KR102533254B1 - 디스플레이용 백라이트 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예의 디스플레이용 백라이트 장치는 기판; 상기 기판에 배열된 복수의 미니 LED; 상기 기판상 미니 LED을 덮는 실리콘 레진층; 상기 실리콘 레진층 상에 안착되며, 상기 미니 LED로부터의 빛을 확산시켜 균일성이 향상된 빛을 상측으로 방출하되, 상면에 빛의 인출을 위한 요철패턴이 형성된 광확산부; 및 상기 광확산부 상에 상기 각 미니 LED에 대응하여 구비되어 상기 미니 LED의 직상부의 밝기를 제어하는 차광패턴을 포함할 수 있다.

Description

디스플레이용 백라이트 장치{Backlight device for display}
본 발명은 디스플레이용 백라이트 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미니 LED를 직하형 광원으로 사용하는 디스플레이용 백라이트 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치(LCD(Liquid Crystal Display) 등의 플랫 패널 디스플레이는, 소비 전력이 작고, 공간 절약의 화상 표시 장치로서 매년 그 용도가 확대되고 있다.
도 1은 LCD의 구조의 일 예를 나타내는 도면이다.
표시장치에 채택되는 백라이트 장치는 광원의 배치 및 광의 전달 형태에 따라서 엣지형(Edge-Type) 또는 직하형(Direct-Type) 등으로 구분될 수 있다. 그 중 직하형 백라이트 장치는 LED 등의 광원이 표시장치의 배면에 배치될 수 있다.
LCD TV는 형광등 형태의 CCFL(냉음극 형광램프, Cold Cathode Fluorescent Lamp)을 광원으로 사용했다. 이후 LED(발광다이오드, Light-Emitting Diode)를 백라이트로 사용하는 LCD TV가 선보였고, 최근 들어 미니 LED 등으로 진화하고 있다.
도 2는 LCD의 백라이트의 발전과정을 설명하기 위한 도면이다.
최근의 LCD에 있어서, LCD 성능 개선으로서 추가적인 전력 절약화 및 색재현성 향상, HDR (High Dynamic Ratio) 기능 요구에 따른 밝기 향상 등이 요구되고 있다. 이러한 요구에 따라 개발되는 것들 중 하나로서 미니 LED가 제시되고 있다. 미니 LED TV는 기존보다 작은 크기의 LED를 백라이트 광원으로 활용하는 LCD TV이다. 미니 LED TV는 기존 LCD TV의 광원 크기 대비 1/10 미만 수준의 작은 LED를 백라이트로 활용한다.
광원 크기가 작아지기 때문에 같은 화면 크기의 TV에 보다 많은 LED를 더 촘촘하게 넣을 수 있다. 이러한 미니 LED TV는 기존의 LCD TV, 또는 LED TV보다 밝기, 명암비 등에서 뛰어난 성능을 낼 것으로 주목받고 있다.
그런데, 이러한 미니 LED 백라이트 모듈의 경우 미니 LED 칩(Chip) 간의 간격과 백라이트 모듈의 두께가 광 균일성에 크게 영향을 미친다. 예를 들어, 칩 간격이 커 질수록 모듈의 두께가 증가하고, 칩 간격이 좁을수록 두께가 감소하는 경향을 가진다. 특히 매우 두께가 얇게 형성되는 경우 미니 LED와 패널이 거리가 더욱 근접하므로 휘도 균일성을 달성하기 위한 요구가 더욱 제기되고 있다.
