KR20170051650A - 광변환 시트 및 그를 포함하는 백라이트 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광변환 시트 및 그를 포함하는 표시장치용 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 모재료층의 일면에 형성되는 광변환층을 포함하되, 광변환층은 형광체 입자와, 형광체 입자를 고정하기 위한 레진층으로 구성된 광변환층을 포함하는 광변환 시트를 백라이트 유닛의 도광판 확산판 등의 판상 부재 상부에 배치하되, 형광체의 종류와 형광체 입자의 크기, 레진층의 두께, 레진층을 형성하는 바인더와 형광체의 재료 비율, 바인더의 굴절율 등을 선택함으로써, 형광체 입자의 광변환 성능을 유지하면서도 다양한 색역의 컬러재현이 가능한 간단한 구조의 백라이트 유닛을 제공할 수 있다.

Description

광변환 시트 및 그를 포함하는 백라이트 유닛 {Light Conversion Sheet and Backlight Unit having the same}
본 발명은 광변환 시트 및 그를 포함하는 표시장치용 백라이트 유닛, 더 구체적으로는 모재료층의 상부에 배치되는 광변환층을 포함하는 필름 형태의 광변환 시트를 백라이트 유닛의 판상 부재에 부착하는 형태의 백라이트 유닛 및 그를 포함하는 표시장치에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하기 위한 표시장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있으며, 근래에는 액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display), 플라즈마표시장치(PDP: Plasma Display Panel), 유기전계발광표시장치(OLED: Organic Light Emitting Diode Display Device)와 같은 여러 가지 표시장치가 활용되고 있다.
이러한 표시장치 중 액정 표시장치(LCD)는 화소영역 각각을 온(on)/오프(off) 제어하기 위한 스위칭 소자인 박막 트랜지스터를 포함하는 어레이 기판과, 컬러필터 및/또는 블랙매트릭스 등을 구비한 상부기판과, 그 사이에 형성되는 액정물질층을 포함하는 표시패널과, 박막 트랜지스터를 제어하기 위한 구동부와, 표시패널로 광을 제공하는 백라이트 유닛(Back Light Unit; BLU) 등을 포함하여 구성되며, 화소 영역에 구비된 화소(Pixel; PXL) 전극 및 공통 전압(Vcom) 전극 사이에 인가되는 전계에 따라 액정층의 배열 상태가 조절되고 그에 따라 광의 투과도가 조절되어 화상이 표시되는 장치이다.
이러한 액정 표시장치의 경우에는 표시패널로 광을 제공하기 위한 백라이트 유닛이 포함되며, 백라이트 유닛은 광원의 배치 및 광의 전달 형태에 따라서 엣지형(Edge-Type) 또는 직하형(Direct-Type) 등으로 구분될 수 있다.
이러한 백라이트 유닛에 사용되는 광원은 백색광을 방출하는 백색 LED일수 있으나, 최근 광효율 향상을 목적으로 청색 광원과 청색광을 다른 주파수 대역 광으로 변환하여 결과적으로 백색광을 출력하는 형광체 광원 패키지 등이 사용되고 있다.
한편, 표시장치의 R, G, B 색상을 구현하기 위하여, 어레이 기판 상부에 컬러필터가 배치되어, 광원으로부터의 백색광 중에서 해당되는 (서브) 픽셀의 컬러에 대응되는 주파수 대역의 광만을 투과시키는 방식을 이용한다.
한편, 청색광원과 형광체를 이용하는 광원 패키지의 경우, 광원 패키지에서 사용되는 광변환층에는 청색광으로 여기되어 적색 또는 녹색광을 방출하는 여러 형광체 재료가 사용될 수 있는데, 이러한 형광체 재료는 통상 열에 취약하여 일정 이상의 열이 가해지는 경우 변색되거나 충분한 색변환 효율을 달성할 수 없게 되는 경우가 많다.
그러나, 기존의 형광체 광원 패키지는 청색 LED의 상부에 바로 형광체층이 배치됨으로써, LED로부터의 열이 그대로 형광체에 노출되어 형광체의 열화에 취약할 뿐 아니라, 열의 취약성 때문에 청색 LED의 인가 전류를 충분히 높이지 못하는 문제가 있었다.
또한, 기존의 형광체 광원 패키지와 컬러필터를 이용하는 경우, 광원 패키지의 형광체 종류와 컬러필터의 형태 등에 따라서 다양한 색역(Color Gamut)을 나타낼 수 있는 바, 표시패널에서 요구되는 여러 색역에 대비하기 위하여 광원 패키지와 컬러필터 등을 별도로 개발해야 한다는 단점이 있었다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 백라이트 유닛의 도광판, 확산판, 광학시트 등과 접촉하여 사용될 수 있는 광변환 시트를 제공함으로써, 형광체의 열에 의한 성능 열화를 방지하면서도, 원하는 색역의 컬러를 제공할 수 있는 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 모재료층의 일면에 형성되는 광변환층을 포함하되, 광변환층은 제1크기의 형광체 입자와, 형광체 입자를 고정하기 위한 제2두께의 레진층으로 구성되도록 함으로써, 형광체 입자의 광변환 성능을 유지하면서도 다양한 색역의 컬러재현이 가능한 광변환 시트와 그를 포함하는 표시장치용 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 광변환층은 제1크기의 형광체 입자와, 형광체 입자를 고정하기 위한 제2두께의 레진층으로 구성된 형광층이 포함된 광변환 시트를 제공하되, 형광체의 종류와 형광체 입자의 제1크기, 레진층의 제2두께, 레진층을 형성하는 바인더와 형광체의 재료 비율, 바인더의 굴절율 등을 선택함으로써, 여러 수치의 색역 요구에 용이하게 적용할 수 있는 광변환 시트 및 그를 포함하는 표시장치용 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는, 청색광을 출력하는 청색 광원을 포함하며 표시장치의 적어도 일측에 배치되는 엣지 광원부와; 상기 엣지 광원부의 일측에 배치되어, 상기 청색 광원으로부터의 광을 표시장치 전체로 가이드하는 도광판과; 상기 도광판 상부에 배치되는 광변환 시트로서, 모재료층과, 상기 모재료층의 일면 상에 배치되고 제1크기를 가지는 형광체 입자와, 상기 형광체 입자를 고정하기 위한 제2두께의 레진층을 포함하는 광변환층을 포함하는 상기 광변환 시트; 및 상기 도광판 하부에 배치되는 반사판;을 포함하는 표시장치용 백라이트 유닛을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예는, 청색광을 출력하는 청색 광원을 포함하며 표시장치의 하부에 배치되는 직하 광원부와; 상기 직하 광원부의 상부에 이격 배치되어, 상기 청색 광원으로부터의 광을 확산시키는 확산판; 및 상기 확산판 상부에 배치되는 광변환 시트로서, 모재료층과, 상기 모재료층의 일면 상에 배치되고 제1크기를 가지는 형광체 입자와, 상기 형광체 입자를 고정하기 위한 제2두께의 레진층을 포함하는 광변환층을 포함하는 상기 광변환 시트;를 포함하는 표시장치용 백라이트 유닛을 제공한다.
본 발명의 또다른 실시예는, 필름형태의 모재료층과, 상기 모재료층의 일면 상에 배치되고 제1크기를 가지는 형광체 입자와, 상기 형광체 입자를 고정하기 위한 제2두께의 레진층을 포함하는 광변환층과, 상기 모재료층의 타면에 접촉 배치되는 안티 블록층 또는 백코팅층을 포함하며, 백라이트 유닛에 포함되는 도광판 또는 확산판 상부에 배치되어, 백라이트 유닛에 포함된 청색광원으로부터의 청색광을 다른 주파수 대역의 광으로 변환하는 백라이트 유닛용 광변환 시트를 제공한다.
