KR102371290B1 - 광원 패키지 및 그를 포함하는 백라이트 유닛 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광원 패키지 및 그를 포함하는 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 2개의 전극층과 전극층 사이에 배치되는 발광층을 포함하는 발광부와, 발광부 상부에 배치되는 광투과층과, 상기 발광부 및 광투과층 양측면과 상기 광투과층 상면을 둘러싸는 광변환 밀봉부로 구성되는 광원 패키지에서, 광투과층 상부와 광변환 밀봉부 사이 또는 광변환 밀봉부 상부에 일정 두께의 반사투과형 광부재를 배치함으로써, 광확산 렌즈 없이도 표시장치 전면에 고른 광확산이 가능하다.
Description
본 발명은 광원 패키지 및 그를 포함하는 백라이트 유닛, 더 구체적으로는 반사투과형 광부재를 포함하는 광원 패키지 및 그를 포함하는 백라이트 유닛에 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 외부에서 광을 제공하는 백라이트 장치가 있어야 하며, 백라이트 유닛 중에서 광원이 표시패널의 직하부에 배치되어 광을 직접 표시패널로 인가하는 직하형(Direct Type) 백라이트 유닛이 사용될 수 있으며, 이러한 직하형 백라이트 유닛은 표시장치의 하부 지지구조인 커버 버텀(Cover Bottom) 등의 상부에 배치되는 광원 모듈과, 광원 모듈 상부에 배치되는 확산판(Duffuser Plate; DP)과, 확산판 상부에 배치되는 1 이상의 광학시트 등을 포함하여 구성될 수 있다.
이러한 직하형 백라이트 유닛의 광원 모듈은 LED 패키지와 같은 광원 패키지와 그 상부에 배치되어 광원 표시장치 전체에 걸쳐 고르게 확산하기 위한 광확산 렌즈와, 광학산 렌즈 상부에 배치되는 확산판 또는 확산플레이트를 포함한다.
한편, 직하형 백라이트 유닛에 사용되는 광확산 렌즈는 일정 부피를 차지하므로 장착에 일정한 크기 이상의 공간이 필요할 뿐 아니라, 광확산 렌즈의 재료 특성상 광원으로부터의 광의 파장을 일정 크기만큼 변경시킴으로써, 원하지 않은 색수차 현상이 발생되는 문제가 있었다.
이러한 광확산 렌즈의 문제 때문에 최근 이러한 광확산 렌즈의 구조를 변경하거나 렌즈를 대체하기 위한 여러 방안이 제시되고 있으나, 직하형 백라이트 유닛에 사용되는 점광원의 광을 표시장치 전면에 고르게 확산시키는데는 어느 정도 한계가 있다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 직하형 백라이트 유닛의 광원 패키지에 있어서, 상부에 반사투과형 부재를 포함하는 광원 패키지와 그를 포함하는 백라이트 유닛 등을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 플립칩(Flip-chip) 또는 칩스케일 패키지(Chip Scale Package; CSP) 형태의 발광 패키지 상부에 반사투과 특성을 가지는 반사투과층을 형성함으로써, 광확산 렌즈 없이도 표시장치 전면에 고른 광확산이 가능한 광원 패키지와 그를 포함하는 백라이트 유닛 등을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 2개의 전극층과 전극층 사이에 배치되는 발광층을 포함하는 발광부와, 발광부 상부에 배치되는 광투과층과, 상기 발광부 및 광투과층 양측면과 상기 광투과층 상면을 둘러싸는 광변환 밀봉부로 구성되는 광원 패키지에서, 광투과층 상부와 광변환 밀봉부 사이 또는 광변환 밀봉부 상부에 일정 두께의 반사투과형 광부재를 배치함으로써, 광확산 렌즈 없이도 표시장치 전면에 고른 광확산이 가능한 광원 패키지와 그를 포함하는 백라이트 유닛 등을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는, 2개의 전극층과 상기 전극층 사이에 배치되는 발광층을 포함하는 발광부와,상기 발광부 상부에 배치되는 성장 기판층으로서의 광투과층과, 상기 발광부 및 광투과층의 양측면과 광투과층 상면을 둘러싸는 광변환 밀봉부와, 상기 광투과층의 상면과 상기 광변환 밀봉부의 하면 사이에 제1두께의 층상 구조로 배치되는 반사투과형 광부재를 포함하는 백라이트 유닛용 광원 패키지를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에서는, 2개의 전극층과 상기 전극층 사이에 배치되는 발광층을 포함하는 발광부와, 상기 발광부 상부에 배치되는 성장 기판층으로서의 광투과층과, 상기 발광부 및 광투과층 양측면과 상기 광투과층 상면을 둘러싸는 광변환 밀봉부와, 상기 광변환 밀봉부 상면 상에 배치되고, 제2두께와 제2크기를 가지는 필름 구조의 반사투과형 광부재를 포함하는 백라이트 유닛용 광원 패키지를 제공한다.
본 발명의 또다른 실시예에서는, 2개의 전극층과 전극층 사이에 배치되는 발광층을 포함하는 발광부와, 상기 발광부 상부에 배치되는 성장 기판층으로서의 광투과층과, 상기 발광부 및 광투과층 양측면과 상기 광투과층 상면을 둘러싸는 광변환 밀봉부와, 상기 광투과층 상부와 광변환 밀봉부 사이 또는 광변환 밀봉부 상부에 배치되고 반사율 90~99%, 광투과율 1~10%의 광학특성을 가지는 반사투과형 광부재를 포함하는 다수의 광원 패키지와; 상기 다수의 광원 패키지를 장착하기 위한 기판과; 상기 다수의 광원 패키지와 이격되어 상기 다수의 광원 패키지 상부에 배치되는 확산판과; 상기 확산판 상에 배치되는 1 이상의 광학시트를 포함하는 백라이트 유닛을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 직하형 백라이트 유닛의 광원 패키지에 있어서, 상부에 반사투과형 광부재를 포함함으로써, 광확산 렌즈 없이도 표시장치 전면으로 고른 광확산이 가능한 효과가 있다.
