KR102177907B1 - 퀀텀 도트 광변환부를 포함하는 백라이트 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 퀀텀 도트 광변환부를 포함하는 광원 패키지 및 백라이트 유닛에 관한 발명으로, 일 측면에서 본 발명은, 광원부의 광원의 빛을 퀀텀 도트 광변환부로 반사시키는 반사부와, 입사된 빛을 다른 파장 대역의 빛으로 변환하여 출사시키는 퀀텀 도트 광변환부를 포함하는 광원 패키지를 제공한다.

Description

퀀텀 도트 광변환부를 포함하는 백라이트 유닛{BACKLIGHT UNIT COMPRISING QUANTOM DOT LIGHT CONVERSION PHOTOLUMINESCENCE}
본 발명은 퀀텀 도트 광변환부를 포함하는 광원 패키지 및 백라이트 유닛에 관한 것이다.
일반적으로 발광 다이오드(light emitting diode, 이하 LED라 함)라 함은 GaAs, AlGaAs, GaN, InGaN 및 AlGaInP등의 화합물 반도체(compound semiconductor) 재료의 변경을 통해 발광원을 구성함으로써 다양한 색을 구현할 수 있는 반도체 소자를 말한다.
이러한 LED 패키지는 액정표시장치(Liquid Crystal Display) 의 백라이트 유닛(back light unit)으로 사용될 수 있으며, 이외에도 조명장치, 헤드라이트 등에도 사용될 수 있다. LED 패키지와 같은 발광 패키지는 발광 효율이 중요하며, LED 패키지를 생산함에 있어서 발광 효율을 높이는 기술이 중요하게 요구되고 있다.
최근 액정표시장치의 색 재현율을 높이기 위해, 광원으로 통상의 백색 LED를 대체하여 청색 LED를 이용하고, 발광 효율을 높이기 위해 별도의 광 변환수단인 퀀텀 도트(quantum dot)를 포함하는 백라이트 유닛을 구비한 액정표시장치가 제시되고 있으나, 색 재현율을 높이기 위해 전술한 퀀텀 도트를 이용하는 경우, LED에서 발산하는 열에 의한 퀀텀 도트 부재의 열화가 발생하여 고휘도 구현에 불리하며, 제조비용이 증가하는 단점이 있어 이를 해결하기 위한 방안이 필요하다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 백라이트 유닛을 구성하는 구성 요소 중에서 백색광으로 변환하는 퀀텀 도트 부재와 발광 다이오드를 이격시켜 퀀텀 도트 부재의 열화를 방지하고자 한다.
또한 백라이트 유닛을 구성하는 다수의 광원들의 열은 차단하되 이들 광원들의 빛이 퀀텀 도트 부재에 입사시키기 위한 반사부를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은, 광원부의 광원의 빛을 퀀텀 도트 광변환부로 반사시키는 반사부와, 입사된 빛을 다른 파장 대역의 빛으로 변환하여 출사시키는 퀀텀 도트 광변환부를 포함하는 광원 패키지를 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명은, 광원부의 광원의 빛을 퀀텀 도트 광변환부로 반사시키는 반사부와, 입사된 빛을 다른 파장 대역의 빛으로 변환하여 출사시키는 퀀텀 도트 광변환부, 퀀텀 도트 광변환부에서 출사된 백색 광을 액정 표시 패널로 조사하는 도광판을 포함하는 백라이트 유닛을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 백라이트 유닛을 구성하는 광원의 발광 효율을 높이는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면 청색광 발광 다이오드의 빛을 백색으로 변환하는 퀀텀 도트 부재를 발광 다이오드와 이격시켜 형성하여 퀀텀 도트 부재의 열화를 방지하여 신뢰성을 높이는 효과가 있다.
또한, 퀀텀 도트 부재를 표시장치의 전면에 부착하지 않고 발광 다이오드의 크기에 비례하여 형성하므로 퀀텀 도트 부재의 크기를 줄이면서도 백색광 변환 효과를 유지하여 제조 단가를 낮추는 효과가 있다.
도 1은 실시예들에 따른 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display Device, 100)의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 실시예들에 따른 직하 방식과 에지 방식의 백라이트 유닛(120)을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 청색 LED와 QD 재료를 결합한 경우의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 이용되는 퀀텀 도트의 구조를 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 이용되는 퀀텀 도트가 백라이트 유닛과 결합하는 구조를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 백라이트 유닛에 장착된 광원 패키지를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 도 7의 광원 패키지의 단면도를 도시한 도면이다.