아래 설명할 바와 같은 본 발명의 일실시예에 의하면, 백라이트 유닛의 도광판, 확산판, 광학시트 등과 접촉하여 사용될 수 있는 광변환 시트를 제공함으로써, 형광체의 열에 의한 성능 열화나 광원 패키지의 손상 등을 방지하면서도, 표시장치에서 여러 색역의 컬러를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 모재료층과, 모재료층의 일면에 형성되고 제1크기의 형광체 입자와, 형광체 입자를 고정하기 위한 제2두께의 레진층으로 구성된 광변환층으로 구성된 필름 형태의 광변환 시트를 백라이트 유닛의 여러 판상 부재에 접촉하도록 배치함으로써, 형광체 입자의 광변환 성능을 유지하면서도 다양한 색역의 컬러재현이 가능하다는 효과가 있다.
또한, 광변환층을 구성하는 형광체의 종류와 형광체 입자의 제1크기, 레진층의 제2두께, 레진층을 형성하는 바인더와 형광체의 재료 비율, 바인더의 굴절율 등을 선택함으로써, 여러가지 표시패널의 색역 요구에 맞는 광변환 부재를 용이하게 개발할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 2가지 형태의 백라이트 유닛을 포함하는 표시장치의 단면을 도시한다.
도 2의 (a) 및 (b)는 형광체 광원 패키지의 단면을 도시하며, 도 2의 (c)는 형광체 광원 패키지에 사용되는 형광층의 확대 단면을 도시한다.
도 3은 컬러필터 기판이 포함된 액정 표시패널의 단면을 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 광변환 시트의 단면을 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 광변환 시트의 광변환층에 포함되는 형광체 입자의 크기(Dp)와 레진층의 제2두께(Dr) 사이의 관계를 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 광변환 시트가 적용된 엣지타입 백라이트 유닛과 그를 포함하는 표시장치의 단면을 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 광변환 시트가 적용된 직하타입 백라이트 유닛과 그를 포함하는 표시장치의 단면을 도시한다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 2가지 형태의 백라이트 유닛을 포함하는 표시장치의 단면을 도시한다.
도 1의 (a)는 엣지타입(Edge-Type) 백라이트 유닛을 포함하는 표시장치이고, 도 1의 (b)는 직하타입(Direct-Type) 백라이트 유닛을 포함하는 표시장치이다.
도 1과 같이, 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 표시장치는 액정 표시패널 등의 표시패널(140)과 그 하부에 배치되어 표시패널에 광을 조사하는 백라이트 유닛(120, 160)을 포함하며, 백라이트 유닛을 지지하고 표시장치의 후면 전체에 걸쳐 연장되는 금속 또는 플라스틱 재질의 커버 버텀(Cover Bottom; 110) 등을 포함한다.
또한, 액정 표시장치는 측면에서 백라이트 유닛을 구성하는 광원 하우징(127)을 지지하면서 상부에서는 표시패널(140)을 지지하기 위한 가이드 패널(Guide Panel; 130)과, 커버 버텀 또는 가이드 패널의 측면을 둘러싸되 표시패널의 전면부 일부까지 연장되어 배치되는 케이스탑(Case Top; 150) 등을 추가로 포함할 수 있다.
이러한 액정 표시장치에서는 표시패널로 광을 제공하기 위한 백라이트 유닛이 포함되며, 백라이트 유닛은 광원의 배치 및 광의 전달 형태에 따라서 엣지형(Edge-Type) 또는 직하형(Direct-Type) 등으로 구분될 수 있다.
도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 엣지형 백라이트 유닛(120)은 LED 등의 광원(128)과 광원을 고정하기 위한 홀더 또는 하우징과 광원 구동 회로 등을 포함하는 광원 모듈(127)이 표시장치의 일측에 배치되며, 광을 패널 영역 전체로 확산시키기 위한 도광판(124; Light Guide Plate; LGP)과, 빛을 표시패널 방향으로 반사하기 위한 반사판(122)과, 도광판 상부에 배치되어 휘도 향상, 광의 확산 및 보호 등의 용도로 배치되는 1 이상의 광학시트(126) 등을 포함할 수 있다.
이러한 엣지형 백라이트 유닛에서는 광원으로부터의 광이 도광판 인입부로 입사된 후, 도광판에서 전반사되면서 표시장치의 전면으로 퍼지면서 표시패널 방향으로 출광하게 된다.
한편, 다른 형태로서 직하형 백라이트 유닛이 있으며, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 직하형 백라이트 유닛(160)은 커버버텀의 상부에 배치되는 광원 PCB(161)와, 광원 PCB 상부에 일정 거리 이격되어 배치되어 광원으로부터 광을 확산시키는 확산판(165)과, 확산판 상부에 배치되는 1 이상의 광학 시트(166) 등을 포함할 수 있으며, 광원 PCB(161)는 표시장치의 전면에 걸쳐서 배치되며, 광원 PCB 상부에는 다수의 광원인 LED칩 또는 LED 패키지(162)와, 각 광원으로부터 광을 확산시키기 위한 광확산 렌즈(165) 등을 포함할 수 있다.
통상적으로, 엣지형 백라이트 유닛은 도광판의 두께만큼의 공간만 있으면 되기 때문에 10mm 이하의 슬림화가 가능하다는 장점이 있으나, 광이 측면에서만 제공되므로 고휘도 구현이 어렵고, 도광판 등의 부품으로 인하여 제조비용이 높으며, 표시장치의 국부적인 영역만 광을 조사하는 로컬 디밍(Local Dimming) 기능의 구현이 어렵다는 단점이 있다.
이와 같이, 엣지형 백라이트 유닛에서는 표시장치의 일측에만 배치되는 광원으로부터의 광을 도광판에서 넓게 분산되도록 하여야 하므로, 일정한 휘도를 구현하기 위하여 상대적으로 강한 개별 광원 출력이 필요하다.
도 2의 (a) 및 (b)는 형광체 광원 패키지의 단면을 도시하며, 도 2의 (c)는 형광체 광원 패키지에 사용되는 형광층의 확대 단면을 도시한다.
도 2와 같이, 백라이트 유닛에 사용되는 광원으로서, LED와 같은 광원칩과 그 주변 구조물 등을 포함하는 하나의 패키지가 사용될 수 있으며, 이러한 패키지를 광원 패키지 또는 LED 패키지로 표현할 수 있다.
백라이트 유닛의 광원부는 도 2의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같은 광원 패키지가 긴 바(bar) 형태의 광원 PCB 또는 평면 형상의 광원 PCB 상에 배치되거나 구성될 수 있다.
이러한 광원을 구성하는 광원 패키지에 포함되는 LED 또는 광원칩은 백색광을 출력하는 백색 LED일 수도 있으나, 도 2의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 청색광을 방출하는 청색 LED칩(224)과 그로부터의 청색광을 적색(R), 녹색(G) 등으로 변환하는 광변환재료 또는 형광체 재료 등을 이용하는 구조일 수도 있다.
도 2의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 광원 패키지 또는 LED 패키지는 인쇄회로기판(210)과, 인쇄회로기판(210) 상에 장착된 청색 LED칩(224)을 포함하며, 인쇄회로기판(PCB; 210)은 인쇄회로기판베이스(211), 절연층(213) 및 전원배선층(215)으로 이루어질 수 있다.
또한, 청색 LED칩(224)이 장착된 인쇄회로기판(210) 상에는 인쇄회로기판(210)으로부터 돌출되어, LED칩(224)에서 측방으로 발생되는 광을 차단하거나, 차단된 광을 전방으로 반사시키기 위해 LED칩(224)의 가장자리를 감싸는 측벽(222) 또는 리드 프레임이 포함되며, 측벽 내부의 공간에는 광변환 재료(225)가 충진될 수 있다.
또한, 광변환 영역의 다른 형태로서, 도 2의 (b)와 같이 측벽(222) 상부의 개구 영역에 형광층(230)이 배치될 수 있다.
도 2의 (a) 및 (b)에 의한 LED 패키지에서의 LED 칩(224)은 2개 전극 사이에 배치되어 청색(Blue)광을 방출하는 청색 LED일 수 있으며, 발광된 청색광은 격벽(222)에서 반사된 후 광변환층(225) 또는 형광층(230)에서 R, G, Y 등의 광으로 변환됨으로써 최종적으로 화이트(White)광이 방출된다.