더 구체적으로, 플립칩(Flip-chip) 또는 칩스케일 패키지(Chip Scale Package; CSP) 형태의 광원 패키지 상부에 반사투과 특성을 가지는 반사투과 광부재를 일정 크기로 형성함으로써, 광확산 렌즈 없이도 점광원으로부터의 광을 표시장치 전면에 고르게 분포시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 2개의 전극층과 전극층 사이에 배치되는 청색 발광층을 포함하는 발광부와, 발광부 상부에 배치되는 광투과층과, 상기 발광부 및 광투과층 양측면과 상기 광투과층 상면을 둘러싸는 광변환 밀봉부로 구성되는 발광 패키지에서, 광투과층 상부와 광변환 밀봉부 사이 또는 광변환 밀봉부 상부에 일정 두께의 반사투과형 광부재를 배치함으로써, LED 패키지에 의한 점광원을 면광원으로 사용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 2가지 형태의 백라이트 유닛의 단면도로서, 도 1의 (a)는 엣지형(Edge-type) 백라이트 유닛이고, 도 1의 (b)는 본 발명이 적용될 수 있는 직하형 백라이트 유닛을 도시한다.
도 2는 직하형 백라이트 유닛에서 사용되는 개별 광원 패키지와 그 상부에 배치되는 광확산 렌즈의 구조를 도시하는 것으로서, 도 2의 (a)는 몰드 프레임을 포함하는 LED 패키지이고, 도 2의 (b)는 본 발명이 적용될 수 있는 플립칩 구조의 LED 패키지이다.
도 3은 종래의 광원 패키지와 광확산 렌즈 구조의 단점을 도시하기 위한 것이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 광원 패키지의 단면도이다.
도 5는 도 4의 실시예에 의한 광원 패키지를 제조하는 공정을 도시한다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 의한 광원 패키지의 단면도이다.
도 7은 본 실시예에 의한 반사투과형 광부재의 형성 크기를 광원 패키지의 칩 크기와 비교하여 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 광원 패키지가 사용된 백라이트 유닛 및 표시장치의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 백라이트 유닛의 평면도이고, 도 10은 본 실시예에 의한 백라이트 유닛이 사용된 경우의 광분포를 종래 구성과 비교하여 도시한다.
도 2는 직하형 백라이트 유닛에서 사용되는 개별 광원 패키지와 그 상부에 배치되는 광확산 렌즈의 구조를 도시하는 것으로서, 도 2의 (a)는 몰드 프레임을 포함하는 LED 패키지이고, 도 2의 (b)는 본 발명이 적용될 수 있는 플립칩 구조의 LED 패키지이다.
도 3은 종래의 광원 패키지와 광확산 렌즈 구조의 단점을 도시하기 위한 것이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 광원 패키지의 단면도이다.
도 5는 도 4의 실시예에 의한 광원 패키지를 제조하는 공정을 도시한다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 의한 광원 패키지의 단면도이다.
도 7은 본 실시예에 의한 반사투과형 광부재의 형성 크기를 광원 패키지의 칩 크기와 비교하여 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 광원 패키지가 사용된 백라이트 유닛 및 표시장치의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 백라이트 유닛의 평면도이고, 도 10은 본 실시예에 의한 백라이트 유닛이 사용된 경우의 광분포를 종래 구성과 비교하여 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 2가지 형태의 백라이트 유닛의 단면도로서, 도 1의 (a)는 엣지형(Edge-type) 백라이트 유닛이고, 도 1의 (b)는 본 발명이 적용될 수 있는 직하형 백라이트 유닛을 도시한다.
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, 액정표시장치는 측면에서 백라이트 유닛을 구성하는 광원 하우징(127)을 지지하면서 상부에서는 표시패널(140)을 지지하기 위한 가이드 패널(Guide Panel; 130)과, 커버 버텀 또는 가이트 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, 본 발명이 적용될 수 있는 직하형 백라이트 유닛은, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 커버버텀(110)의 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)을 포함할 수 있으며, 광원 PCB(161)에는 확산판의 처짐을 방지하기 위한 다수의 확산판 서포트(164; DPS)가 배치되어 있다.
광원 PCB(161)는 표시장치의 전면에 걸쳐서 배치되며, 광원 PCB 상부에는 다수의 광원인 LED칩(162)과, 각 광원으로부터 광을 확산시키기 위한 광확산 렌즈(163) 등이 포함된다.
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.
한편, 직하형 백라이트 유닛은, 표시장치 전면에 배치되는 다수의 광원으로부터의 광을 직접 표시패널로 조사하므로 고휘도가 가능하고 제조비용이 낮으며 로컬 디밍 구현이 용이하다는 장점이 있으나, 다수의 점광원인 LED로부터의 광이 표시패널 충분히 확산될 수 있도록 하기 위하여 광원과 확산판 사이의 간극인 광학갭(Optical Gap; OG)이 일정 이상이어야 하므로 두께가 비교적 커서 슬림화에 한계가 있다는 단점이 있다.
특히, 직하형 백라이트 유닛에서는 LED 패키지 등으로 구성되는 발광소자가 일종의 점광원의 역할을 하므로, 그를 고르게 확산시키기 위하여 광확산 렌즈가 사용되는데, 이러한 광확산 렌즈는 일정한 크기를 가질 뿐 아니라 각 LED 패키지 상부에 설치하여야 하므로 설치 공간이 필요하다는 단점이 있었다.
도 2는 직하형 백라이트 유닛에서 사용되는 개별 광원 패키지와 그 상부에 배치되는 광확산 렌즈의 구조를 도시하는 것으로서, 도 2의 (a)는 몰드 프레임을 포함하는 LED 패키지이고, 도 2의 (b)는 본 발명이 적용될 수 있는 플립칩 구조의 LED 패키지이다.
도 2의 (a)에 의한 LED 패키지는 인쇄회로기판(210)과, 인쇄회로기판(210) 상에 장착된 LED칩(240)을 포함하며, 인쇄회로기판(210)은 인쇄회로기판베이스(211), 절연층(213) 및 전원배선층(215)으로 이루어질 수 있다.
또한, LED칩(240)이 장착된 인쇄회로기판(210) 상에는 인쇄회로기판(210)으로부터 돌출되어, LED칩(240)에서 측방으로 발생되는 광을 차단하거나, 차단된 광을 전방으로 반사시키기 위해 LED칩(100)의 가장자리를 두르는 측벽(220)이 포함되며, 측벽 상부의 개구 영역에는 광변환층(250) 또는 확산층이 배치될 수 있다.
도 2의 (a)에 의한 LED 패키지에서의 LED 칩(240)은 2개 전극 사이에 배치되어 청색(Blue)광을 방출하는 청색 LED일 수 있으며, 발광된 청색광은 격벽(220)에서 반사된 후 광변환층(250)에서 R, G, Y 등의 광으로 변환됨으로써 최종적으로 화이트(White)광이 방출된다.
