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KR101384175B1 - 백라이트 유닛 - Google Patents

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KR101384175B1
KR101384175B1 KR1020070098100A KR20070098100A KR101384175B1 KR 101384175 B1 KR101384175 B1 KR 101384175B1 KR 1020070098100 A KR1020070098100 A KR 1020070098100A KR 20070098100 A KR20070098100 A KR 20070098100A KR 101384175 B1 KR101384175 B1 KR 101384175B1
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led light
phosphor
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KR1020070098100A
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김일구
박종진
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삼성전자주식회사
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Publication date
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Abstract

박형이면서도 균일한 휘도를 갖는 백라이트 유닛이 제안된다. 본 발명에 따른 백라이트 유닛은 기판과 기판상에 실장된 LED칩 및 LED칩을 봉지하는 봉지부를 포함하는 LED 광원과 함께, 기판과 소정거리 이격되고, 적어도 일면에 LED 광원에서 발생된 광의 일부는 투과하고 일부는 반사하는 패턴부가 형성된 확산판을 갖는다.
패턴, 투과, 반사, 뮤라현상

Description

백라이트 유닛{Backlight unit}
본 발명은 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 박형이면서도 균일한 휘도를 갖는 백라이트 유닛에 관한 것이다.
최근 화상표시장치의 박형화, 고성능화 경향에 따라, TV, 모니터 등에 액정 표시장치가 많이 사용되고 있다. 액정 패널은 스스로 빛을 내지 못하기 때문에, 액정표시장치는 화면의 표시방향과 반대방향에서 액정패널에 광을 공급하는 백라이트 유닛(Backlight unit, BLU)을 필요로 한다.
BLU에서 광원으로는 가격이 싸고 조립이 간단한 냉음극 형광 램프(CCFL)이 사용되어 왔다. 그러나 CCFL을 이용한 BLU는, 로컬 디밍(local dimming)이나 임펄시브(impulsive) 방식의 부분 구동을 구현하기가 어렵고 수은으로 인한 환경오염, 느린 응답속도 등의 단점을 가지고 있다. 이를 극복하기 위해 CCFL 대신에 LED가 BLU 광원으로 제안되었다.
일반적으로 BLU의 구조는 직하 방식과 엣지 방식으로 나뉜다. 엣지방식에서는, 바(bar) 형태의 광원이 액정 패널의 측부에 위치하여 도광판(light guide plate)을 통해 액정 패널 쪽으로 빛을 조사하고, 직하방식에서는 액정 패널 밑에 위치한 면광원으로부터 액정 패널을 직접 조광한다.
전술한 바와 같이, 전자장치의 소형화 및 박형화 요구에 부응하기 위하여 BLU에서부터 소형화 및 박형화를 구현할 수 있는 구조가 제안되었다. 도1은 광원으로 청색LED광원(11), 녹색LED광원(12) 및 적색LED광원(13)을 모두 사용한 경우 직하방식 백라이트 유닛을 나타낸 도면이다.
도 1에서 백라이트 유닛은 기판(10)상에 청색LED광원(11), 녹색LED광원(12), 및 적색LED광원(13)을 구비하고, 광원들(11, 12, 13)로부터 소정거리 이격된 위치에 확산판(14)이 위치하여 광원들로부터 발광된 광을 혼합하여 액정패널(미도시)을 조광한다. 3개의 청, 녹, 적색의 광이 혼합되어 백색을 구현할 수 있다.
광원들(11, 12, 13)은 각각 LED칩들(11a, 12a, 13a), 이를 봉지하는 봉지부들(11b, 12b, 13b) 및 패키지 프레임(11c, 12c, 13c)을 포함한다. 이 때, 기판(10) 및 확산판(14) 사이의 간격은 40mm 내지 50mm로서, 각 색깔을 갖는 광들의 혼합을 위한 간격이 소정거리 필요하다. 또한, 각각의 색깔에 따라 LED칩을 실장한 LED 광원을 구비하여야 하므로 LED광원의 필요수량이 증가하고 최종적으로 제조되는 BLU 의 두께가 두꺼워지는 문제가 있다.