특히 테블렛, 노트북 컴퓨터와 같은 모바일 제품의 경우 제품의 두께가 제품 완성도에 크게 영향을 미치므로, 보다 얇은 두께가 요구되며, 또한 얇은 두께를 유지하기 위하여 미니 LED 칩의 수량을 늘릴 경우 비용의 증가를 수반하는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 미니 LED를 사용하며, 밝기(휘도) 균일성이 향상되고, 휘도가 향상되고, 제조 원가가 절감되며, 매우 박형의 디스플레이용 백라이트 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 제공되는 일 실시예의 디스플레이용 백라이트 장치는 기판; 상기 기판에 배열된 복수의 미니 LED; 상기 기판 상에 안착되며, 각 미니 LED에 대응하는 복수의 홀이 형성되며, 상기 복수의 미니 LED로부터의 빛을 확산시켜 균일성이 향상된 빛을 상측으로 방출하되, 상면에 빛의 인출을 위한 요철패턴이 형성된 광확산부; 상기 광확산부 및 상기 복수의 미니 LED을 덮도록 배치되는 차광 시트; 및 상기 차광 시트 상에 상기 각 미니 LED에 대응하여 구비되어 상기 미니 LED의 직상부의 밝기 균일성을 제어하는 차광패턴을 포함한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 광확산부는 폴리메타크릴산메틸 (PMMA), 폴리카보네이트 (Poly Carbonate) 및 폴리에틸렌 텔레프탈레이트 (PET) 중 적어도 하나로 이루어진, 굴절율 1.3~1.7 사이의 투명 열가소성 소재이며, 상기 광확산부의 상면에 롤스탬핑(roll stamping), 레이저, 고속가공기 및 인쇄 중 적어도 하나의 방법에 의해 상기 요철패턴이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 차광 시트는 PET 필름이며, 상기 PET 필름에 롤스탬핑(roll stamping), 레이저, 고속가공기 및 인쇄 중 적어도 하나의 방법에 의해 상기 요철패턴이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 복수의 홀의 크기는 상기 미니 LED의 면적 대비 20 ~ 80 배의 면적을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 복수의 홀의 단면에 있어서 상단과 하단의 폭이 실질적으로 동일할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 복수의 홀의 단면에 있어서 상단과 하단의 폭이 서로 다를 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 차광패턴은 상기 각 홀을 커버하는 면적으로 상기 차광 시트 상에 차광재를 프린팅하여 형성되며, 상기 차광재는 UV 경화 또는 열경화성 에폭시 및 상기 에폭시에 분산된 TiO2를 포함하며, 20%~60 %의 광투과도를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 차광패턴의 직경은 1.2~4.8mm 일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 디스플레이용 백라이트 장치는, 상기 복수의 홀에 채워져 상기 각 미니 LED를 매립하는, UV 경화 또는 열경화 실리콘 또는 레진 충진재를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 차광 시트의 상면 중 상기 차광패턴 사이에 추가의 요철패턴이 형성될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 제공되는 다른 실시예의 디스플레이용 백라이트 장치는 기판; 상기 기판에 배열된 복수의 미니 LED; 상기 복수의 미니 LED상부에 상기 미니 LED의 보호와 광경로를 형성하기 위해 상기 기판 상에 안착된 실리콘 레진층; 상기 복수의 미니 LED와 상기 실리콘 레진층으로부터의 빛을 확산시켜 균일성이 향상된 빛을 상측으로 방출하되, 상면에 빛의 인출을 위한 요철패턴이 형성된 광확산부; 상기 광확산부 상부에 각 상기 미니 LED에 대응하여 구비되어 상기 미니 LED의 직상부의 밝기 균일성을 제어하는 차광패턴을 포함한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 도포된 상기 실리콘 레진층의 두께가 상기 미니 LED의 칩 두께 + 10~500μm 일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 광확산부의 상면에 롤스탬핑(roll stamping), 레이저, 고속가공기 및 인쇄 중 적어도 하나의 방법에 의해 상기 요철패턴이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 광확산부의 하면에도 요철패턴이 추가로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 요철패턴은 500 pcs/mm2 ~ 4500 pcs/mm2의 가공밀도를 가지도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 요철패턴은 상기 가공밀도로 균일하게 분포하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 요철패턴은 상기 가공밀도 내에서 상기 미니 LED에 대응하는 부분과 상기 미니 LED의 사이에 대응하는 부분이 가공밀도가 서로 다르도록 가공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 요철패턴은 상기 미니 LED에 대응하는 부분의 가공밀도가 상기 미니 LED 사이에 대응하는 부분의 가공밀도보다 작을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 미니 LED를 사용하며, 밝기 균일성이 향상되고, 사용되는 미니 LED 수량을 감소시켜 제조 원가를 감소시켜 미니 LED 백라이트의 가격 경쟁력을 확보할 수 있는 매우 박형의 디스플레이용 백라이트 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 LCD의 구조의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 LCD이 백라이트의 발전과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이용 백라이트 장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이용 백라이트 장치를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이용 백라이트 장치를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이용 백라이트 장치를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이용 백라이트 장치를 나타내는 도면이다.
