WO2010143828A2 - 편광 광원 및 형광체 필터를 채택한 액정 디스플레이 - Google Patents

편광 광원 및 형광체 필터를 채택한 액정 디스플레이 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal display, and more particularly, to a liquid crystal display employing a polarizing light source and a phosphor filter.
  • Passive display devices such as liquid crystal displays (LCDs) may implement images by reflecting or absorbing ambient or room light.
  • ambient sunlight or room light is required to view the displayed image.
  • a back light unit (BLU) for backlighting the display panel is generally employed.
  • the backlight unit includes a light source such as an incandescent lamp, a fluorescent lamp or a light emitting diode (LED).
  • a light source such as an incandescent lamp, a fluorescent lamp or a light emitting diode (LED).
  • the light emitted from the light source illuminates the LCD panel to realize the image.
  • LED is often used as a backlight light source due to its excellent color reproduction, and it is expected to increase its use in the future as it is environmentally friendly.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a conventional LCD module incorporating an LED light source.
  • a conventional LCD module includes an LCD panel 10 and a backlight unit 20.
  • the LCD panel 10 includes a liquid crystal layer 15 between the upper substrate 11 and the lower substrate 13, and also the upper polarizing film 17 and the lower substrate positioned on the upper substrate 11. (13) a lower polarizing film 19 positioned below.
  • the upper polarizing film 17 and the lower polarizing film 19 are disposed such that the polarization directions are perpendicular to each other.
  • the backlight unit 20 includes LEDs 23 as light sources, and a diffuser plate 25 and a brightness enhancement film (BEF) for mixing light emitted from the light sources 23. It includes.
  • the backlight unit may further include a dual brightness enhancement film (DBEF).
  • DBEF dual brightness enhancement film
  • the LEDs 23 can be arranged on a substrate (not shown), such as a printed circuit board, to form an array, the LEDs 23 comprising red, green and blue LEDs or containing white phosphors. It may include LEDs. These LEDs are regularly arranged on a printed circuit board to constitute an LED module, and a plurality of LED modules may be used to backlight the LCD panel 10.
  • the reflective film 21 is positioned below the light exit surface of the LEDs 23 to reflect the light emitted from the LEDs to the upper side.
  • the lower polarizing film 19 polarizes the light L, and the polarized light is incident on the liquid crystal layer.
  • the light incident on the liquid crystal layer is incident on the upper polarizing film by maintaining the polarization direction or rotating 90 degrees according to the arrangement of the liquid crystal layer. Thereafter, the light maintaining the polarization direction is shielded by the upper polarizing film 17, and the light rotated 90 degrees passes through the upper polarizing film 17 to realize an image.
  • a color filter 12 formed of a color filter layer corresponding to each pixel is formed below the upper substrate 11, and light of unnecessary color is blocked by the color filter 12 to correspond to each pixel and is required. Light of the desired color is incident on the upper polarizing film 17.
  • white light emitted from a light source such as an LED is firstly polarized using the lower polarizing film 19, and the direction of polarized light is controlled using the liquid crystal layer 15, and again the upper polarizing film 17.
  • Image is implemented by second order polarization using.
  • this prior art uses the first polarized light using the lower polarizing film 19, most of the light emitted from the light source (about 50%) is shielded by the lower polarizing film 19 and lost.
  • the light that makes up the final image is less than 10% of the total light.
  • the use of BEF and DBEF, lower and upper polarizing films thickens the LCD panel and backlight unit.
  • the BEF and DBEF the lower and upper polarizing films. Therefore, these films need to have an even transmittance over a wide visible light region, otherwise the light loss of a particular visible light region is further increased.
  • the color filter 12 transmits light of a required wavelength and blocks other light, light loss is further increased with the use of the color filter.
  • a reflective polarization DBEF film (Vikuiti TM DBEF) has been developed and used to reduce light loss and reduce overall power consumption.
  • the reflective polarized DBEF film passes polarized light (eg, P wave) in one direction among the light incident on the DBEF film and reflects polarized light (eg, S wave) in the other direction.
  • the light reflected from the reflective polarization DBEF film is reflected back from the reflective film 21, and the DBEF film passes the polarization in one direction of the reflected light and reflects the polarization in the other direction again. That is, the reflective polarization DBEF film may increase the utilization of light by using both reflection and polarization.
  • the DBEF film since light loss occurs when light is reflected, the DBEF film has a limit in reducing light loss.
  • the reflective polarization DBEF film has a disadvantage of high manufacturing cost.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a liquid crystal display that can reduce the light loss to reduce the overall power consumption.
  • Another object of the present invention is to provide a liquid crystal display capable of reducing the thickness of the LCD panel and / or backlight unit.
  • Another object of the present invention is to provide a liquid crystal display capable of realizing an image without using a lower polarizing film and / or a reflective polarizing DBEF film.
  • the present invention provides a liquid crystal display employing a polarizing light source and a phosphor filter.
  • the liquid crystal display includes a liquid crystal display panel including at least one non-polar or semi-polar LED chip and a backlight unit emitting polarized ultraviolet light and a phosphor filter for converting wavelengths of ultraviolet light. It includes.
