KR20060098863A - 직하형 백라이트 유닛 및 액정 표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직하형 백라이트 유닛 및 액정 표시장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 우수한 휘도 균일도의 백색광을 구현할 수 있는 직하형 백라이트 유닛 및 액정 표시장치에 관한 것이다. 본 발명은 적색 발광다이오드 칩, 녹색 발광다이오드 칩 및 청색 발광다이오드 칩(1)이 각각 하나 이상씩 구비되는 발광다이오드 세트를 어레이 구조로 구비하는 발광다이오드 세트 어레이와, 각 발광다이오드 칩에 대응되게 각 발광다이오드 칩(1)의 전방에 각각 구비되어 각 발광다이오드 칩(1)으로부터 발산되는 광을 방사시키는 광학소자(2c)의 세트를 어레이 구조로 구비하는 광학소자 세트 어레이를 구비하고, 동일 광학소자 세트 내의 각 광학소자(2c)는, 적색 발광다이오드 칩, 녹색 발광다이오드 칩 및 청색 발광다이오드 칩(1)으로부터 발산되는 광끼리 중첩하여 백색광을 생성하도록 구성됨으로써, 상기 광학소자 세트 어레이로부터 백색광의 어레이가 방사되는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 직하형 백라이트 유닛을 제공한다.

Description

직하형 백라이트 유닛 및 액정 표시장치{DIRECT TYPE BACKLIGHT UNIT AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

도1a는 종래의 백라이트 유닛(단일 발광다이오드 칩 기준)을 개략적으로 보여주는 측면도이고, 도1b는 도1a의 종래의 백라이트 유닛(단일 발광다이오드 칩 기준)의 전방에서 바라본 휘도 분포를 보여주는 도면이고, 도1c는 도1a의 종래의 백라이트 유닛(세 개의 발광다이오드 칩 기준)의 전방에서 바라본 색상 분포를 보여주는 개념도이다.

도2는 또 다른 종래의 백라이트 유닛(단일 발광다이오드 칩 기준)을 개략적으로 보여주는 측면도이다.

도3은, 도1c와 대비를 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛(세 개의 발광다이오드 칩 기준)의 전방에서 바라본 색상 분포를 보여주는 개념도이다.

도4a 및 도4b는 본 발명의 일 실시예에 사용되는 RGB 일체형 발광다이오드 패키지를 개략적으로 보여주는 도면으로, 도4a는 평면도이고, 도4b는 측면도이다.

도5a 및 도5b는 각각 본 발명의 서로 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛(발광다이오드 세트 기준)을 개략적으로 보여주는 측면도이다.

도6a 내지 도6c는 본 발명의 지향각의 제어 개념을 보여주기 위한 도면으로서, 도6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛(발광다이오드 세트 어레이 기준)에서 발광다이오드 패키지간의 피치와 발광다이오드 칩으로부터 확산판까지의 거리를 개략적으로 보여주는 측면도이고, 도6b는 폴라 칸델라 디스트리뷰션 플롯이고, 도6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛(발광다이오드 세트 어레이 기준)의 전방에서 바라본 휘도 분포를 보여주는 도면이다.

도7a 내지 도7e는 각각 본 발명의 서로 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛의 제작 공정을 개략적으로 설명하기 위한 도면으로서,

도7a는 광학소자가 각 광학소자별로 각각 제작되어, 발광다이오드 패키지에 기 실장되어 있는 발광다이오드 칩에 각각 조립되는 실시예를 설명하기 위한 사시도이고,

도7b는 광학소자가 각 광학소자 세트별로 각각 제작되어, 발광다이오드 패키지에 각각 조립되는 실시예를 설명하기 위한 사시도이고,

도7c는 광학소자가 광학소자 세트 어레이 형태로 제작되어, 발광다이오드 패키지 어레이에, 어레이 단위로 조립되는 실시예를 설명하기 위한 사시도이고,

도7d는 광학소자가, 발광다이오드 패키지에 실장되기 이전의 발광다이오드 칩에 형성되는 실시예를 설명하기 위한 사시도이고,

도7e는 광학소자가 보호층과 함께 일괄 몰딩되는 실시예를 설명하기 위한 측면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 발광다이오드 칩 2a, 2b, 2c: 광학소자

3: 배선 4: 인쇄회로기판(PCB)

5: 접합부 6: 보호층

7: 확산판 10: RGB 일체형 발광다이오드 패키지

본 발명은 직하형 백라이트 유닛 및 액정 표시장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 우수한 휘도 균일도의 백색광을 구현할 수 있는 직하형 백라이트 유닛 및 액정 표시장치에 관한 것이다.

