KR101454608B1

KR101454608B1 - 표시장치

Info

Publication number: KR101454608B1
Application number: KR1020070121736A
Authority: KR
Inventors: 김재진; 전욱; 신재원; 배준호; 김한희
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2007-11-27
Publication date: 2014-10-28
Also published as: KR20090054841A

Abstract

본 발명은 반도체 레이저 칩으로부터의 레이저 빔을 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 혹은 황색(Y)의 형광체로 이루어진 형광층에 조사하여 백색의 백라이트 광원을 생성하거나, 혹은 이의 원리를 이용하여 패널상에 흑백 및 컬러 영상이 구현되도록 한 표시장치에 관한 것으로서, 다수 개의 오목한 홈이 매트릭스 형태로 배열·형성되어 단위화소영역이 정의되는 제1기판과; 상기 제1기판의 홈에 구비되고, 외부 시스템으로부터 인가되는 영상데이터의 색차 및 휘도 정보를 분석하여 생성된 다수 레벨(level)의 신호전압 중 하나의 선택된 신호전압에 따라 서로 다른 세기의 레이저 빔을 조사하는 반도체 레이저 칩이 포함된 반도체 레이저 패키지와; 상기 제1기판에 합착되고, 각각의 단위화소영역에 대응하여 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러필터가 형성된 제2기판과; 상기 제1기판과 제2기판 사이에 구비되고, 상기 제1기판의 단위화소영역에 대응하여 형성된 적어도 하나의 홀과 상기 홀의 내부에 형성된 광섬유로 이루어져 상기 제1기판상의 반도체 레이저 칩으로부터 조사된 레이저 빔을 집중시켜 각각의 컬러필터영역으로 보내는 광모듈장치; 및 상기 제1기판의 단위화소영역에 각각 대응하는 형광층을 형성하여 상기 광모듈장치의 상측 및 하측 면 중 적어도 일면에 구비되되, 상기 형광층과 광모듈장치의 광섬유가 서로 대응하도록 구비되는 형광막을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

반도체 레이저 패키지, 반도체 레이저 칩, 윈도우, 형광체, 광모듈장치

Description

표시장치{DISPLAY DEVICE}

본 발명은 표시장치에 관한 것으로서, 더 자세하게는 반도체 레이저 칩으로부터의 레이저 빔을 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 혹은 황색(Y)의 형광체로 이루어진 형광층에 조사하여 백색의 백라이트 광원을 생성하거나, 혹은 이의 원리를 이용하여 패널상에 흑백 및 컬러 영상이 구현되도록 하려는 표시장치에 관련된다.

일반적으로 대형 모델의 액정디스플레이에 사용되는 직하형 백라이트(direct type back-light)는 냉음극 형광램프(cold cathode fluorescent lamp)에서 방사(放射)된 빛을 반사판을 통해 반사시켜 전면(前面)의 액정패널에 제공하고 있다. 이때 빛의 반사 경로에는 부가적으로 유백색의 산란판을 배치하여, 국부적으로는 균일한 휘도의 빛이 액정디스플레이로 비추어지도록 사용되어 왔다.

그런데, 이와 같은 냉음극 형광램프가 백라이트로 구성되면 광학 특성상 램프가 차지하는 공간확보가 이루어져야 하므로 이로 인해 백라이트장치가 두꺼워지게 되고, 결국 액정디스플레이도 복잡한 대형 모델이 되어 버리는 단점을 내포하게 된다.

이에 최근 들어서는 면 광원 장치로서 전류가 통과할 때만 발광하게 되는 2 극 소자로서, 빠른 응답속도와 저(低)전력소모 및 반영구적 수명 등의 특성을 지닌 LED(Light Emitting Diode)를 사용해 백라이트를 박형화하고 동시에 휘도도 향상시키고 있다. 무엇보다 이러한 LED는 냉음극 형광램프 대비 자연 그대로의 색과 고화질의 영상을 재현할 수 있고, 또한 동영상 잔상 문제 해결 및 수은을 사용하지 않는 친환경적 제품이라는 인식으로 인해 냉음극 형광램프의 백라이트장치를 대체할 수 있는 차세대 LCD의 핵심부품으로도 손색이 없게 되었다.

그러면, 이하 도면을 참조하여 종래의 직하형 액정표시장치에 대하여 간략하게 살펴보고자 한다.

도 1은 직하형 LED 백라이트장치를 구비한 액정표시장치의 단면도이고, 도 2는 도 1의 하부커버상에 배열되어 고정되는 복수 개의 PCB와 그 PCB상의 LED 패키지를 보여주는 평면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 액정표시장치는 사각 틀 형상을 갖는 합성수지 또는 스테인레스 스틸(Stainless Steel; SUS STEEL)의 몰드물로 이루어진 메인 서포트(50)를 기준으로 하여 하측에는 하부커버(30)상의 백라이트장치(미표기)가 구비되고, 상측에는 액정패널(10)이 적재된다. 그리고 상부커버(60)가 액정패널(10)의 전면(前面) 가장자리를 덮는 동시에 메인 서포트(50) 및 하부커버(30)에 조립·체결된다. 여기서, 액정패널(10)은 균일한 셀 갭을 유지하여 서로 합착된 박막트랜지스터 어레이기판과 컬러필터기판, 그리고 그 두 기판 사이에 주입되어 형성된 액정층을 포함하여 구성된다.

또한 백라이트장치는 하부커버(30)상에 구비되어 빛을 발광하는 적(Red; R), 녹(Green; G), 청(Blue; B)의 LED 칩(chip)을 하나의 클러스터(cluster)로 하여 LED 패키지(36)를 형성하고, 그 LED 패키지(36)가 적어도 하나의 열을 이루어 구성되는 LED 어레이와, 상기 LED 어레이가 상측에 형성된 복수 개의 PCB(Printed Circuit Board)(34)와, 상기 PCB(34)가 구동되는 영역의 하부커버(30) 전면(全面)에 형성되어 빛을 반사시키는 반사판(32)과, LED 어레이의 상측에 구비되어 LED 어레이로부터 방사된 빛을 확산시키는 확산판(42)과, 확산판(42)에 의해 확산된 빛을 굴절시켜 빛의 정면 휘도를 높일 목적으로 사용되는 프리즘 시트(44)와, 프리즘시트(44)를 보호하는 보호시트(46)를 포함하여 구성된다.

도 3은 도 1 및 도 2의 LED 패키지를 나타내는 부분 절단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, LED 패키지(36)는 가운데 영역에 오목한 홈이 형성된 본체(36a)와, 상기 본체(36a)의 홈에 실장되어 각각 R, G, B의 빛을 발광하는 LED 칩(36b)과, 상기 R, G, B의 LED 칩(36b)에 접속되어 LED 칩(36b)에 전압을 인가하는 도전단자(36c, 36d)와, 상기 LED 칩(36b)을 둘러싸며 곡률을 형성하여 균일한 두께로 형성된 렌즈(36e)로 구성된다.

상기 본체(36a)는 가운데 영역에 복수 개의 LED 칩(36b)을 실장하기 위하여 홈을 형성한 몰드물로서 불투명 또는 반사율이 큰 수지로 성형된다.

그리고, 본체(36a)의 오목한 홈에는 빛을 서로 혼합하여 백색광을 생성하기 위한 R, G, B의 LED 칩(36b)이 각각 실장된다. 이때, R, G, B의 LED 칩(36b)은 도면에서와 같이 델타, 즉 삼각형 행태로 배치된다.

또한, 본체(36a)에는 내부의 LED 칩(36b)을 외부와 전기적으로 접속시켜 전 압이 인가되는 외부도전단자(36c)가 형성된다. 이때 외부도전단자(36c)는 본체(36a)에 R, G, B의 LED 칩(36b)이 실장되는 경우 LED 각각의 캐소드(cathode) 및 애노드(anode)에 접속되는 총 3쌍의 외부도전단자(36c)로 이루어진다.

뿐만 아니라, 본체(36a)의 홈 내부에는 각각의 LED 칩(36b)과 외부도전단자(36c)를 서로 전기적으로 접속시키는 도전와이어(wire), 즉 내부도전단자(36d)가 형성된다. 이를 통해 외부로부터 외부도전단자(36c)에 인가된 전압이 내부도전단자(36d)를 통해 LED 칩(36b)에 인가된다.

이와 같이 하나의 클러스터를 이루는 R, G, B의 LED 칩(36b)에서 방사된 빛은 서로 색 혼합이 이루어져 백색광이 생성되고, 그 백색광은 다시 렌즈 (36e)의 외부로 출사되는데, 이때 그 출사된 빛은 LED 제조 등과 관련되는 방사 특성상 렌즈(36e)의 중심 부위에 집중되는 경향을 보이고 있다.

