KR100624046B1

KR100624046B1 - 백라이트 유닛

Info

Publication number: KR100624046B1
Application number: KR1020040018266A
Authority: KR
Inventors: 김종수; 김은일; 전평은; 박윤형
Original assignee: 특허법인 맥
Priority date: 2004-03-18
Filing date: 2004-03-18
Publication date: 2006-09-19
Also published as: KR20050093047A

Abstract

본 발명은 백라이트 유닛에 관한 것으로, 상세하게는 발광 다이오드, 발광 다이오드 일측에 설치된 도광판, 도광판 하부에 설치된 반사판 및 도광판 상부에 설치된 확산판을 구비하는 백라이트 유닛에 있어서, 상기 도광판과 확산판은 서로 이격되어 그 사이에 공기층이 형성되거나 상기 도광판과 확산판 사이에 저굴절률 물질층이 형성되고, 상기 확산판 하면과 반사판 상면 중 어느 한 면에 형광체층이 형성됨을 특징으로 하는 백라이트 유닛에 관한 것이다.

또한, 상기 확산판 대신에 투명 수지에 형광체가 충진된 형광판으로 형성됨을 특징으로 하는 백라이트 유닛에 관한 것이다.

본 발명에서 구현된 백라이트 유닛는 종래의 백색 발광 다이오드로 제작된 백라이트 유닛과 비교하여, 제조단가가 현저히 감소하며, 색재현성이 대단히 우수하며, 조명 및 액정표시장치의 백라이트로의 적용 가능성이 대단히 높다.

백라이트 유닛, 발광 다이오드, 형광체층, 공기층, 저굴절률 물질층, 형광판

Description

백라이트 유닛{Backlight unit}

도 1은 종래의 백색 발광 다이오드의 단면도,

도 2는 종래의 백색 발광 다이오드를 이용한 백라이트 유닛의 구조도,

도 3은 종래의 청색 발광 다이오드 및 형광판을 이용한 백라이트 유닛의 구조도,

도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 백라이트 유닛의 단면도,

도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 백라이트 유닛의 단면도,

도 6은 본 발명의 실시예 3에 따른 백라이트 유닛의 단면도,

도 7은 본 발명의 실시예 4에 따른 백라이트 유닛의 단면도,

도 8는 본 발명의 공기층 또는 저굴절률 물질층의 두께에 따른 발광 스펙트럼,

도 9은 본 발명의 형광체층의 두께에 따른 발광 스펙트럼,

도 10는 본 발명인 일실시예인 청색 발광 다이오드와 YAG 계열의 황색 발광 형광체를 이용한 백라이트 유닛을 사용하여 제작된 백라이트의 발광 스펙트럼과 종래의 백색 발광 다이오드를 사용한 백라이트 발광 스팩트럼,

도 11은 본 발명의 일실시예인 자외선 발광 다이오드와 백색 발광 형광체를 이용한 백라이트 유닛을 사용하여 제작된 백라이트의 발광 스펙트럼,

도 12는 본 발명의 일실시예인 청색 발광 다이오드와 YAG 계열의 황색 발광 형광체를 이용한 백라이트 유닛의 확산판 상부의 위치분포에 따른 발광 휘도 수치이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 음극리드선 2 : 양극리드선

3 : 반사컵 4 : GaN 계열 청색 발광 다이오드 칩

5 : 칩 접착제 6 : 음극 골드 와이어

7 : 양극 골드 와이어 8 : 실리콘 수지

9 : 에폭시 수지 10 : 형광체

11 : 확산판 12 : 도광판

13 : 반사관 14 : 연결선

15 : 발광 다이오드 15a : 백색 발광 다이오드

15b: 청색 발광 다이오드 16 : 녹색 및 청색 발광 형광판

30 : 형광체층 31 : 공기층

32 : 저굴절률 물질층 33 : 형광판

본 발명은 백라이트 유닛에 관한 것으로, 상세하게는 발광 다이오드, 발광 다이오드 일측에 설치된 도광판, 도광판 하부에 설치된 반사판 및 도광판 상부에 설치된 확산판을 구비하는 백라이트 유닛에 있어서, 상기 도광판과 확산판은 서로 이격되어 그 사이에 형성되는 공기층이 형성되거나 상기 도광판과 확산판 사이에 저굴절률 물질층이 형성되고, 상기 확산판 하면과 반사판 상면 중 어느 한 면에 형광체층이 형성됨을 특징으로 하는 백라이트 유닛에 관한 것이다.