도2는 광원으로 백색LED광원들을 사용한 경우의 직하방식 백라이트 유닛을 나타낸 도면이다. 도2에서의 백라이트 유닛은 기판(20), 기판(20)상에 실장된 3개의 백색LED광원들(21, 22, 23) 및 확산판(24)을 포함한다. 백색LED광원들(21, 22, 23)은 백색을 발광하기 위하여 예를 들면 청색LED 칩들(21a, 22a, 23a) 및 백색광을 위한 황색형광체(미도시)를 포함하면서 칩을 봉지하는 봉지부(21b, 22b, 23b)와 확산판(24)을 구비한다.
도2의 BLU는 도1의 청색LED광원(11), 녹색LED광원(12), 및 적색LED광원(13)을 모두 사용하는 경우보다 더 적은 수의 LED광원을 사용할 수 있다. 또한, 각 광원이 백색광을 발광할 수 있으므로 광확산거리가 짧아 기판(20) 및 확산판(24)사이의 거리를 줄일 수 있다. 따라서, 도1의 BLU보다 소형이면서 박형의 BLU 구현이 가능하다.
그러나, 도2와 같은 백라이트에 사용된 광원에서 LED 패키지의 지향각 조절의 어려움을 해소하기 위한 방안과 함께 보다 소형이면서 박형의 BLU에 대한 요청이 지속되었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 박형이면서도 균일한 휘도를 갖는 백라이트 유닛을 제공하는데 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 백라이트 유닛은 기판상에 실장된 LED칩 및 LED칩을 봉지하는 봉지부를 포함하는 LED 광원; 및 기판과 소정거리 이격되고, 적어도 일면에 LED 광원으로부터의 광의 일부는 투과하고 일부는 반사하는 패턴부가 형성된 확산판;을 포함한다.
여기서, 기판은 FR-4(Flame Resistant 4)계 기판, Al계 기판, 및 세라믹 기판 중 어느 하나일 수 있다.
LED광원은 백색광을 발광할 수 있다. LED광원의 봉지부는, 에폭시 수지 또는 실리콘 수지를 포함할 수 있는데, 봉지부는, LED로부터 발광된 빛의 파장을 변환시키는 형광체를 포함할 수 있다.
예를 들어, LED는 자외선 LED이고, 형광체는 청색형광체, 적색형광체 및 녹색형광체를 포함할 수 있다. 또는, LED는 청색 LED이고, 형광체는 황색형광체를 포 함할 수 있다.
본 발명에 따른 백라이트 유닛은 두께가 종래의 백라이트 유닛보다 작은데, 기판 및 확산판 사이의 간격은 20mm 이하일 수 있다. 아울러, 확산판에서 패턴부는, 그 기능을 고려하여 기판에서 LED 광원이 실장된 위치와 대응하는 위치에 형성되는 것이 바람직하다.
패턴부는 LED광원으로부터의 광을 일부투과하고, 일부반사하는데, 이를 위하여 SiO2 또는 TiO2를 포함할 수 있다. 또한, 이외에도 패턴부는 폴리메틸메타크릴레이트, SK4, 실리카, 및 MgF 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 이러한 물질을 포함하는 패턴부는 광투과율이 1% 내지 20%이고, 광반사율은 80% 내지 99%일 수 있다.
본 발명에 따르면, 칩온보드 방식으로 LED광원을 구비하고, 확산판에 일부투과/일부반사가 가능한 패턴부를 구비하여, 소형이면서 박형인 백라이트 유닛을 제조할 수 있는 효과가 있다.
아울러, 박형의 BLU인 경우에도, 뮤라현상 등이 없이 균일한 휘도를 갖는 백 라이트 유닛을 얻을 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 백라이트 유닛을 나타낸 도면이다. 본 발명의 일실시예에 따른 백라이트 유닛(100)은 기판(110), 기판(110)상에 실장된 LED칩(121) 및 LED칩을 봉지하는 봉지부를 포함하는 LED 광원 및, 기판(110)과 소정거리 이격되고, 적어도 일면에 LED광원(120)으로부터의 광의 일부는 투과하고 일부는 반사하는 패턴부(140)가 형성된 확산판(130);을 포함한다. 특히, 도3에서 패턴부(140)는 확산판(130)의 상면에 형성되어 있다.