도 8은 디스플레이용 백라이트 장치의 미니 LED의 간격(Pitch)에 따른 확산판의 두께(이론적 광학 거리) 분포를 나타내는 도면이다.
도 9는 디스플레이용 백라이트 장치의 내부의 광 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 디스플레이용 백라이트 장치의 광확산부의 요철패턴의 유무에 따른 디스플레이용 백라이트 장치의 발광 사진이다.
도 11 은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이용 백라이트 장치의 광확산부의 요철패턴의 실시예이다.
도 12는 도 11에 제시된 실시예의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이용 백라이트 장치를 나타내는 도면이다.
디스플레이용 백라이트 장치는 기판(110), 복수의 미니 LED(120), 광확산부, 차광 시트(140) 및 차광패턴(150)를 포함한다.
기판(110)은 인쇄회로기판, 인터포저 등이 사용될 수 있다.
복수의 미니 LED(120)는 도 2에 예시한 바와 같이, 기판(110) 상에 배열될 수 있다.
미니 LED(120)는 플립칩이 사용될 수 있다. 이와 다른 타입의 LED도 물론 사용될 수 있다. 미니 LED(120)는 기존 LED 백라이트의 LED 광원 크기에 대비하여 1/10 미만 수준의 작은 사이즈를 가질 수 있다. 예를 들어, 미니 LED(120)는 100~500μm 정도의 사이즈일 수 있으며, 물론 이보다 크거나 작은 경우를 배제하는 것은 아니다. 따라서, 여기서 미니 LED라는 용어는 기존보다 작은 사이즈를 지칭하기 위한 것이며, 미니 LED 또는 마이크로 LED로 지칭할 수 있다.
광확산부는 각 미니 LED(120)에 대응하는 복수의 홀이 형성되며, 기판(110) 상에 안착될 수 있다. 광확산부는 딱딱한 판 형태이거나 플랙시블한 시트일 수 있다. 본 실시예에서 광확산부(130)는 도광판일 수 있다. 광확산부의 복수의 홀 가공은 레이저 패터닝, 고속 가공기 가공, 피너클 금형을 사용한 타발, 및 사출 중 적어도 하나의 방법으로 가공할 수 있다.
미니 LED(120)로부터의 빛은 광확산부(130)을 경유하지 않고 상측으로 방출되거나, 광확산부(130)를 경유하여 상측으로 방출될 수 있다. 예를 들어, 미니 LED(120)로부터의 빛이 광확산부(130)의 홀(또는 개구부)의 내측면을 통해 광확산부(130) 내로 입사될 수 있다. 입사된 빛은 광확산부(130) 내에서 반사되며 진행하다가 광확산부(130)의 상면을 통해 상측으로 방출될 수 있다. 광확산부(130)의 상면에서 빛이 잘 방출될 수 있도록, 광확산부(130)의 상면에는 미세한 요철패턴이 형성될 수 있다. 광확산부(130)의 내부에서 진행하던 빛이 광확산부(130)의 상면에서 상기 요철패턴으로 인해 다시 내부로 반사되지 않고 상측으로 보다 잘 탈출될 수 있다. 이에 의해 빛이 광확산부(130)에 의해 분산되고 확산되어 결과적으로 광확산부(130)의 상면으로부터 방출되는 빛이 전체적으로 균일성이 향상될 수 있다.
