KR102153619B1 - 발광다이오드 장치와 이를 이용한 액정표시장치 - Google Patents

발광다이오드 장치와 이를 이용한 액정표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발광다이오드 장치에 관한 것으로, 하면에 서로 이격된 제1 및 제2 개구공을 가지는 패키지 바디; 상기 패키지 바디의 내부 공간에서 상기 제1 개구공을 통해 상기 패키지 바디의 하면에서 노출되는 제1 리드 프레임; 상기 제1 리드 프레임의 상면 위에 배치된 제1 발광다이오드; 상기 패키지 바디의 내부 공간에서 상기 제2 개구공을 통해 상기 패키지 바디의 하면에서 노출되는 제2 리드 프레임; 상기 제2 리드 프레임의 상면 위에 배치된 제2 발광다이오드를 포함한다. 상기 패키지 바디는 상기 제1 개구공의 가장자리에서 상기 제1 리드 프레임의 하면 아래로 돌출되도록 상기 패키지 바디의 하면으로부터 돌출된 제1 베리어; 및 상기 제2 개구공의 가장자리에서 상기 제2 리드 프레임의 하면 아래로 돌출되도록 상기 패키지 바디의 하면으로부터 돌출된 제2 베리어를 포함한다.

Description

발광다이오드 장치와 이를 이용한 액정표시장치{LIGHT EMITTING DIODE DEVICE ARRAY AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY USING THE SAME}
본 발명은 백라이트 유닛의 광원으로 사용 가능한 발광다이오드 장치와, 이를 이용하여 영상을 표시하는 액정표시장치에 관한 것이다.
액티브 매트릭스(Active Matrix) 구동방식의 액정표시장치는 스위칭 소자로서 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : 이하 "TFT"라 함)를 이용하여 동영상을 표시하고 있다. 액정표시장치는 액정표시패널, 액정표시패널에 빛을 조사하는 백라이트 유닛, 백라이트 유닛의 광원을 구동하기 위한 광원 구동회로, 액정표시패널의 데이터라인들에 데이터전압을 공급하기 위한 데이터 구동회로, 액정표시패널의 게이트라인들(또는 스캔라인들)에 스캔펄스를 공급하기 위한 게이트 구동회로, 및 그 구동회로들을 제어하는 제어회로 등을 구비한다.
백라이트 유닛의 광원으로서, 발광다이오드(이하 "LED"라 함)가 이용되고 있다. 최근, 고온 고습 환경에서 LED의 신뢰성을 높이기 위하여 그에 대한 성능 평가가 엄격해 지고 있다. 이러한 고온 고습 환경의 성능 평가는 도 1과 같이 고온 고습 환경에서 장시간 동안 LED 패키지(package)에 직류 전원(V)을 인가하면, 애노드(anode)와 캐소드(cathode) 사이의 저항이 떨어진다. 이는 고온고습 환경에서 애노드 리드 프레임(2)의 은(Ag)이 이온화되어 캐소드 리드 프레임(4) 쪽으로 이동하여 캐소드 리드 프레임(4)에서 환원되는 은 마이그레이션(Ag migration) 현상에 기인한다. 은 마이그레이션이 소개된 공지 문헌의 일 예로서, "Silver Migration -The Mechanism and Effects on Thick-Film Conductors by Kim Vu (Material Science Engineering 234 - Spring 2003 College of Engineering - Chemical and Material Science Engineering Department, San Jose State University)이 있다.
도 2는 은 마이그레이션 현상에 의해 애노드 리드 프레임(2)과 캐소드 리드 프레임(4) 사이에 은 이온들(3)이 쌓이는 실험 결과 사진이다. LED의 애노드와 캐소드 간의 절연 저항이 감소되고 심한 경우에 애노드와 캐소드가 단락(short circuit)되면, LED의 휘도를 떨어뜨리거나 정상적인 구동을 불가능하게 할 수 있다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점들을 해결하고자 안출된 발명으로써 고온고습 환경에서 LED의 신뢰성을 높일 수 있는 LED 장치와 이를 이용한 액정표시장치를 제공한다.
