및 도 1b는 점광원에서 출사하는 광의 램버시안 분포의 입체도 및 단면도이다.1A and 1B are three-dimensional and cross-sectional views of a Lambertian distribution of light emitted from a point light source.
도 2a 및 도 2b는 점광원으로부터 32.5㎜의 높이의 평면에서 반지름 100㎜의 원 내로 균일한 휘도를 갖도록 출사하는 광의 광량 분포도 및 이의 확대도이다.2A and 2B are light intensity distribution diagrams and enlarged views of the light emitted from the point light source so as to have a uniform brightness in a circle having a radius of 100 mm in a plane having a height of 32.5 mm.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 유닛의 사시도이다. 3 is a perspective view of a light source unit according to an embodiment of the present invention.
도 4는 도 3에서 도시한 광원 유닛을 절단선 Ⅰ-Ⅰ′으로 절단한 단면도이다. 4 is a cross-sectional view of the light source unit illustrated in FIG. 3 taken along the cutting line I ′.
도 5는 광원 유닛에 포함된 렌즈의 제1 계면이 갖는 굴곡면의 형상도이다. 5 is a shape view of a curved surface of the first interface of the lens included in the light source unit.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 유닛이 갖는 제1 내지 제3 계면에서의 출사광의 경로도이다.6 is a path diagram of the emitted light at the first to third interfaces of the light source unit according to the exemplary embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 유닛에서 출사하는 광의 광량 분포도이다. 7 is a light amount distribution diagram of light emitted from a light source unit according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 비교예에 따른 광원 유닛이 갖는 렌즈에서의 출사광의 경로도이다.8 is a path diagram of the emitted light from the lens of the light source unit according to the comparative example of the present invention.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 유닛에서 출사하는 광의 화상 챠 트이고, 도 9b는 본 발명의 비교예에 따른 광원 유닛에서 출사하는 광의 화상 챠트이다.9A is an image chart of light emitted from a light source unit according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9B is an image chart of light emitted from a light source unit according to a comparative example of the present invention.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 분해 사시도이다. 10 is an exploded perspective view of a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 백라이트 어셈블리 110 : 기판100: backlight assembly 110: substrate
120 : 점광원 130 : 렌즈120: point light source 130: lens
132 : 제1 계면 134 : 제2 계면132: first interface 134: second interface
136 : 제3 계면 140 : 반사판136: third interface 140: reflecting plate
150 : 광 믹싱 부재 160 : 광학 시트들150: light mixing member 160: optical sheets
170 : 수납 용기 200 : 디스플레이 유닛170: storage container 200: display unit
300 : 탑 샤시 400 : 리어 케이스300: top chassis 400: rear case
500 : 프론트 케이스500: front case
본 발명은 광원 유닛에 관한 것으로, 보다 상세하게는 휘도의 균일성 및 컬러 믹싱(mixing) 효율을 증대시킨 광원 유닛 및 이를 갖는 액정 표시 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로, 액정 표시 장치는 전계에 대응하여 광 투과도가 변경되는 특성을 갖는 액정을 정밀하게 제어하여 영상을 표시하는 장치를 말한다. 따라서, 상기 액정 표시 장치는 영상을 표시하기 위하여 광을 필요로 한다. 이때, 상기 액정 표시 장치는 외부의 자연광을 이용하거나 내부에 구비된 광원으로부터 제공되는 인공광을 이용하여 영상을 표시한다.In general, a liquid crystal display device refers to a device for displaying an image by precisely controlling a liquid crystal having a characteristic of changing light transmittance corresponding to an electric field. Thus, the liquid crystal display needs light to display an image. In this case, the liquid crystal display displays an image by using external natural light or artificial light provided from a light source provided therein.
상기 광원으로는 발광 다이오드(light emitting diode, LED), 냉음극선관램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp, CCFL) 및 평판형광램프(Flat Fluorescent Lamp, FFL)등이 포함된다. 이들 광원들 중, 냉음극선관램프 및 평판형광램프는 주로 대형 표시 장치에 채용되고, 발광 다이오드는 소형 표시 장치에 채용되고 있다.The light source includes a light emitting diode (LED), a cold cathode fluorescent lamp (CCFL), a flat fluorescent lamp (FFL), and the like. Among these light sources, cold cathode ray tube lamps and flat panel fluorescent lamps are mainly employed in large display devices, and light emitting diodes are employed in small display devices.
상기 발광 다이오드는 사각형의 칩 형태로 형성되어 상기 사각형의 칩 전체에서 광이 랜덤하게 출사하는 것이 일반적이지만, 상기 다이오드는 일종의 점광원으로 볼 수 있다. 따라서 상기 칩에서 출사하는 광의 분포도로서 상기 점광원에서 랜덤하게 출사하는 광의 분포인 램버시안(Lambertian) 분포를 사용해도 무방하다.The light emitting diode is generally formed in the shape of a rectangular chip so that light is randomly emitted from the entire rectangular chip, but the diode may be regarded as a kind of point light source. Therefore, a Lambertian distribution, which is a distribution of light randomly emitted from the point light source, may be used as a distribution diagram of light emitted from the chip.
도 1a 및 도 1b는 점광원에서 출사하는 광의 램버시안 분포의 입체도 및 단면도이다.1A and 1B are three-dimensional and cross-sectional views of a Lambertian distribution of light emitted from a point light source.