도 9는 도 8의 단면도 상에서 빛의 경로를 검은 선으로 표시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 다각형의 반사부가 구성된 광원 패키지의 구성을 보여준다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 곡면 형상의 반사부가 구성된 광원 패키지의 구성을 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 반사부에 돌출된 반사 돌기들이 형성된 광원 패키지의 구성을 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 의한 프리즘 형상의 반사부가 결합된 광원 패키지의 구성을 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 의한 투명 원형의 반사부가 결합된 광원 패키지의 구성을 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 의한 광원 패키지 내의 온도를 도시한 도면이다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 반사부의 각 실시예에 따라 휘도를 측정한 결과를 도시한 도면이다.
도 18은 도 8과 같은 반사부를 사용하는 경우의 스크린 휘도를 측정한 결과를 도시한 도면이다.
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 의한 광원부와 퀀텀 도트 광변환부의 구성을 도시한 도면이다.
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 실시예들에 따른 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display Device, 100)의 구조를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 실시예들에 따른 액정 표시 장치(100)는, 화상을 표시하는 액정 표시 패널(Liquid Crystal Display Panel, 110), 액정 표시 패널(110)로 광을 조사하는 백라이트 유닛(BLU: Backlight Unit, 120), 액정 표시 패널(110)을 구동하기 위한 구동회로 유닛(Driving Circuit Unit, 130) 및 각 구성 요소를 하나로 체결하기 위한 섀시 유닛(Chassis Unit, 140) 등을 포함한다.
전술한 액정 표시 패널(110)은, 간략하게 설명하면, 박막트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor, 이하, "TFT"라 함)가 형성된 TFT-어레이 기판(111)과 컬러필터(CF: Color Filter)가 형성된 컬러필터 기판(112)이 일정한 간격(Cell Gap)만큼 이격 되고, TFT-어레이 기판(111)과 컬러필터 기판(112) 사이에 액정이 주입된 구조로 되어 있다.
전술한 구동회로 유닛(130)은, 액정 표시 패널(110)을 동작시키기 위한 여러 개의 드라이버 집적회로(Driver IC)와 각종 회로 소자가 부착된 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board) 등으로 구성된다.
여기서, 여러 개의 드라이버 집적회로는, 적어도 하나의 게이트 드라이버 집적회로(Gate Driver IC)와 적어도 하나의 데이터 드라이버 집적회로(Data Driver IC)를 포함한다.
이러한 여러 개의 드라이버 집적회로는 TFT-어레이 기판(111)에 연결된다. 드라이버 집적회로를 TFT-어레이 기판(111)에 연결하는 방법으로서, 드라이버 집적회로가 필름(Film) 위에 실장되어 TAB(Tape Automated Bonding) 기술을 이용하는 TCP(Tape Carrier Package) 실장 방식, 드라이버 집적회로가 TFT-어레이 기판(111)에 형성된 본딩 패드(Bonding Pad) 직접 연결되는 COG(Chip On Glass) 실장 방식 등이 있고, 이뿐만 아니라, 드라이버 집적회로와 TFT-어레이 기판(111)를 전기적으로 연결해주기만 하면 그 어떠한 방식도 가능하다.
전술한 구동회로 유닛(130)은 여러 개의 드라이버 집적회로를 제어하기 위한 전기신호를 생성하고 외부로부터 입력된 디지털 데이터 신호를 제어하는 타이밍 컨트롤러(Timing Controller) 등을 포함한다.
전술한 백라이트 유닛(120)은, 광원장치(Light Source Device)를 이용하여 밝기가 균일한 면광원을 형성하고 이를 액정 표시 패널(110)로 제공해준다.
본 명세서에 기재한 실시예들에서 광원장치는, 일 예로, 발광다이오드(LED: Light Emitting Diode, 이하 "LED"라 함) 칩을 광원으로서 이용한다.
전술한 백라이트 유닛(120)은, 광원장치의 설치 방법에 따라, 직하(Direct) 방식 BLU(Backlight Unit)일 수도 있고, 에지(Edge) 방식의 BLU일 수도 있다.
도 2는 실시예들에 따른 직하 방식과 에지 방식의 백라이트 유닛(120)을 나타낸 도면이다.
도 2의 291을 참조하면, 백라이트 유닛(120)이 직하 방식 BLU인 경우, 백라이트 유닛(120)에서 광원장치(200)는 액정 표시 패널(110)의 아래 쪽에 촘촘하게 위치하여 액정 표시 패널(110)로 빛을 조사해준다.
