KR101915816B1 - 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 디스플레이 패널 및 상기 디스플레이 패널의 후방에서 빛을 제공하기 위한 광원이 구비되는 백라이트 유닛을 포함하고, 상기 광원은, 투명 재질의 몸체부와, 상기 몸체부에 실장되는 발광칩과, 상기 발광칩을 감싸는 제 1 렌즈를 포함한다.

Description

디스플레이 장치{Display apparatus}
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 디스플레이 장치에 대한 요구도 다양한 형태로 증가하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display)등 여러 디스플레이 장치가 연구되어 사용되고 있다.
그 중 LCD의 액정 패널은 액정 패널은 액정층 및 상기 액정층을 사이에 두고 서로 대향하는 TFT 기판 및 컬러 필터 기판을 포함하며, 자체 발광력이 없어 백라이트 유닛으로부터 제공되는 광을 사용하여 화상을 표시할 수 있다.
상기 백라이트 유닛에 장착되는 광원은 발광 다이오드(LED:Light Emitting Diode) 칩 또는 적어도 하나의 발광 다이오드 칩이 구비된 발광 다이오드 패키지 중 하나일 수 있다.
한편, 광원을 구성하는 LED 패키지는 발광면이 향하는 방향에 따라, 탑 뷰(Top view) 방식과, 사이드 뷰(Side view) 방식으로 나뉠 수 있다.
일반적으로, 백라이트 유닛은 LED를 포함하는 광원과, 상기 광원으로부터 방출되는 빛을 디스플레이 패널 전체 면에 고르게 분산하기 위한 도광판으로 이루어진다. 상기 광원으로부터 방출되는 빛은 백라이트 유닛을 거치는 동안 상당 부분 손실이 일어난다. 더욱이, 디스플레이 패널 전후면에 위치한 편광판은 흡수형이므로 디스플레이 패널로 향하는 빛의 약 50%를 흡수한다. 따라서, 실제 디스플레이 모듈을 주시하는 시청자의 눈에는 광원으로부터 방출되는 빛의 약 10% 정도만 보게 된다. 이는, 곧 LCD 패널의 광이용 효율이 낮다는 것을 의미한다.
특히, LED 패키지를 구성하는 몸체부가 불투명한 재질로 이루어지며, 상기 몸체부에서 빛이 흡수되어 광효율이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 백라이트 유닛의 단점을 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 광원으로부터 방출되는 빛의 이용 효율을 극대화할 수 있는 광원 구조를 가진 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 LED 패키지의 구조를 개선함으로써, 광원인 LED 패키지로부터 방출되는 빛이 흡수되는 현상을 최소화하고, 발광면의 측면과 하면 및 상부로 빛이 방출되도록 함으로써, 광손실을 최소화하는 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, LED 패키지의 구조를 개선함으로써, 광원으로부터 방출되는 빛의 소실을 최소화함으로써 백라이트 유닛의 휘도를 증가시킴과 동시에 균일화하며, 전력 소모를 줄일 수 있는 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 디스플레이 패널 및 상기 디스플레이 패널의 후방에서 빛을 제공하기 위한 광원이 구비되는 백라이트 유닛을 포함하고, 상기 광원은, 투명 재질의 몸체부와, 상기 몸체부에 실장되는 발광칩과, 상기 발광칩을 감싸는 제 1 렌즈를 포함한다.
상기와 같은 구성을 이루는 디스플레이 장치에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, LED 패키지의 몸체부를 구성하는 재질로 투명한 물질을 사용함으로써, LED 칩으로부터 방출되는 빛이 몸체부에 흡수되지 않고 도광층 내부에서 확산되므로 광손실을 최소화하고, 광 효율을 극대화할 수 있는 장점이 있다.
둘째, LED 패키지의 몸체부가 투명 재질로 이루어짐으로써, 발광면의 측면과 하면 및 상부로 빛이 퍼져나갈 수 있으므로, 백라이트 유닛의 휘도를 증가시킬 뿐 아니라 휘도를 균일하게 하는 효과가 있다.
셋째, LED 패키지의 몸체부가 투명 재질로 이루어짐으로써 광효율이 증가하므로, 결과적으로 전력 소모량이 감소하게 되는 장점이 있다.