액정표시장치의 백라이트 광원으로 널리 사용되고 있는 형광램프는 모든 색상이 가능하며 색재현성이 우수하다. 그러나, 형광램프의 구동에 있어서 인버터(inverter)의 사용이 필수적이며, 에너지의 소모가 크고, 방전가스로서 수은을 사용하고 있어 환경문제를 야기시키고 있다. 따라서 소형 액정표시장치의 형광램프를 백색 발광 다이오드로 대체함으로서, 무수은 초절전형 초박막형 백라이트가 가능하게 된다. 특히, 정보통신기기의 소형화 추세에 발맞추어 핸드폰과 같은 소형 디스플레이의 백라이트로 널리 사용되고 있다. 백색 발광 다이오드는 형광램프에 비해 발광 효율이 높고, 사용소비전력이 적으며, 열적 안정성이 좋은 반도체 소자로서 수명이 길고 응답성이 우수한 특성을 갖는다.

도 1은 종래의 백색 발광 다이오드의 단면도로서, 상기 백색 발광 다이오드는 반사컵(3) 상부에 청색 발광 다이오드 칩(4)이 칩 접착제(5)에 의해 부착되며, 청색 발광 다이오드 칩(4)의 상부는 백색 또는 녹색 및 적색 발광 형광체(10)가 도포된 실리콘 수지(8)로 코팅되며, 음극 리드선(1), 양극 리드선(2), 음극 골드 와이어(6) 및 양극 골드 와이어(7)가 청색 발광 다이오드 칩(4)에 연결되며, 전체적 으로 에폭시 수지(9)로 덮여져 있다.

그러나, 백색 발광 다이오드는 청색 발광 다이오드 칩(4) 위에 코팅시키는 형광체(10)의 코팅 농도 및 코팅 방법에 따라서 다양한 발광 휘도와 발광 스펙트럼을 가지는 백색광이 나타나므로 색재현성이 아주 낮으며, 이 방법으로 백색 발광 다이오드를 만드는 공정은 불량률이 높다는 문제점이 있다. 또한, 종래의 백색 발광 다이오드는 발광 휘도가 증가함에 따라서 백색광의 색좌표가 변화한다는 단점과 이 백색 발광 다이오드는 녹색 및 적색 영역의 발광이 부족하여 총천연색을 구현하지 못하며, 그 제조단가가 높다는 결점을 내포하고 있다.

도 2는 종래의 백색 발광 다이오드를 이용한 백라이트 유닛의 구조도로서, 반사판(13), 도광판(12) 및 확산판(11)이 차례로 적층되어 있는 구조로 되어 있으며, 도광판(12)의 일측에는 백색 발광 다이오드(15a)가 부착되어 있다. 백색 발광 다이오드(15a)에서 나온 빛은 도광판(12)에 의하여 패널 전체에 걸쳐 균일하게 도달한다. 도광판(12)은 도광판 전체가 빛을 균일하게 표현하기 위해 도광판(12) 뒷면에 백색 발광 다이오드(15a)로부터의 거리를 고려해서 설계된 특별한 패턴 처리가 되어 있다.

그러나, 상기 종래의 백라이트 유닛은 종래의 백색 발광 다이오드를 사용하기 때문에 상술한 바와 같은 문제점을 내포하고 있다.

도 3은 종래의 청색 발광 다이오드 및 형광판을 이용한 백라이트 유닛의 구조도로서, 청색 발광 다이오드(15b)와 도광판(12)과 녹색 및 적색 발광 형광체가 코팅된 녹색 및 적색 발광 형광판(16)이 도광판(12) 상면에 부착되어 있다.[대한민 국 특허출원 제10-2000-0047232호].

그러나, 도광판(12) 윗면에 부착된 형광판(16)은 도광판(12) 내부의 광선의 진로를 변화시키기 때문에 도광판(12)의 원래 기능을 상실하게 되며, 빛의 균일도가 저하된다는 물리적 한계를 내포하고 있다. 또한, 두 가지 형광체를 혼합하여 사용하기 때문에 두 형광체간의 상호 광흡수 작용으로 형광체의 발광 휘도가 떨어지게 된다.

