KR102221188B1 - 미니 led 또는 마이크로 led를 광원으로 하는 백라이트 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 다양한 실시 예에 따른 미니 LED(light emitting diode) 또는 마이크로 LED를 광원으로 하는 백라이트 유닛이 개시된다. 백라이트 유닛은 상기 미니 LED 또는 상기 마이크로 LED에서 방사되는 광의 컬러를 변환하는 컬러변환(color conversion)시트, 상기 컬러변환시트의 일 측에 배치되고, 사각뿔 형상의 복수의 제1 렌즈가 제1 방향으로 정렬되어 일 면에 형성되는 제1 확산렌즈시트 및 상기 제1 확산렌즈시트의 일 측에 배치되고, 사각뿔 형상의 복수의 제2 렌즈가 제2 방향으로 정렬되어 일 면에 형성되는 제2 확산렌즈시트를 포함할 수 있다.

Description

미니 LED 또는 마이크로 LED를 광원으로 하는 백라이트 유닛 {BACKLIGHT UNIT USING MINI LED OR MICRO LED AS LIGHT SOURCE}
본 발명은 미니 LED 또는 마이크로 LED를 광원으로 하는 백라이트 유닛에 대한 것으로, 보다 상세하게는, 투과된 미니 LED 광 또는 마이크로 LED 광의 분리 및 확산이 용이하도록 하는 백라이트 유닛에 대한 것이다.
LED(light emitting diode; 발광 다이오드)에 대한 연구의 진전으로 LED의 빛 에너지 전환 효율이 높아지면서 LED는 기존의 발광 소자를 빠르게 대체하고 있다.
현재 개발되는 LED는 소형화, 경량화 및 저전력 소비 등의 이점을 가지고 있다. 이에 따라, 다양한 화상 표시 장치의 광원으로 LED가 적극 활용되고 있다.
LED 칩 크기는 점차 소형화되는 추세에 있다. 초소형 LED 칩의 예로 미니 LED 및 마이크로 LED가 있다. 일반적으로 미니 LED의 칩 사이즈는 100 μm 내지 200 μm, 마이크로 LED의 칩 사이즈는 5 μm 내지 100 μm로 정의될 수 있다. 미니 LED 또는 마이크로 LED는 LED 칩 하나하나가 개별적으로 화소나 광원이 되므로 디스플레이 크기 및 형태에 대한 제약이 해소되고, 기존의 광원을 이용하는 경우보다 더 선명한 화질이 구현될 수 있다.
LED 칩 크기의 소형화와 함께 LED 광 특성을 보완하기 위한 백라이트 유닛에 대한 연구도 활발하다.
본 발명은 미니 LED 또는 마이크로 LED에서 방사되는 광의 휘도 손실을 최소화하고, 광을 균일하게 확산하여 핫스팟(hot spot) 발생을 제한하는 백라이트 유닛을 제공한다.
본 발명은 미니 LED 또는 마이크로 LED에서 방사되는 광을 백색광으로 변환하면서 광의 휘도 손실을 최소화하고 광을 균일하게 확산하는 백라이트 유닛을 제공한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 미니 LED(light emitting diode) 또는 마이크로 LED를 광원으로 하는 백라이트 유닛은, 상기 미니 LED 또는 상기 마이크로 LED에서 방사되는 광의 컬러를 변환하는 컬러변환(color conversion)시트, 상기 컬러변환시트의 일 측에 배치되고, 사각뿔 형상의 복수의 제1 렌즈가 제1 방향으로 정렬되어 일 면에 형성되는 제1 확산렌즈시트 및 상기 제1 확산렌즈시트의 일 측에 배치되고, 사각뿔 형상의 복수의 제2 렌즈가 제2 방향으로 정렬되어 일 면에 형성되는 제2 확산렌즈시트를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 백라이트 유닛은 미니 LED 또는 마이크로 LED에서 방사되는 광의 휘도 손실을 최소화하고, 광을 균일하게 확산하여 핫스팟(hot spot) 발생을 제한할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 백라이트 유닛은 미니 LED 또는 마이크로 LED에서 방사되는 광을 백색광으로 변환하면서 광의 휘도 손실을 최소화하고, 광을 균일하게 확산할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 액정표시장치의 분해도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 직하형 LED 광원을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 확산렌즈시트의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 분리를 도시한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광 분리를 도시한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 확산렌즈시트의 일 측을 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 확산렌즈시트의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 확산렌즈시트의 광 분리 측정 결과를 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 확산렌즈층의 광 분리 각의 변화를 도시한다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 다른 실시 예에 따른 컬러변환시트의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 국제조명위원회 색 공간을 도시한다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 분광 스펙트럼 측정 결과를 도시한다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 확산렌즈시트의 배치도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 휘도 측정치를 도시한다.
도 16은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 단면도이다.
도 17은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 광학 실험 결과를 도시한다.
도 18은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 광학 실험 결과를 도시한다.
도 19는 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 광학 실험 결과를 도시한다.
도 20은 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 광학 실험 결과를 도시한다.
도 21은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 광학 실험 결과를 도시한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작원리를 상세히 설명한다. 또한, 발명에 대한 실시 예를 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 하기에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 사용된 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용 및 이에 상응한 기능을 토대로 해석되어야 할 것이다.
백라이트 유닛(backlight unit)은 액정표시장치(liquid crystal display, LCD)의 광원이다. 액정표시장치는 자체적으로 발광하지 못하는 소자이다. 이에 따라, 광원을 구비한 백라이트 유닛이 액정표시장치의 배면에서 액정 패널을 향해 빛을 조사한다. 이를 통해, 식별 가능한 화상이 구현될 수 있다.