일반적으로 액정 표시장치(Liquid Crystal Display, LCD)는 각각의 픽셀별로 투과율 제어가 가능한 액정 패널의 후방에서 빛을 비추어 화면을 나타내는 비발광형 디스플레이 방식으로, 각 픽셀별로 백라이트 유닛으로부터 공급되는 광의 투과량을 조절하여 영상을 표시하는 장치이다.

백라이트 유닛은, 액정 패널의 후방에서 광원이 직접 비추는 직하형(직접 조명 방식)과 측면에서 비추는 엣지형(간접 조명 방식)으로 구분되는데, LCD의 대형화 추세에 맞추어 직하형 백라이트 유닛에 대한 관심이 높아지고 있다.

통상의 직하형 백라이트 유닛의 구성은, 냉음극관(Cold Cathode Fluorescent Lamp, CCFL)을 병렬로 배치하고 그 상부에 확산판을 배치하게 된다. 그러나, 최근 냉음극관에 비해 수명이 길고, 전력 소모량이 적으며, 인버터 등 별도의 부가장비가 필요치 않은 고휘도 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)가 개발되어 직하형 백라이트 유닛의 광원으로서의 가능성이 대두되고 있다. 특히, 냉음극관 제작에 있어, 필수적으로 사용되는 수은에 대한 규제가 심각하게 대두되면서, 발광다이오드에 대한 관심이 증가하고 있다.

발광다이오드를 이용하여 액정 표시장치의 백라이트인 백색광을 형성하는 방법으로는 백색 발광 다이오드를 사용하는 방법과 적색 발광다이오드, 녹색 발광다이오드 및 청색 발광다이오드로부터 발산되는 삼원색의 광을 조합하여 백색광을 만들어내는 방법의 두 가지가 있으나, 후자의 경우가 색온도 제어가 용이하여 직하형 LCD 백라이트 유닛의 광원으로 사용함에 있어 적합한 것으로 알려져 있다.

도1a는 종래의 백라이트 유닛을 개략적으로 보여주는 측면도이다. 도시 편의상, 단일 발광다이오드 칩을 기준으로 도시하였다.

도시한 바와 같이, 인쇄회로기판(4)(Printed Circuit Board, PCB) 상에 발광다이오드 칩(1)이 접합되어 발광다이오드 패키지를 구성한다. 발광다이오드 칩(1)의 상부에는 칩 보호 및 지향각 제어를 위하여 광투과 재료의 광학소자(2a)가 성형된다. 미설명 도면 부호 3은 발광다이오드 패키지의 배선을 나타낸다.

도1b는 도1a의 종래의 백라이트 유닛의 전방에서 바라본 휘도 분포를 보여주는 도면이다. 역시, 도시 편의상, 단일 발광다이오드 칩을 기준으로 도시하였다.

진하게 표시된 부분이 휘도가 높은 부분이다. 휘도 분포는 축대칭으로 나타 난다.

도1c는 도1a의 종래의 백라이트 유닛의 전방에서 바라본 색상 분포를 개념적으로 보여주는 도면이다. 도시 편의상, 세 개의 발광다이오드 칩을 기준으로 도시하였다.

도1a의 발광다이오드 칩(1)/광학소자(2a)를 색상별(적색, 녹색 및 청색)로 각각 하나씩만을 구비하는 것으로 가정하였을 때, 백라이트 유닛의 전방에서 바라본 색상 분포는 도1c와 같이 나타난다. 즉, 도1b의 휘도 분포도를, 색상 별로 하나씩 총 3개를 일부가 상호 중첩되게 배열하여 놓은 것과 같이 나타난다.

도시한 바와 같이, 위치에 따라 적색광, 녹색광, 청색광, 백색광 등이 혼재하여 나타나게 된다. 이러한 색상 편차는 백라이트 유닛으로는 절대적으로 피해야 하는 결함으로서, 결국 이러한 색상 편차로 인하여 도1a의 구조는 현재 백라이트 유닛의 실제 설계에 있어 채용되고 있지 않다.

도2는 또 다른 종래의 백라이트 유닛을 개략적으로 보여주는 측면도이다. 도시 편의상, 단일 발광다이오드 칩을 기준으로 도시하였다.

