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KR20140129749A - 광원 유닛 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

광원 유닛 및 이를 포함하는 표시 장치 Download PDF

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KR20140129749A
KR20140129749A KR20130048440A KR20130048440A KR20140129749A KR 20140129749 A KR20140129749 A KR 20140129749A KR 20130048440 A KR20130048440 A KR 20130048440A KR 20130048440 A KR20130048440 A KR 20130048440A KR 20140129749 A KR20140129749 A KR 20140129749A
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KR
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light emitting
light source
incident
condition
Prior art date
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KR20130048440A
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Inventor
박헌용
지원수
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삼성전자주식회사
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Publication date
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Priority to US14/245,123 priority patent/US20140320781A1/en
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Abstract

본 발명의 일 실시 형태에 따른 광원 유닛은, 빛을 방출하는 발광소자; 및 상기 빛이 입사되는 입사면을 갖는 제1면 및 상기 입사면을 통해 입사된 상기 빛을 외부로 방출하는 제2면을 갖는 광학소자를 포함하며, 상기 제1면은 상기 제2면을 향해 함몰되어 상기 입사면을 형성하는 리세스를 가지며, 상기 제2면은 상기 제1면의 가장자리로부터 돔 형태로 돌출되되 중심이 상기 평면부를 향해 함몰된 오목부를 가지며, 상기 입사면은 상기 리세스의 정점을 이루는 평면부 및 상기 평면부로부터 상기 제1면까지 연장되어 개구를 형성하는 곡면부를 포함한다.

Description

광원 유닛 및 이를 포함하는 표시 장치{LIGHT SOURCE UNIT AND DISPLAY DEVICE HAVING THE SAME}
본 발명은 광원 유닛 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치에 사용되는 백라이트 장치는 광원으로 통상 CCFL이나 EEFL 등과 같은 여러 개의 형광등 램프를 사용해오고 있다. 최근에는 발광 다이오드가 친환경적이고, 수명이 길다는 장점이 있어서 차세대 백라이트 장치의 광원으로 주목받고 있다.
발광 다이오드는 120° 정도의 지향각을 가지기 때문에 광지향각을 구현하기 위해 다양한 형태의 렌즈가 적용되고 있다. 그러나, 종래의 렌즈는 발광 다이오드에서 방출되는 빛을 지나치게 측방향으로 확산시키기 때문에 발광 다이오드의 상부로 출사되는 광량이 감소하게 되어 명암차가 발생하게 되며, 따라서 균일한 면상 조명을 공급하지 못하는 문제가 있다.
이에, 당 기술분야에서는 광지향각을 구현하면서 휘도 균일도를 향상시키기 위한 방안이 요구된다.
다만, 본 발명의 목적은 이에만 제한되는 것은 아니며, 명시적으로 언급하지 않더라도 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 이에 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 광원 유닛은,
빛을 방출하는 발광소자; 및 상기 빛이 입사되는 입사면을 갖는 제1면 및 상기 입사면을 통해 입사된 상기 빛을 외부로 방출하는 제2면을 갖는 광학소자를 포함하며, 상기 제1면은 상기 제2면을 향해 함몰되어 상기 입사면을 형성하는 리세스를 가지며, 상기 제2면은 상기 제1면의 가장자리로부터 돔 형태로 돌출되되 중심이 상기 평면부를 향해 함몰된 오목부를 가지며, 상기 입사면은 상기 리세스의 정점을 이루는 평면부 및 상기 평면부로부터 상기 제1면까지 연장되어 개구를 형성하는 곡면부를 포함할 수 있다.
상기 평면부는 상기 발광소자로부터 출사되는 광 중 상기 발광소자의 광축을 기준으로 10°의 각도로 출사되는 광과 교차하는 지점에서 상기 곡면부와 연결될 수 있다.
상기 입사면의 형상은 다음의 조건1 및 조건2를 만족할 수 있다.
조건1: θ ≤ 10°의 범위에서 θ의 증가에 따라 R의 길이는 증가함.
조건2: θ > 10°의 범위에서 θ의 증가에 따라 R의 길이는 감소함.