백라이트 유닛은 일반적으로 냉음극형광램프(cold cathode fluorescent lamp: CCFL), 외부전극형광램프(external electrode fluorescent lamp) 및 발광다이오드(light emitting diode: LED, 이하 LED라 함)등을 광원으로 사용한다.
백라이트 유닛은 광원의 배열구조에 따라 에지형(edge type)과 직하형(direct type)으로 구분되는데, 직하형은 에지형에 비해 분할구동이 가능하여 에지형 보다 더욱 섬세하게 영상을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 액정표시장치의 분해도이다.
도 1을 참조하면, 액정표시장치(또는 LCD(liquid crystal display) 장치)(1)는 백라이트 유닛(10) 및 액정패널(20)을 포함한다. 일반적으로 백라이트 유닛(10)은 액정패널(20)에 빛을 조사하도록 액정패널(20)의 후방에 구비될 수 있다. 백라이트 유닛(10)은 광원(11), 반사시트(12), 컬러변환시트(13), 확산렌즈시트(14-1, 14-2), 확산시트(15, 18), 프리즘시트(16, 17) 및 반사편광시트(19)를 포함할 수 있다. 여기서, 백라이트 유닛(10)은 백라이트 유닛(10)에 포함된 구성들(11 내지 19) 중 적어도 하나가 포함되지 않거나, 구성들(11 내지 19) 외 다른 구성이 추가되어 형성될 수 있다. 또한, 백라이트 유닛(10)에 포함된 구성들(11 내지 19) 중 적어도 하나를 포함하는 다양한 조합으로 백라이트 유닛(10)이 형성될 수 있다.
광원(11)은 광을 제공한다. 예를 들어, 광원(11)은 광을 발산하는 복수의 LED 칩을 포함할 수 있다. 일 예로, 도 2를 참조하면, LED 칩(11'-1)은 바둑판식으로 배열되어 직하형(11')으로 형성될 수 있다.
LED는 LED 칩의 크기에 따라, 대형(large) LED(칩의 크기: 1,000 ㎛ 이상), 중형(middle) LED(칩의 크기: 300 - 500 ㎛), 소형(small) LED(칩의 크기: 200 - 300 ㎛), 미니(mini) LED(칩의 크기 100 - 200 ㎛), 마이크로(micro) LED(칩의 크기: 100 ㎛ 이하)로 분류될 수 있다. 여기서, LED는 InGaN, GaN 등의 재질을 포함할 수 있다.
백라이트 유닛의 LED의 칩 크기가 작아질수록, LED의 개수를 용이하게 조정할 수 있기 때문에, 액정표시장치(1)의 휘도 특성 및 색 균일도를 향상시키고 슬림화할 수 있다. 또한, LED의 칩 크기가 작아질수록, 소비전력을 줄일 수 있어 휴대 장치의 배터리 소모를 줄이고, 배터리의 수명을 연장할 수 있다.
기존 직하형 LED에 대비하여 미니 LED 또는 마이크로 LED를 사용할 경우 LED의 크기가 작아지므로 로컬 디밍(local dimming)이 가능하다. 로컬 디밍을 통하여 화질을 개선하고 전력을 효율화할 수 있다. 여기서, 로컬 디밍이란, 백라이트로 이용되는 LED의 밝기를 화면의 구성 또는 특성에 기초하여 제어하는 기술로서, 콘트라스트 비율(contrast ratio)을 획기적으로 개선하고 소비 전력을 줄일 수 있는 기술이다. 로컬 디밍의 일 예로, 어두운 화면에 대응되는 미니 LED 또는 마이크로 LED의 밝기를 상대적으로 어둡게 조정하여 어두운 색을 표현하고, 밝은 화면에 대응되는 미니 LED 또는 마이크로 LED의 밝기를 상대적으로 밝게하여 선명한 색을 표현할 수 있다.
반사시트(12)는 광을 반사한다. 반사시트(12)는 광원(11)에서 발산된 광의 발산 방향으로 광을 투과하고, 상부에서 계면반사 등에 따른 반사된 광을 상기 광의 발산 방향으로 반사한다. 이를 통해, 광의 손실이 최소화될 수 있다. 반사시트(12)는 광 재활용(light recycling)을 수행할 수 있다.
컬러변환시트(13)는 광원(11)에서 발산되는 광의 색을 변환한다. 일 예로, 미니 LED 또는 마이크로 LED의 광은 청색 광(450nm)이다. 이 경우, 청색 광은 백색 광으로 변환이 필요하다. 컬러변환시트(13)는 청색 광을 투과하면서 동시에 청색 광을 백색 광으로 변환할 수 있다. 일 예로, 컬러변환시트(13)는 퀀텀 닷(quantum dot)을 포함할 수 있다.
확산렌즈시트(14-1, 14-2)는 광을 확산한다. 확산렌즈시트(14-1, 14-2) 각각은 광 확산 렌즈를 일 면에 복수 개 배치한다. 일 예로, 광 확산렌즈는 피라미드 형태로 형성되어 광 확산을 촉진시킬 수 있다. 이 경우, 확산렌즈시트(14-1, 14-2)는 광원(11)(예를 들어, 미니 LED 또는 마이크로 LED)에서 방사되는 광을 분리 및 확산할 수 있다. 여기서, 확산렌즈시트(14-1, 14-2)는 피라미드 형태의 광 확산렌즈를 통해 입사되는 광을 대부분 분리 및 확산하면서도 광의 입사방향과 반대방향으로 반사되는 양을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 휘도 손실을 최소화 또는 향상시키면서도 광원(11)에 대한 시인성을 최소화할 수 있다.