도 2의 292를 참조하면, 백라이트 유닛(120)이 에지 방식의 BLU인 경우, 백라이트 유닛(120)은, 광원장치(200)가 액정 표시 패널(110)의 측면에 위치하며, 도광판(LGP: Light Guide Panel, 210) 및 반사판(220)을 포함한다. 액정 표시 패널(110)의 측면에 위치한 광원장치(200)에서 입사된 빛은 도광판(210)을 따라 반사판(220)에 의해 반사되면서 액정 표시 패널(110)로 조사된다.
한편, 실시예들에 따른 백라이트 유닛(120)의 광원장치(200)는 광원으로서 LED 칩을 포함한다.
실시예들에 따른 백라이트 유닛(120)의 광원장치(200)는, LED 칩을 사용할 수 있는데, 이 경우 고색 재현을 위해 퀀텀 도트(Quantum dot, 양자점, 이하 QD라 함) 부재를 사용하여 빛을 확산시킬 수 있다.
색재현율을 올리기 위한 백라이트 유닛 기술의 핵심은 백라이트 유닛의 분광 스펙트럼(Spectrum)의 적/녹/청 색(Red/Green/Blue) 피크(Peak)에 해당하는 스펙트럼 반치폭(full width at half maximum, FWHM)을 줄이는 것이다. QD 재료는 나노 크기(Nano Scale)의 재료 입자이기 때문에 종래의 LED 무기물 형광체 보다 발광(Emission) 스펙트럼의 반치폭을 대폭 줄일 수 있다. 즉 녹색의 경우 반치폭이 30nm, 적색의 경우 반치폭 40nm 수준이 될 수 있으며 고색재현 구현이 용이하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 청색 LED와 QD 재료를 결합한 경우의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다. 310은 청색 LED로부터 발광한 스펙트럼의 피크를 지시하며, 320은 녹색 QD를 통하여 발광한 스펙트럼의 피크를 지시하며, 330은 적색 QD를 통하여 발광한 스펙트럼의 피크를 지시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 이용되는 퀀텀 도트의 구조를 도시한 도면이다. 퀀텀 도트는 코어(core)-쉘(shell) 구조로 CdSe/ZnS 나노입자를 사용할 수 있으며, 쉘 외부에 유기 리간드(organic ligand)가 형성된다. 퀀텀 도트의 일 실시예로 코어(410), 쉘(420), 리간드(430)의 구조이며 코어는 CdSe, 쉘은 ZnS, 리간드는 유기 리간드이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 이용되는 퀀텀 도트가 백라이트 유닛과 결합하는 구조를 도시하는 도면이다.
QD 부재를 백라이트 유닛에 적용하는 방식은 앞서 도 2의 291 및 292구조로 나누어 살펴볼 수 있다.
도 5는 도 2의 291과 같은 백라이트 유닛에 적용 가능한 QD 시트(Quantum dote sheet) 방식을 도시한 도면이다. QD 시트(510)는 QD 재료를 레진에 합착하여 백라이트 유닛에 결합하는 광학 시트의 형태로 만들고, 단파장의 청색 LED 광을 이용하여 QD를 여기(Excite)시켜 백색광을 생성할 수 있다.
도 6은 도 2의 292와 같은 백라이트 유닛에 적용 가능한 QD 레일(Quantum dote rail) 방식을 도시한 도면이다. QD 레일(610)은 QD 재료를 글래스 튜브(Glass Tube)안에 넣어 봉지(Sealing)시킨 QD 레일을 청색 LED 어레이(Blue LED Array) 대향면에 위치시켜서 백색광을 생성할 수 있다.
전술한 QD 시트는 고비용이며 QD 레일은 광원에 가까이 있어 열화될 소지가 있다. 즉, QD 시트는 대면적의 표시장치에 백라이트 유닛 시트로 제작 시 표시장치의 크기에 비례하여 가격이 상승한다. 한편, QD 레일은 LED 소자에 가까이 있는 경우 LED 광원으로부터 빛뿐만 아니라 열 에너지를 받게 되며, 이로 인한 QD 재료의 열화가 발생한다. 따라서 QD에 열이 가해질 경우 도 4에 도시한 퀀텀의 코어와 쉘 간의 열팽창의 차이로 인해서 QD 격자가 파괴되며, QD 재료의 열화로 인하여 백라이트 유닛의 휘도 감소 및 색 좌표 변화가 발생할 수 있다.
이에, 본 발명에서는 빛을 변환하는 QD 재료를 LED 광원과 이격시켜 형성한 광원 패키지 및 광원 패키지가 장착된 백라이트 유닛을 제시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 백라이트 유닛에 장착된 광원 패키지를 도시한 도면이다.
