KR100906566B1 - Ｌｃｄ용 백라이트유닛 - Google Patents

Abstract

청색 LED칩과 황색 형광체를 포함하는 LED 광원을 이용하되, 황색광으로부터 녹색, 적색 파장의 순도를 높이고, 이에 의해, 색재현율이 향상된 LCD용 백라이트 유닛이 개시된다. 개시된 LCD용 백라이트 유닛은, 청색 LED칩과 황색 형광체에 의해 백색광을 구현하되, 상기 황색 형광체는 상기 LED칩으로부터의 청색광 일부를 녹색 영역으로부터 적색 영역까지 걸쳐 있는 황색광으로 파장 변환하는 LED 광원과, 상기 LED 광원으로부터 나온 광의 진행 경로에 위치하며, 상기 LED 광원의 광으로부터 녹색과 적색의 중간 영역에 있는 파장의 광을 흡수하는 흡수필름을 포함한다.

LCD, 백라이트, LED, 광원, 황색, 파장, 흡수필름, 녹색, 적색

Description

ＬＣＤ용 백라이트유닛{BACK LIGHT UNIT FOR LCD}

본 발명은 LCD(Liquid Crystal Display)용 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 색재현성이 향상된 LCD용 백라이트 유닛에 관한 것이다.

이동통신 단말기, 디지털 카메라, 노트북, 모니터, TV 등 여러 가지 전자기기에는 영상을 표시하기 위한 표시장치가 구비된다. 표시장치로는 다양한 종류가 사용될 수 있으나, 전자기기의 특성상 평판 형상을 갖는 표시장치가 주로 사용되며, 특히 액정(Liquid Crystal)을 이용하여 영상을 표시하는 LCD가 널리 사용되고 있다. LCD는 다른 표시장치에 비해 얇고 가벼우며, 낮은 구동전압 및 낮은 소비전력을 갖는 장점을 갖는다.

LCD는, 실질적으로 영상을 표시하는 LCD 패널이 자체적으로 발광하지 못하는 비발광성 소자이므로, LCD 패널에 광을 공급하기 위한 백라이트유닛(back light unit)을 필요로 한다. 이전에는 냉음극 형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp : CCFL)를 광원으로 하는 백라이트 유닛이 많이 이용되었지만, 최근 들어서는, 친환경적이고, 응답속도가 빠르며, 저전압 특성을 가지며, 콤팩트한 구조를 갖는 LED를 광원으로 하는 백라이트 유닛의 이용이 늘고 있다.

종래에는 청색 LED칩과 황색 형광체를 포함하는 LED 광원을 포함하는 LCD용 백라이트 유닛이 공지되어 있다. 이러한 LCD용 백라이트 유닛은, LED칩으로부터 나온 청색광 일부를 황색광으로 파장 변환하여, 청색광과 황색광의 혼합에 의해 백색광을 구현한다. 위와 같은 백라이트 유닛은 R, G, B 색 필터를 적용하더라도 색재현율이 떨어지는 한계를 갖는다. 예컨대, R, G, B 색 필터를 적용하고 YAG계 황색 형광체를 이용하는 경우, 색재현율이 NTSC 대비 약 73%에 그치고, 일반 황색 형광체를 이용하는 경우에는, 색재현율이 전자(前者)보다 낮은 약 68%(NTSC 대비)에 그친다. 이는 황색 형광체를 이용할 경우, 백색광을 만드는 청색, 녹색, 적색 파장 중에 녹색과 적색 파장의 광이 혼합된 스펙트럼의 양상, 즉, 녹색과 적색에 해당하는 파장의 피크가 실질적으로 존재하지 않는 양상을 나타내기 때문이다.

황색 형광체를 이용하는 LED 광원은, 광의 세기(intensity) 등에서 녹색 및 적색 형광체를 이용하는 LED 광원보다 우수함에도 불구하고, 전술한 것과 같은 낮은 색재현율로 인해, LCD의 영상 품질을 저해하는 원인이 되고 있다.