확산시트(15, 18)는 입사된 광을 균일하게 분산시킬 수 있다. 확산시트(15, 18)는 광 확산제 비드(beads)가 첨가되어 있는 경화성 수지(예를 들어, 우레탄아크릴레이트, 에폭시아크릴레이트, 에스테르아크릴레이트, 에스테르아크릴레이트 및 라디칼 발생형 모노머 중 적어도 하나 이상을 택하여 단독 또는 혼합된 것임) 용액을 도포하여 광확산제 비드에 의해 광확산을 유발할 수 있다. 또한, 확산시트(15, 18)는 균일 또는 불균일한 크기의 형상(예를 들어, 구형)의 돌기 패턴(또는 돌출부)이 배치되어 광의 확산을 촉진할 수 있다.
프리즘 시트(16, 17)는 표면에 형성된 광학패턴을 이용해서 입사된 빛을 집광하여 액정 패널(20)로 출사시킬 수 있다. 프리즘 시트(16, 17)는 투광성 베이스 필름 상부에 정면 방향의 휘도 향상을 위하여 통상 45°의 경사면을 가지고 있는 삼각 어레이(array) 형태의 광학패턴이 형성되어 있는 광학 패턴층으로 형성될 수 있다.
반사편광시트(19)는 프리즘 시트(16, 17) 상부에 구비되어 프리즘 시트(16, 17)로부터 집광된 광에 대해 일 편광은 투과시키고 다른 편광은 하부로 반사시켜 광을 재순환 시키는 역할을 한다.
액정 패널(20)은 광원(11)에서 조사된 광을 전기 신호에 따라 소정의 패턴으로 변조시킨다. 변조된 광은 액정 패널(20)의 전면에 배치된 컬러 필터와 편광 필터를 통과하여 화면을 구성한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 액정표시장치(1)의 구성에 대하여 상술하였다. 이하에서, 본원의 다양한 실시 예는 백라이트 유닛의 광원(11)으로 미니 LED 또는 마이크로 LED를 사용하는 경우를 가정할 것이나, 균일하거나 다양한 크기의 LED들이 직하형으로 배치된 광원(11)을 포함하는 백라이트 유닛에 대하여는 본원의 다양한 실시 예들이 제한 없이 적용될 수 있을 것이다.
이하에서, 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 광학 필름을 상세히 설명한다.
이하에서, 광학필름은 도 1의 확산렌즈시트(14-1, 14-2)로 정의되거나, 도 1의 확산렌즈시트(14-1, 14-2)와 반사시트(12), 컬러변환시트(13), 확산렌즈시트(14-1, 14-2), 확산시트(15, 18), 프리즘 시트(16, 17) 및 반사편광시트(19) 중 적어도 하나를 조합한 것으로 정의될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 확산렌즈시트의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 확산렌즈시트(30)는 제1 베이스 필름(31) 및 확산렌즈층(32)을 포함할 수 있다. 확산렌즈시트(30)는 미니 LED (light emitting diode) 또는 마이크로 LED에서 방사되는 광을 투과할 수 있다.
제1 베이스 필름(31)은 확산렌즈층(32)을 지지할 수 있다. 제1 베이스 필름(31)은 예를 들어, PET, PC, PP 등의 재질일 수 있다.
확산렌즈층(32)은 제1 베이스 필름(31)의 일 측에 배치될 수 있다. 또한, 확산렌즈층(32)은 복수의 사각뿔 형상의 렌즈(32-1 내지 32-5)를 포함할 수 있다.
이 경우, 사각뿔 형상의 렌즈(32-1 내지 32-5)는 규칙적으로 배열될 수 있다. 여기서, 복수의 사각뿔 형상의 렌즈(32-1 내지 32-5)는 동일한 크기 및 형태이거나, 크기가 다르지만 닮은꼴일 수 있다. 여기서, 확산렌즈시트(30)에 제1 베이스 필름(31)이 포함되는 것으로 정의되었으나, 확산렌즈층(32)이 제1 베이스 필름(31)를 포함하는 것으로 정의될 수도 있음은 물론이다.
일 예로, 정점각(
Figure 112020074867312-pat00001
)(32-1-1)은 사각뿔 형상의 렌즈(32-1)에 배치되는 네 개의 면 중 두 개의 마주보는 면 사이의 각도로 정의될 수 있다. 예를 들어, 정점각은 40° 내지 150° 내에서 정의되고, 높이(32-1-2)는 약 10μm, 폭(32-1-3)은 약 20μm로 정의될 수 있다. 이 경우, 정점각(32-1-1)은 사각뿔 형상의 렌즈(32-1)를 투과하는 광이 굴절되어 형성하는 분리각에 기초하여 설정될 수 있다.
도 4의 실시 예(40)를 참조하면, 광의 분리각(
Figure 112020074867312-pat00002
)은 미니 LED 또는 마이크로 LED에서 방사되는 광이 제1 베이스 필름(41)의 일 측 방향(43)으로 입사하여 사각뿔 형상의 렌즈(42)를 투과하는 경우에 형성될 수 있다. 여기서, 사각뿔 형상의 렌즈(42)를 투과하는 광의 입사각은 제1 베이스 필름(41)의 일 면과 직각을 형성할 수 있다.
도 5의 실시 예(50)를 참조하면, 광의 리버스(reverse)-분리각(
Figure 112020074867312-pat00003
)은 미니 LED 또는 마이크로 LED에서 방사되는 광이 제1 베이스 필름(51)의 타 측 방향(53)으로 입사하여 사각뿔 형상의 렌즈(52)를 투과하는 경우에 형성될 수 있다. 여기서, 사각뿔 형상의 렌즈(52)를 투과하는 광의 입사각은 제1 베이스 필름(51)의 일 면과 직각을 형성할 수 있다.
