KR20110092426A - 백색 발광 다이오드 패키지 및 그 패키지를 구비한 백라이트 모듈 - Google Patents

백색 발광 다이오드 패키지 및 그 패키지를 구비한 백라이트 모듈 Download PDF

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KR20110092426A
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Abstract

청색 발광 다이오드 칩과;
녹색 형광체, 황색 형광체, 오렌지색 형광체, 적색 형광체 중 적어도 하나 이상의 형광체를 포함하여 구성되는 백라이트용 백색 발광 다이오드 패키지로서,
상기 백색 발광 다이오드 패키지에 포함된 형광체 중 어느 하나 또는 전부는 실리케이트 계열 형광체와 질화물계 형광체가 X:(1-X)의 비율(0<X≤1)로 혼합된 형광체이고, 상기 비율은 백라이트 모듈 제작에 이용되는 반사 시트, 도광판, 확산판 및 LCD 패널 등에 의한 색좌표 변화량을 상쇄시키도록 설정되는 백라이트용 백색 발광 다이오드 패키지.

Description

백색 발광 다이오드 패키지 및 그 패키지를 구비한 백라이트 모듈{WHITE LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE AND BACKLIGHT MODULE COMPRISING THE PACKAGE}
본 발명은 백색 발광 다이오드 패키지 및 그 패키지를 구비한 백라이트 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실리케이트 계열 형광체와 질화물계 형광체가 혼합된 형광체를 이용하는 백색 발광 다이오드 패키지 및 백라이트 모듈에 관한 것이다.
발광 다이오드는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기를 빛으로 전환시키는 소자로서, 차세대 광원으로서 다양하게 이용 및 개발되고 있다. 이러한 발광 다이오드는 색상 표현 및 소비 전력의 측면에서 매우 유리하여, 노트북, TV 등의 백라이트 유닛(BLU)에 이용되던 종래의 냉음극형광램프(CCFL)를 대체하는 광원으로서 매우 주목받고 있고, 각종 조명으로도 사용이 많아지고 있는 실정이다.
발광 다이오드 중 최근에 가장 널리 쓰이면서 활발히 연구가 진행되고 있는 것은 백색 발광 다이오드이다. 기존에는, 일반식(Y, Gd)3 (Al, Ga)5 O12 : Ce3 로 표현되고, 세륨으로 부활(付活;activate)되어 이루어지는 이트륨ㆍ알루미늄ㆍ가닛(garnet)계 황색 형광체(YAG)와 같은 황색 형광체와 발광 다이오드를 이용하여 백색 발광 다이오드 패키지를 제작하는 방식이 널리 알려져 있었으나, 이러한 방식의 백색 발광 다이오드 패키지는 적색성분이 과도하게 부족하여 푸르스름한 백색 발광이 되어, 연색성에 상당한 문제가 있었다.
상기 문제를 해결하기 위하여 근래에는 청자색 또는 청색 발광 다이오드 칩에 녹색 형광체 및 적색 형광체를 이용하여 백색 발광 다이오드 패키지를 구현하는 방식이 많이 쓰이고 있다. 여기서, 녹색 형광체로서 실리케이트 계열 형광체가 많이 이용되고 있으나, 실리케이트 형광체가 가격이 싸기 때문에 백색 발광 다이오드의 단가를 낮추기 위한 자구책으로서 많이 이용되고 있는 것으로서, 실리케이트 계열 녹색 형광체를 이용하여 백색 발광 다이오드 패키지를 구현할 경우 가격 대비 효율 및 휘도는 상당히 우수하나 시간이 흐름에 따라 색좌표의 변동폭이 커지는 등 안정성, 신뢰성의 측면에서는 다소 문제점을 지니고 있는 것이 사실이고, 발광 다이오드 패키지가 TV, 노트북 등의 BLU나 핸드폰 및 각종 조명에 이용될 경우 안정성, 신뢰성의 문제는 굉장히 중요하여 실리케이트 형광체의 많은 문제가 대두되고 있는 실정이다.
도 1을 참조하여 보다 구체적으로 살펴보면, 실리케이트 녹색 형광체를 포함하여 구성되는 백색 발광 다이오드 패키지가 발광하는 빛은, 도 1의 직선(11)에 나타난 바와 같이 실리케이트 계열 형광체 특성상 시간이 흐름에 따라 색좌표의 x, y 값이 줄어드는 이른바 blue shift의 특성을 나타낸다. B는 특정 시점에서의 색좌표 감소량을 나타낸다.
한편, 백색 발광 다이오드 패키지가 TV, 노트북 또는 평판조명 등에 이용될 경우에는 주로 플라스틱 재질로 제작되는 반사 시트, 도광판, 확산판, LCD 패널 등이 사용되는데, 백색 발광 다이오드 패키지가 발광하는 백색광이 이들을 통과하게 되면 도 1의 직선(12)에 나타난 바와 같이 색좌표의 x, y값이 증가하는 이른바 yellow shift 특성을 나타내고, A는 특정 시점에서의 색좌표 증가량을 나타내며, 이 증가량은 시간이 흐름에 따라 조금씩 더 커진다.
그런데, 반사 시트, 도광판, 확산판, LCD 패널 등에 의한 색좌표 증가량(A)은 실리케이트 형광체를 적용한 백색 발광 다이오드 패키지 자체의 색좌표 감소량(B)보다 적어서, 백색 발광 다이오드 패키지를 채택한 백라이트 모듈(또는 평판 조명 등) 전체 기준으로 볼 때는 백라이트 모듈의 백색광은 시간이 지남에 따라 또 1의 직선(13)에 나타난 바와 같이 색좌표의 x, y값이 대략 B-A만큼 감소하게 된다. 이는 백라이트 모듈이 TV, 노트북 등의 BLU나 핸드폰 및 각종 조명에 이용될 경우 안정성을 저해하는 요인이 된다.