도1a의 구조에서 나타나는 색상 편차의 결함으로 인하여, 현재 백라이트 유닛의 실제 설계에 있어서는, 반구 형상의 광학소자(2a) 대신에 매우 특이한 형상의 광학소자(2b)가 채용되고 있다.

도1a에서와 같이 광학소자(2a)가 빛을 전방으로 방사시키는 구조로는, 균일한 백색광을 생성하는 것 자체부터 사실상 불가능하므로, 도2에 도시한 바와 같이 광학소자(2b)가 빛을 일단 측방으로 방사시켜 측방에서 빛이 혼합되도록 한 후, 혼 합에 의하여 생성된 백색광을 비로소 전방 즉, 확산판 쪽으로 보내는 구조를 채용한 것이다.

기본적으로 발광다이오드 칩(1)은 빛의 대부분을 전방(도6b의 'A' 참조)으로 발산하는데, 도2의 광학소자(2b)는 이렇게 발산된 빛의 대부분을 전방이 아닌 측방으로 방사시켜야 하므로, 결국 도2의 광학소자(2b)는 매우 특이한 형상을 하게 된 것이다.

이로 인하여, 도2의 백라이트 유닛은 다음과 같은 문제점을 야기한다. 먼저, 도2의 광학소자(2b)는 그 자체로서 매우 복잡한 형상을 하고 있어, 제작상에 난점을 가진다. 동시에, 광학소자의 소형화를 저해하여, 최근 최대의 개발 목표가 되고 있는 액정 표시장치의 슬림화에 걸림돌이 된다. 또한, 빛이 측방을 거쳐 전방으로 진행되는 과정에서 손실이 발생되므로 광 효율이 좋지 못하다.

따라서, 이러한 문제점들을 극복할 수 있는 방안에 대한 연구가 계속되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 현재 채용되고 있는 측방향 방사 방식을 완전히 탈피하여, 광학소자를 거쳐 방사된 빛이 기본적으로 전방을 향하여 방사되는 구조를 채용하면서도, 빛의 혼합에 의한 이상적인 백색광을 구현할 수 있는 직하형 백라이트 유닛 및 액정 표시장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 적색 발광다이오드 칩, 녹색 발광다이오드 칩 및 청색 발광다이오드 칩이 각각 하나 이상씩 구비되는 발광다이오드 세트를 어레이 구조로 구비하는 발광다이오드 세트 어레이와, 각 발광다이오드 칩에 대응되게 각 발광다이오드 칩의 전방에 각각 구비되어 각 발광다이오드 칩으로부터 발산되는 광을 방사시키는 광학소자의 세트를 어레이 구조로 구비하는 광학소자 세트 어레이를 구비하고, 동일 광학소자 세트 내의 각 광학소자는, 적색 발광다이오드 칩, 녹색 발광다이오드 칩 및 청색 발광다이오드 칩으로부터 발산되는 광끼리 중첩하여 백색광을 생성하도록 구성됨으로써, 상기 광학소자 세트 어레이로부터 백색광의 어레이가 방사되는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 직하형 백라이트 유닛을 제공한다.

바람직하게는, 적색 발광다이오드 칩, 녹색 발광다이오드 칩 및 청색 발광다이오드 칩은 위치가 서로 다르고, 이에 대응하여 동일 광학소자 세트 내의 각 광학소자는 독립된 기하학적 형상을 가진다.

바람직하게는, 상기 발광다이오드 세트는 적색 발광다이오드 칩, 녹색 발광다이오드 칩 및 청색 발광다이오드 칩이 각각 하나 이상씩 집적되어 있는 RGB 일체형 발광다이오드 패키지의 형태로 구비된다.

본 발명의 제1실시예에 따르면, 상기 광학소자는 각 광학소자별로 각각 제작되어, 발광다이오드 패키지에 기 실장되어 있는 발광다이오드 칩에 각각 조립된다.

본 발명의 제2실시예에 따르면, 상기 광학소자는 각 광학소자 세트별로 각각 제작 되어, 발광다이오드 패키지에 각각 조립된다.

본 발명의 제3실시예에 따르면, 상기 광학소자는 광학소자 세트 어레이 형태로 제작되어, 발광다이오드 패키지 어레이에, 어레이 단위로 조립된다.