한편, 사각뿔 형상의 렌즈(32-1)의 밑면의 높이(32-1-3) 및 사각뿔 형상의 렌즈(32-1)의 높이(32-1-2)는 정점각
Figure 112020074867312-pat00004
에 기초한 비율에 따라 정의될 수 있다. 예를 들어, 정점각
Figure 112020074867312-pat00005
가 90인 경우, 사각뿔 형상의 렌즈(32-1)의 밑면의 높이(32-1-3)와 사각뿔 형상의 렌즈(32-1)의 높이(32-1-2)의 비율은 2:1로 정의될 수 있다.
상술한 본원 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 확산렌즈시트(30)는 피라미드 형태의 광 확산렌즈를 통해 입사되는 광을 대부분 분리 및 확산하면서도, 광학 렌즈 특성상 광의 입사방향(33, 33')과 반대방향으로 반사되는 양을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 휘도 손실을 최소화 또는 향상시키면서도 광원(11)에 대한 시인성을 최소화할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 확산렌즈시트의 일 측을 도시한다.
도 6은 확산렌즈시트(60)의 일 측에서 확산렌즈시트(60)를 수직으로 바라본 상태를 도시한다. 도 6을 참조하면, 확산렌즈시트(60)의 일 측에 배치된 복수의 사각뿔 형상의 렌즈 중 하나(61)는 정점(61-1) 및 4개의 면(61-2 내지 61-5)을 포함한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 확산렌즈시트의 사시도이다.
도 7을 참조하면, 확산렌즈시트(70)의 일 측에 배치된 복수의 사각뿔 형상의 렌즈들은 규칙적으로 배치되어 있다. 여기서, 사각뿔 형상은 피라미드(pyramid) 형상으로 정의될 수도 있다.
도 8는 본 발명의 일 실시 예에 따른 확산렌즈시트의 광 분리 측정 결과를 도시한다.
예를 들어, 도 8은 도 3의 확산렌즈시트(30)의 확산렌즈층(32)에서 제1 베이스 필름(31) 방향으로 미니 LED 광 또는 마이크로 LED 광이 입사하는 경우에 대한 광 분리 측정 결과를 도시한 것이다. 도 8을 참조하면, 미니 LED 광 또는 마이크로 LED 광은 확산렌즈시트(30)의 중심부를 기준으로 대칭적으로 분광될 수 있다. 일 예로, 미니 LED 광 또는 마이크로 LED 광은 확산렌즈시트(30)의 중심부를 기준으로 4 방향으로 분광될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 확산렌즈층의 광 분리 각의 변화를 도시한다.
제1 그래프(91)는 확산렌즈층(91-1)의 사각뿔의 외측 방향(91-2)으로 광이 입사하는 경우, 정점각(PY apex angle)의 변화에 따른 광 분리 각의 변화를 도시한다. 제1 그래프(91)를 참조하면, 정점각이 증가할수록 광 분리각이 감소함을 알 수 있다.
제2 그래프(92)는 확산렌즈층(92-1)의 사각뿔의 내측 방향(92-2)으로 광이 입사하는 경우, 정점각의 변화에 따른 광 분리 각의 변화를 도시한다. 제2 그래프(92)를 참조하면, 정점각이 100°로 증가할 때까지 광 분리가 수행되지 않다가, 정점각 105°에서 최대 광 분리가 일어나고, 정점각이 105°에서 증가할수록 광 분리 각이 감소함을 알 수 있다.
제1 그래프(91) 및 제2 그래프(92)를 참조하면, 정점각을 일정 각도 영역에서 조정하여 타겟하는 광 분리를 유발할 수 있음을 알 수 있다.
상술한 예에서, 확산렌즈층(32)의 작용으로 입사광이 광 분리(또는 광 확산)되므로, 입사광에 의한 핫스팟(hot spot)이 감소될 수 있다.
이하에서, 미니 LED 또는 마이크로 LED를 광원으로 하고, 확산렌즈시트를 포함하는 백라이트 유닛에 대한 다양한 실시 예를 상세히 설명한다. 이하에서, 상술한 구성과 중복되는 구성에 대하여는 설명의 편의를 위해 설명을 생략한다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 단면도이다.
백라이트 유닛(100)은 광원(101), 컬러변환시트(102), 제1 확산렌즈시트(103), 제2 확산렌즈시트(104) 및 광학시트(105)를 포함할 수 있다.
광원(101)은 일 예로, 미니 LED 또는 마이크로 LED를 포함 또는 배치할 수 있다.
컬러변화시트(102)는 광원(101)에서 방사되는 광의 컬러를 변환할 수 있다. 컬러변환시트(102)는 이하 도 11을 참조하여 상세히 설명한다.
도 11은 본 발명의 일 다른 실시 예에 따른 컬러변환시트의 단면도이다.
도 11을 참조하면, 광학필름(110)은 제1 베이스 필름(111), 제2 베이스 필름(112) 및 컬러변환층(113)를 포함할 수 있다.
제1 베이스 필름(111) 및 제2 베이스 필름(112)은 평행하게 배치되어 컬러변환층(113)을 보호할 수 있다.
컬려변환층(113)은 컬러를 변환한다. 컬러 변환층(113)은 미니 LED 또는 마이크로 LED에서 발산되는 청색 광을 백색 광으로 변환할 수 있다.
컬러변환층(113)은 제1 베이스 필름(111) 및 제2 베이스 필름(112) 사이에 배치될 수 있다.
