KR101641266B1 - 발광소자 패키지를 구비하는 디스플레이 장치 - Google Patents

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홍문헌
김상천
이현호
심보연
박칠근
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Abstract

본 발명은, 발광소자 패키지를 구비하는 디스플레이 장치에 있어서, 상기 발광소자 패키지는, 발광소자와, 상기 발광소자를 수용하는 몸체와, 상기 발광소자의 일면 중 일부를 덮도록 배치되며, 상기 발광소자로부터 방출되는 빛의 파장을 변환시키는 형광체, 및 상기 발광소자로부터 방출되는 빛을 산란하도록 이루어지며, 상기 발광소자의 일면에서 상기 형광체가 미배치되는 부분 중 적어도 일부를 채우도록 형성되는 산란제를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.

Description

발광소자 패키지를 구비하는 디스플레이 장치{DISPLAY APPARATUS HAVING LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE}
본 발명은 봉지재가 발광소자를 덮는 패키지 형태의 발광소자 패키지를 이용하여 구현되는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
백라이트유닛은 영상이 사용자의 눈에 보일 수 있도록 액정패널의 배면에 빛을 비춰주는 기능을 한다. 액정패널은 자체적으로 빛을 내지 못하기 때문에 백라이트유닛이 액정패널의 배면에 빛을 고르게 비춰주어야 사용자가 디스플레이 장치에서 출력되는 영상을 시각적으로 인식할 수 있다.
백라이트유닛은 광원을 포함하며, 광원은 기술의 발전에 의해 냉음극형광램프(Cold Cathode Flourscent lamp; CCFL)에서 발광소자(발광다이오드, Light Emmiting Diode; LED)를 이용하기에 이르렀다. 발광소자는 전력 소모가 적고, 수명이 길 뿐만 아니라, 작은 크기의 소자로 만들기 용이하므로, 냉음극형광램프에 비하여 많은 장점을 가지고 있다.
백라이트유닛에서 발광소자는 봉지재가 발광소자를 덮는 패키지 형태로 구현되며, 이러한 발광소자 패키지는 주로 청색(blue) 발광소자 패키지이거나 또는 소량의 녹색(Green) 형광체, 황색 형광체 또는 적색(Red) 형광체 중 적어도 하나가 들어가게 되는 패키지가 될 수 있다. 이 때에, 형광체가 소량으로 첨가되는 경우에는 패키지의 구조가 내부에서 생성된 빛(light, or photon)을 공기층으로 출력하기가 용이하지 않은 구조인 문제가 있다. 이로 인해 광 추출 효율이 저하된다. 따라서, 발광소자 패키지의 새로운 구조를 이용하여 광 추출 효율을 증가시키는 방안이 고려될 수 있다.
본 발명의 일 목적은 종래보다 디스플레이 장치에서 광 추출 효율을 향상시킬 수 있는 메커니즘을 제안하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 형광체가 소량으로 첨가되는 발광소자 패키지에서 광추출 효율을 향상시키는 구조를 제시하는 것이다.
이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르는 디스플레이 장치는 발광소자 패키지를 구비하며, 상기 발광소자 패키지는, 발광소자와, 상기 발광소자를 수용하는 몸체와, 상기 발광소자의 일면 중 일부를 덮도록 배치되며, 상기 발광소자로부터 방출되는 빛의 파장을 변환시키는 형광체, 및 상기 발광소자로부터 방출되는 빛을 산란하도록 이루어지며, 상기 발광소자의 일면에서 상기 형광체가 미배치되는 부분 중 적어도 일부를 채우도록 형성되는 산란제를 포함한다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 봉지재에 대한 질량비가 상기 형광체는 5~10wt% 이고, 상기 산란제는 0.01~0.5wt% 인 것을 특징으로 한다. 상기 형광체는 상기 발광소자의 표면 면적의 40~90%와 오버랩되게 이루어질 수 있다. 상기 발광소자의 표면은 상기 산란제가 첨가됨에 의하여 90%가 초과하는 크기로 상기 형광체와 산란제에 의하여 덮이도록 이루어질 수 있다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 형광체 및 산란제는 상기 발광소자의 표면으로부터 0.05 내지 5 마이크로미터의 두께를 가지는 레이어상에 함께 배치된다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 산란제는 5 내지 300 나노미터 크기의 이산화티타늄(TiO2)를 구비한다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 형광체 및 산란제는 각각 상기 발광소자의 표면에 적층된다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 발광소자는 청색 광을 발광하도록 형성되며, 상기 형광체는 적색 형광체, 녹색 형광체 및 황색 형광체 중 적어도 하나를 포함한다.
