KR20220098649A - 디스플레이 장치 및 그 광원 장치 - Google Patents

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KR20220098649A
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optical dome
optical
light source
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박경수
김성열
박천순
이계훈
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삼성전자주식회사
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Abstract

광학 돔의 구체적인 형상을 정의하여 광원의 광 프로파일을 유지시킬 수 있는 광학 돔을 포함하는 디스플레이 장치 및 그 광원 장치를 개시한다. 본 발명의 사상에 따르면, 디스플레이 장치는 인쇄회로기판과, 상기 인쇄회로기판에 실장되고, 광을 출력하는 엘이디 칩과, 상기 엘이디 칩에 디스펜싱됨으로써 상기 엘이디 칩을 둘러싸도록 형성되는 광학 돔(dome) 및 상기 엘이디 칩에서 출력되는 광을 차단하거나 통과시키는 액정 패널을 포함하고, 상기 광학 돔은, 상기 엘이디 칩으로부터 수직하게 방출된 광이 상기 광학 돔의 표면에 닿을 때까지의 직선 거리를 r0라 하고, 상기 엘이디 칩으로부터 방출되는 최대 출력 광이 상기 광학 돔의 표면에 닿을 때까지의 직선 거리를 r1라 할 때, 1.70 < r1/r0 < 1.83을 만족하도록 형성될 수 있다.

Description

디스플레이 장치 및 그 광원 장치 {DISPLAY APPARATUS AND LIGHT APPARATUS THEREOF}
본 발명은 디스플레이 장치 및 그 광원 장치에 관한 것으로서, 광학 돔을 포함하면서도 광원의 광 프로파일을 유지할 수 있는 디스플레이 장치 및 그 광원 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 디스플레이 장치는, 획득 또는 저장된 전기적 정보를 시각적 정보로 변환하여 사용자에게 표시하는 출력 장치의 일종으로, 가정이나 사업장 등 다양한 분야에서 이용되고 있다.
디스플레이 장치로는, 개인용 컴퓨터 또는 서버용 컴퓨터 등에 연결된 모니터 장치나, 휴대용 컴퓨터 장치나, 내비게이션 단말 장치나, 일반 텔레비전 장치나, 인터넷 프로토콜 텔레비전(IPTV, Internet Protocol television) 장치나, 스마트 폰, 태블릿 피씨, 개인용 디지털 보조 장치(PDA, Personal Digital Assistant), 또는 셀룰러 폰 등의 휴대용 단말 장치나, 산업 현장에서 광고나 영화 같은 화상을 재생하기 위해 이용되는 각종 디스플레이 장치나, 또는 이외 다양한 종류의 오디오/비디오 시스템 등이 있다.
디스플레이 장치는, 전기적 정보를 시각적 정보로 변환하기 위하여, 광원 장치를 포함하며, 광원 장치는 독립적으로 광을 방출하기 위한 복수의 광원들을 포함한다.
복수의 광원들 각각은 예를 들어 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED) 또는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED)를 포함한다. 예를 들어, 발광 다이오드 또는 유기 발광 다이오드는 기판(circuit board 또는 substrate) 상에 실장될 수 있다.
광원 장치는 광원을 커버하도록 마련되는 렌즈를 포함하여 광원에서 발하는 광의 광학 확산 영역을 넓힐 수 있다. 다만, 렌즈를 통한 광학 확산 영역의 확장으로 인해 로컬 디밍(Local Dimming)의 블록(Block) 수가 줄어들고, 이는 명암비를 향상시키는 데에 제약이 된다.
최근의 디스플레이 장치는, 상기한 제약 사항으로 인해 렌즈 없이 광원 장치를 구성하기도 한다. 이러한 광원 장치의 경우, 광원을 보호하기 위해 광원을 커버하는 투광성 수지층을 포함한다. 다만, 투광성 수지층으로 인해 광원의 광 프로파일이 변경될 수 있다.
본 발명의 일 측면은, 배트 윙(Bat-Wing) 형태의 광 프로파일을 갖는 광원과, 배트 윙 형태의 광 프로파일을 유지시킬 수 있는 광학 돔을 포함하는 디스플레이 장치 및 그 광원 장치를 제공한다.
본 발명의 다른 일 측면은, 그 형상을 구체적으로 정의하여 광원의 광 프로파일을 유지시킬 수 있는 광학 돔을 포함하는 디스플레이 장치 및 그 광원 장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 측면은, 광학 돔의 구체적인 형상을 정의하여 광원 수를 유지하면서 광학 거리를 줄일 수 있는 디스플레이 장치 및 그 광원 장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 측면은, 광학 돔의 구체적인 형상을 정의하여 광학 거리를 유지하면서 광원 수를 줄일 수 있는 디스플레이 장치 및 그 광원 장치를 제공한다.
본 발명의 사상에 따르면, 디스플레이 장치는 인쇄회로기판과, 상기 인쇄회로기판에 실장되고, 광을 출력하는 엘이디 칩과, 상기 엘이디 칩에 디스펜싱됨으로써 상기 엘이디 칩을 둘러싸도록 형성되는 광학 돔(dome) 및 상기 엘이디 칩에서 출력되는 광을 차단하거나 통과시키는 액정 패널을 포함하고, 상기 광학 돔은, 상기 엘이디 칩으로부터 수직하게 방출된 광이 상기 광학 돔의 표면에 닿을 때까지의 직선 거리를 r0라 하고, 상기 엘이디 칩으로부터 방출되는 최대 출력 광이 상기 광학 돔의 표면에 닿을 때까지의 직선 거리를 r1라 할 때, 1.70 < r1/r0 < 1.83을 만족하도록 형성될 수 있다.
상기 최대 출력 광은, 상기 엘이디 칩의 광 프로파일에서 가장 큰 출력을 갖는 각도로 방출되는 광을 가리킬 수 있다.
상기 엘이디 칩은, n형 반도체층과, p형 반도체층 및 상기 n형 반도체층과 상기 p형 반도체층 사이에 마련되어 광을 방출하는 발광층을 포함할 수 있다.
상기 r0는 상기 발광층의 중심으로부터 수직하게 방출된 광이 상기 광학 돔의 표면에 닿을 때까지의 거리일 수 있다.
상기 r1은 상기 발광층의 중심에서 방출되는 최대 출력 광이 상기 광학 돔의 표면에 닿을 때까지의 거리일 수 있다.
상기 엘이디 칩은 청색 계열의 광이 발광되도록 마련될 수 있다.
상기 디스플레이 장치는 상기 엘이디 칩과 상기 액정 패널 사이에 배치되는 광학 필름을 더 포함할 수 있다.
상기 광학 필름은, 광의 파장을 변화시켜 색 재현성을 향상시키도록 구성되는 퀀텀 닷 시트(Quantum Dot Sheet)를 포함할 수 있다.
상기 엘이디 칩은 상기 인쇄회로기판의 실장면 상에 칩온보드(Chip On Board, COB) 방식으로 실장될 수 있다.
상기 엘이디 칩은, 가로 변의 길이와 세로 변의 길이가 각각 500μm 이하일 수 있다.
상기 엘이디 칩은, 상기 n형 반도체층 또는 상기 p형 반도체층의 상면을 커버하도록 배치되는 성장 기판과, 상기 성장 기판의 상면에 배치되는 DBR(Distributed Bragg reflector)층 및 상기 발광층의 하면에 배치되는 금속 반사층을 더 포함할 수 있다.
상기 금속 반사층은 알루미늄(Al) 또는 DBR(Distributed Bragg reflector)을 포함할 수 있다.
상기 성장 기판은 사파이어 기판을 포함할 수 있다.
상기 디스플레이 장치는 상기 광학 돔이 통과하도록 마련되는 관통 홀을 포함하고, 상기 인쇄회로기판에 부착되는 반사 시트를 더 포함할 수 있다.
상기 광학 돔은 실리콘 또는 에폭시 수지로 구성될 수 있다.