한편, 도 2의 (a) 및 (b)와 같은 광원 패키지에 사용되는 광변환층 또는 형광체층의 재료는 열에 취약하다는 단점이 있다.
일 예로서, 형광체 재료로 많이 사용되는 Mn4+ 활성제 형광체인 불화물 화합물 KSF(K2SiF6)는 비희토류 적색 형광체로써 합성공정조건이 까다롭지만 빠른 합성과 낮은 단가로 생산성이 높으며, 또한 높은 발광효율로 백색 LED용 형광체로써 우수한 성능을 가진다.
그러나, 이러한 KSF 형광체는 열에 취약하다는 단점을 가지며, 특히 표시장치의 백라이트 유닛으로 사용되는 경우 긴 잔광시간으로 인해 고출력 LED 또는 교류적용 LED에 사용될 경우 문제점이 야기될 가능성이 높다.
실제로, KSF 형광체는 섭씨 약90도 이상에서는 변색되거나 광변환 효율이 떨어지게 된다.
따라서, 도 2의 (a)와 같은 광원 패키지에서는 열이 주로 발생하는 LED 칩(224)과 형광체 재료가 바로 접해있기 때문에 LED 칩의 온도와 동일한 고온에 노출되며, 도 2의 (b)와 같은 구조에서도 형광층(230)이 비교적 높은 온도에 노출되어 열화된다는 문제가 있다.
LED 칩(224)에서 발생되는 열은 LED칩에 인가되는 전류에 비례하는데, 개별 광원인 LED칩이 강한 휘도를 내기 위해서는 LED칩의 인가 전류를 증가시켜야 하지만 전술한 바와 같은 형광체의 열취약성에 의하여 제한을 받게 된다.
도 2의 (c)는 광원패키지에 사용되는 형광층(230)의 확대 단면도이다.
도 2의 (c)에 도시한 바와 같이, 기존의 광원 패키지 등에 사용되는 형광층(230)은 형광체 입자를 포함하는 퀀덤 도트층(Quantum Dot Layer)을 포함하는 일종의 시트 형태로 제작되어 광원 패키지의 구조물 위에 장착된다.
이러한 퀀텀 도트 시트(Quantum Dot Sheet) 구조의 형광층(230)은 가운데 배치되며 내부에 다수의 형광체 입자를 포함하는 퀀텀 도트층(234)와, 그 퀀텀 도트층 양측에 형성되어 퀀텀 도트층을 보호하는 배리어 필름(232, 232')을 포함하며, 수분 방지 등을 위하여 형광층의 좌우측 단부를 밀봉하는 봉지 테이프(236)를 포함한다.
이러한 구조의 형광층(230)은 3개 층으로 이루어지고 양측에 수분 방지용 봉지테이프가 배치되는 등 비교적 복잡한 구조로 되어 있고, 제작이 어렵고 제작비용이 증가되는 문제가 있었다.
또한, 퀀텀 도트층(232)의 두께가 약50μm이고, 양측의 배리어 필름(234)의 두께가 약130μm로서 전체 형광층(230)의 두께가 300μm를 넘어서 두꺼워진다는 문제가 있었다.
또한, 도 2의 구조에서는 형광층(230)을 모든 광원 패키지 상에 장착하여야 하므로, 전체 광원부를 제작하는데 어려움이 있었다.
도 3은 컬러필터 기판이 포함된 액정 표시패널의 단면을 도시한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 일반적인 액정 표시패널(300)은 다수의 트랜지스터(TFT; 312) 형성된 어레이 기판(310)과, 그 상부에 배치되는 컬러필터 기판(330)을 포함하여 구성된다.
컬러필터 기판(330)은 다시 하부에 형성되는 컬러필터층(332)과 상부에 형성되는 상부 보호 기판(334)을 포함하여 구성된다.
컬러필터층(332)은 R G, B의 각 색상에 대한 되는 색상별 컬러필터 영역(336, 337, 338)과, 각 색상별 컬러필터 영역 사이에 형성되어 하부의 트랜지스터(312) 영역을 커버하는 블랙매트릭스(339)를 포함하여 구성된다.
이러한 액정 표시패널은 하부에 있는 백라이트 유닛(BLU)로부터 백색광을 전달받고, 트랜지스터의 동작에 의하여 각 픽셀의 광투과도를 조절하여 해당 백색광을 상부의 컬러필터 기판까지 투과시킨다.
즉, 표시구동되는 픽셀 영역에서는 상부의 컬러필터층(332)으로 백색광이 입사된 후, 해당되는 색상의 광으로 변환되어 표시장치 외부로 출사됨으로써, 해당 픽셀 영역의 해당 색상으로 영상이 표시된다.
이 때, 컬러필터층(332)의 색상별 컬러필터 영역(336, 337, 338)에는 R G, B 색상을 가지는 염료 또는 안료를 분산시켜 만든 컬러 수지를 사진식각법 등으로 스크린 인쇄하여 제작될 수 있다.
따라서, 종래에는 도 2와 같은 청색 LED와 형광층을 포함하는 화이트(White) 광원 패키지와, 컬러필터를 이용하여 표시장치의 컬러를 구현하고 있었다.
한편, 표시장치의 색구현 성능을 나타내는 색역(Color Gamut)은 여러 컬러 구현 수단에 따라 상대적인 수치로 나타낼 수 있다. 예를 들면, CIE의 전체 색좌표계(Chromaticity Diagram) 상에서 구현가능한 색영역의 색좌표계가 정의되며, s-RGB 색좌표계를 100%로 가정했을 때 다른 색좌표계의 컬러 구현 능력을 백분율로 표시할 수 있다.
예를 들면, s-RBG를 100%로 했을 때, BT.2020의 색역 구현 성능은 약172%, DCI의 색역 구현 성능은 약125%로 표현될 수 있다.
이와 같은 종래 구조에서는 화이트 LED와 컬러필터의 조합에 따라 다양한 수치의 색역(Color Gamut) 구현이 가능하지만, 표시패널의 요구 색역에 따라서 광원 패키지나 컬러필터의 설계를 다르게 해야 한다는 문제가 있었다.
예를 들면, 요구 색역 125%를 위한 광원 패키지와 그에 사용되는 형광체 종류, 컬러필터의 종류 등은 요구 색역 140% 이상을 만족하기 위한 형광체 종류, 컬러필터의 형태 등이 다르며, 그에 따라 각각 다른 광원패키지와 컬러필터를 개발하여 적용하여야 한다는 것이다.
또한, 전술한 바와 같이, 기존의 형광체 광원패키지는 LED와 형광층이 비교적 근접 배치되므로, 광원부 전체의 제작이 어려울 뿐 아니라, 열에 의하여 형광체의 광변환 신뢰성이 열화된다는 문제가 있었다.
또한, 기존의 광원 패키지 상의 형광층으로 사용되던 퀀텀 도트 시트는 퀀텀도트층과 그 상하의 배리어 필름층 및 양단부의 수분방지용 봉지테이프 등이 사용됨으로써, 퀀텀 도트 시트의 제작이 어렵다는 단점이 있었다.
이에 본 발명의 실시예에서는 모재료층과, 형광체 입자와 그 형광체 입자 크기와 일정한 관계에 있는 두께를 가지는 레진층을 포함하는 광변환층을 포함하는 광변환 시트를 제작한 후, 그 광변환 시트를 백라이트 유닛의 여러 판상 광학부재(도광판, 확산판, 광학시트)의 일면에 부착하되, 요구 색역에 따라 형광체의 종류와 형광체 입자의 크기, 레진층을 구성하는 바인더 재료의 굴절율, 형광체와 바인더의 조성비 등을 최적화하는 방안을 제시한다.
이하에서는 도 4 내지 도 7을 참고로 본 발명의 실시예에 의한 구성을 세부적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 광변환 시트의 단면을 도시한다.