컬러변환층(113)은 레드(red) 형광체, 그린(green) 형광체 및 무기입자를 포함할 수 있다. 여기서, 레드 형광체 또는 그린 형광체는 미니 LED 또는 마이크로 LED에서 방사되는 광을 흡수하여 레드 광 또는 그린 광을 형성하는 물질이다. 예를 들어, 레드 형광체는 KSF(K2SiF6:Mn4+) 형광체, 그린 형광체는
Figure 112019026338804-pat00006
-sialon 형광체가 있다. 또한, 무기입자는 광의 균일한 산란을 유도하기 위한 것이다. 무기입자의 예로는 직경이 수백 나노미터인 TiO2, SiO2가 있다.
예를 들어, 컬러변환층(113)은 레드 형광체, 그린 형광체 및 무기입자는 수지(silicone, acrylic 등)에 교반되어 형성될 수 있다. 이 경우, 컬러변환층(113)은 제1 베이스 필름(111) 및 제2 베이스 필름(112) 사이에 부착될 수 있다.
예를 들어, 컬려변환층(113)은 레드 형광체, 그린 형광체 및 무기입자를 기정의된 중량 비율에 따라 포함할 수 있다. 여기서, 기정의된 중량 비율은 백색광에 대한 색 좌표 값에 기초하여 결정되는 레드 형광체의 중량, 그린 형광체의 중량 및 무기입자 간의 중량 비율이다.
도 12를 참조하면, 상술한 백색광에 대한 색 좌표 값은 국제조명위원회(Commission internationale de l'Eclairage: CIE) 색 공간(120)에 기초하여 정의될 수 있다. 이 경우, 백색광에 대한 색 좌표 값은 색 공간(120)에서 정의되는 X 좌표 값, Y 좌표 값 및 Z 좌표 값으로 정의될 수 있다.
일 예로, 상기 X 좌표 값 및 Y 좌표 값은 0.27 내지 0.33에서 정의되고, Z 좌표 값은 정의된 X 좌표 및 Y 좌표에 기초한 종속 변수로 정의될 수 있다.
일 예로, 레드 형광체의 중량 비는 10% 내지 80% 내에서 정의되고, 그린 형광체의 중량 비는 10% 내지 80% 내에서 정의되고, 무기입자의 중량 비는 1% 내지 10%에서 정의될 수 있다. 이 경우, 레드 형광체의 중량 비, 그린 형광체의 중량비 및 무기입자의 중량 비의 총 합은 100% 이하로 정의될 수 있음은 물론이다. 또한, 중량 비가 % 단위로 정의되지 않는 경우 중량 비의 총 합은 100 이하는 물론 100 초과로 정의될 수 있음은 물론이다.
여기서, 레드 형광체의 중량 비는 그린 형광체의 중량 비보다 크고, 그린 형광체의 중량 비는 무기입자의 중량 비보다 크도록 설정된 경우의 예를 이하 도 12를 참조하여 설명한다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 분광 스펙트럼 측정 결과를 도시한다.
도 13의 실시 예는, 컬러변환층에 포함된 레드 형광체 중량, 그린 형광체 중량 및 무기입자의 중량의 비율이 66:44:5로 설정된 경우이다. 여기서, 미니 LED 또는 마이크로 LED에서 발산되는 청색 광은 컬러변환층(또는 광학필름)을 투과하면서 백색 광으로 변환된다. 이와 동시에, 광이 균일하게 산란하여 얼룩(Mura)이 없는 외관 특성이 제공될 수 있다(131).
한편, 백라이트 유닛(100)의 제1 확산렌즈시트(103)는 컬러변환시트(102)의 일 측에 배치되고, 사각뿔 형상의 복수의 제1 렌즈가 제1 방향으로 정렬되어 일 면에 형성될 수 있다. 일 예로, 복수의 제1 렌즈가 정렬된 제1 방향은 도 6의 X 방향 또는 Y 방향일 수 있다.
제2 확산렌즈시트(104)는 제1 확산렌즈시트(103)의 일 측에 배치되고, 사각뿔 형상의 복수의 제2 렌즈가 제2 방향으로 정렬되어 일 면에 형성될 수 있다. 일 예로, 복수의 제2 렌즈가 정렬된 제2 방향은 도 6의 X 방향 또는 Y 방향일 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 복수의 제1 렌즈가 정렬된 제1 방향과 복수의 제2 렌즈가 정렬된 제2 방향은 소정의 각도를 형성할 수 있다.
도 14를 참조하면, 제1 확산렌즈시트(103')의 복수의 제1 렌즈가 배치(또는 형성)되는 제1 방향(축 A 방향) 및 제2 확산렌즈시트(104')의 복수의 제2 렌즈가 배치되는 제2 방향(축 B 방향)은 소정의 각도를 형성할 수 있다. 이 경우, 제1 확산렌즈시트(103') 및 제2 확산렌즈시트(104')는 제1 방향 및 제2 방향이 소정의 각도를 형성하도록 배치됨과 동시에, 크기 및 모양이 서로 일치하도록 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 소정의 각도는 0° 내지 80° 내에서 형성될 수 있다.
상술한 실시 예와 같이, 복수의 제1 렌즈가 정렬된 제1 방향과 복수의 제2 렌즈가 정렬된 제2 방향이 형성하는 소정의 각도를 조정하여 제1 확산렌즈시트(103, 103') 및 제2 확산렌즈시트(104, 104')를 배치하는 경우 휘도(luminance) 및 핫스팟 시인성(HSV, hot spot visibility)를 설정할 수 있다. 따라서, 백라이트 유닛(100)에 포함되는 복수의 확산시트(103, 104)에 배치되는 복수의 렌즈 배열 간의 각도를 조정하여, 광을 분리 및 확산하면서 휘도 저하를 최소화하고 핫스팟 시인성을 최소로 하는 백라이트 유닛(100)의 성능을 극대화할 수 있다.
