KR20120082860A - 형광막 구조를 포함하는 백라이팅 유닛 - Google Patents
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Abstract
투광판의 하부면과 상부면이 각각 광의 입사면과 광의 출사면이 되고, 광의 입사 또는 출사되는 위치에 광을 파장 변환시키는 형광막 구조가 마련된 발광 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 발광 장치는 적어도 하나의 발광 다이오드, 상기 발광 다이오드와 이격되어 배치된 형광막 구조, 및 상기 형광막 구조와 이격되어 배치된 확산판을 포함하고, 이에 따라, 균일한 휘도의 광원을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 백라이팅 유닛에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 투광판에 형성되어 광의 파장을 변환시키는 형광막 구조를 포함하는 백라이팅 유닛에 관한 것이다.
일반적으로, 액정 디스플레이(LCD; Liquid Crystal Display) 등의 조명에는 냉음극형광램프(CCFL; Cold Cathode Fluorescent Lamp) 또는 발광다이오드(LED; Light Emitting Diode)를 광원으로 하는 백라이팅 유닛이 이용된다. 그 중, 냉음극형광램프를 이용한 백라이트 유닛은 다량의 수은을 포함하여 친환경적이지 못하며, 또한, 그 특성상 균일한 삼원색(청색, 녹색, 적색)의 파장을 얻기 힘들어 색 재현성이 떨어지는 문제점을 안고 있다.
이에 반해, 발광다이오드를 이용한 백라이팅 유닛은 친환경적이고 냉음극형광램프에 비해 균일한 삼원색 파장을 얻기 쉬워 색 재현성이 뛰어나다는 이점을 갖는다. 게다가, 근래에는 고휘도/고출력의 발광다이오드가 개발됨에 따라 중대형 LCD 장치와 같은 대형 디스플레이 장치의 조명으로 그 용도가 확대되고 있다.
통상, 위와 같은 백라이팅 유닛은, LCD 등의 객체를 조명하는 백색광을 얻기 위해, 원색의 광들을 혼합하는 방식을 이용한다. 그러한 방식들에는 3원색의 광을 발하는 발광다이오드칩을 이용하고, 그로부터 나온 3원색의 광을 혼합하여 백색광을 얻는 방식과, 발광다이오드칩으로부터 나온 광과 형광체에 의해 다른 색으로 여기된 광을 혼합하는 방식이 있다. 이때, 후자(後者)의 방식은 발광다이오드칩의 주변을 둘러싸는 봉지부재에 형광체를 개재하는 방식이 주로 이용된다. 그러나, 이러한 방식들의 백라이팅 유닛은, 색의 혼합에 필요한 공간이 부족하다는 문제점과, 광을 확산시키는 확산시트가 반드시 요구되고 또한 그 확산시트에 대한 정밀한 설계가 필요하다는 문제점을 안고 있다.
이에 대하여, 종래에는 발광다이오드가 도광판의 측면에 인접하게 설치되고, 그 도광판의 측면과 발광다이오드 사이에 형광필름을 개재한 기술이 제안된 바 있으며, 이러한 종래의 기술은 일본 특허공개 평09-073807호에 개시된 바 있다. 그러나, 위와 같은 종래의 기술은 발광다이오드가 도광판의 좁은 측면을 통해 적은 양의 광을 제공할 수 밖에 없고, 특히, 형광필름도 도광판의 측면 면적에 의해 그 크기가 제한되어 충분한 양의 형광체를 제공할 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 기술적 과제는, 투광판의 하부면과 상부면이 각각 광의 입사면과 광의 출사면이 되고, 광의 입사 또는 출사되는 위치에 광을 파장 변환시키는 형광막 구조를 마련한 백라이팅 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면에 따른 백라이팅 유닛은, 상향 발광하도록 배치된 발광다이오드를 포함하는 발광수단과, 상기 발광다이오드의 상측에 배치되며, 하부면을 통해 광이 입사되고 상부면을 통해 광이 출사되는 투광판과, 입자상의 형광체들이 포함되며, 상기 투광판의 상부면과 하부면 중 적어도 하나의 면에 형성되는 형광막 구조를 포함한다.