  • the liquid crystal display panel may include a lower substrate positioned on the backlight unit and transmitting ultraviolet rays, an upper substrate positioned on the lower substrate and blocking at least a portion of ultraviolet rays, a liquid crystal layer interposed between the lower substrate and the upper substrate, and the liquid crystal. It may include a phosphor filter positioned between the layer and the upper substrate.
  • the non-polar or semi-polar light emitting diode chip is distinguished from the polar light emitting diode including the compound semiconductor layer grown in the c-axis direction, for example, grown on the m-plane or a-plane of the GaN substrate. It refers to a light emitting diode chip comprising a compound semiconductor layer.
  • the light emitting diode chip emitting polarized ultraviolet light includes a GaN-based nitride semiconductor layer such as GaN, AlGaN, AlInGaN, or the like.
  • the nitride semiconductor LED chip may emit ultraviolet rays of a desired wavelength by adjusting the composition ratio of the nitride semiconductor layer.
  • Non-polar light emitting diode chips unlike polar light emitting diode chips, exhibit polarized light emission characteristics reported in the Japanese Journal of Applied Physics, Vol 46, No. 42, 2007, pp. L1010-L1012. There is a bar.
  • the present invention can extract polarized light from the light source by using the non-polar light emitting diode chip as a light source, and accordingly the lower polarizing film (19 of FIG. 1) or the reflective polarization DBEF used in the LCD module of the prior art. (29) and the like can be removed.
  • the nonpolar light emitting diode chip may emit some unpolarized light.
  • the liquid crystal display panel may further include a lower polarizing film positioned between the lower substrate and the backlight unit.
  • the lower polarizing film may have a lower polarization degree and a higher transmittance than the upper polarizing film.
  • the polarization degree of the polarizing film used in the LCD module is 98 to 100%, the transmittance is 40 to 50%.
  • the lower polarizing film used in the embodiments of the present invention may have a polarization degree of 70 to 90%, and a transmittance of 60 to 80%.
  • the lower substrate is preferably a substrate of a material that transmits the ultraviolet light of the polymer series.
  • the upper substrate is preferably a glass substrate in order to prevent the ultraviolet light not converted into wavelength by the phosphor filter to the outside.
  • an additional substrate or an ultraviolet blocking film for blocking ultraviolet rays may be disposed on the upper substrate.
  • the upper substrate may be a substrate that transmits ultraviolet rays.
  • the phosphor filter may include a blue phosphor layer, a green phosphor layer, and / or a red phosphor layer.
  • the phosphor layers may be aligned corresponding to each pixel.
  • the present invention by adopting a polarized ultraviolet light source it is possible to reduce the light loss by the conventional polarizing film or reflective polarization DBEF, thus reducing the overall power consumption of the LCD module.
  • the lower polarizing film and / or the reflective polarizing DBEF film can be removed to reduce the thickness of the LCD panel and / or backlight unit.
  • the light reaching the phosphor filter is generally ultraviolet light having a high transmittance, the light loss can be further reduced, and the light loss can be further reduced by employing the phosphor filter instead of the color filter in the liquid crystal display panel.
  • FIG. 1 is a schematic view for explaining a liquid crystal display module according to the prior art.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a liquid crystal display module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a liquid crystal display module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating an example of a non-polar light emitting diode package that can be used in embodiments of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an LCD module according to an embodiment of the present invention.
  • the LCD module includes an LCD panel 50 and a backlight unit 60.
  • the LCD panel 50 includes an upper substrate 51, a lower substrate 53, a liquid crystal layer 55 positioned between the upper substrate 51 and the lower substrate 53, the upper substrate 51, and the liquid crystal layer.
  • a phosphor filter 52 positioned between 55 and an upper polarizing film 57 positioned on the upper substrate 51.
  • the LCD panel 50 may include a lower polarizing film 59 positioned below the lower substrate 13.
  • the backlight unit 60 includes LEDs 63 as light sources, a diffusion plate 65 and a brightness enhancement film BEF for mixing light emitted from the light sources 63. 67).
  • the LEDs 63 may be arranged on a substrate (not shown), such as a printed circuit board, to form an array, and the LEDs 63 include a nonpolar or semipolar light emitting diode chip that emits polarized ultraviolet light. . These LEDs are regularly arranged on a printed circuit board to constitute an LED module, and a plurality of LED modules may be used to backlight the LCD panel 50.
  • the reflective film 61 may be positioned below the light exit surface of the LEDs 63 to reflect the light emitted from the LEDs toward the upper side.
  • the reflective film 61 may be formed on a printed circuit board on which LEDs are arranged.
  • the LEDs 63 may be provided in a package in which a non-polar LED chip is mounted, which will be described later in detail with reference to FIG. 4.
  • the nonpolar or semipolar LED chips are distinguished from polar light emitting diode chips comprising a compound semiconductor layer grown in the c-axis direction. For example, by growing a GaN-based nitride semiconductor layer such as GaN, InGaN, AlGaN, or AlInGaN on the m-plane or a-plane of a GaN substrate, there is no spontaneous polarization or piezoelectrice polarization. A chip or a semipolar light emitting diode chip can be manufactured.
  • the light emitting diode using the nitride semiconductor may be manufactured to emit ultraviolet rays of a required wavelength by adjusting the composition ratio of the nitride semiconductor.
