WO2023003219A1 - 디스플레이 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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WO2023003219A1
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light emitting
emitting diode
light
central axis
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김대식
김경형
니시다야스히로
김종일
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삼성전자주식회사
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    • H01L2933/0058—Processes relating to semiconductor body packages relating to optical field-shaping elements

Definitions

  • Display devices are getting thinner and thinner. As a result, an optical distance (OD) for converting a point light source into a planar light source is reduced. Even if the optical distance is reduced, it is required that the luminance of the display device and the uniformity of the luminance be maintained.
  • OD optical distance
  • a first refracting surface inclined within a first angle from the central axis of the light emitting diode a second refracting surface that is a curved surface in which an angle between a tangent line and a central axis of the light emitting diode increases from a region connected to an upper portion of the first refracting surface toward a central axis of the light emitting diode; and a third refracting surface connected to an upper portion of the second refracting surface and perpendicular to the central axis of the light emitting diode.
  • the manufacturing method of the display device may further include adjusting an amount of the sprayed second transparent material to adjust a curvature of the third refracting surface.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a case where a third refracting surface of a refracting cover according to an exemplary embodiment has a concave shape.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating a case of forming a second refractive cover of a refractive cover according to an embodiment.
  • 20 is a flowchart of a method of manufacturing a display device according to an exemplary embodiment.
  • the codes attached to each step are used to identify each step, and these codes do not indicate the order of each step, and each step is performed in a different order from the specified order unless a specific order is clearly stated in the context. It can be.
  • the liquid crystal layer 25 is formed between the pixel electrode 23 and the common electrode 26, and is filled with liquid crystal molecules 25a.
  • Liquid crystal may represent an intermediate state between a solid (crystal) and a liquid.
  • Liquid crystals can exhibit optical properties according to changes in the electric field. For example, the direction of the arrangement of molecules constituting the liquid crystal may change according to the change of the electric field. Therefore, optical properties of the liquid crystal layer 25 may vary depending on whether an electric field passes through the liquid crystal layer 25 .
  • the liquid crystal layer 25 may rotate the polarization direction of light about an optical axis depending on whether an electric field is present or not. As a result, the polarized light passing through the first polarization film 21 is rotated in its polarization direction while passing through the liquid crystal layer 25 , and may pass through the second polarization film 29 .
  • the light source 111 is not limited to the flip chip type light emitting diode.
  • the light source 111 may include a package type light emitting diode.
  • the refraction cover 180 may cover the light emitting diode 190 .
  • the refraction cover 180 may prevent or suppress damage to the light emitting diode 190 due to an external mechanical action and/or damage to the light emitting diode 190 caused by a chemical action.
  • a plurality of light emitting diodes 190 may be provided on the upper surface of the substrate 112 to form an array, and a plurality of refractive covers 180 may be provided to correspond to each of the plurality of light emitting diodes 190 provided. .
  • the diffusion plate 130 may diffuse the light emitted from the plurality of light sources 111 within the diffusion plate 130 in order to remove non-uniformity of luminance due to the plurality of light sources 111 .
  • the diffusion plate 130 can uniformly emit non-uniform light from the plurality of light sources 111 to the entire surface.
  • the back light unit 100 emits surface light having uniform luminance. For example, when the number of light emitting diodes, which are point light sources, is reduced, a deviation between brightness in an area where the light emitting diodes are located and brightness in an area where the light emitting diodes are not located (area between light emitting diodes) may increase. there is. In other words, if the number of light emitting diodes that are point light sources is reduced, luminance uniformity of surface light emitted from the back light unit 100 may be deteriorated.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a case where the third refracting surface 183 of the refracting cover 180 according to an embodiment has a concave shape
  • FIG. 16 is a view showing the third refracting surface 183 of the refracting cover 180 according to an embodiment.
  • ) is a diagram showing the case where the convex shape.
  • the second transparent material 185b may be sprayed to fill the through hole 188 (1720), and the second transparent material 185b may be cured (1730).
  • the curvature of the third refracting surface 183 may be adjusted according to the spray amount of the second transparent material 185b.
  • the third refracting surface 183 may be provided in a concave shape
  • the third refracting surface 183 is It may be provided in a convex shape.
  • FIGS. 21 and 22 illustrate a case of forming a first deflection cover 180a of the deflection cover 180 according to an embodiment.
  • 23 and 24 are diagrams illustrating the case of forming the second refractive cover 180b of the refractive cover 180 according to an embodiment.
  • the deflection cover 180 including the first deflection cover 180a and the second deflection cover 180b may be formed.

Abstract

일 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 액정 패널; 및 상기 액정 패널에 광을 제공하는 백 라이트 유닛;를 포함하고, 상기 백 라이트 유닛은, 기판; 상기 기판의 상면에 배치되는 발광 다이오드; 및 상기 발광 다이오드를 중심으로 상기 발광 다이오드를 둘러싸는 굴절 커버;를 포함하고, 상기 굴절 커버는, 상기 발광 다이오드로부터 미리 설정된 거리만큼 이격되어 상기 기판의 상면에 위치하고, 상기 발광 다이오드의 중심축과 평행하거나 상기 발광 다이오드의 중심축으로부터 제1 각도 이내로 기울어진 제1 굴절면; 상기 제1 굴절면의 상부와 연결된 영역으로부터 상기 발광 다이오드의 중심축의 방향으로 갈수록 접선과 상기 발광 다이오드의 중심축 사이의 각도가 증가하는 곡면인 제2 굴절면; 및 상기 제2 굴절면의 상부와 연결되고, 상기 발광 다이오드의 중심축과 수직한 제3 굴절면;을 포함한다.

Description

디스플레이 장치 및 그 제조 방법
본 발명은 백 라이트 유닛(Back Light Unit, BLU)와 액정 패널을 포함하는 디스플레이 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(Internet Protocol television, IPTV) 장치나, 스마트 폰, 태블릿 피씨, 개인용 디지털 보조 장치(Personal Digital Assistant, PDA), 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 액정 패널로 광을 제공하는 백 라이트 유닛(Back Light Unit, BLU)를 포함하며, 백 라이트 유닛은 독립적으로 광을 방출할 수 있는 복수의 점 광원들을 포함한다. 광원은 예를 들어 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED) 또는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED)를 포함한다.
디스플레이 장치는 두께가 점점 얇아지고 있다. 그로 인하여, 점 광원을 면 광원으로 변환하기 위한 광학 거리(Optical Distance, OD)가 감소되고 있다. 광학 거리가 감소되더라도 디스플레이 장치의 휘도 및 휘도의 균일성은 유지되는 것이 요구된다.
높은 지향각의 발광 분포를 갖는 다층박막 반사체(Distributed Bragg Reflector, DBR) 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)를 사용하고, 단순한 디스펜싱 공정을 통하여 광추출 효율(light extraction efficiency)을 높일 수 있는 굴절 커버를 사용함으로써, 무라(mura) 없이 균일한 백 라이트를 제공하는 초슬림 백 라이트 유닛을 구현할 수 있는 디스플레이 장치를 제공한다.
일 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 액정 패널; 및 상기 액정 패널에 광을 제공하는 백 라이트 유닛;를 포함하고, 상기 백 라이트 유닛은, 기판; 상기 기판의 상면에 배치되는 발광 다이오드; 및 상기 발광 다이오드를 중심으로 상기 발광 다이오드를 둘러싸는 굴절 커버;를 포함하고, 상기 굴절 커버는, 상기 발광 다이오드로부터 미리 설정된 거리만큼 이격되어 상기 기판의 상면에 위치하고, 상기 발광 다이오드의 중심축과 평행하거나 상기 발광 다이오드의 중심축으로부터 제1 각도 이내로 기울어진 제1 굴절면; 상기 제1 굴절면의 상부와 연결된 영역으로부터 상기 발광 다이오드의 중심축의 방향으로 갈수록 접선과 상기 발광 다이오드의 중심축 사이의 각도가 증가하는 곡면인 제2 굴절면; 및 상기 제2 굴절면의 상부와 연결되고, 상기 발광 다이오드의 중심축과 수직한 제3 굴절면;을 포함한다.
상기 발광 다이오드는, 발광 층; 및 상기 발광 층의 상부에 배치되는 분산 브레그 반사체(distributed bragg reflector, DBR);를 포함하고, 상기 발광 다이오드로부터 방출되는 광의 세기는, 상기 발광 다이오드의 중심축으로부터 제2 각도로 기울어진 방향에서 최대일 수 있다.
상기 제2 굴절면은, 상기 발광 다이오드로부터 방출되는 광 중 광의 세기가 최대인 광이 통과하는 영역을 포함할 수 있다.
상기 제1 굴절면은, 상기 발광 다이오드로부터 방출되는 광 중 광의 세기가 최대의 절반이며 상기 발광 다이오드의 중심축으로부터 상기 제2 각도보다 큰 각도로 기울어진 광이 통과하는 영역을 포함할 수 있다.
상기 제3 굴절면은, 상기 발광 다이오드로부터 방출되는 광 중 광의 세기가 최대의 절반이며 상기 발광 다이오드의 중심축으로부터 상기 제2 각도보다 작은 각도로 기울어진 광이 통과하는 영역을 포함할 수 있다.
상기 제3 굴절면은, 평면일 수 있다.
상기 제3 굴절면은, 오목 형상일 수 있다.
상기 제3 굴절면은, 볼록 형상일 수 있다.
상기 굴절 커버는, 공기 보다 큰 굴절률을 갖는 투명 물질로 구성될 수 있다.
상기 굴절 커버는, 상기 발광 다이오드의 중심축을 중심으로 회전 대칭될 수 있다.
