KR102392698B1 - 광원모듈 및 그를 포함하는 표시장치와, 광원모듈 제조 방법 - Google Patents

광원모듈 및 그를 포함하는 표시장치와, 광원모듈 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102392698B1
KR102392698B1 KR1020150150579A KR20150150579A KR102392698B1 KR 102392698 B1 KR102392698 B1 KR 102392698B1 KR 1020150150579 A KR1020150150579 A KR 1020150150579A KR 20150150579 A KR20150150579 A KR 20150150579A KR 102392698 B1 KR102392698 B1 KR 102392698B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light source
light
transparent encapsulation
encapsulation sheet
display device
Prior art date
Application number
KR1020150150579A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170049802A (ko
Inventor
김기성
윤지수
곽용석
정동열
김일수
이규환
Original Assignee
엘지디스플레이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지디스플레이 주식회사 filed Critical 엘지디스플레이 주식회사
Priority to KR1020150150579A priority Critical patent/KR102392698B1/ko
Publication of KR20170049802A publication Critical patent/KR20170049802A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102392698B1 publication Critical patent/KR102392698B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133602—Direct backlight
    • G02F1/133605—Direct backlight including specially adapted reflectors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133602—Direct backlight
    • G02F1/133603—Direct backlight with LEDs
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/136—Liquid crystal cells structurally associated with a semi-conducting layer or substrate, e.g. cells forming part of an integrated circuit
    • G02F1/1362—Active matrix addressed cells
    • G02F1/136286—Wiring, e.g. gate line, drain line

Abstract

본 발명은 광원모듈 및 그를 포함하는 표시장치에 관한 것으로서, 직하형 백라이트 유닛에서 다수 광원칩을 커버하는 투명 봉지 시트와 투명 봉지 시트의 저면에 직접 형성된 전극부를 포함함으로써 광원 PCB를 제거할 수 있어서 백라이트 유닛의 슬림화와 표시장치의 유연성(Flexibility)을 확보할 수 있고, 광원칩 상면에 반사투과 특성을 가지는 반사투과층을 형성하고, 투명 봉지 시트의 상면에 광확산을 위한 금속 패턴부를 형성함으로써, 광확산 렌즈를 제거하면서도 표시장치 전면에 고른 광확산이 가능하다.

Description

광원모듈 및 그를 포함하는 표시장치와, 광원모듈 제조 방법 {Light-Emitting Module and Display Device having the same, and Manufacturing Method of Light-Emitting Module}
본 발명은 백라이트 유닛용 광원모듈 및 그를 포함하는 표시장치, 더 구체적으로는 광원 인쇄회로기판(PCB) 없이 다수의 광원칩을 둘러싸는 투명 봉지 시트와 투명 봉지시트의 저면에 직접 형성되는 전극부 및 절연반사층을 포함하는 광원모듈과 그를 포함하는 표시장치, 및 광원모듈 제조방법에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하기 위한 표시장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있으며, 근래에는 액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display), 플라즈마표시장치(PDP: Plasma Display Panel), 유기전계발광표시장치(OLED: Organic Light Emitting Diode Display Device)와 같은 여러 가지 표시장치가 활용되고 있다.
이러한 표시장치 중 액정 표시장치(LCD)는 화소영역 각각을 온(on)/오프(off) 제어하기 위한 스위칭 소자인 박막 트랜지스터를 포함하는 어레이 기판과, 컬러필터 및/또는 블랙매트릭스 등을 구비한 상부기판과, 그 사이에 형성되는 액정물질층을 포함하는 표시패널과, 박막 트랜지스터를 제어하기 위한 구동부와, 표시패널로 광을 제공하는 백라이트 유닛(Back Light Unit; BLU) 등을 포함하여 구성되며, 화소 영역에 구비된 화소(Pixel; PXL) 전극 및 공통 전압(Vcom) 전극 사이에 인가되는 전계에 따라 액정층의 배열 상태가 조절되고 그에 따라 광의 투과도가 조절되어 화상이 표시되는 장치이다.
이러한 액정 표시장치의 경우에는 외부에서 광을 제공하는 백라이트 장치가 있어야 하며, 백라이트 유닛 중에서 광원이 표시패널의 직하부에 배치되어 광을 직접 표시패널로 인가하는 직하형(Direct Type) 백라이트 유닛이 사용될 수 있으며, 이러한 직하형 백라이트 유닛은 표시장치의 하부 지지구조인 커버 버텀(Cover Bottom) 등의 상부에 배치되는 광원 모듈과, 광원 모듈 상부에 배치되는 확산판(Duffuser Plate; DP)과, 확산판 상부에 배치되는 1 이상의 광학시트 등을 포함하여 구성될 수 있다.
이러한 직하형 백라이트 유닛의 광원 모듈은 LED 패키지와 같은 광원 패키지와, 그 광원 패키지를 실장하기 위한 광원 PCB와, 광원 패키지 상부에 배치되어 광원 표시장치 전체에 걸쳐 고르게 확산하기 위한 광확산 렌즈 등을 포함할 수 있다.
이러한, 직하형 백라이트 유닛의 광원모듈의 경우, 광원칩 등을 실장하기 위하여 일정한 강성을 가지는 광원 PCB가 반드시 필요하므로 플렉서블 표시장치 등을 구현하기 어렵다는 단점이 있었다.
또한, 광의 확산을 위하여 사용되는 광확산 2차 렌즈가 일정 부피를 차지하므로 광원모듈의 두께가 일정 이상이 되어야 하며, 따라서 표시장치의 슬림화에 한계가 있었다.
또한, 광확산 2차 렌즈의 지향각 또는 광확산각이 140도 이상으로 크기 때문에, 로컬 디밍(Local Dimming) 또는 하이 다이나믹 레인지(High Dynamic Range; HDR) 모드와 같이 광원의 일부만 구동하여 표시장치의 일부 영역만 동작하도록 하는 부분 표시 모드에서 발광(구동)되는 광원의 블록 영역 이외의 영역까지 광이 확산되므로 부분 표시모드의 성능이 낮아진다는 단점이 있었다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 직하형 백라이트 유닛에서 다수 광원칩을 커버하는 투명 봉지 시트와 투명 봉지 시트의 저면에 직접 형성된 전극부를 포함하는 광원모듈을 이용함으로써, 광원 PCB와 광확산 2차 렌즈를 제거할 수 있어서 백라이트 유닛의 슬림화와 유연성을 확보할 수 있는 광원 모듈과 그를 포함하는 표시장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 직하형 백라이트 유닛에서 다수 광원칩을 커버하는 투명 봉지 시트와 투명 봉지 시트의 저면에 직접 형성된 전극부를 포함하는 광원모듈을 이용하되, 광원칩 상면에 반사투과 특성을 가지는 반사투과층을 형성하고, 투명 봉지 시트의 상면에 광확산을 위한 금속 패턴부를 형성함으로써, 광확산 렌즈와 광원 PCB 없이도 표시장치 전면에 고른 광확산이 가능한 광원모듈과 그를 포함하는 표시장치를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에서는, 제1두께를 가지는 투명 봉지 시트와, 일정한 칩피치를 가지면서 상기 투명 봉지 시트의 하측 내부에 매립되어 배치되는 다수의 광원부와, 상기 투명 봉지 시트의 저면에 배치되어 상기 다수 광원부의 전극 패드를 전기적으로 연결하는 전극부와, 상기 투명 봉지 시트의 저면 외부에 배치되는 절연 반사층을 포함하는 표시장치용 광원모듈을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 제1두께를 가지는 투명 봉지 시트와, 일정한 칩피치를 가지면서 상기 투명 봉지 시트의 하측 내부에 매칩되어 배치되는 다수의 광원부와, 상기 투명 봉지 시트의 저면에 배치되어 상기 다수 광원부의 전극 패드를 전기적으로 연결하는 전극부와, 상기 투명 봉지 시트의 저면 외부에 배치되는 절연 반사층을 포함하는 광원모듈과; 상기 투명 봉지 시트의 상면 외측에 배치되는 확산판과; 상기 확산판 상부에 배치되는 표시패널과; 상기 광원모듈, 확산판 및 표시패널을 지지하기 위한 지지부재;를 포함하는 표시장치를 제공한다.