상기와 같이, 실리케이트 녹색 형광체를 포함하여 구성된 백색 발광 다이오드 패키지는 색좌표 감소량(blue shift)이 커서 반사 시트, 도광판(직하형 또는 평판형의 경우에는 생략가능), 확산판, LCD 패널 등에 의한 색좌표 증가량(yellow shift)을 계산하더라도 백라이트 모듈 전체적으로는 시간이 지남에 따라 색좌표가 감소하게 되는 문제점이 존재한다.
최근에는, 이에 대한 대안으로, 실리케이트 형광체 대신 사이알론(SiAlON) 계열 형광체와 같은 질화물계 형광체를 포함시켜 백색 발광 다이오드 패키지를 제조하는 방안에 대한 논의가 대두되고 있다. 사이알론 계열 형광체는 안정성이 매우 우수하여, 수많은 시간이 지나도 색좌표의 변화가 거의 없는 것을 특징으로 하기에, 실리케이트 형광체의 대안이 될 가능성이 있는 것으로 여겨지고 있으나, 실제 백색 발광 다이오드 패키지에 사용되는 경우는 극히 미미하다.
그러나, 사이알론 계열 형광체와 같은 질화물계 형광체는 가격이 실리케이트 형광체의 수 배에 달하고, 효율은 오히려 실리케이트 형광체보다 다소 낮을뿐더러, 질화물계 형광체를 포함하여 구성된 백색 발광 다이오드 패키지가 백라이트 모듈에 사용될 경우에는, 패키지 자체가 발광하는 빛은 시간이 아무리 흘러도 색좌표가 변하지 아니하나, 앞서 설명하였듯이 패키지가 발광하는 빛이 주로 플라스틱 재질로 제조되는 반사 시트, 도광판, 확산판, LCD 패널 등을 통과하게 되면 플라스틱의 특성에 의하여 색좌표가 증가하게 되어, 백라이트 모듈이 최종적으로 발광하는 빛은 시간이 흐름에 따라 오히려 색좌표가 증가하여, 안정성에 문제가 생긴다는 단점이 존재한다.
도 2를 참조하여 살펴보면, 실리케이트 녹색 형광체 대신 사이알론 계열의 질화물계 형광체를 포함하여 구성되는 백색 발광 다이오드 패키지가 발광하는 빛은 도 2의 직선(21)에 나타난 바와 같이 시간이 아무리 흘러도 색좌표의 변동이 거의 없어서 초기의 색좌표 값을 거의 동일하게 유지한다. 그런데, 도 2의 직선(22)에서 알 수 있는 바와 같이, 도 1의 경우와 마찬가지로 반사 시트, 도광판, 확산판, LCD 패널 등에 의한 색좌표 증가량(A)이 존재하므로, 백라이트 모듈이 최종적으로 발광하는 백색광은 도 2의 직선(23)에 나타난 바와 같이 거의 A에 가까운 변화량만큼 색좌표가 증가하게 된다. 즉, 질화물계 형광체만을 이용해서는 제품의 신뢰성과 안정성을 완전히 담보하기는 어려운 것이다.
이에 따라, 백라이트 모듈이 최종적으로 발광하는 빛이 시간이 흘러도 색좌표가 변동하지 않게 하는 방안 및 그러한 백라이트 모듈이 필수적으로 요구되고 있는바, 본 발명은 이에 대한 해결 방안을 제시한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 적어도 하나 이상의 백색 발광 다이오드 패키지와; 백색 발광 다이오드 패키지의 일측에 배치되어 백색 발광 다이오드 패키지가 출사한 광을 안내하는 도광판과; 도광판의 하부에 배치된 반사 시트과; 도광판의 상부에 배치된 확산판과; 확산판 상부에 배치된 LCD 패널을 포함하여 구성되는 백라이트 모듈로서, 백색 발광 다이오드 패키지가 녹색 형광체, 황색 형광체, 오렌지색 형광체, 적색 형광체 중 적어도 하나 이상의 형광체를 포함하고, 백색 발광 다이오드 패키지에 포함된 형광체 중 어느 하나 또는 전부는 실리케이트(Silicate) 계열 형광체와 질화물(Nitride)계 형광체가 X:(1-X)의 비율(0<X≤1)로 혼합된 형광체이며, 그 비율은 도광판, 반사 시트 및 확산판에 의한 색좌표 변화량을 상쇄시키도록 설정되는 에지형 백라이트 모듈을 개시한다.
본 발명은, 또한, 적어도 하나 이상의 백색 발광 다이오드 패키지와; 백색 발광 다이오드 패키지가 실장된 기판과; 기판의 상면에 부착되며 백색 발광 다이오드 패키지에 대응하는 위치에 적어도 하나 이상의 천공부를 구비한 반사 시트와; 기판의 상부에 배치된 확산판과; 확산판 상부에 배치된 LCD 패널을 포함하여 구성되는 백라이트 모듈로서, 백색 발광 다이오드 패키지가 녹색 형광체, 황색 형광체, 오렌지색 형광체, 적색 형광체 중 적어도 하나 이상의 형광체를 포함하고, 백색 발광 다이오드 패키지에 포함된 형광체 중 어느 하나 또는 전부는 실리케이트 계열 형광체와 질화물계 형광체가 X:(1-X)의 비율(0<X≤1)로 혼합된 형광체이며, 그 비율은 반사 시트 및 확산판에 의한 색좌표 변화량을 상쇄시키도록 설정되는 직하형 백라이트 모듈을 더 개시한다.
본 발명은, 또한, 청색 발광 다이오드 칩과; 녹색 형광체, 황색 형광체, 오렌지색 형광체, 적색 형광체 중 적어도 하나 이상의 형광체를 포함하여 구성되는 백라이트용 백색 발광 다이오드 패키지로서, 패키지에 포함된 형광체 중 어느 하나 또는 전부는 실리케이트 계열 형광체와 질화물계 형광체가 X:(1-X)의 비율(0<X≤1)로 혼합된 형광체이고, 그 비율은 백라이트 모듈 제작에 이용되는 도광판, 확산판, 및 LCD 패널 등에 의한 색좌표 변화량을 상쇄시키도록 설정되는 백라이트용 백색 발광 다이오드 패키지를 더 개시한다.