예를 들어, 아크릴과 같은 플라스틱 고투명 물체의 표면에 미세한 요철패턴을 형성하여 광확산부(130)가 제작될 수 있다. 미세한 요철패턴은 일 예로, 롤스탬핑(roll stamping) 방법으로 형성될 수 있다. 또는, 레이저 패턴 가공, 기계적 가공 및 화학적 식각 방법으로 요철패턴을 형성할 수 있으며 요철 가공 방식은 이에 한정되지 않는다. 요철의 가공은 광확산부(130)의 복수의 홀 가공 전 혹은 후에 가공할 수 있다. 복수의 홀의 크기는 백라이트 제품에 따라 가변적이며 바람직하기는 미니 LED의 면적 대비 20 ~ 80 배 면적 정도의 범위를 가질 수 있다. 20 배 보다 작을 경우 미니 LED에서 발생하는 광의 광확산부 전달 효율이 떨어지며 80 배 보다 큰 경우에도 효율에 문제가 있어 상기 범위 내로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 도 3에는 도시되지 않았지만, 기판(110)과 광확산부(130) 사이에는 반사 시트가 추가되거나, 기판(110) 표면에 반사층이 형성될 수도 있다. 이러한 반사 시트 또는 반사층은 미니 LED(120)로부터 출사된 빛 및 광확산부(130)의 하면으로 누설된 빛을 반사하여 다시 상측으로 향하게 할 수 있다.
광확산부(130)의 홀에 위치하는 미니 LED(120)의 두께(또는 높이)는 광확산부(130)의 두께보다 작은 것이 바람직하다. 일 예로, 도광판의 두께는 약 0.1~0.3mm 일 수 있다.
차광 시트(140)는 광확산부(130) 및 복수의 미니 LED(120)을 덮도록 배치된다. 차광 시트(140)는 투명한 재질로서, 실리콘 필름이거나 PET 필름일 수 있다. 차광 시트(140)는 90% 이상의 광투과도를 가질 수 있다.
차광패턴(150)는 도 3에 도시된 바와 같이, 차광 시트(140) 상에 각 미니 LED(120)에 대응하여 구비될 수 있다. 차광패턴(150)은 미니 LED 동작 시 수직 방향으로 투과되는 광의 일부를 반사하여 도광판 내부로 광을 분산시키는 역할과 수직 방향으로 투과되는 광의 양을 조절할 수 있다. 차광패턴은 광투과도가 낮고 반사율이 우수한 물질을 차광 시트(140) 상에 프린팅하여 형성될 수 있다. 차광패턴(150)은 미니 LED(120)의 바로 위에 위치하므로, 미니 LED(120)의 직상부와 다른 부분의 밝기(휘도) 차이를 감소시킬 수 있다. 차광패턴(150)은 광확산부(130)의 각 홀에 대응하여 섬형태로 형성될 수 있다. 차광패턴(150)은 광확산부(130)의 홀을 커버하는 면적으로 차광 시트(140) 상에 차광재를 프린팅하여 형성될 수 있다. 여기서, 차광재는 실리콘 레진 또는 에폭시에 분산된 TiO2를 포함할 수 있으며, 30%~60%의 광투과도를 가질 수 있다. 차광재는 인쇄 후 UV 경화 혹은 열 경화를 통해 차광패턴으로 완성되며 백라이트 모듈의 광균일성에 대해 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 차광패턴의 직경은 복수의 홀이 가공된 광확산부(130)의 홀의 크기, 미니 LED 간격, 광확산부(130)의 두께에 의해서 결정되며 바람직하기는 1.2~4.8mm일 수 있다. 차광패턴의 크기가 1.2mm 보다 작을 경우 반사율이 떨어지며 광투과도가 낮아 백라이트의 출사광의 균일성을 담보할 수 없으며, 차광패턴의 크기가 4.8mm 보다 클 경우에는 수직방향으로 출광되는 효율이 떨어져 바람직하지 않다.
한편, 디스플레이용 백라이트 장치는 광확산부(130)의 홀에 채워져 각 미니 LED(120)를 매립하는 레진 충진재(160)를 추가로 포함할 수 있다.
