KR20230109204A - 디스플레이 장치용 백라이트 유닛 - Google Patents

디스플레이 장치용 백라이트 유닛 Download PDF

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최인택
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Abstract

본 발명은 고반사율을 갖는 디스플레이 장치용 백라이트 유닛을 개시하는 것으로, 본 실시예의 백라이트 유닛은, 백색의 코어층만으로 이루어진 기판 상에 다수의 LED가 실장되는 광원모듈, 상기 LED를 밀봉하면서 상기 기판 상에 몰딩되어 상기 LED에서 출사되는 빛을 확산하는 몰딩층, 및, 상기 몰딩층 상부에 적층되는 광학시트를 포함하고, 상기 기판은, 백색 코어층의 전면이 전체 면적 대비 97% 이상의 면적이 노출되어 상기 노출 면적에서 상기 LED의 빛을 반사 또는 재반사시키도록 구성된다.

Description

디스플레이 장치용 백라이트 유닛{backlight unit for display device}
본 발명은 고반사율을 갖는 디스플레이 장치용 백라이트 유닛을 개시한다.
일반적으로 디스플레이 장치는 영상 신호를 전달받아 표시하는 장치로, TV나 모니터 등이 이에 속하며, 영상을 표시하기 위한 수단으로 액정표시장치(LCD : Liquid Crystal Display Device), 유기발광장치(OLED :Organic Light Emitting Display), 플라즈마표시장치(PDP : Plasma Display Panel) 등 다양한 장치가 이용되고 있다.
액정표시장치는 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 화소들에 화상정보에 따른 데이터신호를 개별적으로 공급하여, 그 화소들의 광 투과율을 조절함으로써 원하는 화상을 표시할 수 있도록 한 표시장치이다. 액정표시장치는 자체적으로 발광하지 못하고 외부에서 들어오는 빛의 투과율을 조절하여 화상을 표시하는 수광성 소자이기 때문에 액정패널에 빛을 조사하기 위한 별도의 장치, 즉 백라이트 유닛(backlight unit)이 요구된다.
백라이트 유닛의 광원으로는 소형화, 경량화 및 저전력 소비 등의 장점을 가지는 LED가 주로 이용된다. 최근에는 광원으로 수백 ㎛ 이하의 크기를 갖는 미니 LED 또는 마이크로 LED를 사용함에 따라 이러한 미니 LED를 직접 기판에 실장하여 광원모듈을 구성하고, 이를 직접 면광원으로 활용하는 백라이트 유닛이 소개되고 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 미니 LED를 이용한 백라이트 유닛의 주요 구성을 나타낸 단면도이고, 도 2는 도 1의 주요부인 광원모듈을 상세하게 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 백라이트 유닛은 기판(11) 상에 다수의 LED(12)가 실장되고, LED(12)를 밀봉하면서 LED(12)에서 출사되는 빛을 확산하는 몰딩층(20)이 형성되며, 몰딩층 상부에 차광필름(30)과 광학시트(40)가 적층된다. 또한, 백라이트 유닛은 광원인 LED(12)를 제외한 영역의 PCB 기판(11) 상면에는 반사시트(50)가 배치될 수 있고, LED(12) 상부의 차광필름(30)에는 수직광을 측면으로 반사하기 위한 차광패턴(31)이 형성될 수 있다.
또한, 도 2를 참조하면, 광원모듈(10)은 LED(12)가 표면실장기술(SMT) 등에 의하여 PCB 기판(11)에 실장되는 구조를 이룬다. PCB 기판(11)은 코어를 구성하는 베이스 기판(13)의 일면 또는 양면에 LED(12) 실장을 위한 전도성의 패턴 전극(14)이 인쇄되고, 패턴 전극(14)을 보호하기 위한 PSR(Photo Solder Resist) 층(15)이 형성된다.
상기와 같은 구성의 백라이트 유닛은 LED(12)에서 출사되는 점광원의 빛이 몰딩층(20)에서 확산되어 직접 출사되거나 차광패턴(31) 및 반사시트(50)에 반사되면서 출사되어 면광원의 균일한 빛을 제공한다.
한편, 광원모듈(10)은 LED(12)를 노출하면서 PCB 기판(11)에 의한 광손실을 최소로 하기 위하여 PCB 기판(11)을 최소의 면적으로 노출하고, 동시에 PSR 층(15)을 고반사율을 갖는 소재를 이용하고 있다. 그럼에도 불구하고, 종래의 백라이트 유닛은 빛이 차광필름(30) 및 PCB 기판(11) 사이에서 반사 및 재반사를 반복하는 과정에서 약 15 내지 20%의 광손실이 발생하고 있다. 이는 PSR 층(15)으로 고반사율을 갖는 백색 소재를 이용하고 있으나, 패턴 전극(14)을 보호하기 위한 목적의 PSR 층(15)은 반사율이 83% 내지 84% 정도로 한계를 갖기 때문이다. 따라서 전체 광원모듈(10)에서도 80% 내지 85%의 상대적으로 낮은 광 추출 효율을 나타낸다.
또한, 종래의 광원모듈(10)은 베이스 기판(13) 일면 또는 양면에 패턴 전극(14)과 PSR 층(15)이 모두 형성되어 PCB 기판(11)의 두께가 두꺼워지는 단점이 있다. 일 예로, 베이스 기판(13)은 70㎛의 두께를 갖고, 패턴 전극(14) 및 PSR 층(15)은 25㎛ 및 30㎛ 의 두께로 형성되어, PCB 기판(11)은 최소 180㎛의 두께를 갖게 된다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 제안된 것으로, 광원모듈의 PCB 기판을 고반사율을 갖는 코어층만으로 구성하여 광 손실을 최소로 할 수 있는 백라이트 유닛을 제공하는 것을 과제로 한다.