도 1a를 참조하면, 기판 상에 놓인 점광원에서 출사하는 광의 램버시안 분포는 광원 위쪽에 형성된 구면(S) 형상을 갖는다. 상기 구면(S) 특정 지점에서 상기 광원까지 떨어진 거리는, 상기 지점 및 상기 광원을 잇는 직선이 상기 광원을 지나는 법선과 이루는 각도에서 상기 출사광이 갖는 광량에 비례한다. Referring to FIG. 1A, the Lambertian distribution of light emitted from a point light source placed on a substrate has a spherical shape S formed above the light source. The distance away from the specific point of the spherical surface S to the light source is proportional to the amount of light that the emitted light has at an angle at which a straight line connecting the point and the light source forms a normal line passing through the light source.
또한, 상기 구면(S) 특정 영역과 상기 광원이 형성하는 입체의 부피는, 상기 특정 영역이 갖는 입체각의 범위에서 상기 출사광이 갖는 광량에 비례한다. In addition, the volume of the solid shape formed by the spherical surface specific region and the light source is proportional to the amount of light that the emitted light has in the solid angle range of the specific region.
도 1b를 참조하면, 상기 원주(C)의 특정 부분과 상기 광원이 형성하는 평면 의 면적은, 상기 특정 부분이 갖는 평면각의 범위에서 상기 출사광이 갖는 광량에 비례한다. Referring to FIG. 1B, the area of the plane formed by the specific portion of the circumference C and the light source is proportional to the amount of light that the emitted light has in the range of the plane angle of the specific portion.
상기 원주(C)에서 상기 광원까지 떨어진 거리는, 상기 광원의 상부 법선에서 최대값을 갖고, 상기 광원이 놓인 직선상에서 최소값을 갖는다. 또, 상기 거리는 상기 법선과 이루는 각이 대략 45도인 지점에서 상기 최대값의 대략 70%의 값을 갖는다. 또, 상기 법선과 이루는 각이 0도에서 45도 이내의 범위에서 상기 광원과 형성하는 평면의 면적이 도면상의 원 면적의 대략 80%를 차지한다. The distance from the circumference C to the light source has a maximum value at an upper normal line of the light source, and has a minimum value on a straight line on which the light source is placed. Further, the distance has a value of approximately 70% of the maximum at a point at which the angle with the normal is approximately 45 degrees. Moreover, the area | region of the plane formed with the said light source occupies about 80% of the original area on drawing in the range which the angle | corner with the said normal line is within 0 degree to 45 degree.
즉, 상기 점광원으로부터 출사하는 광의 램버시안 분포에서, 상기 출사광의 광량은 상기 법선 방향 성분이 상기 법선에 수직한 수평 방향 성분보다 훨씬 많다. 따라서, 상기 출사광의 휘도의 균일성 및 컬러 믹싱의 효율성이 낮아지는 문제점이 발생한다.That is, in the Lambertian distribution of light emitted from the point light source, the amount of light emitted is much higher than the horizontal direction component whose normal direction component is perpendicular to the normal line. Therefore, a problem arises in that the uniformity of luminance of the emitted light and the efficiency of color mixing are lowered.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 출사광의 휘도의 균일성 및 컬러 믹싱의 효율성이 증대된 광원 유닛을 제공하는 것이다.Accordingly, the technical problem of the present invention is to solve such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide a light source unit in which the uniformity of luminance of emitted light and the efficiency of color mixing are increased.
본 발명의 다른 목적은 상기 광원 유닛을 갖는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a liquid crystal display device having the light source unit.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 광원 유닛은 점광원과 렌즈를 포함한다. 상기 점광원은 기판 상에 배치되고, 광을 출사한다. 상기 렌즈는 상기 점광원의 중심을 지나는 중심 법선과 30도 이하의 각도를 갖고서 굴곡진 제1 계면과, 상기 제1 계면과 연결되고 상기 점광원의 에지를 지나는 에지 법선과 20도 내지 75도의 각도를 갖고서 굴곡진 제2 계면과, 상기 기판과 제2 계면을 연결하는 제3 계면을 포함하여 상기 점광원을 둘러싼다.A light source unit according to one feature for realizing the above object of the present invention includes a point light source and a lens. The point light source is disposed on a substrate and emits light. The lens has an angle of 20 degrees to 75 degrees with a curved first interface having an angle of 30 degrees or less with a central normal passing through the center of the point light source, and an edge normal connected to the first interface and passing through an edge of the point light source. It includes a curved second interface and a third interface connecting the substrate and the second interface surrounds the point light source.
본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 액정 표시 장치는 백라이트 어셈블리와 액정 패널을 갖는다. 상기 백라이트 어셈블리는 점광원과 렌즈를 갖는다. 상기 점광원은 기판 상에 배치되고, 광을 출사한다. 상기 렌즈는 상기 점광원의 중심을 지나는 중심 법선과 30도 이하의 각도를 갖고서 굴곡진 제1 계면과, 상기 제1 계면과 연결되고 상기 점광원의 에지를 지나는 에지 법선과 20도 내지 75도의 각도를 갖고서 굴곡진 제2 계면과, 상기 기판과 제2 계면을 연결하는 제3 계면을 포함하여 상기 점광원을 둘러싼다. 상기 액정 패널은 상기 백라이트 어셈블리로부터 출사된 광을 이용하여 화상을 표시한다.According to another aspect of the present invention, a liquid crystal display device includes a backlight assembly and a liquid crystal panel. The backlight assembly has a point light source and a lens. The point light source is disposed on a substrate and emits light. The lens has an angle of 20 degrees to 75 degrees with a curved first interface having an angle of 30 degrees or less with a central normal passing through the center of the point light source, and an edge normal connected to the first interface and passing through an edge of the point light source. It includes a curved second interface and a third interface connecting the substrate and the second interface surrounds the point light source. The liquid crystal panel displays an image by using light emitted from the backlight assembly.