아래 설명할 바와 같은 본 발명의 일실시예에 의하면, 직하형 백라이트 유닛에서 다수 광원칩을 커버하는 투명 봉지 시트와 투명 봉지 시트의 저면에 직접 형성된 전극부를 포함하는 광원모듈을 이용함으로써, 광원 PCB와 광확산 2차 렌즈를 제거할 수 있어서 백라이트 유닛의 슬림화와 표시장치의 유연성(Flexibility)을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 직하형 백라이트 유닛에서 다수 광원칩을 커버하는 투명 봉지 시트와 투명 봉지 시트의 저면에 직접 형성된 전극부를 포함하는 광원모듈을 이용하되, 광원칩 상면에 반사투과 특성을 가지는 반사투과층을 형성하고, 투명 봉지 시트의 상면에 광확산을 위한 금속 패턴부를 형성함으로써, 광확산 렌즈와 광원 PCB를 제거하면서도 표시장치 전면에 고른 광확산이 가능하다는 효과가 있다.
또한, 기존의 광확산 렌즈를 이용하는 광원모듈에 비하여 고휘도를 구현할 수 있고, HDR와 같은 부분 표시모드에서 인접 블록으로의 빛샘을 방지하여 부분 표시 모드의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 2가지 형태의 백라이트 유닛의 단면도로서, 도 1의 (a)는 엣지형(Edge-type) 백라이트 유닛이고, 도 1의 (b)는 본 발명이 적용될 수 있는 직하형 백라이트 유닛을 도시한다.
도 2는 직하형 백라이트 유닛에서 사용되는 개별 광원 패키지와 그 상부에 배치되는 광확산 렌즈의 구조를 도시하는 것으로서, 도 2의 (a)는 몰드 프레임을 포함하는 LED 패키지이고, 도 2의 (b)는 본 발명이 적용될 수 있는 플립칩 구조의 LED 패키지이다.
도 3은 종래의 광확산 렌즈를 포함하는 광원 모듈의 단점을 도시하기 위한 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 광원모듈을 도시하며, 도 4의 (a)는 사시도, 도 4의 (b)는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 광원 모듈의 광원칩 부분의 확대단면도와 투명 봉지 시트 상부에 형성되는 금속 패턴부의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 광원 모듈에서의 광경로를 도시한다.
도 7은 광원칩 상부의 반사투과층과 투명 봉지 시트 상면의 금속 패턴부에 의한 효과를 도시하기 위한 것으로서, 도 7의 (a)는 반사투과층 및 금속패턴부가 사용되지 않는 경우이고, 도 7의 (b)는 반사투과층 및 금속패턴부가 사용된 경우를 도시한다.
도 8은 광원칩 상면에 배치되는 분산 브래그 반사체(Distributed Bragg Reflector)로 구성되는 반사투과층에 의한 효과를 도시한다.
도 9는 광원칩 사이의 이격거리인 칩피치(a), 투명 봉지 시트의 두께(b), 광원칩의 크기(c) 및 투명 봉지 시트 상면의 금속패턴부의 크기(d) 사이의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 투명 봉지 시트의 상면에 형성되는 금속패턴부의 여러 형태를 도시한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 의한 광원 모듈을 제작하는 공정의 일예를 도시한다.
도 12는 본 발명의 실시예에 의한 광원모듈이 사용된 백라이트 유닛과, 그를 포함하는 표시장치의 단면을 도시한다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 2가지 형태의 백라이트 유닛의 단면도로서, 도 1의 (a)는 엣지형(Edge-type) 백라이트 유닛이고, 도 1의 (b)는 본 발명이 적용될 수 있는 직하형 백라이트 유닛을 도시한다.
도 1과 같이, 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 표시장치는 액정 표시패널 등의 표시패널(140)과 그 하부에 배치되어 표시패널에 광을 조사하는 백라이트 유닛(120, 160)을 포함하며, 백라이트 유닛을 지지하고 표시장치의 후면 전체에 걸쳐 연장되는 금속 또는 플라스틱 재질의 커버 버텀(Cover Bottom; 110) 등을 포함한다.
또한, 액정표시장치는 측면에서 백라이트 유닛을 구성하는 광원 하우징(127)을 지지하면서 상부에서는 표시패널(140)을 지지하기 위한 가이드 패널(Guide Panel; 130)과, 커버 버텀 또는 가이트 패널의 측면을 둘러싸되 표시패널의 전면부 일부까지 연장되어 배치되는 케이스탑(Case Top; 150) 등을 추가로 포함할 수 있다.
이러한 액정 표시장치에서는 표시패널로 광을 제공하기 위한 백라이트 유닛이 포함되며, 백라이트 유닛은 광원의 배치 및 광의 전달 형태에 따라서 엣지형(Edge-Type) 또는 직하형(Direct-Type) 등으로 구분될 수 있다.
도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 엣지형 백라이트 유닛(120)은 LED 등의 광원(128)과 광원을 고정하기 위한 홀더 또는 하우징과 광원 구동 회로 등을 포함하는 광원 모듈(127)이 표시장치의 일측에 배치되며, 광을 패널 영역 전체로 확산시키기 위한 도광판(124; Light Guide Plate; LGP)과, 빛을 표시패널 방향으로 반사하기 위한 반사판(122)과, 도광판 상부에 배치되어 휘도 향상, 광의 확산 및 보호 등의 용도로 배치되는 1 이상의 광학시트(126) 등을 포함할 수 있다.
이러한 엣지형 백라이트 유닛에서는 광원으로부터의 광이 도광판 인입부로 입사된 후, 도광판에서 전반사되면서 표시장치의 전면으로 퍼지면서 표시패널 방향으로 출광하게 된다.
한편, 본 발명이 적용될 수 있는 직하형 백라이트 유닛은, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 커버버텀(110)의 상부에 배치되는 광원 PCB(161)와, 광원 PCB 상부에 일정 거리 이격되어 배치되어 광원으로부터 광을 확산시키는 확산판(165)과, 확산판 상부에 배치되는 1 이상의 광학 시트(166)을 포함할 수 있으며, 광원 PCB(161)에는 확산판의 처짐을 방지하기 위한 다수의 확산판 서포트(164; DPS)가 배치되어 있다.
광원 PCB(161)는 표시장치의 전면에 걸쳐서 배치되며, 광원 PCB 상부에는 다수의 광원인 LED칩(162)과, 각 광원으로부터 광을 확산시키기 위한 광확산 렌즈(163) 등이 포함된다.