게다가, 본 발명은, 청색 발광 다이오드 칩 및 적색 발광 다이오드 칩과; 발광 피크 파장이 500nm 내지 570nm인 형광체를 포함하여 구성되는 백라이트용 백색 발광 다이오드 패키지로서, 상기 형광체는 실리케이트 계열 형광체와 질화물계 형광체가 X:(1-X)의 비율(0<X≤1)로 혼합된 형광체이고, 그 비율은 백라이트 모듈 제작에 이용되는 도광판, 확산판, 및 LCD 패널 등에 의한 색좌표 변화량을 상쇄시키도록 설정되는 백라이트용 백색 발광 다이오드 패키지를 더 개시한다.
상기 에지형 백라이트 모듈 및 직하형 백라이트 모듈 및 상기 백색 발광 다이오드 패키지에 있어서, 상기 혼합 비율의 X값은 실리케이트 형광체 및 질화물 형광체의 특성에 따라 0.4이상 0.9이하일 수 있다.
이 혼합 비율은 반사 시트, 도광판, 확산판 및 LCD 패널 등의 색좌표 증가량과 실리케이트 형광체의 색좌표 감소량에 의존하여 결정된다. 즉, 현재 생산되는 실리케이트 형광체보다 안정성이 높은, 색좌표 감소량이 적은 실리케이트 형광체가 개발되어 이를 이용할 경우에는, 질화물계 형광체의 비율을 낮출 수 있을 것이다. 또한, 직하형의 경우에는 도광판이 존재하지 아니하여 색좌표 증가량이 에지형보다는 다소 작을 수 있으므로, 백라이트 모듈이 에지형인지 직하형인지 여부에 따라서 혼합 비율을 상세히 조정할 필요가 있을 수도 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에서, 백색 발광 다이오드 패키지는 청색 발광 다이오드 칩을 포함하고, 백색 발광 다이오드 패키지에 포함된 형광체는 녹색 형광체와 적색 형광체이며, 이 중 녹색 형광체가 실리케이트 녹색 형광체와 질화물계 형광체(예컨대, 베타-사이알론 형광체)가 혼합된 것일 수 있고, 또는 적색 형광체가 실리케이트 오렌지 또는 실리케이트 적색 형광체와 질화물계 적색 형광체가 혼합된 것일 수 있다. 녹색 형광체와 적색 형광체 모두 실리케이트 계열 형광체와 질화물계 형광체가 혼합되어 구성된 것일 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에서는, 백색 발광 다이오드 패키지는 청색 발광 다이오드 칩, 적색 발광 다이오드 칩 및 녹색 형광체를 포함하고, 이 녹색 형광체가 실리케이트 계열 형광체와 질화물계 형광체가 혼합되어 이루어진 것일 수 있다.
그 외에 또 다른 실시예에서는, 백색 발광 다이오드 패키지는 청색 발광 다이오드 칩, 녹색 발광 다이오드 칩 및 적색 형광체를 포함하고, 적색 형광체가 실리케이트 오렌지 또는 실리케이트 적색 형광체와 질화물계 적색 형광체가 혼합된 것일 수 있다.
또한, 백색 발광 다이오드 패키지는 실리케이트 황색 형광체와 질화물계 황색 형광체가 혼합된 황색 형광체와 청색 발광 다이오드 칩을 포함하여 구성되어 백색을 구현해 낼 수도 있다.
이외에, 백색 발광 다이오드 패키지는 혼합되거나 혼합되지 아니한 황색 형광체 또는 오렌지색 형광체를 더 포함할 수도 있는 등 다양한 조합이 가능함을 밝혀둔다.
여기서, 상기 질화물계 형광체는, α형 사이알론 형광체, β형 사이알론 형광체, 또는 질화물계 적색 형광체일 수 있다.
상기와 같이, 백색 발광 다이오드 패키지에 실리케이트 계열 형광체 또는 질화물계 형광체 대신에, 실리케이트 형광체와 질화물계 형광체를 혼합한 형광체를 이용하고, 그 혼합 비율은 백라이트 모듈 제작에 사용되는 반사 시트, 도광판, 확산판, LCD 패널 등에 의한 색좌표 증가량을 상쇄시키도록 조절하면, 백라이트 모듈이 최종적으로 발광하는 빛의 색좌표가 오랜 시간이 흘러도 변하지 아니하여, 백라이트 모듈의 신뢰성 및 안정성을 극대화할 수 있다.
예컨대, 현재 실리케이트 녹색 형광체를 이용한 백색 발광 다이오드 패키지의 경우 1000시간 기준으로 약 8/1000 정도로 색좌표가 감소하고, 이러한 패키지를 채택한 에지형 백라이트 모듈의 경우 반사 시트, 도광판, 확산판 및 LCD 패널의 특성으로 인하여 1000시간 기준으로 약 2/1000 정도로 색좌표가 증가하는바, LCD 패널을 거쳐 최종적으로 백라이트 모듈이 발광하는 빛은 1000시간 기준으로 약 5/1000 내지 6/1000 정도로 색좌표가 감소한다.
위와 같은 감소량을 상쇄시키기 위하여, 색좌표의 변동이 없는 질화물계 형광체를 혼합할 필요가 있는 것이며, 상기의 예시적인 경우에는 혼합비율을 실리케이트 녹색 형광체: 질화물계 녹색 형광체=0.7:0.3 정도로 하여 혼합하면 백색 발광다이오드 패키지가 1000시간 기준으로 약 2/1000 정도로 색좌표가 감소하여 백라이트 모듈의 반사 시트, 도광판, 확산판, LCD 패널 등의 특성으로 인한 약 2/1000 정도의 색좌표 증가량을 완전히 상쇄시킬 수 있어서, 백라이트 모듈이 최종적으로 발광하는 빛은 수많은 시간이 흘러도 색좌표가 변하지 아니하여 백라이트 모듈의 확고한 신뢰성 및 안정성을 구현해낼 수 있다.