또한, LED 패키지(36)들은 LED 접합부에서 발생하는 고열로 인해 시간이 경과 할수록 발광 특성이 변화하게 되는데, 이로 인해 액정표시장치의 백라이트로부터 균일한 휘도의 백색광이 제공될 수 없게 되어 영상구현시 화질의 이상 현상이 초래될 수 있다.

종래에는 이와 같은 LED 패키지(36)의 발열 문제를 개선하기 위하여 하부커버의 배면에 별도의 히트 싱크(heat sink)나 방열 시트 또는 MPCB(Metal PCB)를 사용하는 등 방열을 위한 구조물이 추가적으로 구성되었는데 이로 인해 액정표시장치의 제조비용이 증가하고, 아울러 액정표시장치의 무게 및 두께도 증가하는 단점을 가지게 되었다.

본 발명은 상기의 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 LED보다 비교적 발열량이 적은 반도체 레이저 칩을 광원으로 구성하고 그 반도체 레이저 칩으로부터의 레이저 빔을 형광체에 조사하여 백색의 백라이트 광원을 생성하거나, 혹은 이의 원리를 이용하여 흑백 및 컬러 영상이 구현되도록 하려는 표시장치를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 실시예에 따른 표시장치는 화상이 구현되는 액정패널; 상기 액정패널의 하부에 구비되는 적어도 하나의 PCB; 상기 PCB상에 적어도 하나의 열을 이루어 배열·고정되어 상기 액정패널에 빛을 제공하는 반도체 레이저 패키지; 및 외부로부터 인가되는 영상데이터의 색차 및 휘도 정보를 분석하여 다수 레벨의 신호전압을 생성하고, 상기 다수 레벨의 신호전압 중 하나를 선택하여 상기 반도체 레이저 패키지로 출력하는 구동회로부를 포함하고, 상기 반도체 레이저 패키지는, 가운데 영역에 적어도 하나의 오목한 홈이 형성되어 외부 프레임을 이루는 본체; 상기 홈마다 실장되어 레이저 빔을 조사하는 적어도 하나의 반도체 레이저 칩; 상기 반도체 레이저 칩의 상측에 배치되어 상기 반도체 레이저 칩을 외부로부터 보호하고, 상기 반도체 레이저 칩으로부터 조사된 상기 레이저 빔을 확산시키는 윈도우; 상기 윈도우의 상측에 배치되고, 적어도 일면에 형광체가 도포되어 형광층을 형성하며, 상기 형광층을 통해 상기 레이저 빔으로부터 백색광을 생성하는 형광막; 및 상기 반도체 레이저 칩에 접속되어 상기 구동회로부로부터 출력된 상기 신호전압을 상기 반도체 레이저 칩에 인가하는 도전수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

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상기의 구성 결과, 본 발명에 따른 표시장치는 반도체 레이저 칩을 포함하는 반도체 레이저 패키지를 백라이트 광원으로 사용하거나, 혹은 반도체 레이저 칩을 패널의 단위화소영역에 실장하여 외부의 신호전압에 따라 구동시켜 흑백 및 컬러 영상을 구현할 때, 반도체 레이저 칩에서의 발열에 따른 색 관리가 용이하여 종래 LED 패키지 대비 방열을 위한 별도의 방열 구조물을 추가하지 않아도 되므로 그에 따른 비용이 절약되고, 아울러 표시장치의 슬림화도 가능하게 될 것이다. 뿐만 아니라, LED 패키지 대비 온도에 따른 색의 변화가 적으므로 그만큼 화질이 개선될 것이다.

이하, 도면을 참조하여 상기 구성과 관련해 좀더 구체적으로 살펴보고자 한다.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치의 분해 사시도이고, 도 5는 도 4의 반도체 레이저 패키지를 나타내는 부분절단면도이며, 도 6은 도 5의 절단선(I-I`)을 따라 본 절단면도이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치는 합성수지 혹은 스테인레스 스틸을 재질로 하는 메인 서포트(150)를 기준으로 하여 상측에는 화상이 구현되는 액정패널(160)과, 그 하측에는 상기 액정패널(160)에 빛을 제공하는 백라이트장치(미표기)가 구비되어 있다. 이때 백라이트장치는 반도체 레이저 패키지(136)를 포함하여 구성되는데, 그 반도체 레이저 패키지(136)는 외부로부터 인가되는 신호전압에 의해 레이저 빔이 조사되는 반도체 레이저 칩(210)과, 그 반도체 레이저 칩(210)에 이격 배치되어 반도체 레이저 칩(210)을 보호하고 반도체 레이저 칩(210)으로부터 조사된 레이저 빔을 확산시키는 윈도우(230)(window), 그리고 윈도우(230)상에 이격·배치되고 형광체가 형성되어 형광층(232)을 이루는 형광막(231)을 포함하여 구성되어 있다.

먼저, 하부커버(130)상에는 액정패널(160)로 레이저 광을 제공하기 위한 직하형 레이저 반도체 백라이트장치가 구비되어 있는데, 그 하부커버(130)상에는 바닥면 전면(全面)을 덮는 제1반사판(미도시)이 부착되어 있다. 여기에서, 제1반사판은 은(Ag), 알루미늄(Al) 등이 코팅된 필름이 적절할 수 있으며, 필름의 두께는 75~200㎛ 정도가 될 수 있다. 보통, 제1반사판에서 가시광의 광 반사율은 90~97% 정도이며 이때 코팅된 필름이 두꺼울수록 반사율이 높게 된다.

그리고, 제1반사판(미표기)이 부착된 하부커버(130)상에는 복수 개의 PCB(132)가 일정한 간격으로 배열되어 구비되는데, 그 PCB(132)상에는 청색의 레이저 빔이 조사되는 복수 개의 반도체 레이저 칩(210)들이 하나의 클러스터를 이루어 패키지로 형성된 반도체 레이저 패키지(136)들이 열을 이루어 고정되어 있고, 또 PCB(132)상에서는 외부로부터 각각의 열을 이루는 반도체 레이저 패키지(136)들에 전압이 인가될 수 있도록 하는 도전배선이 형성되어 있다.

이와 같이, 하부커버(130)상에 복수 개의 PCB(132)가 구비될 때 그 PCB(132)상에 배열, 고정되어 있는 반도체 레이저 패키지(136) 전체를 동시에 구동시키게 되면 전체 구동이 되고, 그룹별로 각각 구동시키게 되면 분할 구동이 되므로, 본 발명에서 이것을 특별히 한정하지는 않을 것이다.

그리고, 여기에서의 반도체 레이저 패키지(136)는 이후에 다시 자세히 다루 겠지만, 가운데 영역에 복수 개의 오목한 홈이 형성되어 외부 프레임을 이루는 본체(200), 그 본체(200)의 내부 오목한 홈에 실장되고 외부로부터 인가되는 신호전압에 의해 레이저 빔이 조사되는 반도체 레이저 칩(210), 그 반도체 레이저 칩(210)에 이격되어 배치되고 반도체 레이저 칩(210)으로부터 조사된 레이저 빔을 확산시키는 윈도우(230) 및 그 윈도우(230)상에 이격·배치되고 형광체가 도포되어 형광층(232)을 형성한 형광막(231)으로 이루어져 있다. 이때, 반도체 레이저 패키지(136)는 본체(200)의 오목한 홈을 내부에 포함시켜 주위를 둘러싸며 체결되고 레이저 빔의 색을 혼합하여 확산시키는 렌즈(233)를 추가적으로 포함할 수 있다.

또한, 하부커버(130)상에 구비된 각각의 PCB(132)상에는 다수개의 반도체 레이저 패키지(136)를 외부로 노출시키는 제2반사판(미도시)이 부착되어 있다. 이러한 제2반사판은 제1반사판과 달리 각각의 PCB(132)마다 부착되므로 크기의 면에서 서로 상이할 수밖에 없지만, 위의 제1반사판과 마찬가지로 은(Ag), 알루미늄(Al) 등이 코팅된 필름이 사용될 수 있으며, 이때 그 필름의 두께는 75~200㎛ 정도가 적합할 수 있다. 물론 제2반사판에서의 가시광의 광 반사율은 90~97% 정도이며, 코팅된 필름이 두꺼울수록 반사율이 높을 것이다.