본 발명의 제4실시예에 따르면, 상기 광학소자는 발광다이오드 패키지에 실장되기 이전의 발광다이오드 칩에 형성된다. 여기서, 상기 광학소자는 다이싱 되기 이전의 발광다이오드 칩의 웨이퍼 상에 형성되어, 각 발광다이오드 칩과 일체로 다이싱되어 사용될 수 있다.

본 발명의 제5실시예에 따르면, 상기 백라이트 유닛은 발광다이오드 패키지의 배선을 보호하기 위한 보호층을 구비하고, 상기 광학소자는 상기 보호층과 함께 일괄 몰딩된다.

바람직하게는, 상기 광학소자는 광의 진행 방향 상에 두 개의 굴절면을 가진다.

바람직하게는, 상기 백라이트 유닛은 상기 광학소자 세트 어레이의 전방에 확산판을 구비하고, 상기 광학소자는, 대응되는 발광다이오드 칩과 상기 확산판까지의 거리를 t, 각 발광다이오드 패키지간의 거리를 p라 할 때, 지향각 φ는 적어도 arctan(p/2t)보다 같거나 커야 하고, 더욱 바람직하게는 5°< φ - arctan(p/2t) < 10°관계를 가진다.

또한, 본 발명은 상기의 직하형 백라이트 유닛을 광원으로 사용하는 액정 표시장치를 제공한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도3은 도1c와 대비하여 본 발명의 백라이트 유닛의 전방에서 바라본 색상 분포를 개념적으로 보여주는 도면이다.

본 발명의 백라이트 유닛은 적색 발광다이오드 칩, 녹색 발광다이오드 칩 및 청색 발광다이오드 칩(1)이 각각 하나 이상씩 구비되는 발광다이오드 세트를 어레이 구조로 구비하는 발광다이오드 세트 어레이와, 각 발광다이오드 칩에 대응되게 각 발광다이오드 칩의 전방에 각각 구비되어 각 발광다이오드 칩으로부터 발산되는 광을 방사시키는 광학소자(2c)의 세트를 어레이 구조로 구비하는 광학소자 세트 어레이를 포함하여 이루어진다.

본 발명은 발광다이오드 세트로부터 출사되는 삼색광의 방사 각도를 각기 제어하여 삼색광을 상호 중첩시킴으로써 균일한 백색광을 구현하고, 더 나아가 각 광학소자(2c)의 지향각 제어를 통하여 각 광학소자 세트로부터 방사되는 백색광을 인접하는 백색광과 중첩시킴으로써 액정 표시장치의 전화면에 걸쳐 우수한 휘도 균일도를 구현할 수 있는 특수한 광학계를 제공한다.

도1c와 마찬가지로 발광다이오드 칩(1)/광학소자(2c)를 색상별(적색, 녹색 및 청색)로 각각 하나씩만을 가지는 것으로 가정하였을 때, 본 발명의 백라이트 유닛의 전방에서 바라본 색상 분포를 도3에 도시하였다.

도시한 바와 같이, 본 발명에서는, 동일 발광다이오드 세트 내의 적색 발광다이오드 칩, 녹색 발광다이오드 칩 및 청색 발광다이오드 칩(1)으로부터 발산되는 광이, 각각의 광학소자에 의하여 도3에 도시한 바와 같이 한데로 모여 중첩되어, 백색광을 생성한다. 따라서, 각 광학소자 세트 어레이로부터는 광학소자 세트의 개 수만큼의 백색광(도3에 도시한 바와 같은 방사 영역을 가지는 백색광)의 어레이가 방사되는 것이다.

도3에서는 도1c와는 달리 위치에 따른 색상 편차는 나타나지 않는다. 그러나, 도1c 및 도3의 각 광학소자가 동일한 방사 면적을 가지는 것으로 단순 가정하였을 때, 도3의 발광다이오드 세트의 중심으로부터 멀리 떨어진 외곽 위치(도3의 점선 사각형 내에서 해칭이 되어 있지 않은 부분)에서 휘도가 현저히 낮을 수 있음을 보여주고 있다.

그러나, 이는, 각 광학소자의 방사 면적을 더 크게 설계하거나 발광다이오드 세트의 개수를 늘림으로써 간단히 해결될 수 있다. 여기서, 전자의 방법이 비용면에서 더 바람직할 수 있다.

방사 면적을 넓히기 위해서는 발광다이오드로부터 발산되는 빛의 방사각을 높이는 방법과 발광다이오드 칩과 확산판 사이의 유격을 증가시키는 방법이 있다. 그러나, 후자의 방법에 의하게 되면, 결국 백라이트 유닛의 두께가 두꺼워지는 문제가 있으므로, 결국 발광다이오드로부터 발산되는 빛의 방사각을 향상시켜야 한다.