본 실시예의 디스플레이용 백라이트 장치에 의하면, 전체적으로 장치의 두께(D1)은 0.2~0.4 mm 정도로 매우 박형으로 제조될 수 있다. 즉, 미니 LED(120)를 광확산부(130)의 홀 또는 개구부에 배치하고, 표면에 요철패턴을 형성하고, 상부 필름으로 커버하고, 미니 LED(120)에 대응하여 차광패턴(150)을 형성함으로써, 매우 박형의 장치를 달성하면서 발광의 균일성을 매우 향상시킬 수 있다. 또한, 제조에 있어서 프린팅이나 도팅 등 비교적 간편한 방식으로 제조할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이용 백라이트 장치를 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 실시예에서, 광확산부는 표면에 요철패턴이 형성된 광확산부(130)를 포함한다.
광확산부(130)에는 미니 LED(120)가 삽입되는 개구부(예, 원형 구멍)가 형성될 수 있다.
단면으로 볼 때, 광확산부(130)의 개구부(홀)의 내측면은 정방향으로 경사지도록 형성될 수 있다. 도 4에는 광확산부(130)의 개구부, 즉 홀의 상단의 폭이 하단의 폭보다 큰 예가 도시되어 있다. 광확산부(130)의 개구부의 형상은 수직방향으로 출광되는 빛이 도광판 내부로 진입하는 확률을 증가시켜 백라이트의 전체적인 발광 균일도를 향상시킬 수 있다.
이외의 특징들은 도 3에서 설명한 것과 실질적으로 동일하므로, 중복된 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이용 백라이트 장치를 나타내는 도면이다.
도 5에 제시된 실시예의 광확산부(130)는 필름 또는 도광판이며, 이에 대해서는 도 3에서 설명한 것과 같다. 다만, 광확산부(130)의 홀의 단면에서 상단과 하단의 폭이 서로 다를 수 있다. 도 5에서 광확산부(130)의 홀의 내측면은 상측으로 갈수록 폭이 좁아지게 경사져 있다. 따라서, 요철패턴(131)이 형성되는 면적이 더 증가할 수 있다. 미니 LED(120)는 도 4에 제시된 예와 다르게, 발광칩(121)과 발광칩(121)을 감싸는 광확산부(130)의 개구부의 상단 에지가 매우 근접하게 위치하므로 이들 사이로 빛이 직접 상측으로 향하는 양이 감소될 수 있다. 따라서, 도 5의 예에서는 차광패턴(150)의 직경이 도 4에 제시된 예보다 작을 수 있다.
이외의 특징들은 도 3에서 설명한 것과 실질적으로 동일하므로, 중복된 설명은 생략한다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이용 백라이트 장치를 나타내는 도면이다.
도 6에 제시된 실시예에서, 광확산부는 광확산 시트(170) 및 도광판(130)을 포함한다. 차광 시트(140)의 상면 중 차광패턴(150) 사이에는 추가의 요철패턴(141)이 형성되어 있다. 차광 시트(140)의 상면에 롤스탬핑 방식이나 화학적 식각 방법 등으로 추가의 요철패턴(141)이 형성될 수 있다. 차광패턴(150)에 의해 빛의 일부가 차광 시트(140) 내에서 확산되다가 추가의 요철패턴(141)으로 인해 상측으로 더 용이하게 방출될 수 있다. 따라서, 발광면 전체적으로 휘도 균일성이 더 향상될 수 있다.
이외의 특징은 도 3에서 설명된 것과 실질적으로 동일하므로, 중복된 설명은 생략한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이용 백라이트 장치를 나타내는 도면이다.