통상적으로, 엣지형 백라이트 유닛은 도광판의 두께만큼의 공간만 있으면 되기 때문에 10mm 이하의 슬림화가 가능하다는 장점이 있으나, 광이 측면에서만 제공되므로 고휘도 구현이 어렵고, 도광판 등의 부품으로 인하여 제조비용이 높으며, 표시장치의 국부적인 영역만 광을 조사하는 로컬 디밍(Local Dimming) 기능의 구현이 어렵다는 단점이 있다.
한편, 직하형 백라이트 유닛은, 표시장치 전면에 배치되는 다수의 광원으로부터의 광을 직접 표시패널로 조사하므로 고휘도가 가능하고 제조비용이 낮으며 로컬 디밍 구현이 용이하다는 장점이 있으나, 다수의 점광원인 LED로부터의 광이 표시패널 충분히 확산될 수 있도록 하기 위하여 광원과 확산판 사이의 간극인 광학갭(Optical Gap; OG)이 일정 이상이어야 하므로 두께가 비교적 커서 슬림화에 한계가 있다는 단점이 있다.
특히, 직하형 백라이트 유닛에서는 LED 패키지 등으로 구성되는 발광소자가 일종의 점광원의 역할을 하므로, 그를 고르게 확산시키기 위하여 광확산 렌즈가 사용되는데, 이러한 광확산 렌즈는 일정한 크기를 가질 뿐 아니라 각 LED 패키지 상부에 설치하여야 하므로 설치 공간이 필요하다는 단점이 있었다.
도 2는 직하형 백라이트 유닛에서 사용되는 개별 광원 패키지와 그 상부에 배치되는 광확산 렌즈의 구조를 도시하는 것으로서, 도 2의 (a)는 몰드 프레임을 포함하는 LED 패키지이고, 도 2의 (b)는 본 발명이 적용될 수 있는 플립칩 구조의 LED 패키지이다.
도 2의 (a)에 의한 LED 패키지는 인쇄회로기판(210)과, 인쇄회로기판(210) 상에 장착된 LED칩(240)을 포함하며, 인쇄회로기판(210)은 인쇄회로기판베이스(211), 절연층(213) 및 전원배선층(215)으로 이루어질 수 있다.
또한, LED칩(240)이 장착된 인쇄회로기판(210) 상에는 인쇄회로기판(210)으로부터 돌출되어, LED칩(240)에서 측방으로 발생되는 광을 차단하거나, 차단된 광을 전방으로 반사시키기 위해 LED칩(100)의 가장자리를 두르는 측벽(220)이 포함되며, 측벽 상부의 개구 영역에는 광변환층(250) 또는 확산층이 배치될 수 있다.
도 2의 (a)에 의한 LED 패키지에서의 LED 칩(240)은 2개 전극 사이에 배치되어 청색(Blue)광을 방출하는 청색 LED일 수 있으며, 발광된 청색광은 격벽(220)에서 반사된 후 광변환층(250)에서 R, G, Y 등의 광으로 변환됨으로써 최종적으로 화이트(White)광이 방출된다.
도 2의 (a) 구조의 LED 패키지(200)에서 방출되는 광은 통상 120도 정도의 지향각 또는 확산각을 가지는데, 전술한 바와 같이 광원과 확산판 사이의 간극인 광학갭(Optical Gap; OG)이 작아지는 경우 120도 정도의 방사각으로는 표시장치의 전면에 광을 분포시키기 어렵다.
따라서, LED 패키지(200) 상부에는 LED 패키지로부터의 광을 더 넓게 확산시키기 위한 광확산 렌즈(300)가 사용되어야 한다. 이러한 광확산 렌즈(300)를 사용하는 경우 광의 방사각 또는 지향각을 160~170도까지 증가시킬 수 있다.
도 2의 (b)는 표면실장기술(surface mount technology : SMT)에 의하여 도 2의 (a)와 같은 몰드 프레임 또는 리드 프레임 없이 바로 LED 칩을 기판 상에 형성시키는 형태의 LED 패키지를 도시한다.
도 2의 (b)와 같은 LED는 소위 칩온보드(Chip-On-Board; COB) 또는 칩스케일 패키지(Chip Scale Package; CSP)으로 표현되는 광원 패키지로서, 그에 포함되는 LED 패키지(200')는 광투과성을 가지는 성장 기판층(270)상에 2개의 전극층과 그 사이에 배치되는 발광층으로 구성되는 발광부(260)를 형성하고, 그 주위에 형광체 밀봉층(280)을 형성하는 구조로 되어 있다.
도 2의 (b)에 의한 LED 칩은 일명 플립칩(Flip-Chip)으로 불리는 것으로서, 발광층에서 생성된 청색광이 성장 기판층(270)과 형광체 밀봉층(280)을 통과하면서 백색광으로 변환되어 출사되며, LED 칩의 측방향으로도 광이 출사되는 것이 특징이다.
도 2의 (b)와 같은 플립칩 구조의 광원 패키지도 주된 출사광은 패키지의 상부로 향하게 되며, 따라서 도 2의 (a)와 마찬가지로 광의 방사각 또는 지향각을 증가시키기 위하여 LED 패키지(200') 상부에 광확산 렌즈를 배치하는 것이 일반적이다.
광확산 렌즈(300)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate : PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethylmethacrylate : PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리올레핀(polyolefine), 셀룰로스 아세테이트(cellulose acetate), 폴리비닐클로라이드(polyvinyl chloride) 등과 같은 합성수지재로 제조되는 것으로서, 광확산을 위하여 상면이 곡선 형상을 가지도록 형성된다.
도 3은 종래의 광확산 렌즈를 포함하는 광원 모듈의 단점을 도시하기 위한 것이다.
도3에 도시한 바와 같이, 종래의 직하형 백라이트 유닛용 광원 모듈은 광원 PCB(310)과, 광원 PCB 상에 장착되는 다수의 광원패키지(340)와, 광원 패키지 상부에 배치되는 광확산 렌즈(300)와, 광원 PCB로부터 광학갭(Optical Gap; O/G)만큼 이격되어 배치되는 확산판(350) 등을 포함하여 구성된다.
또한, 광원 패키지(340)는 몰드 프레임 또는 리드 프레임과 같은 지지구조(344)와, 지지구조 내부에 배치되는 1 이상의 광원칩(342)를 포함한다.
또한, 광원 PCB(310) 상에는 본딩 와이어를 통해서 광원칩(342)의 전극패드와 연결되는 전극부(314)가 형성되어 있으며, 전극부(314)는 다수의 광원패키지 사이를 전기적으로 연결한다.
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 광확산 렌즈(300)는 광원패키지로부터의 광을 약140도이상의 지향각 또는 방사각(θ)으로 확산시키는 기능을 하며, 그를 위하여 광확산 렌즈의 높이는 약7mm 이상으로 형성된다.
또한, 광확산 렌즈의 확산 성능을 확보하기 위하여 광확산 렌즈(300)와 확산판(350) 사이에는 일정한 거리가 필요하며, 따라서, 광원 PCB(310)와 확산판(350) 사이의 거리인 광학갭(O/G)이 적어도 약15mm 이상이 되어야 한다.
이와 같이, 기존의 광확산 렌즈(300)가 사용되는 광원모듈을 이용하는 경우 백라이트 유닛의 두께가 일정 이상이 될 수 밖에 없으므로, 백라이트 유닛 및 더 나아가서 표시장치 전체의 슬림화에 일정한 한계가 있게 된다.