상기 광학 필름은 상기 엘이디 칩에서 방출되는 광을 확산시키도록 마련되는 확산판을 포함할 수 있다.
본 발명의 사상에 따르면, 광원 장치는 실장면을 가지는 인쇄회로기판과, 상기 실장면 상에 실장되는 엘이디 칩 및 상기 엘이디 칩에 디스펜싱됨으로써 상기 엘이디 칩과 상기 엘이디 칩과 인접한 상기 실장면을 커버하는 광학 돔(dome)을 포함하고, 상기 광학 돔은, 상기 엘이디 칩으로부터 수직하게 방출된 광이 상기 광학 돔의 표면에 닿을 때까지의 직선 거리를 r0라 하고, 상기 엘이디 칩으로부터 방출되는 최대 출력 광이 상기 광학 돔의 표면에 닿을 때까지의 직선 거리를 r1라 할 때, 1.70 < r1/r0 < 1.83을 만족하도록 형성될 수 있다.
상기 최대 출력 광은, 상기 엘이디 칩의 광 프로파일에서 가장 큰 출력을 갖는 각도로 방출되는 광을 가리킬 수 있다.
상기 엘이디 칩은, n형 반도체층과, p형 반도체층 및 상기 n형 반도체층과 상기 p형 반도체층 사이에 마련되어 광을 방출하는 발광층을 포함할 수 있다.
상기 r0는 상기 발광층의 중심으로부터 수직하게 방출된 광이 상기 광학 돔의 표면에 닿을 때까지의 거리일 수 있다.
상기 r1은 상기 발광층의 중심에서 방출되는 최대 출력 광이 상기 광학 돔의 표면에 닿을 때까지의 거리일 수 있다.
상기 엘이디 칩은, 상기 n형 반도체층 또는 상기 p형 반도체층의 상면을 커버하도록 배치되는 성장 기판과, 상기 성장 기판의 상면에 배치되는 제1DBR(Distributed Bragg reflector)층 및 상기 발광층의 하면에 배치되는 제2DBR층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 사상에 따르면, 디스플레이 장치는 인쇄회로기판과, 상기 인쇄회로기판에 실장되고, 광을 출력하는 엘이디 칩과, 상기 엘이디 칩에 디스펜싱됨으로써 상기 엘이디 칩을 둘러싸도록 형성되는 광학 돔(dome) 및 상기 엘이디 칩에서 출력되는 광을 차단하거나 통과시키는 액정 패널을 포함하고, 상기 엘이디 칩으로부터 상기 광학 돔을 향해 수직하게 방출되는 광을 l1이라 하고, 상기 엘이디 칩으로부터 방출되는 최대 출력 광을 l2라 할 때, 상기 l1이 상기 광학 돔의 표면에 닿을 때까지 이동한 거리는 r0이고, 상기 l2가 상기 광학 돔의 표면에 닿을 때까지 이동한 거리가 r1이며, 상기 광학 돔은 1.70 < r1/r0 < 1.83을 만족하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 사상에 따르면, 배트 윙(Bat-Wing) 형태의 광 프로파일을 갖는 광원과, 배트 윙 형태의 광 프로파일을 유지시킬 수 있는 광학 돔을 포함하는 디스플레이 장치 및 그 광원 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 사상에 따르면, 그 형상을 구체적으로 정의하여 광원의 광 프로파일을 유지시킬 수 있는 광학 돔을 포함하는 디스플레이 장치 및 그 광원 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 사상에 따르면, 광학 돔의 구체적인 형상을 정의하여 광원 수를 유지하면서 광학 거리를 줄일 수 있는 디스플레이 장치 및 그 광원 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 사상에 따르면, 광학 돔의 구체적인 형상을 정의하여 광학 거리를 유지하면서 광원 수를 줄일 수 있는 디스플레이 장치 및 그 광원 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시에에 따른 디스플레이 장치의 액정 패널의 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 장치의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 장치의 일부를 확대하여 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5의 A-A'에 따른 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 엘이디 칩을 확대하여 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 칩의 광 프로파일을 나타낸 도면이다.
도 9는 도 5의 B-B'에 따른 단면도로서, 엘이디 칩을 확대하여 도시한 도면이다.
도 10은 도 5의 B-B'에 따른 단면도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 칩과, 광학 돔을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 돔이 엘이디 칩을 커버하였을 때의 광 프로파일을 나타낸 도면이다.
본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물 또는 변형예들도 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 할 것이다.
설명 중 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 뜻하지 않은 이상 복수의 표현을 포함할 수 있다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등의 명확한 설명을 위해 과장된 것일 수 있다.
본 명세서에서 '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지칭하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 명세서에서, r0는 r0를 가리킬 수 있고, r1은 rmax를 가리킬 수 있다.
이하에서, 광학 필름은 확산판(130)과 광학 시트(140)를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 분해 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시에에 따른 디스플레이 장치의 액정 패널의 측단면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 장치의 분해 사시도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 사시도이다.
디스플레이 장치(10)는 외부로부터 수신되는 영상 신호를 처리하고, 처리된 영상을 시각적으로 표시할 수 있는 장치이다. 이하에서는 디스플레이 장치(10)가 텔레비전(Television, TV)인 경우를 예시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 디스플레이 장치(10)는 모니터(Monitor), 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 통신장치 등 다양한 형태로 구현할 수 있으며, 디스플레이 장치(10)는 영상을 시각적으로 표시하는 장치라면 그 형태가 한정되지 않는다.
뿐만 아니라, 디스플레이 장치(10)는 건물 옥상이나 버스 정류장과 같은 옥외에 설치되는 대형 디스플레이 장치(Large Format Display, LFD)일 수 있다. 여기서, 옥외는 반드시 야외로 한정되는 것은 아니며, 지하철역, 쇼핑몰, 영화관, 회사, 상점 등 실내이더라도 다수의 사람들이 드나들 수 있는 곳이면 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(10)가 설치될 수 있다.
디스플레이 장치(10)는 다양한 컨텐츠 소스들로부터 비디오 데이터와 오디오 데이터를 포함하는 컨텐츠 데이터를 수신하고, 비디오 데이터와 오디오 데이터에 대응하는 비디오와 오디오를 출력할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 장치(10)는 방송 수신 안테나 또는 유선 케이블을 통하여 컨텐츠 데이터를 수신하거나, 컨텐츠 재생 장치로부터 컨텐츠 데이터를 수신하거나, 컨텐츠 제공자의 컨텐츠 제공 서버로부터 컨텐츠 데이터를 수신할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 디스플레이 장치(10)는 본체(11), 영상(I)을 표시하는 스크린(12), 본체(11)의 하부에 마련되어 본체(10)를 지지하는 지지대(17)를 포함한다.
본체(11)는 디스플레이 장치(10)의 외형을 형성하며, 본체(11)의 내부에는 디스플레이 장치(10)가 영상(I)을 표시하거나 각종 기능을 수행하기 위한 부품이 마련될 수 있다. 도 1에 도시된 본체(11)는 평평한 판 형상이나, 본체(11)의 형상이 도 1에 도시된 바에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본체(11)는 휘어진 판 형상일 수 있다.
스크린(12)은 본체(11)의 전면에 형성되며, 영상(I)을 표시할 수 있다. 예를 들어, 스크린(12)은 정지 영상 또는 동영상을 표시할 수 있다. 또한, 스크린(12)은 2차원 평면 영상 또는 사용자의 양안의 시차를 이용한 3차원 입체 영상을 표시할 수 있다.
스크린(12)에는 복수의 픽셀(P)이 형성되며, 스크린(12)에 표시되는 영상(I)은 복수의 픽셀(P) 각각이 방출하는 광에 의하여 형성될 수 있다. 예들 들어, 복수의 픽셀(P)이 방출하는 광이 마치 모자이크(mosaic)와 같이 조합됨으로써, 스크린(12) 상에 영상(I)이 형성될 수 있다.