이러한 광원 유닛 및 이를 갖는 액정 패널에 의하면, 점광원을 둘러싸는 렌즈를 여러 개의 계면들로 분할하여 상기 각 계면들이 상기 점광원으로부터 출사하는 광을 효과적으로 반사 및 투과시킴으로써, 상기 출사광의 휘도의 균일성 및 컬러 믹싱의 효율성을 증대시킬 수 있다.According to such a light source unit and a liquid crystal panel having the same, the lens surrounding the point light source is divided into several interfaces to effectively reflect and transmit the light emitted from the point light source, thereby providing uniformity in brightness of the emitted light. And the efficiency of color mixing.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail the present invention.
도 2a 및 도 2b는 점광원으로부터 32.5㎜의 높이의 평면에서 반지름 100㎜의 원 내부로 균일한 휘도를 갖도록 출사하는 광의 광량 분포도 및 이의 확대도이다.2A and 2B are light intensity distribution diagrams and enlarged views of the light emitted from the point light source so as to have a uniform luminance in a plane having a height of 32.5 mm into a circle having a radius of 100 mm.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 좌표의 중심에 점광원이 배치된다. 상기 점광원 으로부터 출사되는 광의 광량은 출사각에 따라 도면상에서 한 점으로 표시되며, 상기 점들을 연속적으로 도시한 것이 도면상에서의 제1 곡선(CL1)이다. 2A and 2B, a point light source is disposed at the center of the coordinates. The amount of light emitted from the point light source is represented by one point on the drawing according to the exit angle, and the first curve CL1 on the drawing shows the points continuously.
즉, 상기 제1 곡선(CL1)의 한 점과 상기 점광원과의 거리는 상기 점이 갖는 출사각에서의 상기 출사광의 광량에 비례한다. 도면상에서 0도를 포함하는 90도 내지 270도 영역은 기판에 놓인 상기 점광원의 위쪽 영역을 나타낸다.That is, the distance between one point of the first curve CL1 and the point light source is proportional to the amount of light emitted from the emission angle of the point. 90 to 270 degree region including 0 degree in the figure represents the upper region of the point light source placed on the substrate.
상기 제1 곡선(CL1)은 대략 80도 및 280도 부근에서 상기 점광원과의 거리가 최대가 되고, 전체 출사광 중 대략 80%의 광량이 상기 각도에 포함된다. 즉, 수평 성분에 가까운 광량이 전체 출사광에서 차지하는 비율이 매우 높다. 따라서, 휘도의 균일성을 위해서는 수직 성분의 광량을 많이 포함하는 점광원의 광량 분포를 변경시켜야 한다.The first curve CL1 has a maximum distance from the point light source at approximately 80 degrees and 280 degrees, and includes about 80% of the total amount of emitted light in the angle. That is, the ratio of the light amount near a horizontal component to all the emitted light is very high. Therefore, in order to achieve uniformity in luminance, the light amount distribution of the point light source including a large amount of vertical components must be changed.
그러나, 도면상에서 0도 부근의 상기 제1 곡선(CL1)도 상기 점광원과 일정한 거리를 갖고 있으므로, 상기 수직 성분이 완전히 제거되어야 하는 것은 아니다. However, in the drawing, since the first curve CL1 near 0 degrees also has a constant distance from the point light source, the vertical component does not have to be completely removed.
결과적으로, 휘도의 균일성을 갖는 이상적인 출사광의 광량 분포를 갖기 위해서는 상기 점광원으로부터 출사하는 광의 광량 분포를 변경해야 한다. 상기 출사광의 광량 분포를 최적화하기 위해 상기 점광원을 둘러싸는 렌즈를 포함하는 광원 유닛을 제공하는 것이 본 발명의 목적이며 실시예를 통해 설명하기로 한다.As a result, in order to have the light quantity distribution of the ideal emitted light with uniformity of luminance, the light quantity distribution of the light emitted from the point light source must be changed. It is an object of the present invention and an embodiment to provide a light source unit including a lens surrounding the point light source in order to optimize the light quantity distribution of the emitted light.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 유닛의 사시도이고, 도 4는 도 3에서 도시한 광원 유닛을 절단선 Ⅰ-Ⅰ′으로 절단한 단면도이다. 3 is a perspective view of a light source unit according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the light source unit illustrated in FIG. 3 taken along a cutting line I ′.
도 3 및 도 4를 참조하면, 광원 유닛은 기판(110), 점광원(120) 및 렌즈(130)를 포함한다.