상기 발광 다이오드는, 상기 기판의 상면에 복수개로 마련되어 어레이를 형성하고, 상기 굴절 커버는, 복수개로 마련되는 상기 발광 다이오드 각각에 대응하도록 복수개로 마련될 수 있다.
일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 제조 방법은, 기판의 상면에 발광 다이오드 및 제1 투명 물질로 채워지고 상기 발광 다이오드의 중심축을 중심으로 회전 대칭되는 관통홀을 포함하는 제1 굴절 커버를 형성하고; 상기 관통홀이 채워지도록 제2 투명 물질을 분사하고; 상기 제2 투명 물질을 경화시키고; 상기 기판의 전방에 액정 패널을 배치하는 것;을 포함하고, 상기 제1 굴절 커버는, 상기 발광 다이오드로부터 미리 설정된 거리만큼 이격되어 상기 기판의 상면에 위치하고, 상기 발광 다이오드의 중심축과 평행하거나 상기 발광 다이오드의 중심축으로부터 제1 각도 이내로 기울어진 제1 굴절면; 및 상기 제1 굴절면의 상부와 연결된 영역으로부터 상기 발광 다이오드의 중심축의 방향으로 갈수록 접선과 상기 발광 다이오드의 중심축 사이의 각도가 증가하는 곡면이고, 상기 관통홀의 상부와 연결되는 제2 굴절면;를 포함한다.
상기 경화된 제2 투명 물질은, 상기 제2 굴절면의 상부와 연결되고 상기 발광 다이오드의 중심축과 수직한 제3 굴절면을 포함하는 제2 굴절 커버를 형성할 수 있다.
상기 디스플레이 장치의 제조 방법은, 상기 제3 굴절면의 곡률을 조절하도록 상기 분사되는 제2 투명 물질의 양을 조절하는 것;을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 제조 방법은, 기판의 상면에, 발광 다이오드, 및 제1 투명 물질로 채워지고 상기 발광 다이오드로부터 미리 설정된 거리만큼 이격되어 위치하며 상기 발광 다이오드의 중심축과 평행한 제1 굴절면과 상기 발광 다이오드의 중심축을 중심으로 회전 대칭되는 관통홀을 포함하는 제1 굴절 커버를 형성하고; 상기 제1 굴절 커버의 상부보다 높게 쌓이도록 상기 관통홀의 중심으로 제2 투명 물질을 분사하고; 평판을 이용하여 상기 발광 다이오드의 중심축에 대응하는 위치로부터 상기 제2 투명 물질을 가압하고; 상기 가압된 제2 투명 물질을 경화시키고; 상기 기판의 전방에 액정 패널을 배치하는 것;을 포함하고, 상기 경화된 제2 투명 물질은, 상기 제1 굴절면의 상부와 연결된 영역으로부터 상기 발광 다이오드의 중심축의 방향으로 갈수록 접선과 상기 발광 다이오드의 중심축 사이의 각도가 증가하는 곡면인 제2 굴절면과 상기 제2 굴절면의 상부와 연결되고 상기 발광 다이오드의 중심축과 수직한 평면인 제3 굴절면을 포함하는 제2 굴절 커버를 형성할 수 있다.
일 실시예에 따른 디스플레이 장치에 의하면, 높은 지향각의 발광 분포를 갖는 다층박막 반사체(Distributed Bragg Reflector, DBR) 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)를 사용하고, 단순한 디스펜싱 공정을 통하여 광추출 효율(light extraction efficiency)을 높일 수 있는 굴절 커버를 사용함으로써, 생산성 및 가격 경쟁력을 높이면서도 무라(mura) 없이 균일한 백 라이트를 제공하는 초슬림 백 라이트 유닛을 구현할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 외관의 일 예를 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구조의 일 예를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치에 포함된 액정 패널의 일 예를 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 디스플레이 장치에 포함된 백 라이트 유닛의 일 예를 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따른 백 라이트 유닛에 포함된 광원의 일 예를 도시힌다.
도 6은 일 실시예에 따른 백 라이트 유닛에 포함된 발광 다이오드의 일 예를 도시한다.
도 7은 도 6에 도시된 발광 다이오드에서 광의 세기를 출사 각도에 따라 도시한다.
도 8은 일 실시예에 따른 광원의 외관의 일 예를 도시한다.
도 9는 일 실시예에 따른 광원의 측단면의 일 예를 도시한다.
도 10은 일 실시예에 따른 발광 다이오드에서 방출된 광이 굴절 커버에 의해 굴절되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 하나의 발광 다이오드에서의 굴절 커버 적용 전후의 광 프로파일을 도시한 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 발광 다이오드 어레이에서의 굴절 커버 적용 전후의 광프로파일을 도시한 도면이다.
도 13 및 도 14는 일 실시예에 따른 굴절 커버의 제1 굴절면이 틸트면인 경우를 도시한 도면이다.
도 15는 일 실시예에 따른 굴절 커버의 제3 굴절면이 오목 형상인 경우를 도시한 도면이다.
도 16은 일 실시예에 따른 굴절 커버의 제3 굴절면이 볼록 형상인 경우를 도시한 도면이다.
도 17은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 제조 방법에 대한 순서도이다.
도 18은 일 실시예에 따른 굴절 커버의 제1 굴절 커버를 형성하는 경우를 도시한 도면이다.
도 19는 일 실시예에 따른 굴절 커버의 제2 굴절 커버를 형성하는 경우를 도시한 도면이다.
도 20은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 제조 방법에 대한 순서도이다.
도 21 및 도 22는 일 실시예에 따른 굴절 커버의 제1 굴절 커버를 형성하는 경우를 도시한 도면이다.
도 23은 일 실시예에 따른 굴절 커버의 제2 굴절 커버를 형성하는 경우를 도시한 도면이다.
도 24는 일 실시예에 따른 굴절 커버의 제2 굴절 커버를 형성하는 경우를 도시한 도면이다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 사용한 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
또한, "~부", "~기", "~블록", "~부재", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 용어들은 FPGA(field-programmable gate array) / ASIC(application specific integrated circuit) 등 적어도 하나의 하드웨어, 메모리에 저장된 적어도 하나의 소프트웨어 또는 프로세서에 의하여 처리되는 적어도 하나의 프로세스를 의미할 수 있다.
각 단계들에 붙여지는 부호는 각 단계들을 식별하기 위해 사용되는 것으로 이들 부호는 각 단계들 상호 간의 순서를 나타내는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 외관의 일 예를 도시한다.
도 1을 참조하면, 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 신호와 오디오 신호를 포함하는 컨텐츠를 수신하고, 비디오 신호와 오디오 신호에 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) 및 영상(I)을 표시하는 스크린(12)을 포함할 수 있다.
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)은 예를 들어 직접 광을 방출할 수 있는 자발광 패널(예를 들어, 발광 다이오드 패널 또는 유기 발광 다이오드 패널)을 포함하거나 백 라이트 유닛(예를 들어, 백 라이트 유닛(Back Light Unit, BLU)) 등에 의하여 방출된 광을 통과하거나 차단할 수 있는 비자발광 패널(예를 들어, 액정 패널)을 포함할 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) 각각이 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. 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 있다. 녹색 광은 파장이 대략 495nm에서 570nm까지의 광을 나타낼 수 있다. 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) 각가에서 다양한 밝기와 다양한 색상의 광이 출사할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(10)의 구조의 일 예를 도시하고, 도 3은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(10)에 포함된 액정 패널의 일 예를 도시한다.
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 백 라이트 유닛(Back Light Unit, BLU)(100)과, 백 라이트 유닛(100)으로부터 방출된 광을 차단하거나 통과하는 액정 패널(20)과, 백 라이트 유닛(100) 및 액정 패널(20)의 동작을 제어하는 제어 어셈블리(50)와, 백 라이트 유닛(100) 및 액정 패널(20)에 전력을 공급하는 전원 어셈블리(60)가 마련된다. 또한 본체(11)는 액정 패널(20), 백 라이트 유닛(100), 제어 어셈블리(50) 및 전원 어셈블리(60)를 지지하기 위한 베젤(13)과 프레임 미들 몰드(14)와 바텀 샤시(15)와 후면 커버(16)를 포함할 수 있다.
백 라이트 유닛(100)은 단색광 또는 백색광을 방출하는 점 광원을 포함할 수 있다. 또한 백 라이트 유닛(100)은 점 광원으로부터 방출되는 광을 균일한 면광으로 변환하기 위하여 광을 굴절, 반사 및 산란시킬 수 있다. 이처럼, 백 라이트 유닛(100)은 점 광원으로부터 방출된 광을 굴절, 반사 및 산란시킴으로써 전방을 향하여 균일한 면광을 방출할 수 있다.
백 라이트 유닛(100)은 아래에서 더욱 자세하게 설명된다.
액정 패널(20)은 백 라이트 유닛(100)의 전방에 마련되며, 영상(I)을 형성하기 위하여 백 라이트 유닛(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 백 라이트 유닛(100)의 광을 차단하거나 통과시킬 수 있다. 또한 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)은 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)을 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)를 고정 지지할 수 있다. 이러한, 제1 및 제2 투명 기판(22, 28)은 강화 유리 또는 투명 수지로 구성될 수 있다.
제1 편광 필름(21) 및 제2 편광 필름(29)은 제1 및 제2 투명 기판(22, 28)의 외측에 마련된다. 제1 편광 필름(21)과 제2 편광 필름(29)은 각각 특정한 편광을 통과시키고, 다른 편광을 차단(반사 또는 흡수)할 수 있다. 예를 들어, 제1 편광 필름(21)은 제1 방향의 편광을 통과시키고, 다른 편광을 차단(반사 또는 흡수)할 수 있다. 또한 제2 편광 필름(29)은 제2 방향의 편광을 통과시키고, 다른 편광을 차단(반사 또는 흡수)할 수 있다. 이때, 제1 방향과 제2 방향은 서로 직교할 수 있다. 그로 인하여, 제1 편광 필름(21)을 통과한 편광은 제2 편광 필름(29)을 직접 통과할 수 없다.