따라서, 본 발명의 기술적 과제는, 청색 LED칩과 황색 형광체를 포함하는 LED 광원을 이용하는데 있어서, 녹색 영역으로부터 적색 영역까지 걸쳐 있는 황색광으로부터 녹색과 적색의 중간 영역에 있는 파장의 광을 흡수하는 수단을 통해, 녹색, 적색 파장의 순도를 높이고, 이에 의해, 색재현율이 향상된 LCD용 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따라, 청색 LED칩과 황색 형광체에 의해 백색광을 구현하되, 상기 황색 형광체는 상기 LED칩으로부터의 청색광 일부를 녹색 영역으로부터 적색 영역까지 걸쳐 있는 황색광으로 파장 변환하는 LED 광원과, 상기 LED 광원으로부터 나온 광의 진행 경로에 위치하며, 상기 LED 광원의 광으로부터 녹색과 적색의 중간 영역에 있는 파장의 광을 흡수하는 흡수필름을 포함하는 LCD용 백라이트유닛이 제공된다. 상기 흡수필름에 의해 흡수되는 파장의 피크는 578nm 내지 598nm, 바람직하게는, 588nm일 수 있다. 상기 피크가 578nm 미만이거나 598nm를 초과하는 경우, 색의 불균형을 초래할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 LCD용 백라이트 유닛은, 측면부를 통해 상기 LED 광원의 광을 받아 상면부를 통해 광을 내보내는 도광판과, 상기 도광판의 상면부 상측에 위치하는 프리즘시트를 더 포함하되, 상기 흡수필름은 상기 프리즘시트의 저면에 부착된다.

본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 LCD용 백라이트 유닛은, 저면부를 통해 상기 LED 광원의 광을 받아 상면부를 통해 광을 내보내는 확산판을 더 포함하되, 상기 흡수필름은 상기 확산판 저면에 부착된다.

전술한 LCD용 백라이트 유닛에 있어서, 상기 황색 형광체는 YAG계인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 황색 형광체를 이용하는 경우, 녹색 영역으로부터 적색 영역까지 혼합된 형태의 황색광에서, 녹색과 적색의 중간 영역 파장을 흡수하는 흡수필름에 의해, 녹색과 적색의 순도를 높이고, 이에 의해, 조명 객체인 LCD 패널 부근에서의 색재현율이 크게 형상된 LCD용 백라이트 유닛이 구현된다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LCD용 백라이트 유닛을 설명하기 위한 분해사시도이며, 도 2는 도 1의 백라이트 유닛의 광원으로 이용되는 LED 패키지의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 LCD용 백라이트 유닛(1)은, 도광판(2)과, 도광판(2) 상측에 위치한 복합 광학 시트(3)와, 프리즘 시트(4) 등을 포함한다. 또한, 상기 LCD용 백라이트 유닛(1)은 기다란 스트립 상에 일열로 배열 실장된 복수의 LED 패키지(10)들을 포함한다. 상기 복수의 LED 패키지(10)들은 전술한 도광판(2), 복합 광학 시트(3), 그리고, 프리즘 시트(4)를 경유하여, LCD 패널(미도시함)로 공급되는 광을 발생시키는 LED 광원들이다.

도 2를 참조하면, 상기 LED 패키지(10)는, 제 1 및 제 2 리드단자(12a, 12b)를 지지하는 하우징(11)을 포함하며, 상기 하우징(11)에는 청색 LED칩(13)이 수용되는 캐비티가 형성된다. 상기 청색 LED칩(13)은 상기 제 1 및 제 2 리드단자(12a, 12b)를 통해 전력을 인가받아 청색광을 발한다. 상기 캐비티에는 상기 LED칩(13)을 보호하는 투광성 봉지재(14)가 형성되며, 상기 봉지재(14) 내에는 황색 형광체(15)가 포함되며, 상기 황색 형광체(15)는 상기 LED칩(13)으로부터 나온 청색광 일부를 황색 영역 파장의 광으로 변환한다.

위와 같이, 청색 LED칩(13)과 황색 형광체(15)를 이용하면, 파장 변환된 황색광과 그렇지 아니한 청색광의 혼합에 의해 백색광을 만들 수 있다. 그러나, 황색 형광체(15)에 의해 변환된 광은, 녹색과 적색 파장의 광이 혼합된 스펙트럼의 양상, 즉, 녹색과 적색에 해당하는 파장의 피크가 실질적으로 존재하지 않는 양상을 나타내므로, 위 적용만으로는 LCD 패널 부근에서 녹색과 적색광의 순도 저하로 인해 광의 색재현율이 떨어질 수 밖에 없다.

다시 도 1을 참조하면, LED 패키지(10)로부터 나온 광의 진행 경로 중, 상기 프리즘 시트(4)의 저면에 의도된 파장의 광을 흡수하는 흡수 필름(40)이 부착된다. 본 실시예에서, 상기 흡수필름(40)으로는 녹색과 적색의 중간 영역에 있는 파장의 광을 흡수하는 흡수필름으로는, 흡수되는 파장의 피크가 대략 588nm가 되도록 해주는 상용의 컬러필름이 이용된다.