복수의 픽셀(P) 각각은 다양한 밝기 및 다양한 색상의 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 복수의 픽셀(P) 각각은 직접 광을 방출할 수 있는 자발광 패널(예를 들어, 발광 다이오드 패널)을 포함하거나 광원 장치 등에 의하여 방출된 광을 통과하거나 차단할 수 있는 비자발광 패널(예를 들어, 액정 패널)을 포함할 수 있다.
다양한 색상의 광을 방출하기 위하여, 복수의 픽셀(P) 각각은 서브 픽셀들(PR, PG, PB)을 포함할 수 있다.
서브 픽셀들(PR, PG, PB)은 적색 광을 방출할 수 있는 적색 서브 픽셀(PR)과, 녹색 광을 방출할 수 있는 녹색 서브 픽셀(PG)과, 청색 광을 방출할 수 있는 청색 서브 픽셀(PB)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 적색 광은 파장이 대략 620nm (nanometer, 10억분의 1미터)에서 750nm까지의 광을 나타낼 수 있고, 녹색 광은 파장이 대략 495nm에서 570nm까지의 광을 나타낼 수 있으며, 청색 광은 파장이 대략 450nm에서 495nm까지의 광을 나타낼 수 있다.
적색 서브 픽셀(PR)의 적색 광, 녹색 서브 픽셀(PG)의 녹색 광 및 청색 서브 픽셀(PB)의 청색 광의 조합에 의하여, 복수의 픽셀(P) 각각에서 다양한 밝기와 다양한 색상의 광이 출사할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본체(11) 내부에는 스크린(S)에 영상(I)을 생성하기 위한 각종 구성 부품들이 마련될 수 있다.
예를 들어, 본체(11)에는 면광원(surface light source)인 광원 장치(100)와, 광원 장치(100)로부터 방출된 광을 차단하거나 통과하는 액정 패널(20)과, 광원 장치(100) 및 액정 패널(20)의 동작을 제어하는 제어 어셈블리(50)와, 광원 장치(100) 및 액정 패널(20)에 전력을 공급하는 전원 어셈블리(60)가 마련된다. 또한, 본체(11)는 액정 패널(20), 광원 장치(100), 제어 어셈블리(50) 및 전원 어셈블리(60)을 지지하고 고정하기 위한 베젤(13)과 프레임 미들 몰드(14)와 바텀 샤시(15)와 후면 커버(16)를 포함한다.
광원 장치(100)는 단색광 또는 백색광을 방출하는 점 광원을 포함할 수 있으며, 점 광원으로부터 방출되는 광을 균일한 면광으로 변환하기 위하여 광을 굴절, 반사 및 산란시킬 수 있다. 예를 들어, 광원 장치(100)는 단색광 또는 백색광을 방출하는 복수의 광원과, 복수의 광원으로부터 입사된 광을 확산시키는 확산판과, 복수의 광원 및 확산판의 후면으로부터 방출된 광을 반사하는 반사 시트와, 확산판의 전면으로부터 방출된 광을 굴절 및 산란시키는 광학 시트를 포함할 수 있다.
이처럼, 광원 장치(100)는 광원으로부터 방출된 광을 굴절, 반사 및 산란시킴으로써 전방을 향하여 균일한 면광을 방출할 수 있다.
광원 장치(100)의 구성은 아래에서 더욱 자세하게 설명된다.
액정 패널(20)은 광원 장치(100)의 전방에 마련되며, 영상(I)을 형성하기 위하여 광원 장치(100)으로부터 방출되는 광을 차단하거나 또는 통과시킨다.
액정 패널(20)의 전면은 앞서 설명한 디스플레이 장치(10)의 스크린(S)을 형성하며, 액정 패널(20)은 복수의 픽셀들(P)을 형성할 수 있다. 액정 패널(20)은 복수의 픽셀들(P)은 각각 독립적으로 광원 장치(100)의 광을 차단하거나 통과시킬 수 있으며, 복수의 픽셀들(P)에 의하여 통과된 광은 스크린(S)에 표시되는 영상(I)을 형성할 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 액정 패널(20)는 제1 편광 필름(21), 제1 투명 기판(22), 픽셀 전극(23), 박막 트랜지스터(24), 액정 층(25), 공통 전극(26), 컬러 필터(27), 제2 투명 기판(28), 제2 편광 필름(29)를 포함할 수 있다.
제1 투명 기판(22) 및 제2 투명 기판(28)은 픽셀 전극(23), 박막 트랜지스터(24), 액정 층(25), 공통 전극(26) 및 컬러 필터(27)을 고정 지지할 수 있다. 이러한, 제1 및 제2 투명 기판(22, 28)은 강화 유리 또는 투명 수지로 구성될 수 있다.
제1 및 제2 투명 기판(22, 28)의 외측에는 제1 편광 필름(21) 및 제2 편광 필름(29)이 마련된다.
제1 편광 필름(21)와 제2 편광 필름(29)은 각각 특정한 광을 통과시키고, 다른 광을 차단할 수 있다. 예를 들어, 제1 편광 필름(21)은 제1 방향으로 진동하는 자기장을 갖는 광을 통과시키고, 다른 광을 차단한다. 또한, 제2 편광 필름(29)은 제2 방향으로 진동하는 자기장을 갖는 광을 통과시키고, 다른 광을 차단한다. 이때, 제1 방향과 제2 방향은 서로 직교할 수 있다. 그에 의하여, 제1 편광 필름(21)이 통과시키는 광의 편광 방향과 제2 편광 필름(29)이 통과시키는 광의 진동 방향은 서로 직교한다. 그 결과, 일반적으로 광은 제1 편광 필름(21)과 제2 편광 필름(29)을 동시에 통과할 수 없다.
제2 투명 기판(28)의 내측에는 컬러 필터(27)가 마련될 수 있다.
컬러 필터(27)는 예를 들어 적색 광을 통과시키는 적색 필터(27R)와, 녹색 광을 통과시키는 녹색 필터(27G)와, 청색 광을 통과시키는 청색 필터(27G)를 포함할 수 있으며, 적색 필터(27R)와 녹색 필터(27G)와 청색 필터(27B)는 서로 나란하게 배치될 수 있다. 컬러 필터(27)가 형성된 영역은 앞서 설명한 픽셀(P)에 대응된다. 적색 필터(27R)가 형성된 영역은 적색 서브 픽셀(PR)에 대응되고, 녹색 필터(27G)가 형성된 영역은 녹색 서브 픽셀(PG)에 대응되고, 청색 필터(27B)가 형성된 영역은 청색 서브 픽셀(PB)에 대응된다.
제1 투명 기판(22)의 내측에는 픽셀 전극(23)이 마련되고, 제2 투명 기판(28)의 내측에는 공통 전극(26)이 마련될 수 있다.
픽셀 전극(23)과 공통 전극(26)은 전기가 도통되는 금속 재질로 구성되며, 아래에서 설명할 액정 층(25)을 구성하는 액정 분자(115a)의 배치를 변화시키기 위한 전기장을 생성할 수 있다.
픽셀 전극(23)과 공통 전극(26)은 투명한 재질로 구성되며, 외부로부터 입사되는 광을 통과시킬 수 있다. 예를 들어, 픽셀 전극(23)과 공통 전극(26)은 인듐산화주석(Indium Tin Oxide: ITO), 인듐산화아연(Indium Zinc Oxide: IZO), 은나노와이어(Ag nano wire), 탄소나노튜브(carbon nano tube: CNT), 그래핀(graphene) 또는 PEDOT(3,4-ethylenedioxythiophene) 등으로 구성될 수도 있다.
제2 투명 기판(22)의 내측에는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT) (24)가 마련된다.
박막 트랜지스터(24)는 픽셀 전극(23)에 흐르는 전류를 통과시키거나 차단할 수 있다. 예를 들어, 박막 트랜지스터(24)의 턴온(폐쇄) 또는 턴오프(개방)에 따라 픽셀 전극(23)과 공통 전극(26) 사이에 전기장이 형성되거나 제거될 수 있다.