또한, 본 발명은, 발광소자와, 상기 발광소자를 수용하는 몸체와, 상기 발광소자의 일면 중 일부를 덮도록 배치되며, 상기 발광소자로부터 방출되는 빛의 파장을 변환시키는 형광체, 및 상기 발광소자로부터 방출되는 빛을 산란하도록 이루어지며, 상기 발광소자의 일면에서 상기 형광체가 미배치되는 부분 중 적어도 일부를 채우도록 형성되는 산란제를 포함하는 발광소자 패키지를 개시한다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 나노미터 크기의 산란제 농도를 조절함으로써, 발광소자의 표면 중에서 형광체가 커버하지 못하는 부분을 산란제가 덮을 수 있게 된다. 이를 통하여, 발광소자와 봉지재의 계면에서의 굴절률 차이를 저감하여, 광 추출(light extraction) 효율을 개선하며, 나아가, 발광효율이 향상된 디스플레이 장치가 구현될 수 있다.
이와 같이, 광 추출 효율이 우수한 발광소자 패키지를 사용하여 고색재현용 백라이트 유닛을 위한 고효율 광원이 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명과 관련된 디스플레이 장치의 개념도.
도 2 및 도 3은 도 1의 발광소자 패키지의 측단면도 및 평면도.
도 4 및 도 5는 각각 본 발명과 관련된 발광소자 패키지의 다른 실시예를 보인 개념도들.
도 6은 양자점 복합체 및 이를 구비하는 백라이트 유닛의 개념도.
도 7은 형광체층 및 이를 구비하는 백라이트 유닛의 개념도.
이하, 본 발명에 관련된 발광소자 패키지 및 이의 제조방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
이하에서는 본 발명을 명확하고 상세하게 설명하기 위해, 디스플레이 장치에 대하여 먼저 설명하고, 이어서 상기 디스플레이 장치의 백라이트유닛에 적용되는 발광소자 패키지에 대하여 설명한다. 다만, 발광소자 패키지들이 단위화소를 형성하는 디스플레이 장치에 적용되는 등, 본 발명의 발광소자 패키지의 활용은 백라이트유닛에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명과 관련된 디스플레이 장치(90)의 개념도다.
디스플레이 장치(90)는 시각 정보를 표시(출력)하도록 이루어진다. 디스플레이 장치(90)는 액정패널(91)과 백라이트유닛(100)을 포함할 수 있다. 도 1은 발광다이오드(Light Emitting Diode; LED)를 백라이트유닛(100)의 광원으로 사용하는 디스플레이 장치(90)를 보인 것이다.
액정패널(91)은 제1편광판, 액정셀 및 제2편광판의 적층에 의해 형성될 수 있다. 액정패널(91)은 전압을 인가받으면 분자의 배열이 변하는 성질을 이용한다. 액정패널(91)은 인가되는 전압에 따라 액정 투과도의 변화를 일으키고, 각종 장치에서 발생하는 여러 가지 전기적인 정보를 시각 정보로 변환한다. 액정패널(91)은 스스로 빛을 내지는 못하며, 백라이트유닛(100)으로부터 빛을 공급받아야 한다.
백라이트유닛(100)은 액정패널(91)의 뒤에서 빛을 방출하여 디스플레이 장치(90)의 영상이 사용자의 눈에 보일 수 있도록 빛을 비춰준다. 백라이트유닛(100)은 광원, 도광판(120), 반사판(130) 및 광학시트(150)를 포함할 수 있다.
광원은 빛을 내도록 형성된다. 광원은 예를 들어, 전류를 인가받아 빛을 내는 발광소자(111, 도 2 참조)를 포함할 수 있다. 상기 발광소자는, 예를 들어 발광다이오드가 될 수 있으며, 봉지재에 의하여 덮여진 발광소자 패키지(110)의 형태로 구현될 수 있다.
이 경우에, 복수의 발광소자 패키지(110)는 하우징(101)의 내부에 배치되고, 하우징(101)은 도광판(120)의 테두리를 감싸도록 형성될 수 있다. 다만, 발광소자(111)의 배치가 반드시 도 1에 도시된 것에 한정되는 것은 아니다. . 발광소자 패키지(110)는 예를 들어, 도광판(120)의 일면에 광원이 배치되거나 도광판(120)의 양 측면에만 광원이 배치되는 에지형(edge type)이나, 도광판의 아랫면에 배치되거나 도광판이 없이 광원과 광학필름이 이격된 직하형(direct type)이 될 수 있다.