상술한 본원 발명의 실시 예에서, 핫스팟 시인성은 이하의 수학식 1로 정의될 수 있다.
Figure 112019026338804-pat00007
여기서,
Figure 112019026338804-pat00008
는 핫스팟 시인성,
Figure 112019026338804-pat00009
는 휘도의 최대 값,
Figure 112019026338804-pat00010
는 휘도의 최소 값으로 정의될 수 있다.
여기서, 도 15를 참조하면,
Figure 112019026338804-pat00011
(151)는 광원(101)에서 임의의 선택된 미니 LED 또는 마이트로 LED의 행 또는 열에 대한 휘도 측정치에서 최대 값으로,
Figure 112019026338804-pat00012
(152)는 상기 임의의 선택된 미니 LED 또는 마이트로 LED의 행 또는 열에 대한 휘도 측정치에서 최소 값으로 정의될 수 있다.
한편, 백라이트 유닛(100)의 광학시트(105)는 복수의 광학필름의 합지 형태일 수 있다. 합지의 제1 형태로, 광학시트(105)는 도 1의 프리즘시트(16, 17)를 합지하여 형성될 수 있다. 합지의 제2 형태, 광학시트(105)는 도 1의 프리즘시트(16, 17) 및 확산시트 1매(도 1의 참조번호 15 또는 참조번호 18)를 합지하여 형성될 수 있다.
도 16은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 단면도이다.
백라이트 유닛(160)은 광원(161), 컬러변환시트(162), 제1 확산렌즈시트(163), 제2 확산렌즈시트(164) 및 광학시트(165)를 포함할 수 있다. 여기서, 상술한 도 10의 백라이트 유닛(100)의 구성과 중복되는 내용은 설명의 편의를 위해 생략한다.
이하에서, 도 10의 백라이트 유닛(100)의 제1 확산렌즈시트(103), 제2 확산렌즈시트(104)는 광원(101)에 대한 정방향 배치, 도 16의 백라이트 유닛(160)의 제1 확산렌즈시트(163), 제2 확산렌즈시트(164)는 광원(161)에 대한 역방향 배치로 정의한다.
이하에서, 제1 확산렌즈시트의 제1 방향 및 제2 확산렌즈시트의 제2 방향 간의 소정의 각도 조정에 따른 백라이트 유닛의 성능 변화를 실험한 결과를 상세히 설명한다.
이하에서, 백라이트 유닛에 포함되는 광학시트(105)는 상술한 합지의 제1 형태 또는 제2 형태일 수 있다. 또한, 제1 확산렌즈시트의 제1 방향 및 제2 확산렌즈시트의 제2 방향 간의 소정의 각도는 0°, 20°, 30°, 40°, 50°, 60°, 70°, 80° 등으로 설정될 수 있다. 또한, 제1 확산렌즈시트 및 제2 확산렌즈시트는 정방향 배치 또는 역방향 배치일 수 있다. 백라이트 유닛은 이러한 다양한 조합으로 형성될 수 있다.
도 17은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 광학 실험 결과를 도시한다.
이하에서, 제1 확산시트 및 제2 확산시트는 정방향 배치인 것으로 정의한다. 또한, 핫스팟 시인성(%)(171) 및 휘도(172)는 상술한 합지의 제1 형태(173)인 경우 및 제2 형태(174)인 경우 각각에 대한 측정 결과이다. 예를 들어, 도 17의 40Y에서, 40은 상기 소정의 각도, Y는 제1 형태, X는 제2 형태로 정의될 수 있다. 또한, 레퍼런스 실험 예는 3 매의 확산시트, 2 매의 프리즘시트 및 퀀텀 닷을 포함하는 컬러변환시트를 포함하는 백라이트 유닛에 대한 것이다.
도 17을 참조하면, 레퍼런스 실험 예의 경우, 핫스팟 시인성은 4.8%, 휘도는 100%로 측정된다. 여기서, 핫스팟 시인성은 작을수록, 휘도는 클수록 높은 성능인 것으로 정의될 수 있다. 일 예로, 핫스팟 시인성(%)(171)은 4% 이하인 경우를 최적의 결과로 정의할 수 있다.
도 17을 참조하면, 레퍼런스 실험 예에 대비하여, 광학시트는 상술한 합지의 제1 형태(173)이고, 제1 확산렌즈시트 및 제2 확산렌즈시트의 각도가 40°로 설정된 경우의 실험 예(40Y)는, 핫스팟 시인성 3%, 휘도 111%로 측정되므로 도 17의 복수의 실험 예 중 최적의 성능을 발휘하는 것으로 평가될 수 있다.
도 18은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 광학 실험 결과를 도시한다.
이하에서, 제1 확산시트 및 제2 확산시트는 역방향 배치인 것으로 정의한다. 또한, 핫스팟 시인성(%) 및 휘도는 상술한 합지의 제1 형태인 경우 및 제2 형태인 경우 각각에 대한 측정 결과이다. 예를 들어, 도 18의 20RY에서, 20은 상기 소정의 각도, R은 reverse, Y는 제1 형태, X는 제2 형태로 정의될 수 있다. 또한, 레퍼런스 실험 예는 3 매의 확산시트, 2 매의 프리즘시트 및 퀀텀 닷을 포함하는 컬러변환시트를 포함하는 백라이트 유닛에 대한 것이다.
도 18을 참조하면, 레퍼런스 실험 예의 경우, 핫스팟 시인성은 4.8%, 휘도는 100%로 측정된다. 여기서, 핫스팟 시인성은 작을수록, 휘도는 클수록 높은 성능인 것으로 정의될 수 있다. 일 예로, 핫스팟 시인성(%)(181)은 4% 이하인 경우를 최적의 결과로 정의할 수 있다.