광원 패키지(700)는 광원부(710), 반사부(720), 퀀텀 도트 광변환부(730)로 구성된다. 광원부(710)에는 복수의 광원들로 구성되어 있으며, 백라이트 유닛으로 빛을 제공한다. 반사부(720)는 광원부에서 방출되는 빛을 반사시켜 퀀텀 도트 광변환부(730)로 입사시킨다. 퀀텀 도트 광변환부(730)는 반사부(720)로부터 입사된 특정 파장 대역의 빛(제1파장 대역의 빛)을 다른 파장 대역의 빛(제2파장 대역 또는 제3파장 대역의 빛 중 어느 하나 이상의 대역의 빛)으로 변화하여 출사한다. 앞서 살펴본 QD 레일과 같이 막대 형태가 될 수도 있고, QD 시트와 같이 시트의 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 광원부(710)에서 청색광을 발산할 경우, 이 빛은 반사부(720)를 통하여 퀀텀 도트 광변환부(730)로 반사되어 입사된다. 그리고 다시 퀀텀 도트 광변환부(730)에서는 반사되어 입사된 청색광을 녹색광과 적색광으로 변환하여 출사한다. 그 결과 청색광, 녹색광, 적색광을 통하여 백색광이 백라이트 유닛으로 들어가도록 한다. 백색광 발광 다이오드보다 청색광 발광 다이오드를 구비하고 청색광을 적색과 녹색의 파장 대역으로 퀀텀 도트 광변환부(730)를 통하여 백색광으로 변환할 경우 에너지 효율 및 제조 단가 대비 성능비를 높일 수 있다.
청색광, 녹색광, 적색광의 파장 대역은 표시장치에 따라 설정할 수 있다. 일 예로는 도 3에서 제시된 바와 같이 가장 310, 320, 330의 각 피크인 그래프의 가장 낮은 지점을 기준으로 파장 대역을 설정할 수 있다. 도 3을 기준으로 할 경우, 청색광의 파장은 400nm~482nm, 녹색광은 482nm~575nm, 적색광은 575nm~700nm가 될 수 있다. 또 다른 실시예로 각 색상 간의 간섭을 제거하고 보다 명확한 파장 대역을 구현하기 위해 청색광을 400nm~460nm의 파장 대역으로 한정하고, 녹색광을 490nm~560nm의 파장 대역으로 한정하며, 적색광을 551nm~660nm의 파장 대역으로 한정할 수 있다.
각 파장 대역에 대한 정의는 표시장치 및 백라이트 유닛의 특성에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
도 7과 같이 구성하면 광원부(710)와 퀀텀 도트 광변환부(730) 사이에 이격되어 있으며, 광원부(710)의 빛은 퀀텀 도트 광변환부(730)로 반사되어 입사하며, 광원부(710)의 열은 퀀텀 도트 광변환부(730)로 전달되지 않으므로, 퀀텀 도트 광변환부(730)는 광원부(710)의 열로부터 보호되어 퀀텀 도트 광변환부(730)의 손상을 방지할 수 있다. 도 7과 같은 구성에서 복수의 광원이 구비된 광원부(710)의 빛은 반사부(720)에서 반사되어 퀀텀 도트 광변환부(730)로 반사되어 입사되며 이 과정에서 광원부(710)의 제1파장 대역의 빛이 퀀텀 도트 광변환부(730)를 통과하면서 제2파장 대역 또는 제3파장 대역의 빛으로 변환하여 출사한다. 또한 광원부(710)의 열이 퀀텀 도트 광변환부(730)에 직접 전달되지 않고 빛이 반사되는 구성이므로 퀀텀 도트 광변환부(730)의 신뢰성을 보장한다.
도 7의 광원 패키지는 전술한 도 1, 도 5 및 도 6에서 살펴본 도광판(210)과 결합하여 백라이트 유닛을 구성한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 도 7의 광원 패키지의 단면도를 도시한 도면이다. 광원부(710)에서 출사된 빛은 반사부(720)에서 반사하여 퀀텀 도트 광변환부(730)로 입사한다. 광원부(710)와 퀀텀 도트 광변환부(730) 사이에는 열을 차단하는 열차단부(750)가 형성되어 광원부(710)로부터의 열 전달을 차단한다. 열차단부(750)의 재질로는 비금속 물질이 될 수 있다. 퀀텀 도트 광변환부(730)에서 변환된 광은 도광판(210)으로 전달되고, 액정 표시 패널로 입사한다. 한편 퀀텀 도트 광변환부(730)를 보다 상세히 살펴보면 다수의 퀀텀 도트가 분산하여 위치하는 퀀텀 도트층(735)와 퀀텀 도트 상에 위치하며 퀀텀 도트를 공기와 차단시키는 보호층(739)으로 이루어져있다. 보호층(739)는 빛을 변환 없이 투과시키며, 퀀텀 도트층(735)이 공기 또는 열에 노출되지 않도록 하여 퀀텀 도트층(735)의 빛 변환 성능은 유지하며 퀀텀 도트층(735)의 신뢰성은 유지한다.
