KR20010097147A - 백색 발광 다이오드를 이용한 백라이트 유닛과 고순도백색광의 발광방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 백색 발광 다이오드(white LED)를 이용한 백라이트(backlight) 유닛과 고순도 백색광 발광방법에 관한 것이다.
본 발명에서 사용되는 백색 발광 다이오드는 청색 발광 다이오드에 백색광용 형광체가 도핑된 투명수지로 코팅된 것을 특징으로 하며, 고순도 발광 다이오드는 청색 발광 다이오드에 녹색 발광용과 적색 발광용 형광체가 도핑된 투명수지로 코팅된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 백라이트 유닛은 상기 다이오드와 확산판, 그리고 도광판으로 구성된다.
본 발명의 백라이트 유닛은 중소형 디스플레이 단말기에 적용될 경우, 장치의 소형화시킬 수 있으며, 높은 절전 효과를 얻을 수 있다.

Description

백색 발광 다이오드를 이용한 백라이트 유닛과 고순도 백색광의 발광방법 {Back Light Unit by Use of White LED and Emission Method of White Light in High Purity }
본 발명은 백색 발광 다이오드를 이용한 백라이트 유닛(backlight unit) 및 고순도 백색광 발광방법에 관한 것으로, 보다 상세하게로는 백색 발광 다이오드(white LED) 또는 삼파장 발광 다이오드(tricolor LED)를 이용한 백라이트 유닛(backlight unit)과 삼파장 발광 다이오드(tricolor LED)를 이용한 고순도 백색광 발광방법에 관한 것이다.
백라이트는 주로 디스플레이의 광원으로 널리 사용된다. 노트북 컴퓨터의 경우는 냉각 음극 형광등(cold cathode fluorescent lamp)을 백라이트 광원으로 사용하고 있다. 노트북 콤퓨터에 사용되는 냉각 음극 형광등은 모든 색상이 가능하며 색 재현 범위가 우수하다.
그러나 냉각 음극 형광등의 구동에 있어서 인버터(inverter)를 사용해야 하므로 인버터가 차지하는 공간이 클 뿐만 아니라 인버터를 사용하게 되면 고전압이 걸리게 되므로 장기간 사용하면 열이 많이 발생하는 문제점이 있다. 따라서 구동에 필요한 소형의 고효율 배터리가 요구된다. 이에 따라 최근에는 소형 고효율의 배터리에 관한 연구가 집중되고 있다.
그러나 노트북 컴퓨터에 사용되는 냉각 음극 형광등은 에너지의 소모가 크므로 이것을 에너지의 소모가 거의 없는 백색 발광 다이오드를 이용한 백라이트로 대체하게 되면 기존의 배터리로도 충분히 장기간 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 나아 가서는 현재 일반 가전용품에 사용되고 있는 소형 건전지로 대체하여 사용될 수도 있다.
또한 소형 디스플레이로 널리 사용되는 핸드폰은 표면 장착 발광 다이오드 [SMD(surface mounting device) LED]가 주로 사용되고 있다. SMD LED는 정보통신기기의 소형화 추세에 발맞추어 널리 사용되고 있다. SMD LED는 소형일 뿐만 아니라 전력 소모가 매우 적으므로, 핸드폰과 같은 소형 디스플레이의 백라이트에 최적의 조건을 가지고 있다.
그러나 현재 사용되는 SMD LED는 주로 녹색 LED을 사용하고 있다. 최근에는 적색 및 청색의 SMD LED도 사용되고 있다. 그러나 이러한 것들은 단색의 SMD LED를 사용하기 때문에 문자나 간단한 모노 칼라 영상을 디스플레이 하는데는 문제가 없지만 노트북처럼 다양한 색 재현이 필요한 곳에는 적용이 불가능하다.
만약 백색을 구현하기 위해서는 청색, 녹색, 적색의 LED를 동시에 사용해야 하므로 적용상의 문제점이 많이 발생한다. 특히, 청색, 녹색, 적색의 LED를 동시에사용하는 경우에는 각각의 LED의 위치에 따라서 나오는 다른 색들을 모아서 백색을 만드는 기술적인 문제때문에 현실적으로 적용하기가 힘들다. 따라서 백색광을 구현하기 위하여는 한 개의 LED에서 삼파장이 모두 일정 세기 이상으로 발광되는 것이 요구된다.
이와 같이 색 재현 범위가 우수한 노트북의 냉각 음극 형광 등의 장점과 소형일 뿐만 아니라 전력 소모가 매우 작은 핸드폰의 SMD LED의 백라이트의 장점만을 살릴 수 있는 백라이트를 개발이 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 백색 발광 다이오드와 도광판 및 확산판으로 구성된 초절전형 및 초소형 백라이트 유닛(backlight unit)을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 다른 목적은 균일한 조도를 갖는 백라이트 유닛을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 고순도 백색광의 발생방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 사용되는 백색 발광 다이오드의 단면도이다.