그리고 복수 개의 PCB(132)가 구비되어 있는 하부커버(130)의 상측에는 각각의 PCB(132)상에 고정되어 있는 반도체 레이저 패키지(136)로부터 조사된 레이저 빔의 불균일성을 완화시키는 확산판(141) 및 확산시트(142)와, 그 확산판(141) 및 확산시트(142)를 투과한 레이저 빔의 휘도를 높이는 프리즘시트(144), 그리고 프리즘시트(144)를 보호하고 시야각을 증가시키는 보호시트(146)가 적재될 수 있다.

또한, 액정표시장치의 전체적인 힘의 균형을 유지하기 위한 메인 서포트(150)가 구비되어 있다. 이때 메인 서포트(150)는 대략 사각 틀 형상을 갖는 합성수지 또는 스테인레스 스틸의 몰드물로서 상측 면에는 액정패널(160)을 적재하기 위하여 일정한 단차(段差)를 갖는 패턴이 형성되어 있고, 이러한 메인 서포트(150)는 하부커버(130)의 외곽을 둘러싸며 체결된다.

상기 메인 서포트(150)상에는 하부의 백라이트로부터 레이저 광을 제공받아 외부로부터의 데이터 정보에 따라 영상이 구현되는 액정패널(160)이 적재되어 있다. 물론 액정패널(160)은 균일한 셀-갭을 유지하여 합착된 박막트랜지스터 어레이기판과 컬러필터기판, 그리고 두 기판 사이에 액정이 주입되어 형성된 액정층으로 구성되는데, 여기에서 박막트랜지스터 어레이기판은 각 단위 화소마다 스위칭소자인 박막트랜지스터가 배열되어 형성되고, 컬러필터기판상에는 각 단위 화소에 대응하는 R, G, B의 컬러필터가 형성되어 있다.

그리고 상부커버(170)는 액정패널(160)의 4면 가장자리를 덮는 동시에 메인 서포트(150) 및 하부커버(130)에 조립·체결되어 있다.

그러면, 도 7을 함께 참조하여 본 발명에 적용된 반도체 레이저 칩에 대하여 좀더 살펴보고자 한다.

도 7은 도 4 내지 도 6의 반도체 레이저 칩의 내부 구조를 나타내는 도면이다.

도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 반도체 레이저 패키지(136)는 가운데 영역에서 복수 개의 오목한 홈이 각각 동일한 영역을 갖도록 구분되어 형성된 본체(200)와, 상기 본체(200)의 홈에 각각 실장되어 청색의 레이저 빔을 조사하는 반도체 레이저 칩(210)과, 상기 반도체 레이저 칩(210)에 접속하여 전압이 인가되는 내부 및 외부도전단자(221, 222)와, 상기 반도체 레이저 칩(210)에 이격되어 배치되고 반도체 레이저 칩(210)으로부터의 레이저 빔을 확산시키는 윈도우(230)와, 상기 반도체 레이저 칩(210)에 각각 대응하여 윈도우(230)에 이격·배치되고, 상측면에 형광체가 형성되어 형광층(232)을 이루는 형광막(231)과, 상기 본체(200)의 오목한 홈을 내부에 포함하여 주위를 둘러싸며 본체(200)에 체결된 렌즈(233)를 포함하여 구성된다.

상기 본체(200)는 불투명 또는 반사율이 큰 수지(resin)로 성형된 일종의 몰드물로서 그 가운데 영역에는 복수 개의 반도체 레이저 칩(210)을 각각 실장하기 위한 동일 면적을 갖는 오목한 홈이 구분되어 형성돼 있다.

그리고 상기 본체(200)의 오목한 홈에는 청색의 레이저 빔이 조사되는 복수 개의 반도체 레이저 칩(210)이 각각 실장되어 있는데, 이때 그 복수 개의 반도체 레이저 칩(210)은 본체(200)의 오목한 홈의 배치 형태에 따라 델타, 즉 삼각형 형태로 배치되어 있다. 물론 이러한 반도체 레이저 칩(210)의 배치 형태는 본체(200)의 오목한 홈을 어떻게 형성하느냐에 따라 일렬의 형태를 이룰 수도 있고, 또 4개의 반도체 레이저 칩(210)이 사용되는 경우에는 사각형의 형태를 이룰 수도 있다.

일반적으로 레이저 다이오드의 레이저 결정은 도 7에서와 같이 대략 폭(W) 200㎛, 길이(l) 300㎛, 두께(D) 100㎛의 치수를 갖지만, 특징적인 것은 결정의 전후 표면이 거울면과 같은 반사면으로 되어 있다는 것이다. 안쪽의 클래드층 사이로 는 두께 0.2㎛ 전후의 얇은 활성층을 갖는 더블 헤테로 접합부가 있고, 레이저 광은 2~10㎛의 폭으로 이루어진 활성층의 좁은 영역(발진영역)에서 방출되고 있다.

예컨대, 본 발명에서의 청색 반도체 레이저 칩(210)은 400nm 영역 대의 광파장 출력을 가지며 이를 위해 n형층은 n형 불순물로 도핑된 제2버퍼층 및 n형 AlGaN계의 클래드층으로 구성되고, 활성층은 InGaN계의 양자 우물층과 GaN계의 장벽층이 교대로 적층되어 구성되며, p형층은 p형 불순물이 도핑된 p형 AlGaN계의 클래드층, p형 콘택층, n형 전류제한층 및 p형 GaN계의 캡층으로 구성될 수 있다.

이와 같은 구조를 통해, P형 전극과 n형 전극에 순방향 전압이 인가될 경우 p형층에서 공급된 정공과 상기 n형층에서 공급된 전자가 활성층인 양자우물구조 내에서 서로 결합하여 InGaN계 양자우물층의 에너지 간격에 해당하는 400~405nm 영역 대의 레이저 빔이 출력된다.

또한, 상기 본체(200)에는 내부의 반도체 레이저 칩(210)을 외부와 전기적으로 접속시키는 외부도전단자(221)가 형성되어 있다. 이때 외부도전단자(221)는 본체(200)의 오목한 홈에 반도체 레이저 칩(210)이 실장되는 경우 각각의 캐소드 및 애노드 전극에 접속하는 총 3쌍의 외부도전단자(221)로 이루어져 있다.

그리고, 상기 본체(200)의 홈 내부에는 각각의 반도체 레이저 칩(210)과 외부도전단자(221)를 서로 전기적으로 접속시키는 도전와이어(wire), 즉 내부도전단자(222)가 형성되어 있다. 그 결과 외부로부터 외부도전단자(221)에 인가된 전압은 내부도전단자(222)를 통해 반도체 레이저 칩(210)으로 인가된다.

물론 본 발명에서의 반도체 레이저 칩(210)에 접속하는 내부도전단자(222) 및 외부로부터 전압이 인가되는 외부도전단자(221)는 반도체 레이저 칩(210)을 구동시키기 위하여 신호전압을 생성한 후 인가하는 구동회로부(미도시)와 연동하게 된다.

상기 본체(200)의 오목한 홈에 실장되어 있는 반도체 레이저 칩(210)상에, 혹은 그 반도체 레이저 칩(210)과 이격되어 중공(中空)을 갖는 그 상측에는 반도체 레이저 칩(210)으로부터 조사된 레이저 빔을 확산시키고, 반도체 레이저 칩(210)을 외부로부터 보호하는 윈도우(230)가 구비되어 있다. 이때 윈도우(230)는 레이저 빔의 확산 기능을 돕기 위한 확산재가 내포된 얇은 유리막일 수 있고, 또는 확산재가 내포된 실리콘 막일 수 있다.

그리고, 그 각각의 윈도우(230)에 이격되어서는 형광막(231)이 구비되어 있는데, 이때 형광막(231)은 상측면 혹은 하측면 중 적어도 일면에 R, G, B의 형광체가 도포 혹은 코팅 등에 의해 각각 형성된 형광층(232)을 포함하고 있다.

그리고, R, G, B의 형광층(232)이 각각 형성된 형광막(231)의 상측에는 균일한 두께를 이루어 곡률을 갖도록 형성된 렌즈(233)가 추가적으로 구비되어 본체(200)에 고정되어 있다.

상기의 구성을 통해, 외부로부터 반도체 레이저 칩(210)에 신호전압이 인가되면 그 신호전압에 의해 반도체 레이저 칩(210)으로부터 청색의 레이저 빔이 조사되고, 그 레이저 빔은 윈도우(230)를 통해 다시 확산되어 각각의 R, G, B 형광체를 여기시키게 된다. 그리고 그 여기된 R, G, B 형광체가 다시 안정화되면서 R, G, B 색이 혼합된 백색광이 생성된다. 그리고 이와 같이 생성된 백색광은 렌즈(233)를 통해 확산·출사되어 액정패널(160)에 제공된다.

