KR20230031651A - 초슬림 백라이트 유닛 - Google Patents

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KR20230031651A
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조성식
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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 기판과 상기 기판에 실장되는 복수의 발광소자 및 상기 발광소자 상부에 배치되는 광학 시트를 포함하고, 상기 광학 시트는 일면을 통해 적어도 하나의 상기 발광소자의 발광면과 접촉하며, 상기 일면으로 입사되는 상기 발광소자의 광을 상기 일면에 대향되는 타면으로 출사하되, 내부에 형성된 광학 패턴에 의해 상기 광을 입사되는 방향과 다른 방향으로 굴절 또는 분산시켜 출사하는 백라이트 유닛을 제공한다.

Description

초슬림 백라이트 유닛 {Ultra-slim Backlight Unit}
본 발명의 실시예는 초슬림 백라이트 유닛에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 화합물 반도체(compound semiconductor)의 PN 다이오드 형성을 통해 발광원을 구성함으로써, 다양한 색의 광을 구현할 수 있는 일종의 반도체 소자를 말한다. 이러한 발광 소자는 수명이 길고, 소형화 및 경량화가 가능하며, 저전압 구동이 가능하다는 장점이 있다. 또한, 이러한 LED는 충격 및 진동에 강하고, 예열시간과 복잡한 구동이 불필요하며, 다양한 형태로 기판이나 리드프레임에 실장한 후, 패키징할 수 있어서 여러 가지 용도로 모듈화하여 백라이트 유닛(backlight unit)이나 각종 조명 장치 등에 적용할 수 있다.
한편, 백라이트 유닛은 광원의 배치 및 광의 전달 형태에 따라서 에지형(Edge-Type) 또는 직하형(Direct-Type) 등으로 구분될 수 있다. 그 중 직하형 백라이트 유닛은 LED 등의 광원이 표시 장치의 배면에 배치되어 광원에서 출사되는 광이 직접 디스플레이 패널로 제공되므로 광효율이 높은 장점이 있다.
직하형 백라이트 유닛에 사용되는 광원 장치는 발광 다이오드와, 발광 다이오드를 실장하고 그 구동을 위한 회로 소자 등을 포함하는 기판 등을 포함할 수 있으며, 또한, 점광원인 LED를 광원으로 이용함에 따라 광 균일도가 저하되므로, 광 균일도를 향상시키기 위한 다양한 종류의 확산부재가 포함될 수 있다. 예를 들어, 발광소자에서 방출된 광을 균일한 휘도의 광으로 확산하기 위한 광학 렌즈와 확산판이 포함될 수 있고, 광이 확산 되기 위한 충분한 광학 거리가 고려되어야 한다.
종래의 직하형 백라이트 유닛은 광의 확산을 위한 광학 렌즈와 확산판을 구비하고 광원과 확산판 간의 충분한 광학 거리가 확보되어야 하므로 일정 두께 이하로의 두께 감소가 어려운 문제가 있었다. 또한, 이러한 광학 렌즈와 다수의 광학 시트를 포함하게 됨으로 인해 유연성을 갖춘 디스플레이를 구현하는데 제한적인 문제가 있었다.
본 발명의 실시예들은 상기한 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 직하형 백라이트 유닛에서 확산판 및 광학 렌즈를 제거하여도 고휘도 및 색균일도를 만족하는 면광원을 구현할 수 있는 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예는, 기판과 상기 기판에 실장되는 복수의 발광소자 및 상기 발광소자 상부에 배치되는 광학 시트를 포함하고, 상기 광학 시트는 일면을 통해 적어도 하나의 상기 발광소자의 발광면과 접촉하며, 상기 일면으로 입사되는 상기 발광소자의 광을 상기 일면에 대향되는 타면으로 출사하되, 내부에 형성된 광학 패턴에 의해 상기 광을 입사되는 방향과 다른 방향으로 굴절 또는 분산시켜 출사하는 백라이트 유닛을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광학 시트는 상기 일면으로 입사되는 광의 입사각보다 상기 타면으로 출사되는 광의 출사각이 더 크도록 상기 일면과 상기 타면 사이에 상기 광학 패턴을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광학 시트의 상기 일면 중 상기 발광소자의 발광면과 접촉하지 않은 일면과 상기 기판의 상면까지의 거리는 상기 발광소자의 높이의 1.5배 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광학 시트의 타면과 접촉하는 색변환 시트와 상기 색변환 시트와 접촉하는 광변환 시트를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광학 시트가 상기 기판 상부에 고정되도록 하는 고정수단을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광학 시트의 내부에 형성된 상기 광학 패턴은 반복되는 패턴 구조를 가져 상기 광학 시트의 일면으로 입사된 광을 굴절 및 분산시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 패턴 구조는 육각형, 원뿔, 피라미드, 사다리꼴 또는 엠보싱 중 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 패턴 구조는 나노 렌즈 패턴일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광학 시트는 제1 광학 시트와 상기 제1 광학 시트 상부에 배치되는 제2 광학 시트를 포함하고, 상기 제1 광학 시트 및 상기 제2 광학 시트는 내부에 광학 패턴이 각각 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 광학 시트의 광학 패턴과 상기 제2 광학 시트의 광학 패턴은 비중첩되도록 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는, 기판과 상기 기판에 실장되는 복수의 발광소자 및 상기 발광소자 상부에 배치되는 광학 시트를 포함하고, 상기 발광소자는 상기 기판 상에서 