KR101262092B1 - 모서리형 엘이디 구조 - Google Patents

모서리형 엘이디 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소형 액정표시장치의 백라이트 유닛에 적용되는 백색 LED 패키지에 관한 것으로, 특히 모서리형 백색 LED 패키지의 구조에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 상기 백색 LED 패키지를 모서리에 적용하기위하여 구조 및 방사각을 변경함으로써, 광손실을 줄이고 외관을 개선하는 것이다. 따라서 본 발명에 의해 모서리형 백색 LED 패키지를 백라이트로 적용하는 액정표시장치의 광효율 및 외관품질을 향상하고 원가를 절감할 수 있다.

Description

모서리형 엘이디 구조 { Structure of edge-type LED }
도 1은 백라이트로 백색 LED 패키지를 사용하는 소형 액정표시장치를 개략적으로 나타낸 도면
도 2는 도 1에서 백색 LED 패키지의 단면을 개략적으로 나타낸 도면
도 3은 백색 LED 패키지에서 발광한 백색광의 광반사 경로 및 암부 발생영역을 간단히 도시한 도면
도 4는 백색 LED 패키지를 도광판의 모서리에 구성 할 경우 나타나는 광손실 영역을 간략하게 도시한 도면
도 5는 상기 도 4의 광손실 문제를 해결하고자 도광판의 크기를 크게 할 경우 나타나는 암부발생 영역을 간략하게 도시한 도면
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 모서리형 백색 LED 패키지의 단면을 개략적으로 나타낸 도면
도 7은 상기 도 6의 우측 반사프레임 형상을 기존 형상과 변경 후 형상을 비교하여 나타낸 도면
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 백색 LED 패키지에서 발광한 백색광의 광반사 경로를 간략하게 도시한 도면
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
121 : 반사프레임 123 : 투명 보호층
125 : 인쇄회로기판 127 : LED 절연기판
129 : 블루(Blue) 칩 131 : 옐로우(Yellow) 형광체
133 : 방사각
본 발명은 소형 액정표시장치의 백라이트 유닛에 적용되는 백색 LED 패키지에 관한 것으로, 특히 모서리형 백색 LED 패키지의 구조에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시장치(Liquid Crystal Display)는 외부 요인에 의해 발광하기 때문에 그 자체는 비발광성이다. 따라서 상기 액정표시장치는 별도의 광원을 필요로 하게 된다. 이에 따라, 배면에 형광램프를 구비한 백라이트 유닛(Backlight unit)이 마련되어 액정표시장치 전면을 향해 빛을 조사하고 이를 통해서 비로소 식별 가능한 화상이 구현된다.
상기 백라이트 유닛은 구조에 따라 직하형 방식과 모서리형 방식의 두 종류가 있다. 상기 모서리형은 도광판 외곽에 광원을 설치한 것으로, 광원으로부터 발광된 광을 투명한 상기 도광판을 이용하여 액정패널 전체 면으로 광을 입사시키는 방식이고 상기 직하형은 액정패널의 배면에 광원을 두어 액정패널 전면을 직접 조 사하는 방식이다. 그러나 상기 직하형 방식을 소형 액정표시장치의 백라이트 유닛으로 사용할 경우, 무엇보다도 경박 단소를 추구하는 소형 액정표시장치의 두께 증가를 피할 수 없게 된다. 그러한 이유로 대부분의 소형 액정표시장치의 백라이트 유닛 구조는 모서리형을 채택하게 된다.
상기 백라이트 유닛은 광원으로 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp), 그리고 LED(Light Emitting Diode) 등을 사용한다.
이중에서 특히, LED(Light Emitting Diode)는 반도체 p-n 접합 구조에서 전자와 정공이 재결합 할 때 전위차에 의해서 발광하게 되는데 이때 나오는 빛을 이용하여 정보를 나타내는 디스플레이 소자이다. 이러한 LED는 질화갈륨(GaN), 비소화갈륨(GaAs), 인화갈륨(GaP), 갈륨-비소-인(GaAs1-xPx), 갈륨-알루미늄-비소(Ga1-xAlxAs), 인화인듐(InP), 인듐-갈륨-인(In1-xGaxP)등으로 구성된 화합물 반도체를 재료로 하며 저 휘도, 저 전압, 긴 수명 및 저 가격 특징을 가지고 종래에는 표시용 램프나 숫자와 같은 단순 정보표시에 많이 응용되어 왔으며, 최근에 산업기술의 발전, 특히 정보표시 기술과 반도체 기술의 발전으로 그 응용범위를 FPD(Flat Panel Display)분야까지 넓혀 왔으며 향후에는 독자적인 정보디스플레이소자로 계속 발전할 것으로 기대된다.