도 2의 (a) 구조의 LED 패키지(200)에서 방출되는 광은 통상 120도 정도의 지향각 또는 확산각을 가지는데, 전술한 바와 같이 광원과 확산판 사이의 간극인 광학갭(Optical Gap; OG)이 작아지는 경우 120도 정도의 방사각으로는 표시장치의 전면에 광을 분포시키기 어렵다.
따라서, LED 패키지(200) 상부에는 LED 패키지로부터의 광을 더 넓게 확산시키기 위한 광확산 렌즈(300)가 사용되어야 한다. 이러한 광확산 렌즈(300)를 사용하는 경우 광의 방사각 또는 지향각을 160~170도까지 증가시킬 수 있다.
도 2의 (b)는 표면실장기술(surface mount technology : SMT)에 의하여 도 2의 (a)와 같은 몰드 프레임 또는 리드 프레임 없이 바로 LED 칩을 기판 상에 형성시키는 형태의 LED 패키지를 도시한다.
도 2의 (b)와 같은 LED는 소위 칩온보드(Chip-On-Board; COB) 또는 칩스케일 패키지(Chip Scale Package; CSP)으로 표현되는 광원 패키지로서, 그에 포함되는 LED 패키지(200')는 광투과성을 가지는 성장 기판층(270)상에 2개의 전극층과 그 사이에 배치되는 발광층으로 구성되는 발광부(260)를 형성하고, 그 주위에 형광체 밀봉층(280)을 형성하는 구조로 되어 있다.
도 2의 (b)에 의한 LED 칩은 일명 플립칩(Flip-Chip)으로 불리는 것으로서, 발광층에서 생성된 청색광이 성장 기판층(270)과 형광체 밀봉층(280)을 통과하면서 백색광으로 변환되어 출사되며, LED 칩의 측방향으로도 광이 출사되는 것이 특징이다.
도 2의 (b)와 같은 플립칩 구조의 광원 패키지도 주된 출사광은 패키지의 상부로 향하게 되며, 따라서 도 2의 (a)와 마찬가지로 광의 방사각 또는 지향각을 증가시키기 위하여 LED 패키지(200') 상부에 광확산 렌즈를 배치하는 것이 일반적이다.
광확산 렌즈(300)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate : PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethylmethacrylate : PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리올레핀(polyolefine), 셀룰로스 아세테이트(cellulose acetate), 폴리비닐클로라이드(polyvinyl chloride) 등과 같은 합성수지재로 제조되는 것으로서, 광확산을 위하여 상면이 곡선 형상을 가지도록 형성된다.
도 3은 종래의 광원 패키지와 광확산 렌즈 구조의 단점을 도시하기 위한 것이다.
전술한 바와 같이, 종래에 사용되던 광확산 렌즈(300)는 광확산을 위하여 일정한 크기와 외부 곡면 프로파일을 가져야 하고, 따라서 일정한 공간을 차지하게 된다.
즉, 도 3의 (a)와 같이, 광확산 렌즈(300)는 일정한 폭(W)과 일정한 두께(T)를 가지는 구조이므로 렌즈의 두께만큼의 광학갭이 필요하고, 렌즈의 폭만큼의 기판 영역이 더 필요하게 된다.
또한, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 광확산 렌즈(300)를 LED 패키지 상부에 고정하기 위한 고정부(310)가 더 필요한 단점이 있으며, 광확산 렌즈는 모든 LED 패키지에 구비되어야 하므로 이러한 광확산 렌즈의 설치 공간 및 고정부에 의한 손실이 더 커질 수 있다.
또한, 도 3의 (b)와 같이, 광확산 렌즈는 일정한 굴절율을 가지는 합성수지재료로 형성되어 광을 굴절/확산시키는데, 그 과정에서 LED 패키지로부터의 출사광의 최초 파장(λ0)를 일부 변화시켜 변화된 파장(λ1)으로 출광한다.
이러한 파장 변화로 인하여 원하지 않는 색수차 현상이 발생하고, 그로 인하여 백라이트 유닛의 성능이 떨어지게 된다.
본 발명은 이러한 점에 착안한 것으로서, 기존의 광원 패키지 상부에 배치되는 광확산 렌즈를 제거하고, 대신 광원 패키지를 구성하는 일부 영역에 얇은 두께를 가지는 반사투과층을 배치시킴으로써 광확산 렌즈 없이도 LED 패키지로부터의 광을 표시장치 전체에 고르게 확산시킬 수 있도록 한 것이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 광원 패키지의 단면도이다.
제1실시예에 의한 광원 패키지(400)는 2개의 전극층(412, 414)과 전극층 사이에 배치되는 청색 발광층(430)을 포함하는 발광부와, 발광부 상부에 배치되는 성장 기판층으로서의 광투과층(440)과, 발광부 및 광투과층의 양측면과 광투과층 상면을 둘러싸는 광변환 밀봉부(450)와, 광투과층(440)의 상면과 광변환 밀봉부(450) 하면 사이에 제1두께의 층상 구조로 배치되는 반사투과형 광부재(460)을 포함하여 구성될 수 있다.
반사투과형 광부재(460)는 반사율 약90~99%, 투과율 약1~10%인 광학특성을 가지는 층상 구조로서, 층의 두께는 약 1~20um로 형성될 수 있다
더 바람직하게는 반사투과형 광부재(460)는 반사율 91~95%, 광투과율 5~9%의 광학특성을 가질 수 있다.
한편, 반사투과형 광부재(460)는 광투명 재료와 반사특성을 가지는 금속 재료의 혼합 재료를 광투과층(440)의 상면에 스퍼터링 등의 공정에 의하여 증착함으로써 형성될 수 있다.
더 구체적으로, 반사투과형 광부재(460)를 형성하기 위한 재료는 SiO2, TiO2 중 하나 이상으로 선택되는 광투과 재료와, Al, Au, Ag 중 하나 이상으로 선택되는 반사 재료가 혼합된 혼합재료일 수 있다.
또한, 반사 투과형 광부재(460)의 제1두께는 약1~20um일 수 있다.
이러한 본 발명의 제1실시예에 의하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 발광부의 발광층(430)에서 생성되는 청색 출사광(Ls) 중 90%이상의 광이 반사투과형 광부재(460)에서 반사되어 반사광(Lr)을 이루며, 청색 출사광(Ls) 중 약10% 미만의 광이 반사투과형 광부재(460)를 관통하여 광원 패키지 상부로 향하는 투과광(Lt)을 형성한다.