또한, 기존의 광원모듈에서는 광원 패키지를 실장하여 지지함과 동시에, 전극부(412)를 형성하기 위하여 일정한 강성을 가지는 광원 PCB(310)가 사용되어야 하는데, 이러한 광원 PCB로 인하여 플렉서블(Flexible) 표시장치 구현에 제한이 되었다.
한편, 표시장치에서는 표시장치 전체를 발광하여 표시하는 전체 표시 모드 이외에, 표시장치의 일부 영역만을 발광/표시하는 부분 표시 모드가 사용될 수 있다.
이러한 부분 표시 모드는 로컬 디밍(Local Dimming) 또는 하이 다이나믹 레인지(HDR) 기능으로 표현될 수 있으며, 이를 위하여 광원 중 일부만 ON되어 해당 광원 주위의 한 블록(Block)만 발광시켜야 한다.
이 때, 구동(ON)되는 광원으로부터의 광이 해당 광원 주위의 일정한 영역인 블록(Block) 내로만 진행하여야 하며, 만일 인접한 블록으로 전파되는 경우 원하는 영역 이외의 부분이 발광됨으로써 부분 표시 모드의 기능이 떨어지게 된다.
도 3의 (b)와 같이, 기존 구조에 의한 백라이트 유닛에서는, 부분 표시모드에서 구동(ON)되는 광원으로부터의 광이 광확산 렌즈(300)에서 크게 확산되어 해당 광원의 블록을 벗어나서 인접한 블록까지 진행함으로써, 도 3의 (b)에서 A로 도시한 바와 같은 빛샘 현상이 나타나게 된다.
이와 같이, 구동(ON)되는 광원의 블록을 벗어나는 빛샘 현상으로 인하여, 부분 표시 모드의 성능이 나빠질 우려가 있었다.
이에 본 발명의 실시예에서는 이러한 기존 구조의 광원모듈의 단점을 극복하기 위하여, 광원 PCB 없이 다수의 광원칩을 동시에 실링하는 투명 봉지 시트를 제공하고, 투명 봉지 시트의 저면에 바로 광원칩을 연결하기 위한 전극부를 형성함으로써, 기존의 광원 PCB를 제거할 수 있도록 하였다.
또한, 투명 봉지시트의 광확산 성능을 확보하기 위하여, 광원칩의 상면에 반사 및 투과성능을 가지는 DBR 반사투과층을 배치하고, 투명 봉지 시트의 상면 일부에는 금속 패턴부를 형성하는 구조를 제안한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 광원모듈을 도시하며, 도 4의 (a)는 사시도, 도 4의 (b)는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 광원 모듈의 광원칩 부분의 확대단면도와 투명 봉지 시트 상부에 형성되는 금속 패턴부의 평면도이다.
본 명세서에서는 표시패널쪽 방향을 상부, 상면 등으로 정의하고, 그 반대 방향을 저면, 하부, 하면 등으로 표시한다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 광원모듈은 제1두께를 가지는 투명 봉지 시트(430)와, 일정한 칩피치(a)를 가지면서 투명 봉지 시트의 하측 내부에 매립되어 배치되는 다수의 광원부(410)와, 투명 봉지 시트의 저면에 배치되어 다수 광원부의 전극 패드를 전기적으로 연결하는 전극부(412)와, 투명 봉지 시트의 저면 외부에 배치되는 절연 반사층(420)를 포함하여 구성될 수 있다.
투명 봉지 시트(430)는 광투과성 물성을 가지는 수지재료 또는 실리콘 에폭시 재료 등으로 제작될 수 있으며, 백라이트 유닛의 전체 면적을 커버하는 시트 형태를 가진다.
투명 봉지 시트(430)의 재료로는 예를 들면, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate:PMMA), MS(methlystylene)수지, 폴리스티렌(polystyrene:PS), 폴리프로필렌(Polypropylene:PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate:PET) 및 폴리카보네이트(polycarbonate:PC) 등과 같은 광투과성 레진이 사용될 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니며 플렉서블한 특성을 가지면서 일정 이상의 광투과도를 가지는 한 실리콘(Si) 에폭시 등과 같은 다른 재료가 사용될 수도 있다.
이러한 투명 봉지시트(430)는 일정한 제1두께(b)를 가지면, 제1두께(b)는 약300μm 이상일 수 있으나 그에 한정되지 않으며, 광원부(410)의 배치 간격인 칩피치(a)와 일정한 관계를 가지되, 더 구체적으로는 칩피치(a)의 10%보다 큰 것이 바람직하다.
이하에서 도 6 등을 참고로 더 설명하겠지만, 본 발명의 실시예에 의한 투명시트는 광원부로부터의 광을 확산판까지 전달하는 부재이고, 광원부(410)는 일정한 방사각으로 광을 방출한다.
한편, 광원부의 방사각이 고정되어 있기 때문에, 광원부 사이의 이격 거리인 칩피치(a)가 큰 경우에는 다수 광원부로부터의 광을 표시장치 전체게 고르게 전달하기 위해서 투명 봉지 시트(430)의 제1두께(b)가 커져야 한다.
다만, 투명 봉지시트의 제1두께가 너무 커지면 표시장치의 슬림화에 장애가 되므로, 본 실시예에서는 광원부와 확산판 사이의 광학갭을 채우는 공간인 투명 봉지 시트(430)의 두께를 칩피치(a)의 약10% 이상으로 제한함으로써, 다수 광원부로부터의 광이 표시장치 전체에 고르게 확산되도록 하면서도, 백라이트 유닛의 두께를 줄여 표시장치를 슬림하게 하는 효과가 있다.
광원부(410)는 몰드 프레임 또는 리드 프레임 없는 플립칩 형태의 LED 칩일 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니며, 별도의 몰드 프레임이나 리드프레임을 포함하는 광원패키지 형태일 수 있다.
또한, 광원부(410)는 백색광을 출력하는 백색 LED일 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니며, 광원칩이 약 430nm 내지 450nm의 파장을 갖는 청색광을 발광하는 청색 LED이고 청색광을 다른 주파수 대역의 광으로 변환하는 광변환 부재를 더 포함하는 형태일 수도 있다.
한편, 본 실시예에 의한 광원부(410)의 상면에는 광원으로부터의 광 중 일부를 선택적으로 투과하거나 반사할 수 있는 반사투과층(414)이 형성되어 있다.
이러한 반사투과층(414)는 분산 브래그 반사체(Distributed Bragg Reflector)로 구성될 수 있으나, 그에 한정되는 것은 아니며 투과특성을 가지는 모재료에 반사특성을 가지는 반사재료를 일부 코팅한 형태의 반사투과형 필름 형태일 수도 있다.
반사투과층(414)로 사용될 수 있는 분산 브래그 반사소자(Distributed Bragg Reflector; 이하, DBR이라 함)는 굴절율이 상이한 2개 이상의 투명 재료를 여러층으로 번갈아 적층한 광학부재일 수 있으며, 가능한 DBR 형성재료로는 TiN, AlN, TiO2, Al2O3, SnO2, WO3, ZrO2 등이 있다.
이러한 DBR 타입의 반사투과층(414)은 광투과성 또는 광발광성 특성과, 광 반사성 특성을 동시에 가지도록 하기 위하여, 다공성 실리콘 컴포지트 필름 형태로 제작될 수 있으며, 더 구체적으로는 발광효율이 높은 실리콘 고분자 폴리실올을 PMMA(polymethylmethacrylate)에 첨가하여 다층 DBR 다공성 실리콘 표면에 코팅을 한 필름 형태일 수 있다.
