KR102066093B1 - 발광 다이오드 패키지와 이를 이용한 백라이트 유닛 및 액정 표시 장치 - Google Patents

발광 다이오드 패키지와 이를 이용한 백라이트 유닛 및 액정 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광 효율을 높일 수 있는 발광 다이오드 패키지와 이를 이용한 백라이트 유닛 및 액정 표시 장치에 관한 것으로, 개구부를 포함하는 몰드와; 상기 개구부의 바닥면에 배치되고 상면에 특정 면적을 갖는 홈이 형성된 리드 전극과; 상기 리드 전극의 상면에 실장되어 광을 발생하는 발광 다이오드 칩과; 상기 개구부에 충진되는 레진을 구비하고; 상기 발광 다이오드 칩은 상기 홈의 일부를 덮도록 배치된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지를 포함한다.

Description

발광 다이오드 패키지와 이를 이용한 백라이트 유닛 및 액정 표시 장치{LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE, BACKLIGHT UNIT AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 광 효율을 높일 수 있는 발광 다이오드 패키지와 이를 이용한 백라이트 유닛 및 액정 표시 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode; 이하 LED)는 고휘도 및 저소비 전력의 장점으로 인해 액정 표시 장치의 백라이트의 광원으로 사용되고 있다.
이와 같은 LED는 칩(Chip) 형태로 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board; 이하 PCB) 상에 결합되거나 또는 패키지(Package)로 PCB 상에 결합되어 외부 전원으로부터 전류를 인가 받아 발광을 하게 된다.
종래 기술에 따른 LED 패키지는 개구부를 포함하는 몰드와, 개구부의 바닥면에 배치되는 리드 전극과, 리드 전극의 상면에 실장되는 발광 다이오드 칩을 구비한다.
그런데, 종래 기술에 따른 LED 패키지는 발광 다이오드 칩으로부터 발광 다이오드 칩의 아래쪽 방향으로 출사된 광 중에서 일부가 개구부로 반사되지 못하고 리드 전극에 흡수되는 문제점이 있었다. 리드 전극에 흡수된 광은 열로 발산되어, LED 패키지의 광 효율을 저하시킨다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광 효율을 높일 수 있는 발광 다이오드 패키지와 이를 이용한 백라이트 유닛 및 액정 표시 장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 발광 다이오드 패키지와 이를 이용한 백라이트 유닛 및 액정 표시 장치는 개구부를 포함하는 몰드와; 상기 개구부의 바닥면에 배치되고 상면에 특정 면적을 갖는 홈이 형성된 리드 전극과; 상기 리드 전극의 상면에 실장되어 광을 발생하는 발광 다이오드 칩과; 상기 개구부에 충진되는 레진을 구비하고; 상기 발광 다이오드 칩은 상기 홈의 일부를 덮도록 배치된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지를 포함한다.
상기 홈은 교차부를 포함하도록 '+' 형태를 갖고, 상기 발광 다이오드 칩은 상기 홈의 교차부만 덮는 것을 특징으로 한다.
상기 홈은 상기 리드 전극의 길이 방향으로 형성된 바(bar) 형태를 갖고, 상기 발광 다이오드 칩은 상기 홈의 양측이 개구되도록 상기 홈의 중간 영역을 덮는 것을 특징으로 한다.
상기 홈은 상기 리드 전극의 폭 방향으로 형성된 바(bar) 형태를 갖고, 상기 발광 다이오드 칩은 상기 홈의 양측이 개구되도록 상기 홈의 중간 영역을 덮는 것을 특징으로 한다.
상기 홈의 바닥면과 측면은 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 코팅층은 상기 몰드와 동일한 재질로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 코팅층은 상기 레진과 동일한 재질로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 홈의 측면은 경사면으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 리드 전극의 상면에 특정 면적을 갖는 홈을 형성하고, 발광 다이오드 칩이 홈의 일부를 덮도록 한다. 이에 따라, 발광 다이오드 칩으로부터 배면측으로 출사된 광을 반사시켜, 광 효율을 향상시킨다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 액정 표시 장치의 개략적인 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 발광 다이오드 패키지(170b)의 평면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 홈(6)을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 발광 다이오드 칩(8)의 개략적인 단면도이다.
도 5는 도 2에 도시된 발광 다이오드 칩(8)의 실장 영역을 확대한 평면도이다.
도 6은 도 2에 도시된 A-A' 선을 따른 단면도이다.
도 7은 도 2에 도시된 B-B' 선을 따른 단면도이다.
도 8은 경사면으로 구성된 홈(6)의 측면을 설명하기 위한 단면도이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 홈(6)의 모양을 나타낸 평면도이다.