상기 피크 파장은, 사람의 시감이 느끼기에, 최대로 녹색을 지각하는 파장인 550nm과, 최대로 적색을 지각하는 파장인 600nm 사이에 있는 파장으로서, 상기 피 크 파장의 흡수는, 녹색 형광체와 적색 형광체를 LED 광원에 이용하는 기존 백라이트 유닛과 유사하게, 녹색 파장과 적색 파장에 해당하는 피크를 생기게 해주어, 녹색과 적색광의 순도를 높이고, 이에 의해, LCD 패널 부근에서의 색재현율을 높여줄 수 있다.

상기 황색 형광체(15; 도 2 참조)는 일반 황색 형광체에 비해 상대적으로 높은 색재현율을 보장하는 YAG(Yttrium Aluminum Garnet)계 형광체인 것이 바람직하나, 일반 황색 형광체의 이용도 가능하다. 또한, 상기 흡수필름(40)으로는, 예를 들면, 약 588nm에서의 투과율이 약 37.1%이고, 약 50% 투과율 값의 흡수 파장 폭이 약 35nm인 상용 컬러필름이 이용될 수 있다. 위와 같은 컬러필름으로는 다른 종류의 표시장치(예컨대, PDP; Plasma Display Panel)에서 다른 용도로 쓰이는 컬러필름인 A사 또는 C사의 PDP 컬러필름이 이용될 수 있다.

도시하지는 않았지만, 상기 백라이트 유닛(1)은, 도광판(2) 저면의 반사시트 또는, 도광판(2), 복합 광학 시트(3), 흡수필름(40)이 부착된 프리즘 시트(4) 등 여러 광학부품의 외곽을 지지하는 몰드 프레임을 포함할 수 있다.

도 3은 본 실시예의 백라이트 유닛, 즉, YAG계 황색 형광체를 포함하는 LED 광원과, 전술한 흡수필름으로 C사의 PDP 컬러필름을 이용한 백라이트 유닛의 색재현 면적(또는, 색재현율)을 설명하기 위한 CIE xy 색도도이다. 도 3을 참조하면, 흡수필름을 이용하지 않고 YAG계 황색 형광체만을 이용하는 기존 백라이트 유닛의 경우, 그 색재현 면적이 s-RGB 영역, 즉, 모니터, 프린터, 인터넷 상의 이용 목적 으로, 'HP사'와 '마이크로소프트사'에 의해 공동으로 만들어진 표준 RGB 색공간을 포함하지 못하는 것과 달리, 본 실시예의 백라이트 유닛, 즉, 상기 YAG계 황색 형광체와 상기 흡수필름을 이용하는 백라이트 유닛의 경우, 그 색재현 면적이 s-RGB 영역을 포함함을 알 수 있다.

도 4는 본 실시예의 백라이트 유닛과 비교예로서의 녹색 및 적색 형광체인 GR 형광체를 이용하는 기존 백라이트 유닛을 비교하기 위한 CIE xy 색도도이다. 이때, 비교예에서도 본 실시예와 동일한 흡수필름이 이용된다. 도 4를 참조하면, 검정색 선으로 표시된 본 실시예의 색재현 면적이 하얀색 선으로 표시된 비교예의 색재현 면적과 근사함을 알 수 있다. 이때, 본 실시예의 색재현율은 78.7%이고, 비교예의 색재현율은 82.5%이다. 색재현율에 있어서는, 본 실시예와 비교예과 비슷하지만, 적색 영역과 청색 영역에서의 광세기를 비교하면, 본 실시예가 황색 형광체의 특성상 훨씬 크다.

도 5는 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 파장-광세기 그래프이다. 도 5에는 YAG계 형광체를 기본으로, A사의 PDP 컬러필름을 이용하는 백라이트 유닛(실시예 1), C사의 PDP 컬러필름을 이용한 백라이트 유닛(실시예 2), 이상적인(ideal) 흡수필름을 이용하는 백라이트 유닛(실시예 3), 그리고, 흡수필름을 이용하지 않은 백라이트 유닛(비교예 1)의 파장 분포 및 광세기 분포가 비교의 방식으로 표시되어 있다. 도 5를 참조하면, 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3 모두에 있어서, 흡수파장의 피크가 약 588nm에서 생기고, 그 흡수파장의 피크를 중심으로 녹색 영역과 적색 영역으로 분리됨을 확인할 수 있다. 이에 반해, 비교예에서는 녹색 영역과 적색 영역의 분리가 확인되지 않는다. 또한, 광세기에 있어서는, 황색 형광체를 이용하는, 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 비교예 1 모두에서, 청색, 녹색, 적색 모두 골고루 높게 나타남을 확인할 수 있다. 참고로, 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3의 색재현율은 순서대로 77.93%, 78.70%, 79.62%이었고, 비교예 1의 색재현율은 72.99%이었다.

