KR20020014130A - 청색 발광 다이오드와 녹,적색 발광 형광판을 갖는백라이트 유닛과 이를 이용한 백색광 발광법 - Google Patents

청색 발광 다이오드와 녹,적색 발광 형광판을 갖는백라이트 유닛과 이를 이용한 백색광 발광법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 청색 발광 다이오드(blue LED)와 녹ㆍ적색 발광 형광체가 코팅된 형광판과 도광판을 이용한 백라이트 유닛(backlight unit)과 이를 이용한 백색광 발광 방법에 관한 것이다.
본 발명의 백라이트 유닛은 청색 발광 다이오드(blue LED)와 녹색 발광과 적색 발광 형광체가 코팅된 형광판, 도광판, 반사판 그리고 확산판으로 구성된다.
본 발명의 백라이트 유닛은 중소형 디스플레이 단말기에 적용될 경우, 장치의 경량화, 슬림화 및 소형화시킬 수 있으며, 높은 절전 효과를 얻을 수 있다. 또한, 청색, 녹색, 적색의 삼원색이 발광되므로 TFT-LCD와 함께 구동시키면 다양한 색 재현이 가능하다.

Description

청색 발광 다이오드와 녹,적색 발광 형광판을 갖는 백라이트 유닛과 이를 이용한 백색광 발광법{Backlight Unit with Blue LED and Green and Red Emitting Fluorescent Sheet and Producing White Light by Using the Same}
본 발명은 청색 발광 다이오드와 녹색 발광 및 적색 발광 형광체가 코팅된 형광판과 도광판을 이용한 백라이트 유닛과 이를 이용한 백색광을 얻는 방법에 관한 것이다.
백라이트는 주로 디스플레이의 광원으로 널리 사용된다. 노트북 컴퓨터의 경우는 냉 음극 형광램프(cold cathode fluorescent lamp)를 백라이트 광원으로 사용하고 있다. 노트북 컴퓨터에 사용되는 냉 음극 형광램프는 모든 색상이 가능하며색 재현 범위가 우수하다.
그러나 냉 음극 형광램프의 구동에 있어서 인버터(inverter)를 사용해야 하므로 인버터가 차지하는 공간이 클 뿐만 아니라, 이에 필요한 승압 회로가 별도로 필요하다. 또한 노트북 컴퓨터에 사용되는 냉 음극 형광램프는 에너지의 소모가 크므로 이것을 기존 램프의 소비전력의 10%만으로도 작동되는 발광 다이오드를 이용한 백라이트로 대체하게 되면 초절전형, 초슬림형 백라이트가 가능하게 된다.
또한 소형 디스플레이로 널리 사용되는 핸드폰은 표면 장착 발광 다이오드 [SMD(surface mounting device) LED]가 주로 사용되고 있다. SMD LED는 정보통신기기의 소형화 추세에 발맞추어 널리 사용되고 있다. SMD LED는 소형일 뿐만 아니라 전력 소모가 매우 적으므로, 핸드폰과 같은 소형 디스플레이의 백라이트에 최적의 조건을 가지고 있다.
그러나 현재 사용되는 SMD LED는 단색의 SMD LED를 사용하기 때문에 문자나 간단한 단색의 영상을 디스플레이 하는데는 문제가 없지만 노트북처럼 다양한 색 재현이 필요한 곳에는 적용이 불가능하다. 만약 다양한 색을 구현하기 위해서는 한 개의 LED에서 청색, 녹색, 적색이 모두 일정 세기 이상으로 발광되는 것이 요구된다.
이와 같이 색 재현 범위가 우수한 노트북의 냉 음극 형광램프 등의 장점과 소형일 뿐만 아니라 전력 소모가 매우 작은 핸드폰의 SMD LED의 백라이트의 장점만을 살릴 수 있는 것이 백색 발광 다이오드를 사용한 백라이트이다. 백색광을 발생시키는 방법은 도 1과 같이 청색 발광 다이오드 칩(2)를 반사컵(1) 위에 부착한 다음, 녹색 발광 형광체(4)와 적색 발광 형광체(5)를 투명수지에 섞은 것을 청색 발광 다이오드 칩(2) 상부에 코팅시키고 청색 발광 다이오드를 작동시키는 것이다.
그러나 이 방법은 백색 발광 다이오드들 만드는 공정에서 많은 어려움을 가지고 있다. 특히, 청색 발광 다이오드 칩(2) 위에 코팅시키는 녹색 발광 형광체와 적색 발광 형광체의 농도 뿐만 아니라 코팅의 형태에 따라서 백색의 발광 형태가 크게 변한다. 따라서 백색 발광 다이오드를 만드는 공정에서 가장 중요한 핵심 기술은 청색 발광 다이오드 칩 위에 항상 동일한 조건으로 형광체를 코팅시키는 기술이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 청색 발광 다이오드와 녹색 발광과 적색 발광 형광체가 코팅된 형광판과 도광판 및 확산판으로 구성된 초절전형 및 초소형 백라이트 유닛(backlight unit)을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 기존의 백라이트에 사용된 백색 발광 다이오드의 제조 공정상의 많은 어려움을 청색 발광 다이오드와 녹색 발광과 적색 발광 형광체가 코팅된 형광판을 사용하여 해결하고자 하는 것이다.