도 10은 홈(6)의 바닥면과 측면에 형성된 코팅층(14)을 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 발광 다이오드 패키지와 이를 이용한 백라이트 유닛 및 액정 표시 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 액정 표시 장치의 개략적인 분해 사시도이다.
도 1에 도시된 액정 표시 장치는 영상을 표시하는 액정 패널(100)과, 액정 패널(100)에 광을 공급하는 백라이트 유닛(130)과, 액정 패널(100) 및 백라이트 유닛(130)을 수납하는 수납 부재(160)와, 탑 케이스(190)를 구비한다.
액정 패널(100)은 서로 대항하는 제1 및 제2 기판(101, 103)과, 제1 및 제2 기판(101, 103) 사이에 형성된 액정층을 구비한다.
제1 기판(101)에는 컬러 필터와, 블랙 매트릭스와, 공통 전극이 형성된다. 여기서, 공통 전극은 액정의 모드에 따라 제2 기판(103)에 구비될 수 있다.
제2 기판(103)에는 다수의 화소가 매트릭스 형태로 형성된다. 다수의 화소는 다수의 게이트 라인과 다수의 데이터 라인 교차되어 정의된다.
수납 부재(160)는 액정 패널(100)을 가이드하는 서포트 메인(160a)과, 서포트 메인(160a) 및 백라이트 유닛(130)을 수납하는 커버 바텀(160b)을 구비한다. 이와 같은 수납 부재(160)는 후크 체결이나 나사 체결 등의 방식으로 탑 케이스(190)와 결합되어, 액정 표시 장치를 케이싱한다.
백라이트 유닛(130)은 광을 발생하는 광원 어레이(170)와, 광원 어레이(170)로부터 발생된 광을 면 광원으로 변환하여 출사시키는 도광판(150)과, 도광판(150)의 하부에 배치되어 광을 반사시키는 반사판(180)과, 도광판(150)의 상부에 배치되어 도광판(150)으로부터 출사된 광을 확산 및 집광시키는 다수의 광학 시트(140)를 구비한다.
광원 어레이(170)는 도광판(150)의 적어도 하나의 측면에 배치되는 인쇄 회로 기판(170a)과, 인쇄 회로 기판(170a) 상에 실장된 다수의 발광 다이오드 패키지(170b)를 구비한다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 발광 다이오드 패키지(170b)를 구체적으로 설명한다.
도 2는 도 1에 도시된 발광 다이오드 패키지(170b)의 평면도이다. 도 3은 도 2에 도시된 홈(6)을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 발광 다이오드 패키지(170b)는 개구부(10)를 포함하는 몰드(2)와, 개구부(10)의 바닥면에 배치되고, 상면에 홈(6)이 형성되는 리드 전극(4)과, 리드 전극(4)의 상면에 실장되어 광을 발생하는 발광 다이오드 칩(8)과, 개구부(10)에 충진되는 레진을 구비한다.
본 발명의 발광 다이오드 패키지(170b)는 리드 전극(4)의 상면에 특정 면적을 갖는 홈(6)을 형성하고, 발광 다이오드 칩(8)이 홈(6)의 일부를 덮도록 배치한다. 이에 따라, 발광 다이오드 칩(8)으로부터 배면측으로 출사된 광은 홈(6)의 바닥면과 측면에서 반사되어 개구부(10)로 방사된다. 따라서, 본 발명은 발광 다이오드 칩(8)으로부터 배면측으로 출사된 광이 리드 전극에 흡수되는 양을 줄일 수 있고, 광 효율이 향상된다.
몰드(2)는 리드 전극(4)을 지지하고, 발광 다이오드 칩(8)으로부터 방출된 광을 개구부(10)를 통해 방사시키는 역할을 한다. 이를 위해, 몰드(2)의 개구부(10)는 바닥부(2a)와, 바닥부(2a)로부터 상측으로 갈수록 폭이 넓어 지는 측면부(2b)를 포함한다.
도 3을 참조하면, 리드 전극(4)은 제1 및 제2 리드 전극(4a, 4b)을 포함한다. 제1 리드 전극(4a)은 발광 다이오드 칩(8)의 P형 전극과 인쇄 회로 기판(170a)의 제1 배선(미도시) 사이를 전기적으로 연결한다. 제1 리드 전극(4a)과 발광 다이오드 칩(8)의 P형 전극은 도전성 와이어(12; 도 7 참조)에 의해 연결된다. 제2 리드 전극(4b)은 발광 다이오드 칩(8)의 N형 전극과 인쇄 회로 기판(170a)의 제2 배선(미도시) 사이를 전기적으로 연결한다. 제2 리드 전극(4b)과 발광 다이오드 칩(8)의 N형 전극은 도전성 와이어(12)에 의해 연결된다.