본 명세서에서는 편의상 액정 표시 패널의 영상이 표시되는 방향을 상부 또는 상면으로 표시하며, 그 반대방향, 즉 백라이트 유닛이 배치되는 방향을 하부 또는 하면으로 표현한다.
본 발명의 실시예에 의한 광변환 시트(400)는 도 6 이하에서 설명할 바와 같이 백라이트 유닛에 포함되는 도광판 또는 확산판 상부에 배치되어, 백라이트 유닛에 포함된 청색광원으로부터의 청색광을 다른 주파수 대역의 광으로 변환하는 광학 부재로서, 필름형태의 모재료층(410)과, 모재료층의 일면 상에 배치되는 제2두께를 가지는 광변환층(420)과, 모재료층의 타면에 접촉 배치되는 안티 블록층 또는 백코팅층(430)을 포함하여 구성될 수 있다.
모재료층(410)은 본 실시예에 의한 광변환시트의 모필름층을 구성하기 위한 것으로서, 광변환 시트의 강성 확보 및 형태 유지 등을 위하여 일정한 두께로 형성된다.
이러한 모재료층(410)을 구성하는 재료는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate:PMMA), MS(methlystylene)수지, 폴리스티렌(polystyrene:PS), 폴리프로필렌(Polypropylene:PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate:PET) 및 폴리카보네이트(polycarbonate:PC), 글래스(Glass) 중 선택된 1종 이상의 광투과성 재료일 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니다.
광변환층(420)은 모재료층(410)의 일면 중 상면(표시패널측 표면)에 접촉 형성되며, 제1크기(Dp)를 가지는 형광체 입자(422)와, 형광체 입자를 고정하기 위한 바인더로서의 레진층(424)을 포함한다.
형광체 입자(422)는 백라이트 유닛의 광원부에서 방출되어 모재료층(410)을 통과하여 입사되는 청색광을 다른 주파수 대역의 광, 예를 들면, 황색광(Y), 적색광(R), 녹색광(G)으로 변환하는 형광체로서, 일정한 제1크기를 가지며, 본 명세서에서는 이러한 형광체 입자의 제1크기를 Dp로 표현한다.
형광체 입자(422)는 청색광을 흡수하거나 청색광으로 여기되어 다른 색상의 주파수 대역 광을 방출하는 황색형광체(Y), 적색형광체(R), 녹색 형광체(G) 등이 사용될 수 있으며, 각 색상의 형광체의 배합비를 조절함으로써 발광색을 선택할 수 있다.
더 구체적으로, 황색형광체(Y)는 530 ~ 570nm파장을 주파장으로 하는 세륨(Ce)이 도핑된 이트륨(Y) 알루미늄(Al) 가넷인 YAG:Ce(T3Al5O12:Ce)계열 형광체를 사용하거나 실리케이트(silicate)계열의 재료일 수 있다.
적색(R)의 형광체는 611nm 파장을 주파장으로 하는 산화이트륨(Y2O3)과 유로피움(EU)의 화합물로 이루어진 YOX(Y2O3:EU)계열 형광체이며, 녹색(G)의 형광체는 544nm 파장을 주파장으로 하는 인산(Po4)과 란탄(La)과 테르븀(Tb)의 화합물인 LAP(LaPo4:Ce,Tb)계열 형광체이며, 청색(B)의 형광체는 450nm 파장을 주파장으로 하는 바륨(Ba)과 마그네슘(Mg)과 산화알루미늄 계열의 물질과 유로피움(EU)의 화합물인 BAM blue(BaMgAl10O17:EU)계열 형광체가 사용될 수 있다.
그러나, 본 실시예에 의한 광변환 시트의 광변환층(420)에 포함되는 형광체 입자(422)의 종류 및 제1크기(Dp)는 표시장치의 요구 색역(Color Gamut)에 따라 최적으로 설정될 수 있으며, 이에 대해서는 아래에서 더 상세하게 설명한다.
광변환층(420)을 구성하는 레진층(424)은 형광체 입자(422)를 고정시키기 위한 부분으로서, 적외선 또는 자외선에 의하여 경화되는 수지인 바인더를 주재료로 포함할 수 있다.
레진층(424)을 구성하는 바인더 재료로는 자외선(UV)에 의하여 경화되는 UV 경화 수지와, 적외선(IR)에 의한 경화되는 IR 경화 수지가 사용될 수 있으나, 본 실시예에 의한 광변환 시트에서는 IR 경화 수지의 바인더를 사용하는 것이 바람직하다.
일반적으로, 형광체는 열에 취약하므로, 경화 과정에서 강한 에너지에 노출되는 자외선(UV) 경화를 이용하면 형광체 입자(422)의 신뢰성에 문제가 발생할 가능성이 있다.
따라서, 본 실시예에 의한 광변환 시트(400)의 광변환층(420)에 포함되는 레진층(424)에는 적외선(IR)에서 경화되는 바인더가 사용된다.
즉, IR 경화 바인더와 형광체 입자가 일정 비율로 혼합된 혼합재료를 모재료층(410)의 일면 전체에 고르게 코팅한 후에 적외선으로 일정 시간 이상 경화함으로써, 본 실시예에 의한 광변환층(420)이 형성될 수 있다.
한편, 광변환층(420) 또는 레진층(424)은 제2두께로 형성되며, 본 명세서에서는 이러한 광변환층(420) 또는 레진층(424)은 제2두께를 Dr로 표시한다.
도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 광변환층에 포함되는 형광체 입자(422)의 제1크기(Dp)와 광변환층(420) 또는 레진층(424)은 제2두께(Dr) 사이에는 일정한 관계가 형성되며, 더 구체적으로 레진층(424)의 제2두께(Dr)는 형광체 입자의 제1크기(Dp)보다는 크고 형광체 입자의 제1크기보다 1μm 큰 값(Dp+1 μm )보다는 작거나 같은 것이 바람직하다.
레진층(424)의 제2두께(Dr)는 형광체 입자의 제1크기(Dp)와 실질적으로 동일한 정도로 형성되는 것이 더 바람직하다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 광변환 시트의 광변환층에 포함되는 형광체 입자의 크기(Dp)와 레진층의 제2두께(Dr) 사이의 관계를 도시한다.
도 5의 (a)는 형광체 입자의 제1크기(Dp)가 레진층의 제2두께(Dr)보다 큰 경우(Dp>Dr)이고, 도 5의 (b)는 레진층의 제2두께(Dr)가 형광체 입자의 제1크기(Dp)보다 많이 큰 경우(Dr>>Dp)이다.
도 5의 (a)와 같이 형광체 입자의 제1크기(Dp)가 레진층의 제2두께(Dr)보다 큰 경우(Dp>Dr)에는, 형광체 입자의 광변환 성능은 확보할 수 있으나, 형광체 입자(422)가 레진층에 의하여 충분히 고정되지 못함으로써 광변환층의 손상 가능성이 있다.
또한, 형광체 입자(422)의 일부분이 레진층(424)의 외부로 노출되는데, 노출된 부분을 통해서 형광체 입자(422)가 수분에 노출되고 레진층 내부에도 수분이 침투할 가능성이 있다.
통상적으로, 형광체 재료는 열 및 수분에 극히 취약하며, 수분에 노출된 경우 변색되어 광변환 특성을 상실하거나 다른 광변환 특성을 가지게 된다.
따라서, 도 5의 (a)는 형광체 입자의 제1크기(Dp)가 레진층의 제2두께(Dr)보다 큰 경우(Dp>Dr)에는 형광체 입자(422)의 일부 노출로 인하여, 광변환층 및 형광체 입자의 신뢰성이 손상될 우려가 있다.
반면, 도 5의 (b)와 같이 레진층의 제2두께(Dr)가 형광체 입자의 제1크기(Dp)보다 많이 큰 경우(Dr>>Dp)에는, 청색에서 변환된 변환광의 진행에 장애가 생겨서 광효율이 감소될 가능성이 있다.
예를 들면, 도 5의 (b)와 같이, 청색광(B)으로 여기되어 녹색 형광체 입자에서 방출되는 녹색광 중 일부(G)는 광변환층 외부로 나가지만, 그 중 일부 광인 G'는 다른 형광체 입자(R 입자) 등에 부딪히게 된다.