이는, 도1c에서 방사면적을 더 크게 설계하거나 발광다이오드 세트의 개수를 늘리더라도 색상 편차의 문제를 해결할 수 없는 것과 대비될 수 있다. 방사각의 제어를 통한 휘도 균일도의 향상과 관련하여서는 도6a 내지 도6c에서 더 상세하게 살펴본다.

도4a는 본 발명의 일 실시예에 사용되는 RGB 일체형 발광다이오드 패키지 (10)를 개략적으로 보여주는 평면도이다.

직하형 LCD 백라이트 유닛의 광원으로서 발광다이오드를 사용함에 있어 가장 큰 문제가 되는 것은 고휘도 발광다이오드 패키지 자체의 비용이다. 각 색상별로 발광다이오드 패키지를 별도로 제작하여 백라이트 유닛을 구성하는 것은 비용면에서 매우 불리한 단점이 있다.

이러한 한계를 극복하기 위하여, 바람직하게는, 하나의 패키지 상에 적색 발광다이오드 칩, 녹색 발광다이오드 칩 및 청색 발광다이오드 칩(1)을 집적한 RGB 일체형 발광다이오드 패키지(10)가 본 발명의 광학소자 세트로서 사용된다.

RGB 일체형 발광다이오드 패키지(10)의 사용은, 각 광학소자(2c)가 동일 발광다이오드 세트 내의 각 발광다이오드 칩(1)에서 발산되는 광을 중첩하는데 있어서도 이점을 가진다. 각 발광다이오드(1)간의 거리가 가까우므로, 각 발광다이오드 칩(1)의 중심과 빛의 방사 면적의 중심간의 편심량이 크지 않아도 되고, 따라서, 상대적으로 단순한 구조의 광학소자(2c)의 사용이 가능하기 때문이다.

미설명 도면 부호 5는, RGB 일체형 발광다이오드 패키지(10)의 배선(3)을 위한 접합부를 나타낸다.

도4b는 도4a의 RGB 일체형 발광다이오드 패키지(10)의 측면도이다.

도시한 바와 같이, 적절한 색온도의 백색광을 구현하기 위하여 설계된 삼색의 발광다이오드 칩(1)은 각기 다른 발산광의 세기를 가져야 하며, 이를 위해 그 두께가 각각 다르게 된다.

도5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛을 개략적으로 보여주는 측면도이다. 도시 편의상, 단일 발광다이오드 세트를 기준으로 도시하였다.

도5a에서는 각 광학소자의 형상이 모두 동일한 것으로 도시하고 있으나, 이는 도시의 편의를 위한 것일 뿐, 실제로는 각 발광다이오드 칩(1)의 위치(수평 위치 및 높이)가 다른 것에 대응하여, 동일 광학소자 세트 내의 각 광학소자(2c)가, 각기 다른 독립된 기하학적 형상을 가지게 된다. 이에 의하여, 각 발광다이오드 칩(1)으로부터 발산된 광의 지향각을 개별적으로 제어하여, 빛의 중첩을 통한 백색광으로의 균일한 혼합을 할 수 있게 된다.

도5a에서는 광학소자(2c)로서 도1a와 같은 구면 렌즈를 도시하고 있으나, 이는 도시의 편의를 위한 것일 뿐 실제로는 특수한 형상의 렌즈가 사용되어야 한다. 다만, 도2와 같이 광을 측방으로 방사시킬 필요가 없이 기본적으로 전방으로 방사시키면 되므로, 도2에서와 같은 광학소자의 제작 상의 난점, 광학소자의 소형화 저해, 광 효율 저하 등의 문제점은 수반되지 않는다.

도5b는 광학소자(2c)가 두 개의 굴절면을 가지는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛을 개략적으로 보여주는 측면도이다. 도시 편의상, 단일 발광다이오드 세트를 기준으로 도시하였다.

도시한 바와 같이 각 발광다이오드 칩(1) 상에 형성되는 광학소자(2c)가 두 개의 굴절면을 갖도록 할 수 있다.

발광다이오드 칩(1)으로부터 발산된 광은 광학소자(2c)를 거쳐 특정 분포를 갖는 광으로 방사된다. 이때 한 개의 굴절면이 아닌 두 개의 굴절면을 갖는 광학소자(2c)를 사용함으로써, 광학소자 설계의 자유도가 높아지는 잠재적 이점을 기대할 수 있다.

