차세대반도체연구회

(요약) LCD 패널의 백라이트를 기존의 냉음극관(CCFL)에서 LED로 교체하려는 움직임이 관련 업계를 중심으로 더욱 활발해지고 있다. 그 이유는 LED 백라이트를 채용하면 액정 패널의 두께를 더욱 얇게 할 수 있을 뿐만 아니라, 색 재현성도 크게 좋아지기 때문이다. 이는 최근 엄청난 속도로 가속화되고 있는 LCD 패널의 박형화 경쟁과도 밀접하게 관련되어 있다. LED 백라이트는 일반 CCFL 백라이트를 적용한 패널에 비해 5배 정도 높은 콘트라스트비를 제공하고, CCFL과는 달리 수은을 사용하지 않기 때문에 친환경적이라는 평가를 받고 있다. 발광 효율 면에서도 청색, 황색 결합형 백색 LED는 60lm/W로 기존 CCFL의 성능을 상회하고 있다. 이처럼 LED 기술의 발전에 따른 LED 백라이트 채용은 이제 시간 문제인 것으로 보이나, 아직 가격이 다소 높다는 것이 실용화의 관건이 되고 있다. 이 자료는 LED의 사용 개수를 줄이면서도 동일한 휘도를 확보할 수 있는 새로운 기술이 개발되었기에 이를 소개한다. (내용) LCD TV용 LED 백라이트의 비용을 대폭적으로 줄일 수 있는 새로운 백라이트 기술이 속속 개발되고 있다. 미국의 Luminus Devices사가 개발한 기술은 가령 52인치형 LCD TV에 적용하는 경우, 전에는 1000개 이상의 LED가 필요하던 것을 30개로 줄일 수 있는 혁신적인 기술이다. LED의 사용 개수를 줄일 수 있기 때문에 색 분포 보정용 컬러 센서와 소프트웨어를 간략화할 수 있어 패널을 박형화하는 데도 유리하다. LED의 사용 개수를 큰 폭으로 줄이기 위해 LED 칩을 패널 뒷면에 배치하는 종래의 방식에서 패널 양 폭에 배치하는 엣지라이트 방식을 채용하였다. LED 칩으로부터 나온 빛을 도광판에 입사하고 도광판에서 빛의 진행 방향을 바꾸어 LCD 패널의 정면 방향으로 빛을 내는 것이다. 1개의 LED 칩에서 나오는 빛의 양을 늘리고, 그 빛을 효율적으로 도광판에 입사할 수 있도록 기술을 개발함으로써 LED 칩의 사용 개수를 1/30 정도로 줄이더라도 전과 비슷한 정도의 백라이트 휘도를 얻을 수 있도록 하였다. 한 개의 LED 칩에서 나오는 광량은 칩 크기의 대형화를 통해 늘어났다. 또한 LED 칩 위에 회절 격자를 만들어 특정 방향으로 나오는 빛의 비율을 늘림으로써 LED 칩의 빛을 효율적으로 도광판에 입사할 수 있다고 한다. LED 위에 제작된 회절 격자는 웨이퍼 상태로 만들어진다. 3색의 LED 칩과 구동 부품 등을 탑재한 기판(LED 모듈)과 가로 방향으로 가늘고 긴 도광판을 조합하여, 이를 상하 방향으로 배치한다. 10장을 배치하면 52인치형에 대응 가능한 사이즈가 된다. 여기에 리어 트레이, 리플렉터, 광학 필름을 조합하여 LED 백라이트 유닛을 완성한다. Luminus Devices가 LED 모듈을 제조하고 대만의 Global Lighting Technologies(GLT)가 자사의 도광판과 조합하여 백라이트 유닛을 조립한다. GLT는 이 백라이트 유닛의 양산을 2008년에 개시한다는 목표로 개발을 진행 중이다. 한편, 일본의 타마파인옵토는 LED 칩의 사용 개수를 종래의 2/3 정도로 줄일 수 있는 새로운 구조의 LED 백라이트를 개발하였다. LED를 LCD 패널의 뒷면에 배치하는 것은 종래의 직하형과 동일하다. 다만, 확산판에서 반사된 빛을 효율적으로 재이용할 수 있는 구조를 제작함으로써 LED 칩의 사용 개수를 2/3로 줄이더라도 전과 동일한 정도의 휘도를 확보할 수 있도록 하고 있다. 이 회사가 제조하는 종래의 LED 백라이트는 라이트 박스 내에 LED 패키지를 타일과 같이 늘어 붙이는 구조를 취하고 있었다. LED 패키지에는 특수한 반사 형상이 만들어져 있어 LED 칩에서 나오는 빛을 효율적으로 패널의 정면 방향으로 비출 수 있었다. 하지만 LED 패키지와 LCD 패널 사이에 있는 확산판에서 반사한 빛을 LED 패키지에서 다시 패널 전면 방향으로 반사시켜 재이용하는 것은 어려운 일이었다. 이번에 개발된 새로운 구조의 LED 백라이트의?어 붙이는 것이 아니라, 가늘고 긴 LED 패키지를 줄무늬 형태로 배치하였다. 이렇게 하면 LED 패키지 사이에는 반사율 98%의 반사 시트가 노출되어 있어 확산판에서 한 번 반사된 빛을 다시 패널 전면 방향으로 반사시키는 것이 가능하다. 또한 휘도나 색의 균일성을 확보하기 위해 LED 패키지 위에 마이크로 렌즈를 형성한 것이 특징이다. 특성이 서로 다른 두 세트의 RGB LED 광원을 병용함으로써 선명한 색을 재현하는 새로운 백라이트 기술도 새로 선보였다[참조자료 1]. 대만의 Chi Mei Optoelectronics(CMO)가 개발한 [Multiprimary]라고 불리는 이 기술은 컬러 필터의 색수를 늘리는 것과 같은 효과를 나타낸다. Multiprimary는 두 세트의 RGB LED 광원을 사용한다. 한 세트는 NTSC비가 88%인 색재현 범위를 커버하는 LED 백라이트이며, 통상적으로 사용하는 광원이다. 또 한 세트는 G와 B의 색 특성이 첫 번째 세트와는 다른 LED를 사용한 RGB 광원이다. 이 광원은 첫 번째 세트에서 표시 영역이 비교적 좁은 시안에 해당하는 부분의 색을 보충한 NTSC비 65%의 색재현 범위를 커버한다. 양 광원을 조합하면 합계 102%가 된다. 이 기술에서 컬러 필터는 RGB의 3색을 사용한다. 최근 선명한 색을 얻기 위해 Y(yellow)와 C(cian)를 추가한 5색 필터를 사용하는 기술이 보고되고 있으나, 개구율이나 해상도의 저하, 제조 공정 수의 증가 등의 결점을 해결할 수는 없다. 이번에 개발된 기술은 종래와 동일한 3색 컬러 필터를 사용하기 때문에 위와 같은 결점은 없다. (그림1) 미국의 Luminus Devices가 개발하고 GLT사가 제작한 LED 백라이트 유닛의 구조. (그림2) 일본의 타마파인옵토가 개발한 새로운 구조의 LED 백라이트 유닛. (그림3) 대만의 CMO가 개발한 multiprimary 기술을 사용하여 선명한 색 표시가 가능해진 LCD 패널. * 출처: NIKKEI BP TechOn 및 과학기술정보포털사이트