또 다른 백라이트 유닛으로서는, 도광판(12)의 패턴에 형광체가 도포된 백라이트 유닛이다[대한민국 실용신안출원 제20-1996-0663200호].

그러나, 도광판 패턴 속에 형광체를 도포하는 기술적 어려움 및 도광판(12) 패턴 속의 형광체가 도광판(12) 내부의 굴절 경로를 변형시킴으로서 균일한 백색광 구현이 어려워진다는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 액정표시장치의 백색 발광하는 백라이트의 제조시, 제조원가 및 불량률이 낮고, 색안정성 및 연색성이 우수하고, 균일도가 높은 백색 광원을 제공하는 백라이트 유닛을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

특히, 본 발명은 고가의 종래 백색 발광 다이오드를 저가의 청색 또는 근자외선 발광 다이오드로 대체하고, 종래의 도광판, 확산판, 반사판, 형광체와 일체화하여 백라이트를 구성함으로서 종래의 백라이트에 사용된 백색 발광 다이오드의 조립공정을 그대로 유지하면서 도광판, 확산판, 반사판의 고유 기능에 왜곡을 주지 않으며, 낮은 생산비로 제조할 수 있게 하며, 백색 광원의 색저현성이 우수하고, 천연색을 모두 갖춘 연색성이 높은 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 의한 백라이트 유닛은, 발광 다이오드, 발광 다이오드 일측에 설치된 도광판, 도광판 하부에 설치된 반사판 및 도광판 상부에 설치된 확산판을 구비하는 백라이트 유닛에 있어서, 상기 도광판과 확산판은 서로 이격되어 그 사이에 형성되는 공기층이 형성되고 상기 확산판 하면과 반사판 상면 중 어느 한 면에 형광체층이 형성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 도광판과 확산판 사이에 저굴절률 물질층이 형성되고, 상기 확산판 하면과 도광판 반사판 상면 중 어느 한 면에 형광체층이 형성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 확산판은 투명 수지에 형광체가 충진되어 형광체와 확산판의 역할을 하는 형광판으로 형성됨을 특징으로 한다.

이하에서는, 본 발명에 의한 발광 다이오드 및 형광체를 이용한 백라이트 유닛에 대한 실시예를 첨부도면을 통하여 상세히 설명한다.

<실시예 1>

도 4는 본 발명의 일실시예로서의 백라이트 유닛의 단면도이다. 상기 백라이트 유닛은 발광 다이오드(15), 발광 다이오드(15) 일측에 설치된 도광판(12), 도광 판(12) 하부에 설치된 반사판(13), 하면에 형광체층(30)이 형성된 확산판(11) 및 도광판(12)과 확산판(11)은 서로 이격되어 그 사이에 형성된 공기층(31)으로 구성되어 있다.

상기 백라이트 유닛은 백색광을 제공하기 위하여, 상기 발광 다이오드(15)는 420 내지 470nm 영역의 청색 발광 다이오드를 사용하며, 상기 형광체층(30)은 YAG(Y₃Al₅O₁₂) 계열의 황색 발광 형광체로 이루어지거나 또는 화학식 Sr_xBa_yCa_zSiO₅:Eu(여기서 0 ≤ x ≤ 3, 0 ≤ y ≤ 3, 0 ≤ z ≤ 3, x+y+z=3 임)로 표기되는 형광체로 이루어지거나 또는 녹색 및 적색 발광 형광체로 이루어진다. 또한, 상기 발광 다이오드(15)는 350 내지 420nm 영역의 근자외선 발광 다이오드를 사용할 수 있으며, 이때 형광체층(30)은 백색 발광 형광체로 이루어진다.

즉, 420 내지 470nm 영역의 청색 발광 다이오드로부터 발생되는 청색 광원을 확산판 하면에 형성된 YAG 계열의 황색 발광 형광체층 또는 화학식 Sr_xBa_yCa_zSiO₅:Eu(여기서 0 ≤ x ≤ 3, 0 ≤ y ≤ 3, 0 ≤ z ≤ 3, x+y+z=3 임)로 표기되는 형광체로 이루어진 형광체층 또는 녹색 및 적색 발광 형광체층에 여기되어 백색광이 제공되거나, 350 내지 420nm 영역의 자외선 발광 다이오드로부터 발생되는 자외선 광원을 확산판 하면에 형성된 백색 발광 형광체층에 여기되어 백색광이 제공된다.