이와 같이, 변환된 광 중 다른 형광체 입자로 진행하는 광은 그 형광체를 여기할 수는 없기 때문에 결과적으로 광손실로 귀결된다.
따라서, 도 5의 (b)와 같이 레진층의 제2두께(Dr)가 형광체 입자의 제1크기(Dp)보다 많이 큰 경우(Dr>>Dp)에는 충분한 광변환 특성을 확보하지 못하게 되고, 결과적으로 표시장치의 요구 색역을 만족할 수 없게 된다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 광변환 시트(400)의 광변환층(420)에 포함되는 형광체 입자(422)의 제1크기(Dp)를 레진층(424) 또는 광변환층(420)의 제2두께(Dr)와 동일하거나 1μm 이하만큼 작게 설정함으로써, 충분한 광변환 성능을 확보하면서도 수분이나 열 등에 의한 광변환 입자의 변성을 방지할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 광변환 시트의 광학 특성을 극대화하기 위하여, 표시장치의 요구 색역(Color Gamut)에 따라 형광체의 종류, 형광체 입자의 제1크기(Dp), 레진층을 구성하는 바인더 재료의 굴절율, 바인더 재료와 형광체 입자의 조성비, 형광체 재료의 단위 면적당 사용중량 중 1 이상을 조정하는 구성을 제시한다.
더 구체적으로, 아래 표 1과 같이, 표시장치의 요구 색역(Color Gamut)이 125% 이하인 경우와, 표시장치의 요구 색역(Color Gamut)이 145% 이하인 경우 2가지에 대하여 형광체의 종류, 형광체 입자의 제1크기(Dp), 레진층을 구성하는 바인더 재료의 굴절율, 바인더 재료와 형광체 입자의 조성비, 형광체 재료의 단위 면적당 사용중량을 최적화한다.
항목 요구 색역 : ≤ 125% 요구 색역 : ≤ 145%
형광체 종류 (산화질화물 계열) 황색 형광체 (YAG) (산화질화물 계열) 적색(R) 및 녹색(G) 형광체
형광체 입자의 제1크기(Dp) 약10μm 약10~20μm (15 μm)
바인더 재료의 굴절율(R.I) 1.48~1.50(1.49) 1.48~1.50(1.49)
바인더 : 형광체 조성비 (중량 %) 약50%:50% 약60%:40%
단위면적당 형광체 사용량 (g/m2) 12.5~15 g/m2 24~27 g/m2
즉, 본 발명의 실시예에 의하면, 광변환 시트(400)의 광변환층(420)의 세부 구성으로서, 형광체 입자의 제1크기(Dp)는 10~20 μm이며, 레진층(424)을 구성하는 바인더 재료의 굴절율은 1.48~1.50이고, 상기 바인더 재료와 형광체 입자의 중량 조성비는 각각 50~60중량%, 40~50중량%인 것이 바람직하다.
더 구체적으로, 표시장치의 요구 색역(Color Gamut)이 125% 이하인 경우에는, 형광체 입자(422)는 약 10 μm의 제1크기(Dp)를 가지는 질화물(Nitride) 또는 산화질화물(Oxynitride) 계열의 황색 형광체로 구성되며, 바인더 재료의 굴절율은 약1.49이며, 바인더 재료와 형광체 입자의 중량 조성비는 실질적으로 동일한 약50%:50%인 것이 바람직하다.
또한, 표시장치의 요구 색역(Color Gamut)이 125% 이하인 경우, 광변환 시트(400)의 단위면적(m2)당 형광체 입자(422)의 사용 중량은 12.5~15 g/m2이고, 광변환 시트(400)의 단위면적(m2)당 형광체 입자(422)와 바인더 재료의 총 중량은 약 25~30 g/m2인 것이 바람직하다.
또한, 표시장치의 요구 색역(Color Gamut)이 145% 이하인 경우에는, 형광체 입자(422)는 약 10~20 μm, 더 바람직하게는 약15 μm 의 제1크기(Dp)를 가지는 질화물(Nitride) 또는 산화질화물(Oxynitride) 계열의 적색(R) 및 녹색(G)색 형광체로 구성되며, 바인더 재료의 굴절율은 약1.49이며, 바인더 재료와 형광체 입자의 중량 조성비는 약60%:40%으로서 바인더 재료가 더 많이 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 표시장치의 요구 색역(Color Gamut)이 145% 이하인 경우, 광변환 시트(400)의 단위면적(m2)당 형광체 입자(422)의 사용 중량은 24~27 g/m2이고, 광변환 시트(400)의 단위면적(m2)당 형광체 입자(422)와 바인더 재료의 총 중량은 약 40~45 g/m2인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 실시예에서 요구 색역 125%이하 및 요구 색역 145% 이하에서 사용될 수 있는 형광체는 질화물(Nitride) 계열 또는 산화 질화물(Oxynitride) 계열의 형광체이다.
질화물(Nitride) 계열 또는 산화 질화물(Oxynitride) 계열의 형광체는 질화물이나 산질화물 결정을 호스트로 하여 광학 활성인 희토류 이온을 활성화시킨 재료로서, 크게 α-사이알론 형광체, CaAlSiN2 형광체, β-사이알론 형광체, AlN 형광체 등이 포함될 수 있다.
이 중에서, 요구 색역 125%이하에서 형광체 입자로 사용될 수 있는 재료는 청색광으로 여기되어 황색광을 방출하는 형광체로서, α-사이알론:Eu+2 형광체(α-사이알론 형광체는 α-SiN3N4와 동일한 결정구조를 가지는 고용체이며 MxSil2_(m+n)Alm+nOnN16-n으로 표현될 수 있음), SrAlSiN3:Eu2+ 형광체, YAG 형광체 등이 있으나 그에 한정되는 것은 아니다. 이러한 황색 형광체(YAG) 입자는 중심파장(Wp)이 약543nm이고, 반치폭(Full Width at Half Maximum; FWHM)이 약123nm인 광변환 특성을 가진다.
또한, 요구 색역 145%이하에서 형광체 입자로 사용될 수 있는 재료는 청색광으로 여기되어 적색광을 방출하는 적색 형광체(R)로서, 예를 들면, CaAlSiN3:Eu2+, Sr2Si5N8:Eu+2 등이 가능하지만 그에 한정되는 것은 아니다. 이러한 적색 형광체(R) 입자는 중심파장(Wp)이 약653nm이고, 반치폭(FWHM)이 약97nm인 광변환 특성을 가진다.
요구 색역 145%이하에서 녹색 형광체(G) 입자로 사용될 수 있는 재료는 β-사이알론:Eu+2 형광체(β- 사이알론 형광체는 β-SiN3N4와 동일한 결정구조를 가지는 고용체이며, Si6-xAlzOzN8-z으로 표현), Ba2Si6O12N2:Eu+2 형광체 등이 가능하지만 그에 한정되는 것은 아니다. 이러한 녹색 형광체(G) 입자는 중심파장(Wp)이 약531nm이고, 반치폭(FWHM)이 약55nm인 광변환 특성을 가진다.
본 실시예에 사용되는 형광체 입자에 의하여 변환되는 적, 황, 녹색광은 일반적인 백색광이 가지는 각 컬러(R,G,B)에서의 광원 스펙트럼보다 더 좁은 반치폭을 가진다. 따라서, 본 실시예에 의한 표시장치의 컬러필터를 통해 방출되는 광의 순도가 더 높아지므로, 종래의 일반적인 광원 패키지와 컬러필터를 이용하는 구조에 비하여 더 우수한 색재현이 가능하게 되는 것이다.
이상과 같이, 본 실시예에 의한 광변환 시트(400)는 광변환층(420)을 포함하되, 광변환층에 포함되는 형광체 입자(422)의 제1크기, 레진층(424)을 구성하는 바인더 재료의 굴절율 및 바인더 재료와 형광체 입자의 조성비, 형광체 입자의 단위면적당 사용량 등을 선택함으로써, 광변환 시트의 광변환 효율과 컬러 구현 성능을 최적화할 수 있다.