이격되어 배열되며, 상기 광학 시트는 일면을 통해 상기 복수의 발광소자 중 최외곽에 배치되는 발광소자의 발광면과 적어도 일부 접촉하며, 상기 일면으로 입사되는 상기 발광소자의 광을 상기 일면에 대향되는 타면으로 출사하되, 내부에 형성된 광학 패턴에 의해 상기 광을 입사되는 방향과 다른 방향으로 굴절 또는 분산시켜 출사하는 백라이트 유닛을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 광학 시트는 상기 일면으로 입사되는 광의 입사각보다 상기 타면으로 출사되는 광의 출사각이 더 크도록 상기 일면과 상기 타면 사이에 상기 광학 패턴을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광학 시트의 상기 일면 중 상기 발광소자의 발광면과 접촉하지 않은 일면과 상기 기판의 상면까지의 거리는 상기 발광소자의 높이의 1.5배 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광학 시트의 타면과 접촉하는 색변환 시트와 상기 색변환 시트와 접촉하는 광변환 시트를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광학 시트가 상기 기판 상부에 고정되도록 하는 고정수단을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광학 시트의 내부에 형성된 상기 광학 패턴은 반복되는 패턴 구조를 가져 상기 광학 시트의 일면으로 입사된 광을 굴절 및 분산시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 패턴 구조는 육각형, 원뿔, 피라미드, 사다리꼴 또는 엠보싱 중 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 패턴 구조는 나노 렌즈 패턴일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광학 시트는 제1 광학 시트와 상기 제1 광학 시트 상부에 배치되는 제2 광학 시트를 포함하고, 상기 제1 광학 시트 및 상기 제2 광학 시트는 내부에 광학 패턴이 각각 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 광학 시트의 광학 패턴과 상기 제2 광학 시트의 광학 패턴은 비중첩되도록 배치될 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 백라이트 유닛은 확산판 및 광학 렌즈를 사용하지 않고도 휘도 특성 및 색균일도를 향상시킬 수 있고, 광학 거리를 감소시킴으로써 백라이트 유닛의 전체 두께가 감소되어 초슬림 백라이트 유닛을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 백라이트 유닛은 확산판 및 광학 렌즈를 적용하지 않음으로 인해 유연성을 갖춘 디스플레이의 구현에도 더 효과적인 백라이트 유닛을 제공할 수 있으며, 이에 따른 광학 렌즈 비용 등을 절감할 수 있어 제조 비용 절감효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 백라이트 유닛은 광원에서 방사되는 광의 휘도 손실을 최소화하면서 광을 균일하게 확산시켜 면광원을 구현할 수 있으며, 광원의 배열 간격을 넓힐 수 있어 더 적은 수의 광원을 사용하여 면광원을 구현함으로써 광원 비용 등을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 A부분을 확대하여 보여주는 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시트의 사시도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시트의 사시도이다.
도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시트의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 단면도로 제1 광학 시트와 제2 광학 시트를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 단면도이다.
도 6은 백라이트 유닛의 일 실시형태를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛과 종래의 백라이트 유닛의 성능실험 결과를 나타내는 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 이하의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예들은 다양한 변환을 가할 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 실시예들의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 내용들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 실시예들은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하의 실시예에서 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서 유닛, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 유닛, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
이하의 실시예에서 연결하다 또는 결합하다 등의 용어는 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 반드시 두 부재의 직접적 및/또는 고정적 연결 또는 결합을 의미하는 것은 아니며, 두 부재 사이에 다른 부재가 개재된 것을 배제하는 것이 아니다.
명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 이하의 실시예는 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 A부분을 확대하여 보여주는 단면도이며, 도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시트(300)의 사시도이다.