도광판(120)은 발광소자(111)로부터 조사되는 빛을 가이드한다. 도광판(120)은 하우징(101)에 의해 정의되는 영역에 배치될 수 있으며, 상기 발광소자(111)로부터 빛을 제공받는다. 도광판(120)은 광원으로부터 발산되는 빛을 액정패널(91)의 전체 면에 균일하게 전달하는 역할을 한다.
반사판(130)은 도광판(120)에서 액정패널(91)을 향하지 못하고 방출되는 손실광을 도광판(120)으로 재입사시키도록 상기 도광판(120)의 아래에 배치된다. 여기서 도광판(120)의 아래란 도 1을 기준으로 설명한 것이며, 사용자가 디스플레이 장치(90)를 바라보는 관점을 기준으로 할 때, 반사판(130)은 도광판(120)의 뒤에 배치된다.
광학시트(150)는 백라이트유닛(100)의 광학적 특성을 향상시키기 위해 사용되는 여러 가지 시트를 포함한다. 광학시트(150)는 예를 들어 확산시트(151), 프리즘시트(152) 및 휘도강화필름 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
확산시트(151)는 빛을 액정패널(91)에 균일하게 전달하기 위해 도광판(120)으로부터 방출되는 빛을 균일한 밝기의 면광으로 변환한다. 직하형 백라이트유닛(100)에서는 확산판이 사용될 수 있다.
프리즘시트(152)(Prism Sheet)는 측광을 정면광으로 바꾸고 방사하는 광을 집광시켜 빛의 휘도를 높인다.
휘도강화필름(Brightness Enhancement Film; BEF) 또는 듀얼휘도강화필름(Dual Brightness Enhancement Film; DBEF)은 액정표시장치로 방출되는 빛의 휘도를 높이도록 이루어진다. 광원으로부터 제공된 빛의 효율은 도광판(120)과 확산시트(151)를 통과하면서 점점 떨어지게 된다. 휘도강화필름은 평면에 수직인 P파는 투과시키고, 평면과 수평한 S파는 반사시킨다. 평면과 수평한 S파는 반사되고 P파로 전환된 빛만 필름을 통과하므로, 휘도강화필름은 빛의 회수를 통해 휘도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 백라이트유닛(100)을 구성하기 위한 필수적인 구성요소들을 설명한 것은 아니다. 따라서, 본 명세서에서 설명되는 백라이트유닛(100)은 도 1에 도시된 구성요소들보다 더 많거나, 또는 더 적은 구성요소들을 가질 수도 있다.
백라이트유닛(100)은 액정패널(91)로 백색광 또는 단색광을 제공하며, 이를 위하여 상기 발광소자 패키지는 백색 발광소자 패키지이나 단색 발광소자 패키지(예를 들어, 청색 발광소자 패키지)가 될 수 있다. 본 발명에서는 상기 백색 발광소자 패키지이나 단색 발광소자 패키지에서 형광체가 소량으로 첨가됨에도 불구하고, 광추출 효율이 높은 새로운 메커니즘들을 제시한다.
이하, 이러한 메커니즘에 대하여 도 2 및 도3을 참조하여 보다 상세히 설명한다. 도 2 및 도 3은 도 1의 발광소자 패키지의 측단면도 및 평면도이다.
본 도면들을 참조하면, 본 발명에서 발광소자 패키지(110)는 반도체 디바이스로서 구성될 수 있으며, 이 경우에 발광소자 패키지(110)에 구비되는 발광소자(111)는 반도체 발광소자가 될 수 있다.
도시에 의하면, 발광소자 패키지(110)는, 광을 방출하는 발광소자(111), 발광소자(111)와 전기적으로 연결되는 전극(112), 전극(112)을 감싸는 몸체(113), 상기 발광소자(111)를 덮는 봉지재(114)를 포함할 수 있다.
몸체(113)는 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 액정폴리머(PSG, photo sensitive glass), 폴리아미드9T(PA9T), 신지오택틱폴리스티렌(SPS), 금속 재질, 사파이어(Al2O3), 베릴륨 옥사이드(BeO), 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board), 세라믹 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 몸체(113)는 사출 성형, 에칭 공정 등에 의해 형성될 수 있으나 본 발명이 이에 대해 한정하는 것은 아니다.
몸체(113)는 발광소자(111)가 배치되는 캐비티를 형성할 수 있다. 몸체(113)가 형성하는 캐비티를 위에서 바라본 형상은 원형, 사각형, 다각형, 타원형 등의 형상일 수 있으며, 모서리가 곡선인 형상일 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
전극(112)은 몸체(113)의 일 영역에 배치될 수 있다. 예를 들어, 몸체(113)는 전극(112)의 일 영역을 감싸듯 형성되어 전극(112)을 고정할 수 있다.