여기서, 상기 광축과 상기 발광소자의 발광면의 교점을 기준점 'O'으로 할 경우, 'R'은 상기 기준점과 상기 입사면의 임의의 점을 연결하는 직선, 'θ'는 상기 직선 'R'과 상기 광축이 이루는 각이다.
상기 제2면의 형상은 다음의 조건3 및 조건4를 만족할 수 있다.
조건3: 상기 발광소자의 광축을 기준으로 대략 10°미만의 각도 범위에서 θ2/θ1의 값은 θ1의 증가에 따라 증가함.
조건4: 상기 발광소자의 광축을 기준으로 대략 10°이상의 각도 범위에서 θ2/θ1의 값은 θ1의 증가에 따라 감소함.
여기서, 'θ1'은 상기 발광소자로부터 출사되는 임의의 광의 출사각이고, 'θ2'는 상기 출사각을 갖는 광이 상기 제2면으로부터 외부로 출사되는 출사각이다.
상기 제1면은 중앙의 개구와 상기 제2면과 연결되는 가장자리 사이의 부분이 상기 발광소자를 향해 볼록한 곡면을 가질 수 있다.
상기 제1면에는 상기 발광소자를 수용하는 체결 홈이 더 형성될 수 있다.
상기 평면부에는 프레넬 패턴이 더 형성될 수 있다.
상기 광학소자는 복수개가 각각 열과 행 방향으로 배열되어 일체를 이룰 수 있다.
상기 광학소자는 상기 제1면 및 제2면 중 적어도 어느 하나의 표면에 형성된 요철 구조를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 표시 장치는,
복수의 광원 유닛; 상기 복수의 광원 유닛이 장착된 하우징; 및 상기 복수의 광원 유닛 상에 배치되어 상기 복수의 광원 유닛에서 출사되는 광을 수광하는 액정 디스플레이;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 광지향각을 구현하면서 휘도 균일도를 향상시킬 수 있는 광원 유닛 및 이를 포함하는 표시 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광원 유닛을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 단면도이다.
도 3은 도 1의 광원 유닛에서 발광소자를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 1의 광원 유닛에서 광학소자의 입사면을 확대하여 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 1의 광원 유닛에서 광학소자의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 θ2/θ1와 θ1 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 광의 강도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 광원 유닛을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 광원 유닛을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 표시 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 12a 및 도 12b는 도 11에서 광학 소자가 배열된 상태를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광원 유닛을 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광원 유닛을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 단면도이며, 도 3은 도 1의 광원 유닛에서 발광소자를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 4는 도 1의 광원 유닛에서 광학소자의 입사면을 확대하여 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 5는 도 1의 광원 유닛에서 광학소자의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2에서 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 광원 유닛(10)은 빛을 방출하는 발광소자(100), 상기 발광소자(100) 상에 배치되는 광학소자(200)를 포함할 수 있다.
발광소자(100)는 외부에서 인가되는 전원에 의해 소정 파장의 광을 발생시키는 광전 소자라면 어느 것이나 이용 가능하며, 대표적으로 성장 기판 상에 반도체층을 에피텍셜 성장시킨 반도체 발광다이오드(LED)를 포함할 수 있다. 상기 발광소자(100)는 함유되는 물질에 따라서 적색 광, 녹색 광 또는 청색 광을 발광할 수 있으며, 백색 광을 발광할 수도 있다.
이에 한정하는 것은 아니나, 예를 들면, 도 3에서 도시하는 바와 같이, 상기 발광소자(100)는 n형 반도체층(101) 및 p형 반도체층(102)과 이들 사이에 배치되는 활성층(103)의 적층 구조를 가질 수 있다. 또한, 여기서 상기 활성층(103)은 단일 또는 다중 양자우물구조로 이루어진 InxAlyGa1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)을 포함하는 질화물 반도체로 구성될 수 있다.