  • the polarization degree of the lower polarizing film 59 may be lower than the prior art. That is, the polarization degree of the lower polarizing film 59 may be relatively lower than the polarization degree of the upper polarizing film 57, and thus, the transmittance of the lower polarizing film 59 may be relatively increased to reduce light loss. have.
  • a polarization degree of 98 to 100% is required for the polarizing film used in the LCD panel, and thus the transmittance does not exceed about 40 to 50%.
  • a polarizing film having a polarization degree of 70 to 90% and a transmittance of 60 to 80% can be used as the lower polarizing film 59.
  • the light transmitted through the lower polarizing film 59 passes through the lower substrate 53 and enters the liquid crystal layer, and the light incident on the liquid crystal layer maintains the polarization direction or rotates by 90 degrees depending on the arrangement of the liquid crystal layer.
  • the light is incident on the filter 52 and is wavelength-converted into visible light in the phosphor filter 52 and then incident on the upper polarizing film.
  • the image is realized by this light being shielded or passed by the upper polarizing film 57.
  • the lower substrate 53 is preferably a polymer-based substrate for transmitting ultraviolet rays in order to transmit ultraviolet rays.
  • the upper substrate 51 is preferably an ultraviolet blocking substrate, such as a glass substrate, in order to prevent ultraviolet rays from being emitted outside the LCD panel.
  • Thin film transistors and a pixel electrode are formed on the lower substrate 53.
  • the phosphor filter 52 may be formed on the upper substrate 57.
  • the phosphor filter 52 may include a red phosphor layer 52R, a green phosphor layer 52G, and a blue phosphor layer 52B. These phosphor layers 52R, 52G, 52B are formed corresponding to each pixel of the display, and thus can implement a color image.
  • a black matrix (not shown) may be disposed between the phosphor layers, and an insulating film 54 may be positioned on the phosphor layers, and a common electrode 56 may be located on the insulating layer 54. have.
  • the manufacturing cost of the LCD panel can be reduced, and also the thickness of the backlight unit can be reduced.
  • the transmittance of the lower polarizing film may be increased to further reduce light loss.
  • the phosphor filter 52 instead of the conventional color filter (12 in FIG. 1), light loss due to the color filter can be reduced.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an LCD module according to another embodiment of the present invention.
  • the LCD module includes the backlight unit 60 as described with reference to FIG. 2.
  • the LCD module includes an LCD panel 70, wherein the LCD panel 70 includes an upper substrate 51, a lower substrate 53, a liquid crystal layer 55, as described with reference to FIG. 2.
  • a phosphor filter 52 and an upper polarizing film 57 are used.
  • the LCD panel 70 is different from the LCD panel 50 of FIG. 2 in that a lower polarizing film is not used.
  • both the lower polarizing film 59 and the DBEF may be removed, and thus the thickness of the LCD panel 70 may be further reduced.
  • the diffusion plate 65 and the BEF 67 are used, but these may also be removed.
  • the LEDs 63 by arranging the LEDs 63 at a narrow interval on the plane, high brightness plane light can be realized by the LEDs 63, thereby eliminating the diffuser plate and the BEF.
  • the direct backlight unit 60 in which the LEDs 63 are arranged below the LCD panel has been described
  • an edge type backlight unit in which the LEDs are disposed on the side of the light guide plate may be used. It may be.
  • the light guide plate is located under the LCD panel, and the LEDs are arranged on the side of the light guide plate.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating an example of packaged LEDs 63 that may be adopted in embodiments of the present invention.
  • the LED 63 has a package body 71.
  • the package body may be formed to have a recess, and lead terminals 73 are exposed in the recess.
  • the side wall of the recess may be formed to be inclined at a predetermined angle.
  • the lead terminals 73 extend outside to protrude out of the package body 71. Lead terminals 73 protruding to the outside are connected to the printed circuit board and electrically connected to an external power source. The lead terminals 73 may be bent from outside to enable surface mounting.
  • the heat sink 75 may be mounted on the lower portion of the package body 71.
  • the heat sink is mounted to easily dissipate heat generated from the LED chip 77 to the outside.
  • the heat sink 75 may have a base portion and a protrusion protruding upward from the center portion of the base portion. The protrusion is inserted into the package body and exposed to the recess.
  • the heat sink may be inserted into the through hole of the package body after forming the package body 71 having the through hole.
  • the heat sink 75 may be mounted on the package body 71 by placing the lead terminals 73 and the heat sink 75 and forming a package body using an insert molding technique.
  • the heat sink 75 may be electrically insulated from the lead terminals 73, but may be electrically connected to one of the lead terminals.
  • a non-polar LED chip 77 emitting polarized ultraviolet rays is mounted on the heat sink 75.
  • the LED chip 77 may be made of a nitride semiconductor of GaN, AlGaN or AlGaInN.
  • the LED chip 77 has two electrodes to be connected to an external power source.
  • the electrodes may be located on the same side or opposite sides of the LED chip 77.
  • the electrodes may be electrically connected to the lead terminal through an adhesive, or as shown, may be connected to the lead terminal through a bonding wire. In the case of an LED chip having electrodes formed on the same side, as shown in the drawing, two bonding wires may be electrically connected by connecting the LED chip 77 and the lead terminals, respectively.
  • one electrode is connected to the heat sink 75 using a conductive adhesive, and one lead terminal and the heat sink 75 are connected to each other by a bonding wire.