상기의 예 및 수치는 예시적인 것으로서, 상기 혼합 비율의 X값은 실리케이트 형광체 및 질화물 형광체의 특성에 따라 0.4이상 0.9이하일 수 있고, 백라이트 모듈의 반사 시트, 도광판, 확산판, LCD 패널 등의 특성에도 의존한다. 본 발명의 상세한 실시예에 대해서는 하기에서 다시 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 실리케이트 녹색 형광체를 포함하여 구성된 백색 발광 다이오드 패키지를 채택한 백라이트 모듈의 색좌표 변화 추이를 나타낸 그래프이다.
도 2는 질화물계 형광체만을 포함하여 구성된 백색 발광 다이오드 패키지를 채택한 백라이트 모듈의 색좌표 변화 추이를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 동일한 색을 발광하는 실리케이트 계열 형광체와 질화물계 형광체를 소정 비율로 혼합되어 포함된 백색 발광 다이오드 패키지를 채택한 백라이트 모듈의 색좌표 변화 추이를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광 다이오드 패키지를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 백색 발광 다이오드 패키지를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 백색 발광 다이오드 패키지를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광 다이오드 패키지를 포함하여 구성되는 에지형 백라이트 모듈을 나타낸 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광 다이오드 패키지를 포함하여 구성되는 직하형 백라이트 모듈을 나타낸 분해 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있게끔 상세히 설명하겠다. 그러나, 본 발명은 여기에서 설명되는 세부내용과는 상이한 형태로도 구현될 수 있으며, 하기의 실시예에 한정되는 것은 아님을 밝혀둔다.
도면 전반에 걸쳐 동일한 구조물 또는 구성요소(부품)에는 동일한 참조번호가 쓰이며, 도면들은 개략적으로 나타낸 것으로서 도면에서의 상대적인 치수 및 비율은 도면의 명확성 및 편의를 위하여 다소 과장되거나 축소되어 도시된 것일 수 있다.
이제 도 3을 참조해 보면, 본 발명의 일 실시예에 따라 동일한 색(예컨대 녹색)을 발광하는 실리케이트 계열 형광체와 질화물계 형광체가 소정 비율로 혼합되어 포함된 백색 발광 다이오드 패키지를 채택한 백라이트 모듈의 색좌표 변화 추이를 나타낸 그래프(30)가 도시되어 있다. 도 3에서, 직선(12)는 도 1 및 도 2에서와 마찬가지로 백라이트 모듈의 구성요소인 반사 시트, 도광판(직하형인 경우엔 생략가능), 확산판, LCD 패널 등에 의한 색좌표 증가량을 나타낸 그래프이며, 1000시간 기준 색좌표 증가량이 A이다. 직선(31)은 실리케이트 형광체와 질화물계 형광체를 소정 비율로 혼합한 패키지의 색좌표 감소량을 나타낸 그래프이며, 1000시간 기준 색좌표 감소량이 B이다. 여기서, A=B이므로, 백라이트 모듈이 최종적으로 출사하는 백색광의 색좌표는 직선(33)과 같이 수천 시간이 흘러도 변하지 않게 된다.
도 3에 대한 일 실시예로서 예를 들어 설명하면, 현재 실리케이트 녹색 형광체를 이용한 백색 발광 다이오드 패키지의 경우 1000시간 기준으로 약 8/1000 정도로 색좌표가 감소하고, 이러한 패키지를 채택한 에지형 백라이트 모듈의 경우 반사 시트, 도광판, 확산판 및 LCD 패널의 특성으로 인하여 1000시간 기준으로 약 2/1000 정도로 색좌표가 증가하는바, LCD 패널을 거쳐 최종적으로 백라이트 모듈이 발광하는 빛은 1000시간 기준으로 약 5/1000 내지 6/1000 정도로 색좌표가 감소한다.
위와 같은 감소량을 상쇄시키기 위하여, 색좌표의 변동이 없는 질화물계 형광체를 혼합할 필요가 있는 것이며, 상기의 예시적인 경우에는 혼합비율을 실리케이트 녹색 형광체: 질화물계 녹색 형광체=0.7:0.3 정도로 하여 혼합하면 백색 발광다이오드 패키지가 1000시간 기준으로 약 2/1000 정도로 색좌표가 감소하여 백라이트 모듈의 반사 시트, 도광판, 확산판, LCD 패널 등의 특성으로 인한 약 2/1000 정도의 색좌표 증가량을 완전히 상쇄시킬 수 있어서, 백라이트 모듈이 최종적으로 발광하는 빛은 수많은 시간이 흘러도 색좌표가 변하지 아니하여 백라이트 모듈의 확고한 신뢰성 및 안정성을 구현해낼 수 있게 된다.
이제 도 4를 참조해 보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광 다이오드 패키지(40)가 도시되어 있다. 발광 다이오드 패키지(40)는, 도 4에 나타난 바와 같이, 발광 다이오드 패키지(40)의 본체를 구성하는 리드프레임(41)과, 리드프레임(41)의 중앙부가 절곡되어 형성된 제1안착부를 포함하는 제1반사컵(43)과, 제1안착부에 안착된 청색 발광 다이오드 칩(42)과, 녹색 형광체(46)와 적색 형광체(47)를 포함하며 제1안착부(43) 내에서 청색 발광 다이오드 칩(42) 위에 도포되어 제1반사컵(43)을 채우는 몰드부(45)와, 리드프레임(41)을 둘러싸며 제2반사컵(48)을 형성하는 베이스부(44)를 포함하여 구성된다.