넷째, 광원으로부터 상측으로 방출되는 빛을 측방으로 가이드하는 2차 렌즈가 결합됨으로써, 백라이트 유닛의 휘도 균일화를 달성할 수 있는 장점이 있다.
다섯째, 상기 2차 렌즈의 상부에 차광층이 형성됨으로써, 핫스팟 현상을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
여섯째, 상기 2 차 렌즈의 상부에 차광층이 형성됨으로써, 백라이트 유닛의 상면에 별도의 차광층을 배치하는 공정이 생략 가능하며, 그에 따라 차광 필름 배치 과정에서 발생하는 공정 오차들을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치의 디스플레이 모듈을 보여주는 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광원의 구조를 보여주는 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광원에 차광층을 형성하는 과정을 보여주는 공정도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하도록 한다. 이하에서 설명되는 실시예는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 실시예의 기술적 범위를 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치의 디스플레이 모듈을 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 디스플레이 모듈(10)은, 디스플레이 패널(13)과, 광학 시트(12) 및 광원(20)이 구비되는 백라이트 유닛(11)을 포함한다.
상세히, 상기 디스플레이 패널(13)은, 서로 대향하여 균일한 셀 갭이 유지되도록 합착된 컬러 필터 기판 및 상기 컬러 필터 기판의 하측에 제공되는 TFT(Thin Film Transistor) 기판을 포함하고, 상기 두 개의 기판 사이에 액정층(미도시)이 형성될 수 있다.
컬러 필터 기판은 레드(R), 그린(G) 및 블루(B) 서브 픽셀로 이루어진 복수의 픽셀들을 포함하며, 광이 인가되는 경우 레드, 그린 또는 블루의 색에 해당하는 이미지를 발생시킬 수 있다.
한편, 상기 픽셀들은 레드, 그린 및 블루 서브 픽셀로 구성될 수 있으나, 레드, 그린, 블루 및 화이트(W) 서브 픽셀이 하나의 픽셀을 구성하는 등 반드시 이에 한정되는 것이 아니며, 다양한 조합으로 구성될 수 있다.
상기 TFT 기판은 스위칭 소자로서 화소 전극(미도시)을 스위칭할 수 있다. 예를 들어 공통 전극(미도시) 및 상기 화소 전극은 외부에서 인가되는 소정 전압에 따라 상기 액정층의 분자들의 배열을 변환시킬 수 있다.
상기 액정층은 복수의 액정 분자들로 이루어져 있고, 상기 액정 분자들은 상기 화소 전극과 상기 공통 전극 사이에 발생된 전압차에 상응하여 배열을 변화시킨다, 이에 의해, 백라이트 유닛(11)으로부터 제공되는 광은 상기 액정층의 분자 배열의 변화에 상응하여 컬러 필터 기판에 입사될 수 있다.
또한, 상기 디스플레이 패널은, 상기 TFT 기판의 저면에 제공되는 하부 편광판과, 상기 컬러 필터 기판의 상면에 안착되는 상부 편광판을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 백라이트 유닛(11)은 상기 디스플레이 패널(13)의 하측에 놓이는 광학 시트(12)를 더 포함할 수 있다.
상세히, 상기 광학 시트(12)는, 상기 광원(20)으로부터 상측으로 방출되는 빛을 분산시키는 확산판(121)과, 상기 확산판(121)에 의하여 분산된 빛을 모으는 프리즘 시트(122,123) 및 상기 프리즘 시트(122,123)에 의하여 집광된 빛을 다시 확산시키는 확산 시트(124)를 포함할 수 있다. 경우에 따라 상기 확산 시트(124)의 상면에 또는 상기 확산 시트(124) 대신 보호 시트가 놓일 수 있다.
더욱 상세히, 상기 확산판(121)에 의하여 상기 광원(20)으로부터 방출되는 빛이 부분적으로 밀집되는 핫스팟(hot spot)이 발생하지 않도록 한다. 그리고, 상기 확산판(121)은 상기 프리즘 시트(122,123) 쪽으로 진행하는 빛의 방향을 수직하게 일으켜 세우는 역할도 수행한다.
