KR20120078883A - 디스플레이 장치 - Google Patents

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KR20120078883A
KR20120078883A KR1020110000175A KR20110000175A KR20120078883A KR 20120078883 A KR20120078883 A KR 20120078883A KR 1020110000175 A KR1020110000175 A KR 1020110000175A KR 20110000175 A KR20110000175 A KR 20110000175A KR 20120078883 A KR20120078883 A KR 20120078883A
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light emitting
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light source
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박칠근
김상천
최문구
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 디스플레이 패널 및 상기 디스플레이 패널의 후방에서 빛을 제공하기 위한 광원이 구비되는 백라이트 유닛을 포함하고, 상기 광원은, 서브 마운트 기판과, 상기 서브 마운트 기판의 상면에 실장되는 발광칩과, 상기 발광칩을 감싸는 형태로 상기 서브 마운트 기판의 상측에 놓이는 색변환층을 포함하고, 상기 색변환층은, 상기 발광칩으로부터 이격되는 위치에 놓이는 양자점층을 포함한다.

Description

디스플레이 장치{Display apparatus}
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 디스플레이 장치에 대한 요구도 다양한 형태로 증가하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display)등 여러 디스플레이 장치가 연구되어 사용되고 있다.
그 중 LCD의 액정 패널은 액정 패널은 액정층 및 상기 액정층을 사이에 두고 서로 대향하는 TFT 기판 및 컬러 필터 기판을 포함하며, 자체 발광력이 없어 백라이트 유닛으로부터 제공되는 광을 사용하여 화상을 표시할 수 있다.
상기 백라이트 유닛에 장착되는 광원은 발광 다이오드(LED:Light Emitting Diode) 칩 또는 적어도 하나의 발광 다이오드 칩이 구비된 발광 다이오드 패키지 중 하나일 수 있다.
한편, 광원을 구성하는 LED 패키지는 발광면이 향하는 방향에 따라, 탑 뷰(Top view) 방식과, 사이드 뷰(Side view) 방식으로 나뉠 수 있다.
최근 LED에 대한 기술 개발은 발광 성능 및 신뢰도 향상과 저가격화의 방향으로 추진되어 왔으며, 이를 위하여 LED 칩의 구조, 재료, 제조 공법, 패키징 및 구동 회로 등의 분야에서 기술 개발이 활발히 진행되고 있다.
또한, LED 시장 확대를 위해서 광효율 향상의 측면이 지속적으로 발전해야 하며, 이를 위해서 칩에서의 전극 패턴의 최적화, 패키지 재료 및 설계시 광량의 극대화가 이루어져야 한다. 최근의 LED는 새로운 기판의 개발, 칩에서의 광효율 극대화, 새로운 형광체 개발, 고출력/고신뢰성 패키지 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
종래의 LED 패키지의 경우, LED칩의 상부에 형광체층을 먼저 형성하고, 형성된 형광체 상부에 실리콘 렌즈가 형성되는 구조로서, 칩에서 발고아된 빛이 형광체 층에서 반사되어 칩으로 재흡수되어 소멸되는 빛의 양이 많이 발생되는 구조이다. 따라서, 백라이트 외부로 추출되는 빛이 상대적으로 감소하는 단점이 있다.
일반적으로 백색광을 구현하기 위하여 YAG 형광체, TAG 형광체, 실리케이트(Silicate) 형광체가 많이 사용되며, 백색광 구현 방법으로 450-460nm 파장대의 빛을 내는 청색 LED를 사용하고 황색 형광체를 사용하는 방법 또는 청색과 적색 형광체를 동시에 사용하였다.
이러한, 종래의 방법의 경우, 물질적 한계로 인하여 높은 연색성(Color rendering index)이 요구되는 보다 고품질의 향후 LED TV 백라이트 유닛이나 LED 조명에 적용되기에는 어려움이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 양자점(quantum dot) 형광체를 집적하여 고연색성 및 고신뢰성을 갖는 LED 패키지 구조가 구비된 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, LED 광원으로부터 방출되는 빛의 광추출 효율(Light extraction efficiency)을 극대화한 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 디스플레이 패널 및 상기 디스플레이 패널의 후방에서 빛을 제공하기 위한 광원이 구비되는 백라이트 유닛을 포함하고, 상기 광원은, 서브 마운트 기판과, 상기 서브 마운트 기판의 상면에 실장되는 발광칩과, 상기 발광칩을 감싸는 형태로 상기 서브 마운트 기판의 상측에 놓이는 색변환층을 포함하고, 상기 색변환층은, 상기 발광칩으로부터 이격되는 위치에 놓이는 양자점층을 포함한다.
상기와 같은 구성을 이루는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치에 의하면, 형광체로서 양자점(quantum dot)을 이용함으로써, 고연색성 및 고신뢰성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
또한, 열과 습도에 취약한 특성을 가지는 양자점의 단점을 개선하기 위하여 광원으로부터 상기 양자점 형광체가 이격되도록 하고 보호 층으로 보호함으로써, 신뢰성이 확보되는 장점이 있다.