또한, 표시장치의 요구 색역에 따라 형광체 입자의 종류, 제1크기, 바인더 재료와 형광체 입자의 조성비, 형광체 입자의 단위면적당 사용량 등을 다르게 함으로써, 요구 색역이 다른 다양한 형태의 표시장치에 대한 백라이트 유닛을 용이하게 설계할 수 있다.
즉, 도 2 및 도 3에 의한 기존의 형광체 광원 패키지와 컬러필터 구조에서는 여러가지 요구 색역별로 광원 패키지나 컬러필터 조합을 모두 다르게 설계하여야 하는 점에서 불편하였다. 반면, 본 발명에 의한 형광체 시트를 이용하면, 광변환층에 포함되는 형광체 입자의 종류, 제1크기, 바인더 재료와 형광체 입자의 조성비, 형광체 입자의 단위면적당 사용량을 가변하여 다른 형태의 광변환 시트를 제작한 후 일반적인 백라이트 유닛의 도광판, 확산판 등에 배치하기만 하면 되므로, 다양한 색역의 표시장치에 대한 백라이트 유닛의 제작이 용이해지는 것이다.
한편, 본 발명의 실시예에 의한 광변환 시트(400)의 모재료층(410)의 타면 또는 하면(즉, 표시패널 반대측 표면)에는 일정한 두께의 백코팅층(430) 또는 안티-블록층이 배치될 수 있다.
이러한 백코팅층(430) 또는 안티-블록층은 백라이트 유닛의 광원측 면에 배치되어, 광원으로부터의 광이 광변환 시트 내부로 입사되지 않고 반사되는 것을 방지하는 레이어로서, 광투과성 수지 재료와 확산 비드를 포함하는 재료로 형성될 수 있다.
이러한 백코팅층(430) 또는 안티-블록층은, 열경화 타입의 수지나 자외선 경화 타입의 수지를 주재료로 하되, 필요에 따라 광확산 특성을 가지는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리부틸 메타크릴레이트(PBMA), 나일론(Nylon) 등의 확산 비드를 포함하는 혼합 재료로 형성될 수 있다.
이러한 백코팅층(430) 또는 안티-블록층을 이용하면, 본 실시예에 의한 광변환 시트의 모재료층으로 입사되는 광 중에서 백라이트 유닛측으로 재반사되는 광을 감소시켜, 결과적으로 광변환 시트로의 입사광량과 광변환 시트의 광변환 효율을 향상시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 구조의 광변환 시트(400)는 엣지형 백라이트 유닛 및 직하형 백라이트 유닛 모두에 사용될 수 있다.
구체적으로는, 엣지형 백라이트 유닛에 사용되는 경우에는 광변환 시트(400)가 도광판의 상면 또는 광학시트의 상면과 접촉하여 배치되거나, 도광판 또는 광학시트의 일부분으로 구현될 수 있다.
또한, 직하형 백라이트 유닛에 사용되는 경우에는 광변환 시트(400)가 확산판의 상면 또는 광학시트의 상면과 접촉하여 배치되거나, 확산판 또는 광학시트의 일부분으로 구현될 수 있다.
이하에서는 본 실시예에 의한 광변환 시트가 적용된 2가지 형태의 백라이트 유닛의 세부 구성에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 광변환 시트가 적용된 엣지타입 백라이트 유닛과 그를 포함하는 표시장치의 단면을 도시한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 광변환 시트가 적용된 엣지타입 백라이트 유닛은 청색 광원(623)을 포함하는 엣지 광원부와, 엣지 광원부의 일측에 배치되어, 청색 광원(623)으로부터의 광을 백라이트 유닛 전체로 가이드하는 도광판(620)과, 도광판 상부에 배치되는 본 실시예에 의한 광변환 시트(400) 및 도광판의 하부에 배치되는 반사판(624)을 포함하여 구성된다.
광변환 시트(400)는 전술한 바와 같이, 모재료층(410)과, 모재료층의 상면 상에 배치되고 제1크기(Dp)를 가지는 형광체 입자(422)와, 형광체 입자를 고정하기 위한 제2두께(Dr)의 레진층(424)을 포함하는 광변환층(420)을 포함하며, 선택적으로 모재료층(410)의 하면에 접촉 배치되는 안티 블록층 또는 백코팅층(430)을 더 포함할 수 있다.
이러한 광변환 시트(400)의 세부 구성 및 기능에 대해서는 도 4 내지 도 5를 참고로 앞에서 설명한 바와 동일하므로, 중복을 피하기 위하여 추가적인 설명은 생략한다.
본 발명의 일실시예에 의한 백라이트 유닛을 구성하는 엣지 광원부는 표시장치의 4개 변 중에서 하나 이상에 길게 배치되는 바(bar) 형태의 광원 PCB(622)와 광원 PCB상에 일정 거리 이격되어 배치되는 다수의 청색 광원(623)을 포함하여 구성될 수 있다.
광원 PCB(622)는 표시장치 또는 백라이트 유닛의 하나 이상의 변을 따라 길게 연장되는 인쇄회로 기판으로서, 인쇄회로기판베이스, 절연층 및 전원배선층 등으로 구성될 수 있다.
청색 광원(624)은 광원 PCB(622) 상에 일정 간격을 가지면서 배치되며, 표면실장기술(surface mount technology : SMT)에 의하여 몰드 프레임 또는 리드 프레임 없이 바로 광원 PCB상에 실장되는 소위 칩온보드(Chip-On-Board; COB) 또는 칩스케일 패키지(Chip Scale Package; CSP) 형태의 칩일 수 있다. 또는, 청색 광원(624)은 성장 기판층상에 2개의 전극층을 형성하고, 그 전극들 사이에 배치되는 발광층으로 구성될 수 있으며, 일명 플립칩(Flip-Chip)으로 불리는 칩일 수도 있으나 그에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 실시예에 사용되는 청색 광원(624)은 약 430nm 내지 450nm의 파장을 갖는 청색광을 발광하는 청색 LED일 수 있으며, 방출된 청색광은 본 실시예에 의한 광변환 시트(400)에 포함된 광변환 입자(422)에 의하여 적색(R), 녹색(G), 황색(Y) 주파수 대역의 광으로 변환됨으로써 광변환 시트로부터 출사되는 광은 백색광을 구성할 수 있게 된다.
본 실시예에 사용되는 청색 광원(624)는 청색 LED 칩과 같은 개별 칩일 수도 있으나, LED 칩과 몰드 구조물 및 리드 프레임 등으로 구성된 광원 패키지일 수도 있다.
또한, 본 실시예에 의한 백라이트 유닛에 포함되는 도광판(620)은 플라스틱 시트로부터 다이 커팅되거나, 압출되거나, 사출 성형된 직사각형의 투명한 플라스틱(clear plastic) 시트로 형성될 수 있으며, 청색 광원(624)에서 출사된 청색광이 도광판(620)의 가장자리로 입광된 후 도광판 내부에서 전반사되면서 표시패널의 배면을 가로질러 확산되며, 도광판의 평탄한 상면을 통해 출사되는 광이 표시패널의 백라이트로서 기능한다.
도광판(620)을 구성하는 재료로는, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate:PMMA), MS(methlystylene)수지, 폴리스티렌(polystyrene:PS), 폴리프로필렌(Polypropylene:PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate:PET) 및 폴리카보네이트(polycarbonate:PC) 중 선택된 1종 이상의 광투과성 수지 재료일 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니며, SiO2를 주재료로 하는 글래스 재질의 도광판일 수도 있다.
또한, 본 실시예에 의한 백라이트 유닛은 도광판(620) 저면에 배치되는 반사판(624)과, 도광판 상면에 배치되는 광학시트부(626)를 더 포함할 수 있다.
반사판(624)은 도광판(620)의 배면에 위치하여, 도광판의 배면을 통과한 광을 표시패널(640) 쪽으로 반사시킴으로써 광의 휘도를 향상시키는 기능을 한다.