도 1 내지 도 3c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛은 기판(100), 기판에 실장되는 복수의 발광소자(200) 및 발광소자의 상부에 배치되는 광학 시트(300)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛은 광학 시트(300) 상부에 배치되는 색변환 시트(400)와 광변환 시트(500)를 더 포함할 수 있다.
백라이트 유닛의 기판(100)은 발광소자(200)와 전기적으로 연결되어, 발광소자(200)와 회로 기판 사이의 전기적 신호 전달을 매개하는 역할을 수행할 수 있다. 기판(100)의 일면 상에는 회로 소자와 전극이 구비될 수 있다. 기판(100)은 배선층이 형성되는 인쇄 회로 기판(PCB; Printed Circuit Board)이나, 연성 재질의 플렉스블 인쇄 회로 기판(FPCB; Flexible Printed Circuit Board)일 수 있다.
또한, 기판(100)은 복수의 발광소자(200)를 실장하고 지지할 수 있도록 적당한 기계적 강도와 절연성을 갖는 재료나 전도성 재료로 제작될 수 있다. 예를 들어, 기판은 레진, 글래스 에폭시 등의 합성 수지 기판이나, 열전도율을 고려하여 세라믹 기판이 적용될 수 있고, 이외에도 절연 처리된 알루미늄, 구리, 아연, 주석, 납, 금, 은 등의 금속 기판 등이 적용될 수 있으며, 플레이트 형태나 리드 프레임 형태의 기판들이 적용될 수 있다. 또한, 기판(100)은 정사각형 또는 직사각형 모양의 박막 형상으로 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
기판(100)은 발광소자(200)를 지지하고, 상기 발광소자(200)에서 방사되는 광을 반사시키는 역할을 수행할 수 있다. 이에 따라, 발광소자(200)에서 방사된 광은 기판(100)의 상면을 통해 반사되어 백라이트 유닛의 상부 방향으로 방출될 수 있다.
발광소자(200)는 기판(100) 상에 배치되어, 상부 방향의 광을 방사할 수 있다. 발광소자(200)는 일면을 통해 광을 방출하며, 상기 광이 방출되는 일면은 발광면으로 정의될 수 있다. 발광소자(200)는 회로 기판으로부터 전기적 신호를 제공받아 광을 방출하는 것일 수 있다.
기판(100)에 실장되는 발광소자(200)는 플립칩 타입(Flip-chip Type)의 발광소자일 수 있으나 반드시 이에 한정되지는 않고, 발광소자(200)는 각종 수평형 또는 수직형 LED이거나 각종 범프나 와이어나 솔더 등의 신호전달매체가 설치되는 다양한 형태의 발광소자들이 모두 적용될 수 있다.
발광소자(200)는 화합물 반도체의 조성비에 따라 서로 다른 파장의 광을 방사할 수 있다. 예를 들어, 발광소자(200)는 청색 파장의 광을 방사하는 청색 LED일 수 있으나 이에 제한되지 않고, 적색LED 및 녹색LED 중 어느 하나일 수도 있으며, 이외에도 다양한 파장의 광을 발생시키는 LED이거나 자외선 LED일 수 있다.
LED는 LED 칩의 크기에 따라 대형 LED(칩의 크기: 1000 um 이상), 중형 LED(칩의 크기: 300-500 um), 소형 LED(칩의 크기: 200-300 um), 미니 LED(칩의 크기: 100-200 um), 마이크로 LED(칩의 크기: 100 um 이하)로 분류될 수 있다. 백라이트 유닛의 LED 칩 크기가 작아질수록, LED의 개수를 용이하게 조정할 수 있고, 백라이트 유닛의 휘도 특성 및 색균일도를 향상시킬 수 있다. 또한, LED 칩의 크기가 작아질수록, 백라이트 유닛의 두께가 감소되어 백라이트 유닛의 슬림화를 달성할 수 있고, 소비전력을 줄일 수 있어 배터리의 수명을 연장할 수 있으며 휴대 장치에서의 성능이 향상될 수 있다. 예를 들어, 미니 LED 또는 마이크로 LED를 사용할 경우 LED의 크기가 작아지므로 로컬 디밍이 가능하고, 로컬 디밍을 통하여 표시 장치의 화질을 개선하고 전력을 효율화할 수 있다.
복수의 발광소자(200)는 기판(100) 상에 바둑판식으로 배열되어 직하형으로 형성될 수 있다. 기판(100) 상에 실장되는 발광소자(200)는 다양한 수의 구성으로 이루어질 수 있다. 또한, 복수의 발광소자(200)는 일정한 간격으로 이격되어 배열될 수 있으나 이에 제한되지 않고, 설계자의 의도에 따라 기판(100)의 평면 상에 다양한 형태로 실장될 수 있다.