도 8을 정리하면, 도광판(210) 하단부에 광원부(710)를 위치시키고 광원부(710)는 금속기구물(790)에 부착된다. QD 부재를 일 실시예로 하는 퀀텀 도트 광변환부(730)는 도광판(210)의 일 측면에 부착되며 퀀텀 도트 광변환부(730)와 광원부 사이에는 비금속을 일 실시예로 하는 열차단부(750)가 형성되어 있다. 광원에서 출광된 광은 2개 이상의 경사면이 있는 반사부에서 반사되어 퀀텀 도트 광변환부(730)로 입광된다. 입광된 빛은 퀀텀 도트 광변환부(730)에서 변환되어 도광부(210)로 출사한다.
도 9는 도 8의 단면도 상에서 빛의 경로를 선으로 표시한 도면이다. 광원부(710)에서 형성된 빛은 반사부(720) 내에서 높은 밀도로 반사하며 반사된 빛은 다시 퀀텀 도트 광변환부(730)로 입사한다. 퀀텀 도트 광변환부(730)는 입사된 빛을 다른 파장 대역으로 변환한 후 도광판(210)으로 출사시킨다.
도 9에서 반사부는 2개 이상의 경사각을 가질 수 있다. 즉, 상하 대각선으로 두 개의 반사판과 세로의 반사판을 결합한 반사부(720)는 2 개의 경사각을 가질 수 있으며, 이는 반사 성능을 높이기 위하여 더 많은 수의 반사판을 결합하여 반사부를 형성할 수 있다.
도 7 내지 도 9와 같이 본 발명을 적용할 경우, 백색 변환 PL(White Conversion photoluminescence) 재료인 QD 형광체를 광원의 열로부터 보호하여 QD 형광체의 신뢰성을 확보하면서 표시장치의 전면에 QD 시트를 장착시키는 도 5의 경우와 비교할 때, 가격 경쟁력을 가지는 고색재현 표시장치의 백라이트 유닛을 구현할 수 있다.
도 7 내지 도 9에서는 반사부의 구성으로 두 개의 반사판으로 이루어진 형상을 살펴보았다. 그러나 반사부의 구성은 광원의 빛을 보다 효과적으로 퀀텀 도트 광변환부에 입사시킬 수 있는 다양한 형상을 가질 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 다각형의 반사부가 구성된 광원 패키지의 구성을 보여준다. 반사부는 다수 개의 경사각을 가질 수 있다. 반사부(720a)는 5개의 반사판으로 이루어져 있다. 이는 광원부(710)의 빛을 손실없이 짧은 광 경로를 가지고 퀀텀 도트 광변환부(730)로 입사시키기 위함이다. 반사부(720a)의 반사판들이 형성하는 각도는 광원부(710)의 개수, 광원부(710)의 각도 등에 따라 다양하게 결정될 수 있다. 또한 퀀텀 도트 광변환부(730)의 퀀텀 도트의 밀도와 퀀텀 도트 광변환부(730)의 크기 등에 따라 반사판들의 개수와 각도 역시 결정될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 곡면 형상의 반사부가 구성된 광원 패키지의 구성을 도시한 도면이다. 반사부(720b)는 곡면으로 된 반사판으로 이루어져 있다. 이는 광원부(710)의 빛을 손실없이 짧은 광 경로를 가지고 퀀텀 도트 광변환부(730)로 입사시키기 위함이다. 반사부(720b)의 반사판의 곡률은 광원부(710)의 개수, 광원부(710)의 각도 등에 따라 다양하게 결정될 수 있다. 또한 퀀텀 도트 광변환부(730)의 퀀텀 도트의 밀도와 퀀텀 도트 광변환부(730)의 크기 등에 따라 곡면인 반사판과 평면인 반사판을 결합시킬 수 있으며, 이들의 각도 역시 다양한 방식으로 결정될 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 반사부에 돌출된 반사 돌기들이 형성된 광원 패키지의 구성을 도시한 도면이다. 반사부(720c)에는 다수의 반사 돌기(1210)들이 형성되어 광원부(710)의 빛이 퀀텀 도트 광변환부(730)로 입사되도록 한다. 반사 돌기(1210)의 위치와 형상은 광원부(710)와 퀀텀 도트 광변환부(730)의 위치 및 구성에 따라 다양하게 형성될 수 있다. 반사 돌기(1210)가 형성되면 광원부(710)의 빛이 보다 다양한 경로와 다양한 각도로 퀀텀 도트 광변환부(730)에 입사될 수 있다.