  • the lead terminals and the LED chip 77 can be electrically connected.
  • the molding member 79 may be formed of an epoxy resin or a silicone resin on the LED chip 77.
  • the molding member 79 may be formed of a single layer or multiple layers.
  • the lens 83 may cover the LED chip 77 and the molding member 79, and the lens may have various shapes.
  • the lens may have the shape of a convex lens, as shown. At this time, the curvature of the lens is determined according to the required orientation angle.

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Abstract

편광 광원 및 형광체 필터를 채택한 액정 디스플레이가 개시된다. 이 액정 디스플레이는 적어도 하나의 비극성 또는 반극성 발광 다이오드(non-polar or semi-polar LED) 칩을 포함하여 편광 자외선을 방출하는 백라이트 유닛과 자외선의 파장을 변환시키기 위한 형광체 필터를 포함하는 액정 디스플레이 패널을 포함한다. 이에 따라, 광손실을 감소시킬 수 있으며, LCD 모듈의 두께를 감소시킬 수 있다.

Description

편광 광원 및 형광체 필터를 채택한 액정 디스플레이
본 발명은 액정 디스플레이에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 편광 광원 및 형광체 필터를 채택한 액정 디스플레이에 관한 것이다.
액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD)와 같은 수동 디스플레이 장치는 주위의 태양광 또는 실내 광을 반사하거나 흡수하여 이미지를 구현할 수 있다. 따라서, 디스플레이되는 이미지를 보기 위해, 주위의 태양광 또는 실내 광이 요구된다. 그러나 주위의 태양광 또는 실내 광의 강도가 액정 디스플레이(LCD) 패널을 조명하기에 충분하지 않을 경우 디스플레이되는 이미지를 볼 수 없는 문제점이 있다. 이러한 문제점에 대한 대안으로 디스플레이 패널을 백라이팅하기 위한 백라이트 유닛(back light unit; BLU)이 일반적으로 채택된다.
백라이트 유닛은 백열 램프, 형광 램프 또는 발광 다이오드(LED)와 같은 광원을 포함한다. 광원에서 방출된 광이 상기 LCD 패널을 조명함으로써 이미지가 구현된다. 한편, LED는 색재현성이 우수하여 백라이트 광원으로 종종 사용되며, 환경친화적이어서 앞으로 그 사용이 더욱 증가할 것으로 기대된다.
도 1은 LED 광원을 채택한 종래의 일반적인 LCD 모듈을 나타내는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 LCD 모듈은 LCD 패널(10)과 백라이트 유닛(20)을 포함한다. 상기 LCD 패널(10)은 상부 기판(11)과 하부 기판(13) 사이에 액정층(15)을 포함하고, 또한 상기 상부 기판(11) 상에 위치하는 상부 편광 필름(17) 및 상기 하부 기판(13) 아래에 위치하는 하부 편광 필름(19)을 포함한다. 일반적으로, 상기 상부 편광 필름(17)과 하부 편광 필름(19)은 서로 편광 방향이 직교하도록 배치된다. 한편, 상기 백라이트 유닛(20)은 광원으로서 LED들(23)을 포함하고, 상기 광원들(23)에서 방출된 광을 혼합하기 위한 확산판(25) 및 밝기 강화 필름(brightness enhancement film; BEF)을 포함한다. 이에 더하여, 상기 백라이트 유닛은 이중 밝기 강화 필름(DBEF)을 더 포함할 수 있다.
상기 LED들(23)은 인쇄회로기판과 같은 기판(도시하지 않음) 상에 정렬되어 어레이를 형성할 수 있으며, LED들(23)은 적색, 녹색 및 청색 LED들을 포함하거나 또는 형광체를 함유하는 백색 LED들을 포함할 수 있다. 이들 LED 들은 인쇄회로기판 상에 규칙적으로 배열되어 LED 모듈을 구성하며, 복수개의 LED 모듈이 상기 LCD 패널(10)을 백라이팅하기 위해 사용될 수 있다. 상기 LED들(23)의 광 출사면 하부에 반사필름(21)이 위치하여 LED들에서 방출된 광을 상부 측으로 반사시킨다.
상기 LED들(23)에서 방출된 후 확산판(25), BEF(27) 및 DBEF(29)를 통과한 광(L)은 LCD 패널(10)로 입사된다. 상기 하부 편광 필름(19)은 광(L)을 편광시키고, 편광된 광이 액정층으로 입사된다. 액정층에 입사된 광은 액정층의 배열에 따라 편광 방향을 유지하거나 또는 90도 회전하여 상부 편광 필름으로 입사된다. 그 후, 편광 방향을 유지하는 광은 상부 편광 필름(17)에 의해 차폐되고, 90도 회전된 광은 상부 편광 필름(17)을 통과함으로써 이미지가 구현된다.
한편, 상기 상부 기판(11) 아래에는 각 화소에 대응하는 컬러 필터층으로 이루어진 컬러 필터(12)가 형성되어 있으며, 상기 컬러 필터(12)에 의해 각 화소에 대응하여 불필요한 색상의 광은 차단되고 요구되는 색상의 광이 상부 편광 필름(17)으로 입사된다.