전극(112)은 발광소자(111)와 전기적으로 연결될 수 있다. 전극(112)은 전기적인 극성이 서로 다른 두 개일 수 있다. 전기적 극성이 서로 다른 두 개의 전극(112)은 발광소자(111)의 두 개의 전극과 각각 연결되어, 발광소자(111)에 전원을 공급할 수 있다.
발광소자(111)는 빛을 방출하도록 형성되며, 몸체(113)가 형성하는 캐비티에 배치될 수 있다. 이러한 예로서, 발광소자(111)는 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)일 수 있다.
발광소자(111)는 전기 단자들이 모두 상부 면에 형성된 수평형 타입(Horizontal type), 상하부 면에 형성된 수직형 타입(Vertical type), 또는 플립 칩 중의 적어도 하나가 될 수 있다. 이 경우에, 상기 발광소자(111)는 제1반도체층(미도시), 활성층(미도시) 및 제2반도체층(미도시)이 차례로 적층된 구조이며, 제1 및 제2 반도체층 중 어느 하나는 p형 도펀트가 도핑된 p형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 다른 하나는 n 형 도펀트가 도핑된 n형 반도체층이 될 수 있다. 한편, 상기 발광소자(111)는 백라이트 유닛에 주로 이용되는 청색 반도체 발광소자가 될 수 있다.
봉지재(114)는 캐비티에 충전될 수 있으며, 상기 발광소자를 보호하도록, 상기 발광소자를 덮도록 이루어진다. 상기 봉지재(114)는 투명한 실리콘, 에폭시, 및 기타 수지 재질과 같은 광투과성 레진을 구비할 수 있으며, 상기 광투과성 레진이 상기 발광소자를 덮도록 형성된다. 상기 광투과성 레진이 캐비티 내에 충전된 후, 자외선 또는 열에 의하여 경화되는 방식에 의하여 상기 봉지재(114)가 형성될 수 있다.
본 도면들을 참조하면, 상기 봉지재(114)에는 제1물질과 제2물질이 혼합되며, 상기 제1물질과 제2물질은 상기 발광소자(111)를 함께 덮도록 이루어진다.
예를 들어, 상기 제1물질은 상기 발광소자로부터 방출되는 빛의 파장을 변환시키는 형광체(115)이며, 상기 발광소자의 일면 중 일부를 덮도록 배치된다. 상기 형광체는 적색 형광체, 녹색 형광체 및 황색 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다른 예로서, 상기 제1물질은 양자점 복합체(퀀텀닷, QD)가 될 수 있다. 이 경우에, 상기 형광체(115) 대신에 양자점 복합체가 상기 제2물질과 혼합될 수 있다. 또한, 상기 양자점 복합체(340a)는 표면에 열화방지를 위하여 코팅처리될 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 제1물질은 형광체(115)과 상기 양자점 복합체를 함께 포함할 수 있다. 이러한 예로서, 상기 제1물질은 녹색 형광체와 적색 양자점 복합체를 구비하거나, 적색 형광체와 녹색 양자점 복합체를 구비할 수 있다.
상기 제2물질은 상기 발광소자(111)를 상기 형광체(115)와 함께 덮도록, 상기 형광체(115)의 사이를 채우도록 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2물질은 상기 발광소자(111)로부터 방출되는 빛을 산란하도록 이루어지는 산란제(116)이며, 상기 발광소자(111)의 일면에서 상기 형광체(115)가 미배치되는 부분 중 적어도 일부를 채우도록 형성된다.
상기 산란제는 마이크로 사이즈로 형성되는 실리콘(silicone), 알루미나(alumina), 이산화티타늄(TiO2), 지르코니아(ZrO2), 황산바륨(barium bulfate), 산화아연(ZnO), 폴리메타크릴산메틸(Poly(methylmethacrylate), PMMA) 및 벤조구아나민(Benzoguanamine)계 폴리머로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 재료로 형성될 수 있다. 또는 상기 산란제는 나노 사이즈로 이루어지는 실리카(silica), 알루미나(alumina), 이산화티타늄(TiO2), 지르코니아(ZrO2), 황산바륨(barium sulfate) 및 산화아연(ZnO)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 재료로 형성될 수 있다.