상기 발광소자(100)는 상기 적층 구조로 이루어진 발광다이오드 칩(110)을 내부에 구비하는 몸체(120)를 포함하는 패키지 구조를 가질 수 있다. 상기 몸체(120)는 상기 발광다이오드 칩(110)이 실장되어 지지되는 베이스 부재에 해당하며, 광 반사율이 높은 백색 성형 복합재(molding compound)로 이루어질 수 있다. 이는 발광다이오드 칩(110)에서 방출되는 광을 반사시켜 외부로 방출되는 광량을 증가시키는 효과가 있다. 이러한 백색 성형 복합재는 고 내열성의 열경화성 수지 계열 또는 실리콘 수지 계열을 포함할 수 있다. 또한, 열 가소성 수지 계열에 백색 안료 및 충진제, 경화제, 이형제, 산화방지제, 접착력 향상제 등이 첨가될 수 있다. 또한, FR-4, CEM-3, 에폭시 재질 또는 세라믹 재질 등으로도 이루어질 수 있다. 또한, 알루미늄(Al)과 같은 금속 재질로 이루어지는 것도 가능하다.
상기 몸체(120)에는 외부 전원과의 전기적 연결을 위한 리드 프레임(121)이 구비될 수 있다. 상기 리드 프레임(121)은 전기 전도성이 우수한 재질, 예를 들어, 알루미늄, 구리 등의 금속 재질로 이루어질 수 있다. 만일, 상기 몸체(121)가 금속 재질로 이루어지는 경우에는 상기 몸체(120)와 상기 리드 프레임(121) 사이에는 절연 물질이 개재될 수 있다.
또한, 상기 발광다이오드 칩(110)은 상기 몸체(120) 상에 형성되는 봉지재(130)에 의해 밀봉될 수 있다.
본 실시 형태에서는 상기 발광소자(100)가 상기 발광다이오드 칩(110)이 내부에 구비된 몸체(120)로 이루어지는 패키지 단품인 것을 예시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 발광소자(100)는 상기 발광다이오드 칩(110) 자체일 수 있다.
광학소자(200)는 상기 발광소자(100) 상에 배치되어 상기 발광소자(100)에서 방출되어 외부로 조사되는 광의 지향각을 조절할 수 있다. 상기 광학소자(200)는 상기 광을 확산시켜 광지향각을 구현하는 광지향각 렌즈를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 '상부', '하부', '상면', '하면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 광학소자(200)가 배치되는 방향에 따라 그 용어는 달라질 수 있을 것이다.
상기 광학소자(200)는 투광성을 갖는 수지 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 아크릴(acrylic) 등을 포함할 수 있다. 또한, 글라스 재질로 이루어질 수도 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 광학소자(200)는 유동성의 용제를 성형틀에 주입하여 고형화하는 방식으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 인젝션 몰딩(injection molding), 트랜스퍼 몰딩(transfer molding), 컴프레션 몰딩(compression molding) 등의 방식이 포함될 수 있다.
상기 광학소자(200)에는 광분산 물질이 대략 3% 내지 15% 사이의 범위 내에서 함유될 수 있다. 상기 광분산 물질로는, 예를 들어, SiO2, TiO2 및 Al2O3로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 광분산 물질이 3%보다 적게 함유되는 경우에는 광이 충분히 분산되지 않아 광분산 효과를 기대할 수 없다는 문제가 발생한다. 그리고, 광분산 물질이 15% 이상 함유되는 경우에는 상기 광학소자(200)를 통해 외부로 방출되는 광량이 감소하게 되어 광추출 효율이 저하되는 문제가 발생한다.
상기 광학소자(200)는 상기 발광소자(100)의 광이 입사되는 입사면(210)을 갖는 제1면(201) 및 상기 입사면(210)을 통해 입사된 상기 광을 외부로 방출하는 제2면(202)을 포함할 수 있다.
상기 제1면(201)은 상기 발광소자(100)와 마주하는 면으로 상기 광학소자(200)의 바닥면에 해당되며, 평평한 원 형상의 구조를 가질 수 있다. 상기 제1면(201)의 중앙에는 상기 제2면(202)을 향해 함몰되는 리세스(220)가 형성될 수 있다.