반사광(Lr)은 광원 패키지가 장착되는 서브 마운트 기판(470)의 상부에 배치되는 기저반사부(480)에서 다시 재반사되어 광원 패키지의 상부로 향하게 되며, 따라서 이러한 반사광(Lr)과 투과광(Lt)에 의하여 광원 패키지로부터의 광이 주위에 고르게 확산될 수 있는 것이다.
이로써, 점광원 형태인 광원 패키지의 발광층으로부터의 광원 패키지의 주위로 고르게 확산되고, 이러한 광원 패키지가 어레이 형태로 배치되는 백라이트 유닛은 표시장치의 전체에 걸쳐 고르게 광을 분포시켜 일종의 면광원으로 기능하게 되는 것이다.
한편, 반사광(Lr) 및 투과광(Lt)은 청색광으로서 각각 반사투과형 광부재(460)에서 반사 및 투과된 후 광변환 밀봉부(450)를 통과하면서 적색광(R), 녹색광(G), 황색광(Y)으로 변환되며, 따라서 광원 패키지에서 최종적으로 출사되는 광은 백색광(White)이 된다.
도 5는 도 4의 제1실시예에 의한 광원 패키지(400)를 제조하는 공정을 도시한다.
도 5의 (a)와 같이, 우선 광투과 특성을 가지는 사파이어 재료 등으로 구성되는 성장 기판 상에 SMT 기법에 의하여 제1전극층(412), 발광층(430), 및 제2전극층(422)을 각각 형성한다. 성장 기판은 추후 LED 패키지가 제조된 이후에는 본 실시예에 의한 광투과층(440)을 형성하게 된다.
또한, 제1전극층(412)는 발광층(430) 및 제2전극층(422)을 관통하는 컨택홀을 통해 광원 패키지의 하면에 형성되는 제1전극(414)와 전기적으로 연결되며, 제2전극층(422)은 역시 광원 패키지의 하면에 형성되는 제2전극(424)와 전기적으로 연결된다. 제1전극층(412)와 제1전극(414)은 제1전극부(410)을 이루며, 제2전극층(422)와 제2전극(424)은 제2전극부(420)를 구성하게 된다.
광투과층(440)을 이루는 성장 기판은 사파이어를 포함하는 투명한 재료를 이용하여 형성되며, 사파이어 외에도 징크 옥사이드(zinc oxide : ZNO), 갈륨 나이트라이드(hallium nitride : GaN), 실리콘 카비이드(silicon carbide : SiC) 및 알루미늄 나이트라이드(AlN) 등으로 형성될 수도 있다.
제1전극층(412) 및 제2전극층(422)는 각각 p형 반도체층과 n형 반도체층으로 형성되며, 제1전극(414) 및 제2전극(424)는 각각 p형 전극 및 n형 전극으로 구성될 수 있다.
한편, 도시하지는 않았지만, 서브마운트 기판(440')과 n형 반도체층인 제2전극(424) 사이에는 격자정합을 향상시키기 위한 버퍼층(미도시)이 형성될 수 있으며, 버퍼층(미도시)은 GaN 또는 AlN/GaN 등으로 형성될 수 있다.
이때, n형 반도체층인 제2전극층(422) 제2전극(424)은 n형 도전형 불순물이 도핑된 GaN 또는 GaN/AlGaN으로 이루어질 수 있으며, n형 도전형 불순물로는 일예로 Si, Ge 및 Sn 등을 사용하고, 바람직하게는 Si를 주로 사용한다.
또한, p형 반도체층인 제1전극층(412) 및 제1전극(414)은 p형 도전형 불순물이 도핑된 GaN 또는 GaN/AlGaN으로 이루어질 수 있으며, p형 도전형 불순물로는 일예로 Mg, Zn 및 Be 등을 사용하고, 바람직하게는 Mg를 주로 사용한다.
이러한 광원 패키지의 제작 공정에서 n형 반도체층인 제2전극층(422)의 일부가 노출되도록 p형 반도체층인 제1전극층(412) 및 발광층(230)의 일부가 메사식각(mesa etching)으로 제거되는데, 이에 따라 p형 반도체층인 제1전극층(412)과 활성층으로서의 발광층(230)이 n형 반도체층인 제2전극층(422) 상의 일부분에 형성된다.
이 때, n형 전극인 제2전극(424)은 노출된 제2전극층(422)의 일 모서리에 구성되며, p형 전극인 제1전극(414)은 제1전극층(412) 상에 구성되는 "Top-Top"방법으로 전극이 배치되는, 수평형 LED칩을 이루게 된다.
발광층(430)은 GaN 계열 단일 양자 우물구조(single quantum well : SQW)나 다중 양자 우물구조(multi quantum well : MQW)일 수 있으며 또한 이들의 초격자(supper lattice : SL) 등의 양자구조로, 이와 같은 발광층(430)의 양자구조는 GaN 계열의 다양한 물질을 조합하여 이루어질 수 있고 일예로 AlGaN, AlNGaN, InGaN 등이 사용될 수 있다.
이러한 발광층(430)에 전계가 인가되었을 때, 전자-정공 쌍의 결합에 의하여 빛이 발생하게 된다
따라서, 이러한 광원 패키지는 제1전극층(412)과 제2전극층(422) 사이에 전압이 인가되면, P형 반도체층인 제1전극층(412)과 n형 반도체층인 제2전극층(422)으로 각각 정공과 전자가 주입되고, 발광층(230)에서 정공과 전자가 재결합하면서 여분의 에너지가 광으로 변환되어 성장 기판층(400') 또는 광투과층(440)을 통하여 외부로 방출하게 된다.
도 5의 (a)와 같이, 성장 기판층(440') 일측에 제1전극부(410)와 제2전극부(420) 및 발광층(430)을 형성한 후, 성장 기판층인 광투과층(440)의 타측면에 본 실시예에 의한 반사투과형 광부재를 증착한다.
즉, 도 5의 (b)와 같이, 광투과층(440)의 상면에 SiO2, TiO2 중 하나 이상으로 선택되는 광투과 재료와, Al, Au, Ag 중 하나 이상으로 선택되는 반사 재료가 혼합된 혼합재료를 스퍼터링 등의 공법에 의하여 증착하여, 약1~20um 두께를 가지는 반사투과층인 반사투과형 광부재(460)의 레이어를 형성한다.
이 때, 반사투과형 광부재(460)는 반사율 약90~99%, 투과율 약1~10%, 더 바람직하게는 반사율 91~95%, 광투과율 5~9%의 광학특성을 가져야 하므로, 스퍼터링 되는 혼합재료는 그러한 광학특성을 가질 수 있도록 SiO2, TiO2 등과 같은 광투과 재료와 Al, Au, Ag 등과 같은 반사 재료의 조성비를 적절하게 조절하여야 한다.