3 and 4, the light source unit includes a
상기 점광원(120)은 x-축을 윗면으로 하는 상기 기판(110) 상에 배치되어 광을 출사한다. 이때, 상기 점광원(120)으로는 대표적으로 발광 다이오드가 사용되며, 일반적으로 사각형의 칩 형태를 갖는다.The point
상기 렌즈(130)는 상기 점광원(120)을 둘러싸며, 상기 기판(110)과 접한다. 상기 렌즈(130)는 제1 내지 제3 계면(132, 134, 136)을 포함한다. The
상기 제1 계면(132)은 상기 점광원의 중심(M)을 기준으로 상기 점광원(120)의 법선을 포함하는 z-축과 대략 30도 이하의 각도를 갖는다. 상기 제1 계면(132)은 제1 굴곡면(CS1), 제1 구면(SS1), 제1 내지 제3 평면(P1, P2, P3)을 포함한다.The
상기 제1 굴곡면(CS1)은 상기 점광원의 중심(M)을 기준으로 상기 z-축과 대략 10도 이하의 각도를 갖는다. 상기 제1 굴곡면(CS1)은 서로 수직하게 교차하는 두 개 원통의 교차부의 상면 형상을 갖는다. 상기 제1 굴곡면(CS1)의 형상은 도 5에서 보다 자세히 도시한다.The first curved surface CS1 has an angle of about 10 degrees or less with the z-axis based on the center M of the point light source. The first curved surface CS1 has an upper surface shape of an intersection portion of two cylinders perpendicularly intersecting with each other. The shape of the first curved surface CS1 is shown in more detail in FIG. 5.
상기 제1 구면(SS1)은 상기 제1 굴곡면(CS1)과 연결되고, 상기 렌즈(130) 및 기판(110)으로 둘러싸인 렌즈(130) 내부 영역의 제1 점(O1)을 중심으로 하는 구의 표면 일부이다. The first spherical surface SS1 is connected to the first curved surface CS1 and has a sphere centered on a first point O1 of an inner region of the
상기 x-축과 z-축의 교점을 (0, 0)이라 하고 단위로 ㎜를 사용하면, 상기 점광원(120)의 폭이 0.7㎜ 내지 0.8㎜인 경우, 상기 제1 점(O1)은 대략 (2.02, 0.24)을 바람직한 값으로 가질 수 있다. 이때, 상기 제1 점(O1)에서 상기 제1 구면(SS1)까지의 거리는 대략 2.27㎜를 바람직한 값으로 가질 수 있다.When the intersection of the x-axis and the z-axis is (0, 0) and mm is used as a unit, when the width of the point
상기 제1 구면(SS1)은 상기 점광원의 에지(E)에서 상기 z-축 방향으로 평행 하게 신장된 가상의 평면과 만나는 부분까지 형성된다.The first spherical surface SS1 is formed up to a portion that meets an imaginary plane extending in parallel in the z-axis direction at the edge E of the point light source.
상기 제1 평면(P1)은 상기 제1 구면(SS1)과 연결되고, 상기 z-축 방향과 경사진다. 이때, 상기 제1 구면(SS1)이 갖는 조건하에서, 상기 제1 평면(P1)의 끝부분의 좌표는 대략 (0.5, 1.93)을 바람직한 값으로 가질 수 있다.The first plane P1 is connected to the first spherical surface SS1 and is inclined with respect to the z-axis direction. In this case, under the condition of the first spherical surface SS1, the coordinates of the end of the first plane P1 may have approximately (0.5, 1.93) as a preferable value.
상기 제2 평면(P2)은 상기 제1 평면(P1)과 연결되고, 상기 x-축과 평행하게 형성된다.The second plane P2 is connected to the first plane P1 and is formed parallel to the x-axis.
상기 제3 평면(P3)은 상기 제2 평면(P2)과 연결되고, 상기 z-축 방향과 경사진다. 이때, 상기 제3 평면(P3)의 끝부분이 상기 점광원의 중심(M)과 이루는 각도는 대략 30도이고, 상기 점광원 에지(E)와 이루는 각도는 대략 20도이다. The third plane P3 is connected to the second plane P2 and is inclined with the z-axis direction. In this case, an angle formed by the end of the third plane P3 with the center M of the point light source is about 30 degrees, and an angle formed by the point light source edge E is about 20 degrees.
상기 제2 계면(134)은 상기 점광원의 에지(E)를 기준으로 상기 z-축과 평행한 직선과 대략 20도 내지 75도의 각도를 갖는다. 상기 제2 계면(134)은 제2 구면(SS2), 제4 평면(P4) 및 제3 구면(SS3)을 포함한다.The
상기 제2 구면(SS2)은 상기 제3 평면(P3)과 연결되고, 상기 제3 평면(P3)의 끝부분에서 상기 x-축을 향해 수직하게 신장된 가상의 평면과 상기 점광원의 에지(E)에서 상기 x-축과 평행하게 신장된 가상의 평면의 만나는 제2 점(O2)을 중심으로 하는 구의 표면 일부이다. The second spherical surface SS2 is connected to the third plane P3, and an imaginary plane extending vertically toward the x-axis at an end of the third plane P3 and an edge E of the point light source. Is a portion of the surface of the sphere about the meeting second point O2 of the imaginary plane extending parallel to the x-axis.
상기 제4 평면(P4)은 상기 제2 구면(SS2)과 연결되고, 상기 x-축을 향해 수직하게 일정 길이(d)만큼 신장되어 형성된다.The fourth plane P4 is connected to the second spherical surface SS2 and extends by a predetermined length d vertically toward the x-axis.
상기 제3 구면(SS3)은 상기 제4 평면(P4)과 연결되고, 상기 제2 점(O2)에서 상기 x-축을 향해 수직하게 상기 길이(d)만큼 이격된 제3 점(O3)을 중심으로 하는 구의 표면 일부이다. 이때, 상기 제3 점(O3)에서 상기 제3 구면(SS3)까지의 거리는 바람직하게는 상기 제2 점(O2)에서 상기 제2 구면(SS2)까지의 거리와 동일하다. The third spherical surface SS3 is connected to the fourth plane P4 and is centered on the third point O3 spaced apart from the second point O2 by the length d vertically toward the x-axis. It is a part of surface of sphere to make. In this case, the distance from the third point O3 to the third spherical surface SS3 is preferably equal to the distance from the second point O2 to the second spherical surface SS2.