도 8을 참고로 아래에서 더 설명하겠지만, 이러한 광원부 상면에 형성되는 반사투과층(414)은 광원부로부터의 광의 발광 시작 영역을 더 크게 함으로써, 광원 모듈의 방사특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
반사투과층(414)는 반드시 DBR 재료로 형성될 필요는 없으며, 일정한 반사율과 투과율을 동시에 가지는 필름 또는 레이어 구조의 광학부재이면 어느 것도 가능하다.
반사투과층(414)의 일 예로서, 반사율 90~99%, 광투과율 1~10%의 광학특성을 가질 수 있으며, 광투과성 모필름층과, 모필름층의 적어도 일면에 배치되고 일정한 두께를 가지는 반사투과 코팅층을 가지는 필름구조일 수 있다. 이때, 반사투과 코팅층은 SiO2, TiO2 중 하나 이상으로 선택되는 광투과 재료와, Al, Au, Ag 중 하나 이상으로 선택되는 반사 재료가 혼합된 혼합재료를 이용하여 형성될 수 있다.
전극부(412)는 투명 봉지 시트(430)의 저면에 직접 형성되어 다수 광원부의 전극 패드를 전기적으로 연결한다.
더 구체적으로, 투명 봉지 시트(430)의 저면에 플라즈마 스퍼터링 등의 공법을 이용하여 Cu, Al, Ni의 재료를 선형으로 증착시켜 광원부의 전극패드를 직렬 또는 병렬로 연결할 수 있다.
즉, 본 실시예에 의한 전극부(412)는 기존의 전극부 및 배선이 광원 PCB 상에 형성되는 것과 달리, 투명 봉지 시트(430)의 저면에 직접 형성되는 점에서 차별화된다.
이러한 전극부(412)의 폭은 약30~70μm이고, 전극부의 두께는 약5μm이하로 형성되는 것이 바람직하지만, 그에 한정되는 것은 아니다.
더 구체적으로, 칩 크기(c)가 700*700μm인 경우 전극부(412)는 약50μm의 폭과 약3μm이하의 두께를 가지는 것이 바람직하다.
한편, 투명 봉지 시트(430)의 상면에는 각 광원부(420)를 중심으로 다수의 개구부와 차단부를 포함하는 다수의 금속 패턴부(440)가 배치될 수 있다.
이러한 금속 패턴부(440)는 광원부로부터의 광을 넓게 확산시키는 기능을 수행하는 것으로, 각 광원부(410)의 상부 영역에만 배치되되 다수의 개구부(444)와 차단부(442)를 포함하여 구성될 수 있다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 금속패턴부(440)는 투명 봉지시트(430)의 상면에 형성되되, 광원부(410)를 중심으로 일정 면적으로 형성되는 금속레이어 또는 금속 판상 부재로서, 다수의 개구부(444)와 그 개구부 사이를 차지하는 차단부(442)를 포함한다.
금속패턴부(440)는 각 광원부(410)를 중심으로 하되, 전체적으로 사각형 또는 원형의 대칭형 형상인 것이 바람직하며, 개구부(444)의 형상 역시 원형, 타원형, 다각형 등의 여러 형상일 수 있다.
특히, 각 광원부(410)의 바로 위 영역에는 금속패턴부(440)의 차단부(442)가 배치되고, 그 차단부 주위에 다수의 개구부(444)가 형성됨으로써, 광원부의 중심 피크광을 주위로 확산시켜 고른 광분포를 달성하는데 기여하게 된다.
이러한 금속패턴부(440)는 불투명한 Cu, Al, Ni의 금속재료를 투명 봉지 시트(430)의 상면의 해당 영역에 코팅 또는 증착함으로써 형성될 수 있으며, 플라즈마 스퍼터링 등의 공법이 이용될 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이 투명 봉지 시트(430)의 저면에 전극부(412)를 형성하는 공정과 동시에, 투명 봉지시트(430)의 상면에 금속패턴부(440)를 형성함으로써 공정상의 이득을 볼 수도 있을 것이다.
절연 반사층(420)은 투명 봉지 시트(430)의 저면 외측에 일정한 두께로 배치되어, 광원부로부터의 광을 다시 상부로 반사시키는 기능을 한다.
한편, 절연 반사층(420)에는 전술한 전극부(412)가 접촉되어 형성되므로, 전기적으로 절연특성을 가지는 재료이어야 하며, 반사특성을 가지는 재료이어야 한다.
이를 위하여, 절연 반사층(420)의 재료로는 화이트 에폭시, 화이트 실리콘, 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC) 등이 사용될 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니며, 약90% 이상의 반사율을 가지는 전연체로서 사출가공 등이 가능한 재료이면 어느 것이라도 가능할 것이다.
또한, 절연 반사층(420)의 두께는 작을수록 좋으나 반사 특성을 유지하면서 광원모듈의 베이스 구조를 이루어야 하므로 약100μm 이하의 두께를 가질 수 있다.
한편, 투명 봉지 시트(430)의 저면에 형성된 전극부(412)의 단부에는 본딩패드(416)이 연장 형성될 수 있으며, 이 본딩패드(416)와 연결되는 플렉서블 FPCB(470)이 추가로 포함될 수 있다.
플렉서블 FPCB(470)는 외부의 광원 구동회로 또는 표시장치 구동회로와 본 실시예에 의한 광원모듈을 연결하는 부재로서, 상기와 같은 구조를 가짐으로써 기존의 FPCB와 광원 PCB 연결을 위한 별도의 커넥터 등을 제거하므로써, 구조가 단순해지고 슬림해지는 장점이 있다.
이상과 같은 구조의 표시장치용 광원모듈을 이용하는 경우, 광원부가 투명 봉지 시트 내부에 매립되어 실장되고 전극부가 투명 봉지 시트의 저면에 직접 형성됨으로써, 기존구조의 광원 PCB를 제거할 수 있어서 구조가 간단해지고 플렉서블 표시장치 구현에 유리한 장점이 있다.
또한, 광원부의 상면에 반사투과층을 배치하고, 광원부 상부 영역의 투명 봉지시트 상면에 광확산용 금속패턴부를 형성함으로써, 기존의 광확산 렌즈를 제거하면서도 필요한 광확산 특성을 확보할 수 있다는 장점이 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 광원 모듈에서의 광경로를 도시한다.
도 7은 광원칩 상부의 반사투과층과 투명 봉지 시트 상면의 금속 패턴부에 의한 효과를 도시하기 위한 것으로서, 도 7의 (a)는 반사투과층 및 금속패턴부가 사용되지 않는 경우이고, 도 7의 (b)는 반사투과층 및 금속패턴부가 사용된 경우를 도시한다.
도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 광원모듈에서는 광원부(410)로부터의 광 중에서 가장 강한 중심광 L1이 금속패턴부(440)의 중앙 차단부(442)에서 차단/반사되어 주위로 확산되고 금속패턴부(440)의 개구부(444)를 통해 광원모듈 외부로 출광하게 된다. (L2)
또한, 광원부(410)의 상면에 형성된 반사투과층(414)에 의하여 광원부의 광이 바로 위로 방사되지 않고 측방으로 다소 퍼진 후에 상부로 방출됨으로써, 각 광원부의 광 시작 영역을 더 확장시킬 수 있다.(도 6의 L3 참고) 이로써, 각 광원부가 커버하는 발광 영역을 확대시킬 수 있으며, 이에 대해서는 아래에서 도 8을 참고로 더 상세하게 설명한다.