복수의 발광소자(200)들로부터 방출되는 광은 후술할 광학 시트(300)를 통하여 확산되어 균일한 크기로 외부에 출력될 수 있다.
한편, 광학 시트(300)는 일면을 통해 적어도 하나의 발광소자(200)의 발광면과 접촉하며, 일면으로 입사되는 발광소자(200)의 광을 상기 일면에 대향되는 타면으로 출사하되, 내부에 형성된 광학 패턴에 의해 광을 입사되는 방향과 다른 방향으로 굴절 또는 분산시켜 출사할 수 있다.
광학 시트(300)는 발광소자(200)의 상부에 배치될 수 있으며, 내부에 광학 패턴이 형성되어 광학 시트(300)의 일면으로 입사되는 광을 굴절 또는 분산시켜 타면으로 출사할 수 있다. 광학 시트(300)의 일면은 발광소자(200)의 발광면에 근접하게 배치되는 면으로 발광소자(200)에서 방사되는 광이 입사될 수 있다. 광학 시트(300)의 타면은 상기 일면에 대향되는 면으로 광학 시트(300)의 내부로 입사되는 광이 광학 시트(300)를 통과하여 타면으로 출사될 수 있다.
광학 시트(300)는 투명한 소재의 필름 형태로 구현될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 광학 시트(300)는 얇고 대체로 투명한 형태로, 광학 시트(300)의 일면으로 입사되는 광을 대부분 통과시켜 타면으로 출사하므로 광투과율이 높고 광효율이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
광학 시트(300)는 광을 확산할 수 있는 재질의 수지로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 광학 시트(300)는 유연성을 갖는 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 또는 폴리카보네이트(PC) 재질로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
광학 시트(300)는 광을 확산시키는 역할을 수행하게 되는데, 내부에 형성된 광학 패턴에 의해 광학 시트(300)의 일면으로 입사되는 광을 굴절 또는 분산시킬 수 있다.
도 2에 도시된 광학 시트(300)는 내부에 원뿔 형태의 광학 패턴이 형성된 경우의 단면도를 도시한 것으로, 발광소자(200)의 발광면 상부에 배치되는 광학 시트(300)의 일면으로 발광소자(200)에서 방사된 광이 입사하게 되고, 입사된 광은 광학 시트(300)의 내부에 형성된 광학 패턴에 의해 반사, 굴절 또는 분산되며 반사, 굴절 또는 분산된 광이 일면과 대향되는 타면으로 출사되게 된다.
광학 시트(300)의 일면으로 입사되는 광의 입사각을 θ1이라고 하고, 광학 시트(300)의 타면으로 출사되는 광의 출사각을 θ2라고 하였을 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛은 θ1<θ2의 관계를 만족하도록 광학 시트(300)를 배치할 수 있다. 광학 시트(300)의 일면으로 입사되는 광은 그 입사각에 따라 타면으로 출사되는 광의 출사각이 결정되는데, 광학 시트(300)의 일면으로 굴절 또는 분산되어 입사된 광이 광학 시트(300)의 내부에 형성된 광학 패턴에 의해 또다시 굴절 또는 분산되고 광학 시트(300)의 타면으로 출사되면서 한번 더 굴절 또는 분산됨으로 인해 광학 시트(300)를 통과하는 광의 출사각이 입사각보다 더 커질 수 있다. 따라서, 발광소자(200) 상부에 내부에 광학 패턴이 형성된 광학 시트(300)를 배치함으로써, 발광소자(200)에서 방사되는 광의 확산효과를 얻을 수 있고 점광원인 발광소자(200)의 광을 면광원으로 용이하게 구현할 수 있다.
발광소자(200)의 상부에 배치되는 광학 시트(300)의 일면은 발광소자(200)의 발광면과 일부 접촉할 수 있다. 복수의 발광소자(200) 중 적어도 하나의 발광소자(200)의 발광면은 광학 시트(300)의 일면과 접촉할 수 있다. 광학 시트(300)는 유연성을 가지는 시트로 형성되어 어느 정도 구부러지거나 휠 수 있어 광학 시트(300)의 일면 중 일부만 발광소자(200)의 발광면과 접촉할 수 있다. 광학 시트(300)는 발광소자(200)의 상부에 간격없이 배치되어 복수의 발광소자(200)의 발광면 전체와 광학 시트(300)의 일면이 접촉할 수도 있다.