다만, 본 실시예에서는 고굴절 산란제로서, 나노 사이즈의 이산화티타늄(TiO2)이나 알루미나(Al2O3)을 구비하는 것을 예시하며, 특히, 상기 발광소자(111)가 청색 반도체 발광소자인 경우에, 상기 산란제(116)는 5 내지 300 나노미터 크기의 이산화티타늄(TiO2)를 구비한다.
도시에 의하면, 상기 형광체(115)와 산란제(116)는 상기 발광소자(111)의 표면에 각각 적층된다. 따라서, 상기 발광소자(111)의 표면 중 제1부분은 상기 형광체(115)가 덮고, 제2부분은 상기 산란제(116)가 덮게 된다.
이 경우에, 상기 봉지재(114)에 대한 상기 형광체(115)의 질량비는 5~10wt% 가 될 수 있다. 이와 같은 질량비에 의하면, 상기 형광체(115)는 상기 발광소자(111)의 표면을 모두 덮지 못하는 정도의 소량이 된다. 이는, 컬러 믹싱(color mixing)을 통한 색상 조절을 패키지 레벨에서 조절하기 위하여 의도적으로 형광체를 소량 첨가하는 경우에 해당한다. 이 경우에, 발광소자의 표면에 빈 면적이 늘어나게 되고, 광추출 효율이 낮아지고 결과적으로 발광소자의 발광효율도 낮아지게 된다.
본 예시에 의하면, 상기 봉지재(114)에는 상기 산란제(116)가 상기 봉지재(114)에 대한 질량비를 기준으로 0.01~0.5wt% 의 크기로 혼합된다. 상기 산란제(116)는 상기 형광체(115)와 함께 상기 봉지재(114)의 내부에서 침강되어, 상기 발광소자의 표면 중에서 상기 형광체(115)가 덮지 못한 부분을 덮게 된다. 상기 침강을 위하여, 상기 형광체(115) 및 산란제(116)는 상기 봉지재(114)보다 비중이 무거운 재질로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 형광체(115)가 커버하지 못하는 발광소자의 일정 부위에 산란제(116)가 침투하여 커버함으로써 패키지의 광추출 효율이 증대될 수 있다.
또한, 상기 형광체(115)는 상기 발광소자(111)의 표면 면적의 90% 이하와 오버랩되게 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 형광체(115)는 상기 발광소자(111)의 표면 면적의 40~90%와 오버랩되게 이루어질 수 있다. 이 때에, 상기 발광소자(111)의 표면은 상기 산란제(116)가 첨가됨에 의하여 90%가 초과하는 크기로 상기 형광체(115)와 산란제(116)에 의하여 덮이게 된다. 상기 형광체(115) 및 산란제(116)는 상기 발광소자의 표면으로부터 0.05 내지 5 마이크로미터의 두께를 가지는 레이어상에 함께 배치될 수 있다.
상기에서 설명된 함량과 구조를 구현하기 위하여, 발광소자 패키지의 제조시에는, 먼저, 5~10wt%의 형광체(115)와, 0.01~0.5wt%의 산란제(116)를 봉지재(114)에 침강한다. 이후에, 상기 발광소자(111)의 표면으로부터 수 마이크로미터(0.05 내지 5 마이크로미터) 이내의 높이에 있는 단면에서의 면적 커버리지가 90% 이하이면, 이산화티타늄(TiO2)을 첨가제로서 추가하여 상기 면적 커버리지를 90% 수준으로 구성한다. 또한, 상기 이산화티타늄(TiO2)이 추가로 첨가됨에 따라, 상기 형광체(115)보다 상기 산란제(116)가 넓게 분포되는 것도 가능하다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 산란제 농도를 조절함으로써, 발광소자의 표면 중에서 형광체가 커버하지 못하는 부분을 산란제가 덮을 수 있게 된다.
한편, 상기에서 설명된 본 발명의 발광소자 패키지의 구조는 다른 형태로 실시될 수 있다. 이하, 이러한 실시예에 대하여 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. 또한, 이하 설명되는 실시예에서는 앞선 예와 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호가 부여되고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음된다.
도 4 및 도 5는 각각 본 발명과 관련된 발광소자 패키지의 다른 실시예를 보인 개념도들이다.
도 4 및 도 5의 예시들에서, 발광소자 패키지(210)는, 광을 방출하는 발광소자(211), 발광소자(211)와 전기적으로 연결되는 전극(212), 전극(212)을 감싸는 몸체(213), 상기 발광소자(211)를 덮는 봉지재(214)를 포함할 수 있다. 상기 발광소자(211), 전극(212), 몸체(213) 및 봉지재(214)에 대한 설명은 도 2 및 도 3을 참조하여 전술한 설명이 적용될 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 상기 봉지재(214)에는 형광체(215)와 산란제(216)가 혼합되며, 상기 형광체(215)와 산란제(216)은 상기 발광소자(211)를 함께 덮도록 이루어진다. 즉, 상기 산란제(216)가 상기 발광소자(211)의 일면에서 상기 형광체(215)가 미배치되는 부분 중 적어도 일부를 채우도록 형성된다.
