KR100780186B1 - 발광다이오드를 이용한 ｌｃｄ 백라이트 유니트 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광다이오드를 이용한 LCD 백라이트 유니트에 관하여 개시한다. 개시된 LCD 백라이트 유니트는: 청색광원, 적색광원 및 녹색광원을 구비하며, 상기 녹색광원은, UV 발광다이오드; 상기 UV 발광다이오드로부터의 광으로 여기되는 녹색 형광체;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
Description
도 1은 LED의 피크 파장에 따른 내부양자효율과 추출효율을 플로팅한 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 LCD 백라이트 유니트의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 녹색 광원의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 녹색 광원에 주입되는 전류에 따른 광량의 변화를 도시한 그래프이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 종래의 녹색 LED와 본 발명의 녹색광원에 주입되는 전류를 20mA로부터 500mA로 증가시킴에 따른 피크 파장의 변화를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 녹색광원에 주입되는 전류를 20 mA에서 500 mA 까지 증가시킴에 따른 녹색 색좌표의 변화를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 녹색 광원의 다른 실시예를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명*
10: 기판 12: 인쇄회로기판(printed circuit board)
20: 적색광원 30,130: 녹색광원
31: 패키징 프레임 32: 서브마운트
33: UV LED 칩 34: 수지
35,36: 형광물질 40: 청색광원
50: 도광판 60: 확산판
본 발명은 발광다이오드를 이용한 LCD 백라이트 유니트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광효율이 향상된 녹색광원을 이용한 LCD 백라이트 유니트에 관한 것이다.
액정 표시장치(LCD; Liquid Crystal Display)는 평판 패널 중에서 무게가 가볍고 소비전력이 적은 장점을 가지고 있으나, 그 자체가 발광하여 화상을 형성하지 못하고, 외부로부터 빛이 입사되어 화상을 형성하는 수광형 표시장치이므로, 어두운 곳에서는 화상을 관찰할 수 없는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 액정 표시장치의 배면에는 백라이트 장치(backlight device)가 설치된다.
종래의 백라이트 장치인 냉음극 형광램프(CCFL; Cold Cathode Fluorescent Lamp)는 개스방전에 의한 특성 피크 파장이 고정되어 있으며, 노이즈 파장이 존재하여 색순도가 낮다.
냉음극 형광램프를 대체하는 LED를 이용한 백라이트는 발광파장과 반치폭의 조절이 가능하며 색순도가 매우 높고, 색 표현력이 우수하므로 LCD용 백라이트로 연구되고 있다.
도 1은 LED의 피크 파장에 따른 내부양자효율과 추출효율을 플로팅한 그래프이다. 전 파장대역에서 추출효율은 큰 차이가 없으나, 500~600 nm 녹색파장의 내부양자효율이 10% 수준으로 매우 낮으므로 LED 삼색 광원을 이용하는 LCD 백라이트에서, 적색파장 및 청색파장의 광원 보다 많은 수, 예컨대 두 배의 녹색파장 광원을 사용하여야 하므로 소비전력 및 제조원가가 증가한다.
한편, LED는 밴드갭에서 광이 나오며, 밴드갭이 온도 및 전류의 함수이므로 LED의 온도 및 전류의 변화에 따라서 발광파장의 피크가 달라질 수 있으며, 따라서 발광 색이 불안정하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 녹색 광원 LED의 발광효율을 증가시킨 LCD 백라이트 유니트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 색좌표가 안정된 가시광을 발광하는 LED 광원을 구비한 LCD 백라이트 유니트를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 발광다이오드를 이용한 LCD 백라이트 유니트는:
청색광원, 적색광원 및 녹색광원을 구비하며,
상기 녹색광원은, 제1 UV 발광다이오드;
상기 제1 UV 발광다이오드로부터의 광으로 여기되는 녹색 형광체;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 청색광원, 적색광원, 녹색광원은 실질적으로 동일한 비율로 설치되며, 상기 청색광원, 적색광원, 녹색광원에 각각 입력되는 전류는 실질적으로 동일하다.
본 발명에 따르면, 상기 녹색형광체는 ZnS, (BaSr)2SiO4, LaPO4, BaMgAl10O17 으로 이루어진 그룹 중 선택된 어느 하나의 모체에 액티베이터를 첨가한다.