이와 같이, 반사투과형 광부재(460)가 약90% 이상의 반사율과 약10% 이하의 광투과율을 가짐으로써, 발광부(430)에서 생성된 광중 대부분이 반사되어 광원 패키지 주변으로 확산될 수 있고, 일부만이 광원 패키지 상부로 투과됨으로써, 전체적으로 광원 패키지에 의한 광확산 및 광분포가 균일하게 된다.
또한, 제1실시예에 의한 반사투과형 광부재(460)의 형성 두께를 약1~20um 으로 형성함으로써, 반사투과형 광부재의 필요한 광학특성(즉, 90% 이상의 반사율과 10% 이하의 투과율)을 가지면서도 최대한 얇은 구조로 반사투과층을 형성할 수 있게 된다.
본 실시예에 의한 이러한 효과는 여러 실험에 의하여 증명되었으며, 이에 대해서는 도 9 이하를 참고하여 아래에서 더 상세하게 설명한다.
본 실시예에 의한 반사투과형 광부재(460)를 광투과층(440) 상부에 형성한 다음, 발광부 및 광투과층의 양측면과 광투과층 상면을 둘러싸는 광변환 밀봉부(450)를 형성한다.
광변환 밀봉부(450)는 발광부(430)로부터 생성된 청색광을 R, G, Y 광으로 파장 변환하는 광변환 기능과, 광원 패키지의 주위를 실링하는 밀봉 기능을 위한 것이다.
광변환 밀봉부(450)는 실리콘(Si)과 형광체를 혼합한 후 디스펜싱(dispensing)방식 또는 트랜스퍼몰딩(transfer molding) 공법에 의한 형성할 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니다.
광변환 밀봉부(450)를 구성하는 형광체는 발광부에서 출사되는 광이 청색광(Blue)인 경우에는 황색형광체(Y)를 사용할 수 있으며, 발광부에서 출사되는 광이 UV 광인 경우 형광체는 적(R), 녹(G), 청색(B)의 삼색의 형광체로 이루어지며, 적(R), 녹(G), 청색(B)의 형광체의 배합비를 조절함으로써 발광색을 선택할 수 있다.
황색형광체는 530 ~ 570nm파장을 주파장으로 하는 세륨(Ce)이 도핑된 이트륨(Y) 알루미늄(Al) 가넷인 YAG:Ce(T3Al5O12:Ce)계열 형광체를 사용하거나 실리케이트(silicate)계열의 황색형광체를 사용하는 것이 바람직하다.
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 형광체를 사용하는 것이 바람직하다.
이에, 발광층(430)에 전류 또는 전압이 인가되어 광이 방출되며, 출사광(Ls) 중 반사투과형 광부재(460)에서 반사된 반사광(Lr) 및 반사투과형 광부재(460)을 투과한 투과광(Lt)은 광변환 밀봉부(450)에 포함된 형광체를 여기시키고, 형광체에 의해 파장 변환된 광들이 혼합되어 백색광을 최종 출사하게 된다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 의한 광원 패키지의 단면도이다.
제2실시예에 의한 광원 패키지(600)는 2개의 전극층(412, 422)과 전극층 사이에 배치되는 청색 발광층(430)을 포함하는 발광부와, 발광부 상부에 배치되는 성장 기판층으로서의 광투과층(440)과, 발광부 및 광투과층 양측면과 광투과층 상면을 둘러싸는 광변환 밀봉부(450)를 포함하며, 광변환 밀봉부 상면 상에 배치되고, 제2두께와 제2크기를 가지는 필름 구조의 반사투과형 광부재(660)를 추가로 포함하여 구성된다.
즉, 도 4의 제1실시예에서는 반사투과형 광부재가 광투과층(440) 상면과 광변환 밀봉부(450)의 하면 사이에 스퍼터링 증착층으로 형성하는데 비하여, 도 6과 같은 제2실시예에서는 별도의 필름 형태로 형성되는 반사투과형 광부재(660)를 광원 패키지의 외부 상측, 즉 광변환 밀봉부(450)의 상면 상에 직접 배치하는 것이다.
제2실시예에 의한 반사투과형 광부재(660) 역시 반사율 90~99%, 광투과율 1~10%, 더 바람직하게는 반사율 91~95%, 광투과율 5~9%의 광학특성을 가질 수 있다.
제1실시예와 마찬가지로, 제2실시예에 의한 광원 패키지(600)를 이용하면, 도 6에 도시된 바와 같이, 발광부의 발광층(430)에서 생성되는 청색 출사광(Ls) 중 90%이상의 광이 반사투과형 광부재(660)에서 반사되어 반사광(Lr)을 이루며, 청색 출사광(Ls) 중 약10% 미만의 광이 반사투과형 광부재(660)를 관통하여 광원 패키지 상부로 향하는 투과광(Lt)을 형성한다.
반사광(Lr)은 기저반사부(480)에서 다시 재반사되어 광원 패키지의 상부로 향하게 되며, 따라서 이러한 반사광(Lr)과 투과광(Lt)에 의하여 광원 패키지로부터의 광이 주위에 고르게 확산될 수 있고, 따라서 점광원 형태인 광원 패키지의 발광층으로부터의 광원 패키지의 주위로 고르게 확산될 수 있는 것이다.
한편, 제2실시예에 의한 반사투과형 광부재(660)는 제2-1두께를 가지는 광투과성 모필름층(662)과, 모필름층의 적어도 일면에 배치되고 제2-2두께를 가지는 반사투과 코팅층(664)을 포함하도록 제작될 수 있다.
이 때, 모필름층(622)은 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate:PMMA), MS(methlystylene)수지, 폴리스티렌(polystyrene:PS), 폴리프로필렌(Polypropylene:PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate:PET) 및 폴리카보네이트(polycarbonate:PC), 글래스 등과 같은 광투과성 재료로 형성되며, 모필름층(622)의 제2-1두께는 약0.75~1.25mm인 것이 바람직하다.
또한, 반사투과 코팅층(664)은 SiO2, TiO2 중 하나 이상으로 선택되는 광투과 재료와, Al, Au, Ag 중 하나 이상으로 선택되는 반사 재료가 혼합된 혼합재료를 모필름층(622)의 적어도 일면에 코팅함으로써 형성될 수 있다.
이 때, 반사투과 코팅층(664)의 제2-2두께는 약20~60um인 것이 바람직하다.