도 1은 기존에 사용되는 백색 발광 다이오드의 단면도이다.
도 2은 기존에 사용되는 백라이트 유닛의 외부 사시도이다.
도 3은 도 2의 발광 다이오드와 확산판과 도광판으로 구성된 백라이트의 각 부분에 대한 분리 사시도이다.
도 4는 복수개의 발광 다이오드(A)가 병렬로 연결된 청색 발광 다이오드 키트(14)이다.
도 5는 도광판(B)에 의하여 빛이 굴절되는 것을 나타내는 개략도이다.
도 6은 본 발명에서 사용되는 백라이트 유닛의 각 부분에 대한 분리 사시도이다.
도 7은 본 발명에서 사용되는 또 다른 구조의 백라이트 유닛의 각 부분에 대한 분리 사시도이다.
도 8은 본 발명에서 사용되는 백라이트에서 발광되는 빛의 발광 스펙트럼이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
A : 백색 발광 다이오드 B : 도광판
1 : 반사컵 2 : 청색 발광 다이오드 칩 3 : 연결선 4 : 녹색 발광 형광체
5 : 적색 발광 형광체 6 : 에폭시 렌즈
7 : 납틀 8 : 백색 발광 다이오드 키트
9 : 확산판 10 : 반사판
11 : 굴절용 반구 12 : 투명플라스틱
13 : 빛의 굴절 방향 14 : 청색 발광 다이오드 키트
15 : 녹??적색 발광 형광판
본 발명의 백라이트 유닛은 청색 발광 다이오드, 녹색 발광과 적색 발광 형광체가 코팅된 형광판과 도광판, 반사판 그리고 확산판으로 구성된다.
본 발명은 청색 발광 다이오드로부터 나오는 청색이 녹색 발광 형광체와 적색 발광 형광체를 혼합하여 코팅된 형광판을 통과 한 후 완전히 흡수되지 않고 나오는 청색과 형광판에서 청색을 흡수 한 후 발광되는 녹색, 적색이 유사한 세기로 발광되어 백색광이 발생되는 방법을 사용한다.
기존의 방법은 녹색 발광과 적색 발광 형광체를 투명수지에 섞은 것을 청색 발광 다이오드 칩 위에 도핑시키어 백색 발광 다이오드를 만드는 방법이다. 그러나 이 방법은 청색 발광 다이오드 칩 상부에 녹색 발광과 적색 발광 형광체를 항상 동일한 조건으로 코팅시키는 기술의 개발에 문제가 많다.
백색 발광 다이오드를 만드는 공정에서 불량률이 매우 높다. 특히, 백색 발광 다이오드를 만들 때 청색 발광다이오드의 가격은 사용된 형광체의 가격의 약 1000배 이상이고, 한 번 형광체를 도핑하여 생긴 불량품은 재사용 할 수 없다. 이러한 것을 고려하면 형광체를 도핑하는 공정에서 생기는 불량은 비싼 청색 발광 다이오드를 버리는 엄청난 경제적인 손실을 초래한다.
본 발명에서는 청색 발광 다이오드와 녹색 발광과 적색 발광 형광체가 코팅된 형광판을 사용하여 백색광을 만든다. 이 방법은 백색 발광 방법이 매우 간단한 공정상의 장점을 가지고 있다. 또한 만약에 녹색 발광과 적색 발광 형광체를 혼합하여 만든 형광판에 문제가 생길 경우에는 간단히 새로운 형광판으로 대치하면 재사용 할 수 있다. 따라서 기존의 백색 발광다이오드를 직접 만들 때 생기는 기술적 문제점과 불량률에 따른 경제적 손실을 쉽게 개선 할 수 있다.
이하, 본 발명을 첨부 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
도 1은 기존에 사용되는 백색 발광 다이오드의 단면도로서, 반사컵(1) 상부에 청색 발광 다이오드 칩(2)이 부착되며, 청색 발광 다이오드 칩(2)의 상부는 녹색 발광 형광체(4)와 적색 발광 형광체(5)로 도핑된 투명수지로 코팅되었다. 연결선(3)은 청색 발광 다이오드 칩(2)과 납틀(7)을 연결하여 주며, 이를 통하여 전기가 통전된다. 미설명 부호 6은 에폭시 렌즈이다.