도 7에 제시된 실시예에서, 광확산부는 요철이 형성된 광확산부(130)를 포함한다. 도 7 에서는 도 3~6에서 제시된 실시예들과는 다르게, 요철패턴이 형성된 광확산부(130)가 미니 LED의 상부에 위치하며, 미니 LED에 대응하는 광확산부(130) 부분에 홀의 가공을 배제하는 것을 특징으로 한다. 미니 LED가 실장된 기판(110)상에 미니 LED보다 두껍게 실리콘 레진을 도포하여 미니 LED를 커버하는 보호층을 형성한다. 이후 요철패턴이 가공된 광확산부(130)를 그 위에 배치한다. 도포된 실리콘 레진은 열경화성 혹은 UV 경화 레진일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 보호층의 두께는 미니 LED 칩의 두께 대비 + 10~500μm 범위일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니며 백라이트 전체 두께에 따라 가변적으로 지정할 수 있다. 차광패턴의 인쇄는 요철패턴이 가공된 도광판을 장착하기 전 혹은 기판(110)에 장착한 후 진행할 수 있으며 바람직하기는 장착 이전 인쇄 후 미니 LED의 상부에 위치를 확인하여 장착할 수 있다.
도 8은 디스플레이용 백라이트 장치에서 기판(110) 상에 장착되는 미니 LED의 간격에 따라 필요한 광확산판의 두께에 대한 계산 결과이다. 즉 미니 LED간 간격이 늘어날수록 광확산판의 두께는 증가하여야 함을 의미한다. 이는 백라이트 장치의 두께는 사용하는 미니 LED의 간격이 좁을수록 얇게 제작할 수 있음을 의미한다.
칩(LED) 간격 (mm) 백라이트 두께(mm) 칩 수량 (ea)
2 1.0 8,192
4 1.3 4,032
6 1.6 1,792
8 2.0 1,008
6(본 발명 실시예) 1.0 1,792
위의 표1은 도 8에서 보여준 미니 LED간 간격에 따른 백라이트 장치의 두께에 대한 15.6” 미니 LED 백라이트의 실시예이다. 통상의 방법으로 제조할 경우 1.0mm 두께의 미니 LED 백라이트를 구현하기 위해서는 미니 LED간 간격이 2 mm 내외여야 두께를 1mm 내외로 제작이 가능하다. 이 경우 15.6” 백라이트를 제작하기 위해서는 8,192 개의 미니 LED 가 소요된다. 이러한 미니 LED의 소요는 자재비의 증가뿐 아니라 장착하는 가공비도 급격히 상승시켜 제품의 원가 경쟁력을 저하하는 요인으로 작용한다.
본 발명에서 제안한 실시예들, 예를 들어 도 7의 경우 칩간 간격을 6mm 로 하여 제작하여 2mm 피치와 유사한 결과를 얻을 수 있었다는 점이 본 발명의 가장 중요한 점이다. 1792 개의 미니 LED 칩의 적용으로 사용되는 칩의 수량을 6400 개를 줄일 수 있어 칩 가격만이 아니라 장착 비용도 절감할 수 있어 원가 경쟁력을 충분히 확보할 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 디스플레이용 백라이트가 가능한 이유에 대한 이론적 근거를 제시한다.
도 9를 참조하면, 미니 LED에서 발광한 광이 광확산부(도광판)로 이동하는 경로를 표시한다. 일반적으로 광은 일정한 굴절율을 가지는 매질의 경계면에 입사하는 경우 굴절율의 차이로 인하여 모든 광이 출광되지는 않고, 일정한 입사각 이내의 광만 출광할 수 있다.
본 실시 예에서 출광 가능한 광 경로는 광확산부(130)의 굴절율이 1.5 인 경우이며 약 42도 정도이며 그 보다 큰 경우는 전반사에 의해 광확산부(도광판) 내부에서 갇혀 효율을 낮추는 요인을 제공한다. 따라서 본 발명에서는 광확산부 표면에 가공된 요철패턴에 의하여 광경로가 42 도 이상의 빛의 출광 효율을 향상시켜 미니 LED간 간격을 증가시켜도 백라이트의 광 균일성을 향상시킬 수 있는 백라이트 장치 및 방법을 제공한다.