또한, LED 칩으로부터 방출되는 빛의 추출을 극대화하기 위하여 LED 칩 상부에 렌즈를 우선 형성하고, 그 다음 양자점 형광층이 렌즈를 감싸도록 함으로써, 형광층에서 반사되어 LED 칩으로 재흡수되는 빛의 양이 크게 감소되므로, LED 칩의 발광 효율이 개선되는 장점이 있다.
또한, 렌즈의 외주면에 간섭막을 입혀서, 상기 형광층으로부터 반사되어 LED칩으로 입사되는 빛을 상기 간섭막에서 재반사하도록 함으로써, LED칩으로 재흡수되는 광량을 크게 줄일 수 있어 LED 발광 효율을 효과적으로 개선할 수 있는 장점이 있다.
이와 같이, 양자점 형광체의 물질적 특성을 이용함으로써, 고연색성이 요구되는 고품질의 LED TV의 백라이트 유닛이나 LED 조명 어플리케이션에 많이 적용될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광원이 구비된 디스플레이 장치의 디스플레이 모듈을 보여주는 단면도.
도 2는 LED 패키지를 형성하기 위한 제 1 기판부의 사시도.
도 3은 상기 제 1 기판부에 안착되는 제 2 기판부의 저면 사시도.
도 4는 제 1 기판부와 제 2 기판부가 결합된 상태의 LED 패키지 모체(mother-body)의 사시도.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광원의 외관 사시도.
도 6은 도 5의 I-I를 따라 절개되는 단면도.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광원의 단면도.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광원의 단면도.
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 광원의 단면도.
도 10은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 광원의 단면도.
도 11은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 광원의 단면도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하도록 한다. 이하에서 설명되는 실시예는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 실시예의 기술적 범위를 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광원이 구비된 디스플레이 장치의 디스플레이 모듈을 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 모듈(10)은, 디스플레이 패널 및 백라이트 유닛(20)을 포함한다.
상세히, 상기 디스플레이 패널은, 서로 대향하여 균일한 셀 갭이 유지되도록 합착된 컬러필터 기판(13) 및 TFT(Thin Film Transistor) 기판(12)을 포함하고, 상기 두 개의 기판(13,12) 사이에 액정층(미도시)이 형성될 수 있다.
컬러 필터 기판(13)은 레드(R), 그린(G) 및 블루(B) 서브 픽셀로 이루어진 복수의 픽셀들을 포함하며, 광이 인가되는 경우 레드, 그린 또는 블루의 색에 해당하는 이미지를 발생시킬 수 있다.
한편, 상기 픽셀들은 레드, 그린 및 블루 서브 픽셀로 구성될 수 있으나, 레드, 그린, 블루 및 화이트(W) 서브 픽셀이 하나의 픽셀을 구성하는 등 반드시 이에 한정되는 것이 아니며, 다양한 조합으로 구성될 수 있다.
상기 TFT 기판(12)은 스위칭 소자로서 화소 전극(미도시)을 스위칭할 수 있다. 예를 들어 공통 전극(미도시) 및 상기 화소 전극은 외부에서 인가되는 소정 전압에 따라 상기 액정층의 분자들의 배열을 변환시킬 수 있다.
상기 액정층은 복수의 액정 분자들로 이루어져 있고, 상기 액정 분자들은 상기 화소 전극과 상기 공통 전극 사이에 발생된 전압차에 상응하여 배열을 변화시킨다, 이에 의해, 백라이트 유닛(20)으로부터 제공되는 광은 상기 액정층의 분자 배열의 변화에 상응하여 컬러 필터 기판(13)에 입사될 수 있다.
또한, 상기 디스플레이 패널은, 상기 TFT 기판(12)의 저면에 제공되는 하부 편광판(11)과, 상기 컬러 필터 기판(13)의 상면에 안착되는 상부 편광판(14)을 더 포함한다.
한편, 상기 백라이트 유닛(20)은 디스플레이 패널의 하측면, 즉 상기 하부 편광판(11)에 접착되어 고정될 수 있다. 이와 같이, 상기 백라이트 유닛(20)을 디스플레이 패널(10)에 밀착 형성함으로써, 디스플레이 모듈의 두께를 감소시킬 수 있다. 그리고, 상기 백라이트 유닛(20)을 고정하기 위한 구조물을 제거함으로써 디스플레이 모듈의 구조 및 제조 공정을 단순화할 수 있다.
또한, 백라이트 유닛(20)과 디스플레이 패널 사이의 공간을 제거함으로써, 상기 공간으로 이물질이 유입되는 것을 차단할 수 있어, 디스플레이 모듈의 오동작 또는 디스플레이 영상의 화질 저하를 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 백라이트 유닛(20)은 복수의 기능 층들이 적층되는 형태로 구성될 수 있고, 상기 복수의 기능 층들 중 적어도 한 층에는 복수의 광원들이 실장될 수 있다.