이로 인하여, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 각 광원부로부터 출광되는 광의 영역이 해당 광원부의 주위 영역에만 국한됨으로써, 전술한 종래 구조가 가지는 부분 표시모드에서의 빛샘 현상이 억제될 수 있다.
즉, 도 6의 (b)와 같이, 광원칩 C1의 발광 영역인 B1이 인접한 광원칩 C2의 발광영역 B2와 구분됨으로써, 광원칩 중 일부만을 구동하는 경우에도 인접 블록으로 빛샘 현상이 발생되지 않아서, 부분 표시모드의 성능이 향상될 수 있다.
또한, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 광원부 상면에 형성된 반사투과층 및 투명 봉지 시트의 상면에 형성된 금속패턴부가 없는 경우에는 전체 표시모드에서 광원칩 상부로의 출광량이 증가하여 각 광원부가 주위 영역과 달리 시인되는 핫스팟(Hot-Spot) 현상이 발생됨을 알 수 있다.
또한, 광원칩이 블루 LED인 경우에는, LED 상부의 블루광의 밀도가 높아서 광원부 주위가 청색계열(Bluish)로 보이고, 상대적으로 그 주위는 황색계열(Yellowish)로 보이는 색편차 현상이 나타날 수 있다.
반면, 도 7의 (b)와 같이, 본 실시예에 의한 광원부 상면의 반사투과층 및 투명 봉지 시트의 상면의 금속패턴부가 사용되는 경우에는, 전체 표시모드에서 핫스팟 현상이 억제되어 각 광원부의 광이 전체에 고르게 분포됨을 알 수 있다.
즉, 본 실시예에 의하면 광원부 상면의 반사투과층을 형성함으로써, 광원부 상부로의 출광량을 감소시키고, 투명 봉지 시트의 상면의 금속패턴부에 의하여 중심광이 일정 부분 차폐되어 전체적으로 휘도 균일화가 개선될 수 있게 되는 것이다.
도 8은 광원칩 상면에 배치되는 분산 브래그 반사체(Distributed Bragg Reflector)로 구성되는 반사투과층에 의한 효과를 도시한다.
도 8에 도시한 바와 같이, 일반적인 광원부는 광이 광원부 위로 바로 방사되므로 광원부의 발광시작 영역의 크기가 α인 반면, 광원부(410)의 상면에 반사 및 투과특성을 동시에 가지는 반사투과층(414)를 배치하는 경우에는 광원부의 발광 시작 영역이 β로 확대된다.
즉, 도 8의 (b)와 같이 광원부(410)의 상면에 형성된 반사투과층(414)에 의하여 광원부 중심에서의 중심광의 광휘도가 감소되고, 대신 광원부의 발광 시작 영역을 확대시킴으로써, 전체적으로 광원부 주위로 고른 출광 특성을 확보할 수 있게 된다.
도 9는 광원칩 사이의 이격거리인 칩피치(a), 투명 봉지 시트의 두께(b), 광원칩의 크기(c) 및 투명 봉지 시트 상면의 금속패턴부의 크기(d) 사이의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 의하면, 투명 봉지 시트(430)의 상면에 배치되는 금속패턴부(440)는 해당되는 광원부(410)를 중심으로 일정 영역에만 형성되되, 그 금속패턴부의 전체 면적 또는 크기(d)는 광원부인 LED칩 사이의 칩피치(a)와, 투명 봉지 시트의 제1두께(b)와, LED칩의 크기(c)와, LED칩의 굴절율(n1) 및 투명 봉지 시트의 굴절율(n2)에 대한 함수로 결정될 수 있다.
더 구체적으로 금속패턴부의 전체 배치크기 d는 아래 수학식 1을 만족하는 것이 바람직하다.
Figure 112015105017330-pat00001
여기서, a는 LED칩 사이의 칩피치, b는 투명 봉지 시트의 제1두께, c는 LED칩의 크기, n1은 LED칩의 굴절율, n2는 투명 봉지 시트의 굴절율이다.
금속패턴부(440)의 전체 배치크기 d는 각 광원부로부터의 광 중에서 투명 봉지 시트(430)의 상면에 도달하는 광의 전체 영역과 일치하는 것이 바람직하며, 그를 위하여 상기의 조건이 이용되는 것이다.
즉, 금속패턴부(440)의 전체 배치크기가 수학식 1의 조건을 만족하는 경우, 각 해당 광원부로부터의 광을 광원부 주위의 블록으로만 고르게 확산시킴으로써 전체 표시모드에서 균일한 휘도를 달성함과 동시에, 부분 표시 모드에서의 빛샘 현상을 최대한 억제할 수 있는 효과가 있다.
도 10은 투명 봉지 시트의 상면에 형성되는 금속패턴부의 여러 형태를 도시한다.
도 10에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 적용되는 금속패턴부(440)는 특정 형상에 한정되는 것은 아니다.
즉, 금속패턴부의 전체 형태는 해당되는 광원부를 중심으로 대칭으로 형성되는 한, 사각형, 원형, 타원형 등 여러 형태가 될 수 있다.
또한, 금속패턴부(440)를 구성하는 개구부(440)의 형태 역시 원형, 타원형, 사각형 등의 여러 천공 형태를 가질 수 있다.
한편, 각 금속패턴부의 전체 면적에 대한 개구부(444)의 전체 형성 면적 비율을 적절히 조절함으로써, 여러 형태의 광방사 특성을 가지는 광원부에 대하여 최적의 광확산 특성을 유지할 수 있을 것이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 의한 광원 모듈을 제작하는 공정의 일예를 도시한다.
도 11에서와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 광원모듈을 제작하기 위하여 우선 더미 기판(520)상에 각 광원부(410)를 배치한다(도11의 a).
그 상태에서 더미 기판(520) 상부에 일정한 두께를 가지는 투명 봉지 시트(430)를 형성한 후에 더미 기판(520)을 제거한다. (도 11의 b, c) 이 때, 투명 봉지 시트의 형성을 위하여 디스펜싱(dispensing)방식 또는 트랜스퍼몰딩(transfer molding), 또는 인서트 몰딩 공법 등이 이용될 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 투명 봉지 시트(430)의 저면 일부 영역에 전극재료(Cu, Al, Ni)를 증착하여 전극부(412)를 형성하며, 이를 위하여 플라즈마 스퍼터링 공법 등이 이용될 수 있다.(도 11의 d)
다음으로, 투명 봉지 시트(430)의 저면 외측에 화이트 실리콘, 화이트 에폭시 등과 같은 반사절연 재료를 일정 두께 이상으로 증착하여 절연 반사층(420)을 형성한다.
또한, 투명 봉지 시트(430)의 상면 일부 영역에는 금속재료를 선택적으로 증착함으로써 각 광원부에 대응되는 금속패턴부(440)을 형성한다.(도 11의 e)
물론, 금속패턴부(440)는 전극부(412)와 동일/유사한 금속재료로 형성되므로, 도 11에서 도시한 바와 같은 공정을 따르지 않고, 도 11의 (d)에서 투명 봉지 시트(430)의 저면에 전극부(412)를 형성하는 공정과 동시에 투명 봉지 시트(430)의 상면에 금속패턴부(440)을 형성할 수도 있을 것이다. 이와 같이 전극부(412)와 금속패턴부(440)을 동시에 형성함으로써 공정상의 이득을 볼 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 의한 광원모듈이 사용된 백라이트 유닛과, 그를 포함하는 표시장치의 단면을 도시한다.