본 발명의 LED 장치는 하면에 서로 이격된 제1 및 제2 개구공을 가지는 패키지 바디; 상기 패키지 바디의 내부 공간에서 상기 제1 개구공을 통해 상기 패키지 바디의 하면에서 노출되는 제1 리드 프레임; 상기 제1 리드 프레임의 상면 위에 배치된 제1 발광다이오드; 상기 패키지 바디의 내부 공간에서 상기 제2 개구공을 통해 상기 패키지 바디의 하면에서 노출되는 제2 리드 프레임; 및 상기 제2 리드 프레임의 상면 위에 배치된 제2 발광다이오드를 포함한다.
상기 패키지 바디는 상기 제1 개구공의 가장자리에서 상기 제1 리드 프레임의 하면 아래로 돌출되도록 상기 패키지 바디의 하면으로부터 돌출된 제1 베리어; 및 상기 제2 개구공의 가장자리에서 상기 제2 리드 프레임의 하면 아래로 돌출되도록 상기 패키지 바디의 하면으로부터 돌출된 제2 베리어를 포함한다.
상기 제1 베리어와 상기 제2 베리어가 상기 제1 리드 프레임과 상기 제2 리드 프레임 사이에서 서로 대향한다.
본 발명의 액정표시장치는 액정표시패널; 및 상기 액정표시패널에 빛을 조사하는 백라이트 유닛을 포함한다.
상기 백라이트 유닛의 광원은 상기 LED 장치를 포함한다.
본 발명은 LED 패키지의 리드 프레임들 간에 베리어를 형성하여 그 리드 프레임들 간의 금속 마이그레이션 경로를 길게 한다. 그 결과, 본 발명은 고온고습 환경에서 LED의 애노드와 캐소드 간 저항이 감소되는 현상을 방지하여 고온고습 환경에서 LED 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 고온 고습 환경에서의 LED 신뢰성 실험 방법을 보여 주는 도면이다.
도 2는 은 마이그레이션 현상을 보여 주는 실험 결과 사진이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 LED 장치를 보여 주는 도면들이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 LED 장치와 기판을 보여 주는 단면도들이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 LED 장치가 적용된 백라이트 유닛을 보여 주는 단면도들이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것일 수 있는 것으로서, 실제 제품의 부품 명칭과는 상이할 수 있다.
본 발명의 LED 장치는 도 3 내지 도 5와 같이 LED 패키지 형태로 구현될 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 장치(100)는 하나 이상의 LED(31, 32)가 내장된 패키지 바디(30)를 포함한다.
패키지 바디(30)는 수지(resin), 실리콘, 세라믹 등으로 제작될 수 있다. 패키지 바디(30)의 저면 및/또는 측면에는 제1 및 제2 리드 프레임(33, 34)이 설치된다. 패키지 바디(30)에 내장된 LED(31, 32)는 와이어(35, 36, 37)를 통해 제1 및 제2 리드 프레임(33, 34)에 연결되고 몰딩 재료(38)에 의해 덮여진다. LED(31, 32)의 애노드는 제1 리드 프레임(33)에 연결되고, LED(31, 32)의 캐소드는 제2 리드 프레임(34)에 연결된다.
제1 및 제2 리드 프레임(33, 34)은 저항이 작은 금속 예를 들어, 은(Ag)이나 은을 포함한 합금으로 제작될 수 있다. 제1 및 제2 리드 프레임(33, 34) 각각은 패키지 바디(30)에 형성된 개구공들(39a, 39b)을 통해 노출된다. 제1 및 제2 리드 프레임(33, 34) 각각의 노출 부분은 도시하지 않은 기판에 솔더링(Soldering) 방법으로 접속될 수 있다. 솔더링 방법은 무연 솔더 방법이 적용될 수 있다. 기판은 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, 이하 "PCB"라 함), 메탈 PCB, 연성 PCB(Flexible PCB)중 어느 하나일 수 있다.