상기 리세스(220)는 상기 광학소자(200)의 중심을 관통하는 광축(Z)에 대해 대칭을 이루는 구조를 가지며, 그 표면은 상기 발광소자(100)의 광이 입사되는 상기 입사면(210)으로 정의될 수 있다. 도면에서 도시하는 바와 같이, 상기 리세스(220)는 상기 발광소자(100)를 커버하는 형태로 상기 발광소자(100)와 마주하여 배치될 수 있으며, 상기 발광소자(100)에서 발생된 광은 상기 입사면(210)을 통과하여 상기 광학소자(200) 내부로 들어가게 된다. 상기 리세스(220)는, 예를 들어, 공기로 채워질 수 있다.
상기 입사면(210)은 상기 리세스(220)의 정점을 이루는 평면부(211) 및 상기 평면부(211)로부터 상기 제1면(201)까지 하향 연장되어 개구를 형성하는 곡면부(212)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 리세스(220)는 상기 개구를 통해 상기 제1면(201)으로부터 외부로 노출될 수 있다.
상기 평면부(211)는 상기 광축(Z)에 수직한 소정 크기를 갖는 원형 형상의 영역에 해당하며, 그 가장자리는 상기 발광소자(100)로부터 출사되는 광 중 상기 발광소자(100)의 광축(Z)을 기준으로 대략 10°의 각도(θ)로 출사되는 광(L0)과 교차하는 지점(P0)에서 상기 곡면부(212)와 연결될 수 있다. 즉, 상기 평면부(211)는 상기 광축(Z)으로부터 상기 교차 지점(P0)까지의 수평 거리를 반지름으로 하는 면적을 가질 수 있다. 그리고, 상기 평면부(211)와 상기 곡면부(212)가 만나는 상기 교차 지점(P0)은 변곡점으로 이해될 수 있다.
도 4에서 도시하는 바와 같이, 상기 평면부(211)와 곡면부(212)를 갖는 입사면(210)의 형상은 다음의 조건1 및 조건2를 만족하는 구조로 형성될 수 있다.
조건1: 0°≤θ≤ 10°의 범위에서 θ의 증가에 따라 R의 길이는 증가함.
조건2: θ > 10°의 범위에서 θ의 증가에 따라 R의 길이는 감소함.
여기서, 상기 광축과 상기 발광소자의 발광면의 교점을 기준점 'O'으로 할 경우, 'R'은 상기 기준점과 상기 입사면의 임의의 점을 연결하는 직선, 'θ'는 상기 직선 'R'과 상기 광축이 이루는 각을 의미한다.
즉, θ=0°인 경우를 기준으로 R의 길이는 대략 ±10°의 범위 내에서 θ가 증가함에 따라 증가하고, 그 이외의 각도 범위에서는 θ가 증가함에 따라 감소하는 구조를 가질 수 있다.
상기 평면부(211)에는 요철 형태의 프레넬 패턴(Fresnel pattern)(211a)이 더 형성될 수 있다. 상기 프레넬 패턴(211a)은 상기 평면부(211)에 양각 또는 음각 형태로 형성될 수 있다.
한편, 상기 제2면(202)은 상기 입사면(210)을 통해 상기 광학소자(200) 내부로 들어온 광이 외부로 방출되는 광출사면으로 상기 광학소자(200)의 상면에 해당되며, 상기 제1면(201)의 가장자리로부터 상부 방향으로 돔 형태로 돌출되되 중심이 상기 평면부(211)를 향해 함몰된 오목부(230)를 가지는 구조로 형성될 수 있다.
도 5에서 도시하는 바와 같이, 상기 제2면(202)의 형상은 다음의 조건3 및 조건4를 만족하는 구조로 형성될 수 있다.
조건3: 상기 발광소자의 광축을 기준으로 대략 10°미만의 각도 범위에서 θ2/θ1의 값은 θ1의 증가에 따라 증가함.
조건4: 상기 발광소자의 광축을 기준으로 대략 10°이상의 각도 범위에서 θ2/θ1의 값은 θ1의 증가에 따라 감소함.
