광학 렌즈, 이를 구비하는 광학 모듈 및 이를 구비하는백라이트 유닛 document_id A220623029799

본 발명은 액정 표시장치에 채용되는 백라이트 유닛에 관한 것으로, 보다 구체적으로 점광원으로부터 입사된 광을 굴절시켜 출사하기 위한 광학 렌즈, 이를 구비하는 광학 모듈 및 이를 구비하는 백라이트 유닛에 관한 것이다. 정보화 기술이 발달함에 따라 사용자와 정보간의 연결 매체인 표시장치의 시장이 커지고 있다. 이에 따라, 액정 표시장치(Liquid Crystal Display: LCD), 유기전계 발광소자(Organic Light Emitting Diodes: OLED) 및 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel: PDP) 등과 같은 평판 표시장치(Flat Panel Display: FPD)의 사용이 증가하고 있다. 그 중 고해상도를 구현할 수 있고 소형화뿐만 아니라 대형화가 가능한 액정 표시장치가 널리 사용되고 있다. 액정 표시장치는, 일반적으로, 액정의 전기 광학 특성을 이용하여 화상을 표시한다. 이를 위해, 액정 표시장치는 액정 패널 및 백라이트 유닛을 포함한다. 액정 패널은 백라이트 유닛으로부터 제공되는 광을 사용하여 화상을 표시한다. 백라이트 유닛은 액정 패널의 하부에 배치되어 액정 패널에 광을 제공한다. 이러한 백라이트 유닛은 광원의 배치에 따라 에지(edge)형 및 직하형으로 구분될 수 있다. 에지형 백라이트 유닛은 액정 패널의 측면에 인접하여 광원을 배치시킨 백라이트 유닛을 말한다. 에지형 백라이트 유닛에서 광원으로부터 출사된 광은 액정 패널의 배면에 배치된 도광판에 의해 가이드된 후, 액정 패널에 제공된다. 에지형 백라이트 유닛은 박형화에 상대적으로 유리하여 중소형의 액정 표시장치에 주로 사용된다. 직하형 백라이트 유닛은 액정 패널의 배면에 적어도 1개의 광원을 배치시킨 백라이트 유닛을 말한다. 직하형 백라이트 유닛에서는 상술한 바와 같이, 광원이 액정 패널의 배면에 배치되므로 광원으로부터 출사된 광은 도광판의 도움 없이 액정 패널에 직접 제공된다. 이때, 직하형 백라이트 유닛은 광원의 형상이 액정 패널을 통해 보이는 것을 방지하기 위해 액정 패널의 배면에 배치된 확산판을 구비한다. 직하형 백라이트 유닛은 에지형 백라이트 유닛에 비해 상대적으로 많은 광원을 사용할 수 있어서, 고휘도를 요구하는 대형의 액정 표시장치에 주로 사용된다. 한편, 종래에는 에지형 및 직하형 백라이트 유닛 각각이 구비하는 광원으로 안정적인 조도 및 광도 특성을 가지며 백색광을 출사하는 냉음극관 형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp: CCFL)를 주로 사용하였다. 그러나, 냉음극관 형광램프는 박형화에 한계가 있으며, 높은 소비 전력을 요구할 뿐만 아니라 색재현성이 떨어진다라는 문제점이 있다. 이에, 최근에는 에지형 및 직하형 백라이트 유닛 각각이 구비하는 광원으로 점광원을 사용하는 추세이다. 여기서, 점광원은, 예를 들어, 적색/녹색/청색 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)를 포함할 수 있다. 이때, 적색/녹색/청색 발광 다이오드 각각으로부터 출사된 단색광들은 액정 패널의 컬러 필터와 잘 매칭되므로 색재현성을 향상시킬 수 있다. 그러나, 상기 점광원으로부터 출사된 광은 직진성이 강하기 때문에, 점광원은 단독으로 사용되지 않고 점광원으로부터 출사된 광을 굴절시켜 출사하는 광학 렌즈와 함께 사용될 수 있다. 즉, 점광원 및 광학 렌즈가 하나의 패키지 형태로 구성될 수 있다. 상기 광학 렌즈에 대해 도 1을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 도 1은 종래의 광학 렌즈를 개략적으로 나타낸 사시도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 광학 렌즈(30)는 자신의 하부에 배치될 점광원으로부터 입사된 광을 대칭적으로 굴절시켜 출사한다. 여기서, 광학 렌즈(30)가 점광원으로부터 입사된 광을 대칭적으로 굴절시켜 출사하는 이유는 모든 방위각으로 상기 광을 출사하여 방위각에 따른 균일한 휘도 분포도를 확보하고자 하는데 있다. 이를 위해, 광학 렌즈(30)는 외부로 노출되도록 형성되며 상부가 역원뿔 형으로 파인 형태로 형성된 외부 곡면(40)을 포함할 수 있다. 이에 의해, 외부 곡면(40)은 외부 곡면(40)을 바라보는 방향에 따라 대칭적으로 형성된다. 즉, 광학 렌즈(30)를 수직으로 절단한 단면 상에서 보여지는 외부 곡면(40)의 형태는 광학 렌즈(30)를 수직으로 절단하기 위한 방향에 상관 없이 모두 동일할 수 있다. 도 2는 도 1에 도시된 광학 렌즈를 사용하여 색혼합도에 대해 시뮬레이션한 결과를 보여주는 도면이다. 그러나, 광학 렌즈(30)의 외부 곡면(40)이 대칭적으로 형성되면, 도 2에 도시된 바와 같이, 점광원, 예를 들어, 적색/녹색/청색 발광 다이오드 각각으로부터 출사된 단색광들의 색혼합도가 떨어지는 문제점이 발생한다. 이 때문에, 에지형 백라이트 유닛에서는 상기 광학 렌즈(30)와 인접한 도광판 입광부에서 휘도가 불균일할 수 있다라는 문제점이 있다. 에지형 백라이트 유닛에서는 상기 광학 렌즈(30)가 도광판 입광부와 인접하여 배치되므로 실질적으로 모든 방위각으로 출사되는 광이 불필요하게 된다. 이 때문에, 에지형 백라이트 유닛에서 광효율이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다. 한편, 직하형 백라이트 유닛에서는 색혼합도 향상을 위해 상기 광학 렌즈(30) 및 확산판 사이에 확산 부재를 추가적으로 배치하여야 하는 문제점이 있다. 이로 인해, 직하형 백라이트 유닛의 박형화를 달성하는 데 한계가 발생할 수 있다. 직하형 백라이트 유닛에서는 상기 점광원으로부터 출사된 광은 측면 경사지게 된다. 이 때문에, 직하형 백라이트 유닛에서는 상기 광을 수직으로 향하게 하기 위해 확산판의 헤이즈(haze)를 높여야 하는 문제점이 있다. 이로 인해, 직하형 백라이트 유닛에서 광효율이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.