발광소자(200)의 발광면과 접촉하지 않은 광학 시트(300)의 일부는 기판(100)의 상면과 거리 d만큼 떨어져 배치될 수 있는데, 이때 광학 시트(300)의 일면과 발광소자(200)의 발광면과의 간격(h2)은 발광소자(200)의 높이(h1)의 절반보다 작거나 같을 수 있다. 따라서, 발광소자(200)의 발광면과 접촉하지 않은 광학 시트(300)의 일면과 기판(100)의 상면까지의 거리(d)는 발광소자(200)의 높이(h1)의 1.5배 이하일 수 있다.
광학 시트(300)의 내부에 형성되는 광학 패턴은 육각뿔, 원뿔, 피라미드 등의 도형의 형태가 일정간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 그러나, 이것은 광학 패턴의 바람직한 실시예이며 본 발명은 이에 한정되지 않고, 광학 패턴의 형태, 간격 및 크기는 설계자의 의도에 따라 다르게 구성될 수 있다. 예를 들어, 광학 시트(300)의 내부에 형성되는 광학 패턴은 균일한 크기의 원뿔 형상이 바둑판식으로 배열될 수 있고, 간격이 다르게 배열될 수도 있으며, 서로 크기가 다른 원뿔 형상이 배열될 수도 있고, 다른 도형이 뒤섞여 배열될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시트(300)는 내부에 광학 패턴이 형성될 수 있으며, 광학 패턴은 반복되는 패턴 구조를 가져 광학 시트(300)의 일면으로 입사된 광을 굴절 및 분산시킬 수 있다. 또한, 반복되는 패턴 구조는 육각형, 원뿔, 피라미드, 사다리꼴 또는 엠보싱 중 하나일 수 있으며, 나노 렌즈 패턴일 수도 있다.
광학 패턴의 반복되는 패턴 구조는 육각형, 원뿔, 피라미드 또는 사다리꼴 중 하나의 도형 형상이 광학 시트(300)의 하부 방향(광이 입사되는 일면 방향)으로 돌출되는 형상일 수 있으며, 오목렌즈 형상이 반복되는 엠보싱일 수 있고, 나노 크기의 볼록렌즈가 배열되는 나노 렌즈 패턴일 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 입사광을 굴절 또는 분산시킬 수 있는 광학 패턴을 모두 적용할 수 있다. 광학 패턴은 포토리소그래피 공정, 마스터 몰드 공정, 프린팅 공정 및 기타 물리적 가공방법에 의해 베이스 기재의 일면에 형성될 수 있으며, 각종 패턴 형성 방법이라면 자유롭게 이용될 수 있다.
광학 패턴의 반복되는 패턴 구조가 내부에 형성된 광학 시트(300)의 광의 확산에 의해 본 발명의 실시예들에 따른 백라이트 유닛은 점광원인 발광소자의 광을 면광원으로 출사시킬 수 있게 되고, 균일한 휘도를 가지는 백라이트 유닛을 제공할 수 있게 된다.
기판(100)과 광학 시트(300) 사이에는 에어 갭(Gap)이 형성될 수 있으며, 발광소자(200)의 발광면에서 방사된 광이 굴절률의 차이에 의해 에어 갭에서 굴절 또는 분산될 수 있다. 이렇게 확산된 광 중 기판(100) 방향으로 돌아온 광은 기판(100) 상에서 재반사되어 광학 시트(300)에 입사할 수 있다. 에어 갭은 기판(100)과 광학 시트(300) 사이에서 형성될 수도 있고, 발광소자(200)의 상면과 발광소자(200)에 접촉하지 않은 광학 시트(300) 사이에서 형성될 수도 있다.
종래의 백라이트 유닛은 발광소자(200)와 광학 부재들(확산판 등) 사이의 거리로 정의되는 광학 거리를 충분히 확보하여야 광의 확산 효과를 높이고 균일한 휘도의 광을 출력할 수 있었고, 이를 위해 지지부재 등을 갖추어야 했다. 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛은 광학 거리를 광원 두께의 1/2 이하로 감소시킬 수 있고, 지지부재를 사용하지 않을 수 있으며, 광학 시트(300)가 발광소자(200)에 직접 접촉함으로 인해 광학 거리가 없어질 수도 있다. 전체 백라이트 유닛의 두께는 발광소자(200)와 광학 시트들의 두께의 합 정도로 감소될 수 있으며, 예컨대 0.7mm 내지 2mm일 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛은 두께가 매우 감소된 초슬림 백라이트 유닛을 제공할 수 있고, 이러한 백라이트 유닛을 포함하는 표시 장치의 슬림화를 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛은 광학 시트(300)의 상부에 색변환 시트(400)와 광변환 시트(500)를 더 포함할 수 있다. 색변환 시트(400)는 광학 시트(300)의 타면과 접촉할 수 있고, 광변환 시트(500)는 색변환 시트(400)와 접촉하도록 배치될 수 있다.