박막 트랜지스터(24)는 폴리 실리콘(Poly-Slicon)으로 구성될 수 있으며, 리소그래피(lithography), 증착(deposition), 이온 주입(ion implantation) 공정 등 반도체 공정에 의하여 형성될 수 있다.
픽셀 전극(23)과 공통 전극(26) 사이에는 액정 층(25)이 형성되며, 액정 층(25)은 액정 분자(25a)에 의하여 채워진다.
액정은 고체(결정)과 액체의 중간 상태를 나타낸다. 액정 물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양을 하고 있으며, 분자의 배열이 어떤 방향으로는 불규칙한 상태와 같지만, 다른 방향에서는 규칙적인 결정의 형태를 가질 수 있다. 그 결과, 액정은 액체의 유동성과 결정(고체)의 광학적 이방성을 모두 갖는다.
또한, 액정은 전기장의 변화에 따라 광학적 성질을 나타내기도 한다. 예를 들어, 액정은 전기장의 변화에 따라 액정을 구성하는 분자 배열의 방향이 변화할 수 있다. 액정 층(25)에 전기장이 생성되면 액정 층(25)의 액정 분자(115a)는 전기장의 방향에 따라 배치되고, 액정 층(25)에 전기장이 생성되지 않으면 액정 분자(115a)는 불규칙하게 배치되거나 배향막(미도시)을 따라 배치될 수 있다. 그 결과, 액정 층(25)을 통과하는 전기장의 존부에 따라 액정 층(25)의 광학적 성질이 달라질 수 있다.
액정 패널(20)의 일측에는 영상 데이터를 액정 패널(20)로 전송하는 케이블(20a)과, 디지털 영상 데이터를 처리하여 아날로그 영상 신호를 출력하는 디스플레이 드라이버 직접 회로(Display Driver Integrated Circuit, DDI) (30) (이하에서는 '드라이버 IC'라 한다)가 마련된다.
케이블(20a)은 제어 어셈블리(50)/전원 어셈블리(60)와 드라이버 IC (30) 사이를 전기적으로 연결하고, 또한 드라이버 IC (30)와 액정 패널(20) 사이를 전기적으로 연결할 수 있다. 케이블(20a)은 휘어질 수 있는 플렉서블 플랫 케이블(flexible flat cable) 또는 필름 케이블(film cable) 등을 포함할 수 있다.
드라이버 IC (30)는 케이블(20a)을 통하여 제어 어셈블리(50)/전원 어셈블리(60)으로부터 영상 데이터 및 전력을 수신하고, 케이블(20a)을 통하여 액정 패널(20)에 영상 데이터 및 구동 전류를 전송할 수 있다.
또한, 케이블(20a)과 드라이버 IC (30)는 일체로 일체로 필름 케이블, 칩 온 필름(chip on film, COF), 테이프 캐리어 패키지(Tape Carrier Packet, TCP) 등으로 구현될 수 있다. 다시 말해, 드라이버 IC (30)는 케이블(110b) 상에 배치될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 드라이버 IC (30)는 액정 패널(20) 상에 배치될 수 있다.
제어 어셈블리(50)는 액정 패널(20) 및 광원 장치(100)의 동작을 제어하는 제어 회로를 포함할 수 있다. 제어 회로는 외부 컨텐츠 소스로부터 수신된 영상 데이터를 처리하고, 액정 패널(20)에 영상 데이터를 전송하고 광원 장치(100)에 디밍(dimming) 데이터를 전송할 수 있다.
전원 어셈블리(60)는 광원 장치(100)이 면광을 출력하고 액정 패널(20)이 광원 장치(100)의 광을 차단 또는 통과시키도록 액정 패널(20) 및 광원 장치(100)에 전력을 공급할 수 있다.
제어 어셈블리(50)와 전원 어셈블리(60)는 인쇄 회로 기판과 인쇄 회로 기판에 실장된 각종 회로로 구현될 수 있다. 예를 들어, 전원 회로는 콘덴서, 코일, 저항 소자, 프로세서 등 및 이들이 실장된 전원 회로 기판을 포함할 수 있다. 또한, 제어 회로는 메모리, 프로세서 및 이들이 실장된 제어 회로 기판을 포함할 수 있다.
이하에서는 광원 장치(100)이 설명된다.
도 4는 일 실시예에 의한 광원 장치를 분해 도시한다.
광원 장치(100)는 광을 생성하는 광원 모듈(110), 광을 반사시키는 반사 시트(120), 광을 균일하게 확산시키는 확산판(diffuser plate) (130), 출사되는 광읜 휘도를 향상시키는 광학 시트(140)를 포함한다.
광원 모듈(110)은 광을 방출하는 복수의 광원(111)과, 복수의 광원(111)을 지지/고정하는 기판(112)를 포함할 수 있다.
복수의 광원(111)은, 광이 균일한 휘도로 방출되도록 미리 정해진 패턴으로 배치될 수 있다. 복수의 광원(111)은 하나의 광원과 그에 인접한 광원들 사이의 거리가 동일해지도록 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 복수의 광원(111)은 행과 열을 맞추어 배치될 수 있다. 그에 의하여, 인접한 4개의 광원에 의하여 대략 정사각형이 형성되도록 복수의 광원이 배치될 수 있다. 또한, 어느 하나의 광원은 4개의 광원과 인접하게 배치되며, 하나의 광원과 그에 인접한 4개의 광원 사이의 거리는 대략 동일할 수 있다.
다른 예로, 복수의 광원은 복수의 행으로 배치될 수 있으며, 각각의 행에 속하는 광원은 인접한 행에 속하는 2개의 광원의 중앙에 배치될 수 있다. 그에 의하여, 인접한 3개의 광원에 의하여 대략 정삼각형이 형성되도록 복수의 광원이 배치될 수 있다. 이때, 하나의 광원은 6개의 광원과 인접하게 배치되며, 하나의 광원과 그에 인접한 6개의 광원 사이의 거리는 대략 동일할 수 있다.
다만, 복수의 광원(111)이 배치되는 패턴은 이상에서 설명한 패턴에 한정되지 않으며, 광이 균일한 휘도로 방출되도록 복수의 광원(111)은 다양한 패턴으로 배치될 수 있다.
광원(111)은 전력이 공급되면 단색광(특정한 파장의 광, 예를 들어 청색 광) 또는 백색광(예를 들어, 적색 광, 녹색 광 및 청색 광이 혼합된 광)을 다양한 방향으로 방출할 수 있는 소자를 채용할 수 있다. 예를 들어, 광원(111)은 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)을 포함할 수 있다.
기판(112)은 광원(111)의 위치가 변경되지 않도록 복수의 광원(111)을 고정할 수 있다. 또한, 기판(112)은 광원(111)이 광을 방출하기 위한 전력을 각각의 광원(111)에 공급할 수 있다.
기판(112)은 복수의 광원(111)을 고정하고, 광원(111)에 전력을 공급하기 위한 전도성 전력 공급 라인이 형성된 합성 수지 또는 강화 유리 또는 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board, PCB)으로 구성될 수 있다.
반사 시트(120)는 복수의 광원(111)으로부터 방출된 광을 전방으로 또는 전방과 근사한 방향으로 반사시킬 수 있다.
반사 시트(120)에는 광원 모듈(110)의 복수의 광원(111) 각각에 대응하는 위치에 복수의 관통 홀(120a)이 형성된다. 또한, 광원 모듈(110)의 광원(111)은 관통 홀(120a)을 통과하여, 반사 시트(120)의 앞으로 돌출될 수 있다.
예를 들어, 반사 시트(120)와 광원 모듈(110)의 조립 과정에서 광원 모듈(110)의 복수의 광원(111)은 반사 시트(120)에 형성된 복수의 관통 홀(120a)에 삽입된다. 그로 인하여, 광원 모듈(110)의 기판(112)은 반사 시트(120)의 후방에 위치하지만, 광원 모듈(110)의 복수의 광원(111)은 반사 시트(120)의 전방에 위치할 수 있다.