한편, 본 발명에 따른 표시장치의 백라이트 광원은 도 8 및 도 9에 도시된 반도체 레이저 패키지의 구조를 통해서도 얼마든지 백색광이 구현될 수 있다.

도 8은 도 4에 나타낸 반도체 레이저 패키지의 다른 예에 따른 부분절단면도이고, 도 9는 도 8의 절단선(II-II`)을 따라 본 절단면도이다.

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 예에 따른 반도체 레이저 패키지(136)는 가운데 영역에 오목한 홈이 형성된 본체(300)와, 상기 본체(300)의 홈에 실장되어 청색의 레이저 빔을 조사하는 반도체 레이저 칩(310)과, 상기 청색의 반도체 레이저 칩(310)에 접속되어 상기 반도체 레이저 칩(310)에 전압을 인가하는 내부 및 외부도전단자(321, 322)와, 상기 반도체 레이저 칩(310)에 이격되어 배치되고 반도체 레이저 칩(310)으로부터의 레이저 빔을 확산시키는 윈도우(330)와, 상기 윈도우(330)에 이격되어 배치되고 상측 및 하측면 중 적어도 일면에 황색(Y)의 형광체가 도포 혹은 코팅 등에 의해 형성되어 형광층(332)을 이루는 형광막(331)과, 상기 형광막(331)의 상측에서 균일한 두께를 이루어 곡률을 갖도록 형성되어 본체(300)에 체결되는 렌즈(333)를 포함하여 구성된다. 이때, 황색의 형광체는 반도체 레이저 칩(310)으로부터 윈도우(330)를 통해 확산되어 제공된 400~405nm 영역 대의 청색 레이저 빔에 의해 여기된 후 안정화되면서 백색광을 생성하게 된다. 이와 같이 생성된 백색광은 다시 렌즈(333)를 통해 확산되어 출사된다.

그리고, 상기 구성과 관련한 기타 자세한 내용들은 앞서서의 내용들로 대신 하고자 한다.

도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 표시장치의 분해사시도이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 표시장치는 다수 개의 오목한 홈이 매트릭스 형태로 배열·형성되어 단위화소영역이 정의되는 제1기판(400), 상기 제1기판(400)의 오목한 홈에 구비되고 외부 시스템으로부터 인가되는 영상데이터의 색차 및 휘도 정보를 분석하여 생성된 다수 레벨(level)의 신호전압 중 하나의 선택된 신호전압에 따라 레이저 빔의 세기가 조절되어 조사되는 반도체 레이저 칩(410)이 포함된 반도체 레이저 패키지와, 상기 제1기판(400)에 합착되고 반도체 레이저 패키지로부터 조사된 레이저 빔을 한정된 특정영역에 조사시키는 광모듈장치(440, 441) 및 상기 제1기판(400)에 합착되고 각각의 단위 화소에 대응하여 R, G, B의 컬러필터(453)가 형성된 제2기판(450)을 포함하여 구성되어 있다.

이때, 반도체 레이저 패키지는 제1기판(400)의 오목한 홈에 실장되어 레이저 빔을 조사하는 반도체 레이저 칩(410)과, 상기 제1기판(400)의 오목한 홈마다 구비되어 하측에 위치하는 반도체 레이저 칩(410)으로부터 조사된 레이저 빔을 확산시키고 반도체 레이저 칩(410)을 외부로부터 보호하는 윈도우(430)와, 상기 윈도우(430)의 상측에 배치되고 상측면 및 하측면 중 적어도 일면에 형광체가 도포 혹은 코팅 등에 의해 형성되어 형광층(432)을 이루는 형광막(431)과, 상기 형광막(431)상에 구비되어 레이저 빔을 각각의 컬러필터영역에 조사시키는 광모듈장치(440, 441)와, 상기 반도체 레이저 칩(410)에 접속되어 전압이 인가되는 도전수단(421, 422)을 포함한다.

먼저, 상기 제1기판(400)은 불투명 또는 반사율이 큰 수지(resin)로 성형된 일종의 몰드물로서 단위화소영역을 정의하는 다수 개의 오목한 홈이 매트릭스 형태로 배열·형성되어 있다.

그리고, 상기 제1기판(400)상의 오목한 홈에는 외부로부터의 다양한 레벨에 해당하는 신호전압에 따라 레이저 빔의 세기가 조절되어 조사되거나, 혹은 외부의 신호전압에 따라 온/오프되는 반도체 레이저 칩(410)이 구비되어 있는데, 가령 본 발명의 반도체 레이저 칩(410)은 신호전압이 인가되어 턴-온(turn-on) 상태가 될 때, 400~405nm 영역 대(역)의 청색 레이저 빔이 조사되는 청색의 반도체 레이저 칩(410)이 적절하다. 이때, 반도체 레이저 칩(410)은 인가되는 다양한 레벨의 신호전압에 따라 다양한 세기의 레이저 빔이 조사될 수 있다.

일반적으로 레이저 다이오드의 레이저 결정은 앞서 설명한 바와 같이 대략 폭 200㎛, 길이 300㎛, 두께 100㎛의 치수를 갖지만, 특징적인 것은 결정의 전후 표면이 거울면과 같은 반사면으로 되어 있다는 것이다. 안쪽의 클래드층 사이로는 두께 0.2㎛ 전후의 얇은 활성층을 갖는 더블 헤테로 접합부가 있고, 레이저 광은 2~10㎛의 폭으로 이루어진 활성층의 좁은 영역(발진영역)에서 방출되고 있다.

예컨대, 청색 반도체 레이저 칩(410)은 400nm 영역 대의 광파장 출력을 가지며 이를 위해 n형층은 n형 불순물로 도핑된 제2버퍼층 및 n형 AlGaN계의 클래드층으로 구성되고, 활성층은 InGaN계의 양자 우물층과 GaN계의 장벽층이 교대로 적층되어 구성되며, p형층은 p형 불순물이 도핑된 p형 AlGaN계의 클래드층, p형 콘택층, n형 전류제한층 및 p형 GaN계의 캡층으로 구성될 수 있다.

상기 구조에서, P형 전극과 n형 전극에 순방향 전압이 인가될 경우 p형층에서 공급된 정공과 상기 n형층에서 공급된 전자가 활성층인 양자우물구조 내에서 서로 결합하여 InGaN계 양자우물층의 에너지 간격에 해당하는 400~405nm 영역 대의 레이저 빔이 출력된다.

또한, 상기 제1기판(400) 내부의 반도체 레이저 칩(410)을 외부와 전기적으로 접속시키는 외부도전단자(421)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 제1기판(400)의 오목한 홈 내부에는 각각의 반도체 레이저 칩(410)과 외부도전단자(421)를 서로 전기적으로 접속시키는 내부도전단자(422)가 형성되어 있다. 그 결과 외부로부터 외부도전단자(421)에 인가된 전압은 내부도전단자(422)를 통해 반도체 레이저 칩(410)으로 인가된다.

물론 본 발명에서의 반도체 레이저 칩(410)에 접속하는 내부도전단자(422) 및 외부로부터 전압이 인가되는 외부도전단자(421)는 반도체 레이저 칩(410)을 구동시키기 위하여 외부로부터 R, G, B의 영상 데이터의 색차 및 휘도정보를 분석하여 그에 적합한 신호전압을 선택·제공하는 구동회로부(미도시)에 접속되어 연동하게 된다.

상기 제1기판(400)의 오목한 홈에 실장되어 있는 반도체 레이저 칩(410)에 이격되어 중공(中空)을 갖는 그 상측에는 반도체 레이저 칩(410)으로부터 조사된 레이저 빔을 확산시키고, 반도체 레이저 칩(410)을 외부로부터 보호하는 윈도우(430)가 구비되어 있다. 이때 윈도우(430)는 레이저 빔의 확산 기능을 돕기 위한 확산재가 내포된 얇은 유리막일 수 있고, 또는 확산재가 내포된 실리콘 막일 수 있 다.

그리고, 그 윈도우(430)에 이격되어서는 형광막(431)이 구비되어 있는데, 이때 형광막(431)은 상측면 혹은 하측면 중 적어도 일면에 황색(Y)의 형광체가 도포되어 형성된 형광층(432)을 포함하고 있다.