이하, 종래 소형 액정표시장치의 백라이트에 적용되는 백색 LED 패키지를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 백색 LED 패키지를 모서리형 방식으로 백라이트에 적용한 소형 액정 표시장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 소형 액정표시장치(10)는 광을 발생하는 1 ~ 2개의 백색 LED 패키지(15)와, 백색 LED 패키지(15)가 실장된 인쇄회로기판(미도시)을 구성하고 있으며, 상기 인쇄회로기판(미도시)이 일측 또는 양측에 구성되며, 발광된 빛을 가이드 하는 도광판(13)과, 상기 도광판(13)의 하부에 구성되는 백색 또는 은색시트의 반사판(11)을 포함하며, 상기 도광판(13)의 상부에는 액정패널(17)이 구성된다.
상기와 같이 구성된 액정패널(17)에 대한 화상 구현은, 먼저 블루(Blue) 칩(미도시)이 내장된 상기 백색 LED 패키지(15)에 전압을 인가하면 상기 블루(Blue) 칩(미도시)이 전위차에 의해 발광하고 상기 블루(Blue) 칩에서 발생되는 블루(Blue)파장이 YAG(Yttrium - Aluminum - Garnet)로 이루어진 옐로우(Yellow) 형광체(미도시)에 흡수되어 상기 옐로우(Yellow) 형광체가 여기되고(Exited), 이러한 상기의 에너지 변환으로 발생되는 2차광에 의해 가시광선 전 영역의 광이 발생되어, 상기 발생한 빛의 산란에 의해 색이 혼합되며 이러한 상기의 색 혼합에 의하여 백색광이 형성되어 도광판(13)에 조사되고 이렇게 조사된 상기 백색광이 액정패널(17) 전면을 조명하게 된다.
도 2는 도 1의 백색 LED 패키지(15)의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도시한 바와 같이, 백색 LED 패키지(15)는 인쇄회로기판(25) 상에 구성되며, 좌, 우 이격된 공간을 갖고 동일한 경사면을 갖는 반사프레임(21)이 형성되고, 상 기 반사프레임(21)의 이격된 공간에는 사파이어(Al2O3)나 SiC의 LED 절연기판(27)상에 인듐-갈륨-나이트라이드(InGaN)로 구성된 화합물 반도체층(미도시)이 증착되어 있고 상기 반도체층 위로 블루(Blue) 칩(29)이 증착되어 있다. 상기 블루(Blue) 칩(29)은 리드 프레임(Lead Frame)(미도시)과 와이어본딩(Wire Bonding)(미도시)되어있는 상태로 인쇄회로기판(25) 위에 놓이게 된다. 상기 블루(Blue) 칩(29)의 주변에는 YAG(Yttrium - Aluminum - Garnet)로 이루어진 옐로우(Yellow) 형광체(31)가 감싸고 있다.
또한, 상기 옐로우(Yellow) 형광체(31) 및 블루(Blue) 칩(29) 상부에는 상기의 내부 구성물을 고정하고 빛을 투과하는 투명 보호층(23)이 덮여 있다.
상기 백색 LED 패키지(15)의 블루(Blue) 칩(29)에 전압이 인가되면, 블루(Blue) 칩(29)이 전위차에 의해 발광하고 상기 블루(Blue) 칩(29)에서 발생되는 블루(Blue)파장이 YAG(Yttrium - Aluminum - Garnet)로 이루어진 옐로우(Yellow) 형광체(31)에 흡수되어 상기 옐로우(Yellow) 형광체(31)가 여기되고(Exited), 이러한 상기의 에너지 변환으로 발생되는 2차광에 의해 가시광선 전 영역의 광이 발생되어, 상기 발생한 빛의 산란에 의해 색이 혼합되며 이러한 상기의 색 혼합에 의하여 백색광이 형성되어 도 1의 도광판(13)으로 발산된다. 일반적으로, 이러한 색 혼합에 의해 형성되는 상기의 백색광이 발산되는 방사각은 110도 정도의 특성을 나타낸다.