색변환 시트(400)는 특정 파장범위의 광을 흡수하여 흡수한 광과 다른 파장범위의 광을 방출할 수 있는 색변환 물질을 포함하여 입사되는 광의 색을 변환할 수 있다. 일반적으로 발광소자(200)는 청색의 LED를 사용하게 되는데, 색변환 시트(400)는 형광체 등의 색변환 물질을 포함하여 청색의 광을 백색의 광으로 변환할 수 있다.
광변환 시트(500)는 입사되는 광의 경로를 변경할 수 있다. 광변환 시트(500)는 광변환 물질을 포함하거나 일면에 패턴이 형성되어, 입사되는 광의 경로를 변화시킬 수 있으며, 설계자의 의도에 따라 출사되는 광의 휘도 및 광균일도 등을 조정하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 광변환 시트(500)는 광변환 물질을 포함하여 광량이 큰 영역과 작은 영역 간의 휘도 편차 등을 감소시킬 수 있다. 광변환 시트(500)는 확산시트 또는 프리즘시트일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 입사되는 광의 경로를 변경해주는 광경로변환시트는 모두 적용 가능하다.
광학 시트(300)의 상부에 색변환 시트(400)와 광변환 시트(500)가 접촉되도록 배치함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛은 휘도와 색균일도가 향상된 면광원을 제공할 수 있고, 백라이트 유닛의 전체 두께를 현저히 감소시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 단면도로, 제1 광학 시트(310) 위에 배치되는 제2 광학 시트(320)를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 광학 시트(300)는 여러 개의 광학 시트(300)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 시트(300)는 제1 광학 시트(310)와 제2 광학 시트(320)를 포함할 수 있다. 백라이트 유닛이 2개의 광학 시트(300)를 포함하는 경우, 제1 광학 시트(310)는 발광소자(200)의 상부에 배치되며, 제2 광학 시트(320)는 제1 광학 시트(310)의 상부에 배치될 수 있다. 제1 광학 시트(310)는 발광소자(200)의 발광면과 접촉할 수 있으며, 제2 광학 시트(320)는 제1 광학 시트(310)에 인접하게 배치되거나, 제1 광학 시트(310)와 간격이 없이 배치되어 제1 광학 시트(310)와 접촉할 수 있다. 제1 광학 시트(310)와 제2 광학 시트(320)는 같은 재질일 수 있고, 내부에 광학 패턴이 형성될 수 있다. 제1 광학 시트(310)와 제2 광학 시트(320)의 광학 패턴은 같을 수 있으나, 이에 한정되지 않고 각각 다르게 형성될 수도 있다.
제2 광학 시트(320)는 제1 광학 시트(310)의 상부에 배치되어 제1 광학 시트(310)로부터 방출되는 광을 굴절 및 분산시키는 역할을 할 수 있다. 제2 광학 시트(320)를 제1 광학 시트(310)의 상부에 배치함으로써 발광소자(200)로부터 방사되는 광은 더욱 균일하게 분산될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제2 광학 시트(320)의 광학 패턴은 제1 광학 시트(310)의 광학 패턴과 비중첩되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 제1 광학 시트(310)와 제2 광학 시트(320) 모두 원뿔 형상의 광학 패턴이 형성된 광학 시트를 배치하는 경우, 제2 광학 시트(320)의 원뿔 형상의 꼭지점이 제1 광학 시트(310)의 원뿔 형상의 꼭지점들 사이에 배치되도록 제2 광학 시트(320)를 배치할 수 있다. 발광소자(200)의 상부에 배치되는 제1 광학 시트(310)와 제2 광학 시트(320)의 광학 패턴이 비중첩되도록 배치함으로써 발광소자(200)로부터 방사되는 광을 더욱 효과적으로 분산하여 출사시킬 수 있고 면광원을 용이하게 구현할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 단면도로, 광학 시트(300)가 기판(100)의 상부에 고정되도록 하는 고정수단(600)을 더 포함하는 백라이트 유닛의 개략적인 단면을 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 광학 시트(300)는 고정수단(600)에 의해 기판(100)과 함께 고정될 수 있고, 예를 들어, 고정수단(600)은 기판(100)과 광학 시트(300), 색변환 시트(400), 광변환 시트(500)를 함께 결합시키는 브라켓 타입이거나 기판의 하면과 측면 및 광학 부재를 모두 감싸는 커버 형식일 수 있다. 그러나, 고정수단(600)은 이에 한정되지 않고, 광학 시트(300)를 기판(100)의 상부에 고정되도록 하는 고정수단은 모두 사용될 수 있다.