컬러 필터(27)는 제2 투명 기판(28)의 내측에 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 있다. 또한 적색 필터(27R)와 녹색 필터(27G)와 청색 필터(27B)는 서로 나란하게 배치될 수 있다. 컬러 필터(27)가 점유하는 영역은 앞서 설명한 픽셀(P)에 대응된다. 적색 필터(27R)가 점유하는 영역은 적색 서브 픽셀(PR)에 대응되고, 녹색 필터(27G)가 점유하는 영역은 녹색 서브 픽셀(PG)에 대응되고, 청색 필터(27B)가 점유하는 영역은 청색 서브 픽셀(PB)에 대응된다.
픽셀 전극(23)은 제1 투명 기판(22)의 내측에 마련되고, 공통 전극(26)은 제2 투명 기판(28)의 내측에 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.
박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)(24)는 제2 투명 기판(22)의 내측에 마련된다. 박막 트랜지스터(24)는 패널 드라이버(30)로부터 제공되는 영상 데이터에 의하여 턴온(폐쇄) 또는 턴오프(개방)될 수 있다. 또한, 박막 트랜지스터(24)의 턴온(폐쇄) 또는 턴오프(개방)에 따라 픽셀 전극(23)과 공통 전극(26) 사이에 전기장이 형성되거나 제거될 수 있다.
액정 층(25)은 픽셀 전극(23)과 공통 전극(26) 사이에 형성되며, 액정 분자(25a)에 의하여 채워진다. 액정은 고체(결정)와 액체의 중간 상태를 나타낼 수 있다. 액정은 전기장의 변화에 따라 광학적 성질을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 액정은 전기장의 변화에 따라 액정을 구성하는 분자 배열의 방향이 변화할 수 있다. 그로 인하여, 액정 층(25)을 통과하는 전기장의 존부에 따라 액정 층(25)의 광학적 성질이 달라질 수 있다. 예를 들어, 액정 층(25)은 전기장의 존부에 따라 광의 편광 방향을 광축을 중심으로 회전시킬 수 있다. 그에 의하여, 제1 편광 필름(21)을 통과한 편광은 액정 층(25)을 통과하는 동안 편광 방향이 회전되며, 제2 편광 필름(29)을 통과할 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 '패널 드라이버'라 한다)가 마련된다.
케이블(20a)은 제어 어셈블리(50)/전원 어셈블리(60)와 패널 드라이버(30) 사이를 전기적으로 연결하고, 또한 패널 드라이버(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.
패널 드라이버(30)는 케이블(20a)을 통하여 제어 어셈블리(50)/전원 어셈블리(60)으로부터 영상 데이터 및 전력을 수신할 수 있다. 또한 패널 드라이버(30)는 케이블(20a)을 통하여 액정 패널(20)에 영상 데이터 및 구동 전류를 제공할 수 있다.
또한 케이블(20a)과 패널 드라이버(30)는 일체로 필름 케이블, 칩 온 필름(chip on film, COF), 테이프 캐리어 패키지(Tape Carrier Packet, TCP) 등으로 구현될 수 있다. 다시 말해, 패널 드라이버(30)는 케이블(20b) 상에 배치될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 패널 드라이버(30)는 액정 패널(20) 상에 배치될 수 있다.
제어 어셈블리(50)는 액정 패널(20) 및 백 라이트 유닛(100)의 동작을 제어하는 제어 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어 제어 회로는 외부 컨텐츠 소스로부터 수신된 비디오 신호 및/또는 오디오 신호를 처리할 수 있다. 제어 회로는 액정 패널(20)에 영상 데이터를 전송할 수 있으며, 백 라이트 유닛(100)에 디밍(dimming) 데이터를 전송할 수 있다.
전원 어셈블리(60)는 액정 패널(20) 및 백 라이트 유닛(100)의 전력을 공급하는 전원 회로를 포함할 수 있다. 전원 회로는 제어 어셈블리(50)와 백 라이트 유닛(100)과 액정 패널(20)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.
도 4는 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(10)에 포함된 백 라이트 유닛(100)의 일 예를 도시하고, 도 5는 일 실시예에 따른 백 라이트 유닛(100)에 포함된 광원의 일 예를 도시한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 백 라이트 유닛(100)은, 광을 생성하는 광원 모듈(110), 광을 반사시키는 반사 시트(120), 광을 균일하게 확산시키는 확산판(diffuser plate)(130), 출사되는 광의 휘도를 향상시키는 광학 시트(140)를 포함할 수 있다.
광원 모듈(110)은 광을 방출하는 복수의 광원(111)과, 복수의 광원(111)을 지지/고정하는 기판(112)을 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.
인접한 3개의 광원에 의하여 대략 정삼각형이 형성되도록 복수의 광원이 배치될 수 있다. 이때, 하나의 광원은 6개의 광원과 인접하게 배치될 수 있다. 또한 하나의 광원과 그에 인접한 6개의 광원 사이의 거리는 대략 동일할 수 있다.
다만, 복수의 광원(111)의 배치는 이상에서 설명한 배치에 한정되지 않으며, 광이 균일한 휘도로 방출되도록 복수의 광원(111)은 다양하게 배치될 수 있다.
광원(111)은 전력이 공급되면 단색광(특정한 범위의 파장을 가지는 광 또는 하나의 피크 파장을 가지는 광, 예를 들어 청색 광) 또는 백색광(복수의 피크 파장을 가지는 광, 예를 들어, 적색 광, 녹색 광 및 청색 광이 혼합된 광)을 다양한 방향으로 방출할 수 있는 소자를 채용할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 광원(111) 각각은 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)(190)와, 굴절 커버(180)를 포함할 수 있다.
디스플레이 장치(10)의 두께가 얇아지도록 백 라이트 유닛(100)의 두께 역시 얇아질 수 있다. 백 라이트 유닛(100)의 두께가 얇아지도록 복수의 광원(111) 각각이 얇아지고, 그 구조가 단순화된다.
발광 다이오드(190)는, 칩 온 보드(Chip On Board, COB) 방식으로, 기판(112)에 직접 부착될 수 있다. 예를 들어, 광원(111)은 별도의 패키징 없이 발광 다이오드 칩(chip) 또는 발광 다이오드 다이(die)가 직접 기판(112)에 부착되는 발광 다이오드(190)를 포함할 수 있다.
발광 다이오드(190)는 플립 칩(flip chip) 타입으로 제작될 수 있다. 플립 칩 타입의 발광 다이오드(190)는 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 발광 다이오드(190)를 포함하는 광원(111)의 소형화가 가능하다.
이상에서는, 칩 온 보드 방식으로 기판(112)에 직접 융착되는 플립 칩 타입의 발광 다이오드(190)가 설명되었으나, 광원(111)은 플립 칩 타입의 발광 다이오드에 한정되지 아니한다. 예를 들어, 광원(111)은 패키지 타입의 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
굴절 커버(180)는 발광 다이오드(190)를 커버할 수 있다. 굴절 커버(180)는 외부의 기계적 작용에 의한 발광 다이오드(190)의 손상 및/또는 화학 작용에 의한 발광 다이오드(190)의 손상 등을 방지 또는 억제할 수 있다.
굴절 커버(180)는 원기둥 형상에 상단부가 평평하게 절단된 돔 형상이 올려진 형상으로 마련될 수 있으며, 굴절 커버(180)의 형상에 대하여는 뒤에서 다시 자세히 설명하도록 한다.
굴절 커버(180)는 실리콘 또는 에폭시 수지로 구성될 수 있다. 예를 들어, 용융된 실리콘 또는 에폭시 수지는 노즐 등을 통하여 발광 다이오드(190) 상에 토출되고 이후 토출된 실리콘 또는 에폭시 수지가 경화됨으로써, 굴절 커버(180)가 형성될 수 있다.
굴절 커버(180)는, 그 직경이 대략 10mm 이하일 수 있으며, 그 높이가 대략 5mm 이하일 수 있다. 바람직하게는, 굴절 커버(180)는, 그 직경이 대략 3mm 이하일 수 있으며, 그 높이가 대략 1mm 이하일 수 있다.
굴절 커버(180)는 광학적으로 투명하거나 또는 반투명할 수 있다. 발광 다이오드(190)로부터 방출된 광은 굴절 커버(180)를 통과하여 외부로 방출될 수 있다.
이때, 돔 형상의 굴절 커버(180)는 렌즈와 같이 광을 굴절시킬 수 있다. 예를 들어, 발광 다이오드(190)로부터 방출된 광은, 굴절 커버(180)에 의하여 굴절됨으로써, 분산될 수 있다.
이처럼, 굴절 커버(180)는 발광 다이오드(190)를 외부의 기계적 작용 및/또는 화학적 작용 또는 전기적 작용으로부터 보호할 뿐만 아니라, 발광 다이오드(190)로부터 방출된 광을 분산시킬 수 있다.
굴절 커버(180)의 광 분산에 대하여는 뒤에서 다시 자세히 설명하도록 한다.
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 고정할 수 있다. 기판(112)은 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.
이때, 발광 다이오드(190)는 기판(112)의 상면에 복수개로 마련되어 어레이를 형성할 수 있으며, 굴절 커버(180)는 복수개로 마련되는 발광 다이오드(190) 각각에 대응하도록 복수개로 마련될 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. 그에 의하여, 복수의 광원(111)은 반사 시트(120)의 전방에서 광을 방출할 수 있다. 반사 시트(120)는 복수의 광원(111)으로부터 반사 시트(120)를 향하여 방출된 광을 확산판(130)을 향하여 반사시킬 수 있다.