또한, 상기 백라이트 유닛(20)이 상기 디스플레이 패널의 하측면에 밀착되도록 하기 위하여, 상기 백라이트 유닛(20)을 구성하는 복수의 층들은 각각 플렉서블(flexible)한 재질로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 백라이트 유닛(20)은 디스플레이 장치의 후측 외관을 형성하는 백커버의 전면에 직접 부착될 수 있다. 따라서, 디스플레이 장치의 전체 두께가 감소하여 디스플레이 장치의 박형화를 달성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 디스플레이 패널은 복수의 영역들로 분할될 수 있으며, 상기 분할된 영역들 각각에서 요구되는 그레이 피크값 또는 색 좌표 신호에 따라, 상기 분할된 영역에 대응하는 백라이트 유닛(20)의 영역에 실장된 광원의 밝기가 조절되어, 디스플레이 패널의 휘도가 조절될 수 있다. 이를 위해, 백라이트 유닛(20)은 상기 디스플레이 패널의 분할된 영역들 각각에 대응되는 복수의 분할 구동 영역으로 구분되어 동작, 소위 로컬 디밍(local dimming)이 가능하게 된다.
한편, 상기 백라이트 유닛(20)은, 제 1 층(21)과, 상기 제 1 층(21)의 상면에 실장되는 복수의 광원들(22)과, 상기 제 1 층(21)의 상면에 배치되는 제 2 층(23)과, 상기 제 2 층(23)의 상면에 놓이는 도광층(24) 및 상기 도광층(24)의 상면에 놓여서 상기 광원(30) 주위로 집중되는 빛의 일부를 차단하여 재반사시키는 차광층(25)을 포함한다. 그리고, 상기 도광층(24)에는 상기 광원(30)을 수용하는 중공부(242)가 형성된다.
상세히, 상기 제 1 층(21)은 상기 복수의 광원들(22)이 실장되는 회로 기판일 수 있으며, 전원을 공급하는 어댑터와, 상기 광원들(22)을 연결하기 위한 전극 패턴이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 층(21)의 상면에는 상기 광원(30)과 어댑터를 연결하기 위한 탄소 나노 튜브 전극 패턴이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 층(21)은 폴리에틸렌테레프탈레이트, 유리, 폴리카보네이트와 실리콘 등을 이용하여 형성되며, 복수의 광원들(22)이 실장되는 PCB 기판일 수 있으며, 플렉서블한 필름 형태로 형성될 수 있다.
상기 광원(30)은 발광 다이오드(LED:Light Emitting Diod) 칩 또는 적어도 하나의 발광 다이오드 칩이 구비된 발광 다이오드 패키지 중 하나일 수 있다. 본 실시예에서는 광원(30)으로서 발광 다이오드 패키지가 제공되는 것을 예로 들어 설명한다.
한편, 상기 광원(30)을 구성하는 LED 패키지는 발광면이 향하는 방향에 따라 탑 뷰(Top view) 방식과 사이드 뷰(Side view) 방식으로 나뉠 수 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 광원(30)은 발광면이 상측을 향해 형성되는 탑 뷰 방식의 LED 패키지를 예로 들어 설명한다.
또한, 상기 광원(30)은 적색, 청색, 녹색 등과 같은 컬러 중에서 적어도 한 컬러를 방출하는 유색 LED이거나 백색 LED로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 유색 LED는 적색LED, 청색LED 및 녹색LED 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이러한 발광 다이오드의 배치 및 방출 광은 실시예의 기술적 범위 내에서 변경될 수 있다.
한편, 상기 도광층(24)은 상기 제 1 층(21)의 상측에 배치되어 복수의 광원들(22)을 감싸는 형태로 형성된다. 상기 도광층(24)은 상기 광원(30)으로부터 방출되는 광을 상기 디스플레이 패널 쪽으로 투과시킴과 동시에 확산시켜, 광원(30)으로부터 방출되는 광이 균일하게 디스플레이 패널 쪽으로 제공되도록 한다.
상기 도광층(24)은, 광투과성 재질, 예를 들어 실리콘 또는 아크릴계 수지로 구성될 수 있다. 그러나, 도광층(24)은 상기한 바와 같은 재질에 한정되지 아니하며, 그 이외에 다양한 수지(resin)로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 도광층(24)은 상기 광원(30)으로부터 방출되는 광이 확산되어 백라이트 유닛(20)이 균일한 휘도를 가지도록 하기 위해, 약 1.4 내지 1.6의 굴절율을 갖는 수지로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 도광층(24)은 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스틸렌 및 폴리에폭시, 실리콘, 아크릴 등으로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나의 재질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 도광층(24)은 상기 제 2 층(23)에 견고하게 밀착되도록 소정의 접착성을 가지는 고분자 수지를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 도광층(24)은 불포화 폴리 에스터, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 이소 부틸 메타크릴레이트, 노말 부틸 메타크릴레이트, 노말 부틸 메틸 메타크릴레이트, 아크릴산, 메타크릴산, 히드록시 에틸 메타크릴레이트, 드록시 프로필 메타크릴레이트, 히드록시 에틸 아크릴레이트, 아크릴 아미드, 메티롤 아크릴 아미드, 글리시딜 메타크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 이소 부틸 아크릴레이트, 노말 부틸 아크릴레이트, 2-에틸 헥실 아크릴레이트 중합체 혹은 공중합체 혹은 삼원 공중합체 등의 아크릴계, 우레탄계, 에폭시계 및 멜라민계 등을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 도광층(24)은 액상 또는 겔(gel)상의 수지를 복수의 광원들(22) 및 제 2 층(23)의 상측 면에 도포한 후 경화시킴으로써 형성될 수 있다. 다른 방법으로, 상기 도광층(24)을 별도로 사출 성형하여 제1 층(21)의 상측 면에 접착시키는 방법도 가능하다.