지금까지 살펴본 반사부는 반사판으로 이루어지며, 반사판의 개수, 반사판이 평면인지 혹은 곡면인지 등 다양한 형상을 가지고 있었다. 이하, 반사부의 또다른 실시예로 프리즘과 같은 광학 부재로 형성된 도면을 살펴본다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 의한 프리즘 형상의 반사부가 결합된 광원 패키지의 구성을 도시한 도면이다. 반사부(720d)는 반사면(721)을 가지는 투명한 재질의 프리즘(Prism)형 광학 부재를 사용하여 광원부(710)에서 출광된 빛을 퀀텀 도트 광변환부(730)로 입광 시키는 구조이다. 반사부(720d)는 광원이 입광되는 입광부, 광원이 출광되는 출광부 이외 구간은 반사율이 90% 이상인 구조가 될 수 있다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 의한 투명 원형의 반사부가 결합된 광원 패키지의 구성을 도시한 도면이다. 반사부(720e)는 투명한 재질을 이용한 곡면을 가진 기둥을 이용하는 구조로 곡면(722)은 구면 또는 비구면으로 구성되어 있으며 곡면부는 반사율이 90% 이상인 구조이다.
도 13 및 도 14와 같이 반사판이 아니라 빛을 굴절시키고 반사시키는 프리즘형의 광확 부재로 반사부가 형성될 경우, 후술할 도 17에서 살펴본 바와 같이 휘도가 증가함을 알 수 있다.
지금까지 살펴본 반사부와 퀀텀 도트 광변환부가 결합된 광원 패키지는 광원에서 출사된 특정한 파장 대역의 빛, 예를 들어 청색광을 퀀텀 도트 광변환부를 투과시켜 백색광을 출사시킨다.
즉, 본 발명은 광원부와 도광판으로 구성된 액정 표시장치의 백라이트 유닛 구조에 있어서, 광원부는 도광판의 하단부에 위치하고, 광원부의 상단 도광판의 일 측면에 QD부재를 일 실시예로 하는 퀀텀 도트 광변환부가 위치하여 광원부 정면에서 출광된 광을 퀀텀 도트 광변환부로 반사시키는 반사부를 포함한다. 광원부(발광다이오드)에서 출광된 광을 반사부에서 반사시켜 퀀텀 도트 광변환부로 입광하면 퀀텀 도트를 여기(Excite)시켜 백색 변환(White Conversion)을 시킨다. 본 발명을 적용할 경우, 광원(LED)의 수량을 50% 절감하더라도 핫 스팟(Hotspot)이 발생하지 않아 고효율 패키지(Flip Chip 패키지)등을 고전류 사용하여 LED 수량 감소 시 최적의 솔루션을 제공한다.
도 15는 본 발명의 실시예에 의한 광원 패키지 내의 온도를 도시한 도면이다. 동일한 온도 지점을 연결하였으며, 광원이 있는 지점(710)이 가장 온도가 높으며 외곽부로 나아갈수록 온도가 내려간다. 즉, 광원에서 멀어질수록 온도가 내려간다.
1510은 종래의 QD 레일 방식을 사용하는 경우의 온도를 측정하는 경우이다. QD 레일(610)은 광원(710)과 인접하여 있다. 동일한 온도를 선으로 표시하였으며, 광원(710)을 중심으로 외부로 나아갈수록 온도가 내려간다. 가장 높은 지점인 광원(710)의 온도는 63.1도이며, QD 레일(610)의 온도는 54.1도가 된다. 1510에서 광원부(710)와 같은 온도이거나 온도의 차이가 크지않은 영역에 QD 레일(610)이 포함되어 QD 레일(610)이 열로부터 영향을 직접 받게 됨을 보여준다.
한편, 본 발명의 실시예를 적용한 1520은 광원(710)의 온도가 63.5도이며, 퀀텀 도트 광변환부(730)의 온도가 43.8도이다. 광원(710)을 중심으로 외부로 나아갈수록 온도가 내려간다. 1510의 구조와 비교할 때, 약 10도 정도로 온도가 낮아 퀀텀 도트 광변환부(730)는 열에 의한 성능 저하가 방지됨을 알 수 있다. 이는 광원부(710)의 열원과 퀀텀 도트 광변환부(730)와의 거리를 길어져서 대류, 복사로 인한 열원에서 전달되는 열을 줄여 퀀텀 도트 광변환부(730)의 신뢰성을 향상시킴을 보여준다.
