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KR101943958B1 - 발광 다이오드 패키지 및 이를 구비한 백라이트 유닛 - Google Patents

발광 다이오드 패키지 및 이를 구비한 백라이트 유닛 Download PDF

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KR101943958B1
KR101943958B1 KR1020110118784A KR20110118784A KR101943958B1 KR 101943958 B1 KR101943958 B1 KR 101943958B1 KR 1020110118784 A KR1020110118784 A KR 1020110118784A KR 20110118784 A KR20110118784 A KR 20110118784A KR 101943958 B1 KR101943958 B1 KR 101943958B1
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light emitting
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light
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Abstract

발광 다이오드 패키지가 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지는 광을 발생하는 발광 다이오드 칩과, 상기 발광 다이오드 칩으로 구동 전압을 제공하는 리드 프레임과, 상기 발광 다이오드 칩 상에 형성된 형광체층과, 상기 형광체층 상부를 감싸는 레진 및 상기 리드 프레임과 발광 다이오드 칩을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어를 포함하고, 상기 형광체층은 상부면이 편평한 사다리꼴 형상을 갖는다.

Description

발광 다이오드 패키지 및 이를 구비한 백라이트 유닛{LIGHT EMITTING PACKAGE AND BACKLIGHT UNIT HAVING THE SAME}
본 발명은 발광 다이오드 패키지에 관한 것으로, 균일한 휘도를 구현하는 발광 다이오드 패키지 및 이를 구비한 백라이트 유닛에 관한 것이다.
일반적으로 사용되고 있는 표시장치들 중의 하나인 CRT(Cathode Ray Tube)는 TV를 비롯해서 계측기기, 정보 단말 기기 등의 모니터에 주로 이용되고 있으나, CRT의 자체 무게와 크기로 인해 전자 제품의 소형화, 경량화의 요구에 적극적으로 대응할 수 없었다.
따라서, 각종 전자 제품이 소형, 경량화되는 추세에서 CRT는 무게나 크기 등에 있어서 일정한 한계를 가지고 있으며, 이를 대체할 것으로 예상되는 것으로는 전계광학적인 효과를 이용한 액정표시장치(LCD:Liquid Crystal Display), 가스 방전을 이용한 플라즈마 표시소자(PDP:Plasma Display panel) 및 전계 발광 효과를 이용한 EL 표시소자(ELD:Electro Luminescence Display) 등이 있으며, 그 중에서 액정표시장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이러한 액정표시장치는 자체 발광 소자가 아니기 때문에 액정표시패널의 하부에 백라이트 유닛을 마련하여 백라이트 유닛으로부터 출사된 광을 이용하여 화상을 표시한다.
상기 백라이트 유닛은 광원의 배열 방법에 따라 측광형(Side Light Type)과 직하형(Direct Light Type)으로 구분될 수 있다.
상기 측광형 백라이트 유닛은 액정표시패널의 하부에 마련된 도광판의 측면에 광원을 배치하고, 상기 도광판을 통해 광원으로부터 조사되는 측광을 평면광으로 변환하여 액정표시패널에 조사하는 방식으로 백라이트 유닛의 두께를 줄여 액정표시장치를 슬림화시킬 수 있는 장점이 있다.
상기 직하형 백라이트 유닛은 액정표시패널의 하부에 복수의 광원을 배치하여 액정표시패널의 전면에 광을 직접적으로 조사하는 방식으로 액정표시패널에 조사되는 광의 균일도 및 휘도가 높아 액정표시장치를 대형화시킬 수 있는 장점이 있다.
이러한 백라이트 유닛의 광원으로는 에너지 절감 효과가 뛰어나며 친환경적이며, 높은 응답속도 등의 장점을 가진 발광 다이오드(LED:Light Emitting Diode)가 각광받고 있다.
이러한 발광 다이오드는 사용목적 및 요구되는 형태에 따라 패키지 형태로 제공될 수 있다.