또한, 상기 도광층(24)의 내부에는 다수의 산란 입자들이 제공될 수 있다. 상세히, 상기 산란 입자들은 빛을 산란 또는 굴절시켜, 광원(30)으로부터 방출되는 빛이 보다 넓게 확산되도록 할 수 있다.
상세히, 상기 산란 입자는 광원(30)으로부터 방출되는 빛을 산란 또는 굴절시키기 위해, 도광층(24)을 구성하는 물질과 상이한 굴절율을 가지는 재질, 보다 상세하게는 도광층(24)을 구성하는 실리콘계 또는 아크릴계 수지보다 높은 굴절율을 가지는 재질로 구성될 수 있다.
예를 들어, 산란 입자는 폴리 메틸 메타크릴레이트/스티렌 공중합체(MS), 폴리 메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리 스티렌 (PS), 실리콘, 이산화 티타늄(TiO2), 이산화 실리콘(SiO2) 등으로 구성될 수 있으며, 상기와 같은 물질들을 조합하여 구성될 수도 있다.
그리고, 상기 산란 입자는 상기 도광층(24)을 구성하는 물질보다 낮은 굴절율을 가지는 물질로도 구성될 수 있으며, 예를 들어 상기 도광층(24)에 기포(bubble)를 형성하여 구성될 수도 있다. 여기서, 상기 산란 입자를 구성하는 물질은 상기한 바와 같은 물질들에 한정되지 아니하며, 그 이외에 다양한 고분자 물질 또는 무기 입자들을 이용하여 구성될수 있다.
한편, 상기 제 1 층(21)과 상기 도광층(24) 사이에 제 2 층(23)이 형성된다. 상기 제 2 층(23)은 상기 광원(30)으로부터 방출되는 빛을 상기 디스플레이 패널 쪽으로 추출 또는 반사시키기 위한 층으로서, 광 추출층 또는 반사층이라고도 한다. 그리고, 상기 제 2 층(23)의 상면에는 광 추출 패턴(light extraction pattern)(231)이 형성되어, 상기 광원(30)으로부터 방출되어 부딪히는 빛을 상기 디스플레이 패널 쪽으로 효과적으로 추출하도록 할 수 있다. 상기 광추출 패턴(231)은 상기 광원(30)으로부터 방출되는 빛이 인접하는 광원까지 균일한 휘도로 확산되도록 하는 기능을 가지기 때문에 확산 패턴(diffusion pattern)이라고도 한다.
상기 광 추출 패턴(231)은, 반사 물질인 금속 또는 금속 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Ag) 또는 이산화 티타늄(TiO2)과 같이 높은 반사율을 가지는 금속 또는 금속 산화물을 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우, 광추출 패턴(231)은 상기 금속 또는 금속 산화물을 제 2 층(23) 상에 증착 또는 코팅하여 형성할 수 있으며, 금속 잉크를 인쇄하여 형성할 수도 있다.
또한, 상기 제 2 층(23)은, 합성 수지 재질의 시트 중 산화티탄 등의 백색안료가 분산된 것, 표면에 금속 증착막을 적층한 것, 합성수지제의 시트 중에 빛을 산란시키기 위하여 기포가 분산된 것 등이 사용될 수 있다. 그리고, 반사율을 높이기 위해 표면에 은(Ag)이 코팅(coating)될 수도 있다. 그리고, 상기 제 2 층(23)은상기 제 1 층(210)의 상면에 직접 코팅되어 형성될 수도 있다.
또한, 상기 광원(30)의 주변 영역에 해당하는 상기 차광층(25)의 상면 또는 하면에는 차광 패턴(251)이 형성되어, 상기 광원(30) 주위에 밀집되는 빛의 일부를 차단하여 핫 스팟(hot spot) 현상이 발생하는 것을 최소화할 수 있다. 상세히, 상기 광원(30) 주위에서 광 밀도가 가장 높기 때문에, 상기 광원(30) 주위가 다른 영역보다 과도하게 밝은 핫 스팟(hot spot) 현상이 발생할 수 있다. 상기 차광 패턴(251)이 상기 광원(30) 주위에 형성되어, 빛의 일부를 상기 도광층(24) 내부로 반사시킴으로써, 상기 핫 스팟 현상을 최소화하고 백라이트 유닛(20)의 휘도를 균일하게 할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 광원(30)의 구조, 즉 양자점(Quantum Dot) 형광체를 이용한 광원 어셈블리의 제조 방법 및 그 기능에 대해서 도면을 참조하여 설명하도록 한다. 설명에 앞서, 상기 양자점에 대하여 개략적으로 설명한다.
양자점(Quantum dot)은 최근 주목받고 있는 나노소재 중 하나로서, 약 2?10㎚ 크기의 중심체와 황화아연(ZnS)으로 이뤄진 껍질로 구성되며, 껍질 밖 표면에 고분자 코팅을 하기 때문에 통상 10?15㎚ 크기의 나노입자를 가진다. 양자점의 중심체로는 카드뮴셀레나이드(CdSe), 카드뮴텔루라이드(CdTe), 황화카드뮴(CdS)이 주로 사용된다.