상기 도광판(12)은 발광 다이오드(15) 일측에 설치되며, 도광판(12)은 도광판(12) 전체가 빛을 균일하게 표현하기 위하여 발광 다이오드(15)로부터의 거리를 고려하여 도광판(12) 하부에 특별한 패턴 처리가 되어 있다.

상기 도광판(12)은 종래의 PMMA(polymethymeth-acrylate) 재질을 사용할 수도 있지만, 청색 가시광선 및 근자외선에 쉽게 퇴화 하지 않으며 청색 가시광선 및 근자외선의 투과율이 우수한 투명 아크릴 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 반사판(13)은 도광판(12) 하부에 설치되며, 아크릴 판에 알루미늄과 티타늄이 코팅되어 도광판(12)에서 굴절된 광원을 반사시켜서 다시 도광판(12)으로 진입시켜 확산판(11)으로 향하게 하는 역할을 한다.

상기 도광판(12)과 확산판(11) 서로 이격되어서 그 사이에 공기층(31)이 형성되어 있다. 상기 공기층(31)은 확산판(11)이 도광판(12) 상부 표면 내부에서 광선의 전반사 현상에 영향을 미치지 않도록 하여 도광판(12) 내부의 난반사를 유도함으로서 도광판(12)의 원래 기능인 빛의 균일도를 향상시키고자 하는 것이다.

상기 공기층(31)의 두께는 100 내지 5,000㎚인 것이 바람직하다. 공기층(31)의 두께가 100㎚ 미만이면 공기층(31)의 두께가 얇기 때문에 도광판(12) 내부의 난반사를 유도할 수 없으며, 5,000㎚를 초과하면 공기층(31)의 두께가 두꺼워 공기층(31)과 형광체층(30) 경계에서의 전반사 현상으로 빛이 공기층(31) 밖으로 빠져나가기 때문에 발광 휘도가 낮게 나타날 수 있다.

공기층(31)을 형성하기 위한 일실시예는 확산판(11)과 도광판(12) 사이에 상기 두께의 얇은 투명 테이프 등의 스페이서를 구비하는 것이 제시될 수 있다.

상기 확산판(11) 하면에는 형광체층(30)이 형성되어 있다. 형광체층은 상술한 바와 같이 발광 다이오드(15)의 종류에 따라서 YAG 계열의 황색 발광 형광체 또 는 화학식 Sr_xBa_yCa_zSiO₅:Eu(여기서 0 ≤ x ≤ 3, 0 ≤ y ≤ 3, 0 ≤ z ≤ 3, x+y+z=3 임)로 표기되는 형광체 또는 녹색 및 적색 발광 형광체 또는 백색 발광 형광체로 이루어진다.

상기 확산판(11)은 종래의 PET(polyethylene terephthalate) 재질을 사용할 수도 있지만, PET와 광학적 특성이 유사하며 청색 가시광선 및 근자외선에 쉽게 퇴화되지 않으며 청색 가시광선 및 근자외선의 투과율이 우수한 투명 아크릴 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 형광체층(30)은 투명 수지 용액을 사용하여 확산판(11) 하면에 코팅된다. 이때, 상기 투명 수지 용액은 확산판의 재질과 같은 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 형광체층(30)은 형광체(10)를 투명 수지 용액 대비 10 내지 80%로 하여 혼합한 후, 스프레이(spray)를 이용하여 확산판(11) 하면에 분무하여 형광체(10)가 균일하게 도포되어 형성된다. 형광체(10)가 10중량% 미만이면 형광체(10)의 양이 적어 형광체(10)의 역할을 할 수 없으며, 80중량%를 초과하면 투명 수지 용액의 양이 상대적으로 적기 때문에 확산판(11) 하면에 형광체(10)와 투명 수지가 코팅되지 않을 수 있다. 상기 형광체(10)와 투명 수지 용액의 혼합액의 균일한 분산을 위하여 혼합액의 중량비에 대하여 5% 정도의 분산제(disperser)를 첨가하며, 또한 분무시 충분한 점도를 유지하기 위하여 혼합액의 중량비에 대하여 10% 정도의 신나(thinner)를 첨가하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 형광체층(30)은 스핀 코팅(spin coating) 방법에 의해 형성될 수 있으며, 상기 형광체(10), 투명 수지 용액 및 첨가제의 농도는 전술한 분무 코팅 방법과 동일하게 적용된다.