한편, 이러한 발광 다이오드 패키지의 지향각은 120°로 형성되며 상기 지향각의 향상을 위해 렌즈가 사용될 수 있다. 상기 렌즈는 투명한 레진으로 사용되며 곡면을 갖고 있어 출광 효율을 향상시킬 수 있으나 넓은 지향각을 형성하는 한계가 있어 발광 다이오드 패키지에서 균일한 빛을 형성하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 발광 다이오드 패키지에서 출광된 빛이 특정 방향으로 강하게 형성되므로 불균일한 휘도 특성으로 인해 표시되는 이미지에 무라(Mura)가 표시되는 문제가 발생한다. 이러한 무라(Mura)를 제거하기 위해 많은 광학 필름이 사용되고 액정표시장치의 두께가 증가할 수 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본딩 와이어를 이용하여 형광체의 형상 변경을 통해 출사되는 광의 지향각을 넓혀 균일한 휘도를 구현하며 슬림화할 수 있는 발광 다이오드 패키지 및 이를 구비한 백라이트 유닛을 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지는 광을 발생하는 발광 다이오드 칩과, 상기 발광 다이오드 칩으로 구동 전압을 제공하는 리드 프레임과, 상기 발광 다이오드 칩 상에 형성된 형광체층과, 상기 형광체층 상부를 감싸는 레진 및 상기 리드 프레임과 발광 다이오드 칩을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어를 포함하고, 상기 형광체층은 상부면이 편평한 사다리꼴 형상을 갖는다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛은 광을 발생하는 발광 다이오드 칩과, 상기 발광 다이오드 칩으로 구동 전압을 제공하는 리드 프레임과, 상기 발광 다이오드 칩 상에 형성된 형광체층과, 상기 형광체층 상부를 감싸는 레진 및 상기 리드 프레임과 발광 다이오드 칩을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어를 구비한 발광 다이오드 패키지와, 상기 발광 다이오드 패키지로부터 방출된 광을 면광원 형태로 변환하는 도광판 및 상기 도광판 상부에 위치하여 상기 도광판에서 변환된 면광원의 광학 특성을 변경하는 광학시트류를 포함하고, 상기 형광체층은 상부면이 편평한 사다리꼴 형상을 갖는다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지 및 이를 구비한 백라이트는 본딩 와이어를 통해 형광체의 형상을 사다리꼴 모양으로 변경하여 상기 형광체내의 전반사를 통해 상기 형광체를 통과한 빛의 지향각을 넓혀 균일한 휘도를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지 및 이를 구비한 백라이트 유닛은 넓은 지향각을 구현하여 발광 다이오드의 개수를 줄여 제조 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛을 구비한 액정표시장치의 개략적인 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 광원의 단면을 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4는 도 1의 광원에서 형광체를 형성하는 공정을 순서대로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1의 광원의 형광체층의 형상에 따른 광의 지향각을 나타낸 시뮬레이션 자료이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛을 구비한 액정표시장치의 개략적인 분해 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본원발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛을 구비한 액정표시장치는 영상을 표시하는 액정표시패널(100)과, 상기 영상을 표시하는 액정표시패널(100)에 광을 제공하는 백라이트 유닛(130)과, 상기 액정표시패널(100) 및 백라이트 유닛(130)을 수납하는 수납용기(160) 및 이들을 감싸는 탑 케이스(190)를 포함한다.
상기 액정표시패널(100)은 제1 기판(101)과, 상기 제1 기판(101)에 대향하는 제2 기판(103) 및 두 기판(101, 103) 사이에 형성된 액정층(도시하지 않음)으로 이루어진다.
상기 제2 기판(103)에는 다수의 화소가 매트릭스 형태로 구비되고, 상기 다수의 화소 각각은 제1 방향으로 연장된 게이트라인과, 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장된 데이터라인과, 상기 게이트라인 및 데이터라인의 교차부에 형성된 화소전극을 구비한다.
상기 각 화소에는 박막트랜지스터(TFT)가 형성되고 상기 박막트랜지스터(TFT)는 상기 게이트라인, 데이터라인 및 화소전극에 각각 연결된다.
상기 액정패널(100)의 제2 기판(103)에는 상기 게이트라인을 구동하기 위한 게이트 드라이버 및 상기 데이터라인을 구동하기 위한 데이터 드라이버가 IC 형태로 실장될 수 있다.