반사투과형 광부재(660)는 반사율 약90~99%, 투과율 약1~10%, 더 바람직하게는 반사율 91~95%, 광투과율 5~9%의 광학특성을 가져야 하므로, 반사트과 코팅층 형성에 사용되는 혼합재료는 그러한 광학특성을 가질 수 있도록 SiO2, TiO2 등과 같은 광투과 재료와 Al, Au, Ag 등과 같은 반사 재료의 조성비를 적절하게 조절하여야 한다.
이와 같이, 본 발명의 제2실시예에 의한 반사투과형 광부재(660)를 별도의 필름 형태로 형성하여 광원 패키지의 상측 외부에 배치하기 때문에, 제1실시예보다 제작이 용이하며, 반사투과형 광부재를 구성하는 반사투과 코팅층의 두께를 약20~60um 으로 형성함으로써, 반사투과형 광부재의 필요한 광학특성(즉, 90% 이상의 반사율과 10% 이하의 투과율)을 가지면서도 최대한 얇은 구조로 반사투과형 광부재를 형성할 수 있게 된다.
또한, 반사투과형 광부재(660)의 제2크기는 광변환 밀봉부 상면 넓이의 100~200%인 것이 바람직하다.
제2실시예에 의한 반사투과형 광부재(660)는 광원 패키지의 상부를 모두 커버하되, 그보다 더 넓은 영역을 차지하도록 배치하는 것이다.
이와 같이, 필름 형태의 반사투과형 광부재(660)의 크기를 광원 패키지의 상면 크기보다 더 크게 함으로써, 도 6에 도시된 바와 같이, 더 넓은 지향각을 가지며 출사되는 광을 반사 및 투과시킴으로써, 광확산 효과를 더 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
한편, 반사투과형 광부재(660)의 제2크기는 광원 패키지에 의한 출사광의 지향각 또는 방사각도 등에 따라서 광변환 밀봉부 상면 넓이, 즉 광원패키지의 상부 영역의 100~200% 중 최적인 값으로 결정될 수 있다.
예를 들면, 광원 패키지가 플립칩(flip-chip) 형태이어서 출사광의 방사각도가 넓은 경우에는 반사투과형 광부재(660)의 제2크기를 상대적으로 더 크게하고, 반대로 광원 패키지의 방사각도 또는 지향각이 좁은 경우에는 반사투과형 광부재(660)의 제2크기를 상대적으로 더 작게 하는 것이다.
한편, 제2실시예에서 반사투과형 광부재(660)를 광원 패키지 외측에 형성함에 있어서, 제1실시예에서와 같은 스퍼터링 공법을 이용하기 어려운 것은, 광변환 밀봉부(450)가 열에 취약하여 스퍼터링 공정에서 손상될 수 있기 때문이다.
제1실시예에서는 반사투과형 광부재를 성장 기판층 상에 형성하는데, 성장 기판층을 이루는 주재료인 사파이어 등을 열에 강하기 때문에 스퍼터링 공법을 이용하여도 무방하다.
그러나, 제2실시예와 같이 광원 패키지의 최외곽, 즉 광변환 밀봉부(450) 상에 반사투과형 광부재의 혼합재료를 스퍼터링 하게 되면, 수백도의 고온에 노출되는데, 광변환 밀봉부는 형광체와 실리콘(Si)으로 이루어져 있어서 100도 이상의 고온에서는 녹게 된다.
따라서, 제2실시예에서는 별도의 필름 형태로 반사투과형 광부재(660)를 제작한 후 광원 패키지 상부에 접착 또는 배치하는 것이다.
도 7은 본 실시예에 의한 반사투과형 광부재의 형성 크기를 광원 패키지의 칩 크기와 비교하여 도시한다.
도 7의 (a)와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 반사투과형 광부재(460)는 광투과층(440)의 상면 전체에 걸쳐 형성되며 따라서, 반사투과형 광부재(460)의 폭(W1) 또는 길이는 광원 패키지의 크기 또는 LED 칩의 크기(Wc)보다 작게 된다.
만일, 광원 패키지가 가로, 세로 길이가 각각 Wc인 정방형 형태이고, 광변환 밀봉부(450)의 형성 두께가 t인 경우, 제1실시예에 의한 반사투과형 광부재(460)의 가로, 세로 길이(W1)는 광원 패키지의 길이(Wc)에서 광변환 밀봉부의 두께의 2배(2t)를 뺀 것과 동일하게 된다.
반면, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 제2실시예에 의한 반사투과형 광부재(660)는 광변환 밀봉부의 상측에 배치되되 광원 패키지의 크기보다 더 넓은 영역을 커버하도록 배치되며, 따라서 제2실시예에 의한 반사투과형 광부재(660)의 가로, 세로 길이(W2)는 광원 패키지의 가로 세로 길이(Wc)와 같거나 더 크게 형성된다.
만일, 광원 패키지가 가로, 세로 길이가 각각 Wc인 정방형 형태인 경우, 제2실시예에 의한 반사투과형 광부재(660)는 광원 패키지의 넓이, 즉 광변환 밀봉부 상면 넓이의 1~2배로 형성되어야 하므로, 반사투과형 광부재(660)의 가로, 세로 길이(W2)는 광원 패키지의 길이(Wc)의 약1~1.414배가 되는 것이 바람직하다.
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 광원 패키지가 사용된 백라이트 유닛 및 표시장치의 단면도이다.
본 발명의 실시예에 의한 백라이트 유닛은 전술한 바와 같은 제1실시예 및 제2실시예에 의한 반사투과형 광부재(460, 660)를 포함하는 다수의 광원 패키지(400, 600)와, 다수의 광원 패키지를 장착하기 위한 기판(805)과, 다수의 광원 패키지와 이격되어 상기 다수의 광원 패키지 상부에 배치되는 확산판(820) 및 확산판 상에 배치되는 1 이상의 광학시트(830)을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 기판(805) 상부에는 광원 패키지(400, 600)의 반사투과형 광부재로부터 반사된 광을 재반사하는 기저반사부(810)가 추가로 포함될 수 있다.
광원 패키지(400, 600)는 2개의 전극층과 전극층 사이에 배치되는 청색 발광층을 포함하는 발광부와, 발광부 상부에 배치되는 성장 기판층으로서의 광투과층과, 발광부 및 광투과층 양측면과 광투과층 상면을 둘러싸는 광변환 밀봉부와, 광투과층 상부와 광변환 밀봉부 사이 또는 광변환 밀봉부 상부에 배치되고 반사율 90~99%, 광투과율 1~10%의 광학특성을 가지는 반사투과형 광부재를 포함하여 구성된다.