광학소자(2c)의 제작에는 사출 성형법, Hot embossing법, UV molding법 등이 사용될 수 있다.

도6a 및 도6b는 본 발명의 지향각의 제어 개념을 보여주기 위한 도면으로서, 도6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛에서, 발광다이오드 패키지(10)간의 피치와 발광다이오드 칩(1)으로부터 확산판(7)까지의 거리를 개략적으로 보여주는 측면도이다. 발광다이오드 세트 어레이를 기준으로 도시하였다.

각 발광다이오드 패키지(10)에서 동일 위치에 존재하는 발광다이오드 칩(1)에 대응되는 광학소자(2c)들은 상호 동일하게 설계된다. 또한, 광학소자(2c)에 의하여 방사되는 빛이 중첩 되었을 때, 원하는 화면 전체에서 균일한 휘도가 구현되도록 설계되어야 한다.

광학소자(2c)의 지향각은 기본적으로, 발광다이오드 칩(1)과 전방의 확산판(7) 간의 거리 t와 각 발광다이오드 패키지(10) 간의 피치 p에 의하여 영향을 받는다. 균일한 휘도를 확보하기 위하여 발광다이오드의 최대 광량이 방출되는 각도인 지향각의 제어가 매우 중요하다. 지향각이란 발광체의 중심으로부터 최대 휘도에 이르는 지점까지의 각도를 말한다.

도6b는 폴라 칸델라 디스트리뷰션 플롯이다.

'A'에 해당하는 그래프는 광학소자가 없는 발광다이오드만의 각도별 광량을 나타낸 것이다. 일반적인 발광다이오드에서는 지향각이 0°임을 확인할 수 있다. 이는 전술한 바와 같이, 발광다이오드로부터 발산되는 광은 기본적으로 전방을 향 하여 발산되는 것을 의미한다.

'B'에 해당하는 그래프는 도6a에서 t 값이 15mm, p 값이 30mm일 때 적색 발광다이오드 칩(1)에 대해 최적의 휘도 균일도를 갖는 광학소자(2c)의 설계 값이다.

도6c는 백라이트 유닛의 전방에서 바라본 휘도 분포를 보여주는 도면이다. 발광다이오드 세트 어레이를 기준으로 도시하였다.

백색광의 분포가 균일한 고른 휘도를 얻기 위해서는, 광학소자(2c)의 지향각 φ는 적어도 도8a의 θ로 표시한 arctan(p/2t) 값보다 같거나 커야 하고, 바람직하게는, 5°< φ - arctan(p/2t) < 10°의 관계를 만족하여야 한다.

즉, 피치 p보다 더 큰 면적을 조사함으로써, 부분적 중첩을 이용한 휘도 균일도 향상을 가져오게 하는 것이다. 즉, 광학소자의 지향각을 제어함으로써, 액정 표시장치의 전화면에 걸쳐 균일한 휘도 분포를 구현할 수 있게 된다.

도7a 내지 도7e는 각각 본 발명의 서로 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛의 제작 공정을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.

도7a는 광학소자(2c)가 각 광학소자별로 각각 제작되어, 발광다이오드 패키지(10)에 기 실장되어 있는 발광다이오드 칩(1)에 각각 조립되는 실시예를 설명하기 위한 사시도이다.

도시한 바와 같이, 백라이트 유닛을 제작함에 있어, 각각의 발광다이오드 칩(1)에 대응되는 개별의 광학소자(2c)를 각각 제작하여, 기제작된 RGB 일체형 발광다이오드 패키지(10) 상의 각각의 위치에 맞추어 조립하는 것이다.

이는 서로 위치가 다른 발광다이오드에 직접 조립하는 장점이 있어, 설계시 유리하지만, 제조 공정이 늘어 단가의 상승을 초래하게 된다.

개별 광학소자(2c)의 제작에는 사출 성형법, Hot embossing법, UV molding법 등이 사용될 수 있다.

도7b는 광학소자(2c)가 각 광학소자 세트별로 각각 제작되어, 발광다이오드 패키지(10)에 각각 조립되는 실시예를 설명하기 위한 사시도이다.

도시한 바와 같이, 한 개의 RGB 일체형 발광다이오드 패키지(10)에 대응되는 광학소자 세트를 하나의 구조물로 제작하여, RGB 일체형 발광다이오드 패키지(10)에 정렬 조립하는 것이다.