상기 형광체층(30)의 두께는 500 내지 50,000㎚인 것이 바람직하다. 형광체층(30)의 두께가 500㎚ 미만이면 형광체(10)의 양이 부족하여 발광 다이오드(15)의 광원이 충분히 형광체(10)를 여기하지 못하기 때문에 형광체(10)의 발광양이 부족하여 발광 휘도가 낮게 나타날 수 있으며, 형광체층(30)의 두께가 50,000㎚를 초과하면 발광 다이오드(15)의 광원과 형광체(10)에 여기된 광원이 형광체층(30)을 투과하는 과정에서 재흡수되어 외부로 방출되지 못하기 때문에 발광 휘도가 낮게 나타날 수 있다.

본 발명에서 적용 가능한 상기 YAG 계열의 황색 형광체는 청색 영역의 에너지를 흡수하여 백색을 발광하는 모든 형광체를 말하며, YAG 계열의 황색 형광체의 바람직한 예는 화학식 (Y_1-xGd_x)₃(Al_1-yGa_y)₅O₁₂:Ce³⁺(여기서 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 임)로 표기되는 형광체 등이다.

본 발명에서 적용 가능한 청색 및 녹색 형광체는 청색 영역의 에너지를 흡수하여 백색을 발광하는 모든 형광체를 말하며, 청색 및 녹색 형광체의 바람직한 예는 화학식 YAG:Ce + 4MgO·GeO₂:Mn, YAG:Ce + 6MgO·As₂O₅:Mn⁴⁺, YAG:Ce + 0.5MgF₂·GeO₂:Mn⁴⁺ 및 SrGa₂S₄:Eu + Y₂O ₃:Eu, ZnS:Cu,Al + ZnCdS:Ag, SrGa₂S₄:Eu + ZnCdS:Ag,Cl로 표기되는 형광체 등이며, 이 형광체들의 혼합 형광체도 가능하다.

본 발명에서 적용 가능한 백색 발광 형광체는 근자외선 영역의 에너지를 흡수하여 백색을 발광하는 모든 형광체를 말하며, 단일 물질로 이루어진 백색 발광 형광체의 바람직한 예는 화학식 Sr_xBa_yCa_zMgSi₂O₈:Eu,Mn, Sr_xBa_yCa_zMgSi₂O₈:Eu(여기서 0 ≤ x ≤ 3, 0 ≤ y ≤ 3, 0 ≤ z ≤ 3, x+y+z=3 임), Sr_xBa_yCa_zMgSi₂O₇:Eu,Mn, Sr_xBa_yCa_zMgSi₂O₇:Eu, Sr_xBa_yCa _zMgSi₂O₄:Eu(여기서 0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ y ≤ 2, 0 ≤ z ≤ 2, x+y+z=2 임), Sr_xBa_yCa_zMg(SiO₂)₄Cl₂:Eu,Mn, Sr_xBa_yCa_zMg(SiO₂)₄Cl₂:Eu(여기서 0 ≤ x ≤ 8, 0 ≤ y ≤ 8, 0 ≤ z ≤ 8, x+y+z=8 임)로 표기되는 형광체 등이다. 또한, 2종 이상의 형광체를 혼합하여 백색을 제공하는 형광체의 바람직한 예는 화학식 Sr_xBa_yCa_zMgSi₂O₈:Eu(여기서 0 ≤ x ≤ 3, 0 ≤ y ≤ 3, 0 ≤ z ≤ 3, x+y+z=3 임) + Sr_xBa_yCa_zMgSi₂O₄:Eu(여기서 0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ y ≤ 2, 0 ≤ z ≤ 2, x+y+z=2 임), BaMgAl₁₄O₂₃:Eu + SrGa₂S₄:Eu + Y₂O₃:Eu, ZnS:Ag + ZnS:Cu, Al + ZnCdS:Ag, ZnS:Ag + SrGa₂S₄;Eu + ZnCdS:Ag 및 Ca₁₀(PO₄)₆Cl ₂:Eu²⁺ + YAG:Ce로 표기되는 형광체 등이며, 이 형광체들의 혼합 형광체도 가능하다.