도 2은 본 발명에 사용되는 고순도 발광 다이오드의 단면도이다.
도 3은 백색 발광 다이오드의 발광 스펙트럼이다.
도 4는 고순도 백색 발광 다이오드의 발광 스펙트럼이다.
도 5는 발광 다이오드와 확산판과 도광판으로 구성된 백라이트 유닛의 사시도이다.
도 6은 발광 다이오드와 확산판과 도광판으로 구성된 백라이트의 각 부분에 대한 분리 사시도이다.
도 7은 발광 다이오드를 복수개 병렬시킨 발광 다이오드 키트(kit)의 사시도이다.
도 8은 본 발명에서 사용되는 도광판의 사시도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
A : 발광 다이오드 B : 도광판
1 : 반사컵 2 : 청색 발광 다이오드 3 : 연결선
4 : 백색광용 형광체 5 : 녹색광용 형광체 6 : 적색광용 형광체
7 : 에폭시 렌즈 8 : 납틀 9 : 발광 다이오드 키트 10 : 확산판 11 : 굴절용 반구 12 : 반사판
13 : 투명플라스틱 14 : 빛의 굴절 방향
본 발명의 백라이트 유닛은 형광체가 도핑된 투명수지가 코팅된 발광 다이오드와 크기 또는 밀도가 상이한 굴절용 반구가 형성된 도광판, 그리고 광의 확산물질이 도핑된 확산판으로 구성된다.
본 발명의 고순도 백색광 발생방법은 청색 발광 다이오드에 청색, 녹색, 적색의 삼파장이 유사한 세기로 발광되도록 녹색광용 형광체와 적색광용 형광체가 도핑된 투명수지가 코팅하여 백색광을 발광시키는 것으로 구성된다.
이하, 본 발명을 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
도1은 본 발명에서 사용되는 백색광용 발광 다이오드의 단면도로서, 반사컵(1) 상부에 청색 발광 다이오드(2)가 부착되며, 청색 발광 다이오드(2)의 상부는 백색광용 형광체(4)로 도핑된 투명수지로 코팅되었다. 연결선(3)은 청색 발광 다이오드(2)와 납틀(8)을 연결하여 주며, 이를 통하여 전기가 통전된다. 미설명부호 7은 발광된 빛이 통과하는 에폭시 렌즈이다.
도2는 도1과 같으나, 백색광용 형광체(4) 대신에 녹색광용 형광체(5)와 적색광용 형광체(6)가 함께 도핑된 투명수지가 코팅되었다.
도3은 도1의 발광 다이오드로부터 발광된 빛의 발광 스펙트럼이다.
도4는 도2의 발광 다이오드로부터 발광된 빛의 발광 스펙트럼이다.
도5는 본 발명의 백라이트 유닛의 외부 사시도로서, 도광판(B)과 발광 다이오드 키트(9), 반사판(12), 확산판(10) 및 납틀(8)로 구성되며, 도광판(B)과 발광 다이오드 키트(9)는 수직하게 형성된다.
도6은 도5의 분해 사시도로서, 내부의 도광판(B)에 크기가 상이한 다수개의 반구가 도광판의 저면과 일정한 각도를 이루며 형성되어 있다.
도7은 복수개의 발광 다이오드(A)가 병렬로 연결된 발광 다이오드 키트(9)이다.
도8은 본 발명에서 사용되는 도광판(B)에 의하여 빛이 굴절되는 것을 나타내는 개략도로서, 형성된 반구(11)에 의하여 빛의 굴절방향(14)이 확산판으로 향하고 있음을 보여 준다. 미설명부호 13은 투명 플라스틱이다.
백색광용 형광체는 청색을 흡수해서 적녹색을 발광하는 YAG(yittrium alumium garnet) 계열의 형광체이며, 이에 해당되는 형광체로는 Y3Al5O12:Ce 등이 있다. 녹색광용 형광체는 청색을 흡수해서 녹색을 발광하는 모든 형광체를 칭한다. 이 그룹에 해당되는 형광체의 바람직한 예는 SrGa2S4:Eu, ZnS:CuAl, ZnS:CuAuAl, SrGa2S4:Eu, ZnGa2S4:Eu, SrS:Ce 등이다. 적색광용 형광체는 청색을 흡수해서 적색을 발광하는 모든 형광체를 칭하며, 이 그룹에 해당되는 형광체의 바람직한 예는 (ZnCd)S:AgCl, (ZnCd)S:AgAuCl, (ZnCd)S:AgAuAl, ZnGa2S4:Mn, SrY2S4:Mn, SrS:Eu 등이다.