한편, 도광판(620)의 상부에 배치되는 광학시트부(626)를 더 포함할 수 있으며, 이러한 광학시트(626)는 도광판으로부터의 광을 집광하여 표시패널(640)로 보다 균일한 면광원이 입사되도록 하는 것으로서, 1 이상의 개별 광학시트들이 조합되어 구성될 수 있다.
이러한 광학시트부(626)는 집광 기능을 하는 집광시트 또는 프리즘 시트(Prism Sheet; PS)와, 광을 확산시키는 확산시트(Diffusing Sheet; DS)와, DBEF(dual brightness enhancement film)라 불리는 반사형 편광필름 등 각종 기능성 시트 들이 조합되어 구성될 수 있다.
한편, 본 실시예에 의한 광변환 시트는 도광판(620)과 광학시트(626) 사이 또는 광학시트(626)의 상면에 부착되는 형태로 백라이트 유닛에 포함될 수 있다.
즉, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 광변환 시트(400)는 도광판의 상면에 부착되어 배치될 수 있으며, 광변환 시트(400)의 상면에 광학시트(626)가 안착된다.
도 6의 (b)와 같이, 광변환 시트(400)를 도광판(620)의 상면에 부착하는 방식에서는, 광변환 시트의 상부에 배치되는 광학시트에 의하여 광변환 시트 내부의 광변환 입자가 보호됨으로써, 광변환 시트의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
한편, 도 6의 (c)의 실시예에서는, 광변환 시트(400)가 광학시트(626)의 상면에 안착될 수 있으며, 이러한 방식에서는 광학시트의 종류를 조절하여 광학시트(626)가 일정 이상의 광확산 기능을 가지도록 하는 경우 광변환 시트의 백코팅층(430)을 제거할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 본 실시예에 의한 백라이트 유닛에 의하여 광을 제공받는 표시패널(640)은 액정 표시패널인 경우에는 다시 다수의 게이트 라인과 데이터 라인 및 그 교차 영역에 정의되는 픽셀(Pixel)과, 각 픽셀에서의 광투과도를 조절하기 위한 스위칭 소자인 박막 트랜지스터를 포함하는 어레이 기판과, 컬러필터 및/또는 블랙매트릭스 등을 구비한 상부기판과, 그 사이에 형성되는 액정물질층을 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 본 실시예에 의한 백라이트 유닛이 적용될 수 있는 표시패널(640)은 이러한 액정표시패널에 한정되는 것은 아니며, 백라이트 유닛이 필요한 다른 형태의 표시장치까지 포함할 수 있을 것이다.
또한, 본 실시예에 의한 백라이트 유닛을 지지하기 위한 구조로서, 표시장치의 후면 및 측면 일부를 커버하는 금속 또는 플라스틱 재질의 백커버인 커버 버텀(Cover Bottom; 610))과, 표시패널을 하부에서 지지하는 가이드 패널(Guide Panel; 630)과, 표시장치의 최외곽 측면과 표시패널의 상면 가장자리를 커버하는 케이스탑(Case Top; 650)등이 추가로 구비될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 광변환 시트가 적용된 직하타입 백라이트 유닛과 그를 포함하는 표시장치의 단면을 도시한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 광변환 시트가 적용된 직하형 백라이트 유닛은 청색 광원(723)을 포함하는 직하 광원부와, 직하 광원부의 상부에 이격 배치되어, 청색 광원(723)으로부터의 광을 확산시키는 확산판(728)과, 확산판의 상부에 배치되는 본 실시예에 의한 광변환 시트(400)를 포함하여 구성될 수 있다.
직하 광원부는 표시장치 또는 백라이트 유닛의 배면 전체 영역에 배치되는 판상 구조의 광원 PCB(724)와, 광원 PCB 상에 일정한 간격으로 배치되는 청색광원(723) 및 청색광원으로부터의 광을 넓게 확산시키는 광확산 렌즈(725)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 도시되지는 않았지만, 광원 PCB(724)의 상부에는 청색 광원으로부터의 광을 표시패널쪽으로 반사시키기 위한 반사판이 추가로 구비될 수 있다. 이러한 반사판은 다수의 청색 광원(723) 각각을 제외한 광원 PCB 전면과 커버버텀(710) 내면 전체를 커버하는 백색 또는 은색의 판상 부재로서, 다수의 광원으로부터 출사되는 광 중 커버버텀쪽으로 향하는 광을 표시패널(740) 방향으로 반사시켜 광효율을 증대시키는 기능을 한다.
도 7의 실시예에 의한 직하형 백라이트 유닛에 포함되는 확산판(728)은 광확산 렌즈(725)로부터 확산되이 입사되는 광을 표시패널 전체에 걸쳐 고르게 분포되도록 확산시키는 기능을 한다.
이러한 확산판(728)은 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate:PMMA), MS(methlystylene)수지, 폴리스티렌(polystyrene:PS), 폴리프로필렌(Polypropylene:PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate:PET) 및 폴리카보네이트(polycarbonate:PC) 중 선택된 1종 이상의 광투광성 재료로 형성된다.
또한, 확산판(728)의 광확산 특성을 향상시키기 위하여 확산판의 표면 일부에는 다수의 확산패턴이 형성될 수 있으며, 이러한 확산패턴은 광원에 대응되는 일부 영역에만 형성될 수도 있고, 확산판 배면 전체에 걸쳐 형성될 수도 있다.
또한, 확산판(728)의 내부에는 입사된 광을 널리 확산시키기 위하여 다수의 산란입자를 포함할 수 있다. 이러한 산란입자는 비드(Bead) 형상일 수 있으며, 산란입자의 형상, 크기 및 분포는 규칙적 또는 불규칙적일 수 있다.
확산판(728)의 상부에는 확산판을 통과한 광을 집광하여 표시패널(740)로 보다 균일한 면광원이 입사되도록 하는 다수의 광학시트(726)들이 배치될 수 있다.
도 7에 의한 실시예에서의 광변환 시트(400)의 구조와 청색광원(723), 광학시트(726) 및 기타 커버버텀(710), 가이드 패널(730)과 같은 지지구조와, 본 실시예에 의한 백라이트 유닛으로부터 광을 제공받는 표시패널(740) 등은 도 6의 실시예와 동일한 구성이므로, 중복을 피하기 위하여 추가적인 설명은 생략한다.
한편, 도 7의 실시예에서는, 본 실시예에 의한 광변환 시트(400)가 확산판(728)과 광학시트(726) 사이 또는 광학시트(726)의 상면에 부착되는 형태로 백라이트 유닛에 포함될 수 있다.
즉, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 광변환 시트(400)는 확산판(728)의 상면에 부착되어 배치될 수 있으며, 광변환 시트(400)의 상면에 광학시트(726)가 안착된다.
도 7의 (b)와 같이, 광변환 시트(400)를 확산판(728)의 상면에 부착하는 방식에서는, 광변환 시트의 상부에 배치되는 광학시트에 의하여 광변환 시트 내부의 광변환 입자가 보호됨으로써, 광변환 시트의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
한편, 도 7의 (c)의 실시예에서는, 광변환 시트(400)가 광학시트(726)의 상면에 안착될 수 있으며, 이러한 방식에서는 광학시트의 종류를 조절하여 광학시트(726)가 일정 이상의 광확산 기능을 가지도록 하는 경우 광변환 시트의 백코팅층(430)을 제거할 수 있다는 장점이 있다.
도 6 및 도 7의 실시예와 같이, 본 실시예에 의한 광변환 시트(400)를 이용하면, 요구되는 색역에 따라 별도의 광원패키지 및 컬러필터 구조를 설계할 필요 없이, 광변환 입자의 크기, 종류, 바인더와의 조성비 등을 조합함으로써 원하는 특성의 광변환 시트를 제작한 후, 그를 기존의 백라이트 유닛의 도광판 또는 확산판 등의 평판 부재 상부에 장착하는 것만으로 충분하다는 장점이 있다.
