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모노크롬 LCD 백라이트 모듈 설계 솔루션

Jun 28, 2022

소개

백라이트 모듈(Backlight Module, BLM)은 모노크롬 LCD를 구성하는 핵심 부품 중 하나입니다. 액정 디스플레이는 자체적으로 빛을 내지 않기 때문에 화면을 표시하려면 별도의 광원을 제공하는 백라이트 모듈이 필요합니다. 일반적인 모노크롬 LCD용 백라이트 모듈은 LED 광원, 도광 패턴이 형성된 도광판(Light Guide Plate, LGP), 확산 시트 등의 부품으로 구성됩니다.

도광판은 LED 광원에서 발생한 빛을 원하는 방향으로 유도하여 디스플레이의 휘도와 휘도 균일도를 향상시키는 역할을 합니다. 도광판 소재로는 일반적으로 폴리카보네이트(PC) 또는 광학용 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)가 사용되며, 사출 성형 공정을 통해 제작됩니다. 필요한 도광 패턴을 금형 인서트(stamper)에 적용하면 사출 성형 과정에서 도광판과 도광 패턴을 동시에 형성할 수 있습니다.

확산 시트는 빛을 보다 균일하게 분산시키며, 반사 시트는 도광판 하부 방향으로 진행하는 빛을 다시 도광판 내부로 반사시켜 광 이용 효율을 높이고 빛샘을 줄이는 역할을 합니다. 모노크롬 LCD용 백라이트 모듈에는 일반적으로 엣지형(Edge-Lit) 백라이트 구조가 사용됩니다. LED 광원을 도광판 측면에 배치하고, 도광판 가장자리로 입사된 빛을 내부에서 유도 및 분산시켜 표시 영역 전체에 균일하게 전달합니다.

모노크롬 LCD용 백라이트 모듈

엣지형 백라이트 모듈 구조

그림 1: 엣지형 백라이트 모듈 구조

엣지형 백라이트 모듈을 설계할 때는 기구 구조와 요구되는 디스플레이 성능을 함께 고려해야 합니다. 제품의 기구 설계와 적용 요구사항에 따라 도광판은 단일 소재·단일 금형 사출 성형 방식(그림 2A) 또는 이중 소재·이중 금형 사출 성형 방식(그림 2B)으로 제작할 수 있습니다.

백라이트 모듈 구조

그림 2A: 단일 소재·단일 금형 사출 성형

그림 2B: 이중 소재·이중 금형 사출 성형

도광판에 도광 기능과 기구적 위치 결정 기능을 함께 구현하려면 단일 소재·단일 금형 사출 성형 구조를 적용할 수 있습니다. 위치 결정용 돌기와 벽 등의 기구 구조를 도광판과 일체형으로 성형하기 때문에 이러한 부분에도 빛이 전달됩니다.

장점: 하나의 금형만 사용하므로 금형 비용과 재료 비용을 절감할 수 있습니다.

단점:
(a) LCD 표시 영역(Viewing Area, VA) 외부에서 빛샘이 발생할 수 있습니다. 예를 들어 도광판의 벽이나 위치 결정용 돌기에 빛이 전달되어 밝게 보일 수 있습니다.
(b) 동일한 백라이트 크기에서는 휘도가 다소 낮습니다.
(c) 복잡한 기구적 위치 결정 구조는 하나의 금형으로 구현하기 어려울 수 있습니다.

권장 적용: 비용 절감이 중요한 애플리케이션에 적합합니다. VA 외부에서 발생하는 빛이 사용자에게 직접 보이지 않도록 제품의 기구 구조에 차광 설계를 적용할 수 있습니다.

빛샘을 줄이고 기구 조립을 용이하게 해야 하는 경우에는 이중 소재·이중 금형 사출 성형 구조를 적용할 수 있습니다. 도광판과 플라스틱 프레임을 각각 별도의 금형으로 성형합니다.

장점:
(a) VA 외부에 빛이 나타나지 않습니다. 예를 들어 도광판의 벽이나 위치 결정용 돌기가 밝게 보이지 않습니다.
(b) 동일한 백라이트 크기에서는 단일 소재·단일 금형 사출 성형 구조보다 휘도가 다소 높습니다.
(c) 보다 복잡한 기구적 위치 결정 구조를 적용할 수 있습니다.

단점: 두 개의 금형이 필요하므로 금형 비용과 재료 비용이 높아집니다.

권장 적용: VA 외부에 빛이 나타나는 것을 허용하지 않는 애플리케이션이나 더 높은 백라이트 휘도가 필요한 경우에 적합합니다. 단일 소재·단일 금형과 이중 소재·이중 금형 사출 성형 도광판의 구조적 차이는 아래에서 비교할 수 있습니다.

단일 소재·단일 금형 및 이중 소재·이중 금형 도광판 비교

단일 소재·단일 금형 사출 성형 도광판

위치 결정용 돌기는 투명하며, 백라이트 하단에는 반사 시트가 적용됩니다.

이중 소재·이중 금형 사출 성형 도광판

위치 결정용 돌기는 불투명합니다. 플라스틱 프레임이 빛을 투과시키지 않으므로 백라이트 하단에 반사 시트를 적용할 필요가 없습니다.

단일 소재·단일 금형 사출 성형 도광판

측면에 반사 테이프를 적용합니다.

이중 소재·이중 금형 사출 성형 도광판

측면에 반사 테이프를 적용할 필요가 없습니다.

단일 소재·단일 금형 사출 성형 도광판

도광판과 위치 결정용 돌기는 일체형으로 성형됩니다.

이중 소재·이중 금형 사출 성형 도광판

도광판과 플라스틱 프레임은 각각 분리된 부품으로 구성됩니다.

단일 소재·단일 금형 사출 성형 도광판

위치 결정용 돌기와 측면 벽에 빛이 전달되어 밝게 보입니다.

이중 소재·이중 금형 사출 성형 도광판

위치 결정용 돌기와 측면 벽이 밝게 보이지 않습니다.

단일 소재·단일 금형 사출 성형 도광판

측면에 반사 테이프를 적용해도 빛샘이 발생할 수 있습니다.

이중 소재·이중 금형 사출 성형 도광판

측면에서 빛샘이 발생하지 않습니다.

단일 소재·단일 금형 사출 성형 도광판

하단에 반사 시트를 적용해도 소량의 빛이 투과될 수 있습니다.

이중 소재·이중 금형 사출 성형 도광판

하단의 플라스틱 프레임은 불투명하여 빛이 투과되는 것을 차단합니다.

빛샘 저감, 기구 조립의 편의성 및 LCD 보호가 요구되는 애플리케이션에는 이중 소재·이중 금형 사출 성형 구조를 적용할 수 있습니다. 플라스틱 프레임에는 LCD의 네 면을 둘러싸는 벽 구조를 적용할 수 있습니다(그림 5). 제품 내부 공간이 제한적인 경우에는 양쪽 두 면에만 벽 구조를 적용할 수도 있습니다(그림 6). 프레임에 벽 구조를 적용할 경우 다음과 같은 장점이 있습니다.