상기 제1 기판(101)에는 컬러필터인 R, G, B 화소가 박막공정에 의해 형성되며, 상기 화소전극과 마주보는 공통전극이 형성된다. 따라서, 상기 액정층은 상기 화소전극 및 공통전극에 인가되는 전압에 의해 배열됨으로써, 상기 백라이트 유닛(130)으로부터 제공되는 광의 투과도를 조절한다.
상기 수납용기(160)는 바텀 커버(160b) 및 서포트 메인(160a)으로 이루어진다.
상기 바텀 커버(160b)는 바닥면 및 상기 바닥면으로부터 연장된 4개의 측벽으로 구성된다. 상기 바텀 커버(160b)의 4개의 측벽은 상기 서포트 메인(160a) 및 도광판(150)의 수납위치를 가이드 하는 역할을 한다.
이때, 상기 바텀 커버(160b)와 서포트 메인(160a)은 후크 체결 등의 방식으로 서로 결합될 수 있다. 상기 백라이트 유닛(130)을 지지하는 서포트 메인(160a)의 단차부에는 액정표시패널(100)이 안착된다.
상기 백라이트 유닛(130)은 광을 발생하는 광원 어레이(170)와, 상기 광원 어레이(170)에서 발생된 광을 특정 방향으로 출사시키는 도광판(150)과, 상기 도광판(150)에서 출사된 광을 산란 및 확산시키는 광학시트류(140) 및 상기 도광판(150) 하부에 위치하여 상기 도광판(150) 하부에 진행하는 광을 반사시키는 반사판(180)을 포함한다.
상기 도광판(150)은 광의 전반사 및 재료 내 흡수 손실을 최소화하기 위해 광굴절율 및 광 투과율이 높아야 하고, 특정 경도를 가지면서 신축성을 띠어 외력을 가했을 때 쉽게 구부러지며, 충분한 탄성을 가져서 구부러졌다가 외력이 제거되면 쉽게 복원되는 재료 특성이 요구된다.
이러한 특성을 모두 갖는 수지로서 고투명 실리콘이나 폴리우레탄 계열의 재료가 이용될 수 있다.
상기 광학시트류(140)는 상기 도광판(150)의 출사면을 통해 출사된 광의 광학특성을 향상시키며 확산시트와 프리즘 시트 및 보호시트를 포함할 수 있다.
상기 반사판(180)은 상기 도광판(150)의 하부면에 마주보도록 배치되어 수납용기(160) 내에 수납된다. 상기 반사판(180)은 상기 도광판(150)으로 입사된 광 중 도광판(150)의 하부로 출사된 광을 반사시킨다.
이와 같이, 상기 반사판(180)에 의해 반사된 광은 상기 도광판(150) 내로 재입사된다.
상기 광원 어레이(170)는 인쇄회로기판(170a) 상에 실장된 적어도 하나 이상의 광원(170b)을 포함한다.
도 2는 도 1의 광원의 단면을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 광원(170b)은 제1 및 제2 리드 프레임(174a, 174b)과, 상기 제1 리드 프레임(174a) 상에 실장된 발광 다이오드 칩(176)과, 상기 제1 및 제2 리드 프레임(174a, 174b) 각각과 상기 발광 다이오드 칩(176)을 전기적으로 연결하는 제1 및 제2 본딩 와이어(182a, 182b)와, 상기 발광 다이오드 칩(176) 상부를 감싸는 형광체층(178) 및 상기 형광체층(178) 상부를 감싸는 레진(184)을 포함한다.
상기 발광 다이오드 칩(176)은 청색 발광 다이오드 칩, 적색 발광 다이오드 칩, 백색 발광 다이오드 칩, 녹색 발광 다이오드 칩 중 어느 하나일 수 있으며, 각기 다른 색상의 발광 다이오드 칩을 혼합하여 사용하는 것도 가능하다.
