BACK LIGHT UNIT

FOR TFT LCD

2004. 8. 11

온누리전자㈜

CONTENTS

1. LIQUID CRYSTAL DISPLAY

2. BLU의 기능 및 종류

3. BLU의 SPEC

4. LGP의 종류

1. LCD (Liquid Crystal Display)

1) 형태에 의한 분류

가) Direct View Type

a. 투과형(Transmission type) : Backlight 이용, 전력 소비 큼, Contrast ratio 100 : 1 이상

b. 반사형(Reflection type) : 자연광, 주변의 빛 또는 Frontlight 이용, 전력 소비 작음. Contrast ratio 10 : 1 정도

	RGB FULL COLOR
		투과형 LCD
		BACK LIGHT

`

		반사형 LCD
FIG. 1-1 투과형 LCD 구조	FIG. 1-2 반사형 LCD 구조

나) Projection Type

a. 배면 투사형(Rear projection) : Projection TV, Black strip screen 사용, 시야각 좁음

b. 전면 투사형(Front projection) : Projector, 거리에 따라 화면크기 조절가능

		반사형 LCD
			투영광학계 LCD

FIG. 1-3 투과투사형 LCD 구조

FIG. 1-4 반사투사형 LCD 구조

2) 구동 방식에 의한 분류

가) 광학적 구동 방식

a. VA(Vertical Alignment) : 액정을 수직방향으로 배열하면서 Multi domain으로 만들어 시야각 보상

b. IPS(In Plane Switching) : 전극을 한 기판에 모두 제작하여 액정을 수평방향에서만 회전시켜 시야각 보상

c. FFS(Fringe Field Switching) : IPS보다 발전한 방법으로 전극을 미세하게 하여 Fringe Filed효과로 투과율 개선

나) 전기적 구동 방식

a. Passive Matrix LCD

a) TN-LCD(Twisted Nematic LCD) : 응답 속도, 시야각, 사용온도 범위 등의 문제점이 있음

b) STN-LCD(Super Twisted Nematic-LCD ) : Twist각 240∼270 °. 전압에 따른 투과도가 급격하게 변화.

c) FE-LCD : 강유전성(Ferroelectric) 액정 사용으로 가장 빠른 응답 속도를 가짐

b. Active Matrix LCD

a) 2단자 소자 : MIM 방식(Metal Insulator Metal), TFD 방식(Thin Film Diode) etc.

b) 3단자 소자 : a-Si LCD, Poly-Si LCD etc.

c. a-Si TFT LCD (Amorphous Silicon Thin Film Transistor LCD)

a) 기판온도 350℃ 이하에서 Si 증착 : 저가의 대면적 유리 기판 사용 가능

b) Drain 전류 높음 : 1000 Scan line 이상 전하공급 가능

c) Off 전류 낮음 : 1 Frame 동안 전하방전 거의 없음

d) 전계 이동도 낮음 : 낮은 응답속도 (30 msec)

d. Poly-Si TFT LCD (Polycrystalline Silicon Thin Film Transistor LCD)

a) 고온 Ploy-Si TFT LCD : 전계 이동도가 아주 큼, 1000℃ 내외 공정, 내열(석영) 유리기판 사용. 高價 공정

b) 저온 Poly-Si TFT LCD : 대화면 적용가능, 저가격 시스템 600∼450℃, 기존 유리기판 사용가능

c) a-Si LCD에 비해 전계 이동도가 큼 : 주변 회로 일체형 LCD, 고밀도 LCD에 적합

d) 고품위, 고정세, 고개구율화 가능. 투사형 LCD, Digital camera 용 LCD에 이용

e) 제조 공정이 복잡, 높은 공정 온도 필요 : 제조 비용 상승. 고부가가치 제품에 적용

f) Poly-Si 제조 방법

⒜ LPCVD 방법 : 600℃ 이상에서 CVD 방법으로 Poly-Si 증착

⒝ 고상 결정화 방법 : a-Si 박막 제작 후 550℃ 이상 온도에서 열처리하여 다결정화

⒞ 레이저 Annealing 방법 : a-Si 박막 증착 후 레이저 조사 순간적으로 Si melting, 재결정화

3) TFT LCD Module의 구조

				편광판
				LIQUID CRYSTAL
				SHEETS
				LGP
				PCB
				BOTTOM CHASSIS
		FIG. 1-6 TFT LCD Module 적층구조