패키지 바디(30)는 제1 및 제2 리드 프레임들(33, 34) 사이에 형성된 베리어(Barrier)(30a)를 포함한다. 베리어(30a)는 제1 및 제2 리드 프레임들(33, 34) 사이에서 돌출되어 금속 마이그레이션 경로를 길게 한다. 따라서, 베리어(30a)는 고온 고습 환경에서 금속 이온의 이동으로 인한 애노드와 캐소드 간의 절연 저항 감소를 방지한다. 베리어(30a)는 금형 사출 공정에서 패키지 바디(30)와 동시에 성형될 수 있다. 베리어(30a)는 도 3과 같이 제1 및 제2 리드 프레임(33, 34)을 노출하는 개구공들(39a, 39b) 각각의 4 방향을 둘러싸는 형태로 형성될 수 있다. 베리어(30a)는 도 4 및 도 5와 같이 개구공들(39a, 39b) 각각의 일부를 둘러싸는 형태로 형성될 수 있다. 베리어(30a)는 금속 마이그레이션 경로를 길게 하기 위하여 도 3 내지 도 5와 같이 개구공들(39a, 39b) 간의 최단 거리(또는 전류 흐름 방향)에서 패키지 바디(30)에 하나 이상 형성되어야 한다. 도 3 내지 도 5에서, 베리어(30a)는 패키지 바디(30)의 개구공들(39a, 39b) 사이에서 서로 마주 보는 형태로 2 개 형성된 예를 도시하였지만, 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 패키지 바디(30)의 개구공들(39a, 39b) 사이에서 베리어(30a)가 하나라도 형성되면 제1 및 제2 리드 프레임들(33, 34) 사이의 금속 마이그레이션 경로를 길게 할 수 있다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 LED 장치(100)와 기판(40)을 보여 주는 단면도들이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, LED 장치(100)의 제1 및 제2 리드 프레임(33, 34) 각각은 기판(40) 상에 솔더링으로 실장될 수 있다.
LED 장치(100)의 베리어(30a)는 도 6과 같이, 기판(40)에 형성된 홈(41)에 삽입될 수 있다. 베리어(30a)와 홈(41)의 결합은 금속 마이그레이션을 차단할 뿐 아니라 LED 장치(100)와 기판(40)의 자기 정렬(Self align)을 가능하게 한다.
도 7과 같이, LED 장치(100)에 베리어가 형성되지 않고 기판(40)에 베리어(42)가 형성될 수 있다. 베리어(42)는 LED 장치(100)의 개구공들 사이의 패키지 바디 면과 대향하는 위치의 기판 상에 하나 이상 형성되어 금속 마이그레이션 경로를 길게 한다. LED 장치(100)의 패키지 바디(30)에는 베리어(42)가 삽입되는 홈(30b)이 형성될 수 있다. 베리어(30a)와 홈(41)의 결합은 금속 마이그레이션을 차단할 뿐 아니라 LED 장치(100)와 기판(40)의 자가 정렬을 가능하게 한다. 따라서, 금속 마이그레이션 경로를 길게 하기 위한 베리어는 LED 장치(100)의 패키지 바디와 기판(40) 중 하나 이상에 형성될 수 있다. 도 8과 같이, LED 장치(100)의 패키지 바디와 기판(40) 각각에 베리어(30a, 42)와, 그 베리어(30a, 42)가 삽입되는 홈이 형성될 수 있다.
본 발명의 LED 장치(100)는 다양한 조명 장치에 적용 가능할 뿐 아니라, 액정표시장치의 백라이트 유닛(Back Light Unit; BLU)의 광원으로 적용될 수 있다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 액정표시장치는 액정표시패널(50)에 빛을 조사하기 위한 백라이트 유닛(16)을 구비한다.