그에 의하여, 복수의 광원(111)은 반사 시트(120)의 전방에서 광을 방출할 수 있다.
복수의 광원(111)은 반사 시트(120)의 전방에서 다양한 방향으로 광을 방출할 수 있다. 광은 광원(111)으로부터 확산판(130)을 향하여 방출될 뿐만 아니라 광원(111)으로부터 반사 시트(120)를 향하여 방출될 수 있으며, 반사 시트(120)는 반사 시트(120)를 향하여 방출된 광을 확산판(130)을 향하여 반사시킬 수 있다.
광원(111)으로부터 방출된 광은 확산판(130) 및 광학 시트(140) 등 다양한 물체를 통과한다. 광이 확산판(130) 및 광학 시트(140)를 통과할 때, 입사된 광 중 일부는 확산판(130) 및 광학 시트(140)의 표면에서 반사된다. 반사 시트(120)는 확산판(130) 및 광학 시트(140)에 의하여 반사된 광을 반사시킬 수 있다.
확산판(130)은 광원 모듈(110) 및 반사 시트(120)의 전방에 마련될 수 있으며, 광원 모듈(110)의 광원(111)으로부터 방출된 광을 고르게 분산시킬 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 복수의 광원(111)은 광원 장치(100)의 후면의 곳곳에 위치한다. 비록, 복수의 광원(111)이 광원 장치(100)의 후면에 등 간격으로 배치되나, 복수의 광원(111)의 위치에 따라 휘도의 불균일이 발생할 수 있다.
확산판(130)은 복수의 광원(111)으로 인한 휘도의 불균일을 제거하기 위하여 복수의 광원(111)으로부터 방출된 광을 확산판(130) 내에서 확산시킬 수 있다. 다시 말해, 확산판(130)은 복수의 광원(111)의 불균일한 광을 전면으로 균일하게 방출할 수 있다.
광학 시트(140)는 휘도 및 휘도의 균일성을 향상시키기 위한 다양한 시트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 시트(140)는 확산 시트(141), 제1 프리즘 시트(142), 제2 프리즘 시트(143), 반사형 편광 시트(144) 등을 포함할 수 있다.
확산 시트(141)는 휘도의 균일성을 위하여 광을 확산시킨다. 광원(111)으로부터 방출된 광은 확산판(130)에 의하여 확산되고, 광학 시트(140)에 포함된 확산 시트(141)에 의하여 다시 확산될 수 있다.
제1 및 제2 프리즘 시트(142, 143)는 확산 시트(141)에 의하여 확산된 광을 집광시킴으로써 휘도를 증가시킬 수 있다. 제1 및 제2 프리즘 시트(142, 143)는 삼각 프리즘 형상의 프리즘 패턴을 포함하고, 이 프리즘 패턴은 복수 개가 인접 배열되어 복수 개의 띠 모양을 이룬다.
반사형 편광 시트(144)은 편광 필름의 일종으로 휘도 향상을 위하여 입사된 광 중 일부를 투과시키고, 다른 일부를 반사할 수 있다. 예를 들어, 반사형 편광 시트(144)의 미리 정해진 편광 방향과 동일한 방향의 편광을 투과시키고, 반사형 편광 시트(144)의 편광 방향과 다른 방향의 편광을 반사할 수 있다. 또한, 반사형 편광 시트(144)에 의하여 반사된 광은 광원 장치(100) 내부에서 재활용되며, 이러한 광 재활용(light recycle)에 의하여 디스플레이 장치(10)의 휘도가 향상될 수 있다.
광학 시트(140)는 도 4에 도시된 시트 또는 필름에 한정되지 않으며, 보호 시트, 퀀텀 닷 시트 등 더욱 다양한 시트 또는 필름을 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 장치의 일부를 확대하여 도시한 사시도이다. 도 6은 도 5의 A-A'에 따른 단면도이다. 도 7은 도 6에 도시된 엘이디 칩을 확대하여 도시한 도면이다.
이하에서는 도 5 내지 도 7을 참조하여, 광원 장치(100)의 광원(111)이 설명된다.
앞서 설명된 바와 같이, 광원 모듈(110)은 복수의 광원(111)을 포함한다. 복수의 광원(111)은 반사 시트(120)의 후방에서 관통 홀(120a)을 통과하여 반사 시트(120)의 전방으로 돌출될 수 있다. 그에 의하여, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 광원(111)과 기판(112)의 일부가 관통 홀(120a)을 통하여 반사 시트(120)의 전방을 향하여 노출될 수 있다.
광원(111)은 반사 시트(120)의 관통 홀(120a)에 의하여 정의되는 영역에 위치하는 전기적/기계적 구조물을 포함할 수 있다.
본 발명의 사상에 따르면, 복수의 광원(111) 각각은 엘이디 칩(210)과, 광학 돔(220)을 포함할 수 있다.
렌즈를 포함하는 광원 장치의 경우, 광원에서 발하는 광의 광학 확산 영역을 넓힘으로써 광원의 개수를 줄일 수 있다. 다만, 광원의 수 감소로 인해 로컬 디밍의 블록 수가 줄어들고, 이로 인해 대조비를 향상시키는 데에 제약이 된다.
본 발명의 사상에 따르면, 광원 장치(100)에 의하여 방출되는 면광의 균일성을 향상시키고 로컬 디밍(local dimming)에 의한 대조비를 향상시키기 위하여, 광원 장치(100)는 렌즈를 포함하지 않고, 광원(111)의 개수를 늘릴 수 있다. 그로 인하여, 복수의 광원(111) 각각이 점유할 수 있는 영역이 협소해질 수 있다. 광학 돔(220)은 렌즈 대비 작은 크기를 가지면서도 복수의 광원(111) 각각을 커버할 수 있다.
엘이디 칩(210)은 정공(hole)과 전자(electron)의 재결합에 의하여 광을 방출하기 위한 p형 반도체층(213)과 n형 반도체층(212)을 포함할 수 있다. 또한, 엘이디 칩(210)에는, p형 반도체층(213)과 n형 반도체층(212)에 각각 전공과 전자를 공급하기 위한 한 쌍의 전극(211a, 211b)이 마련된다.
본 발명의 사상에 따르면, 엘이디 칩(210)은 성장 기판(215)과, p형 반도체층(213)과, n형 반도체층(212)과, 발광층(214)을 포함할 수 있다. 또한, 엘이디 칩(210)은 DBR(Distributed Bragg reflector)층(216)과, 금속 반사층(217)을 더 포함할 수 있다. 금속 반사층(217)은 알루미늄(Al) 또는 DBR(Distributed Bragg reflector)을 포함할 수 있다. 금속 반사층(217)이 포함하는 DBR은 DBR층(216)과 동일하게 구성될 수 있다.
이하에서, 금속 반사층(217)이 DBR을 포함할 때, DBR층(216)을 제1DBR층이라 하고, 금속 반사층(217)을 제2DBR층이라 한다.
성장 기판(215)은 질화물 반도체 성장용 기판으로 유용한 사파이어 기판이 사용될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니고, 실리콘 기판, GaN 기판 등 반도체 단결정 성장용으로 제공되는 다양한 기판일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 성장 기판(215)은 사파이어 기판일 수 있다.
p형 반도체층(213)과, n형 반도체층(212) 및 발광층(214)은 질화물 반도체로 이루어질 수 있다. 발광층(214)은 전자와 정공이 재결합함으로써 그 밴드갭 에너지 크기만큼의 광을 방출할 수 있다.
한 쌍의 전극(211a, 211b)은 n형 소자 전극(211a)과 p형 소자 전극(211b)을 포함할 수 있다. n형 소자 전극(211a)과, p형 소자 전극(211b)은 질화물 반도체와 오믹 컨택(ohmic contact) 할 수 있는 물질로 형성될 수 있으며 일례로 은(Ag), 알루미늄(Al) 등과 같은 금속으로 형성될 수 있다.
DBR층(216)은 굴절율 차가 있는 두 가지 물질을 적층하여 마련될 수 있다. DBR층(216)과 금속 반사층(217)은 목표하는 파장의 광을 반사시킬 수 있다.