도 18을 참조하면, 레퍼런스 실험 예에 대비하여, 광학시트는 상술한 합지의 제2 형태이고, 제1 확산렌즈시트 및 제2 확산렌즈시트의 각도가 20°로 설정된 경우의 실험 예(20RY)는, 핫스팟 시인성 3.8%, 휘도 120%로 측정되므로 도 18의 복수의 실험 예 중 최적의 성능을 발휘하는 것으로 평가될 수 있다.
도 19는 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 광학 실험 결과를 도시한다.
이하에서, 제1 확산시트 및 제2 확산시트는 정방향 배치 또는 역방향 배치인 것으로 정의한다. 또한, 핫스팟 시인성(%) 및 휘도는 상술한 합지의 제1 형태인 경우 및 제2 형태인 경우 각각에 대한 측정 결과이다. 예를 들어, 도 19의 20RY에서, 20은 상기 소정의 각도, R은 reverse, Y는 제1 형태, X는 제2 형태로 정의될 수 있다. 또한, 레퍼런스 실험 예는 3 매의 확산시트, 2 매의 프리즘시트 및 퀀텀 닷을 포함하는 컬러변환시트를 포함하는 백라이트 유닛에 대한 것이다.
도 19의 실험 결과에서는, PI(performance index)를 정의한다. PI는 아래의 수학식 2에 기초하여 정의된다.
Figure 112019026338804-pat00013
여기서,
Figure 112019026338804-pat00014
은 휘도,
Figure 112019026338804-pat00015
휘도 레퍼런스,
Figure 112019026338804-pat00016
는 핫스팟 시인성,
Figure 112019026338804-pat00017
는 핫스팟 시인성의 레퍼런스,
Figure 112019026338804-pat00018
는 CIE의 Y 색좌표 편차(
Figure 112019026338804-pat00019
)로 정의될 수 있다.
여기서, PI는 핫스팟 시인성의 성능 및 휘도 성능을 동시에 평가할 수 있는 지표가 된다.
도 19를 참조하면, 레퍼런스 실험 예의 경우, 핫스팟 시인성은 4.8%, 휘도는 PI는 1로 측정된다. 여기서, 핫스팟 시인성은 작을수록, PI는 클수록 높은 성능인 것으로 정의될 수 있다.
도 19를 참조하면, 레퍼런스 실험 예에 대비하여, 광학시트는 상술한 합지의 제2 형태이고, 제1 확산렌즈시트 및 제2 확산렌즈시트의 각도가 40°로 설정된 경우의 실험 예(40Y)는, 핫스팟 시인성 3%, PI 1.875로 측정되므로 도 19의 복수의 실험 예 중 최적의 성능을 발휘하는 것으로 평가될 수 있다.
도 20은 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 광학 실험 결과를 도시한다.
도 20을 참조하면, 실험 1(201)은 미니 LED 또는 마이크로 LED, 퀀텀 닷을 포함하는 컬러변환시트, 확산시트 및 상기 제2 형태의 광학필름으로 구성되는 백라이트 유닛에 대한 것이고, 실험 2(202)는 미니 LED 또는 마이크로 LED, 퀀섬 닷을 포함하는 컬러변환시트, 확산렌즈시트 및 상기 제2 형태의 광학필름으로 구성되는 백라이트 유닛에 대한 것이고, 실험 3(203)은 미니 LED 또는 마이크로 LED, 퀀텀 닷을 포함하는 컬러변환시트, 40°의 소정의 각도를 가지는 정방향 형태의 제1 확산렌즈시트 및 제2 확산렌즈시트와, 상기 제2 형태의 광학필름으로 구성되는 백라이트 유닛에 대한 것이고, 실험 4(204)는 미니 LED 또는 마이크로 LED, 퀀텀 닷을 포함하는 컬러변환시트, 120°의 소정의 각도를 가지는 역방향 형태의 제1 확산렌즈시트 및 제2 확산렌즈시트와, 제2 형태의 광학필름으로 구성되는 백라이트 유닛에 대한 것이다.
도 20을 참조하면, 실험 3(203)의 경우 핫스팟 시인성(HSV)이 3.6%로, 타 실험보다 핫스팟 시인성 성능이 좋다고 판단할 수 있다. 구체적으로, 제1 확산렌즈시트 및 제2 확산렌즈시트 간의 소정의 각도가 40°로 설정되고, 제2 형태의 광학필름이 배치되고, 제1 확산렌즈시트 및 제2확산렌즈시트가 역방향으로 배치되는 경우 핫스팟 시인성 성능이 가장 좋다고 판단될 수 있다.
도 21은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 광학 실험 결과를 도시한다.