또한, 상기 프리즘 시트(122,123)는, 횡방향 주름면을 갖는 제 1 프리즘 시트(122)와, 종방향 주름면을 갖는 제 2 프리즘 시트(123)를 포함할 수 있다. 상기 제 1 프리즘 시트(122)는 상기 제 2 프리즘 시트(123) 쪽으로 진행하는 빛을 전후 방향에서 집광하고, 상기 제 2 프리즘 시트(123)는 상기 확산 시트(124) 쪽으로 진행하는 빛을 좌우 방향에서 집광한다. 따라서, 상기 확산판(121)으로부터 상기 확산 시트(124) 쪽으로 진행하는 빛을 일으켜 세워 수직하게 진행될 수 있도록 한다. 그리고, 빛이 상기 확산 시트(124)를 통과하면서 상기 디스플레이 패널(13)의 전 표면에 대하여 균일하게 분포하게 됨으로써, 휘도가 균일하게 형성될 뿐 아니라 휘도가 향상되는 결과를 가져온다.
한편, 상기 백라이트 유닛(11)은, PCB 기판으로 이루어지는 제 1 층(111)과, 상기 제 1 층(111)의 상면에 실장되는 복수의 광원들(20)과, 상기 제 1 층(111)의 상면에 놓이는 제 2 층(112) 및 상기 제 2 층(112)의 상면에 놓이는 도광층(113)을 포함한다.
상세히, 상기 도광층(113)은 상기 광원(20)을 감싸는 형태로 제공된다. 상기 도광층(113)은 상기 광원(20)으로부터 방출되는 광을 상기 디스플레이 패널 쪽으로 투과시킴과 동시에 확산시켜, 광원(20)으로부터 방출되는 광이 균일하게 디스플레이 패널 쪽으로 제공되도록 한다.
상기 도광층(113)은, 광투과성 재질, 예를 들어 실리콘 또는 아크릴계 수지로 구성될 수 있다. 그러나, 도광층(113)은 상기한 바와 같은 재질에 한정되지 아니하며, 그 이외에 다양한 수지(resin)로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 도광층(113)의 내부에는 다수의 산란 입자들이 제공될 수 있다. 상세히, 상기 산란 입자들은 빛을 산란 또는 굴절시켜, 광원(20)으로부터 방출되는 빛이 보다 넓게 확산되도록 할 수 있다.
그리고, 상기 제 1 층(21)에는 전원을 공급하는 어댑터와, 상기 광원들(20)을 연결하기 위한 전극 패턴이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 층(111)의 상면에는 상기 광원(20)과 어댑터를 연결하기 위한 탄소 나노 튜브 전극 패턴이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 2 층(112)은 상기 광원(20)으로부터 방출되는 빛을 상기 디스플레이 패널(13) 쪽으로 추출 또는 반사시키기 위한 층으로서, 광 추출층 또는 반사층이라고도 한다. 그리고, 상기 제 2 층(112)의 상면에는 광 추출 패턴(light extraction pattern)이 형성되어, 상기 광원(20)으로부터 방출되어 부딪히는 빛을 상기 디스플레이 패널 쪽으로 효과적으로 추출하도록 할 수 있다. 상기 광추출 패턴은 상기 광원(20)으로부터 방출되는 빛이 인접하는 광원까지 균일한 휘도로 확산되도록 하는 기능을 가지기 때문에 확산 패턴(diffusion pattern)이라고도 한다.
또한, 상기 광원(20)은 발광 다이오드(LED:Light Emitting Diod) 칩 또는 적어도 하나의 발광 다이오드 칩이 구비된 발광 다이오드 패키지 중 하나일 수 있다. 본 실시예에서는 광원(20)으로서 발광 다이오드 패키지가 제공되는 것을 예로 들어 설명한다.
한편, 상기 광원(20)을 구성하는 LED 패키지는 발광면이 향하는 방향에 따라 탑 뷰(Top view) 방식과 사이드 뷰(Side view) 방식으로 나뉠 수 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 광원(20)은 발광면이 상측을 향해 형성되는 탑 뷰 방식의 LED 패키지를 예로 들어 설명한다.