DBR층(216)은 성장 기판(215)의 상면에 마련될 수 있다. DBR층(216)은 발광층(214)에서 방출되는 광의 일부를 반사시켜 액정 패널(20)에 대한 광 지향각을 증가시킬 수 있다.
금속 반사층(217)은 발광층(214)의 하면에 마련될 수 있다. 금속 반사층(217)은 DBR층(216)과 마찬가지로, 발광층(214)에서 방출되는 광의 일부를 반사시켜 액정 패널(20)에 대한 광 지향각을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 사상에 따르면, 성장 기판(215)의 상면에 DBR층이 마련되고, 또한, 발광층(214)의 하면에 금속 반사층이 마련될 수 있다. 구체적으로, 성장 기판(215)의 상면에는 제1DBR층(216)이 마련되고, 발광층(214)의 하면에는 제2DBR층(217)이 마련될 수 있다. 이와 달리, 성장 기판(215)의 상면에는 DBR층(216)이 마련되고, 발광층(214)의 하면에는 알루미늄(Al)과 같은 금속을 포함하는 금속 반사층(217)이 마련될 수 있다.
엘이디 칩(210)은 전기 에너지를 광 에너지로 전환할 수 있다. 다시 말해, 엘이디 칩(210)은 전력이 공급되는 미리 정해진 파장에서 최대 세기를 가지는 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 엘이디 칩(210)은 청색을 나타내는 파장(예를 들어, 450nm에서 495nm 사이의 파장)에서 피크 값을 가지는 청색 광을 방출할 수 있다.
엘이디 칩(210)은, 칩 온 보드(Chip On Board, COB) 방식으로, 기판(112)에 직접 부착될 수 있다. 다시 말해, 광원(111)은 별도의 패키징 없이 발광 다이오드 칩(chip) 또는 발광 다이오드 다이(die)가 직접 기판(112)에 부착되는 엘이디 칩(210)을 포함할 수 있다.
엘이디 칩(210)은 DBR층(216)의 가로 변의 길이와 세로 변의 길이가 각각 수백 μm로 마련될 수 있다. 달리 표현하면, 성장 기판(215)의 상면의 가로 변의 길이와 세로 변의 길이는 각각 수백 μm일 수 있다. 바람직하게는, 성장 기판(215)의 상면의 가로 변의 길이와 세로 변의 길이는 각각 500μm 이하로 마련될 수 있다.
엘이디 칩(210)이 점유하는 영역을 축소하기 위하여, 엘이디 칩(210)은 제너 다이오드를 포함하지 않는 플립 칩(flip chip) 타입으로 제작될 수 있다. 플립 칩 타입의 엘이디 칩(210)은 반도체 소자인 발광 다이오드를 기판(112)에 부착할 때, 금속 리드(와이어) 또는 볼 그리드 어레이(ball grid array, BGA) 등의 중간 매체를 이용하지 아니하고, 반도체 소자의 전극 패턴을 기판(112)에 그대로 융착할 수 있다.
이처럼, 금속 리드(와이어) 또는 볼 그리드 어레이가 생략됨으로 인하여, 플립 칩 타입의 엘이디 칩(210)을 포함하는 광원(111)은 소형화가 가능하다.
광원(111)의 소형화를 위하여 플립 칩 타입의 엘이디 칩(210)이 칩 온 보드 방식으로 기판(112)에 부착된 광원 모듈(110)이 제작될 수 있다.
기판(112)에는, 플립 칩 타입의 엘이디 칩(210)에 전력을 공급하기 위한, 급전 선로(230)와 급전 패드(240)가 마련된다.
기판(112)에는, 전기적 신호 및/또는 전력을 제어 어셈블리(50) 및/또는 전원 어셈블리(60)로부터 엘이디 칩(210)에 공급하기 위한 급전 선로(230)가 마련된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 기판(112)은 비전도성의 절연 층(insulation layer) (251)과 전도성의 전도 층(conduction layer) (252)이 교대로 적층되어 형성될 수 있다.
전도 층(252)에는 전력 및/또는 전기적 신호가 통과하는 선로 또는 패턴이 형성된다. 전도 층(252)은 전기 전도성을 가지는 다양한 소재로 구성될 수 있다. 예를 들어, 전도 층(252)은 구리(Cu) 또는 주석(Sn) 또는 알루미늄(Al) 또는 그 합금 등 다양한 금속 재질로 구성될 수 있다.
절연 층(251)의 유전체는 전도 층(252)의 선로 또는 패턴 사이를 절연시킬 수 있다. 절연 층(251)은 전기적 절연을 위한 유전체 예를 들어 FR-4로 구성될 수 있다.
급전 선로(230)는 전도 층(252)에 형성된 선로 또는 패턴에 의하여 구현될 수 있다.
급전 선로(230)는 급전 패드(240)를 통하여 엘이디 칩(210)과 전기적으로 연결될 수 있다.
급전 패드(240)는 급전 선로(230)가 외부로 노출됨으로써 형성될 수 있다.
기판(112)의 최외각에는, 기판(112)를 외부 충격에 의한 손상 및/또는 화학 작용(예를 들어, 부식 등)에 의한 손상 및/또는 광학 작용에 의한 손상을 방지 또는 억제하기 위한 보호 층(protection layer) (253)이 형성될 수 있다. 보호 층(253)은 포토 솔더 레지스터(Photo Solder Resist, PSR)를 포함할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이 보호 층(253)는 급전 선로(230)가 외부로 노출되는 것을 차단하도록, 급전 선로(230)를 덮을 수 있다.
급전 선로(230)와 엘이디 칩(210)과의 전기적 접촉을 위하여, 보호 층(253)에는 급전 선로(230)의 일부를 외부로 노출하는 윈도우가 형성될 수 있다. 보호 층(253)의 윈도우에 의하여 외부로 노출된 급전 선로(230)의 일부는 급전 패드(240)를 형성할 수 있다.
급전 패드(240)에는, 외부로 노출된 급전 선로(230)과 엘이디 칩(210)의 전극(211a, 211b) 사이의 전기적 접촉을 위한 전도성 접착 물질(240a)이 도포된다. 전도성 접착 물질(240a)은 보호 층(253)의 윈도우 내에 도포될 수 있다.
엘이디 칩(210)의 전극(211a, 211b)은 전도성 접착 물질(240a)에 접촉되며 엘이디 칩(210)은 전도성 접착 물질(240a)를 통하여 급전 선로(230)와 전기적으로 연결될 수 있다.
전도성 접착 물질(240a)는 예를 들어 전기 전도성을 가지는 납땝(solder)을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되지 아니하며, 전도성 접착 물질(240a)은 전기 전도성을 가지는 에폭시 접착체(Electrically Conductive Epoxy Adhesives)를 포함할 수 있다.
전력은 급전 선로(230)과 급전 패드(240)을 통하여 엘이디 칩(210)에 공급될 수 있으며, 전력이 공급되면 엘이디 칩(210)은 광을 방출할 수 있다. 플립 칩 타입의 엘이디 칩(210)에 구비된 한 쌍의 전극(211a, 211b) 각각에 대응하는 한 쌍의 급전 패드(240)가 마련될 수 있다.
광학 돔(220)은 엘이디 칩(210)을 커버할 수 있다. 광학 돔(220)은 투광성 수지층을 가리킬 수 있다. 광학 돔(220)은 외부의 기계적 작용에 의한 엘이디 칩(210)의 손상 및/또는 화학 작용에 의한 엘이디 칩(210)의 손상 등을 방지 또는 억제할 수 있다. 광학 돔(220)은 외부 충격에 의해 엘이디 칩(210)이 기판(112)으로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 광학 돔(220)은 인덱스 매칭을 통해 엘이디 칩(210)의 광 추출 효율을 증가시킬 수 있다. 성장 기판(215)과 공기(air)와의 굴절률 차이로 인해 성장 기판(215)으로 방출된 광이 외부로 출광되지 않을 수 있다. 광학 돔(220)은 성장 기판(215)과 공기 사이의 굴절률 차를 줄임으로써 엘이디 칩(210)에서 방출되는 광이 성장 기판(215)과 광학 돔(220)을 거쳐 외부로 출광되도록 한다.