백색광을 발생시키는 방법은 도 1과 같이 청색 발광 다이오드(2)를 반사컵(1) 위에 부착한 다음, 백색광용 형광체(4)가 도핑된 투명수지를 청색 발광 다이오드(2) 상부에 코팅시키고 청색 발광 다이오드를 작동시키는 것이다.
이에 의하여 발광된 빛은 도3에 나타 난 바와 같이, 청색광(430 - 480 nm)과 아울러, 녹색광(510 - 550 nm)과 적색광(610 - 680 nm) 영역을 모두 포함하여 육안으로 볼 때 백색광으로 보여진다. 이렇게 발광된 빛은 현재 사용되고 있는 휴대폰과 같이 다양한 색의 재현이 불필요한 소형 디스플레이의 백라이트로는 효과적으로 적용될 수 있다.
그러나 도1의 다이오드에 의하여 발광된 빛은 도 3의 발광 스펙트럼에 의하여 확인되는 바와 같이, 청색광에 비하여 녹색광의 세기가 상대적으로 작으며, 특히 적색광은 그 세기가 매우 작으므로 칼라 동영상의 구현에 있어서 적색을 표현하기 어려운 문제점이 있다. 굳이 칼라 동영상의 구현에 적용시키려면 청색영역과 청색영역의 빛을 광필터로 일정부분 제거하여 그 세기가 적색영역의 것과 유사하게 조절하여야 한다. 그러나 이 경우에는 광의 손실이 많이 발생하게 된다.
도2의 발광 다이오드에 의하여 발생된 빛은 도4의 발광 스펙트럼에 의하여 확인되는 바와 같이, 청색영역과 녹색영역, 그리고 적색영역의 빛이 비슷한 세기를 가진다. 이에 의하여 다양한 색의 재현이 가능하며, 칼라 동영상의 구현이 용이하게 된다.
도1 또는 도2의 발광 다이오드에 의하여 발생된 빛은 도광판(B)에 형성된 굴절용 반구(11)와 반사판(12)에 의하여 확산됨과 동시에 진로가 확산판(10)으로 향하게 된다. 광 확산물질을 함유한 확산판(10)에 의하여 빛은 더욱 미세하게 확산된다. 광 확산물질의 예로는 TiO2분말을 들 수 있다.
발광 다이오드에 가까운 부분이 멀리 떨어져 있는 부분보다 조도가 높으므로 굴절용 반구(11)의 크기는 발광 다이오드에 가까운 부분은 작게하고, 먼 쪽은 점차적으로 크게 하거나, 굴절용 반구(11)의 크기를 동일하게 할 경우에는 반구(11)의 밀도(단위면적당 굴절용 반구의 수)를 가까운 부분은 작게, 먼 부분은 크게 한다.
또한, 굴절용 반구(11)가 형성된 바닥판은 발광 다이오드로부터 하향되게 경사진 것이 바람직하며, 디스플레이의 크기가 클 경우에는 발광 다이오드를 대응하는 양면에 형성시킬 수도 있고, 사면에 형성시킬 수도 있다. 이에 의하여확산판(10)으로 향하게 되는 빛의 세기는 전체적으로 균일하게 조절된다. 적절한 굴절용 반구(11)의 직경은 1??m 내지 1 mm 정도이다.
고순도 백색광을 발광시키기 위한 형광체는 청색광을 흡수하여 녹색광과 적색광을 발광하게 되는 형광체가 30 : 70 내지 70 : 30 몰비로 적절히 혼합된 것이다. 청색광을 흡수하여 녹색광을 발광시키는 형광체의 바람직한 예는 SrGa2S4:Eu이며, 청색광을 흡수하여 적색광을 발광시키는 형광체의 바람직한 예는 (Zn Cd)S:AgCl이다.
두 형광체의 사용비율은 보다 바람직하게로는, 청색영역(430 - 480nm)의 광의 세기의 합(도4의 L)을 "1"로 한 경우에, 녹색영역(510 - 550nm)의 광의 세기의 합(도4의 M) 및 적색영역(610 - 680nm)의 광의 세기의 합(도4의 N)이 0.4 - 1.3, 더욱 바람직하게로는 0.85 내지 1.15의 범위에 있도록 조절하는 것이 좋다. 이에 의하여 고순도의 백색광을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 특히 칼라 동영상의 구현시 광의 손실을 최소화할 수 있다.
형광체가 도핑된 투명수지는 청색 발광 다이오드 위에 코팅되며, 그 적절한 두께는 5 - 100??m 이며, 이 위에는 투명 에폭시 수지가 다시 코팅된다. 투명 에폭시수지의 적절한 두께는 5mm 이내이다. 형광체를 도핑시키는 투명수지는 아크릴계 수지, 실리콘계 수지, 에폭시계 수지 등이 사용될 수 있으나, 아크릴계 수지의 사용이 가장 바람직하다.