상기 제3 구면(SS3)의 끝부분은 상기 점광원 에지(E)를 기준으로 상기 z-축과 평행한 직선과 대략 75도의 각도를 이룬다.An end portion of the third spherical surface SS3 forms an angle of about 75 degrees with a straight line parallel to the z-axis with respect to the point light source edge E.
상기 제3 계면(136)은 제5 평면(P5)을 포함한다. 상기 제5 평면(P5)은 상기 제3 구면(SS3)과 연결되고, 상기 기판(110)을 향해 수직하게 신장되어 형성되며, 상기 기판(110)과 접한다. The
도 5는 상기 광원 유닛에 포함된 렌즈의 제1 계면이 갖는 제1 굴곡면의 형상도이다.5 is a shape diagram of a first curved surface of a first interface of a lens included in the light source unit.
도 5를 참조하면, 서로 수직하게 교차하는 두 개의 원통이 도시된다. 상기 두 개의 원통이 교차하는 교차부의 상면은 제4 점(O4)을 중심으로 사방을 향해 굴곡된다. 상기 교차부 상면 중에서 상기 제4 점(O4)을 중심으로 하는 사각형 형상의 내부에 속하는 부분을 상기 제1 굴곡면(CS1)의 형상으로 한다. 5, two cylinders are shown that intersect each other perpendicularly. The upper surface of the intersection where the two cylinders intersect is bent in all directions about the fourth point O4. The part belonging to the inside of the quadrangle shape centering on said 4th point O4 among the upper surface of the said intersection part is made into the shape of the said 1st curved surface CS1.
점광원의 형상이 사각형 형상이므로 상기 제1 굴곡면(CS1)으로 일반적인 렌즈 형상인 원형이 아니라 사각형 형상을 갖도록 함으로써, 상기 점광원으로부터 출사되는 광의 휘도를 보다 균일하게 할 수 있다. Since the shape of the point light source has a rectangular shape, the luminance of the light emitted from the point light source can be made more uniform by making the first curved surface CS1 have a rectangular shape instead of a circular shape.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 유닛이 갖는 제1 내지 제3 계면에서의 출사광의 경로도이다.6 is a path diagram of the emitted light at the first to third interfaces of the light source unit according to the exemplary embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 점광원(120)의 중심으로부터 z-축 방향으로 출사한 제1 출사광(PL1)은 제1 굴곡면(CS1)을 투과하여 제1 투과광(TL1)이 된다. 상기 점광원 (120)으로부터 출사한 제2 출사광(PL2)은 상기 제1 굴곡면(CS1)을 투과하면서 상기 z-축 방향을 향해 굴절되어 제2 투과광(TL2)이 된다.Referring to FIG. 6, the first output light PL1 emitted from the center of the point
제3 출사광(PL3)은 제1 구면(SS1)에서 반사되어 제1 반사광(R1)이 된다. 상기 제1 구면(SS1)은 상기 제3 출사광(PL3)의 입사각( θ)이 42도 내지 60도의 범위가 되도록 형성된다. 상기 입사각( θ)을 유지하기 위해 최적화된 조건은 도 4에서 기술한 바 있다.The third output light PL3 is reflected from the first spherical surface SS1 to become the first reflected light R1. The first spherical surface SS1 is formed such that an incident angle θ of the third output light PL3 is in a range of 42 to 60 degrees. Conditions optimized for maintaining the incident angle θ have been described with reference to FIG. 4.
상기 렌즈(130)의 굴절률은 대략 1.49이고, 상기 렌즈(130) 밖의 공기층의 굴절률은 대략 1이므로, 전반사될 브루스터 각은 대략 42.5도가 된다. 따라서, 상기 제3 출사광(PL3)이 상기 제1 구면(SS1)에 입사하게 되면, 상기 입사각( θ)의 대부분은 42.5도는 넘게 되므로 상기 제3 출사광(PL3)의 대부분은 반사된다. Since the refractive index of the
다만, 출사광이 대략 40도의 각도로 입사하는 경우 실험적으로 대략 30%의 광이 투과하게 되므로, 상기 제1 구면(SS1)에 40도 내지 42.5도의 입사각으로 입사하는 상기 제3 출사광(PL3)의 일부는 투과하게 된다. However, when the outgoing light is incident at an angle of about 40 degrees, since about 30% of light is experimentally transmitted, the third outgoing light PL3 incident on the first spherical surface SS1 at an incidence angle of about 40 degrees to about 42.5 degrees. Some of the will be transmitted.
한편, 상기 제1 반사광(R1)은 x-축과 거의 평행하게 진행하고, 제4 평면(P4)을 투과하여 제3 투과광(TL3)이 된다. 이때, 상기 제4 평면(P4)은 상기 제1 반사광(R1)을 투과시키는 일종의 게이트(gate) 역할을 한다.Meanwhile, the first reflected light R1 travels substantially parallel to the x-axis, and passes through the fourth plane P4 to become the third transmitted light TL3. In this case, the fourth plane P4 serves as a kind of gate for transmitting the first reflected light R1.