1520에서 광원부(710)의 온도와 퀀텀 도트 광변환부(730)의 온도는 온도의 영역이 매우 상이함을 알 수 있다. 이는 광원부(710)의 열이 퀀텀 도트 광변환부(730)로 전달되지 않으므로, 그만큼 퀀텀 도트 광변환부(730)의 열로 인한 성능 저하가 발생하지 않음을 보여준다.
본 발명을 적용할 경우, 종래의 고색재현 QD 백라이트 유닛의 문제점이었던 열로 인한 신뢰성 문제와 고비용 문제를 동시에 개선할 수 있다. 즉, 종래 QD 레일의 문제점인 열에 의한 신뢰성 문제를 해결하며, 동시에 표시장치 전면에 부착시키는 QD 시트 기술 보다 QD 재료의 소모량이 획기적으로 줄어들기 때문에 비용을 절감할 수 있다. 또한, 광효율로 인하여 LED 수량을 2배 이상 줄일 수 있다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 반사부의 각 실시예에 따라 휘도를 측정한 결과를 도시한 도면이다. 각각 6개의 발광 다이오드를 사용한 경우를 보여준다.
도 16의 1601은 종래의 QD 시트를 사용하는 경우 스크린의 휘도를 나타낸 것으로, 휘도는 4503이다. 6개의 발광 다이오드를 사용할 경우, 1610에 나타난 바와 같이 6개의 핫스팟이 발생함을 알 수 있다. 한편 종래의 QD 시트를 사용할 경우, 1611과 같은 영역은 휘도가 일정함을 알 수 있다.
도 16의 1602는 도 8과 같은 반사부를 사용하는 경우의 스크린의 휘도를 나타낸 것으로, 휘도는 4020이다. QD 시트를 사용한 종래의 기술을 적용한 경우(도 16의 1601)와 비교할 때, 휘도는 약 89.2%이다. 1610에서 나타난 핫스팟은 1620에 나타나지 않는다.
도 16의 1603은 도 9와 같은 반사부를 사용하는 경우의 스크린의 휘도를 나타낸 것으로, 휘도는 4031이다. QD 시트를 사용한 종래의 기술을 적용한 경우(도 16의 1601)와 비교할 때, 휘도는 약 89.5%이다. 1610에서 나타난 핫스팟은 1630에 나타나지 않는다.
도 17의 1701은 도 11과 같은 반사부를 사용하는 경우의 스크린의 휘도를 나타낸 것으로, 휘도는 4012이다. QD 시트를 사용한 종래의 기술을 적용한 경우(도 16의 1601)와 비교할 때, 휘도는 약 89.0%이다. 1610에서 나타난 핫스팟은 1710에 나타나지 않는다.
도 17의 1702는 도 13과 같은 반사부를 사용하는 경우의 스크린의 휘도를 나타낸 것으로, 휘도는 4105이다. QD 시트를 사용한 종래의 기술을 적용한 경우(도 16의 1601)와 비교할 때, 휘도는 약 91.2%이다. 1610에서 나타난 핫스팟은 1720에 나타나지 않는다.
도 17의 1703은 도 14와 같은 반사부를 사용하는 경우의 스크린의 휘도를 나타낸 것으로, 휘도는 4054이다. QD 시트를 사용한 종래의 기술을 적용한 경우(도 16의 1601)와 비교할 때, 휘도는 약 90.0%이다. 1610에서 나타난 핫스팟은 1730에 나타나지 않는다.
도 18은 도 8과 같은 반사부를 사용하는 경우의 스크린 휘도를 측정한 결과를 도시한 도면이다. 도 18은 발광 다이오드를 절반으로 줄인 3개를 사용할 경우의 스크린 휘도를 보여준다. 휘도는 2041이며 종래의 기술을 적용한 경우(도 16의 1601)와 비교할 때, 휘도는 약 45.3%임을 알 수 있다. 1610에서 나타난 핫스팟은 1810에 나타나지 않는다.