본 발명에 따른 발광 다이오드 키트의 두께는 1mm 이내이다. 따라서 백색 발광 또는 삼파장 발광 백라이트 유닛의 두께는 2mm 이내로 제작이 가능하다. 이것은기존에 널리 사용되고 있는 색 재현 범위가 우수한 노트북의 냉각 음극 형광등의 두께인 3mm에 비해서 작으므로 초소형의 디스플레이를 만드는데 적절하다. 또한 구동에 필요한 전압이 적으므로, 전원은 가전제품에 사용되는 초소형의 배터리가 사용가능하다.
종래의 디스플레이용 백라이트로 사용되는 냉각 음극 형광등은 인버터(inverter)를 사용해야만 한다. 이때의 인버터가 차지하는 공간이 클 뿐만 아니라 인버터를 사용하면서 고전압이 걸리게 되므로 장기간 사용하면 열이 많이 발생하는 문제점도 본 발명의 백라이트 유닛을 사용함으로 완전히 해소할 수 있다.
본 발명의 실시예는 아래와 같다.
<실시예>
SrGa2S4:Eu과 (Zn Cd)S:AgCl을 몰비로 40 : 60의 비율로 혼합한 형광체를 용매(메톡시에탄올) 20부피%에 용해된 아크릴수지(존슨 폴리머사의 Joncryl 2630)에 도핑시켰다. 도핑된 형광체의 량은 아크릴수지 100중량비에 대하여 0.5중량비이었다. 형광체가 도핑된 아크릴수지를 청색 발광 다이오드 상부에 20????m의 두께로 코팅시켰으며, 이 위에 투명 에폭시수지를 다시 3mm 두께로 코팅하였다.
이와 같이 처리된 발광다이오드의 발광 스펙트럼은 도4와 같았다.
이에 의하여 청색, 녹색, 적색영역의 피크가 생기며, 이 영역의 광의 세기의 합(L, M, N)이 유사함을 알 수 있다.
본 발명의 백라이트 유닛은 디스플레이를 종래의 냉각음극 형광 등에 비하여 그 두께를 1/2 내지 1/3정도로 초소형화 시킬 수 있으며, 전력소모를 10 내지 20%정도로 극소화시킬 수 있다. 이에 따라, 일반 가전제품용 건전지의 사용이 가능하게 되므로 고용량의 배터리의 개발이 불필요하게 된다. 또한, 백색 발광 다이오드의 수명은 기존의 냉각 음극 형광 등의 수명보다 약 10배정도이므로 반영구적으로 사용될 수 있다.
본 발명의 고순도 백색광 발생방법은 청색과 녹색, 그리고 적색이 적절한 비율로 합성됨으로써 발생되는 백색광의 순도를 높히게 된다. 이에 의하여 발생된 고순도 백색광이 광원으로 사용된 백라이트 유닛은 선명도가 높은 칼라 동영상의 구현이 가능하게 한다.

Claims (6)

  1. 청색 발광 다이오드에 백색광용 형광체가 도핑된 투명수지가 코팅되어 백색을 발광하는 백색 발광다이오드(A)가 병렬로 연결된 발광 다이오드 키트(9)와, 이와 수직하게 결합되며, 상부에 굴절용 반구(11)가 복수개 형성된 도광판(B)과, 광 확산물질을 함유한 확산판(10)과, 굴절 또는 확산된 광을 반사시키는 반사판(12)으로 구성된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  2. 제 1항에 있어서, 도광판(B)에 크기가 상이한 굴절용 반구(11)가 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  3. 제 1항에 있어서, 도광판(B)에는 형성된 굴절용 반구(11)의 밀도가 상이한 것으로 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  4. 제 1항에 있어서, 도광판(B)은 발광 다이오드키트(9)로부터 하향되게 경사진 바닥판을 가지는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  5. 청색 발광다이오드에, 청색을 흡수하여 녹색을 발광시키는 형광체와, 청색을 흡수하여 적색을 발광시키는 형광체가 30 : 70 내지 70 : 30 의 몰비로 혼합된 형광체를 도핑한 투명수지를 코팅하여 청색(430 - 480nm): 녹색(510 - 550nm): 적색(610 - 680nm) 영역의 광의 세기의 합이 1 : (1.3 - 0.4) : (1.3 - 0.4)의 비율이 되도록 발광시키는 것을 특징으로 하는 고순도 백색광의 발광방법.
  6. 제 5항에 있어서, 청색(430 - 480nm) : 녹색(510 - 550nm): 적색(610 - 680nm) 영역의 광의 세기의 합이 1 : (1.15 - 0.85): (1.15 - 0.85)의 비율이 되도록 발광시키는 것을 특징으로 하는 고순도 백색광의 발광방법.
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