제4 출사광(PL4)은 제1 평면(P1)에 반사되어 제2 반사광(R2)이 된다. 상기 제4 출사광(PL4)도 상기 제3 출사광(PL3)과 마찬가지로 대부분이 반사되도록 상기 제1 평면(P1)이 형성된다. 제5 출사광(PL5)은 제2 평면(P2)을 투과하면서 상기 x-축 방향을 향해 굴절되어 제4 투과광(TL4)이 된다. The fourth output light PL4 is reflected by the first plane P1 to become the second reflected light R2. The first plane P1 is formed to reflect most of the fourth output light PL4 like the third output light PL3. The fifth output light PL5 is refracted toward the x-axis direction while passing through the second plane P2 to become the fourth transmitted light TL4.
제6 출사광(PL6)은 제3 평면(P3)에 반사되어 제3 반사광(R3)이 된다. 제7 출사광(PL7)은 제2 구면(SS2)을 투과하면서 상기 x-축 방향을 향해 굴절되어 제5 투과광(TL5)이 된다.The sixth emitted light PL6 is reflected by the third plane P3 to become the third reflected light R3. The seventh output light PL7 is refracted toward the x-axis direction while passing through the second spherical surface SS2 to become the fifth transmitted light TL5.
제8 출사광(PL8)은 제3 구면(SS3)을 투과하면서 상기 x-축 방향을 향해 굴절되어 제6 투과광(TL6)이 된다. 제9 출사광(PL9)은 제5 평면(P5)을 투과하면서 상기 z-축 방향을 향해 굴절되어 제7 투과광(TL7)이 된다.The eighth output light PL8 is refracted toward the x-axis direction while passing through the third spherical surface SS3 to become the sixth transmitted light TL6. The ninth output light PL9 is refracted toward the z-axis direction while passing through the fifth plane P5 to become the seventh transmitted light TL7.
따라서 상기 출사광(PL1 내지 PL9)의 대부분은 상기 점광원(120)이 배치된 기판(110)과 평행한 방향으로 반사 및 굴절되므로 휘도의 균일성 및 컬러 믹싱의 효율성이 증대된다. 하지만, 도 2a 및 도 2b에서 설명한 바와 같이, 상기 기판(110)과 수직한 성분의 광도 필요하다. 상기 수직 성분의 광은 상기 제1 굴곡면(CS1) 및 제5 평면(P5)을 통해 투과된 광이 공급한다. 또, 상기 제4 평면(P4)을 통해 투과되는 광의 일부도 상기 수직 성분의 광을 공급한다.Therefore, since most of the emitted light PL1 to PL9 are reflected and refracted in a direction parallel to the
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 유닛에서 출사하는 광의 광량 분포도이다. 7 is a light amount distribution diagram of light emitted from a light source unit according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 광원 유닛이 갖는 점광원으로부터 출사되는 광의 광량은 출사각에 따라 도면상에서 제2 곡선(CL2)으로 도시된다. Referring to FIG. 7, the amount of light emitted from the point light source of the light source unit is shown as a second curve CL2 on the drawing according to the emission angle.
상기 제2 곡선(CL2)은 대략 60도 및 320도 부근에서 상기 점광원과의 거리가 최대가 된다. 또, 0도 부근에서도 상당한 정도의 거리값을 갖는다.The second curve CL2 has a maximum distance from the point light source at approximately 60 degrees and 320 degrees. Moreover, it has a considerable distance value in the vicinity of 0 degree.
도 2a 및 도 2b에서 도시된 광량 분포도와 비교할 때, 최대 거리를 갖는 각도에 있어 다소간의 차이는 있지만, 전체적인 곡선 형상이 유사하고, 또 0도 부근 에서의 일정 거리값을 갖는 점에 있어서 유사하다.Compared with the light intensity distribution diagrams shown in FIGS. 2A and 2B, there are some differences in the angle with the maximum distance, but the overall curve shape is similar and similar in that they have a constant distance value near 0 degree. .
따라서, 휘도의 균일성을 갖는 이상적인 출사광의 광량 분포에 어느 정도 근접한 광량 분포를 갖는다고 할 수 있다.Therefore, it can be said that it has a light quantity distribution to some extent close to the light quantity distribution of the ideal emitted light which has uniformity of luminance.
도 8은 본 발명의 비교예에 따른 광원 유닛이 갖는 렌즈에서의 출사광의 경로도이다.8 is a path diagram of the emitted light from the lens of the light source unit according to the comparative example of the present invention.
도 8을 참조하면, 점광원(120)의 중심으로부터 z-축 방향으로 출사한 제10 출사광(PL10)은 제6 평면(P6)을 투과하여 제8 투과광(TL8)이 된다. 상기 점광원(120)으로부터 출사한 제11 출사광(PL11)은 상기 제6 평면(P6)을 투과하면서 x-축 방향을 향해 굴절되어 제9 투과광(TL9)이 된다.Referring to FIG. 8, the tenth output light PL10 emitted from the center of the point
제12 출사광(PL12)은 상기 제6 평면(P6)에서 반사되어 제4 반사광(R4)이 된다. 한편, 상기 제4 반사광(R4)은 제7 평면(P7)을 투과하여 제10 투과광(TL10)이 된다. 제13 출사광(PL13)은 제7 평면(P7)을 투과하면서 상기 z-축 방향을 향해 굴절되어 제11 투과광(TL11)이 된다.The twelfth output light PL12 is reflected from the sixth plane P6 to become the fourth reflected light R4. The fourth reflected light R4 passes through the seventh plane P7 to become the tenth transmitted light TL10. The thirteenth output light PL13 is refracted toward the z-axis direction while passing through the seventh plane P7 to become the eleventh transmitted light TL11.