도 16 내지 도 18에서 각 실시예 별 휘도를 비교한 결과, 종래의 기술을 적용한 경우(도 16의 1601)와 비교할 때, 휘도는 약 9~11% 감소하지만 핫스팟 현상이 사라짐을 알 수 있다. 또한, 도 18과 같이 발광 다이오드의 개수를 50% 절감할 경우에도 핫스팟이 발생하지 않으므로, 고전류를 사용하여 발광 다이오드의 수량을 감소시킬 경우 백라이트 유닛의 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 구성을 정리하면 다음과 같다. 액정표시장치를 위한 백라이트 유닛을 구성하는 광원부는 발광 다이오드를 일 실시예로 하며, 보다 상세하게 단파장 발광 다이오드가 될 수 있다. 백라이트 유닛의 일 측면의 하단부에 위치하며 하단부의 구조물에 부착된 형태로 구성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 그리고 백라이트 유닛의 동일한 측면의 상단부에 퀀텀 도트 광변환부가 위치한다. 그리고 광원부의 퀀텀 도트 광변환부 사이에는 열을 차단하는 부재가 형성될 수 있다. 또한, 퀀텀 도트 광변환부는 레진 혹은 유리 등으로 보호되어 대기와의 접촉을 방지할 수 있다. 백라이트 유닛의 동일한 측면에 광원부와 퀀텀 도트 광변환부가 나란히 위치하며, 광원부의 빛이 반사부를 통해 반사하여 퀀텀 도트 광변환부로 광이 입사한다. 퀀텀 도트 광변환부는 입사된 광을 여기(excite)시켜 백색 변환을 시킨다. 반사부는 광원부의 빛을 퀀텀 도트 광변환부로 입광시키기 위한 광학 구조로 반사판, 프리즘 등의 광학 부재가 되며 빛의 경로를 변경하여 반사시키는 모든 재료를 포함한다. 일 실시예로 둘 이상의 반사판을 결합하거나, 혹은 곡면인 형상, 또는 프리즘과 같이 투명하며 광경로를 변화시키는 프리즘과 같은 투명한 기둥 형태의 광학 재질을 모두 포함한다.
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 의한 광원부와 퀀텀 도트 광변환부의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 다른 실시예로, 광원부가 백라이트 유닛의 일 측면의 상단부에 위치하며, 동일한 측면의 하단부에 퀀텀 도트 광변환부를 위치시킬 수 있다. 즉, 도 19와 같이 광원부(710)의 위치와 퀀텀 도트 광변환부(730)의 위치가 상하로 바뀔 수 있다. 이는 도광판(210)의 도광 특성과 도광판(210)의 높이 등을 고려할 때 다양하게 적용할 수 본 발명을 변형하여 실시할 수 있음을 의미한다.
따라서, 백라이트 유닛에 광원부와 퀀텀 도트 광변환부를 동일한 측면에 위치시키되 퀀텀 도트 광변환부에 광원부의 열이 전달되지 않도록 하기 위해 반사부를 결합시킨 모든 실시예는 본 발명의 실시예에 해당한다.
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.
100: 액정표시장치 120: 백라이트유닛
200, 710: 광원부 210: 도광판
720: 반사부 730: 퀀텀 도트 광변환부
735: 퀀텀 도트층 739: 보호층
750: 열 차단부

Claims (12)

  1. 입사된 빛을 표면으로 방출하는 도광판;
    상기 도광판의 측면 하부에 배치되며, 복수의 광원이 구비된 광원부;
    상기 도광판의 측면 상부에서 상기 도광판에 수직 방향으로 상기 광원부와 일렬로 배치되며, 입사된 제1파장 대역의 빛을 제2파장 대역 또는 제3파장 대역 중 어느 하나 이상의 대역의 빛으로 변환하여 출사시키는 퀀텀 도트 광변환부; 및
    상기 광원의 빛을 반사시켜서 상기 퀀텀 도트 광변환부로 전달하도록 상기 도광판의 측면에서 상기 광원부와 상기 퀀텀 도트 광변환부를 에워싸도록 배치되는 반사부를 포함하는 백라이트 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1파장 대역의 빛은 청색광이며,
    상기 제2파장 대역의 빛은 녹색광이며, 상기 제3파장 대역의 빛은 적색광인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광원부와 상기 퀀텀 도트 광변환부 사이에서 상기 도광판의 적어도 일부 표면에 배치되는 열차단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  4. 제1항에 있어서,
    제1항에 있어서,
    상기 퀀텀 도트 광변환부는
    다수의 퀀텀 도트가 분산하여 위치하는 퀀텀 도트층; 및
    상기 퀀텀 도트 상에 위치하며 상기 퀀텀 도트를 공기와 차단시키는 보호층을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반사부는 둘 이상의 평면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반사부는 곡면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반사부는 프리즘형 광학 부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 반사부는 입사된 빛을 둘 이상의 방향으로 반사하는 돌기를 포함하는 백라이트 유닛.
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  10. 삭제
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