KR20130086811A - 백라이트 유닛 - Google Patents

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KR20130086811A
KR20130086811A KR1020120007806A KR20120007806A KR20130086811A KR 20130086811 A KR20130086811 A KR 20130086811A KR 1020120007806 A KR1020120007806 A KR 1020120007806A KR 20120007806 A KR20120007806 A KR 20120007806A KR 20130086811 A KR20130086811 A KR 20130086811A
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이종찬
최기승
김민수
안경주
이승민
장혁진
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금호전기주식회사
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Abstract

본 발명은, 대향하는 상면 및 하면, 상기 상면 및 하면을 연결하는 복수의 측면을 갖는 도광판과, 상기 도광판으로 광을 입사시키는 LED 광원부, 및 상기 LED 광원부와 도광판 사이 또는 상기 도광판의 상면에 배치되는 색필터를 포함하는 백라이트 유닛을 제공할 수 있다.

Description

백라이트 유닛 {BACKLIGHT UNIT}
본 발명은 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 색필터를 이용한 백라이트 유닛에 관한 것이다.
최근에는 전기적 화상신호의 인가에 의한 액정배향에 따라 출력되는 광신호로서 화상을 표시하는 액정표시장치(LCD)가 디스플레이 장치 산업 분야에서 점점 중요한 위치를 차지하고 있다.
특히, 액정표시장치는 다른 표시장치에 비해 경박단소하기 때문에 TV, 노트북 컴퓨터, 휴대폰, MP3 플레이어, PDA, 스마트폰, 디지털 카메라 등과 같은 표시장치로서 절대적인 위치를 차지하고 있다. 그러나, 이러한 액정표시장치의 액정은 자체적인 발광능력이 없기 때문에 그 자체로는 화상을 표시할 수 없으며, 화상을 표시하기 위해서는 별도의 광원을 구비하여야 한다. 이러한 광원을 백라이트 유닛(back light unit)이라고 한다.
최근에는 LED(light emitting diode)를 이용한 백라이트 유닛을 많이 사용하고 있으며, 이는 LED 를 광원으로 이용하고, LED로부터 발산된 빛의 경로가 전면을 향하도록 도광판을 주요 구성요소로 하고 있다. 추가적으로 상기 도광판을 통해 액정으로 입사되는 빛을 확산 및 산란시켜 백라이트 출광면 정면 방향의 휘도를 증대시키고 균일화하는 확산시트 등을 적용될 수 있다. 또한, 확산시트로부터 투사된 빛을 출광면 정면 이외의 방향으로 나가는 것을 막고, 광지향성을 향상시켜 시야각을 좁혀서 백라이트 출광면 정면방향으로 휘도를 증가시키는 프리즘 시트가 추가될 수 있다.
이러한, LED를 이용한 백라이트 유닛에 사용되는 LED 광원을 주로 백색 LED 를 사용하였으나, 백색 LED를 구현하기 위해서는 청색, 녹색, 또는 적색의 LED 칩에 형광체를 도포하여 LED 패키지를 형성하여야 하므로 디스플레이 장치의 가격이 상승되는 문제점이 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은 저렴한 비용으로 광의 균일도를 향상시킬 수 있는 백라이트 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 대향하는 상면 및 하면, 상기 상면 및 하면을 연결하는 복수의 측면을 갖는 도광판과, 상기 도광판으로 광을 입사시키는 LED 광원부, 및 상기 LED 광원부와 도광판 사이 또는 상기 도광판의 상면에 배치되는 색필터를 포함하는 백라이트 유닛을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 저렴한 제조 비용으로 광의 균일도가 향상된 백라이트 유닛을 얻을 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일실시 형태에 사용되는 색필터의 구성도이다.
도 2는, 본 발명의 다른 실시 형태에 사용되는 색필터의 구성도이다
도 3은, 본 발명의 일실시 형태에 따른 백라이트 유닛의 구성도이다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 백라이트 유닛의 구성도이다.
도 5는, 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 백라이트 유닛의 구성도이다.
도 6은, 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 백라이트 유닛의 구성도이다.
도 1은, 본 발명의 일실시 형태에 사용되는 색필터(110)의 구성도이다.
본 실시형태에 따른 색필터(110)는, 광투과성 폴리머(11), 광확산물질(12) 및 형광염료(13)를 포함할 수 있다. 상기 색필터(110)는 색필터로 입사되는 광의 색온도를 다른 색온도로 변환하여 출광시키는 역할을 할 수 있다.