도 2는 기존에 사용되는 백라이트 유닛의 외부 사시도로서, 도광판(B)과 백색 발광 다이오드 키트(8), 확산판(9), 반사판(10), 및 납틀(7)로 구성되며, 도광판(B)과 백색 발광 다이오드 키트(8)는 수직하게 형성된다.
도 3은 도 2의 분해 사시도로서, 내부의 도광판(B)에 크기가 상이한 다수개의 반구가 도광판의 지면과 일정한 각도를 이루며 형성되어 있다.
도 4는 복수개의 백색 발광 다이오드(A)가 병렬로 연결된 백색 발광 다이오드 키트(8)이다.
도 5는 사용되는 도광판(B)에 의하여 빛이 굴절되는 것을 나타내는 개략도로서, 형성된 반구(11)에 의하여 빛의 굴절방향(13)이 확산판으로 향하고 있음을 보여 준다. 미설명 부호 12은 투명 플라스틱이다.
도 6은 본 발명에서 사용되는 백라이트 유닛의 내부 사시도로서, 도광판(B)과 녹색 발광과 적색 발광 형광체가 코팅된 녹ㆍ적색 발광 형광판(15)을 도광판 측면에 붙여서 사용된다. 그리고 청색 발광 다이오드 키트(14), 반사판(10), 확산판(9) 및 납틀(7)로 구성되며, 도광판(B)과 청색 발광 다이오드 키트(14)는 수직하게 형성된다.
도 7은 도 6과 거의 동일하나 녹색 발광과 적색 발광 형광체가 있는 형광판(15)을 도 6과 달리 도광판 윗면에 부착시킨 경우이다.
도 8은 도 6 또는 도 7 방법으로 사용된 백라이트에서 발광되는 빛의 발광 스펙트럼이다.
녹색 발광 형광체는 청색을 흡수해서 녹색을 발광하는 모든 형광체를 칭한다. 이 그룹에 해당되는 형광체의 바람직한 예는 SrGa2S4:Eu, ZnS:CuAl, ZnS:CuAuAl, SrGa2S4:Eu, ZnGa2S4:Eu, SrS:Ce 등이다. 적색 발광 형광체는 청색을 흡수해서 적색을 발광하는 모든 형광체를 칭하며, 이 그룹에 해당되는 형광체의 바람직한 예는 (ZnCd)S:AgCl, (ZnCd)S:AgAuCl, (ZnCd)S:AgAuAl, ZnGa2S4:Mn, SrY2S4:Mn, SrS:Eu 등이다.
도 8의 발광 스펙트럼에 의하여 확인되는 바와 같이, 백라이트에서 발광되는 빛은 청색 영역과 녹색 영역, 그리고 적색 영역의 빛이 비슷한 세기를 가진다. 이에 의하여 다양한 색의 재현이 가능하며, 칼라 동영상의 구현이 용이하게 된다.
균일한 밝기로 발광되기 위해서 발광 다이오드에 가까운 부분이 멀리 떨어져 있는 부분보다 조도가 높으므로 굴절용 반구(11)의 크기는 발광 다이오드에 가까운 부분은 작게 하고, 먼 쪽은 점차적으로 크게 하거나, 굴절용 반구(11)의 크기를 동일하게 할 경우에는 반구(11)의 밀도(단위면적당 굴절용 반구의 수)를 가까운 부분은 작게, 먼 부분은 크게 한다.
굴절용 반구(11)가 형성된 바닥판은 발광 다이오드로부터 상향되게 경사진 것이나 반대로 하향되게 경사진 것 또는 경사가 없는 것을 모두 사용할 수 있으나, 각각의 경우는 백라이트의 모든 면에서 균일한 밝기를 내도록 하기 위해서 굴절용 반구(11)의 형태를 적절하게 바꾸어 주어야 한다. 또한, 디스플레이의 크기가 클 경우에는 발광 다이오드를 대응하는 양면에 형성시킬 수도 있어, 확산판(9)으로 향하게 되는 빛의 세기는 전체적으로 균일하게 조절된다.
백색을 발광시키기 위한 형광체는 청색을 흡수하여 녹색과 적색을 발광하게 되는 형광체가 30 : 70 내지 70 : 30 몰비로 적절히 혼합된 것이다. 청색을 흡수하여 녹색을 발광시키는 형광체의 바람직한 예는 SrGa2S4:Eu이며, 청색을 흡수하여 적색을 발광시키는 형광체의 바람직한 예는 (Zn Cd)S:AgCl이다.
두 형광체의 사용비율은 청색영역(430 - 480nm)의 광의 세기의 합(도 8의 L)을 1.0으로 한 경우에, 녹색영역(510 - 550nm)의 광의 세기의 합(도 8의 M) 및 적색영역(610 - 680nm)의 광의 세기의 합(도 8의 N)이 각각 0.7 내지 1.3의 범위에 있도록 조절하는 것이 좋다. 이에 의하여 백색을 발광 할 수 있을 뿐만 아니라, 칼라 동영상의 구현시 사용되는 TFT-LCD 내의 색 필터에 의한 삼원색 광의 손실을 최소화할 수 있다.