또한, 본 발명은 부품을 최소로 하여 제조 비용을 절감할 수 있는 백라이트 유닛을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 실시예의 백라이트 유닛은, 백색의 코어층만으로 이루어진 기판 상에 다수의 LED가 실장되는 광원모듈, 상기 LED를 밀봉하면서 상기 기판 상에 몰딩되어 상기 LED에서 출사되는 빛을 확산하는 몰딩층, 및, 상기 몰딩층 상부에 적층되는 광학시트를 포함하고, 상기 기판은, 백색 코어층의 전면이 전체 면적 대비 97% 이상의 면적이 노출되어 상기 노출 면적에서 상기 LED의 빛을 반사 또는 재반사시키도록 구성된다.
또한, 상기 백라이트 유닛은, 상기 몰딩층과 상기 광학시트 사이에 배치되며, 상기 LED가 위치하는 수직 상부에 상기 LED에서 출사되는 수직광을 반사하는 차광패턴이 형성되는 차광필름을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판은, 전면에 상기 LED를 실장하기 위한 전극 패드가 형성되고, 배면에 상기 LED에 전원을 공급하는 패턴 전극이 형성되며, 상기 전극 패드와 상기 패턴 전극은 상기 코어층을 관통하는 비아 홀을 통하여 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 코어층은, 90% 이상의 반사율을 갖는 고반사율 소재로 구성될 수 있다.
또한, 상기 광원모듈은, 상기 패턴 전극을 덮으면서 보호하는 PSR 층이 더 형성될 수 있다.
본 발명은 광원모듈의 기판을 고반사율을 갖는 백색의 코어층만으로 구성하여 기판에 의한 광 손실을 최소로 하고, 광 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 반사부재 등의 부품을 삭제하여 제조 공정과 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 미니 LED를 이용한 백라이트 유닛의 주요 구성을 나타낸 단면도,
도 2는 도 1의 주요부인 광원모듈을 상세하게 나타낸 단면도,
도 3은 본 실시예에 따른 백라이트 유닛의 주요 구성을 나타낸 단면도,
도 4는 도 3의 주요부인 광원모듈을 나타낸 단면도,
도 5는 도 4의 광원모듈의 전극 구조를 나타낸 평면도.
본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 바람직한 실시예들에 의해 명확해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 살펴보기로 한다.
후술되는, 본 실시예의 차이는 상호 배타적이지 않은 사항으로 이해되어야 한다. 즉 본 발명의 기술 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서, 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은, 일 실시예에 관련하여 다른 실시예로 구현될 수 있으며, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 변경될 수 있음이 이해되어야 하며, 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이, 면적 및 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 본 실시예의 설명에 있어서, 전면, 배면, 상, 하, 좌, 우 등과 같은 표현은 서로 상대적인 위치나 방향 등을 나타내는 것으로 그 기술적 의의가 사전적 의미에 구속되지는 않는다.
도 3은 본 실시예에 따른 백라이트 유닛의 주요 구성을 나타낸 단면도이고, 도 4는 도 3의 주요부인 광원모듈을 나타낸 단면도이며, 도 5는 도 4의 광원모듈의 전극 구조를 나타낸 평면도이다.
먼저, 도 3을 참조하면, 본 실시예의 백라이트 유닛은 기판(110) 상에 복수의 LED(120)가 실장되어 광원모듈(100)을 구성하고, 몰딩층(200)이 LED(120)를 밀봉하면서 기판(110) 상면에 몰딩되며, 몰딩층(200) 상부에 차광필름(300)과 광학시트(400)가 순차적으로 적층되는 구조를 이룬다.
기판(110)은 LED(210)를 실장하여 구동시키는 구성으로, 고반사율을 갖는 백색의 코어층으로 구성된다. 기판(110)을 구성하는 고반사율의 백색 코어층은 90% 이상의 반사율을 갖는 소재가 단일 또는 다층 구조로 압축되어 형성될 수 있다. 따라서 본 실시예의 백라이트 유닛은 기판(110) 표면에서 직접 반사 및 재반사가 이루어져 별도의 반사부재가 요구되지 않는다.
LED(120)는 백라이트 유닛의 발광원으로, 마이크로 단위의 크기를 갖는 미니 LED(mini LED)로 구성되고, 미니 LED(120)는 표면실장기술(SMT)을 이용하여 기판(110) 상에 직접 실장될 수 있다. LED(120)는 소정의 간격을 이루면서 가로, 세로, 대각선 또는 임의의 방향으로 소정의 간격을 이루면서 복수개 실장된다. 또한, LED(120)는 상측으로 빛을 발하는 탑 뷰(top view) 방식의 칩 또는 상측 출광면을 포함하는 다면 발광 칩으로 구성될 수 있다. 또한, LED(120)는 청색 발광 또는 백색 발광의 칩이 이용되거나 각각 적색, 녹색, 청색을 발하는 복수의 칩으로 구성될 수 있다.
백색의 기판(110)과 미니 LED(120)로 이루어지는 광원모듈의 상세한 구성에 대해서는 후술하기로 한다.