상기 녹색광원은, 패키징 프레임에 위치하며,
상기 녹색광원 및 상기 패키징 프레임 사이에는 실리콘 서브마운트가 더 배치될 수 있다.
본 발명에 일 국면에 따르면, 상기 제1 UV 발광다이오드 및 상기 녹색형광체 사이에는 상기 제1 UV 발광다이오드를 감싸는 볼록한 실리콘 수지가 형성되며, 상기 녹색형광체는 상기 실리콘 수지 상에 형성된다.
본 발명의 다른 국면에 따르면, 상기 녹색형광체는 실리콘 수지와 혼합되어서 상기 제1 UV 발광다이오드를 감싸는 볼록한 형상이다.
상기 청색광원은, 제2 UV 발광다이오드;
상기 제2 UV 발광다이오드로부터의 광으로 여기되는 청색 형광체;를 구비할 수 있다.
상기 적색광원은 제3 UV 발광다이오드;
상기 제3 UV 발광다이오드로부터의 광으로 여기되는 적색 형광체;를 구비할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명을 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 충분히 설명하기 위해 제공되는 것이다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 LCD 백라이트 유니트의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 기판(10) 위에 PCB(12)가 배치되어 있으며 PCB(12) 위에 복수의 적색광원(20), 녹색광원(30), 청색광원(40)이 배치되어 있다. 이들 적색광원(20), 녹색광원(30), 청색광원(40)은 실질적으로 동일한 비율로 설치된다. 또한, 적색광원(20), 녹색광원(30), 청색광원(40)에 각각 입력되는 전류는 실질적으로 동일하다.
이는 종래의 기술에서 적색 및 청색 광원에 대해서 2~3배의 녹색광원을 사용하는 것과 비교하여 백라이트 유니트의 제조원가 및 소비전력을 감소시킬 수 있게 한다. 상기 광원들로부터의 삼색광은 도광판(50)에서 서로 유니폼하게 혼합되어서 백색광으로 전환되어서 확산판(60)을 통해서 LCD 패널(미도시)로 입사된다. 상기 광원들(20,30,40)과 도광판(50), 확산판(60) 등의 배치는 다양하게 구현될 수 있으며, 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 녹색 광원의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도이다. 녹색 광원(30)은 패키징 프레임(31)의 바닥에 배치된 실리콘 서브마운트(32)와, UV LED(33)와, 서브마운트(32) 상에서 UV LED(33)를 볼록하게 감싸는 실리콘 수지(34)와, 상기 실리콘 수지(34) 상에 도포된 녹색 형광물질(35)을 구비한다. UV LED(33)는 InGaAlN 활성층(미도시)을 포함하며 200 ~ 430 nm 의 피크 파장의 광을 방출한다. 상기 실리콘 서브마운트(32)는 UV LED(33)로부터의 열을 외부로 용이하게 방출한다. 상기 실리콘 수지(34)는 표면장력에 의해서 상기 UV LED(33) 상에 볼록하게 형성되어서 그 위에 형성되는 녹색 형광물질(35)의 형상을 볼록하게 한다. 이러한 볼록한 녹색 형광물질(35)는 균일한 발광을 조장한다.
상기 녹색 형광물질(35)은 UV LED 칩(33)로부터 발광된 자외선으로 여기되어서 500nm ~ 550nm 범위의 파장을 가진 광을 방출하는 형광물질이 사용된다. 이러한 형광물질로는 ZnS:Cu,Al, (BaSr)2SiO4:EuM (M : Ho, Er, Ce 또는 Y), LaPO4:Eu, BaMgAl10O17:Eu 등이 사용될 수 있다. 이러한 녹색 형광물질(35)을 사용하면, 광전환효율이 45~50 % 정도이며, 따라서 도 1의 UV LED(33)의 65% 내부양자효율과 곱하면 대략 30% 정도의 발광효율을 얻을 수 있다. 따라서, UV LED(33)와 녹색 형광물질(35)을 사용하는 하나의 녹색 광원(30)은 종래의 2~3개의 녹색 LED와 유사한 발광효율을 가진다.