도 3은 상기 백색 LED 패키지(15)에서 발광한 백색광의 광반사 경로(35) 및 암부 발생영역 A를 간단히 도시한 도면이고 도 4는 백색 LED 패키지를 도광판의 모서리에 구성 할 경우 나타나는 광손실 영역을 간략하게 도시한 도면이며 또한, 도 5는 상기 도 4의 광손실 문제를 해결하고자 도광판의 크기를 크게 할 경우 나타나는 암부발생 영역을 간략하게 도시한 도면이다.
일반적으로 2.0인치 이상의 백라이트 유닛에는 백색 LED 패키지(15)가 3개 이상 적용되어 외관품질이 높게 나타나고 있으나, 소비전력 및 원가를 절감하기 위해 1 ~ 2개를 적용해야하는 경우, 도 3에 나타난 바와 같이 광이 발산되는 방사각 110도를 벗어난, 백색 또는 은색시트의 반사판(11) 상부에 구성되는 도광판(13)영역 중 영역 A에서 암부가 발생하게 된다.
이러한 암부 발생현상을 개선하여 외관품질을 높이기 위해 도 4와 같이 백색 LED 패키지(15)를 모서리에 적용하기도 하지만, 상기 도 4와 같이 기존의 백색 LED 패키지(15)를 모서리에 구성할 경우 LED 방사각이 110도 이기 때문에, 상기 LED 방사각이 직사각형 도광판(13)의 외곽으로 벗어나는 광손실 영역 B가 발생하게 되어 상기 광손실에 의해 휘도가 감소하게 된다.
또한, 상기 도 4의 광손실을 줄이기 위해 도 5와 같이 구성할 경우, 상기 도 4와 상기 도 5의 반사판(11)의 크기는 동일하고 상기 도 5의 도광판(13)이 상기 도 4의 도광판(13)의 크기보다 커진 경우로, 도광판(13)의 모서리 일측을 비스듬히 절단하여 백색 LED 패키지(15)를 반사판(11) 상의 상기 절단면에 구성함으로써 제품 외곽 불량을 방지하였다. 이 경우 또한 상기 도 4의 광손실 발생은 줄일 수 있으나 도광판(13)이 커짐으로 인해 어느 정도의 암부 발생을 피할 수 없게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 백색 LED 패키지의 반사프레임 형태를 변경하여 방사각을 조절하고 상기 백색 LED 패키지가 백라이트의 모서리에 위치되도록 구조를 변경함으로써, 상기 백색 LED 패키지의 외관품질을 향상시키고 광효율을 높이는 것을 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 LED의 제어부가 실장된 인쇄회로기판과; 상기 인쇄회로기판 상부에 구성되는 사파이어나 SiC의 LED 절연기판 위에 증착된 반도체층과; 상기 반도체층 위에 증착된 블루(Blue) 칩과; 상기 블루(Blue) 칩 주변부를 감싸는 옐로우(Yellow) 형광체와; 상기 블루(Blue) 칩을 포함하여, 형광체 상부를 덮는 투명 보호층과; 상기 투명 보호층을 사이에 두고 좌, 우 이격되어 동일한 경사면을 갖는 반사프레임을 포함하는 백색 LED 패키지를 제공한다.
상기 반사프레임은 인쇄회로기판과 접촉하기 위해 개구된 제 1 면과, 상기 제 1 면과 수직하며, 반사프레임 내부에서 발생되는 백색광을 가이드하는 제 2 면 및 제 3 면을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 반사프레임의 개구된 제 1 면은 방사각이 90 ~ 100도가 되는 특성을 갖는 경사면을 가지며, 상기 경사면은 투명 보호층의 내부에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 인쇄회로기판은 LED 구동 시 발생되는 열을 방출시키기 위하여 금속재질로 형성하는 것을 특징으로 하며 상기 형광체를 덮는 투명 보호층의 재료는 에폭시(Epoxy)인 것을 특징으로 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 모서리형 백색 LED 패키지의 단면도를 나타낸 것이다.