<실시예 2>

도 5는 본 발명의 일실시예로서의 백라이트 유닛의 단면도이다. 상기 백라이트 유닛은 발광 다이오드(15), 발광 다이오드(15) 일측에 설치된 도광판(12), 상면 에 형광체층(30)이 형성된 반사판(13), 확산판(11) 및 도광판(12)과 확산판(11)은 서로 이격되어 그 사이에 형성된 공기층(31)으로 구성되어 있다.

상기 실시예에 의한 백라이트 유닛은 형광체층(30)이 확산판(11) 하면에 형성되어 있지 않고, 도광판(12) 하부에 설치된 반사판(13)의 상부에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 청색 발광 다이오드와 YAG 계열의 황색 발광 형광체층을 사용한 백라이트 유닛을 예로 들어 설명하면, 청색 발광 다이오드로부터 나오는 청색 광원이 도광판(12)에 입사하여, 청색 광원의 절반 가량은 도광판(12) 상부로 바로 굴절하며, 청색 광원의 또 다른 절반 가량은 도광판(12) 하부로 굴절하여 반사판(13) 상면에 형성된 YAG 계열의 황색 발광 형광체층에 의해 황색으로 전환된 후 반사판(13)에 반사되어 다시 도광판(12) 상부로 진입하며, 최종적으로 도광판(12) 상부에서 청색과 황색이 혼합되어 백색광이 구현된다.

상기 반사판(13) 상부에 형성된 형광체층(30)의 바람직한 두께는 전술한 바와 같은 500 내지 50,000㎚이며 또한, 상기 백라이트의 다른 구성요소들도 전술한 바와 마찬가지이다.

<실시예 3>

도 6은 본 발명의 일실시예로서의 백라이트 유닛의 단면도이다. 상기 백라이트 유닛은 발광 다이오드(15), 발광 다이오드(15) 일측에 설치된 도광판(12), 도광판(12) 하부에 설치된 반사판(13), 하면에 형광체층(30)이 형성된 확산판(11) 및 도광판과 확산판 사이에 형성된 저굴절률 물질층(32)으로 구성되어 있다. 물론, 상 기 확산판(11) 하면에 형성된 형광체층(30)은 도광판(12) 하부에 설치된 반사판(13)의 상면에 형성될 수도 있다.

상기 저굴절률 물질층(32)은 도광판(12) 재질의 굴절률 1.5보다 적은 물질로서 전술한 공기층(31)과 동일한 역할을 하며, 스핀 코팅 방법에 의해 도광판(12) 상면에 균일하게 도포되어 형성된다.

상기 저굴절률 물질층(32)의 구성 물질은 에어로젤(aerogel)이 바람직하다. 상기 에어로젤은 규소 산화물(SiO₂)로 이루어진 미세한 실이 얽혀진 형태로서, 실과 실 사이에는 공기 분자가 들어 있는데 전체 부피의 98%를 공기가 차지하고 있다. 따라서 에어로젤의 굴절률은 공기와 유사한 1.1으로서 공기층(31)을 대신할 수 있다.

상기 에어로젤의 바람직한 두께는 전술한 공기층(31)의 두께인 100 내지 5,000㎚와 같으며, 상기 백라이트의 다른 구성요소들도 전술한 바와 마찬가지이다.

<실시예 4>

도 7은 본 발명의 다른 일실시예로서의 백라이트 유닛의 단면도이다. 상기 백라이트 유닛은 발광 다이오드(15), 발광 다이오드(15) 일측에 설치된 도광판(12), 도광판(12) 하부에 설치된 반사판(13), 투명 수지에 형광체(10)가 충진되어 형광체(10)와 확산판(11)의 역할을 하는 형광판(33) 및 도광판(12)과 형광판(33)은 서로 이격되어 그 사이에 형성된 공기층(31)으로 구성되어 있다. 물론, 상기 공기층(31) 대신에 저굴절률 물질층(32)이 형성될 수도 있다.

상기 실시예에 의한 백라이트 유닛은 별도의 형광체층(30)을 형성시키지 않고, 투명 수지에 형광체(10)를 충진시켜 형광판(33)을 형성함으로서, 확산판(11)의 역할과 형광체(10)의 역할을 동시에 할 수 있는 형광판(33)이 구비되는 것을 특징으로 한다. 더욱 바람직하게는 상기 형광체(10)가 충진된 형광판(33) 상부에 별도의 확산판(11)을 구비시켜 확산판(11)의 원래 역할을 강화시킬 수 있다.