기판(110)은 배선패턴 등의 전기적 연결수단을 통하여 LED광원(120)에 전압을 인가할 수 있는 기판이면 어떤 것이든 사용할 수 있는데, 예를 들면, FR-4(Flame Resistant 4)계 기판, Al계 기판, 및 세라믹 기판 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
기판(110)상에는 LED광원(120)이 실장되어 있다. LED광원(120)은 LED칩(121) 및 봉지부(122)를 포함한다. LED칩을 기판에 실장하는 방법으로는 전술한 도1 및 2에서 도시 및 설명한 바와 같이 LED칩을 LED 패키지 내에 위치시키고, 그 LED 패키지 자체를 기판에 실장하는 패키지 실장방식과 LED칩을 기판상에 직접 실장하고 그 보호를 위하여 수지 등을 이용하여 돔 형식으로 봉지하는 COB 방식이 있다.
LED칩(121)은 기판(110)상에 칩온보드(Chip-On-Board, COB)방식으로 실장되어 있다. LED칩(121)을 패키지 실장 방식이 아닌 COB 방식으로 실장하면, 패키지 자체의 높이의 BLU 두께에 대한 불리한 영향 및 지향각의 협소와 같은 문제점이 발생된다. 따라서, 본 발명에서는 LED칩(121)을 COB 방식으로 기판(110)상에 실장한다.
LED칩(121)은 기판(110)상에 위치하고, 와이어 본딩 방식 또는 칩 자체가 플립칩 형식으로 기판(110)에 실장된다. 실장된 LED칩(121) 위에는 수지 등과 같은 봉지물질로 봉지부(122)가 형성된다. 봉지물질은 예를 들어, 실리콘 또는 에폭시 수지를 사용할 수 있다. 봉지부(122)는 봉지물질을 LED칩(121)상에 공압식 또는 튜브압송식으로 디스펜싱(dispensing)하거나 또는 봉지물질이 수지인 경우 수지로 사출렌즈를 형성하여 LED칩(121) 상부 및 기판(110)에 접합하여 형성될 수 있다.
이러한 COB 방식으로 실장된 LED광원(120)은 LED칩(121) 측면으로 발광이 가능하므로 지향각이 0° 내지 180°이다. 따라서, 이러한 LED광원(120)을 복수개 사용하는 경우, 패키지 방식으로 실장된 경우보다 개별 LED광원의 지향각이 커서 보다 적은 수의 LED광원을 이용하는 것이 가능하다.
확산판(130)은 기판(110)과 소정거리 이격되어, LED광원(120)에서 발광된 광을 확산시킨다. 확산판(130)의 상면에는 확산판(130)과 소정거리 이격되어 백라이트 유닛(100)이 조광하기 위한 액정패널(미도시)이 위치할 수 있는데, 확산판(130)은 LED광원(120)으로부터의 광을 확산시켜 액정패널(미도시)에 균일하게 분포하도록 하여 균일한 휘도분포를 유도한다. 그러나, LED광원(120)이 발광하는 광의 방향을 고려할 때, 그 수직상향의 광인 Le을 확산시키는 경우, 그 부분에서의 광이 다른 부분보다 밝아지게 되는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 확산판(130)의 상면에는 패턴부(140)가 형성되어 Le를 다시 LED광원(120)이 위치한 기판(110)쪽으로 반사시킨다. 기판(110)쪽으로 반사된 광인 Lr은 확산판(130)의 하측표면에서 다시 반사되거나 기판(110)의 상부표면에서 다시 반사되어 액정패널(미도시)을 향하여 수직상향으로 진행할 수 있다.
이 때, LED광원(120)의 수직상향에 대응되는 확산판(130)상의 위치에 패턴 부(140)가 형성되어 Le를 모두 반사한다면, 그 위치 대응되는 액정패널(미도시)상에는 어두운 부분이 형성된다. 이를 뮤라(mura)현상이라 하는데, 이러한 현상은 패턴부(140)가 없을때 LED광원(120)의 수직상향 위치에서 너무 밝은 현상에 대응되는 현상으로 패턴부(140)가 Le를 모두 반사시키기 때문에 발생되는 현상이다.
만약, 패턴부(140)가 LED광원(120)로부터의 광을 일부투과하고, 일부반사한다면, 이러한 뮤라현상을 감소시킬 수 있다. 즉, 패턴부(140)가 Le를 일부는 Lr로 반사시키고, 일부는 Lo로 통과시킨다면 액정패널(미도시)상에서의 균일한 휘도를 얻을 수 있다.