상기 광투과성 폴리머(11)는, 투명 고분자 수지로 형성되며 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN), 폴리카보네이트(PC) 등이 사용될 수 있다.
상기 광확산 물질은(12)은, 색필터로 유입된 광을 확산시킬 수 있다. 이러한 광확산 물질은 상기 색필터(110) 내부에서 광이 골고루 퍼지게 하여 상기 색필터를 통과하는 광이 색필터 내부에서 한쪽으로 몰리는 현상을 방지할 수 있다. 본 실시형태에 사용될 수 있는 광확산 물질로는 아크릴, 스틸렌 실리콘 수지 등의 고분자 화합물 또는 산화 실리콘(SiO2), 산화 티타늄(TiO2), 클레이 등의 무기화합물이 사용될 수 있다. 상기 광확산 물질의 첨가에 의해 상기 색필터의 광산란계수는 0.5 이상이 될 수 있다.
상기 형광염료(13)는, 제1파장의 빛을 흡수하고 제1 파장보다 긴 제2 파장의 빛을 발산하는 염료일 수 있다. 본 실시형태에서는, 상기 색필터가 백색광을 방출하도록 하기 위해서, 상기 색필터로 입사되는 광이 400nm ~ 460nm 대역의 청색광인 경우 상기 색필터(110)에 사용되는 형광염료는 황색계열을 사용할 수 있다. 구체적으로 상기 형광염료는 데이글로(dayglo)사에서 제조된 솔벤트 옐로 98, 솔벤트 옐로 160:1 중 하나를 사용할 수 있다. 본 실시형태에 사용되는 형광염료는 종래에 청색 LED 광을 백색으로 변환하기 위해 사용하던 형광체와는 다른 물질이다. 본 실시형태에서는 종래의 YAG 계열, Silicate 계열, Nitride 계열 등의 형광체를 사용하지 않고 저렴한 형광염료를 사용함으로서 LED 조명제품의 가격 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
본 실시형태에 따른 색필터(110)는 막대(bar) 형태일 수 있다. 길이(L)와 폭(W)의 비율은 적용되는 백라이트모듈의 형태에 따라 달라질 수 있다. 실질적으로는 길이(L)에 비해 폭(W) 및 두께(H)의 비율이 훨씬 작은 박막형태일 수 있다.
도 2는, 본 발명의 다른 실시 형태에 사용되는 색필터(210)의 구성도이다.
본 실시형태에 따른 색필터(210)는, 광투과성 폴리머(21), 광확산물질(22) 및 형광염료(23)를 포함할 수 있다. 본 실시형태에 따른 색필터와 도 1의 색필터의 차이점은 본 실시형태에 따른 색필터는 평판 형태일 수 있다. 즉, 길이(L) 및 폭(W)의 비율이 두께(H)에 비해 훨씬 큰 박막형태일 수 있다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 LED 백라이트 유닛(300)이다.
본 실시형태에 따른 LED 백라이트 유닛(300)은, 색필터(310), LED 광원부(320) 및 도광판(330)을 포함할 수 있다. 본 실시형태에 따른 백라이트 유닛은 LED 광원부(320)가 도광판(330)의 일측면에 배치되는 엣지타입 백라이트 유닛일 수 있다.
상기 LED 광원부(320)는, 기판(321) 및 기판상에 실장된 LED 소자(322)를 포함할 수 있다. 상기 기판(321)은 내부에 회로배선이 형성된 PCB 기판일 수 있다. 상기 기판(321)은 하면이 금속으로 형성되어 상기 LED 소자에서 발생되는 열을 외부로 전달할 수 있다. 상기 LED 소자(322)는 LED 베어칩(bare chip)이 직접 상기 기판에 실장된 COB(Chip on Board) 형태일 수 있으며, 또는 구조물 내에 LED 칩이 실장된 패키지 형태일 수 있다. 본 실시형태에 사용되는 LED 소자는 형광체를 이용하여 백색광을 출력하도록 한 LED 소자가 아니라, LED 칩 자체에 의한 발광색을 갖는 LED 소자일 수 있다. 즉, 청색, 녹색, 및 적색 중 하나의 색온도를 갖는 LED 소자일 수 있다.
상기 색필터(310)는, LED 광원부(320)로부터 색필터(310)로 입사되는 광의 색온도를 다른 색온도로 변환하여 도광판(330)으로 입광시키는 역할을 할 수 있다. 본 실시형태에 사용되는 색필터는 LED 광원부(320)와 도광판(330) 사이에 배치되므로 그 길이 및 폭은 도광판의 일측면을 덮을 정도의 크기로 형성됨이 바람직하다. 상기 색필터(310)는 광투과성 폴리머, 광확산물질 및 형광염료를 포함할 수 있다.