4) TFT LCD의 해상도

해상도	화소	적용 size	응용 분야
VGA	640 x 480	~ 20"	N/B PC, TV, DTV(480p)
WVGA	848 x 480	6"~	N/B PC, Car Navigation
SVGA	800 x 600	10.4" ~ 15"	N/B PC
XGA	1024 x 768	10.4" ~ 15"	N/B PC, Monitor
WXGA	1280 x 768	15.2" ~	N/B PC, HDTV(720p mode)
SXGA	1280 x 1024	15" ~ 19"	N/B PC, Monitor
SXGA+	1400 x 1050	14.1", 15.0"	N/B PC only
WSXGA	1600 x 1024	22" ~	EW Monitor, HDTV(1080i mode)
UXGA	1600 x 1200	12.1" ~ 21.3"	E-Book, EW Monitor
WUXGA	1920 x 1200	24.0" ~	EW Monitor, HDTV(1080i mode)

2. BLU (Back Light Unit)의 기능 및 종류

자체 발광하지 못하는 LCD의 광원으로서 LED, Fluorescence Lamp 등을 이용한 面光原 부품

1) DIRECT LIGHTING BLU (직하형)

가) 개요 : LCD 바로 밑에 Lamp를 평행하게 배열

나) 장점

a. 휘도 증가 구조가 단순하여 설계가 용이하고 경량 구조임

b. 휘도(Brightness) 대비 가격이 가장 저렴함

다) 단점

a. Lamp 간격(Pitch)이 멀어짐에 따라 휘선 제거를 위해 Unit의 두께를 증가시키거나 산란성이 높은 확산판이 사용.

b. Lamp 교체가 어렵고 Lamp 위치 정밀도가 매우 높아야 함 (수직, 수평 ± 0.2mm 이내)

c. Lamp 종류(EEFL, EIEFL)에 따라 비 발광영역이 늘어남

d. 고가의 Multi channel inverter 가 필요함

라) 구조

a. 확산 Plate

① 기능 : Lamp 直光을 산란시켜 輝線을 감소시키는 역할

② 종류 : 산란입자형, Variable thickness shape, Holographic diffusing plate

③ 재질 : PMMA, PC, Glass

④ 광산란제

TiO₂ : _: 산란성은 충분하나 투과율이 떨어지며 색좌표 변동이 있음

SiO₂ : 투과율은 좋으나 산란성이 부족함

Polymer beads : 산란성과 투과율이 적당함

⑤ 두께 : 1 ~ 4 mm

⑥ 문제점 : Size 증가 시 自重에 의한 중심부 처짐, UV에 의한 황변

b. 확산 Sheet

① 확산판의 광 산란능력이 부족할 때 추가로 2~3 장 사용

② 추가에 따른 광손실 증가 및 가격 상승

③ 방향성 산란 및 Lamp 휘선을 줄이기 위해 RBEF를 사용하기도 함

c. 광원

① CCFL : Cold Cathode Fluorescent Lamp

Inverter 의 수가 Lamp 수 만큼 필요함

② HCFL : Hot Cathode Fluorescent Lamp

전극열화로 Lamp 수명이 짧음

③ EEFL : External Electrode Fluorescent Lamp

개방 전압이 수천 Volt로 너무 높음, CCFL 대비 휘도가 낮음

④ EIEFL : External-Internal Electrode Fluorescent Lamp

내부, 외부 복합전극 구조, CCFL 대비 휘도가 낮음

d. 반사구조체 (하부 반사 Sheet + ▲ 형상 반사구조)

① 재질 : E60L 계열 반사 Sheet, ALSET을 이용 한 Press 가공품

② 목적 : 광 반사 효율 증가, Lamp 사이 암부 개선

③ 고 방향성 반사 Sheet 개발 필요

마) ISSUE

a. Slim, 경량화

① Lamp 간격 최소화

→ 저가격, 저전압, 고효율 Lamp 채용 (EEFL, EIEFL)

② Slim, high strength diffusing plate 개발

→ PC 재질 Plate 개발

③ Slim multi channel inverter 개발

→ Slim type, high efficiency transformer 개발

b. 고효율, 저소비전력화

① 확산 PLATE 고 투과율화

→ Holographic diffuser, High efficiency diffusing bead & plate 개발

→ Slim, high scattering plate 개발 (1~1.5mm)