또한, 상기 제1기판(400)상에는 레이저 빔을 한정된 특정 영역에 조사시키기 위하여 광모듈장치(440, 441)가 구비되어 있다. 이때 광모듈장치(440, 441)는 형광막(431)상의 형광층(432)에 각각 대응하여 다수개의 홀이 그룹을 이루어 형성된 프레임(440)과, 상기 홀의 내부에 형성된 광섬유(441)를 포함하여 구성되어 있다. 이때, 광섬유(441)는 유리 등의 재질로 형성되며 그 광섬유(441)의 굵기 및 수량은 레이저 빔의 세기 및 패널의 해상도에 관계될 수도 있다.

또한, 상기 제1기판(400)상에는 제2기판(450)이 구비(혹은 합착)되어 있다. 이때 제2기판(450)은 유리기판으로 이루어질 수 있는데, 그 제2기판(450)상에는 제1기판(400)에서 단위화소영역을 정의하는 오목한 홈의 가장자리영역에 각각 대응하여 영역을 구획하는 블랙매트릭스(451)와, 상기 블랙매트릭스(451)로 구획된 제2기판(450)상에 R, G, B의 레지스트(resist)가 순차적으로 배열되어 형성된 컬러필터(453)로 구성되어 있다.

이때, 상기 컬러필터(453)가 형성된 제2기판(450)상에는 그 컬러필터(453)를 보호하기 위하여는 별도의 실리콘 등을 재질로 하는 얇은 실리콘막이 부착되거나, 혹은 투명한 오버 코트층이 추가적으로 형성될 수도 있을 것이다.

이를 통해, 외부의 구동회로부로부터 다양한 레벨의 신호전압이 반도체 레이 저 칩(410)에 인가되면 그 선택된 신호 전압에 따라 빛의 발광 정도가 조절될 수 있는 특정영역 대(혹은 특정 세기)의 레이저 빔이 반도체 레이저 칩(410)으로부터 조사되고, 그 레이저 빔은 다시 상측에 위치하는 윈도우(430)에 의해 확산된다. 이어 그 확산된 레이저 빔은 형광체(432)가 형성된 형광막(431)을 투과하여 백색광을 형성하고, 그 백색광은 다시 광모듈장치(440, 441)의 광섬유(441)를 경유하여 제2기판(450)상에 형성된 R, G, B의 컬러필터(453)를 각각 투과하여 특정 휘도의 색이 구현되고 이와 같은 방식에 의해 영상이 구현될 것이다.

이와 관련해, 예컨대 외부로부터의 데이터 정보에 따라 가장 높은 레벨의 신호전압 및 가장 낮은 레벨의 신호전압만을 통해 반도체 레이저 칩(410)을 온/오프시키고, 턴-온시 특정 영역 대의 레이저 빔을 조사하여 패널에 흑백의 영상을 구현하게 되면 흑백 영상의 구현이 가능할 수 있다.

반면, 외부의 시스템으로 인가된 R, G, B 영상 데이터의 색차 및 휘도 정보에 따라 다양한 레벨의 신호전압을 생성하고, 그 다양한 레벨의 신호전압 중 하나의 레벨을 갖는 신호전압에 따라 청색의 반도체 레이저 칩(410)으로부터 레이저 빔의 세기가 조절되어 다양한 휘도의 컬러가 패널에 구현되면 이를 통해서는 컬러 영상의 구현이 얼마든지 가능할 수 있을 것이다.

도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 표시장치의 분해사시도이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 레이저 표시장치는 다수 개의 오목한 홈이 매트릭스 형태로 배열·형성되어 단위화소영역이 정의되는 제1기판(500), 상기 제1기판(500)의 오목한 홈에 구비되고 외부 시스템으로부터 인가되는 영상데이 터의 색차 및 휘도 정보를 분석하여 생성된 다수 레벨(level)의 신호전압 중 하나의 선택된 신호전압에 따라 레이저 빔의 세기가 조절되어 조사되는 반도체 레이저 칩(510)이 포함된 반도체 레이저 패키지와, 상기 제1기판(500)에 합착되고 반도체 레이저 패키지로부터 조사된 레이저 빔을 한정된 특정영역에 조사시키는 광모듈장치(540, 541) 및 상기 제1기판(500)에 합착되고 각각의 단위 화소에 대응하여 R, G, B의 컬러필터(553)가 형성된 제2기판(550)을 포함하여 구성되어 있다.

이때, 반도체 레이저 패키지는 제1기판(500)의 오목한 홈에 실장되어 레이저 빔을 조사하는 반도체 레이저 칩(510)과, 상기 제1기판(500)의 오목한 홈마다 구비되어 하측에 위치하는 반도체 칩(510)으로부터 조사된 레이저 빔을 확산시키고 반도체 레이저 칩(510)을 외부로부터 보호하는 윈도우(530)와, 상기 윈도우(530)상에 구비되어 레이저 빔을 각각의 컬러필터영역에 조사시키는 광모듈장치(540, 541)와, 상기 광모듈장치(540, 541)상에 구비되고 상측면 및 하측면 중 적어도 일면에 형광체가 도포되어 형광층(552)을 이루는 형광막(551)과, 상기 반도체 레이저 칩(510)에 접속되어 전압이 인가되는 도전수단(521, 522)을 포함한다.

먼저, 상기 제1기판(500)은 불투명 또는 반사율이 큰 수지로 성형된 일종의 몰드물로서 단위화소영역을 정의하는 다수 개의 오목한 홈이 매트릭스 형태로 배열·형성되어 있다.

그리고, 상기 제1기판(500)상의 오목한 홈에는 외부로부터의 다양한 레벨에 해당하는 신호전압에 따라 레이저 빔의 세기가 조절되어 조사되거나, 혹은 외부의 신호전압에 따라 온/오프되는 반도체 레이저 칩(510)이 구비되어 있는데, 가령 본 발명의 반도체 레이저 칩(510)은 신호전압이 인가되어 턴-온(turn-on) 상태가 될 때, 400~405nm 영역 대(역)의 청색 레이저 빔이 조사되는 청색의 반도체 레이저 칩(510)이 적절하다. 이때, 반도체 레이저 칩(510)은 인가되는 다양한 레벨의 신호전압에 따라 다양한 세기의 레이저 빔이 조사될 수 있다.

일반적으로 레이저 다이오드의 레이저 결정은 대략 폭 200㎛, 길이 300㎛, 두께 100㎛의 치수를 갖지만, 특징적인 것은 결정의 전후 표면이 거울면과 같은 반사면으로 되어 있다는 것이다. 안쪽의 클래드층 사이로는 두께 0.2㎛ 전후의 얇은 활성층을 갖는 더블 헤테로 접합부가 있고, 레이저 광은 2~10㎛의 폭으로 이루어진 활성층의 좁은 영역(발진영역)에서 방출되고 있다.

예컨대, 청색 반도체 레이저 칩(510)은 400nm 영역 대의 광파장 출력을 가지며 이를 위해 n형층은 n형 불순물로 도핑된 제2버퍼층 및 n형 AlGaN계의 클래드층으로 구성되고, 활성층은 InGaN계의 양자 우물층과 GaN계의 장벽층이 교대로 적층되어 구성되며, p형층은 p형 불순물이 도핑된 p형 AlGaN계의 클래드층, p형 콘택층, n형 전류제한층 및 p형 GaN계의 캡층으로 구성될 수 있다.

또한, 상기 제1기판(500) 내부의 반도체 레이저 칩(510)을 외부와 전기적으로 접속시키는 외부도전단자(521)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 제1기판(500)의 오목한 홈 내부에는 각각의 반도체 레이저 칩(510)과 외부도전단자(521)를 서로 전기적으로 접속시키는 내부도전단자(522)가 형성되어 있다. 그 결과 외부로부터 외부도전단자(521)에 인가된 전압은 내부도전단자(522)를 통해 반도체 레이저 칩(510)으로 인가된다.

물론 본 발명에서의 반도체 레이저 칩(510)에 접속하는 내부도전단자(522) 및 외부로부터 전압이 인가되는 외부도전단자(521)는 반도체 레이저 칩(510)을 구동시키기 위하여 외부로부터 R, G, B의 영상 데이터의 색차 및 휘도정보를 분석하여 그에 적합한 신호전압을 선택·제공하는 구동회로부(미도시)에 접속되어 연동하게 된다.

상기 제1기판(500)의 오목한 홈에 실장되어 있는 반도체 레이저 칩(510)에 이격되어 중공(中空)을 갖는 그 상측에는 반도체 레이저 칩(510)으로부터 조사된 레이저 빔을 확산시키고, 반도체 레이저 칩(510)을 외부로부터 보호하는 윈도우(530)가 구비되어 있다. 이때 윈도우(530)는 레이저 빔의 확산 기능을 돕기 위한 확산재가 내포된 얇은 유리막일 수 있고, 또는 확산재가 내포된 실리콘 막일 수 있다.

또한, 상기 제1기판(500)상에는 레이저 빔을 한정된 특정 영역에 조사시키기 위하여 광모듈장치(540, 541)가 구비되어 있다. 이때 광모듈장치(540, 541)는 형광막(551)상의 형광층(552)에 각각 대응하여 다수개의 홀이 그룹을 이루어 형성된 프레임(540)과, 상기 홀의 내부에 형성된 광섬유(541)를 포함하여 구성되어 있다. 이때, 광섬유(541)는 유리재질로 형성되며 그 광섬유(541)의 굵기 및 수량은 레이저 빔의 세기 및 패널의 해상도에 관계될 수도 있다.

그리고, 상기 광모듈장치(540, 541)상에는 형광막(551)이 구비되어 있다. 이때 형광막(551)은 상측면 혹은 하측면 중 적어도 일면에 황색(Y)의 형광체가 도포되어 형광층(552)을 형성하고 있는데, 형광막(551)상에 형성된 각각의 형광층(552)은 광모듈장치(540, 541)에서 다수 개의 홀 내부에 형성된 광섬유(541)에 각각 대응하도록 배치된다.

또한, 상기 제1기판(500)상에는 제2기판(550)이 구비(혹은 합착)되어 있다. 이때 제2기판(550)은 유리기판으로 이루어질 수 있는데, 그 제2기판(550)상에는 제1기판(500)에서 단위화소영역을 정의하는 오목한 홈의 가장자리영역에 각각 대응하여 영역을 구획하는 블랙매트릭스(551)와, 상기 블랙매트릭스(551)로 구획된 제2기판(550)상에 R, G, B의 레지스트(resist)가 순차적으로 배열되어 형성된 컬러필터(553)로 구성되어 있다.

이때, 상기 컬러필터(553)가 형성된 제2기판(550)상에는 그 컬러필터(553)을 보호하기 위하여는 별도의 실리콘 등을 재질로 하는 얇은 실리콘막이 부착되거나, 투명한 오버 코트층이 추가적으로 형성될 수도 있을 것이다.

이를 통해, 외부의 구동회로부로부터 다양한 레벨의 신호전압이 반도체 레이저 칩(510)에 인가되면 그 선택된 신호 전압에 따라 빛의 발광 정도가 조절될 수 있는 특정영역 대(혹은 특정 세기)의 레이저 빔이 반도체 레이저 칩(510)으로부터 조사되고, 그 레이저 빔은 다시 상측에 위치하는 윈도우(530)에 의해 확산된다. 이어 그 확산 레이저 빔은 광모듈장치(540, 541)를 각각 통과하여 광모듈장치(540, 541)상에 구비된 형광막(551)상의 형광체(552)를 투과하면서 특정 휘도의 백색광이 구현되고, 그 특정 휘도의 백색광은 R, G, B의 컬러필터(553)를 각각 투과하여 특정 휘도의 색이 구현되고 이와 같은 방식에 의해 영상이 구현될 것이다.

이와 관련해, 예컨대 외부로부터의 데이터 정보에 따라 가장 높은 레벨의 신호전압 및 가장 낮은 레벨의 신호전압만을 통해 반도체 레이저 칩(510)을 온/오프시키고, 턴-온시 특정 영역 대의 레이저 빔을 조사하여 패널에 흑백의 영상을 구현하게 되면 흑백 영상의 구현이 가능할 수 있다.

반면, 외부의 시스템으로 인가된 R, G, B 영상 데이터의 색차 및 휘도 정보에 따라 다양한 레벨의 신호전압을 생성하고, 그 다양한 레벨의 신호전압 중 하나의 레벨을 갖는 신호전압에 따라 청색의 반도체 레이저 칩(510)으로부터 레이저 빔의 세기가 조절되어 다양한 휘도의 컬러가 패널에 구현되면 이를 통해서는 컬러 영상의 구현이 얼마든지 가능할 수 있을 것이다.

도 12는 본 발명의 제4실시예에 따른 표시장치의 분해 사시도이다.

도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 레이저 표시장치는 다수 개의 오목한 홈이 매트릭스 형태로 배열·형성되어 단위화소영역이 정의되는 제1기판(600), 상기 제1기판(600)의 오목한 홈에 구비되고 외부 시스템으로부터 인가되는 영상데이터의 색차 및 휘도 정보를 분석하여 생성된 다수 레벨(level)의 신호전압 중 하나의 선택된 신호전압에 따라 레이저 빔의 세기가 조절되어 조사되는 반도체 레이저 칩(610)이 포함된 반도체 레이저 패키지와, 상기 제1기판(600)에 합착되고 반도체 레이저 패키지로부터 조사된 레이저 빔을 한정된 특정영역에 조사시키는 광모듈장치(640, 641) 및 상기 광모듈장치(640, 641)상에 구비되어 제1기판(600)의 각각의 단위 화소에 대응하여 블랙매트릭스(651)에 의해 구획된 영역을 갖는 제2기판(650)을 포함하여 구성되어 있다.

이때, 반도체 레이저 패키지는 제1기판(600)의 오목한 홈에 실장되어 레이저 빔을 조사하는 반도체 레이저 칩(610)과, 상기 제1기판(600)의 오목한 홈마다 구비되어 하측에 위치하는 반도체 레이저 칩(610)으로부터 조사된 레이저 빔을 확산시키고 반도체 레이저 칩(610)을 외부로부터 보호하는 윈도우(630)와, 상기 윈도우(630)의 상측에 배치되고 상측면 및 하측면 중 적어도 일면에 형광체가 도포되어 형광층(632)을 이루는 형광막(631)과, 상기 반도체 레이저 칩(610)에 접속되어 전압이 인가되는 도전수단(621, 622)을 포함한다.

먼저, 상기 제1기판(600)은 불투명 또는 반사율이 큰 수지(resin)로 성형된 일종의 몰드물로서 단위화소영역을 정의하는 다수 개의 오목한 홈이 매트릭스 형태로 배열·형성되어 있다.

그리고, 상기 제1기판(600)상의 오목한 홈에는 외부로부터의 다양한 레벨에 해당하는 신호전압에 따라 레이저 빔의 세기가 조절되어 조사되거나, 혹은 외부의 신호전압에 따라 온/오프되는 반도체 레이저 칩(610)이 구비되어 있는데, 가령 본 발명의 반도체 레이저 칩(610)은 신호전압이 인가되어 턴-온(turn-on) 상태가 될 때, 400~405nm 영역 대(역)의 청색 레이저 빔이 조사되는 청색의 반도체 레이저 칩(610)이 적절하다. 이때, 반도체 레이저 칩(610)은 인가되는 다양한 레벨의 신호전압에 따라 다양한 세기의 레이저 빔이 조사될 수 있다.

예컨대, 청색 반도체 레이저 칩(610)은 400nm 영역 대의 광파장 출력을 가지며 이를 위해 n형층은 n형 불순물로 도핑된 제2버퍼층 및 n형 AlGaN계의 클래드층으로 구성되고, 활성층은 InGaN계의 양자 우물층과 GaN계의 장벽층이 교대로 적층되어 구성되며, p형층은 p형 불순물이 도핑된 p형 AlGaN계의 클래드층, p형 콘택층, n형 전류제한층 및 p형 GaN계의 캡층으로 구성될 수 있다.

또한, 상기 제1기판(600) 내부의 반도체 레이저 칩(610)을 외부와 전기적으로 접속시키는 외부도전단자(621)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 제1기판(600)의 오목한 홈 내부에는 각각의 반도체 레이저 칩(610)과 외부도전단자(621)를 서로 전기적으로 접속시키는 내부도전단자(622)가 형성되어 있다. 그 결과 외부로부터 외부도전단자(621)에 인가된 전압은 내부도전단자(622)를 통해 반도체 레이저 칩(610)으로 인가된다.

물론 본 발명에서의 반도체 레이저 칩(610)에 접속하는 내부도전단자(622) 및 외부로부터 전압이 인가되는 외부도전단자(621)는 반도체 레이저 칩(610)을 구동시키기 위하여 외부로부터 R, G, B의 영상 데이터의 색차 및 휘도정보를 분석하여 그에 적합한 신호전압을 선택·제공하는 구동회로부(미도시)에 접속되어 연동하게 된다.

상기 제1기판(600)의 오목한 홈에 실장되어 있는 반도체 레이저 칩(610)에 이격되어 중공(中空)을 갖는 그 상측에는 반도체 레이저 칩(610)으로부터 조사된 레이저 빔을 확산시키고, 반도체 레이저 칩(610)을 외부로부터 보호하는 윈도우(630)가 구비되어 있다. 이때 윈도우(630)는 레이저 빔의 확산 기능을 돕기 위한 확산재가 내포된 얇은 유리막일 수 있고, 또는 확산재가 내포된 실리콘 막일 수 있다.

그리고, 그 윈도우(630)에 이격되어서는 형광막(631)이 구비되어 있는데, 이때 형광막(631)은 상측면 혹은 하측면 중 적어도 일면에 적(R), 녹(G), 청(B)의 형광체가 도포 혹은 코팅 등에 의해 형성된 형광층(632)을 포함하고 있다.

또한, 상기 제1기판(600)상에는 레이저 빔을 한정된 특정 영역에 조사시키기 위하여 광모듈장치(640, 641)가 구비되어 있다. 이때 광모듈장치(640, 641)는 형광막(631)상의 형광층(632)에 각각 대응하여 다수개의 홀이 그룹을 이루어 형성된 프레임(640)과, 상기 홀의 내부와 그 내부로부터 외부로 연장되어 형성된 광섬유(641)를 포함하여 구성되어 있다. 이때, 광섬유(641)는 유리재질로 형성되며 그 광섬유(641)의 굵기 및 수량은 레이저 빔의 세기 및 패널의 해상도에 관계될 수도 있다.

또한, 상기 제1기판(600)상에는 제2기판(650)이 구비(혹은 합착)되어 있다. 이때 제2기판(650)은 유리기판으로 이루어질 수 있는데, 그 제2기판(650)상에는 제1기판(600)에서 단위화소영역을 정의하는 오목한 홈의 가장자리영역에 각각 대응하여 영역을 구획하는 블랙매트릭스(651)가 형성되어 있다.

이를 통해, 외부의 구동회로부로부터 다양한 레벨의 신호전압이 반도체 레이저 칩(610)에 인가되면 그 선택된 신호 전압에 따라 빛의 발광 정도가 조절될 수 있는 특정영역 대(혹은 특정 세기)의 레이저 빔이 반도체 레이저 칩(610)으로부터 조사되고, 그 레이저 빔은 다시 상측에 위치하는 윈도우(630)에 의해 확산된다. 이어 그 확산된 레이저 빔은 R, G, B의 형광체(632)가 형성된 형광막(631)을 투과하여 다양한 휘도의 R, G, B 컬러를 구현하게 되고, 이와 같은 컬러 광은 다시 광모듈장치(640, 641)의 광섬유(641)를 경유하여 제2기판(650)상의 블랙매트릭스(651)에 의해 구획된 영역으로 조사되어 영상이 구현될 것이다.

이와 관련해, 예컨대 외부로부터의 데이터 정보에 따라 가장 높은 레벨의 신호전압 및 가장 낮은 레벨의 신호전압만을 통해 반도체 레이저 칩(610)을 온/오프시키고, 턴-온시 특정 영역 대의 레이저 빔을 조사하여 패널에 흑백의 영상을 구현하게 되면 흑백 영상의 구현이 가능할 수 있다.

반면, 외부의 시스템으로 인가된 R, G, B 영상 데이터의 색차 및 휘도 정보에 따라 다양한 레벨의 신호전압을 생성하고, 그 다양한 레벨의 신호전압 중 하나의 레벨을 갖는 신호전압에 따라 청색의 반도체 레이저 칩(610)으로부터 레이저 빔 의 세기가 조절되어 다양한 휘도의 컬러가 패널에 구현되면 이를 통해서는 컬러 영상의 구현이 얼마든지 가능할 수 있을 것이다.

도 13은 본 발명의 제5실시예에 따른 표시장치의 분해사시도이다.

도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 표시장치는 다수 개의 오목한 홈이 매트릭스 형태로 배열·형성되어 단위화소영역이 정의되는 제1기판(700), 상기 제1기판(700)의 오목한 홈에 구비되고 외부 시스템으로부터 인가되는 영상데이터의 색차 및 휘도 정보를 분석하여 생성된 다수 레벨의 신호전압 중 하나의 선택된 신호전압에 따라 레이저 빔의 세기가 조절되어 조사되는 반도체 레이저 칩(710)이 포함된 반도체 레이저 패키지와, 상기 제1기판(700)에 합착되고 반도체 레이저 패키지로부터 조사된 레이저 빔을 한정된 특정영역에 조사시키는 광모듈장치(740, 741) 및 상기 광모듈장치(740, 741)상에 구비되어 제1기판(700)의 각각의 단위 화소에 대응하여 R, G, B의 형광층(753)이 순차적으로 배열되어 형성된 제2기판(750)을 포함하여 구성되어 있다.

이때, 반도체 레이저 패키지는 제1기판(700)의 오목한 홈에 실장되어 레이저 빔을 조사하는 반도체 레이저 칩(710)과, 상기 제1기판(700)의 오목한 홈마다 구비되어 하측에 위치하는 반도체 레이저 칩(710)으로부터 조사된 레이저 빔을 확산시키고 반도체 레이저 칩(710)을 외부로부터 보호하는 윈도우(730)와, 상기 반도체 레이저 칩(710)에 접속되어 전압이 인가되는 도전수단(721, 722)을 포함한다.

먼저, 상기 제1기판(700)은 불투명 또는 반사율이 큰 수지(resin)로 성형된 일종의 몰드물로서 단위화소영역을 정의하는 다수 개의 오목한 홈이 매트릭스 형태 로 배열·형성되어 있다.

그리고, 상기 제1기판(700)상의 오목한 홈에는 외부로부터의 다양한 레벨에 해당하는 신호전압에 따라 레이저 빔의 세기가 조절되어 조사되거나, 혹은 외부의 신호전압에 따라 온/오프되는 반도체 레이저 칩(710)이 구비되어 있는데, 가령 본 발명의 반도체 레이저 칩(710)은 신호전압이 인가되어 턴-온(turn-on) 상태가 될 때, 400~405nm 영역 대(역)의 청색 레이저 빔이 조사되는 청색의 반도체 레이저 칩(710)이 적절하다. 이때, 반도체 레이저 칩(710)은 인가되는 다양한 레벨의 신호전압에 따라 다양한 세기의 레이저 빔이 조사될 수 있다.

예컨대, 청색 반도체 레이저 칩(710)은 400nm 영역 대의 광파장 출력을 가지며 이를 위해 n형층은 n형 불순물로 도핑된 제2버퍼층 및 n형 AlGaN계의 클래드층으로 구성되고, 활성층은 InGaN계의 양자 우물층과 GaN계의 장벽층이 교대로 적층되어 구성되며, p형층은 p형 불순물이 도핑된 p형 AlGaN계의 클래드층, p형 콘택층, n형 전류제한층 및 p형 GaN계의 캡층으로 구성될 수 있다.

상기 구조에서, P형 전극과 n형 전극에 순방향 전압이 인가될 경우 p형층에서 공급된 정공과 상기 n형층에서 공급된 전자가 활성층인 양자우물구조 내에서 서 로 결합하여 InGaN계 양자우물층의 에너지 간격에 해당하는 400~405nm 영역 대의 레이저 빔이 출력된다.

또한, 상기 제1기판(700) 내부의 반도체 레이저 칩(710)을 외부와 전기적으로 접속시키는 외부도전단자(721)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 제1기판(700)의 오목한 홈 내부에는 각각의 반도체 레이저 칩(710)과 외부도전단자(721)를 서로 전기적으로 접속시키는 내부도전단자(722)가 형성되어 있다. 그 결과 외부로부터 외부도전단자(721)에 인가된 전압은 내부도전단자(722)를 통해 반도체 레이저 칩(710)으로 인가된다.

물론 본 발명에서의 반도체 레이저 칩(710)에 접속하는 내부도전단자(722) 및 외부로부터 전압이 인가되는 외부도전단자(721)는 반도체 레이저 칩(710)을 구동시키기 위하여 외부로부터 R, G, B의 영상 데이터의 색차 및 휘도정보를 분석하여 그에 적합한 신호전압을 선택·제공하는 구동회로부(미도시)에 접속되어 연동하게 된다.

상기 제1기판(700)의 오목한 홈에 실장되어 있는 반도체 레이저 칩(710)에 이격되어 중공(中空)을 갖는 그 상측에는 반도체 레이저 칩(710)으로부터 조사된 레이저 빔을 확산시키고, 반도체 레이저 칩(710)을 외부로부터 보호하는 윈도우(730)가 구비되어 있다. 이때 윈도우(730)는 레이저 빔의 확산 기능을 돕기 위한 확산재가 내포된 얇은 유리막일 수 있고, 또는 확산재가 내포된 실리콘 막일 수 있다.