바람직하게는, 상기 발광수단은 상기 발광다이오드의 하측에 설치된 채 광을 상향 반사시키는 반사부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 형광막 구조는 상하 2층 이상으로 배열되는 서로 다른 색의 형광막들로 구성된다. 더욱 바람직하게는, 상기 발광다이오드는 청색 발광다이오드이고, 상기 형광막들은 녹색 형광막과, 상기 녹색 형광막의 하부면에 부착된 적색 형광막으로 이루어진다. 이때, 상기 적색 형광막에는 상기 녹색 형광막의 일부를 상기 발광다이오드와 직접 마주하게 하는 적어도 하나의 개방부가 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 형광막 구조는, 복수의 도트형 형광막들 또는 복수의 스트라이프형 형광막들로 이루어질 수 있으며, 상기 형광막들은 열 인쇄 공정에 의해 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 형광막 구조는 복수의 도트형 형광막들로 구성되고, 상기 발광수단은 복수의 발광다이오드들을 포함하되, 상기 복수의 도트형 형광막들 각각은 상기 복수의 발광다이오드들 각각과 대응되게 배치된다. 더 바람직하게는, 상기 복수의 도트형 형광막들은 상기 투광판의 상부면에 일정한 간격으로 배열되고, 상기 복수의 도트형 형광막들 각각은 상기 복수의 발광다이오드들 각각의 직상에 배치된다.
바람직하게는, 상기 발광수단은 청색 발광다이오드와 적색 발광다이오드를 포함하며, 상기 형광막 구조는 녹색 형광막을 포함할 수 있다.
한편, 상기 형광막 구조는 아래의 [화학식 1]로 표시되는 실리케이트 형광체를 적어도 포함하는 것이 바람직하다.
[화학식 1]
a(MⅠO)?b(MⅡO)?c(MⅢX)?d(MⅢ 2O)?e(MⅣ 2O3)?f(MⅤ oOp)?g(SiO2)?h(MⅥ xOy)
(여기에서, MⅠ은 납(Pb) 및 구리(Cu)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 성분으로 구성되고; MⅡ는 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 및 망간(Mn)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 성분으로 구성되고; MⅢ는 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 금(Au), 및 은(Ag)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 성분으로 구성되고; MⅣ는 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 및 인듐(In)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 성분으로 구성되고; MⅤ는 게르마늄(Ge), 바나듐(V), 니오브(Nb), 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti), 지르코늄(Zr), 및 하프뮴(Hf)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 성분으로 구성되고; MⅥ는 비스무트(Bi), 주석(Sn), 안티몬(Sb), 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 툴륨(Tm), 이테르븀(Yb), 및 루테튬(Lu)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 성분으로 구성되고; X는 플로오르(F), 염소(Cl), 브롬(Br), 및 요오드(I)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 성분으로 구성되며; 0<a≤2, 0<b≤8, 0≤c≤4, 0≤d≤2, 0≤e≤2, 0≤f≤2, 0≤g≤10, 0<h≤5, 1≤o≤2, 1≤p≤5, 1≤x≤2, 및 1≤y≤5임).
본 발명의 실시예들에 따르면, 대형 디스플레이 패널(특히, LCD 패널)에 균일한 휘도의 조명용 광원을 공급할 수 있으며, 또한, 형광체들이 광을 확산시켜 주는 기능을 할 수 있으므로, 투광판 아래에 복수의 발광다이오드들이 배치된 백라이팅 유닛에 있어, 발광다이오드의 개수 및 소비전력을 줄여줄 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이팅 유닛을 도시한 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이팅 유닛의 투광판 및 형광막 구조를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이팅 유닛의 형광막 구조를 설명하기 위한 도면.
도 4 및 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 형광막 구조를 설명하기 위한 도면들.
도 6은 열 인쇄 공정에 의해 형광막 구조를 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이팅 유닛을 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 또 따른 실시예에 따른 백라이팅 유닛을 설며하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이팅 유닛의 투광판 및 형광막 구조를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이팅 유닛의 형광막 구조를 설명하기 위한 도면.
도 4 및 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 형광막 구조를 설명하기 위한 도면들.