여기서, 리드프레임(41)은 전기전도성 소재인 금속재로 구비되고, 양극 리드와 음극 리드를 포함하며, 베이스부(44)는 리드프레임(41)과 따로 형성될 수도 있지만, 일체형으로 형성될 수도 있으며, 반사도가 높은 재질의 열경화성 및/또는 가소성 수지로 사출 또는 트랜스퍼 몰딩된 것일 수 있고, 금속 재질일 수도 있다. 그리고, 도 4와 같이 몰드부(45)의 상면은 제1반사컵(43)의 상부면보다 높게 몰드가 충진될 수 있고, 이는 발광 다이오드 패키지의 효율을 더욱 높이기 위함이다. 제2반사컵(48)에는 투명한 수지를 충진시킬 수 있다. 또한, 도시되지는 아니하였으나, 백색 발광 다이오드 패키지의 효율을 더욱 높이고 색재현성을 향상시키기 위하여, 제2반사컵(48) 상부로 렌즈가 더 부가될 수 있는바, 이 렌즈는 제2반사컵(48)에 충진되는 투명 수지와 일체형으로 형성될 수도 있고, 제2반사컵(48)에 투명 수지를 채우지 아니한 상태에서 패키지(40)에 부착될 수도 있으며, 광지향각 특성을 더욱 강화하여 효율을 높이기 위해 주변부에 비해 중앙부가 함몰되어 인입되거나 요철부가 형성되는 등 다양한 형상으로 제작될 수 있다. 도 4와 관련하여 중앙부가 절곡된 리드프레임(41)을 설명하였으나, 본 발명의 취지상 중앙부가 절곡되지 아니한 리드프레임, 즉 제1반사컵(43)이 따로 존재하지 않는 리드프레임을 사용하여도 무방하다.
도 4의 일 실시예에 있어서, 녹색 형광체(46)는 실리케이트 녹색 형광체와 질화물계 형광체가 혼합된 것으로서, 그 혼합 비율은 약 실리케이트 형광체:질화물 형광체=0.7:0.3일 수 있고, 이는 백라이트 모듈 제작에 이용될 반사시트, 도광판, 확산판, LCD 패널 등에 의한 색좌표 증가량을 상쇄시키도록 조정된 값으로서, 직하형의 경우에는 도광판이 존재하지 아니하여 색좌표 증가량이 에지형보다는 다소 작을 수 있으므로, 백라이트 모듈이 에지형인지 직하형인지 여부에 따라서 혼합 비율을 상세히 조정할 필요가 있을 것이다. 구체적으로, 실리케이트 녹색 형광체만을 이용한 백색 발광 다이오드 패키지는 1000시간 기준으로 약 8/1000정도로 색좌표가 감소하나 질화물계 형광체는 1000시간 기준으로도 0 내지 1/1000 정도만 감소하고, 에지형 백라이트 모듈의 반사시트, 도광판, 확산판, LCD 패널 등은 패키지가 발광하는 빛을 약 2/1000 정도로 색좌표를 증가시키는바, 혼합 비율을 0.7:0.3 정도로 하면 백색 패키지의 색좌표 감소량이 약 2/1000 정도가 되어 백라이트 모듈이 최종적으로 발광하는 빛은 수천 내지 수만 시간이 흘러도 색좌표의 변동이 거의 일어나지 않게 된다. 직하형의 경우에는 반사시크, 확산판, LCD 패널 등의 색좌표 증가량이 에지형보다 아주 미세하게나마 작을 수 있으므로, 혼합 비율에 있어서 실리케이트의 비중을 조금 늘릴 수도 있을 것이다.
위의 일 실시예에서, 실리케이트 녹색 형광체는 i) (Sr, A1)x(Si, A2)(O, A3)2+x:Eu2+(A1은 적어도 하나의 2+ 이온, 1+ 및 3+ 이온의 조합, 또는 이들의 조합이고; A2는 3+, 4+, 또는 5+ 이온이며; A3는 1-, 2-, 또는 3- 이온이고; 그리고 x는 1.5와 2.5 사이의 임의의 값(1.5 및 2.5 포함))으로 표현되는 실리케이트계 그린 형광체, ii) 일반식이 (Sr1 -x- yBaxMy)2SiO4:Eu2 +F(여기서 M은 Ca, Mg, Zn, 또는 Cd 중 하나이고 y는 0≤y≤0.5의 범위의 양이다)으로 표현되는 실리케이트계 그린 형광체, iii) 일반식이 M1aM2bM3cOd(M1 은 적어도 Ce 을 함유하는 부활제 원소, M2 는 2 가의 금속 원소, M3 은 3 가의 금속 원소를 각각 나타내고, a 는 0.0001≤a≤0.2, b 는 0.8≤b≤1.2, c 는 1.6≤c≤2.4, d 는 3.2≤d≤4.8 의 범위의 수)인 실리케이트 녹색 형광체, 및 iv) 2가의 유러퓸으로 활성화된 알칼리 토류 금속 실리케이트로 이루어진 것으로서, 일반식이 (2-x-y)SrOㆍx(Ba, Ca)Oㆍ(1-a-b-c-d)SiO2ㆍaP205 bAl2O3 cB2O3 dGeO2 : yEu2 (식 중, 0<x< 1.6, 0.005<y<0.5, 0 < a, b, c, d < 0.5임)인 2가의 유러퓸으로 활성화된 알칼리 토류 금속 실리케이트 또는 (2-x-y)BaOㆍx(Sr, Ca)Oㆍ(1-a-b-c-d)SiO2ㆍaP205 bAl2O3 cB2O3 dGeO2 : yEu2 (식 중, 0.01<x<1.6, 0.005<y<0.5, 0<a, b, c, d<0.5임) 로 나타내는 2가의 유러퓸으로 활성화된 알칼리 토류 금속 실리케이트 형광체 중 하나일 수 있다.
또한, 질화물계 녹색 형광체로서는 i) β형 Si3N4 결정구조를 가지는 결정인 β형 사이알론(Si6-zAlzOzN8-z, 0 ≤ z ≤ 4.2)에 Eu가 고용된, 질화물 또는 산질화물의 결정을 포함하고, 여기원을 조사함으로써 파장 500nm에서 600nm 범위의 파장에 피크를 가지는 형광을 발광하는 것을 특징으로 하며, 더 상세하게는, 540nm 근처에서 피크 파장을 가지고, 0 ≤ z ≤ 0.5인 β-사이알론 형광체, 또는 ii) 일반식 (Cax,My)(Si,Al)12(O,N)16(여기서 M은 Eu, Tb, Yb, Er로부터 선택되는 적어도 하나의 금속이고, 0.05<(x+y)<0.3)으로 표현되는 α-사이알론 형광체가 사용될 수 있다.