확산판(130)은 광원 모듈(110) 및 반사 시트(120)의 전방에 마련될 수 있다. 확산판(130)은 광원 모듈(110)의 광원(111)으로부터 방출된 광을 고르게 분산시킬 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 복수의 광원(111)은 백 라이트 유닛(100)의 후면에 등간격으로 배치된다. 그로 인하여, 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 휘도를 향상시키고 또한 휘도의 균일성을 향상시키기 위한 다양한 시트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 시트(140)는 광 변환 시트(141), 확산 시트(142), 프리즘 시트(143), 반사형 편광 시트(144) 등을 포함할 수 있다.
광학 시트(140)는 도 4에 도시된 시트 또는 필름에 한정되지 않으며, 보호 시트 등 더욱 다양한 시트 또는 필름을 포함할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 백 라이트 유닛(100)에 포함된 발광 다이오드(190)의 일 예를 도시하고, 도 7은 도 6에 도시된 발광 다이오드(190)에서 광의 세기를 출사 각도에 따라 도시한다.
도 6를 참조하면, 발광 다이오드(190)는 투명 기판(195)과, n형 반도체 층(193)과, p형 반도체 층(192)을 포함할 수 있다. 또한, n형 반도체 층(193)과 p형 반도체 층(192) 사이에는 다중 양자 우물(Multi Quantum Wells, MQW) 층 (194)이 형성된다.
투명 기판(195)은 광을 방출할 수 있는 pn접합의 기저(base)가 될 수 있다. 투명 기판(195)은 예를 들어 반도체 층(193, 192)과 결정 구조가 유사한 사파이어(Al2O3)를 포함할 수 있다.
n형 반도체 층(193)과 p형 반도체 층(192)이 접합됨으로써, pn 접합이 구현될 수 있다. n형 반도체 층(193)과 p형 반도체 층(192) 사이에는 공핍 층(depletion region)이 형성될 수 있다. 공핍 층에서 n형 반도체 층(193)의 전자와 p형 반도체 층(192)의 정공이 재결합할 수 있다. 전자와 정공의 재결합에 의하여 광이 방출될 수 있다.
n형 반도체 층(193)은 예를 들어 n형 질화갈륨(n-type GaN)을 포함할 수 있다. 또한, p형 반도체 층(192) 역시 예를 들어, p형 질화갈륨(p-type GaN)을 포함할 수 있다. 질화갈륨(GaN)의 에너지 밴드 갭은 대략 400nm 보다 짧은 파장의 광을 방출할 수 있는 3.4eV (electronvolt) 이다. 따라서, n형 반도체 층(193)과 p형 반도체 층(192)의 접합에서, 청색 광(deep blue) 또는 자외선이 방출될 수 있다.
n형 반도체 층(193)과 p형 반도체 층(192)은 질화갈륨에 한정되지 아니하며, 필요한 광에 따라 다양한 반도체 재료가 이용될 수 있다.
발광 다이오드(190)의 제1 전극(191a)은 p형 반도체 층(192)과 전기적으로 접촉되며, 제2 전극(191b)은 n형 반도체 층(193)과 전기적으로 접촉된다. 제1 전극(191a)과 제2 전극(191b)은 전극으로 기능할 뿐만 아니라 광을 반사하는 반사체로써 기능할 수 있다.
발광 다이오드(190)에 전압이 인가되면, 제1 전극(191a)을 통하여 p형 반도체 층(192)에 전공이 공급되고, 제2 전극(191b)을 통하여 n형 반도체 층(193)에 전자가 공급될 수 있다. 전자와 정공은 p형 반도체 층(192)과 n형 반도체 층(193)의 사이에 형성되는 공핍 층에서 재결합할 수 있다. 이때, 전자와 정공이 재결합하는 중에 전자와 정공의 에너지(예를 들어, 운동 에너지 및 위치 에너지)는 광 에너지로 변환될 수 있다. 다시 말해, 전자와 정공이 재결합하면, 광이 방출될 수 있다.
이때, 양자 우물 층(194)의 에너지 갭(energy band gap)은 p형 반도체 층(192) 및/또는 n형 반도체 층(193)의 에너지 갭보다 작다. 그로 인하여, 정공과 전자는 각각 양자 우물 층(194)에 포획될 수 있다.
양자 우물 층(194)에 포획된 정공과 전자는 양자 우물 층(194)에서 서로 쉽게 재결합할 수 있다. 그로 인하여, 발광 다이오드(190)의 광 생성 효율이 향상될 수 있다.
양자 우물 층(194)에서는, 양자 우물 층(194)의 에너지 갭에 대응하는 파장을 가지는 광이 방출될 수 있다. 예를 들어, 양자 우물 층(194)에서는, 420nm 내지 480nm 사이의 청색 광이 방출될 수 있다. 이처럼, 양자 우물 층(194)은 청색 광을 방출하는 발광 층에 해당할 수 있다.
전자와 정공의 재결합에 의하여 생성된 광은 특정한 방향으로 방출되는 것이 아니며 도 6에 도시된 바와 같이 광은 사방으로 방출될 수 있다. 다만, 통상으로 양자 우물 층(194)과 같이 면에서 방출되는 광의 경우, 발광 면과 수직한 방향으로 방출되는 광의 세기가 가장 크고 발광 면과 평행한 방향으로 방출되는 광의 세기가 가장 작다.
투명 기판(195)의 외측(도면 상으로 투명 기판의 상부)에는 제1 반사 층(196)이 마련된다. 즉, 제1 반사 층(196)은 발광 층(194)의 상부에 배치될 수 있다. 또한, p형 반도체 층(192)의 외측(도면 상으로 p형 반도체 층의 하부)에는 제2 반사 층(197)이 마련된다. 이처럼, 투명 기판(195)과 n형 반도체 층(193)과 양자 우물 층(194)과 p형 반도체 층(192)은 제1 반사 층(196)과 제2 반사 층(197) 사이에 배치될 수 있다.
제1 반사 층(196)과 제2 반사 층(197)은 각각 입사된 광의 어느 일부를 반사시키고, 입사된 광의 다른 일부를 통과시킬 수 있다.
예를 들어, 제1 반사 층(196)과 제2 반사 층(197)은 특정한 파장 범위에 포함된 파장을 가지는 광을 반사시키고, 특정한 파장 범위를 벗어난 파장을 가지는 광을 통과시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 반사 층(196)과 제2 반사 층(197)은 양자 우물 층(194)에서 방출되는 420nm 내지 480nm 사이의 파장을 가지는 청색 광을 반사시킬 수 있다.
또한, 제1 반사 층(196)과 제2 반사 층(197)은 특정한 입사 각을 가지는 입사 광을 반사시키고, 특정한 입사 각을 벗어난 광을 통과시킬 수 있다. 이처럼, 제1 반사 층(196) 및 제2 반사 층(197)은 입사각에 따라 다양한 반사율을 가지도록 굴절률이 상이한 물질을 적층함으로써 형성된 분산 브레그 반사체(Distributed Bragg Reflector, DBR)일 수 있다.
예를 들어, 제1 반사 층(196)은 작은 입사 각으로 입사되는 광을 반사시키고 큰 입사각으로 입사되는 광을 통과시킬 수 있다. 또한, 제2 반사 층(197)은 작은 입사 각으로 입사되는 광을 반사 또는 통과시키고 큰 입사각으로 입사되는 광을 반사시킬 수 있다. 여기서, 입사되는 광은 420nm 내지 480nm 사이의 파장을 가지는 청색 광일 수 있다.
발광 다이오드(190)의 상면과 수직한 방향(도면 상으로 발광 다이오드의 상측 방향으로 방출되는 광의 세기는 발광 다이오드(190)의 상면에 대하여 기울어진 방향(예를 들어, 도면 상으로 상측 방향에서 대략 40도 내지 60도 기울어진 방향)으로 방출되는 광의 세기보다 작을 수 있다.
이때, 발광 다이오드(190)의 상면과 수직한 방향으로 방출되는 광의 지향각은 0˚로 정의될 수 있으며, 발광 다이오드(190)의 상면에 대하여 기울어진 방향으로 방출되는 광은, 0˚보다 큰 각도로 90˚까지의 지향각으로 정의될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 발광 다이오드(190)의 수직축을 기준으로 대략 40도 내지 60도로 출사되는 광의 세기가 가장 클 수 있다. 예를 들어, 발광 다이오드(190)는 지향각이 50˚인 지점에서 피크(Peak) 광강도를 가질 수 있다. 즉, 발광 다이오드(190)로부터 출사되는 광 중 지향각이 50˚인 광의 세기가 가장 클 수 있다.
또한, 발광 다이오드(190)는 피크 광강도를 갖는 지향각보다 낮은 지향각을 갖는 영역에서 피크 광강도의 절반에 해당하는 광강도를 가질 수 있다. 예를 들어, 발광 다이오드(190)는 지향각이 30˚인 지점에서 피크 광강도의 절반에 해당하는 광강도(Peak 1/2)를 가질 수 있다.
또한, 발광 다이오드(190)는 피크 광강도를 갖는 지향각보다 높은 지향각을 갖는 영역에서 피크 광강도의 절반에 해당하는 광강도를 가질 수 있다. 예를 들어, 발광 다이오드(190)는 지향각이 70˚인 지점에서 피크 광강도의 절반에 해당하는 광강도(Peak 1/2)를 가질 수 있다.
이처럼, 발광 다이오드(190)는 대략 배트 윙(bat wing) 형상의 광 프로파일을 가질 수 있다. 여기서, 배트 윙 형상의 광 프로파일은 발광 다이오드(190)의 발광 층(194)(예를 들어, 다중 양자 우물 층)과 수직한 방향으로 출사되는 광의 세기보다 비스듬한 방향(예를 들어, 발광 면과 수직한 수직 축으로부터 대략 40에서 60도의 각도 간격을 가지는 방향)으로 출사되는 광의 세기가 큰 광 프로파일을 나타낼 수 있다.