도 6은 열 인쇄 공정에 의해 형광막 구조를 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이팅 유닛을 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 또 따른 실시예에 따른 백라이팅 유닛을 설며하기 위한 도면.
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 실시예에 따른 백라이팅 유닛을 도시한 개념도이다.
도 1에 도시된 것과 같이, 본 실시예의 백라이팅 유닛(1), 발광다이오드(10)를 갖는 발광수단과, 투광판(20)과, 형광막 구조(30)를 포함한다. 그리고, 상기 발광다이오드(10)의 하측에는 광을 상향 반사시키기 위한 반사부(40)가 배치되고, 상기 투광판(20)의 위쪽에는 평행광을 만들기 위한 프리즘시트(50)가 배치될 수 있다. 이때, 상기 반사부(40)는 발광다이오드(10)가 장착되는 PCB(2) 상에 부착된 반사막일 수 있다.
상기 발광다이오드(10)는 자체 발생된 광을 투광판(20)을 향해 상향으로 발하도록 상기 투광판(20)의 하측에 배치된다. 따라서, 상기 투광판(20)은 자신의 하부면이 광의 입사면이 되고, 자신의 상부면이 광의 출사면이 된다. 본 실시예에서, 상기 투광판(20)의 하부면에 상기 형광막 구조(30)가 형성되는데, 이에 의해, 상기 형광막 구조(30)는 광이 투광판(20) 내로 입사되는 위치에서 발광다이오드(10)에서 나온 광 일부의 파장을 다른 파장으로 변환하며, 그 파장 변환된 광들과 그렇지 않은 광들이 투광판(20) 내, 더 나아가서는, 투광판(20)의 상측에서 혼합되도록 해준다. 이때, 투광판(20)의 두께를 크게 하는 등, 투광판(20) 내에서 광의 혼합이 충분하게 이루어지게 하는 경우, 투광판(20)은 면광원을 얻는데 사용되는 도광판으로서의 기능을 할 수 있다.
이때, 상기 형광막 구조(30)는, 입자상의 형광체가 포함된 적어도 하나의 형광막이 포함된 구조로 이루어지며, 따라서, 형광체의 입자상 구조에 의해 광을 확산시키는 역할도 할 수 있다. 그리고, 상기 형광막 구조(30)의 전술한 위치에 의해, 다른 색의 파장으로 변환된 일부 광과 그렇지 않은 광이 투광판(20) 내에서 충분히 혼합되면서 진행할 수 있다.
본 실시예의 백라이팅 유닛(1)은, 청색 발광다이오드(10)와, 녹색과 적색의 형광체들을 포함하는 형광막 구조(30) 또는 황색의 형광체들을 포함한 형광막 구조(30)에 의해 백색 광원을 구현할 수 있으며, 또한, 적색 및 청색의 발광다이오드들(10, 10)과, 녹색 형광체들을 포함하는 형광막 구조(30)에 의해 백색 광원을 구현할 수 있다. 이때, 상기 형광체들로는 특정 계열 내지 특정 종류에 한정됨 없이 이용될 수 있지만, 국내특허공개 제 10-2005-0117165, 국내특허공개 제 10-2006-002844호, 국내특허공개 제 제10-2006-0028932호, 국내특허등록 제10-0601200호, 국내특허등록 제 10-0642786호 등에 개시된 것과 같은 녹색 내지 등색의 실리케이트(silicate) 형광체, 녹색 내지 황색의 티오갤레이트(thiogallage) 형광체, 적색의 설파이드(sulfide) 형광체가 이용되는 것이 바람직하다. 위 문헌들은 본 명세서의 일부로 병합된다.