위의 실시예에서, 적색 형광체(47)로는 i) 일반식이 CaSiAlN3 :M(여기서, M은 Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, 및 Yb 로부터 선택된 하나 이상의 원소로서, 주로 Eu가 쓰인다)인 무기화합물을 포함하는 질화물계 적색 형광체, ii) 실리케이트 계열 오렌지색 또는 적색 형광체, 그리고 iii) 알칼리 토금속 황화물계 형광체 중 하나가 이용될 수 있다.
도 4의 다른 실시예에서는, 녹색 형광체(46) 대신 적색 형광체(47)가 질화물계 적색 형광체와 실리케이트 계열 오렌지 또는 적색 형광체가 혼합되어 있을 수 있으며, 녹색 형광체(46)와 적색 형광체(47) 모두 혼합된 것일 수도 있다. 이 실시예에서, 적색 형광체(47)는 일반식 (M1 - xEux)ySiO5H6(M은 Sr, Ca, Ba, Zn 및 Mg으로 이루어진 군에서 선택되는 최소한 하나의 2가 금속이고, 0.01≤x≤1, 2.6≤y≤3.3, 0<z≤0.1이고, 상기 H는 F, Cl 및 Br로 이루어진 군에서 선택되는 할로겐 음이온)으로 표현되는 실리케이트계 오렌지-적색 형광체와 일반식이 CaSiAlN3 :M(여기서, M은 Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, 및 Yb 로부터 선택된 하나 이상의 원소로서, 주로 Eu가 쓰인다)인 무기화합물을 포함하는 질화물계 적색 형광체가 약 0.6:0.4의 비율로 혼합되어 수많은 시간이 흘러도 백라이트 모듈이 최종적으로 발광하는 빛의 색좌표가 변하지 않도록 된 것일 수 있다.
도 4의 또 다른 실시예에서는, 몰드부(45)에 포함된 형광체(46, 47)가 모두 황색 형광체일 수 있다. 청색 발광 다이오드 칩(42)과 황색 형광체(46)만으로 백색을 구현하는 방식으로서, 황색 형광체(46)는 Ce3+ 부활된 칼슘 실리케이트계 형광체와 β-사이알론 형광체를 0.73:0.27의 비율로 혼합하여 수많은 시간이 흘러도 백라이트 모듈이 최종적으로 발광하는 빛의 색좌표가 변하지 않도록 된 것일 수 있다. 이외 다른 형광체들도 이용이 가능하다.
이제 도 5를 살펴보면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 백색 발광 다이오드 패키지(50)가 도시되어 있다. 도 5의 백색 발광 다이오드 패키지(50)가 도 4의 패키지(40)와 구별되는 점은, 서로 다른 색을 발광하는 2 개의 발광 다이오드 칩(42, 52)을 적용하고, 대신 형광체(56)를 도 4처럼 상이한 색을 발광하는 2 종류의 형광체(46, 47)가 아닌 단일한 형광체(56)로 한 것이다. 도 5의 와이어(59)는 칩들(42, 52)이 리드프레임(41)에 와이어 본딩된 것을 도시한 것이며, 다른 구성요소들은 도 4와 동일하다.
도 5에 대한 일 실시예에 있어서, 발광 다이오드 칩(42)은 청색 발광 다이오드 칩이고, 발광 다이오드 칩(52)은 적색 발광 다이오드 칩이며, 형광체(56)는 녹색 형광체로서, 실리케이트 녹색 형광체와 질화물계 녹색 형광체가 혼합되어 있을 수 있고, 그 비율은 앞서 설명한 바와 같이 반사 시트, 도광판, 확산판 및 LCD 패널 등의 색좌표 증가량과 실리케이트 형광체의 색좌표 감소량에 의존하여 결정되며, 상세하게는 실리케이트:질화물계=0.6:0.4 내지 0.9:0.1일 수 있다. 본 실시예에 이용가능한 실리케이트 녹색 형광체와 질화물계 녹색 형광체는 도 4와 관련하여 설명한 형광체들과 같으므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 5에 대한 다른 실시예에서는, 발광 다이오드 칩(42)은 청색 발광 다이오드 칩이고, 발광 다이오드 칩(52)은 녹색 발광 다이오드 칩이며, 형광체(56)는 적색 형광체로서, 실리케이트 오렌지 또는 실리케이트 적색 형광체와 질화물계 적색 형광체가 혼합되어 있을 수 있고, 그 비율은 앞서 설명한 바와 같이 반사 시트, 도광판, 확산판 및 LCD 패널 등의 색좌표 증가량과 실리케이트 형광체의 색좌표 감소량에 의존하여 결정되며, 상세하게는 실리케이트:질화물계=0.5:0.5 내지 0.9:0.1일 수 있다. 본 실시예에 이용가능한 실리케이트 오렌지 또는 실리케이트 적색 형광체는 일반식 (M1 - xEux)ySiO5H6(M은 Sr, Ca, Ba, Zn 및 Mg으로 이루어진 군에서 선택되는 최소한 하나의 2가 금속이고, 0.01≤x≤1, 2.6≤y≤3.3, 0<z≤0.1이고, 상기 H는 F, Cl 및 Br로 이루어진 군에서 선택되는 할로겐 음이온)으로 표현되는 실리케이트계 오렌지-적색 형광체일 수 있고, 본 실시예에 이용가능한 질화물계 적색 형광체는 일반식이 CaSiAlN3 :M(여기서, M은 Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, 및 Yb 로부터 선택된 하나 이상의 원소로서, 주로 Eu가 쓰인다)인 무기화합물을 포함하는 질화물계 적색 형광체일 수 있다.