패턴부(140)는 Le의 일부반사 및 일부투과를 위하여 SiO2 또는 TiO2를 포함할 수 있다. 또한, 이외에도 패턴부는 폴리메틸메타크릴레이트, SK4, 실리카, 및 MgF 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
패턴부(140)는 광투과율이 1% 내지 20%이고, 광반사율은 80% 내지 99%일 수 있는데, 이러한 광투과율 및 광반사율은 백라이트 유닛(100) 내의 광원의 개수, 광원의 위치, 광원간의 거리, 및 기판과 광원과의 거리를 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 광투과율 및 광반사율은 전술한 물질의 농도 등을 변경하여 필요에 따라 조절될 수 있다.
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 백라이트 유닛을 나타낸 도면이다. 본 실시예에서 백라이트 유닛(200)은 기판(210), 기판(210)상에 실장된 LED칩(221) 및 LED칩(221)을 봉지하는 봉지부(222)를 포함하는 LED광원(220); 및 기판(210)과 소정거리 이격되고, LED광원(220)으로부터의 광(Le)의 일부는 투과하고 일부는 반사하는 패턴부(240)가 형성된 확산판(230);을 포함한다. 본 실시예에서 백라이트 유닛(200)은 패턴부(240)가 확산판(230)의 하면에 형성되어 있는 것을 제외하고는 도3에 관하여 설명된 백라이트 유닛(100)과 동일하다.
패턴부(240)는 확산판(230)의 하부에 형성된다. 패턴부(240)가 확산판(230)의 하부표면에 형성되어 그 상부표면에 형성된 것보다, LED광원(220)과의 거리가 감소된다. 그에 따라 패턴부(240)에서 Le의 일부투과 및 일부반사효과가 더욱 향상된다. 따라서, 뮤라현상이 더욱 감소될 수 있다. 또한, 확산판(230)의 상부표면에 패턴부 등이 형성되지 않아, 예를 들어 광학시트(미도시)와 같은 별도의 시트를 배치한다면 확산판(230)과 더욱 좁은 간격으로 배치할 수 있어서 전체적인 BLU의 두께가 감소될 수 있다.
도5는 본 발명의 일실시예에 따른 백라이트 유닛에서 LED 광원을 나타낸 도면이다. LED광원(320)은 전술한 바와 같이 COB 방식으로 기판(310)상에 실장된다.
LED광원(320)은 백색광을 발광하는 것이 바람직하다. 백색광원의 경우 광혼 합거리의 불필요로 인하여 보다 박형의 BLU 구현이 가능하다. LED광원(320)이 백색광을 발광하기 위하여는 LED광원(320) 내에 적색 LED, 녹색 LED 및 청색 LED를 함께 실장하고 이를 하나의 봉지부로 봉지할 수 있다.
이와 달리, LED광원(320)의 봉지부(322)에 LED칩(321)으로부터의 광의 파장을 변환시키는 형광체(323)를 포함시켜 백색광을 얻을 수 있다. 예를 들어 LED칩(321)이 청색LED칩인 경우에는 봉지부(322)에 청색광을 흡수하여 황색광을 발광하는 황색형광체를 포함시켜 백색광을 얻을 수 있다.
또는, LED칩(321)으로서, 자외선 LED를 사용하면 하나 이상의 형광체를 사용한다. 즉, 형광체(323)로서, 청색형광체, 적색형광체 및 녹색형광체를 모두 사용하면 백색광을 얻을 수 있다. 형광체의 사용은 사용하는 LED 칩의 특성에 따라 그 함유량 및 물성을 조절하여 사용할 수 있다.
도6은 본 발명의 일실시예에 따른 백라이트 유닛에서 확산판 상의 패턴부를 나타내는 도면이다. 패턴부(440)는 확산판(430)의 상부표면에 형성되어 있다. LED광원(미도시)으로부터 수직상향으로 진행하는 광인 Le는 확산판(430)을 거쳐 패턴부(440)와 만나게 된다. 패턴부(440)는 Le를 일부투과 및 일부반사하기 위한 일부반사물질(442) 및 이를 소정 농도로 포함하는 수지(441)를 포함한다.