또한, 상기 광원(20)은 적색, 청색, 녹색 등과 같은 컬러 중에서 적어도 한 컬러를 방출하는 유색 LED이거나 백색 LED로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 유색 LED는 적색LED, 청색LED 및 녹색LED 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이러한 발광 다이오드의 배치 및 방출 광은 실시예의 기술적 범위 내에서 변경될 수 있다.
이하에서는, 상기 광원(20)의 구조에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광원의 구조를 보여주는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광원(20)은, 몸체부(21)와, 상기 몸체부(21)의 상면에 실장되는 발광칩(22)과, 상기 발광칩(22)의 주변을 감싸는 제 1 렌즈(23)와, 상기 제 1 렌즈(23)를 감싸는 형태로 상기 제 1 렌즈(23)의 상측에 놓이는 제 2 렌즈(24) 및 상기 제 2 렌즈(24)의 상면에 놓이는 차광층(25)을 포함한다.
상세히, 상기 몸체부(21)를 이루는 서브 마운트 기판은 투명 재질이며, 글래스(glass), 투명 세라믹, 또는 레진을 포함하는 투명 폴리머(polymer)와 같은 재질로 이루어질 수 있다.
상기 발광칩(22)은 상술한 바와 같이 LED 소자일 수 있다.
또한, 상기 제 1 렌즈(23)는 형광체(phospher)가 혼합된 레진으로서, 상기 발광칩(22)의 상면에 몰딩될 수 있다. 그리고, 상기 제 1 렌즈(23)는 돔 형태로 이루어져서 광 추출 효과를 증가시킬 수 있다. 상세히, 상기 발광칩(22)이 청색 LED인 경우, 황색 형광체가 사용되어 상기 발광칩(22)으로부터 방출되는 빛은 상기 형광체로 입사되고, 상기 형광체를 여기시켜 백색광을 형성한다.
한편, 상기 2차 렌즈(23)는 상기 제 1 렌즈(23)를 통과하는 빛의 전반사(total reflection)를 유도하여 광을 측방으로 보내도록 광 출사면이 포물선 형태를 띨 수 있다. 즉, 상기 2차 렌즈(23)의 중심부는 상기 제 1 렌즈(23)의 상면으로부터 직근 거리까지 함몰되는 형태를 이루고, 상기 중심부로부터 가장자리까지 포물선 형태를 이루도록 할 수 있다. 그러면, 상기 제 1 렌즈(23)를 통과하면서 굴절되는 빛이 상기 포물선 형태의 제 2 렌즈(24)에 입사된다. 그리고, 상기 포물선 면에 입사된 빛의 일부는 매질의 굴절율 차이로 인한 전반사에 의하여 측방으로 반사되어, 도광층(113) 내부로 퍼지게 된다. 그리고, 나머지 일부는 굴절되어 디스플레이 패널(13) 쪽으로 이동하게 된다.
한편, 상기 2차 렌즈(24)의 상면에 차광 패턴이 형성된 차광층(25)이 놓일 수 있다. 상기 차광층(25)은 반사율이 은이나 알루미늄을 포함하는 메탈 시트(metal sheet)를 포함한다.
이와 같은 구조에 의하면, 상기 2차 렌즈(24)를 통과하는 빛이 상기 차광층(25)에 입사되고, 상기 차광층(25)으로 입사되는 빛의 일부는 투과하여 상기 디스플레이 패널(13) 쪽으로 이동한다. 그리고, 나머지 일부의 빛은 상기 차광 패턴에 부딪힌 후 반사된다. 즉, 상기 차광층(25)에 광 반사 기능을 수행하는 차광 패턴을 형성함으로써, 광원(20) 주위에 핫스팟이 형성되는 것을 방지하고 백라이트 유닛의 휘도를 균일하게 할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 2차 렌즈(24)를 통과하는 빛의 일부는 상기 차광층(25)을 투과하도록 함으로써, 광원(20)의 상면에 암부가 형성되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 차광 필름을 도광층(113)의 상면에 배치하는 기존의 방식을 사용하지 않고도 LED 패키지 상에서 차광이 가능하기 때문에, 차광 필름 배치 과정에서 발생하는 공정 오차들을 최소화할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광원에 차광층을 형성하는 과정을 보여주는 공정도이다.