이제 도 6을 살펴보면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 백색 발광 다이오드 패키지(60)가 도시되어 있다. 도 6의 백색 발광 다이오드 패키지(60)는 상이한 2 개의 칩(42, 52)을 각기 다른 제1반사컵(43-1, 43-2)에 안착시키고, 이 중 하나의 칩(42)에만 형광체(56)를 도포한 것을 특징으로 한다. 형광체(56)가 도포되지 아니한 칩(52)의 제1반사컵(43-2)에는 투명 수지가 충진될 수 있다. 나머지 구성요소는 도 5와 동일함을 밝혀둔다.
도 6에 대한 일 실시예에 있어서, 발광 다이오드 칩(42)은 청색 발광 다이오드 칩이고, 발광 다이오드 칩(52)은 적색 발광 다이오드 칩이며, 형광체(56)는 녹색 형광체로서, 실리케이트 녹색 형광체와 질화물계 녹색 형광체가 혼합되어 있을 수 있고, 그 비율은 앞서 설명한 바와 같이 반사 시트, 도광판, 확산판 및 LCD 패널 등의 색좌표 증가량과 실리케이트 형광체의 색좌표 감소량에 의존하여 결정되며, 상세하게는 실리케이트:질화물계=0.6:0.4 내지 0.9:0.1일 수 있다. 본 실시예에 이용가능한 실리케이트 녹색 형광체와 질화물계 녹색 형광체는 도 4 및 도 5와 관련하여 설명한 형광체들과 같으므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 6에 대한 다른 실시예에 있어서, 발광 다이오드 칩(42)은 청색 발광 다이오드 칩이고, 발광 다이오드 칩(52)은 녹색 발광 다이오드 칩이며, 형광체(56)는 적색 형광체로서, 실리케이트 오렌지 또는 실리케이트 적색 형광체와 질화물계 적색 형광체가 혼합되어 있을 수 있고, 그 비율은 앞서 설명한 바와 같이 반사 시트, 도광판, 확산판 및 LCD 패널 등의 색좌표 증가량과 실리케이트 형광체의 색좌표 감소량에 의존하여 결정되며, 상세하게는 실리케이트:질화물계=0.5:0.5 내지 0.9:0.1일 수 있다. 본 실시예에 이용가능한 실리케이트 오렌지 또는 실리케이트 적색 형광체는 일반식 (M1 - xEux)ySiO5H6(M은 Sr, Ca, Ba, Zn 및 Mg으로 이루어진 군에서 선택되는 최소한 하나의 2가 금속이고, 0.01≤x≤1, 2.6≤y≤3.3, 0<z≤0.1이고, 상기 H는 F, Cl 및 Br로 이루어진 군에서 선택되는 할로겐 음이온)으로 표현되는 실리케이트계 오렌지-적색 형광체일 수 있고, 본 실시예에 이용가능한 질화물계 적색 형광체는 일반식이 CaSiAlN3 :M(여기서, M은 Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, 및 Yb 로부터 선택된 하나 이상의 원소로서, 주로 Eu가 쓰인다)인 무기화합물을 포함하는 질화물계 적색 형광체일 수 있다.
이제 도 7을 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광 다이오드 패키지를 포함하여 구성되는 에지형 백라이트 모듈(70)을 나타낸 분해 사시도가 도시되어 있다. 에지형 백라이트 모듈(70)은, 복수의 백색 발광 다이오드 패키지들(71)과, 이 패키지들(71)은 도 4, 도 5, 또는 도 6에 도시된 패키지들(40, 50, 60)일 수 있으며, 복수 개의 패키지들(71)이 부착된 LED 바(bar)(72)와, 패키지들(71)이 출사한 광을 위쪽으로 가이드하는 도광판(76)과, 도광판 하면에 배치된 반사 시트(73)와, 도광판 위쪽에 배치된 확산판(74)과, 확산판(74) 위쪽에 배치된 LCD 패널(75)을 포함하여 구성된다.
본 실시예에서, 백색 발광 다이오드 패키지들(71)의 형광체 중 일부 또는 전부는 에지형 백라이트 모듈(70)의 반사 시트(73), 도광판(76), 확산판(74) 및 LCD 패널(75)에 의한 색좌표 증가량을 상쇄시키도록 실리케이트계 형광체와 질화물계 형광체가 일정 비율로 설정되어 있어서, 패키지들(71)이 출사한 광은 시간이 흐름에 따라 색좌표가 약간 감소하지만 이는 반사 시트(73), 도광판(76), 확산판(74) 및 LCD 패널(75)에 의한 색좌표 증가량에 대응되도록 맞춘 값이어서, 에지형 백라이트 모듈(70)이 최종적으로 출사하는 광은 수천 수만 시간이 흘러도 색좌표의 변동이 거의 일어나지 않는다.
도 8을 참조해 보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광 다이오드 패키지를 포함하여 구성되는 직하형 백라이트 모듈(80)이 도시되어 있다. 직하형 백라이트 모듈(80)은, 복수의 백색 발광 다이오드 패키지들(81)과, 이 패키지들(81)은 도 4, 도 5, 또는 도 6에 도시된 패키지들(40, 50, 60)일 수 있으며, 복수 개의 패키지들(81)이 실장된 기판(82)과, 이 기판(82) 위에 부착되며 패키지들(81)에 대응되는 위치에 복수의 천공부를 구비한 반사 시트(83)와, 패키지들(81) 위쪽에 배치되는 확산판(84)과, 확산판 위쪽에 배치된 LCD 패널(85)을 포함하여 구성된다.