도 4를 참조하면, 상기 봉지재(214)가 충전된 캐비티에는 산란막(217)이 형성될 수 있다. 상기 산란막(217)은 수 나노미터 내지 수십 나노미터의 두께로 이루어질 수 있으며, 상기 발광소자(111)로부터 방출되는 빛을 산란하는 산란제를 구비한다. 상기 산란제는 발광소자(111)의 표면에 도포되는 산란제와 동일하게 나노 사이즈의 이산화티타늄(TiO2)이나 알루미나(Al2O3)가 될 수 있다.
상기 산란막(217)은 상기 캐비티를 한정하는 상기 몸체(113)의 내측벽(213a)의 적어도 일부를 덮도록 형성된다. 따라서, 상기 캐비티를 채우는 봉지재(214)가 상기 산란막(217)을 덮게 된다. 이 경우에, 상기 몸체(213)의 내측벽(213a)은 캐비티를 둘러싸는 부분으로서, 상기 내측벽(213a)에 의하여 상기 캐비티의 공간이 한정(defined)된다. 이러한 구조에 의하면, 상기 내측벽에서 반사율이 증가되며, 따라서 반도체 발광소자 패키지에서 광 추출 효율이 개선되는 효과가 발휘된다. 한편, 상기 산란막(217)은 상기 몸체(213)의 내측벽(213a)에 코팅될 수 있다. 상기 코팅은 스프레이 방식에 의하여 이루어질 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 몸체(113)의 캐비티에는 산란막(217)과 함께 다른 레이어가 형성될 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 산란막이 없이 상기 다른 레이어만 구비되는 것도 가능하다.
상기 레이어는 상기 발광소자(211)로부터 방출되는 빛을 산란하는 물질(산란제)을 구비하며, 상기 봉지재(114)와 외부 공기층과의 계면에 인접하게 배치될 수 있다. 따라서, 상기 레이어는 이하, 계면 레이어(218)로 지칭한다.
보다 구체적으로, 계면 레이어(218)에는 상기 봉지재(214)보다 비중이 가벼운 산란제를 구비한다. 이를 통하여, 상기 비중이 가벼운 산란제는 상기 봉지재(214)와 외부 공기층과의 계면에 인접하게 배치된다.
또한, 상기 계면 레이어(218)는 상기 발광소자로부터 상기 계면까지 거리(H)의 60% 이상에 형성될 수 있다. 상기 계면 레이어(218)는 상기 봉지재(214)와 외부 공기층과의 계면에 인접하게 배치되어, 상기 발광소자(211)의 표면에서 산란된 빛의 적어도 일부를 다시 산란한다. 또한, 상기 계면 레이어(218)는 상기 발광소자(211)로부터 방출되어 발광소자(211)의 표면에서 산란되지 않은 빛의 적어도 일부를 산란시킬 수도 있다. 이를 위하여, 상기 비중이 가벼운 산란제는 상기 봉지재(214)와 외부 공기층과의 계면까지 떠올라, 상기 계면을 투영하는 평면상에서 균일하게 분포되도록 이루어진다.
상기에서 설명된 본 예시에 의하면, 상기 계면 레이어(218)에 의하여, 발광소자와 광투과성 레진의 계면 뿐만 아니라, 광투과성 레진과 공기층의 계면에 산란층을 만들어 전반사 현상을 저감시킬 수 있다. 이를 통하여, 발광효율이 향상된 디스플레이 장치가 구현될 수 있다.
상기에서 설명된 본 발명의 발광소자 패키지에 의하면, 제조가 용이하면서도, 청색 발광소자 또는 단색을 사용한 단색 광원 패키지의 광 추출 효율을 개선하는 효과가 있다.
또한, 출력광원의 파장대역은 UV, 가시광선, 및 IR 계통으로 확장될 수 있다. 이 경우에, 산란막에 구비되는 산란제의 평균 직경은 파장 대역에 따라 그 크기가 정해질 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 광 추출 효율이 우수한 발광소자 패키지를 사용하여 고색 재현용 백라이트 유닛을 위한 고효율 광원이 구현될 수 수 있다. 나아가, 고색 재현 백라이트 유닛을 위해서 단색광 발광소자 패키지와 형광체 필름의 조합을 사용할 수 있는데, 본 발명의 패키지 구조에 의하면, 단색광 발광소자의 발광 효율을 높여서 휘도 개선 및 에너지 효율의 개선도 기대될 수 있다.