도 3을 참조하면, (a)에 도시된 바와 같이, 먼저 상기 차광층(25) 형성을 위한 필름이 놓인 지그(50)를 준비한다.
그리고, (b)에 도시된 바와 같이, 상기 지그(50)의 상면에 차광용 필름이 안착된 상태에서, 차광 패턴 형성 공정이 수행된다. 도면에서는 상기 차광용 필름에 천공 작업을 통하여 차광 패턴이 형성되는 것으로 표현되어 있다. 즉, 천공 작업에 의하여 형성되는 패턴은 상기 2차 렌즈(24)를 통과하는 빛을 투과시키기 위한 투과 패턴으로 볼 수도 있다.
그러나, 제시되는 방법과 반대로 차광 패턴이 형성되도록 할 수 있다.
예를 들어, 차광용 투명 필름이 상기 지그(50) 위에 안착되도록 하고, 반사 물질을 상기 차광용 필름의 일 면에 증착 또는 프린트할 수 있다. 상기 반사 물질은 위에서 언급한 바와 같이 반사도가 높은 물질일 수 있으며, 그 예로서 알루미늄 또는 은을 포함하는 금속 물질일 수 있다. 그리고, 상기 차광 물질은 도트 형태로 상기 차광용 필름에 다수 개가 증착 또는 인쇄되어, 하나의 패턴을 형성하도록 할 수 있다.
한편, 상기 차광 패턴 형성 과정이 끝나면, (c)에 도시된 바와 같이, 점착제(40) 도포 공정이 수행된다. 그리고, 점착제(40) 도포 과정이 완료되면, (d)에서 보이는 바와 같이, 상기 광원(20), 구체적으로는 상기 2차 렌즈(24)의 상면이 상기 점착제(40)가 도포된 차광 필름의 면에 밀착되도록 한다.
상세히, 상기 지그(50)는 그대로 두고, 상기 광원(20)을 뒤집어서 상기 2차 렌즈(24)의 상면이 상기 점착제(40)가 도포된 면을 향하도록 한다. 이 상태에서 상기 광원(20)을 하강하거나 상기 지그(50)를 상승하여, 2차 렌즈(24)와 차광 필름이 접착되도록 한다.
이러한 과정이 종료되면, (e)에 도시된 바와 같이, 2차 렌즈(24)의 상면에 차광층(25)이 형성된 광원(20), 즉 LED 패키지가 완성된다.

Claims (7)

  1. 디스플레이 패널 및 상기 디스플레이 패널의 후방에서 빛을 제공하기 위한 광원이 구비되는 백라이트 유닛을 포함하고,
    상기 광원은,
    투명 재질의 몸체부와,
    상기 몸체부에 실장되는 발광칩과,
    상기 발광칩을 감싸는 제 1 렌즈,
    상기 제 1 렌즈를 감싸는 형태로 상기 몸체부에 결합되는 제 2 렌즈, 및
    상기 제 2 렌즈의 상면에 놓이는 차광층을 포함하고,
    상기 제 2 렌즈의 중심부는 상기 제 1 렌즈의 상면으로부터 직근 거리까지 함몰되고,
    상기 차광층은,
    상기 제 2 렌즈의 중심부와 이격되고 상기 제 2 렌즈의 상면 가장자리와 접하고,
    상기 백라이트 유닛의 도광층 내에 배치되고,
    은 또는 알루미늄을 포함하는 메탈 시트를 포함하는 디스플레이 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 몸체부는,
    글래스(glass), 투명 세라믹, 또는 레진을 포함하는 투명 폴리머(polymer) 중 어느 하나를 포함하는 디스플레이 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈는,
    형광 물질이 혼합된 레진을 포함하고,
    상부면이 라운드지는 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 렌즈의 상면은 상기 제 1 렌즈를 통과하는 빛의 전반사를 유도하도록 라운드지는 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광층에는 상기 제 2 렌즈를 통과하는 빛의 일부는 투과하고 나머지 일부는 반사시키는 차광 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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