양자점은 좁은 파장 대에서 강한 형광을 발생하며, 양자점이 발산하는 빛은 전도대(Conduction band)에서 가전자대(valence band)로 여기 상태의 전자가 내려오면서 발생한다. 이때 발생하는 형광은 양자점의 입자가 작을수록 짧은 파장의 빛이 발생하고, 입자가 클수록 긴 파장의 빛을 발생하는 특수한 성질을 가진다. 따라서 양자점의 크기를 조절하면 원하는 파장의 가시광선 영역의 빛을 모두 낼 수 있다. 그리고, 여러 크기의 양자점이 함께 있을 때 하나의 파장으로 빛을 발하게 만들면 여러 가지 색을 한번에 낼 수도 있는 특징이 있다.
양자점은 차세대 광원으로 주목받고 있는 LED(발광다이오드)의 단점을 보완할 수 있는 소재로 각광받고 있다. LED는 소자의 종류에 따라 백색, 적색, 녹색, 청색 등 단일색을 구현할 수 있지만, 백색 LED를 제외하고는 아직 수율이 낮은 단점이 있다. 그러나, 양자점의 경우 소재 자체로 원하는 천연색을 모두 구현하기 때문에 색재현율이 좋고, 휘도도 LED에 뒤쳐지지 않는 장점이 있다.
양자점을 단색 LED 패키의 형광 물질로 사용하는 이유는, 백색 LED를 사용할 경우 열화 현상으로 인하여 효율이 떨어지기 때문이다. 양자점은 높은 색순도와 자체 발광 특성 및 크기 조절에 의한 색조절의 용이함과 더불어 액상 프로세스(solution process)가 가능하다는 장점 때문에, 대면적의 고화질 디스플레이 장치에 응용이 가능하다.
도 2는 LED 패키지를 형성하기 위한 제 1 기판부의 사시도이고, 도 3은 상기 제 1 기판부에 안착되는 제 2 기판부의 저면 사시도이며, 도 4는 제 1 기판부와 제 2 기판부가 결합된 상태의 LED 패키지 모체(mother-body)의 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치에는 LED 패키지가 광원으로 사용된다.
상세히, 상기 LED 패키지를 생산하기 위한 모체는 제 1 기판부와 제 2 기판부로 이루어지고, 상기 제 2 기판부가 상기 제 1 기판부의 상면에 결합된다. 상기 제 1 기판부는, 서브 마운트 기판(31)과, 상기 서브 마운트 기판(31)에 안착되는 반사층(32) 및 상기 서브 마운트 기판(31)에 실장되는 발광칩(33)을 포함한다. 상기 발광칩(33)은 LED칩을 포함한다.
도 3을 참조하면, 상기 제 1 기판부에 놓이는 제 2 기판부는, 반구 형태 또는 돔 형태의 색변환부(34)가 다수 개 배열된 기판 형태로 이루어진다.
상세히, 상기 색변환부(34)는 내부가 비어 있는 반구 형태 또는 돔 형태로 이루어지고, 상기 색변환부(34)의 내측면에 양자점층(Quantum Dot layer)이 형성된다. 그리고, 도 4에 보이는 바와 같이, 상기 반구 형태 또는 돔 형태의 바닥부가 상기 제 1 기판부에 밀착되며, 구체적으로는 상기 발광칩(33)을 덮는 형태로 상기 제 1 기판부에 밀착된다.
도 4를 참조하면, 상기 발광칩(33)의 주변 영역은 상기 반사층(32)의 상면으로부터 소정 깊이 함몰되고, 함몰되는 측면부 가장자리가 경사지게 형성될 수 있다. 그리고, 상기 반구 또는 돔 형태의 바닥부는 상기 함몰부의 가장자리에 일치되게 결합된다. 이와 같은 결합 구조에 의하여, 상기 발광칩(33)으로부터 방출되는 빛은 상기 함몰부 및 경사부에서 반사되어 상기 양자점층이 형성된 색 변환부(34)로 입사된다. 그리고, 상기 색변환부(34)에서 양자점을 여기시켜 백색광을 형성한다.
제 1 기판부와 제 2 기판부를 결합하는 방법으로서, 웨이퍼 레벨(wafer level)로 제작된 서브 마운트 기판 상에 LED칩을 전기적 및 물리적으로 연결되게 하고, 반사층을 몰딩 또는 코팅 방법으로 형성한다. 그리고, 양자점 형광층이 집적된 웨이퍼 레벨 기판의 반구 또는 돔부가 상기 LED칩을 감싸는 형태로 서브 마운트 기판에 결합시킨다. 이 상태에서 단위 패키지 단위로 절단하면 후술한 LED 패키지가 완성된다. 이와 같이, 웨이퍼 레벨에 의한 일괄 배치 공정을 이용하면 공정 시간 단축 및 제조 비용 절감 효과를 얻을 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광원의 외관 사시도이고, 도 6은 도 5의 I-I를 따라 절개되는 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 광원(30), 즉 LED 패키지는 도 4에 도시된 패키지 모체를 낱개로 절단하는 과정을 통하여 형성된다. 즉, 상기 패키지 모체에 다수의 LED 패키지가 연속하여 형성되고, 절단 과정을 통하여 다수의 패키지로 분리된다.