상기 광투과성 폴리머는, 투명 고분자 수지로 형성되며 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN), 폴리카보네이트(PC) 등이 사용될 수 있다.
상기 광확산 물질은은, 색필터로 유입된 광을 확산시킬 수 있다. 이러한 광확산 물질은 상기 색필터 내부에서 광이 골고루 퍼지게 하여 상기 색필터를 통과하는 광이 색필터 내부에서 한쪽으로 몰리는 현상을 방지할 수 있다. 본 실시형태에 사용될 수 있는 광확산 물질로는 아크릴, 스틸렌 실리콘 수지 등의 고분자 화합물 또는 산화 실리콘(SiO2), 산화 티타늄(TiO2), 클레이 등의 무기화합물이 사용될 수 있다. 상기 광확산 물질의 첨가에 의해 상기 색필터의 광산란계수는 0.5 이상이 될 수 있다.
상기 형광염료는, 제1파장의 빛을 흡수하고 제1 파장보다 긴 제2 파장의 빛을 발산하는 염료일 수 있다. 본 실시형태에서는, 상기 색필터가 백색광을 방출하도록 하기 위해서, 상기 색필터로 입사되는 광이 400nm ~ 460nm 대역의 청색광인 경우 상기 색필터에 사용되는 형광염료는 황색계열을 사용할 수 있다. 구체적으로 상기 형광염료는 데이글로(dayglo)사에서 제조된 솔벤트 옐로 98, 솔벤트 옐로 160:1 중 하나를 사용할 수 있다. 본 실시형태에 사용되는 형광염료는 종래에 청색 LED 광을 백색으로 변환하기 위해 사용하던 형광체와는 다른 물질이다. 본 실시형태에서는 종래의 YAG 계열, Silicate 계열, Nitride 계열 등의 형광체를 사용하지 않고 저렴한 형광염료를 사용함으로서 LED 조명제품의 가격 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
본 실시형태에서 색필터(310)는 제1 색필터(311) 및 제2 색필터(312)를 포함할 수 있다. 본 실시형태에서 색필터는 하나의 기구물 내에서 복수개의 층으로 형성될 수 있다. 이러한 복수개의 층을 갖는 색필터는 이중사출 공정을 이용하여 제조할 수 있으며, 상기 색필터의 층 수 및 각 층의 두께는 다양하게 변형될 수 있다.
상기 제1 색필터(311)는 상기 LED 광원부(320)에서 방출되는 광을 색온도가 다른 제1 변환광으로 변환시켜 출광시킬 수 있다. 상기 제2 색필터(312)는 상기 제1 변환광을 색온도가 다른 제2 변환광으로 변환하여 출광시킬 수 있다. 상기 색필터에 혼합된 형광염료에 의해 상기 제1 변환광은 LED 소자에서 방출되는 광보다 파장이 길어질 수 있으며, 상기 제2 변환광은 제1 변환광보다 긴 파장을 가질 수 있다.
상기 제1 색필터(311) 및 제2 색필터(312)는 각각 서로 다른 형광염료가 포함되거나 각 색필터에 포함된 형광염료의 비율이 다르게 형성될 수 있다. 색필터를 복수개의 층으로 형성하고 각각 서로 다른 형광염료를 사용하거나 각각의 형광염료의 비율을 다르게 함으로서 상기 색필터(310)에서 최종적으로 외부로 출력되는 광의 색온도를 적절히 조절할 수 있다.
본 실시형태에서는 상기 제1 색필터(311)에는 노랑색 형광염료가 사용되고, 제2 색필터(312)에는 주황색 형광염료가 사용될 수 있다. 상기 LED 소자의 고유 색온도가 청색이고 이를 최종 백색광으로 변경하고자 하는 경우, 하나의 색깔로 된 색필터를 사용하는 경우보다 본 실시형태처럼 2개의 색깔 층을 갖는 색필터를 사용하면 보다 효과적으로 파장대역을 높힌 출력광을 얻을 수 있다.