예를 들어, 광학 시트(300)는 적어도 하나의 발광소자(200)의 발광면에 부착되어 고정될 수 있다. 일 실시예로서, 광학 시트(300)는 접착 수단에 의해 직접 발광소자(200)의 발광면에 부착될 수 있다. 다른 실시예로서, 백라이트 유닛은 도 5의 고정수단(600)을 이용하여 광학 시트(300)의 일면이 발광소자(200)의 발광면과 접촉되도록 유도할 수도 있다.
도 6은 백라이트 유닛의 일 실시형태를 나타내는 도면으로, 최외곽에 배치되는 발광소자(210)를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 발광소자(200)는 기판(100) 상에서 간격을 두고 이격되어 배열될 수 있으며, 기판(100)에 실장되는 복수의 발광소자(200) 중 최외곽에 배치되는 발광소자(210)는 광학 시트(300)의 일면과 적어도 일부 접촉하도록 광학 시트(300)를 배치할 수 있다.
발광소자(200)는 바둑판 배열, 동심원 배열 등 다양하게 배열될 수 있는데, 그 중 최외곽에 배치되는 발광소자(210)의 발광면이 광학 시트(300)의 일면과 적어도 일부 접촉하도록 함으로써, 광학 시트(300)의 일면 전체가 발광소자(200)의 발광면과 인접하게 배치되도록 할 수 있다. 따라서, 광학 시트(300)의 일면으로 입사되는 광이 안정적으로 입사되어 광학 시트(300)의 내부에 형성된 광학 패턴에 의해 굴절 또는 분산되고 광학 시트(300)의 타면으로 출사될 수 있게 된다.
여기서, 광학 시트(300)의 일면은 접착수단을 이용하여 최외곽에 배치되는 발광소자(210)의 발광면과 부착되어 고정될 수 있다. 또는 도 5에 도시된 바와 같이, 광학 시트(300)의 일면은 고정 수단(600, 도 5 참조)에 의해 최외곽에 배치되는 발광소자(210)의 발광면과 접촉할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛과 종래의 백라이트 유닛의 성능실험 결과를 나타내는 것이다.
도 7을 참조하면, 상부에 있는 사진은 비교 실시예에 따른 백라이트 유닛으로 실험한 결과로 광원의 상부에 광학 거리 없이 확산판을 적용하고 확산판의 상부에 색변환 시트(400) 및 광변환 시트(500)를 추가하여 적용하였을 때의 모습이고, 하부에 있는 사진은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시트(300)를 적용하였을 때의 모습이다.
비교 실시예에 따른 백라이트 유닛은 확산판을 사용하고 색변환 시트(400)를 적용한 결과 광원 상부에 광량이 큰 핫스팟(Hot Spot)이 발생하여 광원이 없는 부분과 균일하지 않은 휘도를 나타내는 것을 알 수 있다.
이에 반해, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시트(300)를 적용하게 되면 광학 거리가 0에 가깝게 광학 시트(300)를 배치하였음에도 불구하고 광원의 광이 균일하게 확산된 것을 알 수 있고 균일한 휘도의 출력을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛은 광학 시트(300) 또는 제1 광학 시트(310) 및 제2 광학 시트(320)가 발광소자(200)로부터 방사되는 광을 효과적으로 확산시킴으로 인해 광학 거리를 감소시킬 수 있고, 전체 백라이트 유닛의 두께를 감소시킬 수 있으며, 광학 렌즈, 지지부재 등 불필요한 광학 부재 등을 삭제하여 유연성을 가진 디스플레이의 구현도 더욱 용이해질 수 있으며, 광을 효과적으로 확산시킬 수 있게 됨에 따라 기판(100) 상의 발광소자(200)간의 간격을 더 넓힐 수 있게 되고, 이에 따른 제조 비용 절감 효과를 얻을 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 기판
200 : 발광소자
210 : 최외곽에 배치되는 발광소자
300 : 광학 시트
310 : 제1 광학 시트
320 : 제2 광학 시트
400 : 색변환 시트
500 : 광변환 시트
600 : 고정수단

Claims (20)

  1. 기판;
    상기 기판에 실장되는 복수의 발광소자; 및
    상기 발광소자 상부에 배치되는 광학 시트;를 포함하고,