이상과 같은 본 발명의 실시예를 이용하면, 백라이트 유닛의 도광판, 확산판, 광학시트 등과 접촉하여 사용될 수 있는 광변환 시트를 제공함으로써, 형광체의 열에 의한 성능 열화나 광원 패키지의 손상 등을 방지하면서도, 표시장치에서 여러 색역의 컬러를 용이하게 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 모재료층과, 모재료층의 일면에 형성되고 제1크기의 형광체 입자와, 형광체 입자를 고정하기 위한 제2두께의 레진층으로 구성된 광변환층으로 구성된 필름 형태의 광변환 시트를 백라이트 유닛의 여러 판상 부재에 접촉하도록 배치함으로써, 형광체 입자의 광변환 성능을 유지하면서도 다양한 색역의 컬러재현이 가능하다는 효과가 있다.
또한, 광변환층을 구성하는 형광체의 종류와 형광체 입자의 제1크기, 레진층의 제2두께, 레진층을 형성하는 바인더와 형광체의 재료 비율, 바인더의 굴절율 등을 선택함으로써, 여러가지 표시패널의 색역 요구에 맞는 광변환 부재를 용이하게 개발할 수 있는 효과가 있다.
또한, 종래의 형광체 광원 패키지와 컬러필터를 이용하는 엣지형 백라이트 유닛에서는 입광부와 반입광부 사이의 색편차가 발생할 가능성이 있으나, 본 실시예를 이용하면 광변환이 도광판의 상부 전체 면적에서 고르게 발생하므로, 이러한 입광부와 반입광부 사이의 색편차 현상을 줄일 수 있다.
이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
400 : 광변환 시트 410 : 모재료층
420 : 광변환층 422 : 광변환 입자
424 : 레진층 623, 723 : 청색 광원
620 : 도광판 626, 726 : 광학시트
728 : 확산판 840, 740 : 표시패널

Claims (19)

  1. 청색광을 출력하는 청색 광원을 포함하며 표시장치의 적어도 일측에 배치되는 엣지 광원부;
    상기 엣지 광원부의 일측에 배치되어, 상기 청색 광원으로부터의 광을 표시장치 전체로 가이드하는 도광판;
    상기 도광판 상부에 배치되는 광변환 시트로서, 모재료층과, 상기 모재료층의 일면 상에 배치되고 제1크기를 가지는 형광체 입자와, 상기 형광체 입자를 고정하기 위한 제2두께의 레진층을 포함하는 광변환층을 포함하는 상기 광변환 시트; 및,
    상기 도광판 하부에 배치되는 반사판;
    를 포함하는 표시장치용 백라이트 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레진층의 제2두께(Dr)는 형광체 입자의 제1크기(Dp) 이상이고 형광체 입자의 제1크기보다 1μm 큰 값(Dp+1 μm ) 이하인 표시장치용 백라이트 유닛.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 형광체 입자의 제1크기(Dp)는 10~20 μm이며, 상기 레진층을 구성하는 바인더 재료의 굴절율은 1.48~1.50이고, 상기 바인더 재료와 형광체 입자의 중량 조성비는 각각 50~60중량%, 40~50중량%인 표시장치용 백라이트 유닛.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 형광체 입자의 단위면적당 사용량은 12.5~27g/m2인 표시장치용 백라이트 유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광변환 시트는 상기 모재료층의 타면에 접촉 배치되는 안티 블록층 또는 백코팅층을 더 포함하는 표시장치용 백라이트 유닛.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 백라이트 유닛은 상기 도광판 상부에 배치되는 1 이상의 광학시트를 더 포함하며, 상기 광변환 시트는 상기 도광판과 상기 광학시트 사이에 배치되는 표시장치용 백라이트 유닛.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 백라이트 유닛은 상기 도광판 상부에 배치되는 1 이상의 광학시트를 더 포함하며, 상기 광변환 시트는 상기 광학시트의 상부 표면 상에 접촉 배치되는 표시장치용 백라이트 유닛.
  8. 청색광을 출력하는 청색 광원을 포함하며 표시장치의 하부에 배치되는 직하 광원부;
    상기 직하 광원부의 상부에 이격 배치되어, 상기 청색 광원으로부터의 광을 확산시키는 확산판; 및,
    상기 확산판 상부에 배치되는 광변환 시트로서, 모재료층과, 상기 모재료층의 일면 상에 배치되고 제1크기를 가지는 형광체 입자와, 상기 형광체 입자를 고정하기 위한 제2두께의 레진층을 포함하는 광변환층을 포함하는 상기 광변환 시트;
    를 포함하는 표시장치용 백라이트 유닛.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 레진층의 제2두께(Dr)는 형광체 입자의 제1크기(Dp) 이상이고 형광체 입자의 제1크기보다 1μm 큰 값(Dp+1 μm ) 이하인 표시장치용 백라이트 유닛.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 형광체 입자의 제1크기(Dp)는 10~20 μm이며, 상기 레진층을 구성하는 바인더 재료의 굴절율은 1.48~1.50이고, 상기 바인더 재료와 형광체 입자의 중량 조성비는 각각 50~60중량%, 40~50중량%인 표시장치용 백라이트 유닛.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 형광체 입자의 단위면적당 사용량은 12.5~27g/m2인 표시장치용 백라이트 유닛.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 광변환 시트는 상기 모재료층의 타면에 접촉 배치되는 안티 블록층 또는 백코팅층을 더 포함하는 표시장치용 백라이트 유닛.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 백라이트 유닛은 상기 확산판 상부에 배치되는 1 이상의 광학시트를 더 포함하며, 상기 광변환 시트는 상기 확산판과 상기 광학시트 사이에 배치되는 표시장치용 백라이트 유닛.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 백라이트 유닛은 상기 확산판 상부에 배치되는 1 이상의 광학시트를 더 포함하며, 상기 광변환 시트는 상기 광학시트 상부 표면 상에 접촉 배치되는 표시장치용 백라이트 유닛.
  15. 필름형태의 모재료층;
    상기 모재료층의 일면 상에 배치되고 제1크기를 가지는 형광체 입자와, 상기 형광체 입자를 고정하기 위한 제2두께의 레진층을 포함하는 광변환층;
    상기 모재료층의 타면에 접촉 배치되는 안티 블록층 또는 백코팅층;
    을 포함하며,
    백라이트 유닛에 포함되는 도광판 또는 확산판 상부에 배치되어, 백라이트 유닛에 포함된 청색광원으로부터의 청색광을 다른 주파수 대역의 광으로 변환하는 백라이트 유닛용 광변환 시트.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 레진층의 제2두께(Dr)는 형광체 입자의 제1크기(Dp) 이상이고 형광체 입자의 제1크기보다 1μm 큰 값(Dp+1 μm ) 이하인 백라이트 유닛용 광변환 시트.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 형광체 입자의 제1크기(Dp)는 10~20 μm이며, 상기 레진층을 구성하는 바인더 재료의 굴절율은 1.48~1.50이고, 상기 바인더 재료와 형광체 입자의 중량 조성비는 각각 50~60중량%, 40~50중량%인 백라이트 유닛용 광변환 시트.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 백라이트 유닛에 포함되는 표시장치의 요구 색역(Color Gamut)이 125% 이하인 경우에는, 상기 형광체 입자는 약 10 μm의 제1크기(Dp)를 가지는 질화물(Nitride) 또는 산화질화물(Oxynitride) 계열의 황색 형광체로 구성되며, 상기 바인더 재료와 형광체 입자의 중량 조성비는 실질적으로 동일한 백라이트 유닛용 광변환 시트.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 백라이트 유닛에 포함되는 표시장치의 요구 색역(Color Gamut)이 145% 이하인 경우에는, 상기 형광체 입자는 약 10~20 μm의 제1크기(Dp)를 가지는 질화물(Nitride) 또는 산화질화물(Oxynitride) 계열의 적색(Red) 및 그린(Green) 형광체로 구성되며, 상기 바인더 재료의 중량 조성비가 형광체 입자의 중량 조성비보다 큰 백라이트 유닛용 광변환 시트.
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