일부반사물질(442)은 Le를 일부는 Lo로 투과시키고, 일부는 Lr로 반사시키기 위하여 소정비율로 반사가능한 물질이다. 그 예로는 SiO2 또는 TiO2가 있고, 또한, 이외에도 폴리메틸메타크릴레이트, SK4, 실리카, 및 MgF 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
도7a 내지 도7h는 본 발명의 일실시예에 따른 백라이트 유닛의 기판 및 확산판 사이의 간격에 따른 시뮬레이션 결과이다. 도7a내지 도7h는 각각 본 발명에 따라 백라이트 유닛을 제조하면서 기판 및 확산판 사이의 간격을 조절하여 액정패널에서의 휘도분포 및 뮤라현상의 발생 유무를 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다. 기판 및 확산판 사이의 간격은 각각 5mm, 10mm, 12mm, 13mm, 14mm, 15mm, 16mm, 및 17mm였다.
도7a를 참조하면, 기판 및 확산판 사이의 간격이 5mm인 경우, 뮤라현상이 확연히 나타났는데 이는 LED광원 및 확산판 사이의 간격이 너무 짧아 광확산에 필요한 거리를 확보하지 못한 것으로 추측된다. 도7b 에서부터 도7h까지는 점차 기판 및 확산판사이의 간격이 늘어나는데, 13mm인 경우까지는 균일하지 않은 휘도분포를 보이나 점차 감소되고 14mm부터는 이러한 현상이 점점 적어져 17mm에서는 균일한 휘도분포를 보이는 것으로 시뮬레이션 결과 나타났다.
이러한 시뮬레이션 결과를 볼때, 본 발명에 따른 백라이트 유닛은 기판 및 확산판 사이의 간격이 20mm 이하일 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위에 의해 해석되어야 한다. 또한, 본 발명에 대하여 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
도1은 광원으로 청색LED광원, 녹색LED광원 및 적색LED광원을 모두 사용한 경우의 백라이트 유닛을 나타낸 도면이다.
도2는 광원으로 백색LED광원을 사용한 경우의 백라이트 유닛을 나타낸 도면이다.
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 백라이트 유닛을 나타낸 도면이다.
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 백라이트 유닛을 나타낸 도면이다.
도5는 본 발명의 일실시예에 따른 백라이트 유닛에서 LED 광원을 나타낸 도면이다.
도6은 본 발명의 일실시예에 따른 백라이트 유닛에서 확산판상의 패턴부를 나타내는 도면이다.
도7a 내지 도7h는 본 발명의 일실시예에 따른 백라이트 유닛의 기판 및 확산판의 거리에 따른 시뮬레이션 결과이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 백라이트 유닛 110 기판
120 LED 광원 121 LED 칩
122 봉지부 130 확산판
140 패턴부

Claims (12)

  1. 기판;
    상기 기판상에 실장된 LED칩 및 상기 LED칩을 봉지하는 봉지부를 포함하는 복수의 LED 광원; 및
    상기 기판과 소정거리 이격되고, 적어도 일면에 상기 복수의 LED 광원에서 발광된 광의 일부는 투과하고 일부는 반사하는 복수의 패턴부가 형성된 확산판;을 포함하고,
    상기 복수의 패턴부는 상기 기판에서 상기 복수의 LED 광원이 실장된 위치와 대응하는 위치에 각각 형성되고, 각 LED칩의 수직상향에 각각 위치하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판은, FR-4(Flame Resistant 4)계 기판, Al계 기판, 및 세라믹 기판 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 LED광원은, 백색광을 발광하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  4. 청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 봉지부는, 에폭시 수지 또는 실리콘 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 봉지부는, 상기 LED광원에서 발광된 빛의 파장을 변환시키는 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 LED는, 자외선 LED이고,
    상기 형광체는 청색형광체, 적색형광체 및 녹색형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 LED는, 청색 LED이고,
    상기 형광체는 황색형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판 및 상기 확산판 사이의 간격은 20mm 이하인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 패턴부는, SiO2 또는 TiO2를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 패턴부는, 폴리메틸메타크릴레이트, SK4, 실리카, 및 MgF 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 패턴부는, 광투과율이 1% 내지 20%이고, 광반사율은 80% 내지 99%인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
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