종래 기술에 따르면, LED와 같은 광원에서 방출된 백색광을 하부 편광 필름(19)을 이용하여 1차 편광시키고 액정층(15)을 이용하여 편광된 광의 방향을 제어하고, 다시 상부 편광 필름(17)을 이용하여 2차 편광시킴으로써 이미지를 구현한다. 따라서, 이러한 종래기술은 하부 편광 필름(19)을 이용하여 1차 편광된 광을 이용하므로, 광원에서 방출된 광의 대부분(약 50%)이 하부 편광 필름(19)에 의해 차폐되어 손실된다. 광이 편광 필름을 포함하는 각종 필름들 및 많은 층들을 통과함에 따라, 최종 이미지를 구현하는 광은 전체 광의 10%에도 미치지 못하게 된다. 또한, BEF 및 DBEF, 하부 및 상부 편광 필름들을 사용함에 따라 LCD 패널 및 백라이트 유닛이 두꺼워진다.
더욱이, LED를 사용하여 백색광을 구현하는 경우, 넓은 범위에 걸친 파장 대역의 광이 BEF 및 DBEF, 하부 및 상부 편광 필름들을 차례로 투과하게 된다. 따라서, 이들 필름들이 넓은 가시광 영역에 걸쳐 고른 투과율을 가질 필요가 있으며, 그렇지 않을 경우, 특정 가시광 영역의 광손실이 더욱 증가된다. 이에 더하여, 컬러 필터(12)는 필요한 파장의 광을 투과시키고 그 이외의 광을 차단하기 때문에, 컬러 필터의 사용에 따라 광손실이 더욱 증가된다.
한편, 광 손실을 줄여 전체 소모전력을 감소시키기 위한 반사 편광 DBEF 필름(VikuitiTM DBEF)이 개발되어 사용되고 있다. 반사 편광 DBEF 필름은 DBEF 필름으로 입사된 광 중 일방향의 편파(예컨대, P파)를 통과시키고 다른 방향의 편파(예컨대, S파)는 반사시킨다. 반사 편광 DBEF 필름에서 반사된 광은 반사 필름(21)에서 되반사되며, 상기 DBEF 필름은 되반사된 광 중 상기 일방향의 편파를 통과시키고, 다른 방향의 편파는 다시 반사시킨다. 즉, 반사 편광 DBEF 필름은 반사와 편광을 함께 이용하여 광의 이용율을 높일 수 있다. 그러나, 광이 반사될 때 광 손실이 발생하므로, DBEF 필름은 광 손실을 감소시키는데 한계가 있다. 또한, 반사 편광 DBEF 필름은 제조 비용이 높다는 단점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 광 손실을 감소시켜 전체 소모 전력을 감소시킬 수 있는 액정 디스플레이를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 LCD 패널 및/또는 백라이트 유닛의 두께를 감소시킬 수 있는 액정 디스플레이를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 하부 편광 필름 및/또는 반사 편광 DBEF 필름을 사용하지 않고도 이미지를 구현할 수 있는 액정 디스플레이를 제공하는 데 있다.
상기 과제들을 해결하기 위하여 본 발명은 편광 광원 및 형광체 필터를 채택한 액정 디스플레이를 제공한다. 상기 액정 디스플레이는 적어도 하나의 비극성 또는 반극성 발광 다이오드(non-polar or semi-polar LED) 칩을 포함하여 편광 자외선을 방출하는 백라이트 유닛과 자외선의 파장을 변환시키기 위한 형광체 필터를 포함하는 액정 디스플레이 패널을 포함한다. 상기 액정 디스플레이 패널은 상기 백라이트 유닛 상부에 위치하고 자외선을 투과하는 하부 기판, 상기 하부 기판 상부에 위치하고 자외선의 적어도 일부를 차단하는 상부 기판, 상기 하부 기판과 상기 상부 기판 사이에 개재된 액정층 및 상기 액정층과 상기 상부 기판 사이에 위치하는 형광체 필터를 포함할 수 있다.
여기서, 비극성 또는 반극성 발광 다이오드 칩은, c-축 방향으로 성장된 화합물 반도체층을 포함하는 극성(polar) 발광 다이오드와 구별되는 것으로, 예컨대, GaN 기판의 m-면 또는 a-면 상에 성장된 화합물 반도체층을 포함하는 발광 다이오드 칩을 지칭한다.
또한, 편광 자외선을 방출하는 발광 다이오드 칩은 예컨대, GaN, AlGaN, AlInGaN 등의 GaN 계열의 질화물 반도체층을 포함한다. 상기 질화물 반도체 발광 다이오드 칩은 질화물 반도체층의 조성비를 조절함으로써 원하는 파장의 자외선을 방출할 수 있다.
비극성 발광 다이오드 칩은 극성 발광 다이오드 칩과 달리 편광된 광을 방출하는 특성을 나타내는 것이 일본 응용물리 학회지(Japanese Journal of Applied Physics, Vol 46, No.42, 2007, pp. L1010-L1012)에 보고된 바 있다.
따라서, 본 발명은 상기 비극성 발광 다이오드 칩을 광원으로 사용함으로써, 광원으로부터 편광된 광을 추출할 수 있으며, 이에 따라 종래기술의 LCD 모듈에서 사용되는 하부 편광 필름(도 1의 19) 또는 반사 편광 DBEF(29) 등을 제거할 수 있다.