상세히, 상기 광원(30)은, 서브 마운트 기판(31)과, 상기 서브 마운트 기판(31)의 상면에 실장되는 발광칩(33)과, 상기 발광칩의 주면을 감싸는 반사층(32)과, 상기 반사층(32)의 상면에 덮이는 색변환층(34)을 포함한다.
상기 서브 마운트 기판(31)은, 세라믹 또는 실리콘 기판으로 이루어지며, 상기 서브 마운트 기판(31)에는 전극용 관통홀이 형성된다. 그리고, 상기 관통홀을 통하여 상기 서브 마운트 기판(31)의 상면과 저면에 형성된 전극이 전기적으로 연결된다. 그리고, 상기 서브 마운트 기판(31)의 상면에 형성된 전극과 상기 발광칩(33)은 와이어 본딩(wire bonding)에 의하여 전기적으로 연결된다.
상기 반사층(32)은, 투명한 레진층(resin layer) 또는 글래스층(glass layer)일 수 있으며, 반사율이 높은 알루미늄이나 은으로 이루어진 메탈 반사 시트(metal reflection sheet)일 수 있다. 그리고, 상기 반사층(32)의 상면, 특히 상기 발광칩(33)의 주변은 상기 반사층(32)으로부터 소정 깊이로 함몰되고, 가장자리가 상측으로 갈수록 벌어지는 방향으로 경사지게 형성될 수 있다. 이와 같이, 상기 함몰부의 가장자리가 상측으로 갈수록 벌어지는 방향으로 경사지게 형성됨으로써, 상기 발광칩(33)으로부터 방출되는 빛이 상기 경사면에 부딪힌 다음 반사되어 상기 색변환층(34)으로 조사되도록 할 수 있다.
한편, 상기 색변환층(34)은, 투명한 글래스(glass) 또는 레진(resin)으로 이루어진 커버층(341)과, 상기 커버층(341)의 내주면에 코팅 또는 도포되는 형광층(342) 및 상기 형광층(342)의 상면에 코팅 또는 도포되는 보호층(protection layer)으로 이루어진다. 상기 형광층(342)은 상술한 양자점층을 포함한다.
도시된 바와 같이, 형광층(342)이 상기 발광칩(33)으로부터 이격되는 위치에 배치됨으로써, 기존의 문제점이 개선되는 특징이 있다. 기존에는 형광체를 발광칩에 직접 도포하거나, 형광체를 함유하는 레진층이 상기 발광칩을 감싸는 형태로 제공되었다. 그 결과, 발광칩에서 방출되는 빛이 상기 형광체 층에서 반사되어 발광칩으로 재흡수되어 소멸되는 현상이 발생하였고, 재흡수로 인하여 소멸되는 광량이 상대적으로 많아서 백라이트 유닛 외부로 추출되는 빛의 양이 상당히 적은 단점이 있었다. 즉, 종래의 경우 광 수득 효율이 떨어지는 단점이 있었다.
그러나, 본 발명에서와 같이 형광층(342)이 발광칩(33)으로부터 이격되는 곳에 형성됨으로써, 형광층에서 재반사되어 흡수되는 빛의 양이 현저히 감소되어, 광추출 효과가 향상되는 장점이 있다. 즉, 상기 형광층(342)이 발광칩(33)으로부터 이격되면, 전반사 현상과 산란 횟수가 저감되므로, 소실되는 광량이 감소하는 특징이 있다.
또한, 상기 색 변환층(34)이 반구 또는 돔 형태로 이루어짐으로써, 상기 발광칩(33)으로부터 방출되어 상기 형광층(342)을 통과하면서 변환된 백색 광이 도광층(24) 내부에서 여러 방향으로 확산되어, 백라이트 유닛(20)의 휘도가 균일하게 유지되는 장점이 있다.
이하에서는 상기 색변환층(34)의 형성 과정에 대해서 설명한다.
먼저, 반구 또는 돔 형태의 함몰부가 다수 개 구비되는 금형을 준비한다. 그리고, 상기 금형에 상기 커버층(341)을 형성하는 물질을 주입하여 일정 두께를 형성하도록 한다. 상기 커버층(341)을 형성하는 물질은 상술한 바와 같이 투명 유리 또는 광학적 투과도 특성이 우수한 PET(PolyEthylene Terephthalate)와 같은 투명 레진을 사용할 수 있다.
다른 방법으로서, 상기 PET 소재의 플렉서블(flexible)한 투명 필름 상에 상기 형광층(342) 및 보호층(343)을 형성하고, 열 성형법 등을 통하여 원하는 형태로 제작할 수도 있다.
상기 커버층(341)이 균일한 두께로 경화된 이후에, 상기 커버층(341)의 내주면에 상기 형광층(342)을 형성하는 양자점 형광 물질을 도포한다. 상기 형광층은 원하는 상관 색온도(Corelated Color Temperature)를 갖도록 양자점 입자의 크기 및 형광층의 두께를 적절히 조절한다. 상기 형광층(342)의 형성 방법으로 실리콘 용액과 양자점 입자를 혼합한 레진을 상기 커버층(341)의 내주면에 몰딩 또는 스프레이 코팅법을 이용하여 균일한 두께로 형성하는 것이 제안된다. 여기서, 상기 형광층은 상기 커버층(341)의 내주면 뿐 아니라 외주면에 균일하게 형성하는 것도 가능하다.