제14 출사광(PL14)은 제2 굴곡면(CS2)을 투과하면서 상기 x-축 방향을 향해 굴절되어 제12 투과광(TL12)이 된다. 제15 출사광(PL15)은 제8 평면(P8)을 투과하면서 상기 z-축 방향을 향해 굴절되어 제13 투과광(TL13)이 된다.The fourteenth output light PL14 is refracted toward the x-axis direction while passing through the second curved surface CS2 to become the twelfth transmitted light TL12. The fifteenth emitted light PL15 is refracted toward the z-axis direction while passing through the eighth plane P8 to become the thirteenth transmitted light TL13.
본 발명의 일 실시예와 비교예를 비교할 때, 상기 비교예에서도 상기 출사광(PL10 내지 PL15)광의 상당 부분이 상기 점광원(120)이 배치된 기판(110)과 평행한 방향으로 반사 및 굴절되므로, 휘도의 균일성 및 컬러 믹싱의 효율성이 증대되는 면에서 상기 비교예와 본 발명의 일 실시예는 유사한 측면이 있다.
When comparing an embodiment of the present invention with a comparative example, even in the comparative example, a substantial portion of the emitted light PL10 to PL15 light is reflected and refracted in a direction parallel to the
하지만, 상기 점광원(120)의 법선과 이루는 각이 10도 이하인 계면으로 입사되는 출사광(PL11)이 상기 z-축 방향에서 멀어지는 방향으로 굴절됨에 따라 상기 기판(110)과 수직한 방향의 광량이 적다. However, the amount of light in a direction perpendicular to the
그리고, 상기 제12 출사광(PL12)이 상기 제6 평면(P6)으로 입사될 경우, 본 발명의 일 실시예와는 달리 구면으로 입사되지 않기 때문에, 상기 제12 출사광(PL12)의 출사 위치에 따라 입사각이 전반사되는 브루스터 각 이상으로 항상 유지되지는 않는다. In addition, when the twelfth emission light PL12 is incident on the sixth plane P6, unlike the exemplary embodiment of the present invention, since it is not incident on a spherical surface, the emission position of the twelfth emission light PL12 is emitted. The angle of incidence is not always maintained beyond the Brewster's angle, which is totally reflected.
또, 상기 제7 평면(P7)의 경우 상기 제4 반사광(R4) 및 제13 투과광(TL13)을 상기 z-축 방향을 향해 굴절시켜 투과시키므로 상기 기판(110)과 수평한 방향으로 진행하는 광량이 적다.In addition, in the case of the seventh plane P7, the fourth reflected light R4 and the thirteenth transmitted light TL13 are refracted and transmitted in the z-axis direction, so that the amount of light proceeds in a direction parallel to the
결과적으로, 도 2a 및 도 2b에서 도시한 이상적인 광량 분포를 갖기 위한 최적화된 구조라는 측면에서, 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈가 비교예에 따른 렌즈보다 우수하다. As a result, the lens according to the embodiment of the present invention is superior to the lens according to the comparative example in terms of an optimized structure for having the ideal light quantity distribution shown in FIGS. 2A and 2B.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 유닛에서 출사하는 광의 화상 챠트이고, 도 9b는 본 발명의 비교예에 따른 광원 유닛에서 출사하는 광의 화상 챠트이다.9A is an image chart of light emitted from a light source unit according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9B is an image chart of light emitted from a light source unit according to a comparative example of the present invention.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 비교예에 따른 광원 유닛에서보다 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 유닛에서 화상의 밝기가 균일하다. 즉, 상기 비교예에서는 각각의 점광원에 근접한 영역에서의 화상의 밝기가 상기 점광원에서 멀리 떨어진 영역에서의 화상의 밝기에 비해 두드러지게 밝다. 9A and 9B, the brightness of the image is more uniform in the light source unit according to an embodiment of the present invention than in the light source unit according to the comparative example. That is, in the comparative example, the brightness of the image in the area close to each point light source is significantly brighter than the brightness of the image in the area far from the point light source.
하지만, 상기 본 발명의 일 실시예에서는 상기 점광원에서의 거리에 따른 밝기 차이가 크지 않다.However, in one embodiment of the present invention, the brightness difference according to the distance from the point light source is not large.
즉, 광의 휘도의 균일성 및 컬러 믹싱의 효율성 측면에서 상기 본 발명의 일 실시예가 상기 비교예보다 우수하다. That is, the embodiment of the present invention is superior to the comparative example in terms of uniformity of luminance of light and efficiency of color mixing.