도 10은 미니 LED 간 간격이 6mm 인 경우 도7의 실시예를 사용하여 광확산부(130)의 패턴 유무에 따른 발광 패턴 및 FOS (Front of Screen)을 촬영한 밝기 분포를 측정한 결과를 나타낸다. 도 10에서 보는 바와 같이 광확산부(130)의 표면에 요철패턴이 있는 경우와 없는 경우 명확하게 미니 LED간 간격부분의 발광현상이 아주 다름을 알 수 있다.
즉, 요철패턴이 있는 경우 미니 LED과 칩 사이에서 휘도가 패턴이 없는 경우 대비 뚜렷이 향상됨을 알 수 있으며 차광패턴(150) 과의 휘도 차이가 상대적으로 낮아짐을 확인할 수 있었다. 따라서 본 발명에서 제안한 표면 요철패턴을 포함한 광확산부(130)를 적용할 경우 미니 LED 백라이트(디스플레이용 백라이트 장치)의 두께를 낮출 수 있으며 사용되는 칩의 수량을 극적으로 낮출 수 있다. 그 결과 동일한 품질에서 강력한 원가 경쟁력을 제공한다.
도11 및 도 12는 광확산부(130) 표면에 형성된 요철패턴 사진 및 요철 가공밀도에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다. 도 11은 롤스템핑(Roll Stamping) 이용하여 제작한 실시예이며 전술한 것과 같이 요철패턴을 형성하는 방법을 롤스템핑(Roll Stamping)에 한정하는 것은 아니다. 형성된 요철패턴의 밀도는 제품의 디자인에 따라 500 pcs/mm2~4500 pcs/mm2 가공밀도를 가질 수 있다. 500 pcs/mm2 보다 작을 경우 요철의 효과가 부족하여 백라이트의 균일성을 확보할 수 없으며 4500 pcs/mm2 보다 클 경우는 요철들이 중첩되고 가공의 어려움이 발생하여 효과를 확보하기 어려움이 있다.
도 12는 백라이트의 광 균일성을 향상시키기 위하여 광확산부 표면의 요철패턴의 밀도를 규칙적으로 변경하여 제작된 요철 밀도에 대한 시뮬레이션 결과이다. 미니 LED의 위치에서는 요철의 가공밀도를 낮추어 차광패턴의 반사 효율을 향상시키며 칩과 칩 사이의 중간 부위에 가공밀도를 올려 출광 효율을 향상시켜 미니 LED 백라이트 장치의 균일성을 향상시키는 실시예이다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110 : 기판 120 : 미니 LED
122 : 몰딩 실리콘 130 : 광확산부
131, 171 : 요철패턴 140, 170 : 차광 시트
141 : 추가의 요철패턴 150 : 차광패턴

Claims (18)

  1. 디스플레이용 백라이트 장치에 있어서,
    기판;
    상기 기판에 배열된 복수의 미니 LED;
    상기 기판 상에 안착되며, 각 미니 LED에 대응하는 복수의 홀이 형성되며, 상기 복수의 미니 LED로부터의 빛을 확산시켜 균일성이 향상된 빛을 상측으로 방출하되, 상면에 빛의 인출을 위한 요철패턴이 형성된 광확산부;
    상기 광확산부 및 상기 복수의 미니 LED을 덮도록 배치되는 차광 시트; 및
    상기 차광 시트 상에 상기 각 미니 LED에 대응하여 구비되어 상기 미니 LED의 직상부의 밝기 균일성을 제어하는 차광패턴을 포함하고,
    상기 미니 LED는 칩의 크기가 100~500μm이고,
    상기 요철패턴은 500 pcs/mm2 ~ 4500 pcs/mm2 가공밀도를 가지도록 형성된 것을 특징으로 하는, 디스플레이용 백라이트 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광확산부는 폴리메타크릴산메틸 (PMMA), 폴리카보네이트 (Poly Carbonate) 및 폴리에틸렌 텔레프탈레이트 (PET) 중 적어도 하나로 이루어진, 굴절율 1.3~1.7 사이의 투명 열가소성 소재이며, 상기 광확산부의 상면에 롤스탬핑(roll stamping), 레이저, 고속가공기 및 인쇄 중 적어도 하나의 방법에 의해 상기 요철패턴이 형성된 것을 특징으로 하는, 디스플레이용 백라이트 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 차광 시트는 PET 필름이며, 상기 PET 필름에 롤스탬핑(roll stamping), 레이저, 고속가공기 및 인쇄 중 적어도 하나의 방법에 의해 상기 요철패턴이 형성된 것을 특징으로 하는, 디스플레이용 백라이트 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 홀의 크기는 미니 LED의 면적 대비 20~80 배의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는, 