추가로, 본 실시예에 따른 백라이팅 유닛(1)은, 투광판(20)의 하부면으로부터 반사막 또는 반사패턴이 생략되어도 되므로, 형광막 구조(30)를 투광판(20)의 하부면 전체에 걸쳐 형성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광막 구조(30)를 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 상기 형광막 구조(30)는, 투광판(20)의 하부면에 직접 부착된 녹색의 제 1 형광막(32)과, 그 제 1 형광막(32)의 하부면에 부착되는 적색의 제 2 형광막(34)으로 구성된다. 제 1 형광막(32)에는 예를 들면, 실리케이트계 또는 티오겔레이트계의 입자형 형광체들이 포함되며, 제 2 형광막(34)에는 예를 들면, 설파이드계의 입자형 형광체들이 포함된다. 그리고, 상기 형광막(32, 34)들을 형성하는 방법은 투명의 막(즉, 필름)에 형광체를 스크린 프린트하는 방법이 이용될 수 있다. 이때, 발광다이오드로부터 형광막 구조(30)를 향하는 광은 청색광이다.
위와 같은 배치에 의하면, 발광다이오드로부터 나와 형광막(32, 34)에 부딪히지 않고 투광판(20) 내로 입사되는 청색광과, 제 2 형광막(32)의 적색 형광체에 의해 파장 변환된 후 투광판(20) 내로 입사되는 적색광과, 제 1 형광막(34)의 녹색 형광체에 의해 파장 변환된 후 투광판(20) 내로 입사된 녹색광이 투광판(20)의 내부 및 투광판(20)의 상부에서 혼합된다. 특히, 이러한 광의 색 혼합은 투광판(20)의 내부에서 많이 일어날 수 있는데, 이는 각 형광막(32, 34)의 형광체들이 광을 산란 또는 확산시키기 때문이다.
더 나아가, 녹색 형광체를 포함한 제 1 형광막(32)이 적색 형광체를 포함한 제 2 형광막(34)의 위쪽에 배치됨으로써, 높은 에너지 준위를 갖는 녹색광이 낮은 에너지의 준위를 갖는 적색 형광체에 흡수되는 것과 이에 의한 손실을 미연에 차단할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 형광막 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 실시예의 형광막 구조(30)는 앞선 실시예와 동일한 종류로 이루어진 제 1 및 제 2 형광막(32, 34)이 앞선 실시예와 동일한 위치를 갖도록 상하 층들(layers)의 구조로 배열된다.
본 실시예의 형광막 구조(30)는 상기 제 1 형광막(32)의 일부를 발광다이오드(10; 도 1 참조)와 직접 마주하게 하도록 상기 제 2 형광막(34)에 형성된 적어도 하나의 개방부(342)를 추가로 포함한다. 이러한 개방부(342)는 발광다이오드로부터 나온 청색광이 적색의 제 2 형광막(34)을 거치지 않고 제 1 형광막(32) 또는 그 위의 투광판(20)으로 향하는 광의 양을 늘려준다. 이는 제 1 형광막(32)의 형광체가 청색광을 직접 녹색광으로 색 변환(즉, 파장 변환)시키는 양을 늘려서, 청색광으로부터 적색광으로 색 변환된 광이 다시 녹색광으로 색 변환되는 것에 의해 야기되는 광의 손실을 줄여줄 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 형광막 구조(30)를 설명하기 도면들이다.
도 4를 참조하면, 투광판(20)의 하부면에는 단층의 녹색, 적색, 청색 형광막들(30a, 30b, 30c)들이 스트라이프 형태를 가진 채 배열된 형광막 구조(30)가 형성된다. 또한, 도 5를 참조하면, 단층의 녹색, 적색, 청색 형광막(30a, 30b, 30c)들이 각각 도트형을 갖고서 배열된 형광막 구조(30)가 형성된다. 이때, 도 4 및 도 5에 도시된 형광막 구조(30)들은 자외선 발광다이오드를 이용하여 자외선광을 발생시키고, 그 발생된 자외선광을 녹색, 적색, 청색의 광들로 색 변환하여 그 색 변환된 광들을 투광판(20)에서 혼합하여 백색광을 얻을 수 있다.