여기서, θ1은 상기 발광소자로부터 출사되는 임의의 광의 출사각이고, θ2는 상기 출사각을 갖는 광이 상기 제2면으로부터 외부로 출사되는 출사각을 의미한다.
상기 조건1 내지 조건4를 만족하는 일 실시 형태에 따른 광학소자를 비교예에 따른 광학소자와 비교하였다.
본 실시 형태에 따른 광학소자는 D=15.5mm, H=4.125mm, d1=1mm, d2=3mm, h=2.8mm로 설정될 수 있다. 비교예의 경우, D=15.5mm, H=4.346mm, d2=3mm로 설정되며, d1이 없는 구조, 즉, 리세스의 형상이 본 실시 형태와 같이 평면부를 가지지 않는 원추형의 포탄형 구조를 가진다. 따라서, 비교예는 조건1 내지 조건4와 무관하며, θ=0°인 경우를 기준으로 R의 길이는 θ가 증가함에 따라 감소만하는 구조를 가진다.
도 6은 θ2/θ1와 θ1 사이의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 6a에서 도시하는 바와 같이, 비교예에서는 θ1이 증가함에 따라서 θ2/θ1이 계속해서 감소하는 것을 나타내고 있다. 반면, 도 6b에서와 같이, 본 실시 형태에서는 대략 10°를 기준으로 θ1이 대략 10°보다 작은 범위에서는 θ1이 증가함에 따라 θ2/θ1이 증가하고, 대략 10°이상의 범위에서는 θ1이 증가함에 따라 θ2/θ1이 감소하는 것을 나타내고 있다.
도 7에서는 강도 분포를 비교하여 나타내고 있다. 광학소자의 중심인 광축(Z)에 인접한 영역에서 빛의 강도가 저하되는 비교예와 달리, 본 실시예에서는 강도가 증가됨을 확인할 수 있다.
즉, 광지향각을 구현하는 비교예에 따른 렌즈의 경우 광이 지나치게 측방향으로 확산됨에 따라 상대적으로 광축 부분에서 광량이 저하됨을 나타내며, 따라서 전체적으로 휘도가 균일하지 못한 현상이 발생함을 예상할 수 있다. 그러나, 본 실시예에 따르면 광축 부분에서 광량 저하가 발생하지 않아 휘도 균일도가 향상되는 효과를 기대할 수 있다. 이는 평면부(211)에 의해 광축(Z) 부분에서 광이 굴절되는 정도가 비교예에 따른 원추형 구조에 비해 상대적으로 작기 때문이다.
한편, 상기 제1면(201) 및 제2면(202) 중 적어도 어느 하나의 표면에는 표면 거칠기를 정의하는 요철 구조가 그 표면을 따라 형성될 수 있다. 상기 요철 구조는 대략 25 ~ 300㎛ 정도의 미세한 크기를 가질 수 있다. 상기 요철 구조는 상기 제1면(201) 중 상기 입사면(210)의 표면, 상기 오목부(230)를 포함한 상기 제2면(202) 전체에 형성될 수 있으며, 빛을 난반사시켜 광 균일도를 향상시킬 수 있다.
상기 요철 구조는, 예를 들어 샌딩(sanding), 화학적 부식 처리 등을 통해 형성될 수 있다.
도 8에서는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 광원 유닛을 개략적으로 나타내고 있다. 도 8에서 도시하는 실시 형태에 따른 광원 유닛을 구성하는 구성은 상기 도 1 내지 도 5에 도시된 실시 형태와 기본적인 구조는 실질적으로 동일하다. 다만, 광학소자의 구조가 상기 도 1 내지 도 5에 도시된 실시 형태와 다르기 때문에 이하에서는 앞서 설명한 실시 형태와 중복되는 부분에 관한 설명은 생략하고 광학소자에 관한 구성을 위주로 설명한다.
도 8에서 도시하는 바와 같이, 상기 광학소자(200')는 상기 발광소자(100)의 빛이 입사되는 입사면(210)을 갖는 제1면(201') 및 상기 입사면(210)을 통해 입사된 상기 빛을 외부로 방출하는 제2면(202)을 포함할 수 있다.