한편, 제1 및 제2 리드 전극(4a, 4b) 중 어느 하나(예를 들어, 제1 리드 전극)의 상면에는 발광 다이오드 칩(8)에 대응하는 홈(6)이 형성된다. 이러한 홈(6)은 발광 다이오드 칩(8)으로부터 배면측으로 출사된 광을 반사시켜 광 효율을 향상시키는 역할을 한다. 홈(6)에 대해서는 도 5 내지 도 7을 참조하여 구체적으로 후술한다.
도 4는 도 2에 도시된 발광 다이오드 칩(8)의 개략적인 단면도이다.
도 4를 참조하면, 발광 다이오드 칩(8)은 기판(200) 상에 적층된 n형 화합물 반도체층(210)과, 활성층(220)과, p형 화합물 반도체층(230)과, n형 전극 및 p형 전극(250, 240)을 구비한다.
기판(200)은 사파이어를 포함하는 투명한 재료를 이용하여 형성되며, 사파이어 외에도 징크 옥사이드(zinc oxide: ZNO), 갈륨 나이트라이드(hallium nitride: GaN), 실리콘 카비이드(silicon carbide: SiC) 및 알루미늄 나이트라이드(AlN) 등으로 형성될 수 있다.
기판(200)과 n형 화합물 반도체층(210) 사이에는 이들 간의 격자정합을 향상시키기 위한 버퍼층(미도시)이 형성될 수 있다. 버퍼층은 GaN 또는 AlN/GaN 등으로 형성될 수 있다.
n형 화합물 반도체층(210)은 n형 도전형 불순물이 도핑된 GaN 또는 GaN/AlGaN으로 이루어질 수 있으며, n형 도전형 불순물로는 Si, Ge 및 Sn 등을 사용하고, 바람직하게는 Si를 주로 사용한다.
p형 화합물 반도체층(230)은 p형 도전형 불순물이 도핑된 GaN 또는 GaN/AlGaN으로 이루어질 수 있으며, p형 도전형 불순물로는 Mg, Zn 및 Be 등을 사용하고, 바람직하게는 Mg를 주로 사용한다.
한편, 발광 다이오드 칩(8)은 n형 화합물 반도체층(210)의 일부가 노출되도록 p형 화합물 반도체층(140)과 활성층(220) 일부가 메사 식각(mesa etching)으로 제거된다. 이에 따라, p형 화합물 반도체층(230)과 활성층(220)은 n형 화합물 반도체층(210) 상의 일부분에 형성된다.
n형 전극(250)은 노출된 n형 화합물 반도체층(210) 상에 배치되며, p형 전극(240)은 p형 화합물 반도체층(230) 상에 구성된다.
활성층(220)은 GaN 계열 단일 양자 우물구조(single quantum well: SQW), 다중 양자 우물구조(multi quantum well: MQW), 초격자(supper lattice: SL) 등의 양자구조로 구성될 수 있다. 활성층(220)의 양자구조는 GaN 계열의 다양한 물질을 조합하여 이루어질 수 있고 일예로 AlGaN, AlNGaN, InGaN 등이 사용될 수 있다. 이러한 활성층(220)은 전계가 인가되었을 때, 전자-정공 쌍의 결합에 의하여 빛이 발생한다.
이와 같은, 발광 다이오드 칩(8)은 p형 전극(240)과 n형 전극(250) 사이에 전압이 인가되면, p형 화합물 반도체층(230)과 n형 화합물 반도체층(210)으로 각각 정공과 전자가 주입되고, 활성층(220)에서 정공과 전자가 재결합하면서 여분의 에너지가 광으로 변환되고, 변환된 광은 외부로 방출된다.
이하, 실시 예에 따른 리드 전극(4)의 홈(6)을 보다 구체적으로 설명한다.
도 5는 도 2에 도시된 발광 다이오드 칩(8)의 실장 영역을 확대한 평면도이다. 도 6은 도 2에 도시된 A-A' 선을 따른 단면도이다. 도 7은 도 2에 도시된 B-B' 선을 따른 단면도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 홈(6)은 교차부를 포함하도록 '+' 형태를 갖는다. 한편, 발광 다이오드 칩(8)은 홈(6)의 교차부만을 덮도록 배치된다. 그리고 발광 다이오드 칩(8)의 각 코너 영역은 홈(6)과 인접한 리드 전극(4)의 상면에 부착된다.