한편, 본 발명의 디스플레이 장치는 여러가지 형태로 변형이 가능하다. 그 예로서, 전술한 발광소자 패키지에서 방출되는 백색광 또는 단색광을 형광체나 양자점을 이용하여 삼원광으로 변환시키는 메커니즘이 적용될 수 있다. 이하, 이러한 예들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 6은 양자점 복합체 및 이를 구비하는 백라이트 유닛의 개념도이다.
도 6의 백라이트 유닛(300a)은 직하형을 예시로 도시하였다. 그러나, 본 발명의 백라이트 유닛(300a)이 반드시 직하형에 한정되는 것은 아니다.
백라이트 유닛(300a)은 광원과 양자점 복합체(340a)를 포함한다.
광원은 백색광 또는 단색광(예를 들어 청색광)을 제공하도록 형성되며, 전술한 발광소자 패키지(310a)가 될 수 있다. 상기 발광소자 패키지(310a)는 배선기판(360)의 일면상에 배치될 수 있다. 상기 배선기판(360)은 구동 드라이버가 상기 발광소자 패키지(310a)를 구동하도록, 상기 발광소자 패키지(310a)의 전극과 연결된다.
도 6에 도시되지는 않았으나 배선기판(360)의 일면에는 반사판이 형성되고, 상기 반사판 위에 발광소자 패키지(310a)가 배치되는 구성도 가능하다. 반사판은 양자점 복합체(340a)를 향하지 못하는 손실광을 양자점 복합체(340a)로 반사시킨다.
양자점 복합체(340a)는 양자점 형광체(341)를 포함하는 구성요소다. 양자점 복합체(340a)는 발광소자 패키지(310a)로부터 제공되는 백색광 또는 청색광을 이용하여 삼원광을 방출하도록 이루어진다. 양자점 형광체(341)는 발광소자 패키지(310a)로부터 제공되는 빛에 의해 여기되어 상기 백색광 또는 청색광과 다른 파장의 빛으로 방출한다.
양자점 형광체(341)의 구성은 광원과 무기 형광체(도 10과 도 11 참조)에 따라 달라질 수 있다. 도 6과 같이 발광소자 패키지(310a)가 청색의 1차광을 내는 경우, 양자점 복합체(340a)는 녹색광 방출 양자점 형광체(341a)와 적색광 방출 양자점 형광체(341b)를 포함한다. 녹색광 방출 양자점 형광체(341a)는 발광소자 패키지(310a)로부터 제공되는 청색의 1차광에 의해 여기되어 녹색의 2차광을 낸다. 적색광 방출 양자점 형광체(341b)는 발광소자 패키지(310a)로부터 제공되는 청색의 1차광에 의해 여기되어 적색의 2차광을 낸다. 이에 따라 백라이트 유닛(300a)은 청색의 1차광, 녹색의 2차광 및 적색의 2차광으로 이루어지는 삼원광을 방출할 수 있다.
양자점 복합체(340a)는 도 6에 도시된 바와 같이 필름의 형태로 형성될 수 있다. 필름의 형태로 형성되는 양자점 복합체(340a)는 원격 형광체(Remote Phosphor) 구조를 형성하도록 발광소자 패키지(310a)로부터 이격되게 배치된다. 원격 형광체란 광원과 형광체가 서로 분리된 구성요소이며, 서로 이격되어 있다는 것을 의미한다. 직하형의 백라이트 유닛(300a)에서 양자점 복합체(340a)는 발광소자 패키지(310a)를 마주하도록 배치되며, 상기 발광소자 패키지(310a)로부터 직접 청색의 1차광을 제공받을 수 있다. 이 경우에, 상기 필름의 형태로 형성되는 양자점 복합체(340a)는 표면에 열화방지를 위하여 코팅처리될 수 있다.
이와 같이, 양자점 복합체(340a)를 이용하여 삼원광을 구현하는 경우에는 전술한 액정패널이 없는 디스플레이 장치도 가능하다.
다른 예로서, 상기 필름의 형태로 형성되는 양자점 복합체(340a)는 형광체층으로 대체될 수 있다. 도 7은 형광체층 및 이를 구비하는 백라이트 유닛의 개념도이다.