    상기 광학 시트는 일면을 통해 적어도 하나의 상기 발광소자의 발광면과 접촉하며, 상기 일면으로 입사되는 상기 발광소자의 광을 상기 일면에 대향되는 타면으로 출사하되, 내부에 형성된 광학 패턴에 의해 상기 광을 입사되는 방향과 다른 방향으로 굴절 또는 분산시켜 출사하는, 백라이트 유닛.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 광학 시트는 상기 일면으로 입사되는 광의 입사각보다 상기 타면으로 출사되는 광의 출사각이 더 크도록 상기 일면과 상기 타면 사이에 상기 광학 패턴을 형성하는, 백라이트 유닛.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 광학 시트의 상기 일면 중 상기 발광소자의 발광면과 접촉하지 않은 일면과 상기 기판의 상면까지의 거리는 상기 발광소자의 높이의 1.5배 이하인 것을 특징으로 하는, 백라이트 유닛.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 광학 시트의 타면과 접촉하는 색변환 시트와 상기 색변환 시트와 접촉하는 광변환 시트를 더 포함하는, 백라이트 유닛.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 광학 시트가 상기 기판 상부에 고정되도록 하는 고정수단을 더 포함하는, 백라이트 유닛.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 광학 시트의 내부에 형성된 상기 광학 패턴은 반복되는 패턴 구조를 가져 상기 광학 시트의 일면으로 입사된 광을 굴절 및 분산시키는, 백라이트 유닛.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 패턴 구조는 육각형, 원뿔, 피라미드, 사다리꼴 또는 엠보싱 중 하나인 것을 특징으로 하는, 백라이트 유닛.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 패턴 구조는 나노 렌즈 패턴인 것을 특징으로 하는, 백라이트 유닛.
  9. 제1 항에 있어서
    상기 광학 시트는 제1 광학 시트와 상기 제1 광학 시트 상부에 배치되는 제2 광학 시트를 포함하고,
    상기 제1 광학 시트 및 상기 제2 광학 시트는 내부에 광학 패턴이 각각 형성된, 백라이트 유닛.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 광학 시트의 광학 패턴과 상기 제2 광학 시트의 광학 패턴은 비중첩되도록 배치되는, 백라이트 유닛.
  11. 기판;
    상기 기판에 실장되는 복수의 발광소자; 및
    상기 발광소자 상부에 배치되는 광학 시트;를 포함하고,
    상기 발광소자는 상기 기판 상에서 이격되어 배열되며,
    상기 광학 시트는 일면을 통해 상기 복수의 발광소자 중 최외곽에 배치되는 발광소자의 발광면과 적어도 일부 접촉하며, 상기 일면으로 입사되는 상기 발광소자의 광을 상기 일면에 대향되는 타면으로 출사하되, 내부에 형성된 광학 패턴에 의해 상기 광을 입사되는 방향과 다른 방향으로 굴절 또는 분산시켜 출사하는, 백라이트 유닛.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 광학 시트는 상기 일면으로 입사되는 광의 입사각보다 상기 타면으로 출사되는 광의 출사각이 더 크도록 상기 일면과 상기 타면 사이에 상기 광학 패턴을 형성하는, 백라이트 유닛.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 광학 시트의 상기 일면 중 상기 발광소자의 발광면과 접촉하지 않은 일면과 상기 기판의 상면까지의 거리는 상기 발광소자의 높이의 1.5배 이하인 것을 특징으로 하는, 백라이트 유닛.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 광학 시트의 타면과 접촉하는 색변환 시트와 상기 색변환 시트와 접촉하는 광변환 시트를 더 포함하는, 백라이트 유닛.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 광학 시트가 상기 기판 상부에 고정되도록 하는 고정수단을 더 포함하는, 백라이트 유닛.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 광학 시트의 내부에 형성된 상기 광학 패턴은 반복되는 패턴 구조를 가져 상기 광학 시트의 일면으로 입사된 광을 굴절 및 분산시키는, 백라이트 유닛.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 패턴 구조는 육각형, 원뿔, 피라미드, 사다리꼴 또는 엠보싱 중 하나인 것을 특징으로 하는, 백라이트 유닛.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 패턴 구조는 나노 렌즈 패턴인 것을 특징으로 하는, 백라이트 유닛.
  19. 제11 항에 있어서
    상기 광학 시트는 제1 광학 시트와 상기 제1 광학 시트 상부에 배치되는 제2 광학 시트를 포함하고,
    상기 제1 광학 시트 및 상기 제2 광학 시트는 내부에 광학 패턴이 각각 형성된, 백라이트 유닛.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 제1 광학 시트의 광학 패턴과 상기 제2 광학 시트의 광학 패턴은 비중첩되도록 배치되는, 백라이트 유닛.
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