도 12에 본 발명의 실시예에 의한 백라이트 유닛은 전술한 구조의 광원모듈과 그 투명 봉지 시트(430)으로부터 일정한 거리인 에어갭만큼 이격되어 배치되는 확산판(450)을 포함하여 구성될 수 있으며, 확산판(450) 상부에는 확산판을 통과한 광을 집광하여 표시패널로 보다 균일한 면광원이 입사되도록 하는 다수의 광학시트(460)들이 배치될 수 있다.
이러한 광학시트(460)는 집광 기능을 하는 집광시트 또는 프리즘 시트(Prism Sheet; PS)와, 광을 확산시키는 확산시트(Diffusing Sheet; DS)와, DBEF(dual brightness enhancement film)라 불리는 반사형 편광필름 등 각종 기능성 시트 들이 조합되어 구성될 수 있다.
한편, 투명 봉지 시트(430)의 상면과 확산판(450) 사이의 공간인 에어갭(Air Gap; A/G)의 크기는 광원부의 광방사 특성 등에 따라서 결정될 수 있으며, 에어갭의 크기는 작을수록 바람직할 것이다.
만일, 본 실시예에 사용되는 광원부 상면의 반사투과층(414)과 투명 봉지 시트(430) 상면의 금속패턴부(440)이 없다면 광원부로부터의 광을 넓게 확삭시키기 위하여 전술한 에어갭의 크기가 커져야 할 것이다.
그러나, 본 실시예에서는 광원부 상면의 반사투과층(414)과 투명 봉지 시트(430) 상면의 금속패턴부(440)를 이용하여 광원부의 광확산 특성을 크게 할 수 있기 때문에, 전술한 에어갭의 크기를 최소화 할 수 있고, 그로 인하여 백라이트 유닛 및 표시장치의 슬림화에 기여할 수 있게 된다.
도 12의 (b)는 본 실시예에 의한 광원모듈이 사용되는 전체 표시장치의 단면도로서, 표시장치는 전술한 구조의 광원모듈(400)과 확산판(450), 표시패널(1240) 및 1 이상의 지지부재를 포함하여 구성될 수 있다.
더 구체적으로, 광원모듈(400)은 다시 제1두께를 가지는 투명 봉지 시트(430)와, 일정한 칩피치를 가지면서 투명 봉지 시트의 하부에 배립되어 배치되는 다수의 광원부(410)와, 투명 봉지 시트의 저면에 배치되어 다수 광원부의 전극 패드를 전기적으로 연결하는 전극부(412)와, 투명 봉지 시트의 저면 외부에 배치되는 절연 반사층(420)을 포함한다.
이러한 광원모듈(400)의 세부 구성에 대해서는 앞서 설명한 바와 동일하므로, 중복을 피하게 위하여 상세한 설명은 생략한다.
또한, 확산판(450)은 투명 봉지 시트(430)의 상부 영역에서 투명 봉지 시트와 평행하게 배치되는 판상 광학부재로서, 광원부로부터의 광을 표시패널 전체에 걸쳐 고르게 분포되도록 확산시키는 기능을 한다.
이러한 확산판(450)은 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate:PMMA), MS(methlystylene)수지, 폴리스티렌(polystyrene:PS), 폴리프로필렌(Polypropylene:PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate:PET) 및 폴리카보네이트(polycarbonate:PC) 중 선택된 1종 이상의 광투과성 재료로 형성된다.
또한, 확산판(450)의 광확산 특성을 향상시키기 위하여 확산판의 표면 일부에는 다수의 확산패턴이 형성될 수 있으며, 이러한 확산패턴은 광원에 대응되는 일부 영역에만 형성될 수도 있고, 확산판 배면 전체에 걸쳐 형성될 수도 있다.
또한, 확산판(450)의 내부에는 입사된 광을 널리 확산시키기 위하여 다수의 산란입자를 포함할 수 있다. 이러한 산란입자는 비드(Bead) 형상일 수 있으며, 산란입자의 형상, 크기 및 분포는 규칙적 또는 불규칙적일 수 있다.
본 실시예에 의한 백라이트 백라이트 유닛에 의하여 광을 제공받는 표시패널(1240)은 액정 표시패널인 경우에는 다시 다수의 게이트 라인과 데이터 라인 및 그 교차 영역에 정의되는 픽셀(Pixel)과, 각 픽셀에서의 광투과도를 조절하기 위한 스위칭 소자인 박막 트랜지스터를 포함하는 어레이 기판과, 컬러필터 및/또는 블랙매트릭스 등을 구비한 상부기판과, 그 사이에 형성되는 액정물질층을 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 본 발명이 적용될 수 있는 표시패널은 이러한 액정표시패널에 한정되는 것은 아니며, 백라이트 유닛이 필요한 다른 형태의 표시장치까지 포함할 수 있을 것이다.
또한, 백라이트 유닛 또는 표시패널을 지지하기 위한 지지부재는, 표시장치의 후면 및 측면 일부를 커버하는 금속 또는 플라스틱 재질의 백커버인 커버 버텀(Cover Bottom; 1210)과, 표시패널을 하부에서 지지하는 가이드 패널(Guide Panel; 1230)과, 표시장치의 최외곽 측면과 표시패널의 상면 가장자리를 커버하는 케이스탑(Case Top; 1250) 등을 포함할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시예에 의하면, 직하형 백라이트 유닛에서 다수 광원칩을 커버하는 투명 봉지 시트와 투명 봉지 시트의 저면에 직접 형성된 전극부를 포함하는 광원모듈을 이용함으로써, 광원 PCB와 광확산 2차 렌즈를 제거할 수 있어서 백라이트 유닛의 슬림화와 표시장치의 유연성(Flexibility)을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 광원칩 상면에 반사투과 특성을 가지는 반사투과층을 형성하고, 투명 봉지 시트의 상면에 광확산을 위한 금속 패턴부를 형성함으로써, 광확산 렌즈를 제거하면서도 표시장치 전면에 고른 광확산이 가능하다는 효과가 있다.
또한, 전체적인 백라이트 유닛의 구조가 단순해지면서도, 기존의 광확산 렌즈를 이용하는 광원모듈에 비하여 고휘도를 구현할 수 있고, HDR와 같은 부분 표시모드에서 인접 블록으로의 빛샘을 방지하여 부분 표시 모드의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
400 : 광원모듈 410 : 광원부(LED칩)
420 : 절연반사층 430 : 투명 봉지 시트
412 : 전극부 414 : 반사투과층
440 : 금속패턴부 442 : 차단부
444 : 개구부 450 : 확산판
470 : FPCB

Claims (13)

  1. 광원 인쇄회로기판 없이 다수의 광원부를 매립하기 위한 것으로서, 제1두께를 가지는 투명 봉지 시트;
    일정한 칩피치를 가지면서 상기 투명 봉지 시트의 하측 내부에 매립되어 배치되는 상기 다수의 광원부;
    상기 투명 봉지 시트의 저면에 배치되어 상기 다수의 광원부의 전극 패드를 전기적으로 연결하는 전극부;
    상기 투명 봉지 시트의 저면 외부에 배치되는 절연 반사층;
    을 포함하는 표시장치용 광원모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원부는 LED칩이며, 상기 LED칩의 상면에는 분산 브래그 반사체(Distributed Bragg Reflector)로 구성되는 반사투과층이 배치되는 표시장치용 광원모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 투명 봉지 시트의 상면에는 상기 광원부를 중심으로 다수의 개구부와 차단부를 포함하는 다수의 금속 패턴부가 배치되는 표시장치용 광원모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전극부의 일단부에는 본딩패드가 연장 배치되며, 상기 본딩패드에 연결되어 외부의 광원 구동회로부와 연결되는 플렉서블 PCB 또는 연결용 배선부를 더 포함하는 표시장치용 광원모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 투명 봉지 시트의 제1두께(b)는 상기 칩피치(a)의 10%보다 큰 표시장치용 광원모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 금속패턴부의 전체 배치 크기(d)는 아래 수학식으로 결정되는 표시장치용 광원모듈.