액정표시패널(50)은 액정층을 사이에 두고 대향하는 상부 기판과 하부 기판을 포함한다. 액정표시패널(50)은 비디오 데이터를 표시하는 픽셀 어레이를 포함한다. 하부 유리기판의 화소 어레이에는 데이터라인들과 게이트라인들의 교차부마다 형성되는 TFT들과, TFT에 접속된 화소전극을 포함한다. 픽셀들 각각은 화소전극과 공통전압(Vcom)이 인가되는 공통전극의 전압차에 의해 구동되어 백라이트 유닛으로부터 입사되는 빛의 투과양을 조정하여 비디오 데이터의 화상을 표시한다.
액정표시장치는 투과형 액정표시장치, 반투과형 액정표시장치, 반사형 액정표시장치 등 어떠한 형태로도 구현될 수 있다. 투과형 액정표시장치와 반투과형 액정표시장치에는 백라이트 유닛이 필요하다. 반사형 액정표시장치에서 보조광원으로 백라이트 유닛이나 프론트 라이트 유닛이 설치될 수 있다. 백라이트 유닛은 직하형(direct type) 백라이트 유닛 또는, 에지형(edge type) 백라이트 유닛으로 구현될 수 있다. 도 9는 에지형 백라이트 유닛의 단면 구조를 보여 주는 일 예이며, 도 10은 직하형 백라이트 유닛의 단면 구조를 보여 주는 일예이다.
에지형 백라이트 유닛은 도 9와 같이 도광판(52)의 측면에 대향되도록 LED 장치(100)가 배치되고, 액정표시패널(50)과 도광판(52) 사이에 다수의 광학시트들(51)이 배치되는 구조를 갖는다. 광학시트들(51)은 1 매 이상의 프리즘 시트, 1 매 이상의 확산시트 등을 포함하여 도광판(52)으로부터 입사되는 빛을 확산하고 액정표시패널(50)의 광입사면에 대하여 실질적으로 수직인 각도로 빛의 진행경로를 굴절시킨다. 가이드 패널(56)은 액정표시패널(50)과 에지형 백라이트 유닛의 측면을 감싸고 액정표시패널(50)과 광학시트들(134) 사이에서 액정표시패널(50)을 지지한다. 보텀 커버(53)는 백라이트 유닛의 하면을 감싼다. 보텀 커버(53)와 도광판(52) 사이에는 반사시트(54)가 배치된다. 탑 케이스(55)는 액정표시패널(50)의 측면과 가이드 패널(56)의 측면을 감싼다.
직하형 백라이트 유닛은 도 10과 같이, 액정표시패널(50)의 아래에 다수의 광학시트들(61)과 확산판(62)이 적층된다. LED 장치들(100)은 확산판(62)의 아래에 다수 배치된다. 가이드 패널(66)은 액정표시패널(50)과 직하형 백라이트 유닛의 측면을 감싸고 액정표시패널(50)과 광학시트들(61) 사이에서 액정표시패널(50)을 지지한다. 보텀 커버(63)는 직하형 백라이트 유닛의 하면을 감싼다. 보텀 커버(63)와 LED 장치(100) 사이에는 반사시트(64)가 배치된다. 탑 케이스(65)는 액정표시패널(50)의 측면과 가이드 패널(66)의 측면을 감싼다. LED 장치(100)로부터 방출되는 열은 메탈 코아(21u, 21d, 21m)와 보텀 커버(142)를 통해 외부로 방출된다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
30 : 패키지 바디 30a, 42 : 베리어
31, 32 : LED 33, 34 : 리드 프레임
40 : 기판 100 : LED 장치

Claims (11)

  1. 하면에 서로 이격된 제1 및 제2 개구공을 가지는 패키지 바디;
    상기 패키지 바디의 내부 공간에서 상기 제1 개구공을 통해 상기 패키지 바디의 하면에서 노출되는 제1 리드 프레임;
    상기 제1 리드 프레임의 상면 위에 배치된 제1 발광다이오드;
    상기 패키지 바디의 내부 공간에서 상기 제2 개구공을 통해 상기 패키지 바디의 하면에서 노출되는 제2 리드 프레임; 및
    상기 제2 리드 프레임의 상면 위에 배치된 제2 발광다이오드를 포함하고,
    상기 패키지 바디는,
    상기 제1 개구공의 가장자리에서 상기 제1 리드 프레임의 하면 아래로 돌출되도록 상기 패키지 바디의 하면으로부터 돌출된 제1 베리어; 및
    상기 제2 개구공의 가장자리에서 상기 제2 리드 프레임의 하면 아래로 돌출되도록 상기 패키지 바디의 하면으로부터 돌출된 제2 베리어를 포함하고,
    상기 제1 베리어와 상기 제2 베리어가 상기 제1 리드 프레임과 상기 제2 리드 프레임 사이에서 서로 대향하는 발광다이오드 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 베리어들이 상기 제1 개구공과 상기 제2 개구공 사이에서 상기 제1 및 제2 리드 프레임들 간의 전류 방향을 따라 상기 패키지 바디에 하나 이상 형성되는 발광다이오드 장치.