도 21을 참조하면, 실험 1(211)은 미니 LED 또는 마이크로 LED, 퀀텀 닷을 포함하는 컬러변환시트, 확산시트 3매 및 상기 제1 형태의 광학필름으로 구성되는 백라이트 유닛에 대한 것이고, 실험 2(212)는 미니 LED 또는 마이크로 LED, 퀀섬 닷을 포함하는 컬러변환시트, 0°의 소정의 각도를 가지는 정방향 형태의 제1 확산렌즈시트 및 제2 확산렌즈시트와, 상기 제2 형태의 광학필름으로 구성되는 백라이트 유닛에 대한 것이고, 실험 3(213)은 미니 LED 또는 마이크로 LED, 퀀텀 닷을 포함하는 컬러변환시트, 30°의 소정의 각도를 가지는 역방향 형태의 제1 확산렌즈시트 및 제2 확산렌즈시트와, 상기 제1 형태의 광학필름으로 구성되는 백라이트 유닛에 대한 것이고, 실험 4(214)는 미니 LED 또는 마이크로 LED, 퀀텀 닷을 포함하는 컬러변환시트, 120°의 소정의 각도를 가지는 역방향 형태의 제1 확산렌즈시트 및 제2 확산렌즈시트와, 제1 형태의 광학필름으로 구성되는 백라이트 유닛에 대한 것이고, 실험 5(215)는 미니 LED 또는 마이크로 LED, 퀀텀 닷을 포함하는 컬러변환시트, 0°의 소정의 각도를 가지는 역방향 형태의 제1 확산렌즈시트 및 제2 확산렌즈시트와, 제1 형태의 광학필름으로 구성되는 백라이트 유닛에 대한 것이다.
도 21을 참조하면, 실험 2(212)의 경우 핫스팟 시인성(HSV)이 3.6%로, 타 실험보다 핫스팟 시인성 성능이 좋다고 판단할 수 있다. 구체적으로, 제1 확산렌즈시트 및 제2 확산렌즈시트 간의 소정의 각도가 0°로 설정되고, 제2 형태의 광학필름이 배치되고, 제1 확산렌즈시트 및 제2 확산렌즈시트가 정방향으로 배치되는 경우 핫스팟 시인성 성능이 가장 좋다고 판단될 수 있다. 일 예로, 백라이트 유닛의 핫스팟 시인성 성능보다 휘도 성능을 더 중요하게 고려하는 경우, 실험 3 내지 실험 5의 백라이트 유닛 구성을 고려해볼 수도 있을 것이다.
이상으로, 본 발명의 실시 예들이 도시되고 설명되었지만, 당업자는 첨부된 청구항들 및 그에 동등한 것들에 의해 정의되는 바와 같은 본 실시 예의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 형태 및 세부 사항들에 있어 다양한 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.
액정표시장치: 1 백라이트 유닛: 10, 100, 160
액정패널: 20 광원: 11, 11', 101, 161
반사시트: 12 컬러변환시트: 13, 102, 162
확산렌즈층: 32, 91-1, 92-1 확산시트: 15, 18, 103, 104
프리즘시트: 16, 17 반사편광시트: 19
광학필름: 110 베이스 필름: 31, 41, 51, 111, 112
컬러변환층: 113 확산렌즈층: 32, 91-1, 92-1
확산렌즈시트: 14-1, 14-2, 30, 60, 70, 103, 104, 103', 104', 163, 164

Claims (10)

  1. 미니 LED(light emitting diode) 또는 마이크로 LED를 광원으로 하는 백라이트 유닛에 있어서,
    상기 미니 LED 또는 상기 마이크로 LED에서 방사되는 광의 컬러를 변환하는 컬러변환(color conversion)시트;
    상기 컬러변환시트의 일 측에 배치되고, 네 개의 면을 포함하는 사각뿔 형상의 복수의 제1 렌즈가 제1 방향으로 정렬되어 일 면에 형성되는 제1 확산렌즈시트; 및
    상기 제1 확산렌즈시트의 일 측에 배치되고, 네 개의 면을 포함하는 사각뿔 형상의 복수의 제2 렌즈가 상기 제1 방향과 0° 내지 80°의 각도를 이루는 제2 방향으로 정렬되어 일 면에 형성되는 제2 확산렌즈시트;를 포함하고,
    상기 제2 확산렌즈시트의 일 측에 배치되고, 복수의 프리즘이 일 면에 배치되어 광을 집광하는 제1 프리즘시트; 및
    상기 제1 프리즘시트의 일 면에 접합되어 형성되며, 복수의 프리즘이 일 면에 배치되어 광을 집광하는 제2 프리즘시트;를 더 포함하는, 백라이트 유닛.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 프리즘시트 하부 또는 제 2 프리즘시트 상부에 광 확산을 위한 확산패턴을 포함하는 확산시트;를 더 포함하는, 백라이트 유닛.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 확산시트는 비드(beads)를 포함하는, 백라이트 유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 렌즈 또는 상기 복수의 제2 렌즈에 배치되는 네 개의 면 중 두 개의 마주보는 면 사이의 각도인 정점각은, 상기 복수의 제1 렌즈 또는 상기 복수의 제2 렌즈를 투과하는 광이 굴절되어 형성하는 분리각에 기초하여 설정되는, 백라이트 유닛.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 제1 렌즈 또는 상기 복수의 제2 렌즈에 배치되는 상기 네 개의 면 중 마주보는 면의 크기 및 각도는 서로 동일하고,
    상기 복수의 제1 렌즈 또는 상기 복수의 제2 렌즈에 배치되는 상기 네 개의 면 중 연접하는 면의 크기 및 각도는 서로 상이한, 백라이트 유닛.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 제1 렌즈의 밑면의 높이 및 상기 복수의 제1 렌즈의 높이는 상기 복수의 제1 렌즈에 대한 제1 정점각에 기초한 비율에 따라 정의되고,
    상기 복수의 제2 렌즈의 밑면의 높이 및 상기 복수의 제2 렌즈의 높이는 상기 복수의 제2 렌즈에 대한 제2 정점각에 기초한 비율에 따라 정의되는, 백라이트 유닛.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향은 소정의 각도를 형성되는, 백라이트 유닛.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 컬러변환시트는,
    레드(red) 형광체, 그린(green) 형광체, 퀀텀 닷(quantum dot) 및 무기입자 중 적어도 어느 하나 이상을 기정의된 중량비율에 따라 포함하는, 백라이트 유닛.
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