② 반사구조체 고기능화

→ Simulation을 통한 반사체 최적화, Directional reflection sheet

2) FLAT FLUORESCENT LAMP BLU

가) 특징

a. 면방전 Lamp를 이용한 BLU

b. PDP와 동일한 기술적용 (Xe gas 방전, Hg free)

나) 장점

a. 대면적, 薄形의 균일한 고휘도 광원을 얻을 수 있음

b. Hg free type으로 환경 친화적임

c. 구조가 단순하여 저가격화가 가능함

다) 단점

a. 방전 공간 간격 유지를 위한 Spacer 기술

b. 유리기판의 기구적 취약성

c. Inverter의 고가격, 대형화

3) EDGE LIGHTING BLU

가) 개요

광원에서 방사된 빛이 광도파 기능을 담당하는 Light Guide Plate (이하 LGP) 옆면으로 입사하여 다중반사를 통해

산란패턴에 의해 산란되어 도광판 위로 나와 확산 Sheet, Prism sheet 등를 통하여 LCD로 빛이 입사

나) FLAT TYPE BLU

a. 용도 : Monitor, TV, Multimedia applications, 주로 대형, 고휘도 Display에 적용

b. 구조

그림. 2-4 Monitor용 BLU 구조

① Mold Frame : Lamp Ass’y, Inverter 및 각종 Sheet류와 LGP를 고정시켜주는 역할.

② Reflector Sheet : LGP에서 나오는 빛을 LGP쪽으로 반사 시키는 역할.

③ LGP : CCFL에서 나오는 線光을 面光으로 변환하여 균일한 휘도를 얻게함.

④ Diffuser Sheet : LGP에 나온 빛을 수직 방향으로 산란 시켜 균일한 빛을 발산.

LGP의 패턴형상(Pattern image)를 제거.

⑤ Prism Sheet : 확산시트에서 방출된 빛을 굴절, 반사 시켜 수직방향의 강도를 증가시킴

2장 사용 시(수직 수평) 80%~120% 증가

⑥ Protection Sheet : 프리즘 시트가 오염, 손상 되는 것을 보호하며 빛을 산란 시켜 균일한 빛을 발산 시킴.

⑦ Bottom Chassis : Mold Frame의 기능을 보강하고 LCD Module에 고정하기 위한 Press 부품.

⑧ Lamp Ass’y : CCFL + Lamp Holder + Lamp Reflector, 線光原部

다) WEDGE TYPE BLU

a. 용도 : Notebook PC, WEB pad, POS system, Mobile applications, 주로 소형, 저 소비전력 Display에 적용

b. 구조

① Mold Frame : Lamp Ass’y, Inverter 및 각종 Sheet류와 LGP를 고정시켜주는 역할.

② Reflector Sheet : LGP에서 나오는 빛을 LGP쪽으로 반사 시키는 역할.

③ LGP : CCFL에서 나오는 線光을 面光으로 변환하여 균일한 휘도를 얻게함. Wedge형 LGP 사용

④ Diffuser Sheet : LGP에 나온 빛을 수직 방향으로 산란 시켜 균일한 빛을 발산.

LGP의 패턴형상(Pattern image)를 제거.

⑤ Prism Sheet : 확산시트에서 방출된 빛을 굴절, 반사 시켜 수직방향의 강도를 증가시킴

2장 사용 시(수직 수평) 80%~120% 증가

⑥ Protection Sheet : 프리즘 시트가 오염, 손상 되는 것을 보호하며 빛을 산란 시켜 균일한 빛을 발산 시킴.

⑦ Lamp Ass’y : CCFL + Lamp Holder + Lamp Reflector, 線光原部

그림. 2-5 Note Book용 BLU 구조

4) LED BLU

가) 용도 : TV용 BLU

나) 특징

a. 선광원으로서 Hg-free로 친환경이며 색재현성이 높다.

b. 3.3V로 구동하며 Inverter가 필요없음. LED 보호용 전류를 제어회로 필요.

c. 직광 방식으로 사용. 현재 Blue LED에 형광체를 이용한 백색 LED나 RGB LED를 섞어 사용.

d. Lifetime은 50,000시간 이상.