이러한 방법은 광학소자(2c)의 제작이 세트 구조로 이루어지기 때문에 생산성이 높은 장점이 있고 조립 공정의 공정수도 상대적으로 적어 생산 단가를 낮출 수 있는 여지를 제공한다.

광학소자 세트 구조물의 제작에는 사출 성형법, Hot embossing법, UV molding법 등이 사용될 수 있다.

도7c는 광학소자(2c)가 광학소자 세트 어레이 형태로 제작되어, 발광다이오드 패키지 어레이에, 어레이 단위로 조립되는 실시예를 설명하기 위한 사시도이다.

RGB 일체형 발광다이오드 패키지(10)를 직하형 백라이트 유닛의 광원으로 사용함에 있어, 대면적 화면에 어레이 구조로 용이하게 배열하고 또한 제작 관리할 수 있도록 하기 위하여, 일반적으로 RGB 일체형 발광다이오드 패키지(10)는 도시한 바와 같이 1차원 어레이 구조의 띠로 제작되거나, 2차원 어레이 구조로 제작될 수 있다. 이러한 어레이 구조는 화면 구성을 위하여 다시 특정한 배열로 장착된다.

광학소자 제작 공정의 선공정에서 RGB 일체형 발광다이오드 패키지 어레이가 제공된다면, 제공된 어레이 구조에 대응하여 광학소자(2c)를 광학소자 세트 어레이 구조로 제작하여, 이를 어레이 단위로 정렬 조립할 수 있다. 여기서, 광학소자 세트 내에는, RGB 일체형 발광다이오드 패키지(10) 내의 발광다이오드 칩(1)의 수만큼의 개별 광학소자(2c)가 포함된다.

도7c의 방법은 공정 수를 획기적으로 줄여 생산 단가를 줄일 수 있는 장점을 갖는다.

광학소자 세트 어레이 구조물의 제작에는 사출 성형법, Hot embossing법, UV molding법 등이 사용될 수 있다.

도7d는 광학소자(2c)가, 발광다이오드 패키지(10)에 실장되기 이전의 발광다이오드 칩(1)에 형성되는 실시예를 설명하기 위한 사시도이다.

도7a 내지 도7c는 RGB 일체형 발광다이오드 패키지(10)를 제작한 후, 제작된 광학소자(2c)를 조립 부착하는 방식임에 반하여, 도6d는 발광다이오드 패키지(10)에 실장되기 이전 단계의 발광다이오드 칩(1)에 광학소자(2c)를 형성하는 방식이다.

예컨대, 발광다이오드 칩(1)의 다이싱(dicing) 공정에 앞서 발광다이오드 칩(1)의 웨이퍼(wafer) 단계에서, UV molding 등을 통하여 웨이퍼 단위에서 광학소자(2c)를 형성하고, 이를 다이싱하여 광학소자(2c)가 일체로 형성된 발광다이오드 칩(1)을 확보할 수 있다.

이러한 광학소자(2c)/발광다이오드 칩(1)을 인쇄회로기판(4) 상에 실장함으 로써 본 발명에 따른 백라이트 유닛을 매우 효율적으로 제작할 수 있다.

도7e는 광학소자(2c)가 보호층(6)과 함께 일괄 몰딩되는 실시예를 설명하기 위한 측면도이다.

발광다이오드 칩(1)이 인쇄회로기판(4) 상에 실장된 이후에, 칩 보호 및 배선 보호를 위하여 실리콘 에폭시를 이용한 보호층 코딩 공정이 수행된다. 코팅 공정은 트랜스퍼 몰딩을 통해 이루어질 수 있으며, 이때 적절한 구조의 몰드를 제작하여, 광학소자(2c)를 보호층(6)과 함께 일괄 몰딩할 수 있다.

즉, 별도의 공정으로 수행되는 보호층 제작 공정과 광학소자 제작 공정을 단일 공정으로 통합하여, 발광다이오드 패키지(10) 상에 직접 수행하는 것이다.

단일 몰딩 공정으로는 트랜스퍼 몰딩법(예컨대, UV 몰딩법) 등이 이용될 수 있다.

상기한 구성에 따르면, 본 발명은 광학소자를 거쳐 방사된 빛이 기본적으로 전방을 향하여 방사되는 구조를 채용하여 광학소자의 제작이 비교적 용이하고 광학소자의 소형화를 이룰 수 있으며 우수한 광 효율을 가지는 백라이트 유닛을 제공할 수 있다.