도 6은 앞선 실시예들의 형광막 구조(30)를 투광판(20)의 일면에 형성하는 열 인쇄 공정을 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 베이스막(3), 열전이막(4), 그리고, 형광막(30a)이 연속 적층된 열 인쇄용 필름(F)을 투광판(20)의 일면에 압착한 후, 그 베이스막(3) 위쪽 일부 영역에 국부적으로 레이저빔을 조사한다. 이때, 레이저빔은 열전이막(4) 에 의해 열로 전이된다. 그 전이된 열에 의해 형광막(30a)의 일부가 투광판(20)에 부착된다. 이와 같은 공정을 통해, 도 4 및 도 5에 도시된 것과 같은 형과 막 구조(30)를 투광판(20)에 형성하는 것이 가능하다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이팅 유닛(1)을 설명하기 위한 도면으로, 투광판(20)의 상부면에 형광막 구조(30)가 형성된 구성이 도시되어 있다. 이 경우, 발광다이오드(10)로부터 발생된 열이 형광막 구조(30)에 거의 도달하지 않으므로, 발광다이오드(10)의 열에 의한 형광막 구조(30)의 열화가 방지되는 이점이 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 백라이팅 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예의 백라이팅 유닛(1)은, 일정 간격으로 배열된 복수의 발광다이오드(10)와, 상기 복수의 발광다이오드(10)의 상측에 인접하게 배치된 얇은 두께의 투광판(20)과, 상기 투광판(20)의 상부면에 형성된 형광막 구조(30), 그리고, 상기 형광막 구조(30)가 형성된 투광판(20)으로부터 상측으로 이격되어 있는 확산판(70)을 포함한다.
상기 형광막 구조(30)는 상기 투광판(20)의 상부면에 일정 간격으로 배열되어 형성된 복수의 도트형 형광막(302)을 포함한다. 이때, 상기 도트형 형광막(302)은 앞선 실시예에서 설명된 열 인쇄 방식으로 형성되는 것이 바람직하지만, 그외, 잉크젯 또는 스크린 프린트 방식이 이용될 수도 있다. 상기 복수의 도트형 형광막(302)들 각각의 위치는 상기 복수의 발광다이오드(10)들 각각의 위치에 대응되게 정해진다. 보다 구체적으로는, 각 도트형 형광막(302)은 대응되는 발광다이오드(10)의 직상에 위치하고 있다.
본 실시예의 백라이팅 유닛(1)은, 개개의 도트형 형광막(302)과 개개의 발광다이오드(10)의 위치를 대응되게 배열함으로써, 형광체 사용량을 줄여 비용 절감에 기여하고, 광의 색 균일성을 확산시키는데 기여한다. 상기 색 균일성은 발광다이오드와 근접된 위치 그리고 발광다이오드로부터의 광 경로 상에 형광체의 집중도가 증대된 것에 의해 구현된다.
10: 발광다이오드 20: 투광판
30: 형광막 구조 40: 반사부
30a, 30b, 30c, 32, 34: 형광막
302: 도트형 형광막
30: 형광막 구조 40: 반사부
30a, 30b, 30c, 32, 34: 형광막
302: 도트형 형광막
Claims (10)
- 적어도 하나의 발광 다이오드;
상기 발광 다이오드와 이격되어 배치된 형광막 구조; 및
상기 형광막 구조와 이격되어 배치된 확산판을 포함하는 발광 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 형광막 구조는 상기 발광 다이오드와 상기 확산판 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 발광 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 형광막 구조는 상기 발광 다이오드로부터 발생된 열을 차단시키는 투광판 상에 형성된 것을 특징으로 하는 발광 장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 형광막 구조는 상기 투광판 상에 열 인쇄 방식, 잉크젯 또는 스크린 프린팅 방식에서 선택된 어느 한 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 투광판은 상기 발광 다이오드로부터 발생된 광 및 상기 형광막 구조에 의해 파장 변환된 광을 혼합시키는 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 발광 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 형광막 구조는 서로 분리되어 배치된 제1 및 제2 형광막을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치. - 청구항 6에 있어서,
상기 제1 형광막은 녹색 형광체를 포함하고, 상기 제2 형광막은 적색 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치. - 청구항 7에 있어서,
상기 제2 형광막은 상기 제1 형광막의 일부가 상기 발광 다이오드와 마주하게 하는 적어도 하나의 개방부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 발광 다이오드로부터 발생된 광을 반사시키는 반사부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 발광 다이오드는 청색 발광 다이오드 또는 적색 발광 다이오드 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
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