이 상태에서, 상기 형광층(342)의 상면에 보호층(343)을 입히는 과정이 수행된다. 상기 보호층(343)은, 실리콘 옥사이드(SiO2), 질화 규소(Si3N4) 필름을 스퍼터링(sputtering), 사출압축성형(Injection Compression Molding) 또는 화학기상성장법(CVD:Chemical Vapor Deposition) 방법으로 상기 형광층(342)의 상면에 형성할 수 있다. 또는, 스프레이 코팅법을 이용하여 얇은 필름 형태로 형성할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광원의 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 광원(30)은 제 1 실시예와 구조가 대부분 동일하고, 다만 상기 발광칩(33)의 상측에 렌즈(35)가 형성되는 것에 차이가 있다.
상세히, 상기 렌즈(35)는, 실리콘을 포함하는 투명 렌즈를 포함하며, 상기 렌즈(35)가 상기 발광칩(33)을 감싸는 형태로 제공됨으로써, 상기 발광칩(33)으로부터 방출되는 빛의 추출 효율(extraction efficiency)을 향상시킨다. 또한, 상기 렌즈(35) 면에서 렌즈(35)의 형상에 따라 여러 방향으로 굴절되므로, 렌즈가 없는 경우에 비하여 빛이 훨씬 넓게 퍼지는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 상기 발광칩(33)으로부터 방출되는 빛을 상기 형광층(342)으로 최대한 끌어올리는 효과가 있다. 이와 같이, 상기 발광칩(33)의 상측에 렌즈(35)가 제공되는 경우, 상기 발광칩(33)으로부터 방출되는 빛을 넓게 확산시킴으로써, 발광칩(33) 주위에 핫스팟(hot spot)이 형성되는 것을 억제할 수 있고, 그 결과 백라이트 유닛(20)의 휘도를 균일하게 유지하는데 큰 효과가 있다.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광원의 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 광원(40)은 제 1 실시예와 구조가 동일하되, 색변환층(44)을 구성하는 커버층(441)의 구조에 차이가 있다.
상세히, 본 실시예에 따른 광원(40)은, 서브 마운트 기판(41)과, 발광칩(43) 및 반사층(42)을 포함하는 제 1 기판부와, 상기 제 1 기판부에 몰딩 또는 접착제에 의하여 접착되는 제 2 기판부를 포함하며, 이는 제 1 실시예와 동일하다.
또한, 상기 제 2 기판부를 구성하는 색변환층(44)이 커버층(441)과, 양자점으로 이루어지는 형광층(442) 및 상기 형광층(442)을 포함하는 보호층(443)을 포함하는 것도 제 1 실시예와 동일하다.
그러나, 상기 커버층(441)은 제 1 실시예와 달리, 글래스 기판을 식각 공정을 통하여 형성하는 것에 차이가 있으며, 외형도 반구 또는 돔 형태가 아니라 원통형 또는 다각형통 형상으로 이루어지고, 저면에 반구 또는 돔 형태의 함몰부가 형성되는 것에 있어서 제 1 실시예와 차이가 있다.
상기 커버층(441)의 외관이 통형상으로 이루어짐으로써, 상기 백라이트 유닛(20)을 구성하는 제 2 층(23)의 상측에 도광층(24)을 형성하는 작업이 용이하게 이루어질 수 있다.
다시 말하면, 상기 커버층(441)이 원통 또는 다각통 형상으로 이루어짐으로써, 상기 도광층(24)을 사출 성형법에 의하여 별도로 제작할 경우, 상기 도광층(24)에는 상기 광원(30)을 수용하기 위한 원통 또는 다각통 형상의 중공부 또는 그루브를 형성하면 된다.
또한, 상기 도광층(24)을 형성하는 물질을 상기 제 2 층(23)에 부어서 직접 몰딩하는 방법을 사용하는 경우에도, 상기 커버층(441)의 외관이 통 형상으로 이루어지므로, 상기 도광층 형성 물질이 침투하지 못하여 틈새가 발생하는 가능성이 줄어드는 장점이 있다.
이하에서는 본 실시예에 따른 색변환층(44)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 식각 공정을 통하여 소정 두께를 가지는 글래스 기판에 반구 또는 돔 형태의 그루브 또는 캐비티를 형성한다. 상기 그루브 또는 캐비티를 형성하는 방법으로는, 염산과 질산 혼합 용액을 이용한 습식 식각(wet etching) 또는 딥반응성 이온 식각(deep reactive ion etching)을 포함하는 건식 식각(dry etching) 공정이 있다. 식각 공정은, 반드시 식각할 부분과 식각으로부터 보호해야할 부분을 구분하기 위하여 에칭 마스크층이 필요하며, 이때 사용하는 마스크층은 식각을 할 때 장시간 동안 마스크로 사용할 수 있는 물질이어야 하며, 일반적으로 크롬(Cr) 또는 금(Au)을 사용할 수 있다.