  3. 삭제
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 패키지 바디가 실장되는 기판을 더 포함하고,
    상기 기판은 상기 제1 및 제2 베리어가 삽입되는 홈을 가지는 발광다이오드 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 패키지 바디 쪽으로 돌출되는 베리어를 가지는 발광다이오드 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 패키지 바디의 하면이 상기 기판의 베리어가 삽입되는 홈을 더 포함하는 발광다이오드 장치.
  7. 액정표시패널;
    상기 액정표시패널에 빛을 조사하는 백라이트 유닛을 포함하고,
    상기 백라이트 유닛의 광원은,
    하면에 서로 이격된 제1 및 제2 개구공을 가지는 패키지 바디;
    상기 패키지 바디의 내부 공간에서 상기 제1 개구공을 통해 상기 패키지 바디의 하면에서 노출되는 제1 리드 프레임;
    상기 제1 리드 프레임의 상면 위에 배치된 제1 발광다이오드;
    상기 패키지 바디의 내부 공간에서 상기 제2 개구공을 통해 상기 패키지 바디의 하면에서 노출되는 제2 리드 프레임;및
    상기 제2 리드 프레임의 상면 위에 배치된 제2 발광다이오드를 포함하고,
    상기 패키지 바디는,
    상기 제1 개구공의 가장자리에서 상기 제1 리드 프레임의 하면 아래로 돌출되도록 상기 패키지 바디의 하면으로부터 돌출된 제1 베리어; 및
    상기 제2 개구공의 가장자리에서 상기 제2 리드 프레임의 하면 아래로 돌출되도록 상기 패키지 바디의 하면으로부터 돌출된 제2 베리어를 포함하고,
    상기 제1 베리어와 상기 제2 베리어가 상기 제1 리드 프레임과 상기 제2 리드 프레임 사이에서 서로 대향하는 액정표시장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 베리어는 상기 제1 발광다이오드를 둘러 싸는 형태로 상기 패키지 바디의 하면으로부터 돌출되고,
    상기 제2 베리어는 상기 제2 발광다이오드를 둘러 싸는 형태로 상기 패키지 바디의 하면으로부터 돌출되는 발광다이오드 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 베리어는 상기 제1 리드 프레임을 둘러 싸는 형태로 상기 패키지 바디의 하면으로부터 돌출되고,
    상기 제2 베리어는 상기 제2 리드 프레임을 둘러 싸는 형태로 상기 패키지 바디의 하면으로부터 돌출되는 발광다이오드 장치.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 베리어 각각은 상기 패키지 바디의 하면에서 폐루프 형태를 갖는 발광다이오드 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 베리어는 상기 제1 리드 프레임의 일부를 둘러 싸는 형태로 상기 패키지 바디의 하면으로부터 돌출되고,
    상기 제2 베리어는 상기 제2 리드 프레임을 일부를 둘러싸는 형태로 상기 패키지 바디의 하면으로부터 돌출되고,
    상기 제1 및 제2 베리어 각각은 상기 제1 및 제2 개구공들 간의 최단 거리에서 서로 대향하는 돌출부를 포함하는 발광다이오드 장치.
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