동시에, 각 발광다이오드 세트별로 발산된 빛을 혼합하여 이상적인 백색광을 구현함과 아울러 각 발광다이오드 칩의 지향각 제어를 통하여 액정 표시장치의 전화면에 걸쳐 우수한 휘도 균일도를 구현할 수 있다.

Claims (13)

1. 적색 발광다이오드 칩, 녹색 발광다이오드 칩 및 청색 발광다이오드 칩이 각각 하나 이상씩 구비되는 발광다이오드 세트를 어레이 구조로 구비하는 발광다이오드 세트 어레이와,

   각 발광다이오드 칩에 대응되게 각 발광다이오드 칩의 전방에 각각 구비되어 각 발광다이오드 칩으로부터 발산되는 광을 방사시키는 광학소자의 세트를 어레이 구조로 구비하는 광학소자 세트 어레이를 구비하고,

   동일 광학소자 세트 내의 각 광학소자는, 적색 발광다이오드 칩, 녹색 발광다이오드 칩 및 청색 발광다이오드 칩으로부터 발산되는 광끼리 중첩하여 백색광을 생성하도록 구성됨으로써, 상기 광학소자 세트 어레이로부터 백색광의 어레이가 방사되는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 직하형 백라이트 유닛.
2. 제1항에 있어서,

   적색 발광다이오드 칩, 녹색 발광다이오드 칩 및 청색 발광다이오드 칩은 위치가 서로 다르고,

   이에 대응하여 동일 광학소자 세트 내의 각 광학소자는 독립된 기하학적 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 직하형 백라이트 유닛.
3. 제1항에 있어서,

   상기 발광다이오드 세트는 적색 발광다이오드 칩, 녹색 발광다이오드 칩 및 청색 발광다이오드 칩이 각각 하나 이상씩 집적되어 있는 RGB 일체형 발광다이오드 패키지의 형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 직하형 백라이트 유닛.
4. 제3항에 있어서,

   상기 광학소자는 각 광학소자별로 각각 제작되어, 발광다이오드 패키지에 기 실장되어 있는 발광다이오드 칩에 각각 조립되는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 직하형 백라이트 유닛.
5. 제3항에 있어서,

   상기 광학소자는 각 광학소자 세트별로 각각 제작되어, 발광다이오드 패키지에 각각 조립되는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 직하형 백라이트 유닛.
6. 제3항에 있어서,

   상기 광학소자는 광학소자 세트 어레이 형태로 제작되어, 발광다이오드 패키지 어레이에, 어레이 단위로 조립되는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 직하형 백라이트 유닛.
7. 제3항에 있어서,

   상기 광학소자는 발광다이오드 패키지에 실장되기 이전의 발광다이오드 칩에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 직하형 백라이트 유닛.
8. 제7항에 있어서,

   상기 광학소자는 다이싱 되기 이전의 발광다이오드 칩의 웨이퍼 상에 형성되어, 각 발광다이오드 칩과 일체로 다이싱되어 사용되는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 직하형 백라이트 유닛.
9. 제3항에 있어서,

   상기 백라이트 유닛은 발광다이오드 패키지의 배선을 보호하기 위한 보호층을 구비하고,

   상기 광학소자는 상기 보호층과 함께 일괄 몰딩되는 것을 특징으로 하는 액 정 표시장치의 직하형 백라이트 유닛.
10. 제3항에 있어서,

    상기 광학소자는 광의 진행 방향 상에 두 개의 굴절면을 가지는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 직하형 백라이트 유닛.
11. 제3항에 있어서,

    상기 광학소자 세트 어레이의 전방에 확산판을 구비하고,

    상기 광학소자는, 대응되는 발광다이오드 칩과 상기 확산판까지의 거리를 t, 각 발광다이오드 패키지간의 거리를 p라 할 때, 0°≤ φ - arctan(p/2t) 관계를 가지는 지향각 φ를 가지는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 직하형 백라이트 유닛.
12. 제11항에 있어서,

    상기 광학소자는, 5° < φ - arctan(p/2t) < 10°관계를 가지는 지향각 φ를 가지는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 직하형 백라이트 유닛.
13. 제1항 내지 12항 중 어느 한 항의 액정 표시장치의 직하형 백라이트 유닛을 광원으로 사용하는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.

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