상기 발광 다이오드 칩(176)은 상기 제1 및 제2 리드 프레임(174a, 174b)으로부터 공급되는 구동 전압에 의해 발광하여 제1 컬러 광을 방출한다. 여기서 제1 컬러 광은 청색 광이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 광원(170b)의 제1 본딩 와이어(182a)는 상기 제1 리드 프레임(174a)과 상기 발광 다이오드 칩(176)을 전기적으로 연결하고, 상기 제2 본딩 와이어(182b)는 상기 제2 리드 프레임(174b)과 상기 발광 다이오드 칩(176)을 전기적으로 연결한다.
상기 제1 및 제2 리드 프레임(174a, 174b)은 구리(Cu) 등으로 이루어진 플레이트에 은(Ag)을 도금한 은 플레이트로 이루어지며 서로 다른 전원이 인가된다.
상기 제1 및 제2 리드 프레임(174a, 174b)은 일정 간격으로 서로 이격되어 공간부를 형성한다. 상기 제1 및 제2 리드 프레임(174a, 174b) 하부에는 몰드부(172)가 구비된다.
상기 형광체층(178)은 청색, 녹색, 적색, 백색 등의 형광체를 포함할 수 있다. 상기 형광체층(178)은 상기 발광 다이오드 칩(176) 상부에 위치하며 그 형상은 상기 제1 및 제2 본딩 와이어(182a, 182b)에 의해 사다리꼴 형상을 갖도록 형성된다.
상기 사다리꼴 형상을 갖는 상기 형광체층(178) 상부에는 레진(184)이 형성된다. 상기 레진(184)은 실리콘이나, 투명 에폭시 수지 등의 다양한 물질을 적용할 수 있다. 또한, 도 2를 참조하면, 레진(184)은 돔 형태를 갖되, 형광체층(178)의 상부면에 대응하는 부분이 오목할 수 있다.
이때, 상기 레진(184)은 상기 형광체층(178)의 굴절률 보다 작은 굴절률을 갖는 투명한 물질로 형성된다.
일예로, 상기 형광체층(178)의 굴절률은 1.5이고, 상기 레진(184)의 굴절률은 1.4일 수 있다. 상기 형광체층(178)과 상기 레진(184)의 굴절률의 차이는 대략 0.04 이상이 될 수 있다.
상기 형광체층(178)의 형상이 사다리꼴 형태를 갖고 상기 레진(184)의 굴절률보다 크기 때문에 상기 발광 다이오드 칩(176)의 중앙으로 출사되는 광은 전반사에 의해 상기 형광체층(178)의 내부로 재입사되고, 상기 발광 다이오드 칩(176)의 측면에서 발생되는 광은 상기 형광체층(178) 및 레진(184)을 통과하여 넓은 지향각을 갖는다.
상기 발광 다이오드 칩(176)의 중앙으로 출사되는 광의 양이 감소하고 상기 발광 다이오드 칩(176)의 측면에서 출사되는 광의 양이 상대적으로 증가한다. 이로 인해, 상기 광원(170b)로부터 출사된 광은 균일한 휘도를 얻을 수 있다.
상기 광원(170b)으로부터 출사된 광이 넓은 지향각을 갖기 때문에 상기 광원(170b)을 적용한 백라이트 유닛은 광원의 개수를 줄여 제조 비용을 절감할 수 있다.
도 3 및 도 4는 도 1의 광원에서 형광체를 형성하는 공정을 순서대로 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 광원(170b)은 제1 리드 프레임(174a) 상에 발광 다이오드 칩(176)을 실장한 후 본딩 공정을 통해 상기 제1 및 제2 본딩 와이어(182a, 182b)를 형성한다.
상기 제1 및 제2 본딩 와이어(182a, 182b)는 상기 발광 다이오드 칩(176)과 상기 제1 및 제2 리드 프레임(174a, 174b)을 각각 전기적으로 연결한다.
이어, 상기 발광 다이오드 칩(176) 상에 형광체액(178)을 주입한다. 상기 형광체액(178)은 형광체와 수지를 혼합하여 형성할 수 있다.
상기 혼합되는 형광체는 규산염 계열, 황화물 계열, 가넷 계열, 나이트라인드 계열, 이트륨, 알루미늄 등의 다양한 종류의 R, G, B 형광체가 선택적으로 적용될 수 있다.