광원 패키지(400, 600)는 기판(805) 상에 어레이 또는 격자 형태로 복수개가 배치되며, 도 8에 도시된 바와 같이, 광원 패키지의 발광층으로부터 출사된 광중에서 반사투과형 광부재에서 반사된 반사광(Lr)은 주위로 확산되어 기판 상에 있는 기저반사부(810)에서 재반사되어 표시패널(840)측으로 향하게 되고, 광원 패키지의 발광층으로부터 출사된 광중에서 반사투과형 광부재를 투과한 투과광(Lt)은 바로 표시패널 측으로 향하게 된다.
이 때, 반사투과형 광부재의 반사율이 90% 이상이므로 광원 패키지의 발광층으로부터 출사된 광의 대부분은 반사 및 재반사되어 주위로 확산되면서 표시패널측으로 향하게 되고, 출사광 중 일부가 반사투과형 광부재를 통과하여 바로 표시패널측으로 향하게 된다.
따라서, 다수의 광원 패키지로부터의 광이 백라이트 유닛의 전체에 걸쳐 고르게 확산되므로, 백라이트 유닛이 면광원과 유사하게 표시패널로 균일한 광을 조사하게 된다.
아래에서는 본 발명의 실시예에 의한 백라이트 유닛 및 표시패널의 나머지 구성요소의 세부 구성에 대하여 설명한다.
기판(805)는 본 발명에 의한 광원 패키지를 실장하기 위한 것으로서, 일반적인 인쇄회로기판(PCB)나 플렉스블 회로기판(FPCB) 형태일 수 있으며, 서브 마운트 기판으로 표현될 수 있다.
기저 반사부(810)는 반사투과형 광부재로부터 반산된 광을 표시패널쪽으로 재반사시키기 위하여 기판(805) 상부에 배치되는 것으로서 이러한 기저반사부(810)는 다수의 광원 패키지(400, 600) 각각을 제외한 기판 전면과 백라이트 유닛을 지지하는 커버버텀 내면 전체를 커버하는 백색 또는 은색의 판상 부재일 수 있다.
도시하지는 않았지만, 이러한 기저 반사부(810)에는 다수의 광원 패키지(400, 600)에 대응되어 광원 패키지 각각이 통과할 수 있도록 하는 관통홀이 형성될 수 있다. 따라서, 각 광원 패키지는 기저 반사부(810)에 형성된 관통홀을 통과해서 반사판 외부로 노출될 수 있다.
백라이트 유닛에 포함되는 확산판(820)은 광원 패키지로부터 확산되어 입사되는 광을 표시패널 전체에 걸쳐 고르게 분포되도록 확산시키는 기능을 한다.
이러한 확산판(820)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 광투과성 재료로 형성된다.
또한, 확산판(820)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(820)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(820) 상부에는 확산판을 통과한 광을 집광하여 표시패널(840)로 보다 균일한 면광원이 입사되도록 하는 다수의 광학시트(830)들이 배치될 수 있다.
이러한 광학시트(830)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.
본 실시예에 의한 백라이트 유닛에 의하여 광을 제공받는 표시패널(840)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 발명이 적용될 수 있는 표시패널은 이러한 액정표시패널에 한정되는 것은 아니며, 백라이트 유닛이 필요한 다른 형태의 표시장치까지 포함할 수 있을 것이다.
또한, 도시하지는 않았지만, 본 실시예에 의한 백라이트 유닛을 지지하기 위한 구조로서, 표시장치의 후면 및 측면 일부를 커버하는 금속 또는 플라스틱 재질의 백커버인 커버 버텀(Cover Bottom)과, 표시패널을 하부에서 지지하는 가이드 패널(Guide Panel)과, 표시장치의 최외곽 측면과 표시패널의 상면 가장자리를 커버하는 케이스탑(Case Top) 등이 추가로 구비될 수 있다.
즉, 본 실시예에 의한 다수의 광학 패키지를 장착한 기판(805)이 커버 버텀 또는 플레이트 버텀의 내면에 장착될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 백라이트 유닛의 평면도이도, 도 10은 본 실시예에 의한 백라이트 유닛이 사용된 경우의 광분포를 종래 구성과 비교하여 도시한다.
도 9와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 백라이트 유닛에는 다수의 광원 패키지(400, 600)이 어레이 형태로 배치될 수 있으며, 도 9에서는 백라이트 유닛의 가로, 세로 길이가 각각 964mm, 533mm이고, 가로 10개, 세로 5개로서 총 50개의 광원 패키지가 배치된 예를 도시한다. 따라서, 도 9의 예에서, 각 광원 패키지(400, 600)는 약100mm 간격으로 배치될 수 있다.
이때, 각 광원 패키지의 가로, 세로 길이(Wc)는 각각 10mm인 것으로 가정하고, 전술한 제2실시예에 의한 반사투과형 광부재(660)의 크기는 가로 세로 길이가 W2인 것으로 가정한다.
도 10의 (a)는 본 실시예에 의한 반사투과형 광부재가 없는 광원 패키지가 도 9와 같이 배치된 경우의 광분포를 도시하며, 도 10의 (b)는 광학 패키지의 크기와 동일하게 10*10mm의 크기를 가지는 완전 반사타입의 광부재가 광학 패키지 상부에 배치된 경우의 광분포를 도시하며, 도 10의 (c)는 반사율 약91%, 투과율 약9%이고 광학패키지 크기(Wc)의 1.3배 크기를 가지는 본 발명의 제2실시예에 의한 반사투과형 광부재(660)가 사용된 경우의 광분포를 도시한다.
도 10에서와 같이, 반사투과형 광부재가 없는 일반적인 LED 칩을 배치한 경우에는 광원 패키지(LED 칩) 상부에만 강한 광이 원형으로 조사되며, 광원 패키지 사이의 공간에서는 거의 광이 조사되지 않음을 알 수 있다.(도 10의 (a))
또한, 광학 패키지의 크기와 동일하게 10*10mm의 크기를 가지는 완전 반사타입의 광부재가 광학 패키지 상부에 배치된 경우(도 10의 (b))에는 도 10의 (a)에 비하여 광분포가 조금 고르게 되기는 하지만, 여전히 광원 패키지 영역과 광원 패키지 사이의 공간에서의 광강도의 차이가 크다.