상기 도광판(330)은, 제1 평면(331), 제2 평면(332), 및 복수의 측면으로 구성되는 육면체 형상의 플레이트 구조를 가질 수 있다. 본 실시형태에서는 상기 육면체의 일측면(333)에 LED 광원부(320)가 배치되어 상기 일측면으로부터 광이 입사될 수 있다. 도광판(330)은 상기 광원으로부터 입광되는 빛의 원활한 유도를 위해 PMMA 와 같은 투명한 소재로 이루어질 수 있으며, 상기 도광판의 하부면(332)에는 요철 등의 특정 패턴을 형성하여 상기 도광판의 하부로 향하는 빛을 상부로 반사시킬 수 있다. 또한, 본 실시형태의 도면과 달리 상기 도광판의 제1 평면과 제2 평면이 평행하지 않고 상기 제2 평면(332)이 광원을 향하여 경사지게 형성되어 빛을 광출사 방향인 제1 평면(331) 쪽으로 반사시키도록 할 수도 있다. 상기 도광판의 광출사면 상부에는 액정패널로 출사되는 광을 여러 방향으로 확산시키는 확산시트 또는 정면 시야각 안으로 모아주는 역할을 하는 프리즘시트 중 어느 하나를 선택적으로 적층하여 휘도를 향상시키는 광학시트(미도시)를 구비할 수 있다. 그리고, 필요에 따라 상기 도광판의 제2 평면(332)에는 반사판을 구비할 수도 있다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 백라이트 유닛의 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시형태에 따른 백라이트 유닛(400)은 LED 광원부(420), 도광판(430) 및 색필터(410)를 포함할 수 있으며, 도 3의 실시형태와 비교하여 색필터(410)의 위치 및 모양에 차이가 있으므로 이에 대해서 설명하겠다. 본 실시형태에서의 LED 광원부(420) 및 도광판(430)의 구성은 도 3의 실시형태와 동일하게 적용될 수 있다.
본 실시형태에는 색필터(410)가 상기 도광판(430)의 광출사 방향인 제1 평면(431) 상부에 배치될 수 있다. 상기 색필터(410)는, 도광판(430)으로부터 방출되는 광의 색온도를 다른 색온도로 변환하여 출광시키는 역할을 할 수 있다. 본 실시형태에 사용되는 색필터(410)는 도광판(430)의 상부에 배치되므로 그 길이 및 폭은 도광판의 제1 평면(431)을 덮을 정도의 크기로 형성됨이 바람직하다. 상기 색필터(410)는 광투과성 폴리머, 광확산물질 및 형광염료를 포함할 수 있으며, 상기 색필터(410)의 위치 및 크기를 제외한 나머지 설명 부분, 즉, 제1 색필터(411)와 제2 색필터(412)로 구분되는 특징, 색필터 내부에 포함되는 형광염료 등은 상기 도 3의 실시형태에서 설명한 색필터(310)와 동일하게 적용될 수 있다.
도 5는, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 백라이트 유닛의 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시형태에 따른 백라이트 유닛(500)은 LED 광원부(520), 도광판(530) 및 색필터(510)를 포함할 수 있다.
본 실시형태에서는 LED 광원부(520)가 도광판(530)의 제2 평면(532)에 배치되어 상기 도광판(530)으로 광을 입광시키는 직하형 백라이트 유닛일 수 있다. 본 실시형태에서, 색필터(510)는 상기 도광판(530)과 LED 광원부(520)의 사이에 배치될 수 있다.
상기 LED 광원부(520)는, 기판(321) 및 기판상에 실장된 LED 소자(322)를 포함할 수 있다. 상기 기판(321)은 내부에 회로배선이 형성된 PCB 기판일 수 있다. 상기 기판(321)은 하면이 금속으로 형성되어 상기 LED 소자에서 발생되는 열을 외부로 전달할 수 있다. 상기 LED 소자(322)는 LED 베어칩(bare chip)이 직접 상기 기판에 실장된 COB(Chip on Board) 형태일 수 있으며, 또는 구조물 내에 LED 칩이 실장된 패키지 형태일 수 있다. 본 실시형태에 사용되는 LED 소자는 형광체를 이용하여 백색광을 출력하도록 한 LED 소자가 아니라, LED 칩 자체에 의한 발광색을 갖는 LED 소자일 수 있다. 즉, 청색, 녹색, 및 적색 중 하나의 색온도를 갖는 LED 소자일 수 있다. 본 실시형태에서 상기 기판(521)은 도광판(530)의 제2 평면(532)에 해당하는 넓이로 형성되며 상기 기판상에 복수개의 LED 소자(522)가 배열될 수 있다.