상기 발광소자(100)와 마주하는 상기 제1면(201')은 상기 발광소자(100)를 향해 하향 돌출된 형태의 볼록한 곡면을 가질 수 있다. 그리고, 상기 제1면(201')의 중앙에는 상기 제2면(202)을 향해 함몰되는 상기 리세스(220)가 형성될 수 있다. 즉, 평평한 형상을 갖는 상기 도 1의 실시 형태와 달리 본 실시 형태에 따는 제1면(201')은 돔 형상의 완만한 곡면을 가지는 점에서 차이가 있다. 구체적으로, 상기 제1면(201')은 상기 리세스(220)가 노출되는 개구와 상기 제1면(201')이 상기 제2면(202)과 연결되는 가장자리 사이의 부분이 상기 발광소자(100)를 향해 볼록한 곡면을 가질 수 있다.
상기 제1면(201')과 상기 제2면(202)이 연결되는 지점(P1)은 상기 광학소자(200')의 지름을 정의하는 테두리 부분에 해당하며, 상기 평면부(211)와 동일한 수평 레벨에 위치할 수 있다. 즉, 상기 연결 지점(P1)을 잇는 직선은 상기 평면부(211)와 중첩될 수 있다.
상기 제2면(202)은 상기 리세스(220)의 상기 입사면(210)을 통해 상기 광학소자(200') 내부로 들어온 광이 외부로 방출되는 광출사면으로 상기 광학소자(200')의 상면에 해당되며, 상기 제1면(201')의 가장자리로부터 돔 형태로 돌출되되 중심이 상기 평면부(211)를 향해 함몰된 오목부(230)를 가지는 구조로 형성될 수 있다.
상기 제2면(202)의 구체적인 구조 및 상기 제2면(202)의 형상에 대한 조건3 및 조건4는 상기 도 1의 실시 형태와 실질적으로 동일하므로, 본 실시 형태에서는 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
이와 같이, 제1면(201')이 광축을 기준으로 대칭을 이루며 전체적으로 돔 형상의 볼록한 곡면을 가지는 구조는 일종의 반사면으로서 기능을 할 수 있다. 일반적으로, 발광소자(100)에서 발생되는 광의 대부분은 상기 광학소자(200')를 통과하여 외부로 출사되지만 일부는 반사 등에 의해 제1면(201') 방향을 향해 진행하는 현상이 발생한다. 이러한 일부의 광을 제1면(201')에서 재반사 시켜 제2면(202)을 통해 외부로 출사되도록 함으로써 광량이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 제1면(201')은 볼록한 곡면을 가지기 때문에 광은 제2면(202) 중 광축(Z) 부분으로 반사되어 광축 부분에서의 광량을 증가시킬 수 있다.
도 9 및 도 10에서는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 광원 유닛을 개략적으로 나타내고 있다. 도 9 및 도 10에서 도시하는 실시 형태에 따른 광원 유닛을 구성하는 구성은 상기 도 1 내지 도 8에 도시된 실시 형태와 기본적인 구조는 실질적으로 동일하다. 다만, 광학소자의 구조가 상기 도 1 내지 도 8에 도시된 실시 형태와 다르기 때문에 이하에서는 앞서 설명한 실시 형태와 중복되는 부분에 관한 설명은 생략하고 광학소자에 관한 구성을 위주로 설명한다.
도 9 및 도 10에서 도시하는 바와 같이, 상기 광학소자(200'', 200''')는 상기 발광소자(100)의 광이 입사되는 입사면(210)을 갖는 제1면(201) 및 상기 입사면(210)을 통해 입사된 상기 광을 외부로 방출하는 제2면(202)을 포함할 수 있다.
상기 발광소자(100)와 마주하는 상기 제1면(201, 201')에는 상기 발광소자(100)를 수용하는 체결 홈(240)이 형성될 수 있다.