한편, 상기 비극성 발광 다이오드 칩은 편광되지 않은 광을 일부 방출할 수도 있다. 이 경우, 이러한 편광되지 않은 광을 편광시키기 위해, 상기 액정 디스플레이 패널은 상기 하부 기판과 상기 백라이트 유닛 사이에 위치하는 하부 편광 필름을 더 포함할 수 있다. 다만, 상기 편광되지 않은 광의 비율이 상대적으로 낮기 때문에, 상기 하부 편광 필름은 상기 상부 편광 필름에 비해 편광도는 낮고 투과율은 높을 수 있다.
일반적으로, LCD 모듈에서 사용되는 편광필름의 편광도는 98~100%이며, 투과율은 40~50%이다. 그러나, 비극성 발광 다이오드 칩에서 방출된 광은 이미 편광된 광의 비율이 높기 때문에, 본 발명의 실시예들에서 사용되는 하부 편광 필름은 70~90%의 편광도를 가질 수 있으며, 60~80%의 투과율을 가질 수 있다.
한편, 글래스 기판은 일반적으로 자외선을 흡수한다. 따라서, 상기 하부 기판을 글래스 기판으로 할 경우, 자외선이 흡수되어 광손실이 발생된다. 따라서, 상기 하부 기판은 폴리머 계열의 자외선을 투과하는 재료의 기판인 것이 바람직하다. 한편, 형광체 필터에 의해 파장 변환되지 않은 자외선이 외부로 방출되는 것을 방지하기 위해 상기 상부 기판은 글래스 기판인 것이 바람직하다.
또한, 상기 상부 기판 상에 자외선을 차단하기 위한 추가적인 기판 또는 자외선 차단 필름을 배치할 수 있다. 이 경우, 상기 상부 기판은 자외선을 투과하는 기판일 수도 있다.
한편, 상기 형광체 필터는 청색 형광체층, 녹색 형광체층 및/또는 적색 형광체층을 포함할 수 있다. 상기 형광체층들은 각 화소에 대응하여 정렬될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 편광 자외선 광원을 채택함으로써 종래 편광 필름 또는 반사 편광 DBEF에 의한 광 손실을 감소시킬 수 있으며, 따라서 LCD 모듈의 전체 소모 전력을 감소시킬 수 있다. 또한, 하부 편광 필름 및/또는 반사 편광 DBEF 필름을 제거할 수 있어 LCD 패널 및/또는 백라이트 유닛의 두께를 감소시킬 수 있다. 나아가, 형광체 필터에 도달하는 광이 일반적으로 투과율이 높은 자외선이므로, 광 손실을 더욱 감소시킬 수 있으며, 또한 액정 디스플레이 패널 내에 컬러 필터 대신에 형광체 필터를 채택함으로써 광손실을 더욱 감소시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 액정 디스플레이 모듈을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 디스플레이 모듈을 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 디스플레이 모듈을 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 사용될 수 있는 비극성 발광 다이오드 패키지의 일 예를 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 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 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LCD 모듈을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2를 참조하면, 상기 LCD 모듈은 LCD 패널(50)과 백라이트 유닛(60)을 포함한다. 상기 LCD 패널(50)은 상부 기판(51), 하부 기판(53), 상부 기판(51)과 하부 기판(53) 사이에 위치하는 액정층(55), 상기 상부 기판(51)과 상기 액정층(55) 사이에 위치하는 형광체 필터(52) 및 상기 상부 기판(51) 상에 위치하는 상부 편광 필름(57)을 포함한다. 또한 LCD 패널(50)은 상기 하부 기판(13) 아래에 위치하는 하부 편광 필름(59)을 포함할 수 있다.
한편, 상기 백라이트 유닛(60)은 광원으로서 LED들(63)을 포함하고, 상기 광원들(63)에서 방출된 광을 혼합하기 위한 확산판(65)과 밝기 강화 필름(brightness enhancement film; BEF, 67)을 포함할 수 있다.
상기 LED들(63)은 인쇄회로기판과 같은 기판(도시하지 않음) 상에 정렬되어 어레이를 형성할 수 있으며, LED들(63)은 편광 자외선을 방출하는 비극성 또는 반극성 발광 다이오드 칩을 포함한다. 이들 LED 들은 인쇄회로기판 상에 규칙적으로 배열되어 LED 모듈을 구성하며, 복수개의 LED 모듈이 상기 LCD 패널(50)을 백라이팅하기 위해 사용될 수 있다. 상기 LED들(63)의 광 출사면 하부에 반사필름(61)이 위치하여 LED들에서 방출된 광을 상부 측으로 반사시킬 수 있다. 상기 반사필름(61)은 LED들이 배열된 인쇄회로 기판 상에 형성될 수 있다. 상기 LED들(63)은 비극성 발광 다이오드 칩을 탑재한 패키지 형태로 제공될 수 있으며, 이에 대해서는 도 4를 참조하여 뒤에서 상세히 설명된다.