상기 도광판(530)은, 제1 평면, 제2 평면, 및 복수의 측면으로 구성되는 육면체 형상의 플레이트 구조를 가질 수 있다. 본 실시형태에서는 상기 육면체의 제2 평면(532)에 LED 광원부(520)가 배치되어 상기 제2 평면(532)으로 광이 입사되어 제1 평면(531)으로 광이 출사될 수 있다. 도광판(530)은 상기 광원으로부터 입광되는 빛의 원활한 유도를 위해 PMMA 와 같은 투명한 소재로 이루어질 수 있다. 상기 도광판의 상부에는 액정패널로 출사되는 광을 여러 방향으로 확산시키는 확산시트 또는 정면 시야각 안으로 모아주는 역할을 하는 프리즘시트 중 어느 하나를 선택적으로 적층하여 휘도를 향상시키는 광학시트(미도시)를 구비할 수 있다.
본 실시형태에 사용되는 색필터(510)는 LED 광원부(520)와 도광판(530)의 사이에 배치되므로 그 길이 및 폭은 도광판의 제2 평면(532)을 덮을 정도의 크기로 형성됨이 바람직하다. 본 실시형태에서 색필터(510)는 LED 광원부(520)에서 발광되는 광의 색온도를 다른 색온도로 변환하여 상기 도광판(530)의 제2 평면을 향하여 출광시킬 수 있다. 상기 색필터(510)는 광투과성 폴리머, 광확산물질 및 형광염료를 포함할 수 있으며, 상기 색필터(510)의 위치 및 크기를 제외한 나머지 설명 부분, 즉, 제1 색필터(511)와 제2 색필터(512)로 구분되는 특징, 색필터에 포함되는 형광염료 등은 상기 도 3의 실시형태에서 설명한 색필터(310)와 동일하게 적용될 수 있다.
도 6은, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 백라이트 유닛의 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시형태에 따른 백라이트 유닛(600)은 LED 광원부(620), 도광판(630) 및 색필터(610)를 포함할 수 있으며, 도 5의 실시형태와 비교하여 색필터(610)의 위치에 차이가 있으므로 이에 대해서 설명하겠다. 본 실시형태에서의 LED 광원부(620) 및 도광판(630)의 구성은 도 5의 실시형태와 동일하게 적용될 수 있다.
본 실시형태에는 색필터(610)가 상기 도광판(630)의 광출사 방향인 제1 평면(631) 상부에 배치될 수 있다. 상기 색필터(610)는, 도광판(630)으로부터 방출되는 광의 색온도를 다른 색온도로 변환하여 출광시키는 역할을 할 수 있다. 본 실시형태에 사용되는 색필터(610)는 도광판(630)의 상부에 배치되므로 그 길이 및 폭은 도광판의 제1 평면(631)을 덮을 정도의 크기로 형성됨이 바람직하다. 상기 색필터(610)는 광투과성 폴리머, 광확산물질 및 형광염료를 포함할 수 있으며, 상기 색필터(610)의 위치 및 크기를 제외한 나머지 설명 부분, 즉, 제1 색필터(611)와 제2 색필터(612)로 구분되는 특징, 색필터 내부에 포함되는 형광염료 등은 상기 도 3의 실시형태에서 설명한 색필터(310)와 동일하게 적용될 수 있다.
310 : 색필터 320 : LED 광원부
330 : 도광판

Claims (7)

  1. 대향하는 상면 및 하면, 상기 상면 및 하면을 연결하는 복수의 측면을 갖는 도광판;
    상기 도광판으로 광을 입사시키는 LED 광원부; 및
    상기 LED 광원부와 도광판 사이 또는 상기 도광판의 상면에 배치되는 색필터
    를 포함하는 백라이트 유닛
  2. 제1항에 있어서,
    상기 색필터는,
    광 투과성 폴리머와, 상기 광투과성 폴리머와 혼합된 형광염료, 및 광확산 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트유닛.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 형광염료는,
    솔벤트 옐로 98, 솔벤트 옐로 160:1, 솔벤트 레드 197, 솔벤트 레드 196, 및 솔벤트 오렌지 63 으로 구성된 군 중에서 선택된 적어도 하나의 염료를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트유닛.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 색필터는,
    상기 LED 소자의 방출광을 제1 변환광으로 변환하는 제1 색필터; 및
    상기 제1 색필터에서 방출되는 광을 제2 변환광으로 변환하는 제2 색필터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트유닛.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 색필터 및 제2 색필터는,
    하나의 기구물로 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 LED 광원부는 상기 도광판의 일측면에 배치되는 것을 특징으로 하는 백라이트유닛.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 LED 광원부는 상기 도광판의 하면에 배치되는 것을 특징으로 하는 백라이트유닛.
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