녹색 발광과 적색 발광 형광체가 코팅된 형광판은 그 적절한 두께는 5 - 20??m 이다. 형광체를 형광판에 코팅시킬때 투명수지로 아크릴계 수지, 실리콘계 수지, 에폭시계 수지 등이 사용될 수 있으나, 아크릴계 수지의 사용이 가장 바람직하다.
본 발명의 실시 예는 아래와 같다.
<실시 예>
SrGa2S4:Eu과 (Zn Cd)S:AgCl을 몰비로 40 : 60의 비율로 혼합한 형광체를 용매 20부피%에 용해된 아크릴수지(존슨 폴리머사의 Joncryl 2630)에 혼합시켰다. 여기에서 사용된 용매는 메톡시에탄올이다. 형광체의 양은 아크릴수지 100중량비에 대하여 0.5중량비이었다. 녹색 발광과 적색 발광 형광체를 아크릴수지에 혼합하여 투명한 필름에 발라서 형광판을 만든다. 도 8은 도 6 또는 도 7의 구성을 갖는 백라이트 유닛에서 발광되는 빛의 발광 스펙트럼이다. 이때 청색, 녹색, 적색 영역에 발광 봉우리가 생기며, 이 영역의 광의 세기의 합(L, M, N)이 유사함을 알 수 있다.
본 발명에 따른 SMD형태의 청색 발광 다이오드의 두께는 1mm 이내이다. 따라서 본 발명의 백라이트 유닛의 두께는 2mm 이내로 제작이 가능하다. 냉각 음극 형광등의 유닛의 두께는 4mm 이다. 본 발명의 백라이트 유닛은 냉각음극 형광등에 비하여 그 두께를 1/2 정도로 줄일 수 있으며, 전력소모를 10 내지 20%정도로 극소화시킬 수 있다. 또한, 발광 다이오드의 수명은 기존의 냉각 음극 형광등의 수명보다 약 10배정도 이며 반영구적으로 사용될 수 있다.
본 발명의 백색 발광 방법은 청색과 녹색, 그리고 적색이 적절한 비율로 합성됨으로써 발생되는 백색광의 순도를 높히게 된다. 이에 의하여 발생된 백색이 광원으로 사용된 백라이트 유닛은 선명도가 높은 칼라 동영상의 구현이 가능하게 한다.
본 발명에서는 청색 발광 다이오드와 녹색 발광 형광체와 적색 발광 형광체가 코팅된 녹ㆍ적색 발광 형광판을 별도로 사용하므로 백색 발광 공정이 매우 간단하다. 따라서 백색 발광다이오드를 사용하여 백라이트를 만들 때 생기는 기술적 문제점과 불량률에 따른 경제적 손실을 본 발명의 방법을 사용하면 쉽게 개선 할 수 있다.

Claims (5)

  1. 청색 발광 다이오드 키트(14)와 녹ㆍ적색 발광 형광판(15), 도광판(B), 반사판(10), 확산판(9) 및 납틀(7)로 구성된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  2. 제 1항에 있어서, 청색 발광 다이오드 키트(14)에서 나오는 청색이 도광판의 측면 또는 윗면에 붙여진 녹ㆍ적색 발광 형광판(15)을 통과한 후 백색이 발광되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  3. 제 1항에 있어서, 녹ㆍ적색 발광 형광체는 청색을 흡수하여 녹색을 발광시키는 형광체와, 청색을 흡수하여 적색을 발광시키는 형광체가 30 : 70 내지 70 : 30 의 몰비로 혼합된 형광체가 투명 필름에 도포된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  4. 제 1항 또는 제3항에 있어서, 녹ㆍ적색 발광 형광체는 청색(430 - 480nm): 녹색(510 - 550nm): 적색(610 - 680nm) 영역의 광의 세기가 1 : (0.7 - 1.3) : (0.7 - 1.3)의 비율이 되도록 발광시키는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  5. 광원을 청색 발광 다이오드로 하고, 투명 필름에 녹색발광과 적색 발광 형광체가 도포된 녹??적색 발광 형광판(15)을 통과시키되, 통과된 광이 청색(430 - 480nm): 녹색(510 - 550nm): 적색(610 - 680nm) 영역의 광의 세기가 1 : (0.7 - 1.3) : (0.7 - 1.3)의 비율이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 백색광 발생방법.
KR1020000047232A 2000-08-16 2000-08-16 청색 발광 다이오드와 녹,적색 발광 형광판을 갖는백라이트 유닛과 이를 이용한 백색광 발광법 KR20020014130A (ko)

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