도 4는 본 발명의 녹색 광원에 주입되는 전류에 따른 광량의 변화를 도시한 그래프이다. UV LED에 주입되는 전류를 500 mA 까지 증가시킴에 따라서 UV LED의 광량이 선형적으로 증가되며, 이에 따라서 본 발명의 녹색 광원(UV-Green LED)으로부터의 녹색 광량도 선형적으로 증가됨을 알 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 각각 종래의 녹색 LED와 본 발명의 녹색광원에 주입되는 전류를 20mA로부터 500mA로 증가시킴에 따른 피크 파장의 변화를 도시한 그래프이다. 도 5a을 참조하면, 종래의 녹색 LED는 주입 전류의 증가에 따라서 피크 파장이 변하는 것을 보여주는 데 반하여, 본 발명의 녹색광원은 주입전류의 변화에도 피크파장의 변화가 거의 없었다.
도 6은 본 발명의 녹색광원에 주입되는 전류를 20 mA에서 500 mA 까지 증가시킴에 따른 녹색 색좌표의 변화를 도시한 그래프이다. 종래의 반도체 녹색 LED(GREEN LED)는 전류의 증가에 따라서 피크파장이 단파장으로 변하면서 색좌표가 좌측으로 이동한다. 본 발명의 녹색 광원(UV-GREEN LED)으로부터의 녹색광의 좌표는 전류의 변화에도 불구하고 색좌표가 X: 0.282 ± 0.0003, Y: 0.673 ± 0.003 으로 안정되게 나타났다. 이러한 일정한 색좌표의 발현은 녹색광원의 주입전류에 따른 피크 파장의 변화가 거의 없는 데 기인하며, 따라서 디스플레이의 백라이트 장치로 유용하게 사용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 녹색 광원의 다른 실시예를 개략적으로 보여주는 단면도이며, 도 3의 녹색광원과 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
녹색 광원(130)은 패키징 프레임(31)의 바닥에 배치된 실리콘 서브마운트(32)와, UV LED(33)와, 서브마운트(32) 상에서 UV LED를 볼록하게 감싸며 실리콘 수지와 혼합된 녹색 형광물질(35)을 구비한다. UV LED(33)는 InGaAlN 활성층(미도시)을 포함하며 200 ~ 430 nm 의 피크 파장의 광을 방출한다.
또한, 청색광원으로서 녹색광원과 같이 UV LED 칩 위에 420 nm ~ 480 nm 범위의 파장을 가진 청색광을 방출하는 형광물질이 사용될 수 있다. 이러한 형광물질로는 Ca10(PO4)6Cl2:Eu 또는 Sr5(PO4)3Cl:Eu 등이 사용될 수 있다.
적색광원으로서는 UV LED 칩 위에 600 nm ~ 700 nm 범위의 파장을 가진 적색광을 방출하는 형광물질이 사용될 수 있다. 이러한 형광물질로는 SrS:Eu, Y2O2S:Eu, YVO:Eu 또는 M(WO):Eu,Sm(M ; Li, Na, K, Ba, Ca 또는 Mg) 등이 사용될 수 있다. 청색광원과 적색광원의 구조는 도 3 및 도 7과 실질적으로 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 발광다이오드를 이용한 LCD 백라이트 유니트에 따르면, UV LED로 녹색광을 방출하므로 발광효율을 향상시킬 수 있으며, 따라서 LCD 백라이트 유니트에 사용되는 녹색 광원의 수를 줄일 수 있으며, 소비 전력도 낮출 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 도면을 참조하여 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.
Claims (18)
- 청색광원, 적색광원 및 녹색광원을 구비하며,상기 청색광원은 청색 LED이고,상기 적색광원은 적색 LED이고,상기 녹색광원은, 제1 UV 발광다이오드; 상기 제1 UV 발광다이오드로부터의 광으로 여기되는 녹색 형광체;를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 LCD 백라이트 유니트.
- 제 1 항에 있어서,상기 청색광원, 적색광원, 녹색광원은 실질적으로 동일한 비율로 설치되며, 상기 청색광원, 적색광원, 녹색광원에 각각 입력되는 전류는 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 유니트.