형광체층(440)은 상기 발광소자 패키지(410a)의 외면에 위치할 수 있다. 예를 들어, 발광소자 패키지(410a)는 백색광 또는 청색광을 발광하는 반도체 발광 소자를 구비하고, 형광체층(440)은 상기 백색광 또는 청색광을 단위 화소의 색상으로 변환시키는 기능을 수행한다. 상기 형광체층(440)은 상기 발광소자 패키지(410a)가 청색광을 발광하는 경우에 개별 화소를 구성하는 적색 형광체(441) 또는 녹색 형광체(442)가 될 수 있다. 이 경우에, 상기 발광소자 패키지(410a)가 백색광을 발광하는 경우에는 청색 형광체가 더 포함될 수 있다.
즉, 적색의 단위 화소를 이루는 위치에서, 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 적색 형광체(441)가 상기 발광소자 패키지(410a)에 적층될 수 있고, 녹색의 단위 화소를 이루는 위치에서는, 청색 광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체(442)가 적층될 수 있다. 또한, 청색의 단위 화소를 이루는 부분에는 형광체가 없이 청색 반도체 발광 소자만 단독으로 이용될 수 있다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 형광체층과 양자점 복합체가 조합되어 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들을 구현할 수 있다. 이러한 예로서, 상기 형광체층에 전술한 양자점 복합체가 적층될 수 있다. 이 경우에, 형광체층(440)은 녹색의 단위 화소를 이루는 위치에서 청색 광을 녹색(G) 광으로 변환하고, 상기 양자점 복합체가 적색의 단위 화소를 이루는 부분에서 상기 녹색 광을 적색 광으로 변환하도록 형성될 수 있다.
이와 같이, 상기 발광소자 패키지(410a)은 액정패널뿐만 아니라, 형광체나 양자점 복합체를 이용하여 적색, 녹색, 청색을 구현하는 디스플레이 장치에 적용될 수 있다.
이상에서 설명된 발광소자 패키지를 구비하는 디스플레이 장치는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (10)

  1. 발광소자 패키지를 구비하는 디스플레이 장치에 있어서,
    상기 발광소자 패키지는,
    봉지재에 의하여 덮여진 발광소자;
    상기 발광소자를 수용하는 몸체;
    상기 발광소자의 일면 중 일부를 덮도록 배치되며, 상기 발광소자로부터 방출되는 빛의 파장을 변환시키는 형광체; 및
    상기 발광소자로부터 방출되는 빛을 산란하도록 이루어지는 산란제를 포함하며,
    상기 봉지재의 내부에서 상기 발광소자의 표면에 적층되도록 상기 형광체 및 상기 산란제는 상기 봉지재보다 비중이 무거운 재질로 형성되며,
    상기 형광체는 상기 표면을 모두 덮지 못하는 정도의 양을 가지고, 상기 산란제는 상기 표면에서 상기 형광체가 미배치되는 부분 중 적어도 일부를 채우도록 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 봉지재에 대한 질량비가 상기 형광체는 5~10wt% 이고, 상기 산란제는 0.01~0.5wt% 인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 형광체는 상기 발광소자의 표면 면적의 40~90%와 오버랩되게 이루어지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 발광소자의 표면은 상기 산란제가 첨가됨에 의하여 90%가 초과하는 크기로 상기 형광체와 산란제에 의하여 덮이는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 형광체 및 산란제는 상기 발광소자의 표면으로부터 0.05 내지 5 마이크로미터의 두께를 가지는 레이어상에 함께 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서
    상기 산란제는 5 내지 300 나노미터 크기의 이산화티타늄(TiO2)를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자는 청색 광을 발광하도록 형성되며, 상기 형광체는 적색 형광체, 녹색 형광체 및 황색 형광체 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  9. 봉지재에 의하여 덮여진 발광소자;
    상기 발광소자를 수용하는 몸체;
    상기 발광소자의 일면 중 일부를 덮도록 배치되며, 상기 발광소자로부터 방출되는 빛의 파장을 변환시키는 형광체; 및
    상기 발광소자로부터 방출되는 빛을 산란하도록 이루어지는 산란제를 포함하며,
    상기 봉지재의 내부에서 상기 발광소자의 표면에 적층되도록 상기 형광체 및 상기 산란제는 상기 봉지재보다 비중이 무거운 재질로 형성되며,
    상기 형광체는 상기 표면을 모두 덮지 못하는 정도의 양을 가지고, 상기 산란제는 상기 표면에서 상기 형광체가 미배치되는 부분 중 적어도 일부를 채우도록 형성되는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 봉지재에 대한 질량비가 상기 형광체는 5~10wt% 이고, 상기 산란제는 0.01~0.5wt% 인 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
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