디스플레이용 백라이트 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 홀의 단면에 있어서 상단과 하단의 폭이 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는, 디스플레이용 백라이트 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 홀의 단면에 있어서 상단과 하단의 폭이 서로 다른 것을 특징으로 하는, 디스플레이용 백라이트 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 차광패턴은 상기 각 홀을 커버하는 면적으로 상기 차광 시트 상에 차광재를 프린팅하여 형성되며, 상기 차광재는 UV 경화 또는 열경화성 에폭시 및 상기 에폭시에 분산된 TiO2를 포함하며, 20%~60%의 광투과도를 가지는 것을 특징으로 하는, 디스플레이용 백라이트 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 차광패턴의 직경은 1.2~4.8mm 인 것을 특징으로 하는, 디스플레이용 백라이트 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 디스플레이용 백라이트 장치는, 상기 복수의 홀에 채워져 상기 각 미니 LED를 매립하는, UV 경화 또는 열경화 실리콘 또는 레진 충진재를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이용 백라이트 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 차광 시트의 상면 중 상기 차광패턴 사이에 추가의 요철패턴이 형성된 것을 특징으로 하는, 디스플레이용 백라이트 장치.
  11. 디스플레이용 백라이트 장치에 있어서,
    기판;
    상기 기판에 배열된 복수의 미니 LED;
    상기 기판 상에 안착되며 상기 복수의 미니 LED의 상부에 칩의 보호와 광경로를 만들기 위한 실리콘 레진층;
    상기 복수의 미니 LED와 상기 실리콘 레진층으로부터의 빛을 확산시켜 균일성이 향상된 빛을 상측으로 방출하되, 상면에 빛의 인출을 위한 요철패턴이 형성된 광확산부; 및
    상기 광확산부 상부에 각 상기 미니 LED에 대응하여 구비되어 상기 미니 LED의 직상부의 밝기 균일성을 제어하는 차광패턴을 포함하고,
    상기 미니 LED는 칩의 크기가 100~500μm이고,
    상기 요철패턴은 500 pcs/mm2 ~ 4500 pcs/mm2 가공밀도를 가지도록 형성된 것을 특징으로 하는, 디스플레이용 백라이트 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    도포된 상기 실리콘 레진층의 두께가 상기 미니 LED의 칩 두께 + 10~500 μm 인 것을 특징으로 하는, 디스플레이용 백라이트 장치.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 광확산부의 상면에 롤스탬핑(roll stamping), 레이저, 고속가공기 및 인쇄 중 적어도 하나의 방법에 의해 상기 요철패턴이 형성된 것을 특징으로 하는, 디스플레이용 백라이트 장치.
  14. 청구항1 및 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광확산부의 하면에도 요철패턴이 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 디스플레이용 백라이트 장치.
  15. 삭제
  16. 청구항1 및 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광확산부의 상기 요철패턴은 가공밀도가 균일하게 분포하도록 형성된 것을 특징으로 하는, 디스플레이용 백라이트 장치.
  17. 청구항1 및 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 요철패턴은 상기 미니 LED에 대응하는 부분과 상기 미니 LED 들의 사이에 대응하는 부분이 가공밀도가 서로 다르도록 가공된 것을 특징으로 하는 디스플레이용 백라이트 장치.
  18. 청구항17에 있어서,
    상기 요철패턴은 상기 미니 LED에 대응하는 부분의 가공밀도가 상기 미니 LED들 사이에 대응하는 부분의 가공밀도보다 작은 것을 특징으로 하는, 디스플레이용 백라이트 장치.
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