몰딩층(200)은 LED(120)를 밀봉하여 보호함과 동시에 LED(120)에서 출사된 빛을 1차 확산시키는 구성이다. 몰딩층(200)은 투명 소재의 실리콘 수지로 구성될 수 있으며, 빛의 투과 및 확산이 가능한 소재라면 다양한 소재로 구성될 수 있다. 일 예로, 몰딩층(200)은 실리콘 수지 외에 아크릴 수지, 에폭시 수지 또는 폴리이미드 수지일 수 있으며, 이들 중 선택되는 둘 이상의 수지가 조합된 복합 수지로 구성될 수도 있다. 몰딩층(200)은 광 손실을 최소로 하기 위하여 적어도 90% 이상의 광 투과율을 갖는 투명 수지가 이용된다. 또한, 몰딩층(200)은 효율적인 광 확산을 위하여 광 확산제가 첨가될 수 있다.
차광필름(300)은 LED(120)에서 출사되는 빛의 수직 광을 반사하여 점광원에 의한 핫 스팟을 제거하고 휘도를 균일화시키는 구성이다. 이를 위한 차광필름(300)은 각 LED(120)에 대응하는 위치에 형성되는 차광패턴(310)을 구비하여, LED(120)의 수직 광을 측면으로 반사한다. 차광패턴(310)은 광 반사 소재의 잉크가 차광필름(300) 표면에 인쇄되어 형성되거나, 차광필름(300) 표면에 광 반사 기능을 갖는 요철 형상의 패턴이 직접 각인되어 형성될 수 있다. 차광패턴(310)의 광 반사율은 LED의 종류에 따라 적절히 설정될 수 있다.
광학시트(400)는 격자 구조로 배치되는 복수의 LED(120)에서 나타나는 격자 얼룩을 해소하고 광 특성을 개선하는 구성으로, 다양한 기능을 갖는 복수의 시트로 구성될 수 있다. 일 예로, 광학시트(400)는 확산시트와 패턴시트를 포함할 수 있으며, 확산시트는 차광필름(300)을 통과한 빛을 확산시켜 휘도의 균일도를 개선하고, 패턴시트는 상측으로 출사되는 빛의 출사각을 제어하여 휘도를 개선한다. 또한, 광학시트(400)는 LED(120)가 블루 칩으로 구성되는 경우 백색 광을 구현하기 위한 파장변환시트를 더 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 실시예의 광원모듈(100)은 칩 스케일의 LED(120)가 솔더링 부재(121)를 매개로 기판(100)의 전극 패드(111)에 실장되는 구조를 이룬다. 또한, 광원모듈(100)은 기판(110)에 의한 반사 영역을 최대로 하고, 전극 패드(111)와 LED(120) 광원에 의한 비노출 영역을 최소로 하도록 구성된다. 따라서 광원모듈(100)은 가능한 기판(110)의 넓은 면적을 노출시켜 기판 표면에서 직접 반사 및 재반사가 이루어지도록 구성되며, 기판(110)은 전체 면적에 대하여 적어도 97% 이상의 면적이 노출되도록 구성되는 것이 바람직하다.
이를 위한 기판(110)은 상면에는 LED(120) 실장을 위한 최소한의 면적인 전극 패드(111)와 비아 홀(113)만 형성되고, LED(120)에 전원을 공급하기 위한 패턴 전극(112)은 기판(110)의 배면에 형성된다. 전극 패드(111)와 패턴 전극(112)은 비아 홀(113)을 통하여 기판을 관통하면서 전기적으로 연결되고, 배면의 패턴 전극(112)에는 패턴 전극(112)을 감싸면서 보호하기 위한 PSR 층(114)이 더 형성될 수 있다.
상기와 같은 구성의 광원모듈(100)은 기판(110)이 고반사율을 갖는 백색 코어층만으로 구성되고, 전체 면적에 대하여 97% 이상의 면적이 노출되어 기판(110) 자체에서 높은 반사율을 제공할 수 있으므로, 반사시트(도 1의 50 참조)와 같은 별도의 반사부재가 요구되지 않는다. 본 실시예의 광원모듈(100)에서 광 추출 효율은 약 90% 내지 95%를 나타낼 수 있으며, 종래의 광원모듈(도 2 참조)과 비교하여 광 추출 효율이 10% 이상 크게 향상됨을 알 수 있다.
일 실시예로, 하나의 LED(120)가 실장되는 10mm x 10mm = 100mm2 의 단위 면적에 대하여 기판의 노출 면적을 살펴보면, LED(120) 실장을 위하여 한 쌍의 전극 패드(111) 영역이 차지하는 면적은 0.4mm x 0.25mm = 0.1mm2 로 형성되고, 비아 홀(113)은 0.15mm의 직경으로 형성될 때 한 쌍의 비아 홀 면적은 2 x π x (0.15mm)2 = 0.14mm2 로 형성될 수 있다. 따라서 전극 패드 영역과 비아 홀 영역이 차지하는 전체 면적은 0.24mm2 가 되고, 기판(110)은 전극 패드 영역과 비아 홀 영역을 제외한 99.76mm2 의 면적에서 빛을 반사할 수 있으며, 이는 전체 면적에 대하여 99.76%의 면적에서 반사 기능을 수행하게 된다.
또한, 도 5를 참조하면, 기판(110)의 표면에는 LED가 실장되기 위한 구성인 전극 패드(111)와 비아 홀(113)만 형성되어 반사 영역을 최대로 하면서 패턴 전극(112)은 기판의 배면에 형성된다. 이때, 패턴 전극(112)도 최소의 폭을 갖는 라인 구조로 형성되는 것이 바람직하며, 일 실시예로 패턴 전극(112)은 전극 패드(111)의 전극 폭보다 좁은 250㎛ 이하의 폭으로 형성된다. 패턴 전극(112)은 비아 홀(113)을 통하여 다수의 전극 패드(111)를 직렬 구조로 연결하면서 전원을 공급하도록 구성된다.
상기와 같은 구성의 광원모듈은 기판이 90% 이상의 반사율을 갖는 고반사율의 백색 코어층으로 구성되고, 기판의 표면 노출 면적이 최대가 되도록 구성됨으로써, 별도의 반사부재가 구비되지 않더라도 광 추출을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 기판 표면에 전극을 보호하기 위한 PSR 층이 형성되지 않으므로, 기판의 두께를 얇게 할 수 있고, 제조 공정과 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.
100 : 광원모듈
110 : 기판 120 : LED
111 : 전극 패드 112 : 패턴 전극
113 : 비아 홀
200 : 몰딩층
300 : 차광필름
400 : 광학시트