도시한 바와 같이, 백색 LED 패키지(115)는 인쇄회로기판(125) 상에 구성되며, 좌, 우 이격된 공간을 갖고 동일한 경사면을 갖는 반사프레임(121)이 형성되고, 상기 반사프레임(121)의 이격된 공간에는 사파이어(Al2O3)나 SiC의 LED 절연기판(127)상에 인듐-갈륨-나이트라이드(InGaN)로 구성된 화합물 반도체층(미도시)이 놓여있고, 상기 반도체층(미도시) 위로 블루(Blue) 칩(129)이 리드 프레임(Lead Frame)(미도시)과 와이어본딩(Wire Bonding)(미도시)된 상태로 인쇄회로기판(125) 위에 놓이게 된다. 상기 블루(Blue) 칩(129)의 주변에는 YAG(Yttrium - Aluminum - Garnet)로 이루어진 옐로우(Yellow) 형광체(131)가 감싸고 있다.
또한, 상기 옐로우(Yellow) 형광체(131) 및 블루(Blue) 칩(129) 상부에는 상기의 내부 구성물을 고정하고 빛을 투과하는 투명 보호층(123)이 덮여있다.
상기 백색 LED 패키지(115)의 블루(Blue) 칩(129)에 전압이 인가되면, 블루(Blue) 칩(129)이 전위차에 의해 발광하고 상기 블루(Blue) 칩(129)에서 발생되는 블루(Blue)파장이 YAG(Yttrium-Aluminum-Garnet)로 이루어진 옐로우(Yellow) 형광체(131)에 흡수되어 상기 옐로우(Yellow) 형광체(131)가 여기되고(Exited), 이러 한 상기의 에너지 변환으로 발생되는 2차광에 의해 가시광선 전 영역의 광이 발생되어, 상기 발생한 빛의 산란에 의해 색이 혼합되며 이러한 상기의 색 혼합에 의하여 백색광이 형성되어 도 1의 도광판(13)에 조사되고 이렇게 조사된 상기 백색광이 도 1의 액정패널(17) 전면을 조명하게 된다.
도시한 바와 같이, 종래의 백색 LED 패키지(15)에 있어서, 색 혼합에 의하여 만들어진 백색광이 110도 정도의 방사각을 갖도록 가이드하는 반사프레임의 형태를 변경하여, 백라이트의 모서리형 구조에 맞는 백색 LED 패키지(115)의 방사각(133)을 조절할 수 있으며, 일반적으로 상기 백라이트의 모서리형 구조에 맞는 상기 방사각의 변경범위 C는 15도 정도이다.
소형 액정표시장치의 백라이트 유닛에 있어서, 1개의 백색 LED 패키지가 적용되는 모서리형 구조에 필요한 백색 LED 패키지의 방사 최적각도는 90 ~ 100도로 볼 수 있으며, 도 7은 도 6의 우측 반사프레임 형상을 나타낸 것으로, 색 혼합에 의하여 만들어진 백색광이 110도 정도의 방사각을 갖도록 가이드하는 반사프레임의 기존 형상(21)과 모서리형 구조에 적합한 90 ~ 100도의 방사각을 갖는 변경 후의 반사프레임 형상(121)을 비교하여 나타낸 것이다.
상기 우측 반사프레임의 형상(121)은 좌측 반사프레임의 형상(미도시)에도 동일한 개념으로 적용된다.
상기와 같은 백색 LED 패키지(115)의 좌, 우 반사프레임(121)의 형상을 변경하여 90 ~ 100도의 방사각(133)을 갖는 상기 백색 LED 패키지(115)를 백라이트의 모서리에 위치시킴으로써, 도 8의 (a)에 나타낸 바와 같이, 기존의 반사프레임 형 상(21)을 사용했을 경우 나타나는 암부발생(도 4, 5, 6)을 막고 광손실도 최소화함으로써 외관품질을 높일 수 있게 된다.
또한, 상기와 같은 구조 및 형상 변경을 통해 기존보다 광효율이 높아진 만큼 LED 광도를 낮추어 적용할 수 있기 때문에, 예를 들어 소형 액정표시장치의 백라이트용으로 종래에 3개의 백색 LED 패키지(15)를 사용했다면 본 발명에 의해 1 ~ 2개의 백색 LED 패키지(115)를 사용하여도 상기 종래의 경우와 같은 효과를 기대할 수 있으므로 원가절감이 가능하게 된다.