상기 비극성 또는 반극성 LED칩들은 c-축 방향으로 성장된 화합물 반도체층을 포함하는 극성(polar) 발광 다이오드 칩과 구별된다. 예컨대, GaN, InGaN, AlGaN, AlInGaN 등의 GaN 계열의 질화물 반도체층을 GaN 기판의 m-면 또는 a-면 상에 성장시킴으로써 자발분극(spontaneous polarization) 또는 피에조 분극(piezoelectrice polarization)이 없는 비극성 발광 다이오드 칩 또는 반극성 발광 다이오드 칩을 제조할 수 있다.
또한, 상기 질화물 반도체를 이용한 발광 다이오드는 질화물 반도체의 조성비를 조절함으로써 요구되는 파장의 자외선을 방출하도록 제조될 수 있다.
한편, 상기 LED들(63)에서 방출된 후 확산판(65), BEF(67)를 통과한 광(L)은 LCD 패널(50)로 입사된다. 이때, 상기 광(L)은 편광된 광의 비율이 상대적으로 높기 때문에, 상기 하부 편광 필름(59)의 편광도는 종래기술보다 낮아도 된다. 즉, 상기 하부 편광 필름(59)의 편광도는 상기 상부 편광 필름(57)의 편광도에 비해 상대적으로 낮을 수 있으며, 따라서 하부 편광 필름(59)의 투과율을 상대적으로 높일 수 있어 광손실을 감소시킬 수 있다.
일반적으로, LCD 패널에 사용되는 편광 필름에 대해서는 98~100%의 편광도가 요구되며, 이에 따라 투과율은 약 40~50%를 넘지 못한다. 그러나, 본 실시예에 있어서, 예컨대 편광도는 70~90%이고, 투과율은 60~80%인 편광 필름이 하부 편광 필름(59)으로 사용될 수 있다.
상기 하부 편광 필름(59)을 투과한 광이 하부 기판(53)을 투과하여 액정층으로 입사되고, 액정층에 입사된 광은 액정층의 배열에 따라 편광 방향을 유지하거나 또는 90도 회전하여 형광 필터(52)로 입사되고, 형광체 필터(52)에서 가시광선으로 파장변환된 후 상부 편광 필름으로 입사된다. 이러한 광이 상기 상부 편광 필름(57)에 의해 차폐되거나 그것을 통과함으로써 이미지가 구현된다.
상기 하부 기판(53)은 자외선을 투과시키기 위해 자외선 투과용 폴리머 계열의 기판인 것이 바람직하다. 또한, 상기 상부 기판(51)은 자외선이 LCD 패널 외부로 방출되는 것을 방지하기 위해 자외선 차단 기판, 예컨대 글래스 기판인 것이 바람직하다. 상기 하부 기판(53) 상에 박막 트랜지스터들 및 화소 전극(도시 하지 않음)이 형성된다.
한편, 상기 형광체 필터(52)는 상기 상부 기판(57)에 형성될 수 있다. 도 2에 확대 도시한 바와 같이, 상기 형광체 필터(52)는 적색 형광체층(52R), 녹색 형광체층(52G) 및 청색 형광체층(52B)을 포함할 수 있다. 이들 형광체층들(52R, 52G, 52B)은 디스플레이의 각 화소에 대응하여 형성되며, 따라서 컬러 이미지를 구현할 수 있다. 상기 형광체층들 사이에는 블랙 매트릭스(도시하지 않음)가 위치할 수 있으며, 또한, 상기 형광체층들 상에 절연막(54)이 위치하고, 상기 절연막(54) 상에 공통 전극(56)이 위치할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 편광 자외선 광원을 채택함으로써 종래의 반사 편광 DBEF와 같은 DBEF 필름을 사용하지 않고도 편광 필름에 의한 광 손실을 감소시킬 수 있다. 따라서 LCD 패널의 제조 비용을 감소시킬 수 있으며, 또한 백라이트 유닛의 두께를 감소시킬 수 있다. 또한, 하부 편광 필름의 투과율을 높일 수 있어 광 손실을 더욱 감소시킬 수 있다. 나아가, 종래의 컬러 필터(도 1의 12) 대신에 형광체 필터(52)를 채택함으로써 컬러 필터에 의한 광손실을 감소시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LCD 모듈을 설명하기 위한 개략도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 LCD 모듈은, 도 2를 참조하여 설명한 바와 같은 백라이트 유닛(60)을 포함한다. 또한, 상기 LCD 모듈은 LCD 패널(70)을 포함하며, 여기서, 상기 LCD 패널(70)은 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이 상부 기판(51), 하부 기판(53), 액정층(55), 형광체 필터(52) 및 상부 편광 필름(57)을 포함한다. 다만, 상기 LCD 패널(70)은 하부 편광 필름을 사용하지 않는 점에서 도 2의 LCD 패널(50)과 다르다.
즉, 상기 비극성 LED들(63)의 편광 비율이 상대적으로 높은 경우, 하부 편광 필름(59) 및 DBEF가 모두 제거될 수 있으며, 따라서 LCD 패널(70)의 두께를 더욱 작게 할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 확산판(65) 및 BEF(67)가 사용되는 것으로 설명하였으나, 이들 또한 제거될 수 있다. 예컨대, LED들(63)을 평면 상에 좁은 간격으로 배열함으로써 LED들(63)에 의해 고휘도의 평면광을 구현할 수 있으며, 이에 따라 확산판 및 BEF를 제거할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 있어서, LED들(63)이 LCD 패널의 하부에 배열된 직하형 백라이트 유닛(60)에 대해 설명하였지만, LED들이 도광판의 측면에 배치된 엣지형 백라이트 유닛이 사용될 수도 있다. 이 경우, 도광판이 LCD 패널의 하부에 위치하고, LED들은 도광판의 측면에 배열된다.