Claims (5)

  1. 백색의 코어층만으로 이루어진 기판 상에 다수의 LED가 실장되는 광원모듈;
    상기 LED를 밀봉하면서 상기 기판 상에 몰딩되어 상기 LED에서 출사되는 빛을 확산하는 몰딩층; 및
    상기 몰딩층 상부에 적층되는 광학시트;를 포함하고,
    상기 기판은, 백색 코어층의 전면이 전체 면적 대비 97% 이상의 면적이 노출되어 상기 노출 면적에서 상기 LED의 빛을 반사 또는 재반사시키도록 구성되는, 디스플레이 장치용 백라이트 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 몰딩층과 상기 광학시트 사이에 배치되며, 상기 LED가 위치하는 수직 상부에 상기 LED에서 출사되는 수직광을 반사하는 차광패턴이 형성되는 차광필름;을 더 포함하는, 디스플레이 장치용 백라이트 유닛.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 기판은,
    전면에 상기 LED를 실장하기 위한 전극 패드가 형성되고, 배면에 상기 LED에 전원을 공급하는 패턴 전극이 형성되며, 상기 전극 패드와 상기 패턴 전극은 상기 코어층을 관통하는 비아 홀을 통하여 전기적으로 연결되는, 디스플레이 장치용 백라이트 유닛.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 코어층은,
    90% 이상의 반사율을 갖는 고반사율 소재로 구성되는, 디스플레이 장치용 백라이트 유닛.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 광원모듈은,
    상기 패턴 전극을 덮으면서 보호하는 PSR 층이 더 형성되는, 디스플레이 장치용 백라이트 유닛.
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