    Figure 112015105017330-pat00002

    (여기서, a는 LED칩 사이의 칩피치, b는 투명 봉지 시트의 제1두께, c는 LED칩의 크기, n1은 LED칩의 굴절율, n2는 투명 봉지 시트의 굴절율임)
  7. 광원 인쇄회로기판 없이 다수의 광원부를 매립하기 위한 것으로서, 제1두께를 가지는 투명 봉지 시트와, 일정한 칩피치를 가지면서 상기 투명 봉지 시트의 하측 내부에 매립되어 배치되는 상기 다수의 광원부와, 상기 투명 봉지 시트의 저면에 배치되어 상기 다수의 광원부의 전극 패드를 전기적으로 연결하는 전극부와, 상기 투명 봉지 시트의 저면 외부에 배치되는 절연 반사층을 포함하는 광원모듈;
    상기 투명 봉지 시트의 상면 외측에 배치되는 확산판;
    상기 확산판 상부에 배치되는 표시패널;
    상기 광원모듈, 확산판 및 표시패널을 지지하기 위한 지지부재;
    를 포함하는 표시장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광원부는 LED칩이며, 상기 LED칩의 상면에는 분산 브래그 반사체(Distributed Bragg Reflector)로 구성되는 반사투과층이 배치되는 표시장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 투명 봉지 시트의 상면에는 상기 광원부를 중심으로 다수의 개구부와 차단부를 포함하는 다수의 금속 패턴부가 배치되는 표시장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 전극부의 일단부에는 본딩패드가 연장 배치되며, 상기 표시장치는 상기 본딩패드에 연결되는 플렉서블 PCB와, 상기 플렉서블 PCB에 연결되는 광원 구동 회로부를 더 포함하는 표시장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 투명 봉지 시트의 제1두께(b)는 상기 칩피치(a)의 10%보다 큰 표시장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 금속패턴부의 전체 배치 크기(d)는 아래 수학식으로 결정되는 표시장치.
    Figure 112021138119842-pat00003

    (여기서, a는 LED칩 사이의 칩피치, b는 투명 봉지 시트의 제1두께, c는 LED칩의 크기, n1은 LED칩의 굴절율, n2는 투명 봉지 시트의 굴절율임)
  13. 더미 기판상에 다수의 광원부를 배치하는 단계;
    상기 더미 기판의 상부에 일정한 두께를 가지는 투명 봉지 시트를 형성한 후 상기 더미 기판을 제거하는 단계;
    상기 투명 봉지 시트의 저면 일부 영역에 전극재료를 증착하여 전극부를 형성하는 단계; 및
    상기 투명 봉지 시트의 저면 외측에 반사 절연 재료를 증착하여 절연 반사층을 형성하는 단계;
    를 포함하는 표시장치용 광원모듈 제조 방법.
KR1020150150579A 2015-10-28 2015-10-28 광원모듈 및 그를 포함하는 표시장치와, 광원모듈 제조 방법 KR102392698B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150150579A KR102392698B1 (ko) 2015-10-28 2015-10-28 광원모듈 및 그를 포함하는 표시장치와, 광원모듈 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150150579A KR102392698B1 (ko) 2015-10-28 2015-10-28 광원모듈 및 그를 포함하는 표시장치와, 광원모듈 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170049802A KR20170049802A (ko) 2017-05-11
KR102392698B1 true KR102392698B1 (ko) 2022-05-02

Family

ID=58741003

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150150579A KR102392698B1 (ko) 2015-10-28 2015-10-28 광원모듈 및 그를 포함하는 표시장치와, 광원모듈 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102392698B1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108332109A (zh) * 2018-03-15 2018-07-27 江西申安亚明光电科技有限公司 一种超薄直射式面板灯
US11422407B2 (en) 2021-01-04 2022-08-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Display apparatus and light source device thereof
CN114566092B (zh) * 2022-03-10 2024-03-08 武汉华星光电技术有限公司 背光模组及显示装置
CN116088224B (zh) 2023-02-27 2023-06-30 惠科股份有限公司 背光模组、显示装置及显示驱动方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2827350B2 (ja) * 1989-11-15 1998-11-25 日本電気株式会社 蛍光表示パネル
JP2012174808A (ja) * 2011-02-18 2012-09-10 Nichia Chem Ind Ltd 発光素子搭載用基板および発光装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8168998B2 (en) * 2009-06-09 2012-05-01 Koninklijke Philips Electronics N.V. LED with remote phosphor layer and reflective submount
KR101701245B1 (ko) * 2010-10-22 2017-02-02 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2827350B2 (ja) * 1989-11-15 1998-11-25 日本電気株式会社 蛍光表示パネル
JP2012174808A (ja) * 2011-02-18 2012-09-10 Nichia Chem Ind Ltd 発光素子搭載用基板および発光装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170049802A (ko) 2017-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5628918B2 (ja) バックライトユニット及びディスプレイ装置
EP2339395B1 (en) Display device
KR101659357B1 (ko) 발광소자패키지
EP2470949B1 (en) Backlight unit and dipslay device
EP2757401A1 (en) Optical lens, light emitting device package using the optical lens, and backlight unit
US20110051037A1 (en) Optical assembly, backlight unit, and display device
KR102392698B1 (ko) 광원모듈 및 그를 포함하는 표시장치와, 광원모듈 제조 방법
KR101621550B1 (ko) 광학 어셈블리, 그를 구비한 백라이트 유닛 및 디스플레이 장치
CN107438905B (zh) 发光器件阵列及包含该发光器件阵列的照明系统
KR20170019551A (ko) 광원 패키지 및 그를 포함하는 백라이트 유닛
KR101880130B1 (ko) 백라이트 유닛 및 그를 이용한 디스플레이 장치
KR101735671B1 (ko) 디스플레이 장치
KR102380466B1 (ko) 격벽부재를 포함하는 백라이트 유닛 및 그를 포함하는 표시장치
KR101919409B1 (ko) 확산시트 및 이를 포함하는 백라이트 유닛, 액정표시장치모듈
KR101707579B1 (ko) 백라이트 유닛 및 디스플레이 장치
KR101693656B1 (ko) 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 디스플레이 장치
KR20120034998A (ko) 발광 소자모듈
KR20110127387A (ko) 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 디스플레이 장치
KR101719652B1 (ko) 백라이트 유닛 및 디스플레이 장치
KR101646782B1 (ko) 광학 어셈블리, 그를 구비한 백라이트 유닛 및 디스플레이 장치
KR101672418B1 (ko) 백라이트 유닛 및 디스플레이 장치
KR101820694B1 (ko) 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명시스템
KR101758821B1 (ko) 백라이트 유닛 및 디스플레이 장치
KR101735310B1 (ko) 발광소자 패키지
KR20160057919A (ko) 백라이트 유닛 및 이를 이용한 디스플레이 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant