KR101792102B1 - 액정표시장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 LED를 광원으로 사용하는 액정표시장치에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 백라이트 유닛의 다수의 LED로부터는 청색광 만이 출사되도록 하고, 도광판의 상부에 형광체와 광결정층을 포함하는 형광체필름을 위치시켜, 다수의 LED로부터 출사된 청색광 형광체필름을 통과하는 과정에서 백색광이 구현되도록 하는 것이다.
이를 통해, 다수의 LED의 색편차가 발생하는 것을 방지할 수 있어, 광 특성이 우수한 백색광을 구현할 수 있으며, LED의 수명 및 발광효율을 향상시키게 된다.
따라서, 액정표시장치의 휘도 불균일에 의한 표시품질이 저하되는 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 광결정층에 의해 형광체필름의 하부측으로 출사되는 발광광을 반사시켜 재생되도록 함으로써, 발광광에 의한 광손실을 최소화 할 수 있어, 백라이트 유닛의 광효율 및 액정표시장치의 휘도를 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명의 특징은 백라이트 유닛의 다수의 LED로부터는 청색광 만이 출사되도록 하고, 도광판의 상부에 형광체와 광결정층을 포함하는 형광체필름을 위치시켜, 다수의 LED로부터 출사된 청색광 형광체필름을 통과하는 과정에서 백색광이 구현되도록 하는 것이다.
이를 통해, 다수의 LED의 색편차가 발생하는 것을 방지할 수 있어, 광 특성이 우수한 백색광을 구현할 수 있으며, LED의 수명 및 발광효율을 향상시키게 된다.
따라서, 액정표시장치의 휘도 불균일에 의한 표시품질이 저하되는 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 광결정층에 의해 형광체필름의 하부측으로 출사되는 발광광을 반사시켜 재생되도록 함으로써, 발광광에 의한 광손실을 최소화 할 수 있어, 백라이트 유닛의 광효율 및 액정표시장치의 휘도를 보다 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 LED를 광원으로 사용하는 액정표시장치에 관한 것이다.
동화상 표시에 유리하고 콘트라스트비(contrast ratio)가 큰 특징을 보여 TV, 모니터 등에 활발하게 이용되는 액정표시장치(liquid crystal display device : LCD)는 액정의 광학적이방성(optical anisotropy)과 분극성질(polarization)에 의한 화상구현원리를 나타낸다.
이러한 액정표시장치는 나란한 두 기판(substrate) 사이로 액정층을 개재하여 합착시킨 액정패널(liquid crystal panel)을 필수 구성요소로 하며, 액정패널 내의 전기장으로 액정분자의 배열방향을 변화시켜 투과율 차이를 구현한다.
하지만 액정패널은 자체 발광요소를 갖추지 못한 관계로 투과율 차이를 화상으로 표시하기 위해서 별도의 광원을 요구하고, 이를 위해 액정패널 배면에는 광원(光源)이 내장된 백라이트 유닛(backlight unit)이 배치된다.
백라이트 유닛은 광원으로 냉음극형광램프(cold cathode fluorescent lamp : CCFL), 외부전극형광램프(external electrode fluorescent lamp), 그리고 발광다이오드(light emitting diode : LED, 이하 LED라 함) 등을 사용한다.
이중에서 특히, LED는 소형, 저소비 전력, 고신뢰성 등의 특징을 겸비하여 표시용 광원으로서 널리 이용되고 있는 추세이다.
한편, 일반적인 백라이트 유닛은 램프의 배열구조에 따라 직하형(Direct type) 방식과 에지형(Edge type) 방식으로 구분되는데, 에지형 방식은 하나 또는 한쌍의 광원이 도광판의 일측부와 두개 또는 두쌍의 광원이 도광판의 양측부 각각에 배치된 구조를 가지며, 직하형 방식은 수개의 광원이 액정패널의 하부에 배치된 구조이다.
여기서, 직하형 방식은 박형화에 한계가 있어, 화면의 두께보다는 밝기가 중요시되는 액정표시장치에서 주로 사용하고, 직하형 방식에 비해 경량 및 박형화가 가능한 에지형 방식은 노트북 PC나 모니터용 PC와 같은 두께가 중요시되는 액정표시장치에서 주로 사용된다.
도 1은 LED를 광원으로 사용한 일반적인 에지형 방식의 백라이트 유닛을 포함하는 액정표시장치의 단면도이다.
도시한 바와 같이, 일반적인 에지형 방식의 백라이트 유닛(20)을 포함하는 액정표시장치는 액정패널(10)과 백라이트 유닛(20), 그리고 서포트메인(30)과 커버버툼(50), 탑커버(40)로 구성된다.
액정패널(10)은 화상표현의 핵심적인 역할을 담당하는 부분으로써 액정층을 사이에 두고 대면 합착된 제 1 및 제 2 기판(12, 14)으로 구성된다.
이의, 액정패널(10) 후방으로는 백라이트 유닛(20)이 구비된다.
백라이트 유닛(20)은 서포트메인(30)의 적어도 일측 가장자리 길이방향을 따라 배열되며, 다수의 LED(29a)와 LED(29a)가 실장되는 PCB(29b)로 이루어지는 LED 어셈블리(29)와, 커버버툼(50) 상에 안착되는 백색 또는 은색의 반사판(25)과, 이러한 반사판(25) 상에 안착되는 도광판(23) 그리고 이의 상부로 위치하는 광학시트(21)를 포함한다.
이러한 액정패널(10)과 백라이트 유닛(20)은 가장자리가 사각테 형상의 서포트메인(30)으로 둘려진 상태로 액정패널(10) 상면 가장자리를 두르는 탑커버(40) 그리고 백라이트 유닛(20) 배면을 덮는 커버버툼(50)이 각각 전후방에서 결합되어 서포트메인(30)을 매개로 일체화된다.
그리고 미설명부호 19a, 19b는 각각 액정패널(10)의 전 후면에 부착되어 광의 편광방향을 제어하는 편광판을 나타낸다.
한편, LED(29a)는 광을 발하는 LED칩(미도시) 상부에 형광체(미도시)가 도포된 구조로, 여기서, LED칩(미도시)으로부터 방출되는 광은 형광체(미도시)를 여기시켜, 이를 통해 LED(29a) 외부로 광을 발광함으로써, 형광체(미도시)는 LED(29a)에 있어서 매우 중요한 역할을 하게 된다.
그러나, 현재까지는 형광체(미도시)를 도포하기 위하여, 형광체(미도시)를 실리콘(미도시)과 혼합한 후, 디스펜싱(dispensing)방식으로 형광체(미도시)를 도포하는 방법이 가장 널리 사용되고 있으나, 이때, 실리콘(미도시)과 혼합된 형광체(미도시)는 침전현상에 의해, 각 LED(29a)로 디스펜싱 방식을 통해 형광체(미도시)를 도포하는 과정에서 특정 LED(29a)로 형광체(미도시)의 양이 적거나 많게 도포되는 문제점이 발생하게 된다.
즉, LED(29a)로 도포되는 형광체(미도시)의 양을 제어하기가 매우 어려운 실정이다.
따라서, 다수의 LED(29a)는 형광체(미도시) 양이 달라짐에 따라 색편차가 발생하게 된다.
그리고, 이러한 LED(29a)는 형광체(미도시)가 LED칩(미도시)과 가까이 위치하게 됨에 따라, LED칩(미도시) 구동시 발생하는 열에 의해 형광체(미도시)가 열화되어, 형광체(미도시)의 효율을 감소시키거나, LED(29a)의 열화를 심화시키는 문제점을 야기하게 된다. 따라서, LED(29a)의 수명 및 발광효율을 저하시키게 된다.
이러한 LED(29a)의 문제점은 LED(29a)를 백라이트 유닛(20)의 광원으로 사용하는 액정표시장치의 휘도 불균일에 의한 표시품질의 저하 문제를 야기시키게 된다.
또한, 최근에는 고휘도의 액정표시장치가 요구되고 있으나, 백라이트 유닛으로부터 출사되는 빛 중 많은 양의 빛이 손실되고 있어, 고휘도의 액정표시장치를 구현하기가 매우 까다로운 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 효율이 향상된 백라이트 유닛을 제공하고자 하는 것을 제 1 목적으로 한다.
또한, 색편차가 발생하지 않는 다수의 LED를 제공하고자 하는 것을 제 2 목적으로 하며, 액정표시장치의 휘도 불균일에 의한 표시품질의 저하문제를 방지하고자 하는 것을 제 3 목적으로 한다.
또한, 광손실을 최소화하여 액정표시장치의 광효율을 향상시킴으로써, 고휘도의 액정표시장치를 제공하고자 하는 것을 제 4 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 도광판과; 상기 도광판의 입광면을 따라 배열되며, 상기 입광면을 향해 광이 출사되는 다수의 LED와, 상기 다수의 LED가 실장되는 PCB를 포함하는 LED 어셈블리와; 상기 도광판 상에 안착되어, 특정 파장대의 광을 반사 및 투과시키는 광결정층과 형광체가 순차적으로 형성된 형광체필름과; 상기 형광체필름 상부에 위치하는 광학시트와; 상기 다수의 광학시트 상에 안착되는 액정패널을 포함하며, 상기 형광체필름은 상기 다수의 LED로부터 출사되는 광을 백색광으로 구현하는 액정표시장치를 제공한다.
이때, 상기 광결정층은 상기 LED로부터 출사되는 상기 광을 투과시키며, 상기 형광체에 의해 발광되는 발광광은 반사시키며, 상기 발광광 중 상기 광결정층을 향해 출사되는 발광광은 반사된 후, 상기 광학시트를 향해 출사된다.
그리고, 상기 다수의 LED는 청색광을 출사하며, 상기 형광체필름의 상기 형광체는 황색형광체 또는 적색 및 녹색 형광체가 혼합된 형광체이며, 상기 광결정층은 450 ~ 470nm 파장대의 광은 투과시키며, 500 ~ 700nm 파장대의 광은 반사시키며, 상기 다수의 LED는 UV를 출사하며, 상기 형광체필름의 상기 형광체는 적, 녹, 청색의 삼색 형광체이며, 상기 광결정층은 100 ~ 400nm 이하의 파장대의 광은 투과시키며, 450 ~ 700nm 파장대의 광은 반사시킨다.
또한, 상기 광결정층은 서로 다른 굴절율을 갖는 박막의 적층 구조로 이루어지며, 상기 박막은 PET나 PMMA, PC 또는 Acryl계열 Resin 을 포함하는 고분자 또는 산화실리콘(SiO2), 산화티타늄(TiO2)을 포함하는 금속 산화물로 이루어진다.
그리고, 상기 형광체의 일면에는 베이스필름이 구비되며, 상기 베이스필름의 상기 형광체와 접하는 반대측에 렌티큘러패턴 또는 프리즘패턴이 형성되며, 상기 광결정층의 상기 형광체와 접하는 반대측에 확산층이 형성된다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 백라이트 유닛의 다수의 LED로부터는 청색광 만이 출사되도록 하고, 도광판의 상부에 형광체와 광결정층을 포함하는 형광체필름을 위치시켜, 다수의 LED로부터 출사된 청색광이 형광체필름을 통과하는 과정에서 백색광이 구현되도록 함으로써, 이를 통해, 다수의 LED의 색편차가 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있어, 광 특성이 우수한 백색광을 구현할 수 있으며, LED의 수명 및 발광효율을 향상시키게 되는 효과가 있다.
따라서, 액정표시장치의 휘도 불균일에 의한 표시품질이 저하되는 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 광결정층에 의해 형광체필름의 하부측으로 출사되는 발광광을 반사시켜 재생되도록 함으로써, 발광광에 의한 광손실을 최소화 할 수 있는 효과가 있어, 백라이트 유닛의 광효율 및 액정표시장치의 휘도를 보다 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 LED를 광원으로 사용한 일반적인 에지형 방식의 백라이트 유닛을 포함하는 액정표시장치의 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 분해 사시도.
도 3은 도 2의 액정패널의 분해 사시도.
도 4a ~ 4b는 본 발명의 실시예에 따른 형광체필름을 개략적으로 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 LED로부터 발산된 광의 진행경로를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 분해 사시도.
도 3은 도 2의 액정패널의 분해 사시도.
도 4a ~ 4b는 본 발명의 실시예에 따른 형광체필름을 개략적으로 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 LED로부터 발산된 광의 진행경로를 개략적으로 도시한 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 분해 사시도이며, 도 3은 도 2의 액정패널의 분해 사시도이다.
도시한 바와 같이, 액정표시장치는 액정패널(110)과 백라이트 유닛(120), 그리고 서포트메인(130)과 커버버툼(150), 탑커버(140)로 구성된다.
먼저, 액정패널(110)에 대해서 이의 일부 분해사시도인 도 3을 함께 참조하여 좀더 자세히 살펴보면, 하부기판 또는 어레이기판(array substrate)이라 불리는 제 1 기판(112)의 일면에는 복수개의 데이터라인(218)과 게이트라인(216)이 종횡 교차하여 화소(P)를 정의한다.
이들 두 라인의 교차지점에는 박막트랜지스터(T)가 구비되어 각 화소영역(P)에 마련된 투명 화소전극(220)과 일대일 대응 접속된다.
또한 액정층(250)을 사이에 두고 제 1 기판(112)과 마주보는 제 2 기판(114)은 상부기판 또는 컬러필터기판(color filter substrate)이라 불리는데, 이의 일면에는 제 1 기판(112)의 데이터라인(218)과 게이트라인(216) 그리고 박막트랜지스터(T) 등의 비표시 요소를 가리면서 화소전극(220) 만을 노출시키도록 화소영역(P)을 두르는 격자 형상의 블랙매트릭스(222)가 구성된다.
또한, 이들 격자 내부에서 각 화소영역(P)에 대응되도록 순차적으로 반복 배열되는 일례로 R(red), G(green), B(blue)의 컬러필터(224) 그리고 이들 모두를 덮는 투명 공통전극(226)을 포함한다.
그리고, 제 1 제 2 기판(112, 114)의 각각 외면으로는 특정 광만을 선택적으로 투과시키는 제 1 및 제 2 편광판(119a, 119b)이 부착된다.
이 같은 액정패널(110)의 적어도 일 가장자리를 따라서는 연성회로기판 같은 연결부재(116)를 매개로 게이트 및 데이터 인쇄회로기판(117)이 연결되어 모듈화 과정에서 서포트메인(130) 측면 내지는 커버버툼(150)의 배면으로 젖혀 밀착된다.
아울러 비록 도면상에 명확하게 나타나지는 않았지만 이들 두 기판(112, 114)과 액정층(250)의 경계부분에는 액정의 초기 분자배열 방향을 결정하는 상, 하부 배향막이 개재되고, 제 1 및 제 2 기판(112, 114) 사이로 충진되는 액정층(250)의 누설을 방지하기 위해 양 기판(112, 114)의 가장자리를 따라 실패턴(seal pattern : 미도시)이 형성된다.
따라서, 액정패널(110)은 게이트라인(216)으로 전달된 박막트랜지스터(T)의 온/오프(on/off) 신호에 의해 각 게이트라인(216) 별 선택된 박막트랜지스터(T)가 온(on) 되면 해당 화소전극(220)으로 데이터라인(218)의 화상신호가 전달되고, 이로 인해 발생되는 화소전극(220)과 공통전극(226) 사이의 전기장에 의해 액정분자의 배열방향이 변화되어 투과율의 차이를 나타낸다.
그리고 본 발명에 따른 액정표시장치에는 액정패널(110)이 나타내는 투과율의 차이가 외부로 발현되도록 이의 배면에서 광을 공급하는 백라이트 유닛(120)이 구비된다.
백라이트 유닛(120)은 백색 또는 은색의 반사판(125)과, 이의 일측 가장자리 길이방향을 따라 배열되는 광원인 LED 어셈블리(129)와 반사판(125) 상에 안착되는 도광판(123) 그리고, 도광판(123) 상부에 안착되는 형광체필름(300) 및 광학시트(121)로 이루어진다.
LED 어셈블리(129)는 백라이트 유닛(120)의 광원으로서, 도광판(123)의 입광면과 대면하도록 도광판(123)의 일측에 위치하며, 이러한 LED 어셈블리(129)는 다수개의 LED(129a)와, 다수개의 LED(129a)가 일정 간격 이격하여 장착되는 PCB(129b)를 포함한다.
이때, 다수개의 LED(129a)는 450 ~ 470nm의 단일파장을 갖는 청색광을 발광하는 청색LED로 이루어진다.
이러한 다수의 LED(129a)로부터 출사되는 광이 입사되는 도광판(123)은 LED(129a)로부터 입사된 광이 여러번의 전반사에 의해 도광판(123) 내를 진행하면서 도광판(123)의 넓은 영역으로 골고루 퍼져 액정패널(110)에 면광원을 제공한다.
도광판(123)은 광을 투과시킬 수 있는 투과성 재료중의 하나인 아크릴계 투명수지인 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethylmethacrylate : PMMA)같은 플라스틱(plastic) 물질 또는 폴리카보네이트(polycarbonate : PC)계열에 의해 평면형태(flat type)로 제작된다. 이러한 도광판(123)은 투명성, 내후성, 착색성이 우수하여 광이 투과할 때 광의 확산을 유도한다.
그리고 도광판(123)은 균일한 면광원을 공급하기 위해 배면에 특정 모양의 패턴을 포함할 수 있다. 여기서, 패턴은 도광판(123) 내부로 입사된 광을 가이드하기 위하여, 타원형의 패턴(elliptical pattern), 다각형의 패턴(polygon pattern), 홀로그램 패턴(hologram pattern) 등 다양하게 구성할 수 있으며, 이와 같은 패턴은 도광판(123)의 하부면에 인쇄방식 또는 사출방식으로 형성한다.
반사판(125)은 도광판(123)의 배면에 위치하여, 도광판(123)의 배면을 통과한 광을 액정패널(110) 쪽으로 반사시킴으로써 광의 휘도를 향상시킨다.
도광판(123) 상부의 광학시트(121)는 확산시트와 적어도 하나의 집광시트 등을 포함하며, 도광판(123)을 통과한 빛을 확산 또는 집광하여 액정패널(110)로 보다 균일한 면광원이 입사 되도록 한다.
이때, 본 발명의 액정표시장치는 도광판(123)과 광학시트(121) 사이에 형광체필름(300)을 개재하는 것을 특징으로 하는데, 따라서, 본 발명의 백라이트 유닛(120)은 광 특성이 우수한 백색광을 구현하게 된다.
형광체필름(300)은 형광체(310, 도 4a 참조)를 포함하여, 도광판(123)을 통과한 광은 형광체필름(300)의 형광체(310, 도 4a 참조)를 여기시켜, 형광체(310, 도 4a 참조)에 의해 발광된 발광광과 혼합되어 백색광을 구현하게 된다.
즉, 형광체(310, 도 4a 참조)는 황색형광체 또는 적색(R) 형광체와 녹색(G) 형광체가 혼합되어 이루어진다.
따라서, 본 발명의 LED 어셈블리(129)의 다수의 LED(129a)로부터 청색광이 출사하게 되면, 도광판(123) 내부로 청색광이 입사되어 균일한 면광원으로 청색광이 도광판(123)을 통과하게 된다.
이러한 청색광은 도광판(123) 상부에 위치하는 형광체필름(300)을 통과하면서, 형광체필름(300)의 황색형광체 또는 적색(R) 및 녹색(G)형광체가 혼합된 형광체(310, 도 4a 참조)와 혼합되어 비로소 백색광으로 구현되는 것이다.
이와 같이, 다수의 LED(129a)로부터는 청색광 만이 출사되도록 하고, 도광판(123)의 상부에 황색형광체 또는 적색(R) 및 녹색(G)형광체가 혼합된 형광체(310, 도 4a 참조)를 포함하는 형광체필름(300)을 위치시켜, 다수의 LED(129a)로부터 출사된 청색광이 형광체필름(300)을 통과하는 과정에서 백색광이 구현되도록 함으로써, 광 특성이 우수한 백색광을 구현하게 된다.
이는, PCB(129b) 상에 실장되는 다수개의 LED(129a)의 색편차가 발생하는 것을 방지할 수 있기 때문이다.
즉, 기존의 LED(도 1의 29a)는 실리콘(미도시)과 형광체(미도시)를 혼합한 후 디스펜싱(dispensing)방식으로 형광체(미도시)를 LED칩(미도시) 상부에 도포함에 따라, 형광체(미도시)의 침전현상에 의해 각 LED(도 1의 29a)에 도포되는 형광체(미도시)의 양을 제어하기가 어려워, 각 LED(도 1의 29a)의 형광체(미도시)의 양이 달라 색편차가 발생하는 문제점이 발생되었다.
그러나, 본 발명의 LED(129a)는 LED(129a)와 별도로 황색형광체 또는 적색(R) 및 녹색(G)형광체가 혼합된 형광체(310, 도 4a 참조)를 포함하는 형광체필름(300)을 구비하여, 이를 통해 백색광을 구현함으로써, 실리콘(미도시)과 형광체(미도시)의 혼합한 후 디스펜싱 방식을 통해 형광체(미도시)를 도포하지 않아도 됨으로써, 형광체(미도시)의 침전현상에 의해 위와 같은 문제점이 발생하는 것을 방지할 수 있는 것이다.
또한, 본 발명의 백라이트 유닛(120)은 LED(129a)의 LED칩(미도시)과 형광체(310, 도 4a 참조)가 이격하여 위치하게 됨으로써, LED(129a)의 수명 및 발광효율이 향상된다.
즉, 형광체(310, 도 4a 참조)와 LED(129a) 내부에 구비되는 LED칩(미도시)이 서로 가깝게 위치할 경우, LED(129a)의 구동시 LED칩(미도시)에서 발생하는 열에 의해 형광체(310, 도 4a 참조)가 열화되는 문제점이 발생하게 된다. 형광체(310, 도 4a 참조)가 열화될 경우 형광체(310, 도 4a 참조)의 효율 자체가 낮아지게 되고, 또한 LED(129a) 전체의 열화를 발생시키게 된다.
이에 반해, 본 발명의 백라이트 유닛(120)은 다수의 LED(129a)와 형광체(310, 도 4a 참조)가 별도로 구비됨에 따라, LED(129a)의 구동에 의해 LED칩(미도시)에서 발생하는 열에 의해 형광체(310, 도 4a 참조)가 열화되는 것을 방지할 수 있으며, 이를 통해 LED(129a) 자체가 열화되는 것을 방지할 수 있는 것이다. 따라서, 최종적으로 LED(129a)의 수명 및 발광효율을 향상시키게 된다.
특히, 본 발명의 형광체필름(300)은 형광체(310, 도 4a 참조)의 하부 즉, 도광판(123)을 향하는 일면에 광결정층(330, 도 4a 참조)을 더욱 포함하는데, 이를 통해 백라이트 유닛(120)의 광효율을 향상시키게 되고, 최종적으로 액정표시장치의 휘도를 향상시킬 수 있다.
즉, 광결정층(330, 도 4a 참조)은 형광체(310, 도 4a 참조)가 여기되어 발광되는 발광광을 재생시킴으로써 광효율을 향상시킬 수 있다.
이에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 청색광이 형광체필름(300)의 황색형광체 또는 적색(R) 및 녹색(G)형광체가 혼합된 형광체(310, 도 4a 참조)에 입사될 경우, 형광체(310, 도 4a 참조)는 청색광에 의해 여기되어 발광광을 발광하게 되고, 발광광은 형광체필름(300)의 상하, 즉, 광학시트(121)를 향하는 상부측과 도광판(123)을 향하는 하부측으로 모두 출사되게 된다.
이때, 형광체필름(300)의 하부측으로 출사되는 발광광은 액정패널(110)로 입사되지 못함에 따라, 액정표시장치의 화상을 구현하는데 있어 아무런 영향을 미치지 못하고 손실된다.
이에 반해 본 발명의 액정표시장치는 형광체필름(300)에 광결정층(330, 도 4a 참조)을 형성하여, 발광광이 재생되도록 함으로써, 발광광에 의한 광손실을 최소화 할 수 있다.
따라서, 백라이트 유닛(120)의 광효율 및 액정표시장치의 휘도를 보다 향상시킬 수 있다. 이에 대해 차후 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
이러한 액정패널(110)과 백라이트 유닛(120)은 탑커버(140)와 서포트메인(130) 그리고 커버버툼(150)을 통해 모듈화 되는데, 탑커버(140)는 액정패널(110)의 상면 및 측면 가장자리를 덮도록 단면이“ㄱ”형태로 절곡된 사각테 형상으로, 탑커버(140)의 전면을 개구하여 액정패널(110)에서 구현되는 화상을 표시하도록 구성한다.
또한, 액정패널(110) 및 백라이트 유닛(120)이 안착하여 액정표시장치 전체 기구물 조립에 기초가 되는 커버버툼(150)은 백라이트 유닛(120)의 배면을 감싸는 수평면과 이의 가장자리가 수직 절곡된 측면으로 이루어진다.
이러한 커버버툼(150) 상에 안착되며 액정패널(110) 및 백라이트 유닛(120)의 가장자리를 두르는 사각테 형상의 서포트메인(130)이 탑커버(140) 및 커버버툼(150)과 결합된다.
이때, 탑커버(140)는 케이스탑 또는 탑케이스라 일컬어지기도 하고, 서포트메인(130)은 가이드패널 또는 메인서포트, 몰드프레임이라 일컬어지기도 하며, 커버버툼(150)은 버텀커버 또는 하부커버라 일컬어지기도 한다.
도 4a ~ 4b는 본 발명의 실시예에 따른 형광체필름을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 도광판(도 2의 123) 상부에 위치하는 형광체필름(300)은 베이스필름(320)과 광결정층(330) 사이에 형광체(310)가 위치하는 구조로 이루어진다.
이때, 형광체(310)의 광학시트(도 2의 121)와 마주보는 방향의 일면을 상부면으로 정의하고, 도광판(도 2의 123)과 마주보는 방향의 일면을 하부면이라 정의하면, 베이스필름(320)은 형광체(310)의 상부면에 위치하여, 광학시트(도 2의 121)와 마주보며, 광결정층(330)은 형광체(310)의 하부면에 위치하여 도광판(도 2의 123)과 마주보며 위치한다.
여기서, 형광체(310)는 형광체 입자가 결합제에 혼합된 상태로, 이때, 형광체(310)는 사용될 여기광 파장과 목표 발광광 파장에 따라 적절히 선택되어 사용될 수 있다.
즉, 백라이트 유닛(도 2의 120)의 LED(도 2의 129a)가 청색광을 발광하는 청색LED일 경우, 형광체필름(300)의 형광체(310)는 황색형광체 또는 적색(R) 형광체와 녹색(G) 형광체가 혼합되어 이루어진다.
이때, 황색형광체는 530 ~ 570nm파장을 주파장으로 하는 세륨(Ce)이 도핑된 이트륨(Y) 알루미늄(Al) 가넷인 YAG:Ce(T3Al5O12:Ce)계열 형광체를 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 적색(R) 형광체는 611nm 파장을 주파장으로 하는 산화이트륨(Y2O3)과 유로피움(EU)의 화합물로 이루어진 YOX(Y2O3:EU)계열 형광체이며, 녹색(G) 형광체는 544nm 파장을 주파장으로 하는 인산(Po4)과 란탄(La)과 테르븀(Tb)의 화합물인 LAP(LaPo4:Ce,Tb)계열 형광체를 사용하는 것이 바람직하다.
이때, 적색(R) 형광체와 녹색(G) 형광체가 혼합된 형광체는 황화물(surfide)계열 을 사용할 수도 있다.
여기서 주파장이란 적(R), 녹(G), 청색(B) 각각에서 가장 높은 휘도를 발생하는 파장을 그 형광체(310)의 주 파장이라고 한다.
그리고, 형광체(310)의 상부에 위치하는 베이스필름(320)은 투명 아크릴(acryl) 계열 수지, PMMA(polymethylmethacrylate), 열가소성수지인 PET(polyethylene terephthalate), 산화실리콘(SiO2) 또는 산화티타늄(TiO2) 등의 무기질 물질 또는 20nm이하의 두께로 이루어지는 알루미늄(Al) 재질로 이루어질 수 있다.
이러한 베이스필름(320)은 형광체(310)와 접하는 일면의 반대측인 타측면에 렌티큘러 또는 프리즘패턴(321)이 형성된다.
렌티큘러 또는 프리즘패턴(321)은 띠 모양으로 인접 배열됨으로써 산과 골이 반복되는 형태의 다수개의 패턴(321)이 열을 지어 베이스필름(320)으로부터 돌출 배열되므로, 형광체(310)를 통과하여 구현되는 백색광이, 형광체필름(300)을 통과하여 광학시트(도 2의 121)를 향하는 과정에서 광이 집광되도록 한다.
그리고, 형광체(310)에 의해 구현되는 백색광은 베이스필름(320)을 통과하는 과정에서 일부 확산됨에 따라, 형광체필름(300)을 투과함에 구현되는 백색광의 시야각에 따라 색감차가 발생하는 것을 방지할 수도 있다.
그리고, 형광체(310)의 하부에 위치하는 광결정층(330)은 서로 다른 굴절률을 나타내는 박막의 적층 구조 내에 일정 편광축을 가진 편광자를 내재시킨 형태로, 이러한 광결정층(330)은 상대적으로 낮은 굴절율을 갖는 산화실리콘(SiO2)과 상대적으로 높은 굴절율을 갖는 산화티타늄(TiO2)으로 이루어질 수 있다.
또한, PMMA(polymethylmethacrylate), 열가소성수지인 PET(polyethylene terephthalate)와 고분자 레진등으로 이루어질 수도 있다.
이로 인하여, 편광자를 통해 광결정층(330)은 입사된 광 중 특정파장의 광 만을 반사시키는 선택반사 특성을 갖게 된다.
특히, 본 발명의 광결정층(330)은 가시광선의 황색(Y)과 적색(R) 그리고 녹색(G) 파장대인 500 ~ 700nm 파장대의 광만이 반사되도록 하고, 가시광선의 청색(B) 파장대인 450 ~ 470nm 파장대의 광은 투과되도록 한다.
이때, 광결정층(330)의 반사영역대와 투과영역대는 각 층의 굴절율과 층수 등을 조절하여 선택할 수 있다.
따라서, 본 발명의 광결정층(330)은 청색LED(도 2의 129a)로부터 출사되는 청색광은 통과시키며, 청색광에 의해 형광체(310)에 의해 발광된 발광광은 통과되지 못하고 반사되도록 한다.
이를 통해, 발광광이 재생되도록 함으로써, 발광광에 의한 광손실을 최소화 할 수 있다. 따라서, 백라이트 유닛(도 2의 120)의 광효율 및 액정표시장치의 휘도를 보다 향상시킬 수 있다.
즉, LED(도 2의 129a)로부터 출사된 형광체(310) 여기광인 청색광은 광결정층(330)을 투과하여 형광체(310)로 입사되어, 형광체(310)를 여기시켜 발광광을 형성시키는데, 이때, 형광체필름(300)의 광학시트(도 2의 121)를 향하는 상부측으로 출사되는 발광광은 청색광과 함께 형광체필름(300)의 베이스필름(320)을 투과하면서 혼합되어 백색광으로 구현된다.
이렇게 형광체필름(300)을 투과함으로써 구현된 백색광은 광학시트(도 2의 121)를 통과하면서 고품위로 가공된 후, 액정패널(도 2의 110)로 입사된다.
그리고, 형광체필름(300)의 도광판(도 2의 123)을 향하는 하부측으로 출사되는 발광광은 광결정층(330)에 의해 반사되어 재생됨에 따라, 형광체필름(300)의 상부측으로 출사하게 된다.
따라서, 재생된 발광광 또한 청색광과 혼합되어 백색광을 구현하게 된다.
따라서, 본 발명의 액정표시장치는 발광광에 의한 광손실을 최소화 할 수 있어, 백라이트 유닛(도 2의 120)의 광효율 및 액정표시장치의 휘도를 보다 향상시킬 수 있다.
이때, 광결정층(330)의 형광체(310)와 접하는 일면의 반대측인 타측면에 확산층(340)을 더욱 형성함으로써, 형광체필름(300)으로 입사되는 광이 부분적으로 밀집되는 것을 방지할 수 있다.
확산층(300)은 내부에 비드(bead : 미도시) 등의 광 확산성분을 포함하거나, 광결정층(330)의 하부면에 미세패턴(미도시)을 형성하여 구성할 수 있다.
이러한 형광체필름(300)은 형광체(310)를 베이스필름(320)과 광결정층(330) 사이로 개재한 후, 라미네이터로 가압하는 라미네이션(lamination)공정을 통해 형성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 LED로부터 발산된 광의 진행경로를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 반사판(125)과, 도광판(123)과, 도광판(123)의 일측면에 구비되며, 다수의 LED(129a)와 PCB(129b)로 이루어지는 LED 어셈블리(129)와, 도광판(123) 상부에 형광체필름(300)과 광학시트(121)들이 적층되어 백라이트 유닛(도 2의 120)을 이루게 된다.
그리고 이러한 백라이트 유닛(도 2의 120)과 이의 상부에 제 1 및 제 2 기판(112, 114)과 이의 사이에 액정층(도 3의 250)이 개재되는 액정패널(110)이 위치하며, 제 1 제 2 기판(112, 114)의 각각 외면으로는 특정 광만을 선택적으로 투과시키는 편광판(119a, 119b)이 부착된다.
LED 어셈블리(129)의 다수의 LED(129a)로부터 청색광이 발산되며, 발산된 청색광(F)은 도광판(123)의 입광면을 통해 도광판(123) 내로 입사된다.
그리고, 도광판(123) 내로 입사된 청색광(F)은 도광판(123) 내에서 여러 번의 전반사에 의해 도광판(123) 내를 진행하면서 도광판(123)의 넓은 영역으로 골고루 퍼져 형광체필름(300)을 향해 출사된다.
형광체필름(300)을 향해 출사된 청색광(F)은 형광체필름(300)을 통과하는 과정에서 형광체(도 4b의 310)에 의해 방출된 발광광과 혼합됨으로써, 백색광(W)을 구현하게 된다.
즉, LED(129a)로부터 출사된 청색광(F)은 형광체필름(300)의 광결정층(330)을 통과하여, 황색형광체 또는 적색(R) 형광체와 녹색(G) 형광체를 여기시키게 되고 황색형광체 또는 적색(R) 형광체와 녹색(G) 형광체에 의해 발광된 발광광 중 형광체필름(300)의 상부측으로 출사되는 발광광과 청색광(F)은 혼합되어 백색광(W)을 구현하게 된다.
이때, 발광광 중 형광체필름(300)의 하부측으로 출사되는 발광광은 광결정층(330)에 의해 반사되어, 형광체필름(300)의 상부측으로 출사하게 되고, 이러한 발광광 또한 청색광(F)과 혼합되어 백색광(W)을 구현하게 된다.
이렇게 형광체필름(300)을 투과함으로써 구현된 백색광(W)은 광학시트(121)를 향해 출사되어, 광학시트(121)를 통과하면서 고품위로 가공된 후, 액정패널(110)로 입사된다. 이를 통해, 액정패널(110)은 비로소 고휘도의 화상을 표시할 수 있다.
따라서, 본 발명의 액정표시장치는 다수의 LED(129a)로부터는 청색광(F) 만이 출사되도록 하고, 도광판(123)의 상부에 황색형광체 또는 적색(R) 형광체와 녹색(G) 형광체(도 4b의 310)를 포함하는 형광체필름(300)을 위치시켜, 다수의 LED(129a)로부터 출사된 청색광(F)이 형광체필름(300)을 통과하는 과정에서 백색광(W)이 구현되도록 함으로써, 다수의 LED(129a)의 색편차가 발생하는 것을 방지할 수 있어, 광 특성이 우수한 백색광(W)을 구현할 수 있으며, LED(129a)의 수명 및 발광효율을 향상시키게 된다.
따라서, 액정표시장치의 휘도 불균일에 의한 표시품질이 저하되는 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
특히, 형광체필름(300)이 특정파장대의 광을 반사시키는 광결정층(330)을 포함하도록 함으로써, 형광체(도 4b의 310)에 의해 발광된 발광광 중 형광체필름(300)의 하부측으로 출사되는 발광광이 형광체필름(300)의 상부측으로 반사되도록 함으로써, 발광광에 의한 광손실을 최소화 할 수 있어, 백라이트 유닛(도 2의 120)의 광효율 및 액정표시장치의 휘도를 보다 향상시킬 수 있다.
한편, 이상의 설명 및 첨부된 도면에 있어서 백라이트 유닛(도 2의 120)의 광원으로 청색광(F)이 출사되는 청색LED(129a)를 일예로 하였으나, 본 발명은 100 ~ 400nm의 짧은 파장을 갖는 UVLED 또한 적용 가능하다.
이때, UVLED를 사용할 경우 형광체필름(300)의 형광체(도 4b의 310)는 적(R), 녹(G), 청색(B)의 삼색 형광체로 이루어지며, 이때 적(R), 녹(G), 청색(B) 형광체의 배합비를 조절함으로써 원하는 백색광을 구현할 수 있다.
여기서, 적색(R) 형광체는 611nm 파장을 주파장으로 하는 산화이트륨(Y2O3)과 유로피움(EU)의 화합물로 이루어진 YOX(Y2O3:EU)계열 형광체이며, 녹색(G) 형광체는 544nm 파장을 주파장으로 하는 인산(Po4)과 란탄(La)과 테르븀(Tb)의 화합물인 LAP(LaPo4:Ce,Tb)계열 형광체를 사용하는 것이 바람직하다.
이때, 적색(R) 형광체와 녹색(G) 형광체가 혼합된 형광체는 황화물(surfide)계열 을 사용할 수도 있다.
그리고, 청색(B) 형광체는 450nm 파장을 주파장으로 하는 바륨(Ba)과 마그네슘(Mg)과 산화알루미늄 계열의 물질과 유로피움(EU)의 화합물인 BAM blue(BaMgAl10O17:EU)계열 형광체를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 청색(B) 형광체는 규산물(Silicate) 계열을 사용할 수도 있다.
또한, 형광체필름(300)의 광결정층(330)은 가시광선 파장대의 광이 모두 투과하지 못하고 반사되도록 하고 100 ~ 400nm의 파장대를 갖는 UV만이 투과되도록 함으로써, 이를 통해서도 발광광에 의한 광손실을 최소화 할 수 있다.
또한, LED 어셈블리(129)가 도광판(123)의 일측에 위치하는 사이드라이트(side light)방식을 설명하였으나, 반사판(125)의 상부로 LED 어셈블리(129)를 다수개 나란하게 배열하는 직하형(direct type)도 가능하며, 이와 같이 직하형의 경우에는 도광판(123)은 생략될 수 있다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
310 : 형광체,
320 : 베이스필름,
330 : 광결정층
340 : 확산층
320 : 베이스필름,
330 : 광결정층
340 : 확산층
Claims (9)
- 도광판과;
상기 도광판의 입광면을 따라 배열되며, 상기 입광면을 향해 광이 출사되는 다수의 LED와, 상기 다수의 LED가 실장되는 PCB를 포함하는 LED 어셈블리와;
상기 도광판 상에 안착되어, 특정 파장대의 광을 반사 및 투과시키는 광결정층과 형광체를 포함하는 형광체필름과;
상기 형광체필름 상부에 위치하는 광학시트와;
상기 다수의 광학시트 상에 안착되는 액정패널
을 포함하며, 상기 형광체필름은 상기 다수의 LED로부터 출사되는 광을 백색광으로 구현하며,
상기 형광체필름은 상기 광학시트의 하부로 위치하는 베이스필름과, 상기 베이스필름의 상기 광학시트를 향하는 일면의 반대측면에 구비되는 형광체층과, 상기 형광체층의 일면에 구비되는 상기 광결정층을 포함하며,
상기 베이스필름의 상기 일면은 렌티큘러패턴 또는 프리즘패턴으로 이루어지는 액정표시장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 광결정층은 상기 LED로부터 출사되는 상기 광을 투과시키며, 상기 형광체에 의해 발광되는 발광광은 반사시키는 액정표시장치.
- 제 2 항에 있어서,
상기 발광광 중 상기 광결정층을 향해 출사되는 발광광은 반사된 후, 상기 광학시트를 향해 출사되는 액정표시장치.
- 제 2 항에 있어서,
상기 다수의 LED는 청색광을 출사하며, 상기 형광체필름의 상기 형광체는 황색형광체 또는 적색 및 녹색 형광체가 혼합된 형광체이며, 상기 광결정층은 450 ~ 470nm 파장대의 광은 투과시키며, 500 ~ 700nm 파장대의 광은 반사시키는 액정표시장치.
- 제 2 항에 있어서,
상기 다수의 LED는 UV를 출사하며, 상기 형광체필름의 상기 형광체는 적, 녹, 청색의 삼색 형광체이며, 상기 광결정층은 100 ~ 400nm 이하의 파장대의 광은 투과시키며, 450 ~ 700nm 파장대의 광은 반사시키는 액정표시장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 광결정층은 서로 다른 굴절율을 갖는 박막의 적층 구조로 이루어지는 액정표시장치.
- 제 6 항에 있어서,
상기 박막은 PET나 PMMA, PC 또는 Acryl계열 Resin 을 포함하는 고분자 또는 산화실리콘(SiO2), 산화티타늄(TiO2)을 포함하는 금속 산화물로 이루어지는 액정표시장치.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 광결정층의 상기 형광체와 접하는 반대측에 확산층이 구비되는 액정표시장치.
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