상기 백라이트 유닛의 다른 구성요소들은 전술한 바와 같다.

이하에서는, 상술한 본 발명의 일실시예를 적용하여 제작된 백라이트의 발광 및 색 균일도 스펙트럼에 대하여 첨부도면을 통하여 상세히 설명한다.

도 8는 공기층 또는 저굴절률 물질층의 두께에 따른 발광과 색 균일도의 스펙트럼이다. 좌측은 종래의 백라이트의 발광 휘도를 100으로 하였을 때, 공기층(○) 또는 저굴절률 물질층(●)을 형성한 백라이트의 발광 휘도이며, 우측은 종래의 백라이트의 색 균일도를 100으로 하였을 때, 공기층(○) 또는 저굴절률 물질층(●)을 형성한 백라이트의 색 균일도이다. 상기 공기층 또는 저굴절률 물질층의 두께는 청색, 황색 및 적색의 파장과 유사한 400 내지 700㎚에서 발광 휘도 및 색 균일도가 저하됨을 보여 준다.

도 9는 확산판 하면에 형성된 형광체층과 반사판 상면에 형성된 형광체층의 두께에 따른 발광 스펙트럼이다. 좌측 및 우측은 종래의 백라이트의 발광 휘도를 100으로 했을 때, 확산판의 하면에 형광체층을 형성한 백라이트의 발광 휘도(■)이며, 반사판의 상면에 형광체층을 형성한 백라이트의 발광 휘도(□)이다. 상기 형광체층의 두께가 15,000 내지 20,000㎚일 때 최적의 발광휘도를 나타내며, 특히 반사판 상면에 형성된 형광체층은 도광판 상면에 형성된 형광체층에 비해 형광체층의 두께에 의한 발광 휘도의 변화에 덜 민감함을 보여 준다.

도 10은 본 발명인 청색 발광 다이오드와 YAG 계열의 황색 발광 형광체를 이용한 백라이트 유닛을 사용하여 제작된 백라이트의 발광 스펙트럼과 종래의 백색 발광 다이오드를 사용한 백라이트 발광 스팩트럼이다. 본 발명의 발광 휘도는 종래의 백색 발광 다이오드를 사용한 백라이트의 백색광과 유사함을 보여 준다. 따라서 본 발명은 제조단가가 낮은 청색 발광 다이오드를 이용하기 때문에 제조단가가 높은 백색 발광 다이오드를 대체할 수 있음을 알 수 있다.

도 11은 본 발명인 자외선 발광 다이오드와 백색 발광 형광체를 이용한 백라이트 유닛을 사용하여 제작된 백라이트의 발광 스펙트럼이다. 본 발명의 백라이트 유닛은 종래의 백라이트 유닛이 제공하지 못하는 적색 영역을 제공함을 보여주며, 또한 우수한 연색성을 가진 백색광이 구현됨을 보여 준다. 여기서, 종래의 백라이트 유닛의 연색지수는 82%이며, 본 발명은 88% 정도이다.

도 12는 본 발명인 청색 발광 다이오드와 YAG 계열의 황색 발광 형광체를 이용한 백라이트 유닛의 확산판 상부의 위치분포에 따른 발광 휘도 수치이다. 도 12에 도시된 수치는 최고 밝은 곳의 발광 휘도를 100으로 하였을 때의 상대적 밝기를 나타내며, 본 발명의 색 균일도는 종래의 백색 발광 다이오드를 사용한 백라이트와 유사함을 보여 준다. 여기서, 종래의 백라이트 유닛은 색 균일도는 95%이며, 본 발명은 91% 정도이다.

이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 발광 다이오드와 형광체를 이용한 백라이트 유닛은 공기층 또는 저굴절률 물질층을 구비하여 백색광의 색재현성이 매우 우수하며, 확산판과 형광체 또는 반사판과 형광체가 일체화됨으로서 부품별 조립시 생기는 부가적인 문제점이 생기지 않으며, 종래의 백색 발광 다이오드의 높은 제조 단가와 불량률에 따른 경제적 손실을 개선할 수 있으며, 또한 본 발명에 의한 백라이트 유닛을 사용한 백라이트는 낮은 제조 단가와 발광 휘도와 색 균일도가 높기 때문에 선명도가 높은 칼라 동영상의 구현이 가능하다.