도 10은 본 발명의 일 실시에에 따른 액정 표시 장치의 분해 사시도이다.10 is an exploded perspective view of a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 액정 표시 장치는 백라이트 어셈블리(100), 디스 플레이 유닛(200), 탑 샤시(300), 리어 케이스(400) 및 프론트 케이스(500)를 포함한다. 도 3과 비교하여 동일한 부분에는 동일한 도면 번호를 부여하고, 설명은 생략한다. Referring to FIG. 10, the liquid crystal display includes a
상기 백라이트 어셈블리(100)는 기판(110), 점광원(120), 렌즈(130), 반사판(140), 광 믹싱 부재(150), 광학 시트들(160) 및 수납 용기(170)를 포함한다. 이때, 상기 기판(110), 점광원(120) 및 렌즈(130)는 광원 유닛을 정의한다. The
상기 반사판(140)은 상기 렌즈(130)로부터 출사된 광이 상기 광 믹싱 부재(150)가 형성되어 있지 않은 방향으로 누출되는 것을 방지한다. The
상기 광 믹싱 부재(150)는 상기 렌즈(130)의 상부에 대향하여 형성된다. 상기 광 믹싱 부재(150)는 상기 렌즈(130)로부터 출사된 광이 상기 렌즈(130) 바깥에 형성된 공기에서 혼합되도록 상기 광을 반사 및 투과시킨다. The
상기 광학 시트들(160)은 확산판(162)과 프리즘 시트(164)를 포함한다. 상기 확산판(162)은 상기 점광원(120)으로부터 출사되어 상기 광 믹싱 부재(150)를 투과한 광을 확산시키고, 상기 프리즘 시트(164)는 상기 확산된 광을 집광한다.The
상기 수납 용기(160)는 일부가 개구된 바닥 부재(162) 및 상기 바닥 부재 (162)로부터 수직하게 연장된 측벽 부재(164)를 포함한다. 상기 수납 용기(160)의 바닥 부재(162)에는 상기 광원 유닛(110, 120, 130), 반사판(140), 광 믹싱 부재(150) 및 광학 시트들(160)이 순차적으로 수납된다.The
상기 디스플레이 유닛(200)은 화상을 표시하는 액정 패널부(210), 복수의 데이터측 및 게이트측 테이프 캐리어 패키지(Tape Carrier Package : 이하, TCP)(220, 230) 및 통합 인쇄 회로 기판(240)을 포함한다.The
상기 액정 패널부(210)는 화소를 표시하는 어레이 기판(212), 상기 어레이 기판(212)과 서로 대향하는 컬러필터 기판(214) 및 상기 어레이 기판(212)과 컬러필터 기판(214)의 사이에 주입된 액정층(미도시)을 포함한다.The
상기 어레이 기판(212)의 소스측에는 상기 복수의 데이터측 TCP(220)가 부착되고, 상기 어레이 기판(212)의 게이트측에는 상기 복수의 게이트측 TCP(230)가 부착된다. 상기 데이터측 및 게이트측 TCP(220, 230)는 상기 액정 패널부(210)의 구동 및 그 구동 시기를 제어하기 위한 구동 신호와 타이밍 신호를 상기 액정 패널부(210)로 인가한다.The plurality of
상기 데이터측 TCP(220)는 일측이 어레이 기판(212)에 부착되고, 타측이 통합 인쇄 회로 기판(240)에 부착되어, 상기 액정 패널부(210)를 상기 통합 인쇄 회로 기판(240)과 전기적으로 연결시킨다. 상기 게이트측 TCP(230)는 상기 어레이 기판(212)에 부착되어, 상기 액정 패널부(210)를 상기 통합 인쇄 회로 기판(240)과 전기적으로 연결시킨다. 상기 통합 인쇄 회로 기판(240)은 외부로부터 전기적인 신호를 인가받아 상기 데이터측 및 게이트측 TCP(220, 230)로 인가한다.
One side of the
상기 액정 패널부(210)에 연결된 상기 데이터측 및 게이트측 TCP(220, 230)는 상기 수납 용기(170)의 상기 측벽 부재(174) 바깥면을 따라 절곡되고, 상기 통합 인쇄 회로 기판(240)은 상기 바닥 부재(172)의 배면에 안착된다.The data side and
상기 액정 패널부(210)의 상부에는 고정 수단인 탑 샤시(300)가 구비된다. 상기 탑 샤시(300)는 상기 액정 패널부(210)의 유효 디스플레이 영역이 노출되도록 덮으면서 상기 수납 용기(170)와 서로 대향하게 결합하여 상기 디스플레이 유닛(200)을 고정한다.The
상기 백라이트 어셈블리(100), 디스 플레이 유닛(200) 및 탑 샤시(300)는 상기 리어 케이스(400)에 수납되고, 상기 리어 케이스(400)는 상기 탑 샤시(300)의 상부에 구비되는 프론트 케이스(500)와 서로 대향하게 결합하여 상기 액정 표시 장치를 완성한다.The
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 점광원을 둘러싸는 렌즈의 계면을 출사각에 따라 여러 개로 분할한다. 상기 분할된 각 계면의 형상은 휘도의 균일성 및 컬러 믹싱의 효율성을 증대시키기 위해 가공되며, 이때 상기 계면들은 이상적인 광 분포를 갖기 위해 정확히 계산된 형상으로 가공된다.As described above, according to the present invention, the interface of the lens surrounding the point light source is divided into several according to the emission angle. The shape of each of the divided interfaces is processed to increase the uniformity of luminance and the efficiency of color mixing, where the interfaces are processed into exactly calculated shapes to have an ideal light distribution.
그리하여, 상기 가공된 계면들을 통해 투과되는 광들의 분포는 일정 영역에서 휘도의 균일성 및 컬러 믹싱의 효율성이 높은 특성을 가질 수 있다. Thus, the distribution of the light transmitted through the processed interfaces may have high uniformity of luminance and high efficiency of color mixing in a predetermined region.
특히, 사각형 칩 형태의 발광 다이오드를 사용할 경우에, 상기 휘도의 균일성 및 컬러 믹싱의 효율성이 뛰어나도록 최적화된 광원 유닛을 제공할 수 있다. In particular, when using a light emitting diode in the form of a square chip, it is possible to provide a light source unit optimized to have excellent luminance uniformity and color mixing efficiency.
이상에서는 실시예를 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.Although described above with reference to the embodiments, those skilled in the art can be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. I can understand.
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