- 제 1 항에 있어서,상기 녹색형광체는 ZnS, (BaSr)2SiO4, LaPO4, BaMgAl10O17 으로 이루어진 그룹 중 선택된 어느 하나의 모체에 액티베이터를 첨가한 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 유니트.
- 제 1 항에 있어서,상기 제1 UV 발광다이오드의 피크파장은 200nm 내지 430 nm의 범위인 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 유니트.
- 제 4 항에 있어서,상기 제1 UV 발광다이오드는 InGaAlN 활성층을 포함하는 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 유니트.
- 제 1 항에 있어서,상기 녹색광원은, 패키징 프레임에 위치하며,상기 녹색광원 및 상기 패키징 프레임 사이에는 실리콘 서브마운트가 더 배치된 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 유니트.
- 제 1 항에 있어서,상기 제1 UV 발광다이오드 및 상기 녹색형광체 사이에는 상기 제1 UV 발광다이오드를 감싸는 볼록한 실리콘 수지가 형성되며, 상기 녹색형광체는 상기 실리콘 수지 상에 형성된 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 유니트.
- 제 1 항에 있어서,상기 녹색형광체는 실리콘 수지와 혼합되어서 상기 제1 UV 발광다이오드를 감싸는 볼록한 형상인 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 유니트.
- 녹색광원, 적색광원 및 청색광원을 구비하며,상기 녹색광원은, 제1 UV 발광다이오드; 상기 제1 UV 발광다이오드로부터의 광으로 여기되는 녹색 형광체;를 구비하고,상기 적색광원은 적색 LED이고,상기 청색광원은, 제2 UV 발광다이오드; 상기 제2 UV 발광다이오드로부터의 광으로 여기되는 청색 형광체;를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 LCD 백라이트 유니트.
- 제 9 항에 있어서,상기 청색 형광체는 Ca10(PO4)6Cl2 및 Sr5(PO4)3Cl 중 어느 하나의 모체에 액티베이터를 첨가한 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 유니트.
- 제 9 항에 있어서,상기 청색광원은, 패키징 프레임 상에 위치하며,상기 청색광원 및 상기 패키징 프레임 사이에는 실리콘 서브마운트가 더 배치된 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 유니트.
- 제 9 항에 있어서,상기 제2 UV 발광다이오드 및 상기 청색형광체 사이에는 상기 제2 UV 발광다이오드를 감싸는 볼록한 실리콘 수지가 형성되며, 상기 청색형광체는 상기 실리콘 수지 상에 형성된 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 유니트.
- 제 9 항에 있어서,상기 청색형광체는 실리콘 수지와 혼합되어서 상기 제2 UV 발광다이오드를 감싸는 볼록한 형상인 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 유니트.
- 녹색광원, 적색광원 및 청색광원을 구비하며,상기 녹색광원은, 제1 UV 발광다이오드; 상기 제1 UV 발광다이오드로부터의 광으로 여기되는 녹색 형광체;를 구비하고,상기 적색광원은 제3 UV 발광다이오드; 상기 제3 UV 발광다이오드로부터의 광으로 여기되는 적색 형광체;를 구비하고,상기 청색광원은 청색 LED인 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 LCD 백라이트 유니트.
- 제 14 항에 있어서,상기 적색 형광체는 SrS, Y2O2S, YVO, M(WO), SM 으로 이루어진 모체 중 적어도 어느 하나의 모체에 액티베이터를 첨가한 것이며, 여기서 M은 Li, Na, K, Ba, Ca, Mg 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 유니트.
- 제 14 항에 있어서,상기 적색광원은, 패키징 프레임 상에 위치하며,상기 적색광원 및 상기 패키징 프레임 사이에는 실리콘 서브마운트가 더 배치된 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 유니트.
- 제 14 항에 있어서,상기 제3 UV 발광다이오드 및 상기 적색형광체 사이에는 상기 제3 UV 발광다이오드를 감싸는 볼록한 실리콘 수지가 형성되며, 상기 적색형광체는 상기 실리콘 수지 상에 형성된 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 유니트.
- 제 14 항에 있어서상기 적색형광체는 실리콘 수지와 혼합되어서 상기 제3 UV 발광다이오드를 감싸는 볼록한 형상인 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 유니트.
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