본 실시예에서, 백색 발광 다이오드 패키지들(81)의 형광체 중 일부 또는 전부는 직하형 백라이트 모듈(80)의 반사 시트(83), 확산판(84) 및 LCD 패널(85)에 의한 색좌표 증가량을 상쇄시키도록 실리케이트계 형광체와 질화물계 형광체가 일정 비율로 설정되어 있어서, 패키지들(81)이 출사한 광은 시간이 흐름에 따라 색좌표가 약간 감소하지만 이는 반사 시트(83), 확산판(84) 및 LCD 패널(85)에 의한 색좌표 증가량에 대응되도록 맞춘 값이어서, 직하형 백라이트 모듈(80)이 최종적으로 출사하는 광은 수천 수만 시간이 흘러도 색좌표의 변동이 거의 일어나지 않는다. 에지형 백라이트 모듈(70)과는 달리 도광판이 존재하지 아니하므로, 직하형 백라이트 모듈(80)의 반사 시트(83), 확산판(84) 및 LCD 패널(85)에 의한 색좌표 증가량은 에지형 백라이트 모듈(70)에 비해 근소하게나마 작을 수 있어서, 백색 발광 다이오드 패키지(81)의 혼합 형광체에서 실리케이트 형광체의 비율을 에지형 모듈(70)의 패키지(71)에 비해 약간 높일 수 있고, 상세하게는 약 0.05 내지 0.15 정도 높이는 것이 가능하다.
상기에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것으로서 특허청구범위에 의해서만 한정되며, 본 발명은 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도에서 다양한 형태로 치환, 변경, 수정되어 실시될 수 있음이 당업자에게는 자명할 것이다.

Claims (11)

  1. 적어도 하나 이상의 백색 발광 다이오드 패키지와;
    상기 백색 발광 다이오드 패키지의 일측에 배치되어 상기 백색 발광 다이오드 패키지가 출사한 광을 안내하는 도광판과;
    상기 도광판의 하부에 배치된 반사 시트과;
    상기 도광판의 상부에 배치된 확산판과; 그리고
    상기 확산판 상부에 배치된 LCD 패널을 포함하여 구성되는 백라이트 모듈에 있어서,
    상기 백색 발광 다이오드 패키지는 녹색 형광체, 황색 형광체, 오렌지색 형광체, 적색 형광체 중 적어도 하나 이상의 형광체를 포함하며,
    상기 백색 발광 다이오드 패키지에 포함된 형광체 중 어느 하나 또는 전부는 실리케이트(Silicate) 계열 형광체와 질화물(Nitride)계 형광체가 X:(1-X)의 비율(0<X≤1)로 혼합된 형광체이고, 상기 비율은 상기 도광판, 반사 시트, 확산판 및 LCD 패널에 의한 색좌표 변화량을 상쇄시키도록 설정되는 백라이트 모듈.
  2. 적어도 하나 이상의 백색 발광 다이오드 패키지와;
    상기 백색 발광 다이오드 패키지가 실장된 기판과;
    상기 기판의 상면에 부착되며 상기 백색 발광 다이오드 패키지에 대응하는 위치에 적어도 하나 이상의 천공부를 구비한 반사 시트와;
    상기 기판의 상부에 배치된 확산판과; 그리고
    상기 확산판 상부에 배치된 LCD 패널을 포함하여 구성되는 백라이트 모듈에 있어서,
    상기 백색 발광 다이오드 패키지는 녹색 형광체, 황색 형광체, 오렌지색 형광체, 적색 형광체 중 적어도 하나 이상의 형광체를 포함하며,
    상기 백색 발광 다이오드 패키지에 포함된 형광체 중 어느 하나 또는 전부는 실리케이트 계열 형광체와 질화물계 형광체가 X:(1-X)의 비율(0<X≤1)로 혼합된 형광체이고, 상기 비율은 상기 반사 시트, 확산판 및 LCD 패널에 의한 색좌표 변화량을 상쇄시키도록 설정되는 백라이트 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 비율의 X값은 0.4이상 0.9이하인 것을 특징으로 하는 백라이트 모듈.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 백색 발광 다이오드 패키지는 청색 발광 다이오드 칩을 포함하고,
    상기 백색 발광 다이오드 패키지에 포함된 형광체는 녹색 형광체와 적색 형광체이며, 상기 실리케이트 계열 형광체와 상기 질화물계 형광체가 혼합된 형광체는 상기 녹색 형광체인 것을 특징으로 하는 백라이트 모듈.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 백색 발광 다이오드 패키지는 청색 발광 다이오드 칩 및 적색 발광 다이오드 칩을 포함하고,
    상기 백색 발광 다이오드 패키지에 포함된 형광체는 녹색 형광체인 것을 특징으로 하는 백라이트 모듈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 질화물계 형광체는 α형 사이알론 형광체 또는 β형 사이알론 형광체인 것을 특징으로 하는 백라이트 모듈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 질화물계 형광체는 α형 사이알론 형광체 또는 β형 사이알론 형광체인 것을 특징으로 하는 백라이트 모듈.
  8. 청색 발광 다이오드 칩과;
    녹색 형광체, 황색 형광체, 오렌지색 형광체, 적색 형광체 중 적어도 하나 이상의 형광체를 포함하여 구성되는 백라이트용 백색 발광 다이오드 패키지로서,
    상기 백색 발광 다이오드 패키지에 포함된 형광체 중 어느 하나 또는 전부는 실리케이트 계열 형광체와 질화물계 형광체가 X:(1-X)의 비율(0<X≤1)로 혼합된 형광체이고, 상기 비율은 백라이트 모듈 제작에 이용되는 반사 시트, 도광판, 확산판 및 LCD 패널에 의한 색좌표 변화량을 상쇄시키도록 설정되는 백라이트용 백색 발광 다이오드 패키지.
  9. 청색 발광 다이오드 칩 및 적색 발광 다이오드 칩과;
    발광 피크 파장이 500nm 내지 570nm인 형광체를 포함하여 구성되는 백라이트용 백색 발광 다이오드 패키지로서,
    상기 형광체는 실리케이트 계열 형광체와 질화물계 형광체가 X:(1-X)의 비율(0<X≤1)로 혼합된 형광체이고, 상기 비율은 백라이트 모듈 제작에 이용되는 반사 시트, 도광판, 확산판, 및 LCD 패널에 의한 색좌표 변화량을 상쇄시키도록 설정되는 백라이트용 백색 발광 다이오드 패키지.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 비율의 X값은 0.4이상 0.9이하인 것을 특징으로 하는 백라이트 모듈.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 질화물계 형광체는 α형 사이알론 형광체 또는 β형 사이알론 형광체인 것을 특징으로 하는 백라이트 모듈.
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