상기 주입된 형광체액(178)은 상기 제1 및 제2 본딩 와이어(182a, 182b)에 의해 틀이 고정되어 상부면(178a)이 편평해지는 사다리꼴 형상을 갖는 형광체층(178)이 된다.
도 5는 도 1의 광원의 형광체층의 형상에 따른 광의 지향각을 나타낸 시뮬레이션 자료이다.
도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 형광체층(178)의 상부면(178a)은 상기 제1 및 제2 본딩 와이어(182a, 182b)의 높이에 따라 그 폭이 결정될 수 있다. 상기 상부면(178a)의 폭이 넓어질수록 상기 형광체층(178)을 출사하는 광의 지향각이 넓어지게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지는 발광 다이오드 칩(176) 상에 사다리꼴 형상의 형광체층(178)을 형성하고 상기 형광체층(178) 상에 상기 형광체층(178)보다 굴절률이 작은 레진(184)을 형성하여 상기 발광 다이오드 칩(176)에서 출사된 광의 지향각을 향상시켜 균일한 휘도를 구현할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
170b:광원 172:몰드부
174a, 174b:제1 및 제2 리드 프레임 176:발광 다이오드 칩
178:형광체층 182a, 182b:제1 및 제2 본딩 와이어
184:레진

Claims (10)

  1. 광을 발생하는 발광 다이오드 칩;
    상기 발광 다이오드 칩으로 구동 전압을 제공하는 리드 프레임;
    상기 발광 다이오드 칩 상에 형성된 형광체층;
    상기 형광체층 상부를 감싸는 레진; 및
    상기 리드 프레임과 발광 다이오드 칩을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어;를 포함하고,
    상기 형광체층은 상부면이 편평하되 측면이 볼록한 사다리꼴 형상의 단면을 갖고,
    상기 형광체층은 상기 레진보다 큰 굴절률을 가지며,
    상기 형광체층의 높이는 상기 본딩 와이어의 높이와 같거나 더 낮으며,
    상기 레진은 돔 형태를 갖되, 상기 형광체층의 상부면에 대응하는 부분이 오목하며, 실리콘 또는 투명 에폭시 수지 재질이며,
    상기 발광 다이오드 칩의 중앙으로 출사되는 광은 전반사에 의해 상기 형광체층의 내부로 재입사되고, 상기 발광 다이오드 칩의 측면으로 출사되는 광은 상기 형광체층 및 레진을 통과하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 형광체층의 굴절률과 상기 레진의 굴절률의 차이는 0.04이상 인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 형광체층의 상부면은 상기 본딩 와이어의 높이에 의해 폭이 결정되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  6. 광을 발생하는 발광 다이오드 칩과, 상기 발광 다이오드 칩으로 구동 전압을 제공하는 리드 프레임과, 상기 발광 다이오드 칩 상에 형성된 형광체층과, 상기 형광체층 상부를 감싸는 레진 및 상기 리드 프레임과 발광 다이오드 칩을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어를 구비한 발광 다이오드 패키지;
    상기 발광 다이오드 패키지로부터 방출된 광을 면광원 형태로 변환하는 도광판; 및
    상기 도광판 상부에 위치하여 상기 도광판에서 변환된 면광원의 광학 특성을 변경하는 광학시트류;를 포함하고,
    상기 형광체층은 상부면이 편평하되 측면이 볼록한 사다리꼴 형상의 단면을 갖고,
    상기 형광체층은 상기 레진보다 큰 굴절률을 가지며,
    상기 형광체층의 높이는 상기 본딩 와이어의 높이와 같거나 더 낮으며,
    상기 레진은 돔 형태를 갖되, 상기 형광체층의 상부면에 대응하는 부분이 오목하며, 실리콘 또는 투명 에폭시 수지 재질이며,
    상기 발광 다이오드 칩의 중앙으로 출사되는 광은 전반사에 의해 상기 형광체층의 내부로 재입사되고, 상기 발광 다이오드 칩의 측면으로 출사되는 광은 상기 형광체층 및 레진을 통과하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 형광체층의 굴절률과 상기 레진의 굴절률의 차이는 0.04 이상 인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 형광체층의 상부면은 상기 본딩 와이어의 높이에 의해 폭이 결정되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.

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