또한, 광학 돔(220)은 외부의 전기적 작용으로부터 발광 다이오드(111)를 보호할 수 있다. 정전기 방전에 의하여 발생된 전하(charge)는 광학 돔(220)을 통과하지 못하며, 광학 돔(220)의 외면을 따라 흐를 수 있다.
광학 돔(220)은 예를 들어 구(sphere)를 그 중심을 포함하지 않는 면으로 절단한 돔 형상을 가지거나 또는 구를 그 중심을 포함하는 면으로 절단한 반구 형상을 가질 수 있다. 광학 돔(220)의 수직 단면은 예를 들어 활꼴이거나 또는 반원 형상일 수 있다.
광학 돔(220)은 실리콘 또는 에폭시 수지로 구성될 수 있다. 예를 들어, 용융된 실리콘 또는 에폭시 수지는 노즐 등을 통하여 엘이디 칩(210) 상에 토출되고 이후 토출된 실리콘 또는 에폭시 수지가 경화됨으로써, 광학 돔(220)이 형성될 수 있다.
광학 돔(220)은 광학적으로 투명하거나 또는 반투명할 수 있다. 엘이디 칩(210)로부터 방출된 광은 광학 돔(220)을 통과하여 외부로 방출될 수 있다.
이때, 돔 형상의 광학 돔(220)은 렌즈와 같이 광을 굴절시킬 수 있다. 예를 들어, 엘이디 칩(210)으로부터 방출된 광은, 광학 돔(220)에 의하여 굴절됨으로써, 분산될 수 있다.
이처럼, 광학 돔(220)은 엘이디 칩(210)을 외부의 기계적 작용 및/또는 화학적 작용 또는 전기적 작용으로부터 보호할 뿐만 아니라, 엘이디 칩(210)으로부터 방출된 광을 분산시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 칩의 광 프로파일을 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 칩(210)은 대략 배트 윙(Bat-Wing) 형태의 광 프로파일(profile)을 갖는다. 상기한 바와 같이, 엘이디 칩(210)은 발광층(214)의 상측과 하측에 각각 제1DBR층(216)과 제2DBR층(217)을 포함하거나, 발광측(214)의 상측과 하측에 각각 DBR층(216)과 금속 반사층(217)을 포함하고, 이러한 구조에 의해 배트 윙 형태의 광 프로파일을 갖는다.
배트 윙 형태의 광 프로파일이란, 도 8에 도시된 바와 같이, 엘이디 칩(210)으로부터 수직한 방향으로의 광 방출량 보다 양 측방에서의 광 방출량이 큰 형태의 광 프로파일을 가리킨다. 도 8에는 엘이디 칩(210)으로부터 양 측방으로의 광 방출량이 다소 상이하나, 이는 균일한 것이 바람직하다.
엘이디 칩(210)과 이를 커버하는 광학 돔(220)이 배트 윙 형태의 광 프로파일을 가지면, 광학 거리(Optical Distance)를 유지하면서 엘이디 칩(210)의 개수를 줄일 수 있다. 또한, 엘이디 칩(210)과 이를 커버하는 광학 돔(220)이 배트 윙 형태의 광 프로파일을 가지면, 엘이디 칩(210)의 개수를 유지하면서 광학 거리를 줄일 수 있다. 즉, 디스플레이 장치(10)의 두께를 줄이거나 원가를 절감할 수 있다.
엘이디 칩(210)의 광 프로파일은 도 8에 도시된 바와 같은 배트 윙 형태인 것이 바람직하다. 배트 윙 형태의 광 프로파일을 가질 때, 점 광원인 엘이디 칩(210)으로부터 방출되는 광을 균일한 면광으로 변환하기가 용이하기 때문이다.
다만, 엘이디 칩(210) 상에 광학 돔(220)이 마련됨으로써 엘이디 칩(210)의 광 프로파일이 변할 수 있다. 즉, 광학 돔(220)으로 인해 엘이디 칩(210)의 배트 윙 형태의 광 프로파일이 램버시안 형태 또는 배트 윙 형태가 아닌 다른 형태로 변할 수 있고, 이는 설계자의 의도에 의한 것이 아닐 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 칩(210)에서, 광원의 중심으로부터 광학 돔(220)의 중심까지의 거리를 r0라 한다. 달리 표현하면, 광원의 중심과 광학 돔(220)의 중심 사이의 수직 거리를 r0라 한다. 이 때, 광원의 중심에서 광이 0°로 방출된다고 한다.
또한, 광원의 중심에서 방출되는 광 중 최대 출력을 갖는 광을 최대 출력 광(maximum output light)이라 한다. 광원의 중심에서 최대 출력 광이 방출되는 각도를 θmax 라 한다.
도 9는 도 5의 B-B'에 따른 단면도로서, 엘이디 칩을 확대하여 도시한 도면이다.
본 발명의 사상에 따르면, 광원의 중심은 엘이디 칩(210)의 발광층(214)의 중심을 가리킬 수 있다.
도 9를 참조하면, 발광층(214)의 중심으로부터 수직하게 방출되는 광(l1)과 발광층(214)의 중심으로부터 방출되는 최대 출력 광(l2) 사이의 각도는 θmax 일 수 있다. 상기한 바와 같이, 최대 출력 광(l2)은 발광층(214)에서 방출되는 광 중 최대 출력을 갖는 광을 가리킨다.
도 10은 도 5의 B-B'에 따른 단면도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 칩과, 광학 돔을 도시한 도면이다.
도 10을 참조하여 엘이디 칩(210)의 광원의 중심으로부터 광학 돔(220)의 표면까지의 거리를 정의한다.
엘이디 칩(210)의 발광층(214)의 중심과 광학 돔(220)의 중심 표면까지의 거리를 r0라 한다. 달리 표현하면, 발광층(214)의 중심으로부터 0°로 방출된 광이 광학 돔(220)의 표면을 향해 직선으로 이동할 때, 그 이동 거리를 r0라 한다.
엘이디 칩(210)의 발광층(214)의 중심으로부터 θmax로 방출된 광이 광학 돔(220)의 표면을 향해 직선으로 이동할 때, 그 이동 거리를 rmax라 한다. 달리 표현하면, 발광층(214)의 중심과, 그로부터 방출된 최대 출력 광(l2)이 광학 돔(220)의 표면과 만나는 지점까지의 거리를 rmax라 한다.
본 발명의 사상에 따르면, 광학 돔(220)의 구체적인 형상을 다음과 같이 정의할 수 있다. 구체적으로, rmax와 r0 의 비율을 아래와 같이 정의함으로써 광학 돔(220)의 형상을 정의할 수 있다.
본 발명의 사상에 따르면, 광학 돔(220)은 1.70 < rmax/r0 < 1.83을 만족하도록 마련될 수 있다. 즉, rmax는 r0의 1.70배 내지는 1.83배 크게 형성될 수 있다. 이러한 광학 돔(220)의 형상으로 인해, 본 발명의 사상에 따른 엘이디 칩(210)은 광학 돔(220)에 의해 커버되더라도 배트 윙 형태의 광 프로파일이 유지될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 돔이 엘이디 칩을 커버하였을 때의 광 프로파일을 나타낸 도면이다.