Claims

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발광 다이오드, 발광 다이오드 일측에 설치된 도광판, 도광판 하부에 설치된 반사판 및 도광판 상부에 설치된 확산판을 구비하는 백라이트 유닛에 있어서,

상기 도광판과 확산판 사이에 저굴절률 물질층이 형성되고,

상기 확산판 하면과 반사판 상면 중 어느 한 면에 형광체층이 형성됨을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
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제 2항에 있어서,

상기 형광체층은 형광체와 투명 수지 용액으로 코팅된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제 6항에 있어서,

상기 형광체층은 두께가 500 내지 50,000㎚인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제 2항에 있어서,

상기 저굴절률 물질층은 에어로젤로 이루어진 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제 8항에 있어서,

상기 저굴절률 물질층은 두께가 100 내지 5,000㎚인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제 2항에 있어서,

상기 발광 다이오드는 420 내지 470nm 영역의 청색 발광 다이오드이며, 상기 형광체는 YAG계열의 황색 형광체 및 Sr_xBa_yCa_zSiO₅:Eu(여기서 0 ≤ x ≤ 3, 0 ≤ y ≤ 3, 0 ≤ z ≤ 3, x+y+z=3 임) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제 2항에 있어서,

상기 발광 다이오드는 420 내지 470nm 영역의 청색 발광 다이오드이며, 상기 형광체는 녹색 및 적색 발광 형광체인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제 2항에 있어서,

상기 발광 다이오드는 350 내지 420nm 영역의 근자외선 발광 다이오드이며, 상기 형광체는 백색 발광 형광체인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제 10항에 있어서,

상기 YAG계열의 황색 형광체는 화학식 (Y_1-xGd_x)₃(Al_1-yGa_y)₅O₁₂:Ce³⁺(여기서 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 임)로 표기되는 형광체인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제 11항에 있어서,

상기 녹색 및 적색 발광 형광체는 화학식 YAG:Ce + 4MgO·GeO₂:Mn, YAG:Ce + 6MgO·As₂O₅:Mn⁴⁺, YAG:Ce + 0.5MgF₂·GeO₂:Mn⁴⁺, SrGa₂S₄:Eu + Y₂O₃:Eu, ZnS:Cu,Al + ZnCdS:Ag 및 SrGa₂S₄:Eu + ZnCdS:Ag,Cl로 표기되는 형광체 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제 12항에 있어서,

상기 백색 발광 형광체는 화학식 Sr_xBa_yCa_zMgSi₂O₈:Eu,Mn, Sr_xBa_yCa_zMgSi₂O₈:Eu(여기서 0 ≤ x ≤ 3, 0 ≤ y ≤ 3, 0 ≤ z ≤ 3, x+y+z=3 임), Sr_xBa_yCa_zMgSi₂O₇:Eu,Mn, Sr_xBa_yCa_zMgSi₂O₇:Eu, Sr_xBa_yCa_zMgSi ₂O₄:Eu(여기서 0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ y ≤ 2, 0 ≤ z ≤ 2, x+y+z=2 임), Sr_xBa_yCa_zMg(SiO₂) ₄Cl₂:Eu,Mn, Sr_xBa_yCa_zMg(SiO₂)₄Cl₂:Eu(여기서 0 ≤ x ≤ 8, 0 ≤ y ≤ 8, 0 ≤ z ≤ 8, x+y+z=8 임), Sr_xBa_yCa_zMgSi₂O₈:Eu(여기서 0 ≤ x ≤ 3, 0 ≤ y ≤ 3, 0 ≤ z ≤ 3, x+y+z=3 임) + Sr_xBa_yCa_zMgSi₂O₄:Eu(여기서 0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ y ≤ 2, 0 ≤ z ≤ 2, x+y+z=2 임), BaMgAl₁₄O₂₃:Eu + SrGa₂S₄:Eu + Y₂O₃:Eu, ZnS:Ag + ZnS:Cu, Al + ZnCdS:Ag, ZnS:Ag + SrGa₂S₄;Eu + ZnCdS:Ag 및 Ca₁₀(PO₄)₆Cl ₂:Eu²⁺ + YAG:Ce로 표기되는 형광체 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.