식각 공정을 통하여 그루브가 형성되면, 상기 그루브의 내주면에 양자점 형광 물질을 포함하는 형광층(442)을 입히고, 상기 형광층(442)의 상면에 보호층(443)을 입힌다. 상기 형광층(442)과 보호층(443)의 형성 과정은 제 1 실시예에서 설명된 것과 동일한 방법이 적용될 수 있다.
상기와 같이 색변환층(44)의 형성이 완료되면, 상기 제 2 기판부를 제 1 기판부에 결합한 다음, 단위 패키지별로 절단한다.
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 광원의 단면도이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 광원(40)은 상기 제 3 실시예에 따른 광원과 구조가 동일하되, 제 2 실시예에서와 같이, 상기 발광칩(43)의 상측에 렌즈(45)가 형성되는 것에 차이가 있다. 상기 렌즈(45)의 기능 및 특성에 대해서는 상술하였으므로, 중복 설명은 생략한다.
도 10은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 광원의 단면도이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 광원은 상기 제 2 실시예 및 제 4 실시예에 따른 광원의 렌즈 표면에 간섭막(interference film)(56)이 형성되는 것에 특징이 있다.
상세히, 본 실시예에 따른 광원(50)은, 제 1 기판부가 서브 마운트 기판(51)과, 반사층(52)과, 발광칩(53) 및 렌즈(55)를 포함하고, 제 2 기판부가 색변환층(54)을 포함하는 것은 상기 제 2 실시예와 제 4 실시예의 구조와 동일하다.
본 실시예에 따른 광원(50)은, 이에 더하여, 상기 렌즈(55)의 표면에 형성되는 간섭막(56)을 더 포함한다. 상기 간섭막(56)은 특정 파장의 빛은 통과시키고 특정 파장의 빛은 반사시키는 특징을 가진다. 예컨대, 상기 발광칩(53)으로부터 방출되는 청색 빛은 통과시켜 상기 색변환층(54)에 입사되도록 하고, 상기 색변환층(54)에 의하여 여기된 황색 빛 중 상기 렌즈(55) 방향으로 반사되는 빛은 재반사시켜 상기 렌즈(55)에 흡수되지 않도록 한다. 그 결과, 상기 발광칩(53)으로 되돌아와서 흡수되어 소실되는 광량을 최소화하므로, 광추출 효율을 극대화할 수 있다.
상기와 같은 간섭막(56)을 구성하는 물질은, 이산화지르코늄(Zirconium dioxide), 이산화 티탄(Titanium dioxide), 황화아연(Zinc sulfide)을 포함하는 고굴절율 물질 또는 불소마그네슘(Magnesium fluoride), 불소세륨(Cerium fluoride)를 포함하는 저굴절율 물질을 포함한다.
도 11은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 광원의 단면도이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 광원(50)은 제 5 실시예의 광원 구조와 동일하되, 상기 간섭막(56)이 상기 색변환층(54)의 내주면에 형성되는 것에 차이가 있다.
즉, 상기 간섭막(56)이 상기 렌즈(55)의 표면에 형성되지 않고, 상기 렌즈(55)로부터 이격되는 상기 색변환층(54)의 내주면에 형성될 수도 있다. 상기 간섭막(56)이 상기 색변환층(54)의 내주면에 형성되어도, 그 효과에 있어서는 상기 제 5 실시예와 동일하다.

Claims (10)

  1. 디스플레이 패널 및 상기 디스플레이 패널의 후방에서 빛을 제공하기 위한 광원이 구비되는 백라이트 유닛을 포함하고,
    상기 광원은,
    서브 마운트 기판과,
    상기 서브 마운트 기판의 상면에 실장되는 발광칩과,
    상기 발광칩을 감싸는 형태로 상기 서브 마운트 기판의 상측에 놓이는 색변환층을 포함하고,
    상기 색변환층은, 상기 발광칩으로부터 이격되는 위치에 놓이는 양자점층을 포함하는 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광칩은 LED 칩을 포함하는 디스플레이 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광칩의 상면을 둘러싸는 형태로 상기 색변환층의 내측에 형성되는 렌즈를 더 포함하는 디스플레이 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 색변환층은,
    내주면에 상기 양자점층이 형성되는 투명 재질의 커버층과,
    상기 양자점층을 덮어서 보호하는 보호층을 더 포함하는 디스플레이 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 커버층은,
    투명 유리, 투명한 PET(PolyEthylene Terephthalate)레진 및 투명한 PET 필름 중 어느 하나를 포함하는 디스플레이 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 보호층은, 실리콘 옥사이드(SiO2) 또는 질화 규소(Si3N4) 필름을 포함하는 디스플레이 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 색변환층의 내주면은 반구 또는 돔 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 렌즈의 외주면 또는 상기 색변환층의 내주면에 형성되어, 특정 파장의 빛을 투과 또는 반사시키는 간섭막을 더 포함하는 디스플레이 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 간섭막은, 이산화지르코늄(Zirconium dioxide), 이산화 티탄(Titanium dioxide), 황화아연(Zinc sulfide)을 포함하는 고굴절율 물질을 포함하는 디스플레이 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 간섭막은, 불소마그네슘(Magnesium fluoride), 불소세륨(Cerium fluoride)를 포함하는 저굴절율 물질을 포함하는 디스플레이 장치.
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