배트 윙 형상의 광 프로파일을 가지는 발광 다이오드(190)로 인하여, 디스플레이 장치(10)의 포함되는 발광 다이오드(190)의 개수가 감소될 수 있다.
디스플레이 장치(10)의 영상 품질을 향상시키기 위해서는, 백 라이트 유닛(100)가 균일한 휘도를 가지는 면광을 출사하는 것이 중요하다. 예를 들어, 점 광원인 발광 다이오드의 개수가 감소되면, 발광 다이오드가 위치하는 영역에서의 밝기와 발광 다이오드가 위치하지 않는 영역(발광 다이오드들 사이의 영역)에서의 밝기 사이의 편차가 증가할 수 있다. 다시 말해, 점 광원인 발광 다이오드의 개수가 감소되면, 백 라이트 유닛(100)가 출사하는 면광의 휘도 균일성이 악화될 수 있다.
이때, 배트 윙 형상의 광 프로파일을 가지는 발광 다이오드(190)가 이용되면, 발광 다이오드가 위치하는 영역에서의 밝기와 발광 다이오드들 사이의 영역에서의 밝기 사이의 편차가 감소할 수 있다. 그로 인하여, 발광 다이오드(190)의 개수를 감소시킬 수 있다.
더욱이, 디스플레이 장치(10)의 두께가 얇아지면, 점 광원인 발광 다이오드로부터 방출된 광이 면광으로 확산되기 위한 광학 거리(Optical Distance, OD)가 짧아진다. 그로 인하여, 백 라이트 유닛(100)가 출사하는 면광의 휘도 균일성이 악화될 수 있다. 휘도 균일성을 유지하기 위하여, 발광 다이오드의 개수가 증가될 수 있다.
이때, 배트 윙 형상의 광 프로파일을 가지는 발광 다이오드(190)가 이용되면 발광 다이오드(190)의 개수의 증가가 최소화될 수 있다.
이처럼, 배트 윙 형상의 광 프로파일을 가지는 발광 다이오드(190)는 백 라이트 유닛(100)의 휘도 균일성을 향상시킬 수 있다. 그로 인하여, 백 라이트 유닛(100)의 휘도 균일성을 유지한 채로 발광 다이오드의 개수가 감소될 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 광원(111)의 외관의 일 예를 도시하고, 도 9는 일 실시예에 따른 광원(111)의 측단면의 일 예를 도시한다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 일 실시예에 따른 광원(111)은, 광을 방출하는 발광 다이오드(190)와, 발광 다이오드(190)로부터 방출된 광을 굴절시키고 발광 다이오드(190)를 덮는 굴절 커버(180)를 포함할 수 있다.
굴절 커버(180)는 발광 다이오드(190)를 중심으로 발광 다이오드(190)를 둘러싸고 있으며, 공기 보다 굴절률이 큰 투명 물질로 채워짐에 따라 발광 다이오드(190)로부터 방출된 광을 굴절시킬 수 있다. 투명 물질은, 예를 들어, 실리콘 또는 에폭시 수지에 해당할 수 있으며, 그 유형에 제한은 없다.
굴절 커버(180)는 발광 다이오드(190)를 둘러쌈에 따라 발광 다이오드(190)를 보호하는 한편, 발광 다이오드(190)로부터 방출된 광을 굴절시켜 굴절 커버(180)를 통과하는 광이 보다 균일하게 액정 패널(20)로 입사될 수 있도록 한다. 이를 통해, 발광 다이오드(190)의 광추출 효율(light extraction efficiency)을 높일 수 있으며, 짧은 광학 거리에서도 무라(mura) 없이 조명 균일도를 확보할 수 있어 백 라이트 유닛(100)의 두께를 얇게 할 수 있다.
굴절 커버(180)는 배트 윙 형상의 광 프로파일을 갖는 발광 다이오드(190)의 광강도 분포를 각도 성분별 또는 영역별로 최적 제어 가능한 형상을 가질 수 있다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 굴절 커버(180)는 원기둥 형상에 상단부가 평평하게 절단된 돔 형상이 올려진 형상으로 마련될 수 있다.
구체적으로, 굴절 커버(180)는 발광 다이오드(190)로부터 미리 설정된 거리(D)만큼 이격되어 기판(112)의 상면에 위치하고, 발광 다이오드(190)의 중심축(V)과 평행한 제1 굴절면(181)과, 제1 굴절면(181)의 상부와 연결된 영역으로부터 발광 다이오드(190)의 중심축(V)의 방향으로 갈수록 접선과 발광 다이오드(190)의 중심축(V) 사이의 각도(θd)가 증가하는 곡면인 제2 굴절면(182)과, 제2 굴절면(182)의 상부와 연결되고, 발광 다이오드(190)의 중심축(V)과 수직한 제3 굴절면(183)을 포함한다.
이처럼, 발광 다이오드(190)를 중심으로 발광 다이오드(190)를 둘러싸는 굴절 커버(180)는 제1 굴절면(181)을 형성하는 원기둥 형상에 상단부가 평평하게 절단된 돔 형상(상단부는 제3 굴절면(183)을 형성하며, 나머지 영역은 제2 굴절면(182)을 형성)이 올려진 형상으로 마련될 수 있다.
굴절 커버(180)의 제1 굴절면(181)은, 발광 다이오드(190)의 중심으로부터 미리 설정된 거리(D)만큼 이격되어 기판(112)의 상면에 위치하며, 발광 다이오드(190)의 중심축(V)과 평행하게 제1 높이(H1)로 마련될 수 있다. 즉, 제1 굴절면(181)의 상부는 기판(112)으로부터 제1 높이(H1)만큼 이격되어 있을 수 있다. 이때, 제1 굴절면(181)은, 발광 다이오드(190)의 중심축(V)을 기준으로 회전 대칭될 수 있다.
굴절 커버(180)의 제2 굴절면(182)은, 제1 굴절면(181)의 상부와 연결될 수 있으며, 제1 굴절면(181)의 상부와 연결된 영역으로부터 발광 다이오드(190)의 중심축(V)의 방향으로 갈수록 접선과 발광 다이오드(190)의 중심축(V) 사이의 각도(θd)가 증가하는 곡면일 수 있다.
예를 들어, 제2 굴절면(182)의 제1 지점에서의 접선과 발광 다이오드(190)의 중심축(V) 사이의 각도가 제1 각도(θd1)인 경우, 제1 지점보다 발광 다이오드(190)의 중심축(V)에 가까운 제2 지점에서의 접선과 발광 다이오드(190)의 중심축(V) 사이의 각도인 제2 각도(θd2)는 제1 각도(θd1)에 비하여 클 수 있다.
다시 말해, 제2 굴절면(182)은, 제1 굴절면(181)의 상부와 연결된 영역으로부터 발광 다이오드(190)의 중심축(V)의 방향으로 갈수록 기판(112)으로부터의 높이가 일정한 비율로 증가할 수 있다.
이때, 제2 굴절면(182)은, 제1 굴절면(181)의 상부로부터 최대 제2 높이(H2)만큼 높아질 수 있으며, 제1 굴절면(181)으로부터 최대 제1 수평 거리(D1)만큼 이격될 수 있다. 즉, 제2 굴절면(182) 중 제1 굴절면(181)의 상부와 연결된 영역은, 기판(112)으로부터 제1 높이(H1)만큼 이격될 수 있으며, 제2 굴절면(182) 중 제3 굴절면(183)과 연결된 영역은, 기판(112)으로부터 제1 높이(H1)와 제2 높이(H2)를 합한 제3 높이(H)만큼 이격될 수 있으며, 제1 굴절면(181)으로부터 제1 수평 거리(D1)만큼 이격될 수 있다.
또한, 제2 굴절면(182)은, 발광 다이오드(190)의 중심축(V)을 기준으로 회전 대칭될 수 있다.
굴절 커버(180)의 제3 굴절면(183)은, 제2 굴절면(182)의 상부와 연결되고, 발광 다이오드(190)의 중심축(V)과 수직하게 마련될 수 있다. 이때, 제3 굴절면(183)은, 발광 다이오드(190)의 중심축(V)을 기준으로 회전 대칭될 수 있으며, 제2 수평 거리(D2)를 반지름으로 하는 원형 형상으로 마련될 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 발광 다이오드(190)에서 방출된 광이 굴절 커버(180)에 의해 굴절되는 것을 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 일 실시예에 따른 하나의 발광 다이오드(190)에서의 굴절 커버(180) 적용 전후의 광 프로파일을 도시한 도면이고, 도 12는 일 실시예에 따른 발광 다이오드(190) 어레이에서의 굴절 커버(180) 적용 전후의 광프로파일을 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 일 실시예에 따른 발광 다이오드(190)로부터 방출된 광은, 발광 다이오드(190) 상면의 수직축을 기준으로 -90˚에서 +90˚ 사이의 지향각을 가질 수 있다. 이하에서는 지향각이 0˚에서 +90˚인 광을 중심으로 설명하나, 이하에서의 설명은 0˚에서 -90˚인 광에도 대칭된 점을 제외하면 동일하게 적용될 수 있다.
발광 다이오드(190)의 상면으로부터 수직하게 방출되어 지향각이 0˚가 되는 광은, 제3 굴절면(183)을 통하여 굴절 커버(180) 외부로 방출될 수 있으며, 제3 굴절면(183)을 통과할 때 굴절되지 않을 수 있다. 즉, 지향각이 0˚인 광은, 제3 굴절면(183)에서 입사각 θ1과 출사각(굴절각) θ'1이 0˚로 동일할 수 있다.