또한, 상기 제1기판(700)상에는 레이저 빔을 한정된 특정 영역에 조사시키기 위하여 광모듈장치(740, 741)가 구비되어 있다. 이때 광모듈장치(740, 741)는 다수개의 홀이 그룹을 이루어 형성된 프레임(740)과, 상기 홀의 내부와 내부로부터 외부로 연장되어 형성된 광섬유(741)를 포함하여 구성되어 있다. 이때, 광섬유(741)는 유리재질로 형성되며 그 광섬유(741)의 굵기 및 수량은 레이저 빔의 세기 및 패널의 해상도에 관계될 수도 있다.

또한, 상기 제1기판(700)상에 구비되어 있는 광모듈장치(740, 741)상에는 제2기판(750)이 구비(혹은 합착)되어 있다. 이때 제2기판(750)은 유리기판으로 이루어질 수 있는데, 그 제2기판(750)상에는 제1기판(700)에서 단위화소영역을 정의하는 오목한 홈의 가장자리영역에 각각 대응하여 영역을 구획하는 블랙매트릭스(751)와, 상기 블랙매트릭스(751)에 의하여 구획된 제2기판(750)상에 적(R), 녹(G), 청(B)의 형광체가 도포 혹은 코팅 등에 의해 형성된 형광층(753)이 구성되어 있다.

이를 통해, 외부의 구동회로부로부터 다양한 레벨의 신호전압이 반도체 레이저 칩(710)에 인가되면 그 선택된 신호 전압에 따라 빛의 발광 정도가 조절될 수 있는 특정영역 대(혹은 특정 세기)의 레이저 빔이 반도체 레이저 칩(710)으로부터 조사되고, 그 레이저 빔은 다시 상측에 위치하는 윈도우(730)에 의해 확산된다. 이어 그 확산된 레이저 빔은 광모듈장치(740, 741)의 광섬유(741)를 통하여 제2기판(750)상에 적(R), 녹(G), 청(B)의 형광체가 도포되어 형성된 각각의 형광층(753)에 제공되어 특정 휘도의 컬러 영상이 구현될 것이다.

이와 관련해, 예컨대 외부로부터의 데이터 정보에 따라 가장 높은 레벨의 신 호전압 및 가장 낮은 레벨의 신호전압만을 통해 반도체 레이저 칩(710)을 온/오프시키고, 턴-온시 특정 영역 대의 레이저 빔을 조사하여 패널에 흑백의 영상을 구현하게 되면 흑백 영상의 구현이 가능할 수 있다.

반면, 외부의 시스템으로 인가된 R, G, B 영상 데이터의 색차 및 휘도 정보에 따라 다양한 레벨의 신호전압을 생성하고, 그 다양한 레벨의 신호전압 중 하나의 레벨을 갖는 신호전압에 따라 청색의 반도체 레이저 칩(710)으로부터 레이저 빔의 세기가 조절되어 다양한 휘도의 컬러가 패널에 구현되면 이를 통해서는 컬러 영상의 구현이 얼마든지 가능할 수 있을 것이다.

지금까지 다양한 실시예를 통하여 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 표시장치는 다양한 변형이 얼마든지 가능할 것으로 보인다. 무엇보다 형광막 및 광모듈장치를 어느 위치에 배치하고, 또 광모듈장치를 어떠한 형태로 하여 제1기판상에 부착할 것이냐에 따라 얼마든지 다양한 변경이 가능할 것이다.

더 나아가서, 본 발명의 제2 내지 제5의 실시예에서 제시했던 광모듈장치를 포함하는 반도체 레이저 패키지의 구조는 액정표시장치의 백라이트에도 얼마든지 적용될 수 있는 것이므로 이 또한 밝혀두고자 한다.

도 1은 종래기술에 따른 직하형 LED 액정표시장치의 체결 단면도

도 2는 도 1의 하부커버상에 배열되어 고정된 복수 개의 PCB와 그 PCB상의 LED 패키지를 보여주는 평면도

도 3은 도 1 및 도 2의 LED 패키지를 나타내는 부분 절단면도

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치의 분해사시도

도 5는 도 4의 반도체 레이저 패키지를 나타내는 부분절단면도

도 6은 도 5의 절단선(I-I`)을 따라 본 절단면도

도 7은 도 4 내지 도 6의 반도체 레이저 칩의 내부구조를 나타내는 도면

도 8은 도 4에 나타낸 반도체 레이저 패키지의 다른 예에 따른 부분절단면도

도 9는 도 8의 절단선(II-II`)을 따라 본 절단면도

도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 표시장치의 분해사시도

도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 표시장치의 분해사시도

도 12는 본 발명의 제4실시예에 따른 표시장치의 분해사시도

도 13은 본 발명의 제5실시예에 따른 표시장치의 분해사시도

Claims

화상이 구현되는 액정패널;

상기 액정패널의 하부에 구비되는 적어도 하나의 PCB;

상기 PCB상에 적어도 하나의 열을 이루어 배열·고정되어 상기 액정패널에 빛을 제공하는 반도체 레이저 패키지; 및

외부로부터 인가되는 영상데이터의 색차 및 휘도 정보를 분석하여 다수 레벨의 신호전압을 생성하고, 상기 다수 레벨의 신호전압 중 하나를 선택하여 상기 반도체 레이저 패키지로 출력하는 구동회로부를 포함하고,

상기 반도체 레이저 패키지는,

가운데 영역에 적어도 하나의 오목한 홈이 형성되어 외부 프레임을 이루는 본체;

상기 홈마다 실장되어 레이저 빔을 조사하는 적어도 하나의 반도체 레이저 칩;

상기 반도체 레이저 칩의 상측에 배치되어 상기 반도체 레이저 칩을 외부로부터 보호하고, 상기 반도체 레이저 칩으로부터 조사된 상기 레이저 빔을 확산시키는 윈도우;

상기 윈도우의 상측에 배치되고, 적어도 일면에 형광체가 도포되어 형광층을 형성하며, 상기 형광층을 통해 상기 레이저 빔으로부터 백색광을 생성하는 형광막; 및

상기 반도체 레이저 칩에 접속되어 상기 구동회로부로부터 출력된 상기 신호전압을 상기 반도체 레이저 칩에 인가하는 도전수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
제1항에 있어서, 상기 반도체 레이저 패키지는 상기 본체의 홈을 내부에 포함시켜 주위를 둘러싸며 체결되며, 상기 백색광을 확산시키는 렌즈를 추가적으로 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 표시장치.
삭제
제2항에 있어서, 상기 렌즈는 균일한 두께로 형성되어 곡률을 가지는 것을 특징으로 하는 표시장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 반도체 레이저 패키지는 상기 형광막 상부에 구비되어 상기 레이저 빔을 특정 영역에 세밀하게 조사시키는 광모듈장치를 추가적으로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
제6항에 있어서, 상기 광모듈장치는,

상기 형광막의 상기 형광층에 대응하여 적어도 하나의 홀이 형성된 프레임; 및

상기 홀의 내부에 형성된 광섬유를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
제1항에 있어서, 상기 본체는 불투명 또는 반사율이 큰 수지(resin)로 성형 된 몰드물인 것을 특징으로 하는 표시장치.
제1항에 있어서, 상기 반도체 레이저 칩은 400~405nm 영역 대의 청색 레이저 빔이 조사되는 청색 반도체 레이저 칩인 것을 특징으로 하는 표시장치.
제1항에 있어서, 상기 윈도우는 확산재가 포함되어 형성된 유리막인 것을 특징으로 하는 표시장치.
제1항에 있어서, 상기 윈도우는 확산재가 포함되어 형성된 실리콘막인 것을 특징으로 하는 표시장치.
제1항에 있어서, 상기 형광층은 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 황색(Y) 중 적어도 하나의 형광체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 표시장치.
제1항에 있어서, 상기 반도체 레이저 패키지는,

상기 본체에 하나의 상기 홈이 형성되고, 상기 홈에 실장된 상기 반도체 레이저 칩은 청색의 레이저 빔을 조사하며, 상기 윈도우 상측의 상기 형광막에는 황색의 형광층이 형성되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
제1항에 있어서, 상기 반도체 레이저 패키지는,

상기 본체에 3개의 상기 홈이 형성되고, 상기 홈마다 실장된 상기 반도체 레이저 칩은 청색의 레이저 빔을 조사하며, 상기 홈마다 형성된 상기 윈도우 상측의 상기 형광막에는 적색, 녹색, 청색의 형광층이 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
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