도 6은 앞선 실시예들의 YAG계 형광체 대신에 일반 황색 형광체를 이용한 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 파장-광세기 그래프이다. 도 8을 참조하면, 일반 형광체를 이용하는 경우에도, A사의 상용 흡수필름을 이용하거나(실시예 4), C사의 상용 흡수필름을 이용하거나(실시예 5), 이상적인 흡수필름을 이용하면(실시예(6), 흡수 파장의 피크(588nm)를 기준으로 녹색 영역과 적색 영역의 분리가 일어남을 확인할 수 있다. 반면, 흡수필름의 이용 없이, 일반 황색 형광체를 이용하면(비교예 2), 녹색 영역과 적색 영역의 분리가 일어나지 않는다. 이때, 실시예 4, 실시예 5, 실시예 6의 색재현율은 순서대로 72.69%, 72.03%, 74.14%이었으며, 비교예 2의 색재현율은 67.95%에 그쳤다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 직하형의 LCD용 백라이트 유닛을 보여주는 도면이다. 도 7을 참조하면, 본 실시예의 백라이트 유닛(1)은, LED 패키지 또는 LED 광원(10)과, 그 LED 광원(10)의 상측에 위치하는 확산판(6), 그리고, 그 확 산판(6)의 상측에 연속적으로 위치하는 고휘도 강화필름(BEF; 7) 및 고휘도 프리즘시트(DBEF; 8)를 포함한다.

여기에서, 상기 LED 광원(10)은 LED칩과 황색 형광체를 포함하는 것이며, 상기 확산판(6)의 저면에는 앞선 실시예와 동일한 기능을 하는 흡수필름(40)이 부착된다. 상기 흡수필름(40)은 상기 LED 광원(10)의 광으로부터 녹색과 적색의 중간 영역에 있는 파장의 광을 흡수하며, 그 흡수되는 파장의 피크는 578nm 내지 598nm 사이, 바람직하게는, 588nm이다. 본 실시예의 백라이트 유닛(1)도, 앞선 실시예와 마찬가지로, 광의 진행 경로에서 녹색과 적색의 중간 영역 파장의 광을 흡수하므로, LCD 패널(미도시함) 부근에서의 색재현율을 크게 높일 수 있다.

도 7에서, 도면부호 9a, 9b 및 9c는 차례로 방열시트, PCB 및 반사시트를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LCD용 백라이트 유닛을 도시한 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 백라이트 유닛의 LED 광원의 구조를 설명하기 위한 단면도.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 LCD용 백라이트 유닛의 색재현율 개선 효과를 보여주는 CIE xy 색도도들.

도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 LCD용 백라이트 유닛의 색재현율과 광세기 분포를 설명하기 위한 도면들.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LCD용 백라이트 유닛을 도시한 단면도.

Claims (6)

1. 청색 LED칩과 황색 형광체에 의해 백색광을 구현하되, 상기 황색 형광체는 상기 LED칩으로부터의 청색광 일부를 녹색 영역으로부터 적색 영역까지 걸쳐 있는 황색광으로 파장 변환하는 LED 광원과;

   상기 LED 광원으로부터 나온 광의 진행 경로에 위치하며, 상기 LED 광원의 광으로부터 녹색과 적색의 중간 영역에 있는 파장의 광을 흡수하는 흡수필름을 포함하는 LCD용 백라이트 유닛.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 흡수필름에 의해 흡수되는 파장의 피크는 578nm 내지 598nm 사이에 있는 것을 특징으로 하는 LCD용 백라이트 유닛.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 피크는 588nm인 것을 특징으로 하는 LCD용 백라이트 유닛.
4. 청구항 1에 있어서, 측면부를 통해 상기 LED 광원의 광을 받아 상면부를 통해 광을 내보내는 도광판과, 상기 도광판의 상면부 상측에 위치하는 프리즘시트를 더 포함하되, 상기 흡수필름은 상기 프리즘시트의 저면에 부착된 것을 특징으로 하는 LCD용 백라이트 유닛.
5. 청구항 1에 있어서, 저면부를 통해 상기 LED 광원의 광을 받아 상면부를 통해 광을 내보내는 확산판을 더 포함하되, 상기 흡수필름은 상기 확산판 저면에 부착된 것을 특징으로 하는 LCD용 백라이트 유닛.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 황색 형광체는 YAG계인 것을 특징으로 하는 LCD용 백라이트 유닛.

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