이에 따라, 홈(6)은 교차부에서 발광 다이오드 칩(8)과 오버랩되며, 교차부를 제외한 나머지 영역에서는 개구된다. 따라서, 발광 다이오드 칩(8)으로부터 배면측으로 출사된 광은 홈(6)의 바닥면 또는 측면에서 반사되고, 이어서 홈(6)의 개구 영역을 통해 외부로 방사된다. 한편, 홈(6)의 측면은 도 8에 도시한 바와 같이 경사면으로 구성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 리드 전극(4)의 상면에 특정 면적을 갖는 홈(6)을 형성하고, 발광 다이오드 칩(8)이 홈(6)의 일부를 덮도록 한다. 이에 따라, 발광 다이오드 칩(8)으로부터 배면측으로 출사된 광을 반사시켜, 광 효율을 향상시킨다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 홈(6)의 모양을 나타낸 평면도이다. 도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 도 2에 도시된 A-A' 선을 자른 단면도이다.
도 9a를 참조하면, 홈(6)은 리드 전극(4)의 길이 방향으로 형성된 바(bar) 형태를 가질 수 있다. 이 경우, 발광 다이오드 칩(8)은 홈(6)의 양측이 개구되도록 홈(6)의 중간 영역을 덮는다.
도 9b를 참조하면, 홈(6)은 리드 전극(4)의 폭 방향으로 형성된 바(bar) 형태를 가질 수 있다. 이 경우, 발광 다이오드 칩(8)은 홈(6)의 양측이 개구되도록 홈(6)의 중간 영역을 덮는다.
한편, 본 발명의 홈(6)은 도 10에 도시한 바와 같이, 바닥면과 측면에 코팅층(14)이 형성될 수 있다. 이러한 코팅층(14)은 반사율이 뛰어난 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 코팅층(14)은 몰드(2)와 동일한 재질로 구성될 수 있다. 또한, 코팅층(14)은 몰드(2)의 개구부(10)에 충진되는 레진과 동일한 재질로 구성될 수 있다.
광 효율 비고
종래기술 100% -
본 발명의 제1 실시 예 163% 홈 형성
본 발명의 제2 실시 예 155% 홈의 측면을 경사면으로 구성
표 1은 본 발명의 효과를 설명하기 위한 실험 결과이다.
실험 결과, 표 1에 나타낸 바와 같이, 리드 전극(4)의 상면에 특정 면적을 갖는 홈(6)을 형성하고, 발광 다이오드 칩(8)이 홈(6)의 일부를 덮도록 배치할 경우, 종래 기술과 대비하여 광 효율이 63% 향상된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 리드 전극(4)의 홈(6)의 측면을 경사면으로 구성할 경우, 종래 기술과 대비하여 광 효율이 55% 향상된 것을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
2: 몰드 4: 리드 전극
6: 홈 8: 발광 다이오드 칩
10: 개구부

Claims (10)

  1. 개구부를 포함하는 몰드와;
    상기 개구부의 바닥면에 배치되고 상면에 특정 면적을 갖는 홈이 형성된 리드 전극과;
    상기 리드 전극의 상면에 실장되어 광을 발생하는 발광 다이오드 칩과;
    상기 개구부에 충진되는 레진을 구비하고;
    상기 발광 다이오드 칩은 상기 홈의 일부를 덮도록 배치되며,
    상기 홈의 바닥면과 측면은 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 홈은 교차부를 포함하도록 '+' 형태를 갖고, 상기 발광 다이오드 칩은 상기 홈의 교차부만 덮는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 홈은 상기 리드 전극의 길이 방향으로 형성된 바(bar) 형태를 갖고, 상기 발광 다이오드 칩은 상기 홈의 양측이 개구되도록 상기 홈의 중간 영역을 덮는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 홈은 상기 리드 전극의 폭 방향으로 형성된 바(bar) 형태를 갖고, 상기 발광 다이오드 칩은 상기 홈의 양측이 개구되도록 상기 홈의 중간 영역을 덮는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 코팅층은 상기 몰드와 동일한 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 코팅층은 상기 레진과 동일한 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 홈의 측면은 경사면으로 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  9. 도광판과;
    청구항 1 내지 청구항 4 및 청구항 6 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 상기 발광 다이오드 패키지와;
    상기 도광판의 하부에 배치되어 광을 반사시키는 반사판과;
    상기 도광판의 상부에 배치되는 다수의 광학 시트를 구비하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  10. 액정 패널과;
    상기 액정 패널을 가이드하는 서포트 메인과;
    청구항 1 내지 청구항 4 및 청구항 6 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 상기 발광 다이오드 패키지를 포함하는 백라이트 유닛과;
    상기 액정 패널과 상기 서포트 메인과 상기 백라이트 유닛을 수납하고 케이싱하는 커버 바텀 및 탑 케이스를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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