도 4는 본 발명의 실시예들에서 채택될 수 있는 패키지 형태의 LED들(63)의 일 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 상기 LED(63)는 패키지 본체(71)를 갖는다. 상기 패키지 본체는 요홈부를 갖도록 형성될 수 있으며, 상기 요홈부에 리드 단자들(73)이 노출된다. 또한, 상기 요홈부의 측벽은 일정한 각도로 경사지게 형성될 수 있다.
상기 리드 단자들(73)은 외부로 연장되어 패키지 본체(71) 밖으로 돌출된다. 외부로 돌출된 리드단자들(73)이 인쇄회로기판에 접속되어 외부전원에 전기적으로 연결된다. 상기 리드 단자들(73)은 표면실장이 가능하도록 외부에서 절곡될 수 있다.
한편, 상기 패키지 본체(71)의 하부에 히트싱크(75)가 장착될 수 있다. 상기 히트싱크는 LED칩(77)에서 발생된 열을 외부로 쉽게 방출하기 위해 장착된다. 상기 히트싱크(75)는 기저부 및 기저부의 중앙부분에서 상향 돌출된 돌출부를 가질 수 있다. 상기 돌출부는 패키지 본체에 삽입되어 요홈부에 노출된다. 상기 히트싱크는 관통홀을 갖는 패키지 본체(71)를 형성한 후, 패키지 본체의 관통홀에 삽입되어 장착될 수 있다. 이와 달리, 리드단자들(73)과 히트싱크(75)를 위치시킨 후 인서트 몰딩 기술을 사용하여 패키지 본체를 형성함으로써 상기 히트싱크(75)를 패키지 본체(71)에 장착할 수 있다. 상기 히트싱크(75)는 상기 리드단자들(73)과 전기적으로 절연될 수 있으나, 상기 리드단자들 중 하나와 전기적으로 연결될 수도 있다.
상기 히트싱크(75) 상에 편광 자외선을 방출하는 비극성 LED칩(77)이 탑재된다. 상기 LED칩(77)은 GaN, AlGaN 또는 AlGaInN 계열의 질화물 반도체로 제조될 수 있다. 상기 LED칩(77)은 외부전원에 연결되기 위해 두 개의 전극들을 구비한다. 상기 전극들은 LED칩(77)의 동일 측면(side) 또는 서로 반대 측면 상에 위치할 수 있다. 상기 전극들은 접착제를 통해 리드단자에 전기적으로 연결되거나, 도시한 바와 같이, 본딩와이어를 통해 리드단자에 연결될 수 있다. 동일측면에 전극들이 형성된 LED칩의 경우, 도시한 바와 같이, 두 개의 본딩와이어로 LED칩(77)과 리드단자들을 각각 연결하여 전기적으로 연결할 수 있다. 이와 달리, 서로 반대측면 상에 전극들이 위치하는 경우, 하나의 전극은 상기 히트싱크(75)에 전도성 접착제를 이용하여 연결하고, 본딩와이어로 하나의 리드단자와 히트싱크(75)를 연결하여, 리드단자들과 LED칩(77)을 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 LED칩(77)의 상부에는 에폭시 수지 또는 실리콘 수지로 몰딩부재(79)가 형성될 수 있다. 상기 몰딩부재(79)는 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다. 한편, 렌즈(83)가 상기 LED칩(77) 및 몰딩부재(79)를 덮을 수 있으며, 상기 렌즈는 다양한 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 본 발명의 태양들에 따른 상부발광(top-view) LED를 구현하기 위해, 상기 렌즈는 도시한 바와 같이, 볼록렌즈의 형상을 가질 수 있다. 이때, 렌즈의 곡률은 요구되는 지향각에 따라 결정된다.

Claims (5)

  1. 적어도 하나의 비극성 또는 반극성 발광 다이오드(non-polar or semi-polar LED) 칩을 포함하여 편광 자외선을 방출하는 백라이트 유닛;
    상기 백라이트 유닛 상부에 위치하고 자외선을 투과하는 하부 기판;
    상기 하부 기판 상부에 위치하고 자외선의 적어도 일부를 차단하는 상부 기판;
    상기 하부 기판과 상기 상부 기판 사이에 개재된 액정층; 및
    상기 액정층과 상기 상부 기판 사이에 위치하는 형광체 필터를 포함하는 액정 디스플레이.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 비극성 또는 반극성 발광 다이오드 칩은 GaN, GaAlN 또는 AlInGaN의 질화물 반도체층을 포함하는 액정 디스플레이.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 하부 기판은 폴리머 계열의 자외선을 투과하는 재료의 기판이고, 상기 상부 기판은 글래스 기판인 액정 디스플레이.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 형광체 필터는 청색 형광체층, 녹색 형광체층 및 적색 형광체층 중 적어도 하나를 포함하는 액정 디스플레이.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 형광체 필터는 상기 상부 기판에 정렬된 청색 형광체층, 녹색 형광체층 및 적색 형광체층을 포함하는 액정 디스플레이.
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