발광 다이오드(190)로부터 방출되어 제3 굴절면(183)을 향하는 광은, 지향각(입사각 θ1과 동일)이 증가할수록 출사각 θ'1이 증가할 수 있다.
지향각이 θa인 광은 제3 굴절면(183)과 제2 굴절면(182) 사이의 경계 영역(183b)(182b2)에 입사될 수 있으며, 광의 지향각이 θa보다 커지는 경우 광은 제2 굴절면(182)으로 입사될 수 있다.
즉, 0에서 θa까지의 지향각을 갖는 광은 제3 굴절면(183)으로 입사되어 굴절 커버(180) 외부로 방출되며, 지향각이 θa일 때 최대의 출사각 θ'1으로 광이 방출될 수 있다.
제3 굴절면(183)은 평면 형상으로 마련되어 제3 굴절면(183)으로 입사된 광에 대한 확산력을 높일 수 있다.
또한, 제3 굴절면(183)과 제2 굴절면(182) 사이의 경계 영역(183b)(182b2)은, 실시예에 따라, 지향각 θa이 10˚ 이상이 되도록 설계될 수 있다.
또한, 실시예에 따라, 피크 광강도의 절반에 해당하는 광강도를 갖는 광(예: 지향각 30˚)이 제3 굴절면(183)을 통과할 수 있도록 제3 굴절면(183)과 제2 굴절면(182) 사이의 경계 영역(183b)(182b2)이 설계될 수도 있다. 다시 말해, 제3 굴절면(183)은 발광 다이오드(190)로부터 방출되는 광 중 광의 세기가 최대의 절반이며 발광 다이오드(190)의 중심축으로부터 피크 광강도를 갖는 광의 지향각보다 작은 각도로 기울어진 광이 통과하는 영역을 포함할 수 있다.
지향각이 θa에서 θb 사이인 광은 제2 굴절면(182)으로 입사되어 굴절 커버(180) 외부로 방출될 수 있으며, 제2 굴절면(182)은 입사각 θ2과 출사각 θ'2이 동일한 비굴절 지점(182p)을 포함할 수 있다.
지향각이 θb인 광은 제2 굴절면(182)과 제1 굴절면(181) 사이의 경계 영역(181b)(182b1)에 입사될 수 있으며, 광의 지향각이 θb보다 커지는 경우 광은 제1 굴절면(181)으로 입사될 수 있다.
이때, 지향각이 θa에서부터 비굴절 지점(182p)에서의 지향각까지 증가하는 경우 광의 출사각 θ'2이 감소할 수 있으며, 지향각이 비굴절 지점(182p)에서의 지향각에서부터 θb까지 증가하는 경우 광의 출사각 θ'2이 증가할 수 있다.
이때, 제2 굴절면(182)은 발광 다이오드(190)로부터 방출되는 광 중 광의 세기가 최대인 광이 통과하는 영역을 포함할 수 있다. 즉, 제2 굴절면(182)에서는 피크 광강도를 갖는 광이 통과할 수 있다. 예를 들어, 발광 다이오드(190)가 도 7에서의 광 프로파일을 갖는 경우, 지향각이 50˚인 광이 제2 굴절면(182)을 통과할 수 있다. 제2 굴절면(182)의 곡률에 따라 피크 광강도를 갖는 광이 통과하는 지점은, 입사각 θ2과 출사각 θ'2이 동일한 지점일 수 있다.
지향각이 θb 이상인 광은 제1 굴절면(181)으로 입사될 수 있으며, 지향각이 커질수록 출사각 θ'3가 감소할 수 있다.
제1 굴절면(181)은 고지향각의 광을 액정 패널(20)이 위치하는 전방으로 굴절시킴으로써, 발광 다이오드(190)의 배트윙 광 프로파일에 따른 초고지향각(배경광)을 액정 패널(20)로 입사되는 유효광으로 변환시켜 광추출 효율을 높일 수 있다.
또한, 제2 굴절면(182)과 제1 굴절면(181) 사이의 경계 영역(181b)(182b2)은, 실시예에 따라, 지향각 θb이 80˚ 이하가 되도록 설계될 수 있다.
또한, 실시예에 따라, 피크 광강도의 절반에 해당하는 광강도를 갖는 광(예: 지향각 70˚)이 제1 굴절면(181)을 통과할 수 있도록 제3 굴절면(183)과 제2 굴절면(182) 사이의 경계 영역(183b)(182b2)이 설계될 수도 있다. 다시 말해, 제1 굴절면(181)은 발광 다이오드(190)로부터 방출되는 광 중 광의 세기가 최대의 절반이며 발광 다이오드(190)의 중심축으로부터 피크 광강도를 갖는 광의 지향각보다 큰 각도로 기울어진 광이 통과하는 영역을 포함할 수 있다.
도 11을 참조하면, 광원(111)의 광 프로파일은, 굴절 커버(180)를 적용하지 않는 경우, 피크 광강도를 갖는 위치가 발광 다이오드(190)의 중심축으로부터 이격되어 발광 다이오드(190)의 중심 부근에 암점이 발생할 수 있으며, 반치폭(full width at half maximum)이 좁다.
이에 반해, 굴절 커버(180)를 적용하는 경우 광원(111)의 광 프로파일은, 발광 다이오드(190)의 중심으로부터 멀어질수록 광강도가 점짐적으로 낮아지는 형상으로, 발광 다이오드(190)의 중심 부근의 암점이 해소되며, 반치폭이 증가하여(예를 들어, 130% 증가) 휘도 균일성을 높일 수 있다.
도 12을 참조하면, 일 실시예에 따른 발광 다이오드(190)가 3X3의 어레이로 마련되는 경우, 굴절 커버(180)가 각각의 발광 다이오드(190)에 적용되지 않으면, (a)에서와 같이 휘점이나 암점에 의해 무라가 발생할 수 있다.
이에 반해, 굴절 커버(180)가 각각의 발광 다이오드(190)에 적용되면, (b)에서와 같이 휘점이나 암점이 제거되어 조명 균일도가 높아질 수 있어 휘도 균일성을 높일 수 있다.
도 13 및 도 14는 일 실시예에 따른 굴절 커버(180)의 제1 굴절면(181)이 틸트면인 경우를 도시한 도면이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 일 실시예에 따른 제1 굴절면(181)은, 발광 다이오드(190)의 중심축(V)으로부터 제1 각도(예: 10˚) 이내로 기울어진 틸트면으로 마련될 수 있다.
예를 들어, 제1 굴절면(181)은, 발광 다이오드(190)의 중심축(V)으로부터 미리 설계된 각도(θt)로 기울어진 틸트면으로 형성될 수 있으며, 도 13에 도시된 바와 같이, 기판(112)에서 멀어질수록 발광 다이오드(190)의 중심축(V)과의 수평 거리가 가까워지는 틸트면으로 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 굴절면(181)으로 입사되는 광이 보다 상방으로 굴절되어 액정 패널(20)을 향하는 유효광을 증가시킬 수 있어 광 추출 효율을 증가시킬 수 있다.
예를 들어, 제1 굴절면(181)은, 발광 다이오드(190)의 중심축(V)으로부터 미리 설계된 각도(θt)로 기울어진 틸트면으로 형성될 수 있으며, 도 14에 도시된 바와 같이, 기판(112)에서 멀어질수록 발광 다이오드(190)의 중심축(V)과의 수평 거리가 멀어지는 틸트면으로 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 굴절면(181)으로 입사되는 광이 보다 하방으로 굴절되어 광의 확산을 넓게 하여 보다 넓은 조명 영역을 확보할 수 있다.
도 15는 일 실시예에 따른 굴절 커버(180)의 제3 굴절면(183)이 오목 형상인 경우를 도시한 도면이고, 도 16은 일 실시예에 따른 굴절 커버(180)의 제3 굴절면(183)이 볼록 형상인 경우를 도시한 도면이다.
도 15을 참조하면, 일 실시예에 따른 제3 굴절면(183)은, 오목 형상으로 마련될 수 있다. 구체적으로, 제3 굴절면(183)의 중심부가 제3 굴절면(183)의 외각보다 기판(112)과의 거리가 짧을 수 있다.
제3 굴절면(183)이 오목 형상으로 마련되는 경우, 제3 굴절면(183)을 통과한 광의 출사각(θ'1)이 커져 발광 다이오드(190)의 중심과 수직한 영역에서의 광강도가 낮아져 휘점을 넓힐 수 있다.
도 16을 참조하면, 일 실시예에 따른 제3 굴절면(183)은, 볼록 형상으로 마련될 수 있다. 구체적으로, 제3 굴절면(183)의 중심부가 제3 굴절면(183)의 외각보다 기판(112)과의 거리가 멀 수 있다.
제3 굴절면(183)이 볼록 형상으로 마련되는 경우, 제3 굴절면(183)을 통과한 광의 출사각(θ'1)이 작아져 발광 다이오드(190)의 중심과 수직한 영역에서의 광강도가 높아질 수 있어 암점을 제거할 수 있다.
이상에서는 발광 다이오드(190)를 둘러싸는 굴절 커버(180)를 적용하여 광확산력을 증가시키는 동시에 무라를 제거하는 것에 대하여 자세히 설명하였다.
이하, 일 측면에 따른 디스플레이 장치(10)의 제조 방법에 관한 실시예를 설명하기로 한다. 디스플레이 장치(10)의 제조 방법에 기초하여 전술한 실시예에 따른 디스플레이 장치(10)가 제조될 수 있다. 따라서, 앞서 도 1 내지 도 16을 참조하여 설명한 내용은 디스플레이 장치(10)의 제조 방법에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 17은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(10)의 제조 방법에 대한 순서도이고, 도 18은 일 실시예에 따른 굴절 커버(180)의 제1 굴절 커버(180a)를 형성하는 경우를 도시한 도면이고, 도 19는 일 실시예에 따른 굴절 커버(180)의 제2 굴절 커버(180b)를 형성하는 경우를 도시한 도면이다.