본 발명의 사상에 따르면, 광학 돔(220)의 형상을 구체적으로 정의함으로써 배트 윙 형태의 광 프로파일을 갖는 엘이디 칩(210)의 광 프로파일을 유지할 수 있다. 달리 표현하면, 광학 돔(220)이 엘이디 칩(210) 상에 마련되더라도 엘이디 칩(210)의 배트 윙 형태의 광 프로파일이 유지될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 사상에 따른 광학 돔(220)은 1.70 < rmax/r0 < 1.83을 만족하도록 마련될 수 있다. 달리 표현하면, 엘이디 칩(210)의 발광층(214)의 중심으로부터 0°로 방출된 광이 광학 돔(220)의 표면을 향해 직선으로 이동하는 거리(r0)에 대한 엘이디 칩(210)의 발광층(214)의 중심으로부터 θmax의 각도로 방출된 광이 광학 돔(220)의 표면을 향해 직선으로 이동한 거리(rmax)의 비율(rmax/r0)은 1.70 내지 1.83으로 정의될 수 있다.
도 11을 참조하면, 1.70 < rmax/r0 < 1.83을 만족하는 광학 돔(220)이 엘이디 칩(210)을 커버하였을 때, 엘이디 칩(210)이 여전히 배트 윙 형태의 광 프로파일을 가질 수 있다. 즉, 광원 장치(100)가 광학 돔(220)을 포함하더라도 엘이디 칩(110)의 광 프로파일을 유지할 수 있다. 이에 따라, 광원 수를 유지하면서 광학 거리를 줄일 수 있고, 또한, 광학 거리를 유지하면서 광원 수를 줄일 수 있다.
특정 실시예에 의하여 상기와 같은 본 발명의 기술적 사상을 설명하였으나 본 발명의 권리범위는 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니다. 특허청구범위에 명시된 본 발명의 기술적 사상으로서의 요지를 일탈하지 아니하는 범위 안에서 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 수정 또는 변형 가능한 다양한 실시예들도 본 발명의 권리범위에 속한다 할 것이다.
1 : 디스플레이 장치 11 : 본체
12 : 스크린 20 : 액정 패널
30 : 드라이버 IC 50 : 제어 어셈블리
60 : 전원 어셈블리 100 : 광원 장치
110 : 광원 모듈 111 : 광원
112 : 기판 120 : 반사 시트
120a : 관통 홀 130 : 확산판
140 : 광학 시트 210 : 엘이디 칩
220 : 광학 돔

Claims (20)

  1. 인쇄회로기판;
    상기 인쇄회로기판에 실장되고, 광을 출력하는 엘이디 칩;
    상기 엘이디 칩에 디스펜싱됨으로써 상기 엘이디 칩을 둘러싸도록 형성되는 광학 돔(dome); 및
    상기 엘이디 칩에서 출력되는 광을 차단하거나 통과시키는 액정 패널; 을 포함하고,
    상기 광학 돔은,
    상기 엘이디 칩으로부터 수직하게 방출된 광이 상기 광학 돔의 표면에 닿을 때까지의 직선 거리를 r0라 하고, 상기 엘이디 칩으로부터 방출되는 최대 출력 광이 상기 광학 돔의 표면에 닿을 때까지의 직선 거리를 r1라 할 때,
    1.70 < r1/r0 < 1.83을 만족하도록 형성되는 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 최대 출력 광은, 상기 엘이디 칩의 광 프로파일에서 가장 큰 출력을 갖는 각도로 방출되는 광을 가리키는 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 엘이디 칩은,
    n형 반도체층과, p형 반도체층 및 상기 n형 반도체층과 상기 p형 반도체층 사이에 마련되어 광을 방출하는 발광층을 포함하는 디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 r0는 상기 발광층의 중심으로부터 수직하게 방출된 광이 상기 광학 돔의 표면에 닿을 때까지의 거리이고,
    상기 r1은 상기 발광층의 중심에서 방출되는 최대 출력 광이 상기 광학 돔의 표면에 닿을 때까지의 거리인 디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 엘이디 칩은 청색 계열의 광이 발광되도록 마련되는 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 엘이디 칩과 상기 액정 패널 사이에 배치되는 광학 필름; 을 더 포함하고,
    상기 광학 필름은,
    광의 파장을 변화시켜 색 재현성을 향상시키도록 구성되는 퀀텀 닷 시트(Quantum Dot Sheet)를 포함하는 디스플레이 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 엘이디 칩은 상기 인쇄회로기판의 실장면 상에 칩온보드(Chip On Board, COB) 방식으로 실장되는 디스플레이 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 엘이디 칩은, 가로 변의 길이와 세로 변의 길이가 각각 500μm 이하인 디스플레이 장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 엘이디 칩은,
    상기 n형 반도체층 또는 상기 p형 반도체층의 상면을 커버하도록 배치되는 성장 기판과,
    상기 성장 기판의 상면에 배치되는 DBR(Distributed Bragg reflector)층 및
    상기 발광층의 하면에 배치되는 금속 반사층을 더 포함하는 디스플레이 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 금속 반사층은 알루미늄(Al) 또는 DBR(Distributed Bragg reflector)을 포함하는 디스플레이 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 성장 기판은 사파이어 기판을 포함하는 디스플레이 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 광학 돔이 통과하도록 마련되는 관통 홀을 포함하고, 상기 인쇄회로기판에 부착되는 반사 시트; 를 더 포함하는 디스플레이 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 광학 돔은 실리콘 또는 에폭시 수지로 구성되는 디스플레이 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 광학 필름은 상기 엘이디 칩에서 방출되는 광을 확산시키도록 마련되는 확산판을 포함하는 디스플레이 장치.
  15. 실장면을 가지는 인쇄회로기판;
    상기 실장면 상에 실장되는 엘이디 칩; 및
    상기 엘이디 칩에 디스펜싱됨으로써 상기 엘이디 칩과 상기 엘이디 칩과 인접한 상기 실장면을 커버하는 광학 돔(dome); 을 포함하고,
    상기 광학 돔은,
    상기 엘이디 칩으로부터 수직하게 방출된 광이 상기 광학 돔의 표면에 닿을 때까지의 직선 거리를 r0라 하고, 상기 엘이디 칩으로부터 방출되는 최대 출력 광이 상기 광학 돔의 표면에 닿을 때까지의 직선 거리를 r1라 할 때,
    1.70 < r1/r0 < 1.83을 만족하도록 형성되는 광원 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 최대 출력 광은, 상기 엘이디 칩의 광 프로파일에서 가장 큰 출력을 갖는 각도로 방출되는 광을 가리키는 광원 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 엘이디 칩은,
    n형 반도체층과, p형 반도체층 및 상기 n형 반도체층과 상기 p형 반도체층 사이에 마련되어 광을 방출하는 발광층을 포함하는 광원 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 r0는 상기 발광층의 중심으로부터 수직하게 방출된 광이 상기 광학 돔의 표면에 닿을 때까지의 거리이고,
    상기 r1은 상기 발광층의 중심에서 방출되는 최대 출력 광이 상기 광학 돔의 표면에 닿을 때까지의 거리인 광원 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 엘이디 칩은,
    상기 n형 반도체층 또는 상기 p형 반도체층의 상면을 커버하도록 배치되는 성장 기판과,
    상기 성장 기판의 상면에 배치되는 제1DBR(Distributed Bragg reflector)층 및
    상기 발광층의 하면에 배치되는 제2DBR층을 더 포함하는 광원 장치.
  20. 인쇄회로기판;
    상기 인쇄회로기판에 실장되고, 광을 출력하는 엘이디 칩;
    상기 엘이디 칩에 디스펜싱됨으로써 상기 엘이디 칩을 둘러싸도록 형성되는 광학 돔(dome); 및
    상기 엘이디 칩에서 출력되는 광을 차단하거나 통과시키는 액정 패널; 을 포함하고,
    상기 엘이디 칩으로부터 상기 광학 돔을 향해 수직하게 방출되는 광을 l1이라 하고, 상기 엘이디 칩으로부터 방출되는 최대 출력 광을 l2라 할 때,
    상기 l1이 상기 광학 돔의 표면에 닿을 때까지 이동한 거리는 r0이고, 상기 l2가 상기 광학 돔의 표면에 닿을 때까지 이동한 거리가 r1이며,
    상기 광학 돔은 1.70 < r1/r0 < 1.83을 만족하도록 형성되는 디스플레이 장치.
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