도 9a 및 도 9b에서 도시하는 바와 같이, 상기 체결 홈(240)은 상기 제1면(201, 201')과 상기 개구의 가장자리 사이에 함몰된 단차 구조로 형성될 수 있다. 상기 체결 홈(240)은 상기 발광소자(100)와 대응되는 형상을 갖도록 형성될 수 있으며, 상기 광학소자(200'', 200''')를 조립하는데 있어서 상기 발광소자(100)가 상기 체결 홈(240)에 들어맞도록 한다. 즉, 상기 광학소자(200'', 200''')의 위치를 안내하는 역할을 할 수 있으며, 따라서, 상기 광학소자를 장착하는데 있어서 조립 정밀도를 개선하여 보다 균일도 있는 광지향각 품질을 확보할 수 있다.
또한, 도 10a 및 도 10b에서 도시하는 바와 같이, 상기 체결 홈(240)은 상기 제1면(201, 201')과 상기 개구의 가장자리 사이에 돌출된 돌출부(241)를 구비하는 단차 구조로도 형성될 수 있다.
도 11을 참조하여, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 표시 장치를 설명한다. 도 11은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 표시 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 11에서 도시하는 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 표시 장치(1)는 복수의 광원 유닛(10), 상기 복수의 광원 유닛이 장착된 하우징(20), 상기 복수의 광원 유닛(10) 상에 배치되어 상기 복수의 광원 유닛(10)에서 출사되는 광을 수광하는 액정 디스플레이(30)를 포함할 수 있다.
상기 광원 유닛(10)은 빛을 방출하는 발광소자(100), 상기 발광소자(100) 상에 배치되는 광학소자(200)를 포함한다. 그리고, 상기 광원 유닛(10)은 복수개가 도 12a 및 도 12b에서와 같이 가로 방향 및 세로 방향으로 배열되어 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 즉, 복수의 발광소자(100)는 상호 소정 간격으로 이격되어 배열될 수 있으며, 상기 광학소자(200)는 상기 발광소자(100)의 위치에 대응하여 그 상부에 각각 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 복수의 광학소자(200)는 각각 열과 행 방향으로 배열되어 일체를 이루는 단일 구조로 형성될 수 있다. 물론, 상기 발광소자(100)와 같이 개별 소자로 형성하여 마련해두고, 각각의 발광소자(100) 상에 배치되도록 조립할 수도 있다.
상기 광원 유닛(200)은 상기 복수의 발광소자(100)를 실장하는 기판을 더 포함할 수 있다.
상기 하우징(20)은 상기 광원 유닛(10)이 장착되는 프레임 부재의 일종이며, 예를 들어, 백라이트 유닛을 구성하는 바텀 샤시를 포함할 수 있다. 상기 광원 유닛(10)이 장착되는 면에는 상기 광원 유닛(10)의 발광소자(100)를 전기적으로 연결시키는 회로 배선이 구비될 수 있다.
상기 액정 디스플레이(30)는 상기 광원 유닛(10) 상에 배치되어 상기 광원 유닛(10)에서 출사되는 광을 수광한다. 그리고, 상기 액정 디스플레이(30)와 상기 광원 유닛(10) 사이에는 상기 광원 유닛(10)의 광을 보다 균일하게 확산 및 분산시키는 광학 시트가 더 개재될 수 있다. 상기 광학 시트는 적어도 한 층 이상의 프리즘 시트(40)를 포함할 수 있다.
도 13을 참조하여, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치(1')를 설명한다. 도 13은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 13에서 도시하는 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치(1')는 실내용 장식등, 차량용 헤드라이트와 같은 램프를 포함할 수 있다. 본 실시 형태에 따른 조명 장치(1')는 히트 싱크에 해당하는 램프 본체(50), 상기 램프 본체(50) 상에 장착되는 광원 유닛(10)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 램프 본체(50)는 상기 광원 유닛(10)에서 발생되는 열을 외부로 방출하기 위해 방열 효율이 우수한 재질로 이루어질 수 있으며, 표면에는 복수의 방열핀(51)이 돌출되어 형성될 수 있다. 그리고, 상기 램프 본체(50)의 일단에는 외부 전원, 예를 들어 소켓에 체결되어 전원을 공급받는 단자부(52)가 구비될 수 있다.