도 17을 참조하면, 기판(112) 상에 발광 다이오드(190)와, 발광 다이오드(190)의 중심축(V)을 중심으로 회전 대칭되는 관통홀(188)을 포함하는 제1 굴절 커버(180a)를 형성할 수 있다(1710).
즉, 일 실시예에 따른 기판(112)의 상면에는, 도 18에 도시된 바와 같이, 발광 다이오드(190)가 형성될 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 기판(112)의 상면에는, 도 18에 도시된 바와 같이, 제1 투명 물질(185a)로 채워지고, 발광 다이오드(190)의 중심축(V)을 중심으로 회전 대칭되는 관통홀(188)을 포함하는 제1 굴절 커버(180a)가 형성될 수 있다.
제1 굴절 커버(180a)는, 실시예에 따라, 형상 사출 공정을 통하여 형성된 이후 기판(112)의 상면에 배치될 수 있다. 즉, 기판(112)의 상면에 발광 다이오드(190) 및 제1 굴절 커버(180a)를 형성하는 것은, 형상 사출 공정을 통하여 제1 굴절 커버(180a)를 형성하고, 기판(112)의 상면에 발광 다이오드(190)를 형성하고, 발광 다이오드(190)의 중심축과 제1 굴절 커버(180a)의 중심축이 대응하도록 제1 굴절 커버(180a)를 기판(112)의 상면에 배치하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 제1 굴절 커버(180a)는, 실시예에 따라, 기판(112)의 상면에서 직접 형성될 수도 있다. 즉, 기판(112)의 상면에 제1 투명 물질(185a)을 분사한 후 경화하는 과정을 통하여 제1 굴절 커버(180a)를 기판(112)의 상면에 형성할 수 있다. 즉, 기판(112)의 상면에 발광 다이오드(190) 및 제1 굴절 커버(180a)를 형성하는 것은, 기판(112)의 상면에 제1 굴절 커버(180a)를 형성하고, 제1 굴절 커버(180a)의 중심축과 발광 다이오드(190)의 중심축이 대응하도록 발광 다이오드(190)를 기판(112)의 상면에 형성하는 것을 포함할 수 있다.
이때, 제1 굴절 커버(180a)는, 발광 다이오드(190)로부터 미리 설정된 거리(D)만큼 이격되어 기판(112)의 상면에 위치하고, 발광 다이오드(190)의 중심축(V)과 평행하거나 발광 다이오드(190)의 중심축(V)으로부터 제1 각도 이내로 기울어진 제1 굴절면(181)과, 제1 굴절면(181)의 상부와 연결된 영역으로부터 발광 다이오드(190)의 중심축(V)의 방향으로 갈수록 접선과 발광 다이오드(190)의 중심축(V) 사이의 각도가 증가하는 곡면이고, 관통홀(188)의 상부와 연결되는 제2 굴절면(182)을 포함한다.
이때, 제1 굴절면(181) 및 제2 굴절면(182)은, 발광 다이오드(190)의 중심축(V)을 기준으로 회전 대칭될 수 있다.
제1 굴절 커버(180a)는, 반지름이 D-1이고 높이가 H인 원기둥 형상의 관통홀(188)을 포함할 수 있으며, 관통홀(188)과 굴절면(181, 182) 사이는 제1 투명 물질(185a)로 채워질 수 있다.
즉, 제1 굴절 커버(180a)는 너비가 D2이고 높이가 H1-인 사각형 형상과 사각형 형상의 상면에 마련되며 너비가 D2이고 최대 높이가 H2---이되 상면이 곡면인 형상을 발광 다이오드(190)의 중심축(V)으로 회전시킨 원환체(toroid)에 해당할 수 있다.
다시 도 17을 참조하면, 관통홀(188)이 채워지도록 제2 투명 물질(185b)을 분사할 수 있으며(1720), 제2 투명 물질(185b)을 경화시킬 수 있다(1730).
일 실시예에 따른 관통홀(188)은, 도 19에 도시된 바와 같이, 제2 투명 물질(185b)로 채워질 수 있다. 즉, 제2 투명 물질(185b)은, 노즐을 통하여 관통홀(188)로 분사(jetting)될 수 있으며, 관통홀(188)의 높이 H에서 수평면이 형성되도록 관통홀(188)을 채울 수 있다.
이후, 제2 투명 물질(185b)은 경화 공정을 통하여 경화될 수 있으며, 경화된 제2 투명 물질(185b)은 제2 굴절면(182)의 상부와 연결되고 발광 다이오드(190)의 중심축(V)과 수직한 제3 굴절면(183)을 포함하는 제2 굴절 커버(180b)를 형성할 수 있다.
이때, 제2 투명 물질(185b)의 분사량에 따라 제3 굴절면(183)의 곡률을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제2 투명 물질(185b)의 분사량을 줄이는 경우 제3 굴절면(183)은 오목 형상으로 마련될 수 있으며, 제2 투명 물질(185b)의 분사량을 늘리는 경우 제3 굴절면(183)은 볼록 형상으로 마련될 수 있다.
또한, 제1 투명 물질(185a) 및 제2 투명 물질 (185b)은, 실시예에 따라, 동일한 굴절률일 수 있으며, 실시예에 따라, 제2 투명 물질(185b)의 굴절률이 커 계면 반사를 최소화시킬 수 있다.
상기와 같은 공정을 거쳐 제1 굴절 커버(180a) 및 제2 굴절 커버(180b)를 포함하는 굴절 커버(180)를 형성할 수 있다.
다시 도 17을 참조하면, 굴절 커버(180)의 형성 이후 기판(112)의 전방에 액정 패널(20)을 배치할 수 있으며(1740), 이를 통해 디스플레이 장치(10)를 제조할 수 있다.
이처럼, 본 발명은, 고가의 비구면 광학 렌즈 형상을 포함하는 발광 다이오드 패키지 대신 디스펜서(jetting)를 활용한 액상 투명 물질을 분사하는 공정을 통하여 생산성 및 가격 경쟁력을 높일 수 있다.
도 20은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(10)의 제조 방법에 대한 순서도이고, 도 21 및 도 22는 일 실시예에 따른 굴절 커버(180)의 제1 굴절 커버(180a)를 형성하는 경우를 도시한 도면이고, 도 23 및 도 24는 일 실시예에 따른 굴절 커버(180)의 제2 굴절 커버(180b)를 형성하는 경우를 도시한 도면이다.
도 20을 참조하면, 기판(112)의 상면에, 발광 다이오드(190)와, 발광 다이오드(190)의 중심축을 중심으로 회전 대칭되는 관통홀(188)을 포함하는 제1 굴절 커버(180a)를 형성할 수 있다(2010).
일 실시예에 따른 기판(112)의 상면에는, 도 21에 도시된 바와 같이, 발광 다이오드(190)가 형성될 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 기판(112)의 상면에는, 도 21에 도시된 바와 같이, 제1 투명 물질(185a)로 채워지고, 발광 다이오드(190)의 중심축(V)을 중심으로 회전 대칭되는 관통홀(188)을 포함하는 제1 굴절 커버(180a)가 형성될 수 있다.
이때, 제1 굴절 커버(180a)는, 발광 다이오드(190)로부터 미리 설정된 거리(D)만큼 이격되어 위치하며 발광 다이오드(190)의 중심축(V)과 평행한 제1 굴절면(181)을 포함할 수 있다. 제1 굴절면(181)은, 발광 다이오드(190)의 중심축(V)을 기준으로 회전 대칭될 수 있다.
제1 굴절 커버(180a)는, 실시예에 따라, 형상 사출 공정을 통하여 형성된 이후 기판(112)의 상면에 배치될 수 있다. 즉, 기판(112)의 상면에 발광 다이오드(190) 및 제1 굴절 커버(180a)를 형성하는 것은, 형상 사출 공정을 통하여 제1 굴절 커버(180a)를 형성하고, 기판(112)의 상면에 발광 다이오드(190)를 형성하고, 발광 다이오드(190)의 중심축과 제1 굴절 커버(180a)의 중심축이 대응하도록 제1 굴절 커버(180a)를 기판(112)의 상면에 배치하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 제1 굴절 커버(180a)는, 실시예에 따라, 기판(112)의 상면에서 직접 형성될 수도 있다. 즉, 기판(112)의 상면에 제1 투명 물질(185a)을 분사한 후 경화하는 과정을 통하여 제1 굴절 커버(180a)를 기판(112)의 상면에 형성할 수 있다. 즉, 기판(112)의 상면에 발광 다이오드(190) 및 제1 굴절 커버(180a)를 형성하는 것은, 기판(112)의 상면에 제1 굴절 커버(180a)를 형성하고, 제1 굴절 커버(180a)의 중심축과 발광 다이오드(190)의 중심축이 대응하도록 발광 다이오드(190)를 기판(112)의 상면에 형성하는 것을 포함할 수 있다.
제1 굴절 커버(180a)는, 반지름이 D-1이고 높이가 H인 원기둥 형상의 관통홀(188)을 포함할 수 있으며, 관통홀(188)과 제1 굴절면(181) 사이는 제1 투명 물질(185a)로 채워질 수 있다.
즉, 제1 굴절 커버(180a)는 너비가 D2이고 높이가 H1-인 사각형 형상을 발광 다이오드(190)의 중심축(V)으로 회전시킨 원환체에 해당할 수 있다. 이때, 제1 굴절 커버(180a)의 상부 높이(Hu)는 H1-으로 일정할 수 있다.