반면, 도 10의 (c)와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 반사투과형 광부재를 사용한 경우에는, 광원 패키지 부분의 광강도와 광원 패키지 사이 공간의 광강도가 거의 균일해 짐을 알 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 의한 반사투과형 광부재를 포함하는 광원 패키지를 사용하면, 광확산 렌즈 없이도 표시장치 전면으로 고른 광확산이 가능하며, 광원(LED) 패키지에 의한 점광원을 면광원으로 사용할 수 있는 효과가 있다.
특히, 각 광원 패키지에 포함되는 반사투과형 광부재가 반사율 약90~99%, 투과율 약1~10%, 더 바람직하게는 반사율 91~95%, 광투과율 5~9%의 광학특성을 가지도록 함으로써, 발광부의 출사광(Ls) 중 90%이상의 광이 반사투과형 광부재에서 반사되어 반사광(Lr)을 이루어 광원 패키지 주위로 확산되며, 출사광(Ls) 중 약10% 미만의 광이 반사투과형 광부재를 관통하여 광원 패키지 상부로 향하는 투과광(Lt)을 형성하며, 이러한 반사광(Lr)과 투과광(Lt)에 의하여 광원 패키지로부터의 광이 주위에 고르게 확산될 수 있고, 따라서 점광원 형태인 광원 패키지의 발광층으로부터의 광원 패키지의 주위로 고르게 확산될 수 있는 효과가 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.
412, 422 : 제1전극층, 제2전극층 414, 424 : 제1전극, 제2전극
430 : 발광층(활성층) 440 : 광투과층(성장 기판층)
450 : 광변환 밀봉부 460, 660 : 반사투과형 광부재
662 : 모필름층 664 : 반사투과 코팅층
430 : 발광층(활성층) 440 : 광투과층(성장 기판층)
450 : 광변환 밀봉부 460, 660 : 반사투과형 광부재
662 : 모필름층 664 : 반사투과 코팅층
Claims (12)
- 2개의 전극층과 상기 전극층 사이에 배치되는 발광층을 포함하는 발광부;
상기 발광부 상부에 배치되는 성장 기판층으로서의 광투과층;
상기 발광부 및 광투과층의 양측면과 광투과층 상면을 둘러싸는 광변환 밀봉부; 및
상기 광투과층의 상면과 상기 광변환 밀봉부의 하면 사이에 제1두께의 층상 구조로 배치되는 반사투과형 광부재;
를 포함하고,
상기 반사투과형 광부재는 반사율 90~99%, 광투과율 1~10%의 광학특성을 가지며,
상기 반사투과형 광부재는 SiO2, TiO2 중 하나 이상으로 선택되는 광투과 재료와, Al, Au, Ag 중 하나 이상으로 선택되는 반사 재료가 혼합된 혼합재료로 이루어지는, 백라이트 유닛용 광원 패키지. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 반사투과형 광부재는 반사율 91~95%, 광투과율 5~9%의 광학특성을 가지는 백라이트 유닛용 광원 패키지. - 제3항에 있어서,
상기 제1두께는 1~20um인 백라이트 유닛용 광원 패키지. - 발광층, 상기 발광층의 상면에 배치되는 제1전극층, 상기 발광층의 하면에 배치되는 제2전극층, 상기 발광층의 하면에 배치되며 상기 제2전극층과 전기적으로 연결되는 제2전극, 및 상기 발광층의 하면에 배치되며 상기 제2전극층과 상기 발광층을 관통하는 컨택홀을 통하여 상기 제1전극층과 전기적으로 연결되는 제1전극을 포함하는 발광부;
상기 발광부 상부에 배치되는 성장 기판층으로서의 광투과층;
상기 발광부 및 광투과층 양측면과 상기 광투과층 상면을 둘러싸는 광변환 밀봉부; 및
상기 광변환 밀봉부 상면 상에 배치되고, 밑면이 상기 밀봉부의 상면의 넓이보다 큰 넓이를 가지는 필름 구조의 반사투과형 광부재;
를 포함하는 백라이트 유닛용 광원 패키지. - 제5항에 있어서,
상기 반사투과형 광부재는 반사율 90~99%, 광투과율 1~10%의 광학특성을 가지는 백라이트 유닛용 광원 패키지. - 제5항에 있어서,
상기 반사투과형 광부재는 반사율 91~95%, 광투과율 5~9%의 광학특성을 가지는 백라이트 유닛용 광원 패키지. - 제7항에 있어서,
상기 반사투과형 광부재는 제2-1두께를 가지는 광투과성 모필름층과, 상기 광투과성 모필름층의 적어도 일면에 배치되고 제2-2두께를 가지는 반사투과 코팅층을 포함하며, 상기 반사투과 코팅층은 SiO2, TiO2 중 하나 이상으로 선택되는 광투과 재료와, Al, Au, Ag 중 하나 이상으로 선택되는 반사 재료가 혼합된 혼합재료로 이루어지는 백라이트 유닛용 광원 패키지. - 제8항에 있어서,
상기 광투과성 모필름층의 제2-1두께는 0.75~1.25mm이고, 상기 반사투과 코팅층의 제2-2 두께는 20~60um인 백라이트 유닛용 광원 패키지. - 제9항에 있어서,
상기 반사투과형 광부재의 밑면의 넓이는 상기 광변환 밀봉부 상면 넓이의 100%를 초과하고, 200% 이하인 백라이트 유닛용 광원 패키지. - 2개의 전극층과 전극층 사이에 배치되는 발광층을 포함하는 발광부와, 상기 발광부 상부에 배치되는 성장 기판층으로서의 광투과층과, 상기 발광부 및 광투과층 양측면과 상기 광투과층 상면을 둘러싸는 광변환 밀봉부와, 상기 광투과층 상부와 광변환 밀봉부 사이 또는 광변환 밀봉부 상부에 배치되고 반사율 90~99%, 광투과율 1~10%의 광학특성을 가지는 반사투과형 광부재를 포함하는 다수의 광원 패키지;
상기 다수의 광원 패키지를 장착하기 위한 기판;
상기 다수의 광원 패키지와 이격되어 상기 다수의 광원 패키지 상부에 배치되는 확산판; 및
상기 확산판 상에 배치되는 1 이상의 광학시트;
를 포함하고,
상기 반사투과형 광부재는 SiO2, TiO2 중 하나 이상으로 선택되는 광투과 재료와, Al, Au, Ag 중 하나 이상으로 선택되는 반사 재료가 혼합된 혼합재료로 이루어지는, 백라이트 유닛. - 제11항에 있어서,
상기 기판 상에는 상기 반사투과형 광부재로부터 반사된 광을 재반사하는 기저반사부가 배치되는 백라이트 유닛.
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