도 8의 (b)는 2개의 백색 LED 패키지(115)가 도광판(113) 모서리 양단에 적용된 사례를 나타낸 것이다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 소형액정표시장치의 백라이트로 사용되는 모서리형 백색 LED 패키지에 있어서, 반사프레임의 형상을 변경하여 방사각을 조절하고 상기 백색 LED 패키지를 도광판 모서리에 위치시킴으로써 종래기술의 적용에서 발생되는 광손실에 의한 백라이트의 휘도 감소를 방지할 수 있으며, 이로 인해 외관품질을 높일 수 있게 된다.
또한, 광효율이 높아진 만큼 LED 광도를 낮추어 적용할 수 있어, 소형 액정표시장치의 백라이트로 사용되는 백색 LED 패키지의 적용 수량을 줄일 수 있게 되 어 원가절감이 가능하게 된다.

Claims (16)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 백색 LED 패키지의 제어부가 실장된 인쇄회로기판과;
    상기 인쇄회로기판 위로 사파이어나 SiC의 LED 절연기판 위에 증착된 반도체층과;
    상기 반도체층 위에 증착된 블루(Blue) 칩과;
    상기 블루(Blue) 칩 주변부를 감싸는 옐로우(Yellow) 형광체와;
    상기 블루(Blue) 칩을 포함하여, 형광체 상부를 덮는 투명 보호층과;
    상기 투명 보호층을 사이에 두고 좌, 우 이격되어 동일한 경사면을 갖는 반사프레임을 포함하는 백색 LED 패키지와;
    상, 하부 기판 내부에 형성된 액정을 이용하여 화상을 표시하는 액정패널과;
    상기 액정패널 하부에 구성되어 발광된 빛을 가이드 하는 도광판과;
    상기 도광판의 하부에 구성되는 백색 또는 은색시트의 반사판을 포함하며;
    상기 백색 LED 패키지를 광원으로 하고,
    상기 경사면의 경사각은 0도보다 크고 15도 이하의 범위를 가져 상기 백색 LED 패키지에서 만들어진 백색광이 90 ~ 100도의 방사각도로 발산되게 가이드하며,
    상기 도광판은 제1 내지 제4측면을 가지는 직사각형이고, 상기 백색 LED 패키지는 상기 도광판의 제1 및 제2측면이 만나는 모서리에 위치하며, 상기 모서리는 90도의 각을 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판은 LED 구동 시 발생되는 열을 방출시키기 위하여 금속재질로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 투명 보호층의 재료는 에폭시(Epoxy)인 것을 특징으로 하는 액정표시장치
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 블루(Blue) 칩에서 발생되는 블루 파장이 옐로우(Yellow) 형광체에 흡수되어 형광체가 여기되고(Exited), 이러한 에너지 변환으로 발생되는 2차광에 의해 가시광선의 전 영역의 광이 발생되어 백색광이 표출되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 7항에 있어서,
    상기 백색 LED 패키지가 상기 도광판의 모서리에 위치함에 있어서, 상기 모서리의 끝에 45도 정도로 틀어져 위치하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치
  15. 백색 LED 패키지의 제어부가 실장된 인쇄회로기판과;
    상기 인쇄회로기판 위로 사파이어나 SiC의 LED 절연기판 위에 증착된 반도체층과;
    상기 반도체층 위에 증착된 블루(Blue) 칩과;
    상기 블루(Blue) 칩 주변부를 감싸는 옐로우(Yellow) 형광체와;
    상기 블루(Blue) 칩을 포함하여, 형광체 상부를 덮는 투명 보호층과;
    상기 투명 보호층을 사이에 두고 좌, 우 이격되어 동일한 경사면을 갖는 반사프레임을 포함하는 백색 LED 패키지와;
    상기 백색 LED 패키지로부터 발광된 빛을 가이드 하는 도광판
    을 포함하고,
    상기 경사면의 경사각은 0도보다 크고 15도 이하의 범위를 가져 상기 백색 LED 패키지에서 만들어진 백색광이 90 ~ 100도의 방사각도로 발산되게 가이드하며,
    상기 도광판은 제1 내지 제4측면을 가지는 직사각형이고, 상기 백색 LED 패키지는 상기 도광판의 제1 및 제2측면이 만나는 모서리에 위치하며, 상기 모서리는 90도의 각을 가지는 것을 특징으로 하는 백라이트
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 백색 LED 패키지가 상기 도광판의 모서리에 위치함에 있어서, 상기 모서리의 끝에 45도 정도로 틀어져 위치하는 것을 특징으로 하는 백라이트
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