또한, 제1 굴절 커버(180a)의 상부 높이(Hu)는, 도 22에 도시된 바와 같이, 최대 높이 H1에서 발광 다이오드(190)의 중심축(V)을 향할수록 낮아지도록 마련될 수도 있다. 이 경우, 제1 굴절 커버(180a)는 너비가 D2이고 최대 높이가 H1인 사다리꼴 형상을 발광 다이오드(190)의 중심축(V)으로 회전시킨 원환체에 해당할 수 있다.
즉, 제1 굴절 커버(180a)는, 발광 다이오드(190)의 중심축(V)으로부터 멀어질수록 일정하게 유지되거나 높아지는 상부 높이(Hu)를 가질 수 있다.
이하에서는 도 21의 제1 굴절 커버(180a)를 일 예로 설명하나, 이하에서의 설명은, 도 22의 제1 굴절 커버(180a)에도 동일하게 적용할 수 있다.
다시 도 20을 참조하면, 제1 굴절 커버(180a)의 상부보다 높게 쌓이도록 제2 투명 물질(185b)을 분사하고(2020), 평판으로 제2 투명 물질을 가압하고(2030), 제2 투명 물질을 경화시킬 수 있다(2040).
도 23을 참조하면, 제2 투명 물질(185b)은 관통홀(188)의 중심으로 분사될 수 있으며, 제1 굴절 커버(180a)의 상부보다 높게 쌓일 수 있다. 즉, 제2 투명 물질(185b)은, 노즐을 통하여 관통홀(188)로 분사(jetting)될 수 있으며, 제1 굴절 커버(180a)의 최대 높이 H1보다 높게 쌓일 수 있다.
도 24를 참조하면, 제2 투명 물질(185b)은 평판에 의해 가압될 수 있다. 구체적으로, 제2 투명 물질(185b)은 발광 다이오드(190)의 중심축에 대응하는 위치로부터 가압될 수 있으며, 가압된 제2 투명 물질(185b)은, 상단부가 평평하게 절단된 돔 형상을 형성할 수 있다.
이후 경화 공정을 통하여 경화된 제2 투명 물질(185b)은, 제1 굴절면(181)의 상부와 연결된 영역으로부터 발광 다이오드(190)의 중심축(V)의 방향으로 갈수록 접선과 발광 다이오드(190)의 중심축(V) 사이의 각도가 증가하는 곡면인 제2 굴절면(182)과, 제2 굴절면(182)의 상부와 연결되고 발광 다이오드(190)의 중심축(V)과 수직한 평면인 제3 굴절면(183)을 포함하는 제2 굴절 커버(180b)를 형성할 수 있다.
제1 투명 물질(185a) 및 제2 투명 물질 (185b)은, 실시예에 따라, 동일한 굴절률일 수 있으며, 실시예에 따라, 제2 투명 물질(185b)의 굴절률이 커 계면 반사를 최소화시킬 수 있다.
상기와 같은 공정을 거쳐 제1 굴절 커버(180a) 및 제2 굴절 커버(180b)를 포함하는 굴절 커버(180)를 형성할 수 있다.
다시 도 20을 참조하면, 굴절 커버(180)의 형성 이후 기판(112)의 전방에 액정 패널(20)을 배치할 수 있으며(2050), 이를 통해 디스플레이 장치(10)를 제조할 수 있다.
이처럼, 본 발명은, 고가의 비구면 광학 렌즈 형상을 포함하는 발광 다이오드 패키지 대신 디스펜서(jetting)를 활용한 액상 투명 물질을 분사하는 공정을 통하여 생산성 및 가격 경쟁력을 높일 수 있다.
한편, 개시된 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하는 기록매체의 형태로 구현될 수 있다. 명령어는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 프로그램 모듈을 생성하여 개시된 실시예들의 동작을 수행할 수 있다. 기록매체는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로 구현될 수 있다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 컴퓨터에 의하여 해독될 수 있는 명령어가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(read only memory), RAM(random access memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다.
이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (15)

  1. 액정 패널; 및
    상기 액정 패널에 광을 제공하는 백 라이트 유닛;를 포함하고,
    상기 백 라이트 유닛은,
    기판;
    상기 기판의 상면에 배치되는 발광 다이오드; 및
    상기 발광 다이오드를 중심으로 상기 발광 다이오드를 둘러싸는 굴절 커버;를 포함하고,
    상기 굴절 커버는,
    상기 발광 다이오드로부터 미리 설정된 거리만큼 이격되어 상기 기판의 상면에 위치하고, 상기 발광 다이오드의 중심축과 평행하거나 상기 발광 다이오드의 중심축으로부터 제1 각도 이내로 기울어진 제1 굴절면;
    상기 제1 굴절면의 상부와 연결된 영역으로부터 상기 발광 다이오드의 중심축의 방향으로 갈수록 접선과 상기 발광 다이오드의 중심축 사이의 각도가 증가하는 곡면인 제2 굴절면; 및
    상기 제2 굴절면의 상부와 연결되고, 상기 발광 다이오드의 중심축과 수직한 제3 굴절면;을 포함하는 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광 다이오드는,
    발광 층; 및
    상기 발광 층의 상부에 배치되는 분산 브레그 반사체(distributed bragg reflector, DBR);를 포함하고,
    상기 발광 다이오드로부터 방출되는 광의 세기는,
    상기 발광 다이오드의 중심축으로부터 제2 각도로 기울어진 방향에서 최대인 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 굴절면은,
    상기 발광 다이오드로부터 방출되는 광 중 광의 세기가 최대인 광이 통과하는 영역을 포함하는 디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 굴절면은,
    상기 발광 다이오드로부터 방출되는 광 중 광의 세기가 최대의 절반이며 상기 발광 다이오드의 중심축으로부터 상기 제2 각도보다 큰 각도로 기울어진 광이 통과하는 영역을 포함하는 디스플레이 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제3 굴절면은,
    상기 발광 다이오드로부터 방출되는 광 중 광의 세기가 최대의 절반이며 상기 발광 다이오드의 중심축으로부터 상기 제2 각도보다 작은 각도로 기울어진 광이 통과하는 영역을 포함하는 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제3 굴절면은,
    평면인 디스플레이 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제3 굴절면은,
    오목 형상인 디스플레이 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제3 굴절면은,
    볼록 형상인 디스플레이 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 굴절 커버는,
    공기 보다 큰 굴절률을 갖는 투명 물질로 구성되는 디스플레이 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 굴절 커버는,
    상기 발광 다이오드의 중심축을 중심으로 회전 대칭되는 디스플레이 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 발광 다이오드는,
    상기 기판의 상면에 복수개로 마련되어 어레이를 형성하고,
    상기 굴절 커버는,
    복수개로 마련되는 상기 발광 다이오드 각각에 대응하도록 복수개로 마련되는 디스플레이 장치.
  12. 기판의 상면에 발광 다이오드 및 제1 투명 물질로 채워지고 상기 발광 다이오드의 중심축을 중심으로 회전 대칭되는 관통홀을 포함하는 제1 굴절 커버를 형성하고;
    상기 관통홀이 채워지도록 제2 투명 물질을 분사하고;
    상기 제2 투명 물질을 경화시키고;
    상기 기판의 전방에 액정 패널을 배치하는 것;을 포함하고,
    상기 제1 굴절 커버는,
    상기 발광 다이오드로부터 미리 설정된 거리만큼 이격되어 상기 기판의 상면에 위치하고, 상기 발광 다이오드의 중심축과 평행하거나 상기 발광 다이오드의 중심축으로부터 제1 각도 이내로 기울어진 제1 굴절면; 및
    상기 제1 굴절면의 상부와 연결된 영역으로부터 상기 발광 다이오드의 중심축의 방향으로 갈수록 접선과 상기 발광 다이오드의 중심축 사이의 각도가 증가하는 곡면이고, 상기 관통홀의 상부와 연결되는 제2 굴절면;를 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 경화된 제2 투명 물질은,
    상기 제2 굴절면의 상부와 연결되고 상기 발광 다이오드의 중심축과 수직한 제3 굴절면을 포함하는 제2 굴절 커버를 형성하는 디스플레이 장치의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제3 굴절면의 곡률을 조절하도록 상기 분사되는 제2 투명 물질의 양을 조절하는 것;을 더 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법.
  15. 기판의 상면에, 발광 다이오드, 및 제1 투명 물질로 채워지고 상기 발광 다이오드로부터 미리 설정된 거리만큼 이격되어 위치하며 상기 발광 다이오드의 중심축과 평행한 제1 굴절면과 상기 발광 다이오드의 중심축을 중심으로 회전 대칭되는 관통홀을 포함하는 제1 굴절 커버를 형성하고;
    상기 제1 굴절 커버의 상부보다 높게 쌓이도록 상기 관통홀의 중심으로 제2 투명 물질을 분사하고;
    평판을 이용하여 상기 발광 다이오드의 중심축에 대응하는 위치로부터 상기 제2 투명 물질을 가압하고;
    상기 가압된 제2 투명 물질을 경화시키고;
    상기 기판의 전방에 액정 패널을 배치하는 것;을 포함하고,
    상기 경화된 제2 투명 물질은,
    상기 제1 굴절면의 상부와 연결된 영역으로부터 상기 발광 다이오드의 중심축의 방향으로 갈수록 접선과 상기 발광 다이오드의 중심축 사이의 각도가 증가하는 곡면인 제2 굴절면과 상기 제2 굴절면의 상부와 연결되고 상기 발광 다이오드의 중심축과 수직한 평면인 제3 굴절면을 포함하는 제2 굴절 커버를 형성하는 디스플레이 장치의 제조 방법.
PCT/KR2022/009660 2021-07-21 2022-07-05 디스플레이 장치 및 그 제조 방법 WO2023003219A1 (ko)

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