<32” LED BLU>

3. BLU SPEC.

Screen Size	10.4"	15"	12.1"	15.2"	17"	18.1"	24"	30"
Active area (mm)	211.22x158.4	287.8X219.3	246x184.5	322.5x214.9	337.9x270.3	359.0x287.2	518.4x324	609.8x457.3
Dimension (mm)	243.4x172x5.6	317.3X242X6.6	275x205.5x9	335.5x226.5x5.2	304.5x383.2x14.6	408.9x334.6x11.6	569.1x367.6x21.1	708.2x556.2x70.7
Net weight (g)	137	300	550	242	1470	1650	3850	10000
Luminance (cd/㎡)	3000	1300	3650	1500	3100	2800	2300	6900
CCFL(Lamp)	D2.0/1ea	D2.0/1ea	D2.4/2ea	D2.0/1ea	D2.6/4ea	D2.4/4ea	D3.0/6ea	D3.0/20ea
Power Consumption (W)	2.9	4	7	3.5	18	19	40	100
Composition
Protector Sheet	JS15	PC02W	JS15	JS15	-	-	-	-
Diffuser Sheet (ea)	1	1	1	1	1	2	2	2 Diffuser Sheets + 1 Diffuser Plate
Prism Sheet	BEF II / BEF II	BEF lll/BEF ll/DBEF	BEF II / BEF III	BEF II / BEF II	DBEF-D/ BEF II	DBEF-D / BEF II	DBEF-D	-
Light Guide Panel (T)	2.9/0.7mm	2.9/1.1mm	6.0/1.0mm	2.2/0.8mm	8mm	8mm	12mm	5mm
Reflector Sheet	RP10	E60L-AL	RP10	RP10	E60L	E60L	E60L	E60L
Lighting Type	Edge	Edge	Edge	Edge	Plate	Plate	Plate	Bottom Direct Light
Applications	WEB-PAD	LCD Monitor	POS SYSTEM	LAP TOP	LCD Monitor	LCD Monitor	LCD Monitor/TV	Information Board

4. LGP의 종류

1) LGP의 원리

측면 입사된 線광원(CCFL)의 빛이 PMMA plate를 통하여 전파, Pattern layer에 입사 된 후 반사, 산란되어 상면에서 균일한 면광원으로 작용

2) LGP의 원리 및 종류

광조절층(Pattern layer) 및 LGP dimension에 따라 분류

가) PRINT TYPE

a. 광산란층을 Screen print로 형성

b. Pattern 형상 : 원형, 타원형, 사각형, 육각형 등

c. Pattern 배열 : 정방 배열, 육방밀집 배열, 불규칙(Random, Scattered), 방사 배열

d. Ink type : 반투명(SiO₂) TYPE, 백색(TiO₂계열) TYPE, BEAD(Glass, Acryl) TYPE

나) OPI TYPE

a. DENYO(JAPAN)

b. INJECTION, for N/B PC

c. MICRO DOT (Φ100X10um)

다) SAND BLAST TYPE

a. INJECTION, for N/B PC

b. SCRATCH PATTERN

c. PRISMLESS LGP

라) ETCHING PATTERN TYPE 마) HSOT (Highly Scattering Optical Transmission) TYPE

a. INJECTION, for N/B PC & MONITOR a. ENPLAS(JAPAN)

b. GRADIENT PATTERN b. INJECTION, for N/B PC

c. WET, DRY (BLASTING)

바) V-CUT PATTERN TYPE 사) ETCHING LAYER TYPE

a. N/C MACHINING, for MONITOR a. COLCOT(JAPAN)

b. INJECTION, for MON. & N/B PC b. INJECTION, for MONITOR

c. LINE PATTERN c. ¨-SHAPED PATTERN

아) HOLOGRAM TYPE 자) MICRO-DOT PATTERN TYPE

a. INJECTION, for N/B PC, MONITOR a. INJECTION, for N/B PC, MONITOR

b. DOT PATTERN b. MICRO DOT PATTERN (20~80um)

3) LGP 패턴 설계 방법

가) 외형설계 : 입광부 두께 치수가 가장 중요(두꺼울수록 입광 효율이 높음)

나) 광 산란패턴 설계 : 광 조절 LAYER를 감안한 SIMMULATION이 중요

FIG. 5-10 LGP 패턴설계 순서도

4) LGP 패턴 밀도 SIMULATION

a. 14.1" PATTERN 밀도 SIMULATION 결과 b. 휘도분포 측정결과

FIG. 5-11 LGP SIMULATION