상기 광원 유닛(10)은 복수의 발광소자(100)와 상기 발광소자(100) 상에 배치되는 복수의 광학소자(200)를 포함하며, 상기 발광소자(100)가 실장되는 기판을 더 포함할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
1... 표시 장치 1'... 조명 장치
10... 광원 유닛 20... 하우징
30... 액정 디스플레이 40... 프리즘 시트
50... 램프 본체 100... 발광소자
110... 발광다이오드 칩 120... 몸체
121... 리드 프레임 130... 봉지재
200... 광학소자 201... 제1면
202... 제2면 210... 입사면
211... 평면부 212... 곡면부
220... 리세스 230... 오목부
240... 체결 홈

Claims (10)

  1. 빛을 방출하는 발광소자; 및
    상기 빛이 입사되는 입사면을 갖는 제1면 및 상기 입사면을 통해 입사된 상기 빛을 외부로 방출하는 제2면을 갖는 광학소자를 포함하며,
    상기 제1면은 상기 제2면을 향해 함몰되어 상기 입사면을 형성하는 리세스를 가지며, 상기 제2면은 상기 제1면의 가장자리로부터 돔 형태로 돌출되되 중심이 상기 평면부를 향해 함몰된 오목부를 가지며,
    상기 입사면은 상기 리세스의 정점을 이루는 평면부 및 상기 평면부로부터 상기 제1면까지 연장되어 개구를 형성하는 곡면부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 평면부는 상기 발광소자로부터 출사되는 광 중 상기 발광소자의 광축을 기준으로 대략 10°의 각도로 출사되는 광과 교차하는 지점에서 상기 곡면부와 연결되는 것을 특징으로 하는 광원 유닛.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 입사면의 형상은 다음의 조건1 및 조건2를 만족하는 것을 특징으로 하는 광원 유닛.
    조건1: θ ≤ 10°의 범위에서 θ의 증가에 따라 R의 길이는 증가함.
    조건2: θ > 10°의 범위에서 θ의 증가에 따라 R의 길이는 감소함.
    여기서, 상기 광축과 상기 발광소자의 발광면의 교점을 기준점 'O'으로 할 경우, 'R'은 상기 기준점과 상기 입사면의 임의의 점을 연결하는 직선, 'θ'는 상기 직선 'R'과 상기 광축이 이루는 각임.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2면의 형상은 다음의 조건3 및 조건4를 만족하는 것을 특징으로 하는 광원 유닛.
    조건3: 상기 발광소자의 광축을 기준으로 10°미만의 각도 범위에서 θ2/θ1의 값은 θ1의 증가에 따라 증가함.
    조건4: 상기 발광소자의 광축을 기준으로 10°이상의 각도 범위에서 θ2/θ1의 값은 θ1의 증가에 따라 감소함.
    여기서, 'θ1'은 상기 발광소자로부터 출사되는 임의의 광의 출사각이고, 'θ2'는 상기 출사각을 갖는 광이 상기 제2면으로부터 외부로 출사되는 출사각임.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1면은 중앙의 개구와 상기 제2면과 연결되는 가장자리 사이의 부분이 상기 발광소자를 향해 볼록한 곡면을 가지는 것을 특징으로 하는 광원 유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1면에는 상기 발광소자를 수용하는 체결 홈이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광원 유닛.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 평면부에는 프레넬 패턴이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광원 유닛.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광학소자는 복수개가 각각 열과 행 방향으로 배열되어 일체를 이루는 것을 특징으로 하는 광원 유닛.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광학소자는 상기 제1면 및 제2면 중 적어도 어느 하나의 표면에 형성된 요철 구조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 유닛.
  10. 복수의 광원 유닛;
    상기 복수의 광원 유닛이 장착된 하우징; 및
    상기 복수의 광원 유닛 상에 배치되어 상기 복수의 광원 유닛에서 출사되는 광을 수광하는 액정 디스플레이;를 포함하며,
    상기 광원 유닛은 상기 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 광원 유닛인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
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