KR20110127888A - 발광다이오드 및 이를 이용한 액정표시장치 - Google Patents

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KR20110127888A
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Abstract

본 발명은 발광다이오드에 관한 것으로, 특히 발광다이오드를 광원으로 이용하는 액정표시장치에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 LED의 렌즈를 판 형태로 형성하고, 렌즈의 내벽에 형광체를 코팅하거나 전체에 분산함으로써, LED칩과 형광체가 서로 일정간격 이격하여 위치하도록 하는 것이다.
이를 통해, 인쇄회로기판 상에 다수개 실장되는 LED의 색편차가 발생하는 문제점을 방지할 수 있으며, LED의 발광효율을 향상시킬 수 있다.
또한, LED칩과 형광체가 서로 일정간격 이격하여 위치하도록 함으로써, 그 사이 영역에 공기층이 형성되어, LED칩 구동시 발생하는 열을 방열(放熱)할 수 있으므로, 형광체가 열화됨에 따라 LED의 열화가 심화되는 문제점 또한 방지할 수 있다.

Description

발광다이오드 및 이를 이용한 액정표시장치{Light emitting diode and liquid crystal display device using the same}
본 발명은 발광다이오드에 관한 것으로, 특히 발광다이오드를 광원으로 이용하는 액정표시장치에 관한 것이다.
최근, 광원으로 소형, 저소비 전력, 고신뢰성 등의 특징을 겸비한 발광다이오드(light emitting diode : LED)의 사용이 증가하고 있다. 이러한 LED는 다양한 조명용도로 활용되고 있는데, 전자제품의 디스플레이부에서부터 각종 표시기구, 차량의 조명 장치 등으로 사용범위가 점차 증가되고 있는 실정이다.
특히, LED는 일반 조명용 형광램프를 대체하기 위하여 백색광을 인위적으로 만들어 내기도 하며, 이렇게 백색광을 구현하는 LED는 LCD(liquid crystal display)의 백라이트 유닛으로서 각광을 받고 있다.
도 1은 백색광을 구현하는 일반적인 LED의 단면도이다.
도시한 바와 같이, LED(10)는 크게 빛을 발하는 LED칩(20)과 이를 덮는 렌즈(50)를 포함한다.
이들 각각에 대해 자세히 살펴보면 먼저, LED칩(20)은 방열슬러그(30) 상에 안착되며, 방열슬러그(30)에는 LED칩(20)과 와이어(60) 등을 통해서 전기적으로 연결된 한쌍의 양/음극 전극리드(40a, 40b)가 마련되어 방열슬러그(30) 외부로 노출되어 있다.
한쌍의 양/음극 전극리드(40a, 40b)는 외부에 마련된 작동전류를 공급하는 전류공급수단(미도시)과 전기적으로 연결된다.
그리고 이러한 방열슬러그(30) 상부로는 LED칩(20)과 와이어(60) 등을 덮어 보호함과 동시에 LED칩(20)으로부터 발생된 주출사광의 각도를 제어하는 렌즈(50)가 위치한다.
이때, 렌즈(50)는 실리콘과 형광체가 혼합되어 이루어지며, 이를 통해 특정 색상의 광을 발생시키게 된다. 일예로 LED칩(20)이 청색광을 발생하고, 렌즈에 혼합된 형광체가 황색형광체 일 경우, LED(10)로부터 궁극적으로 발생되는 광은 백색광이 된다.
이에, LED칩(20)에 전류가 인가되면 빛이 방출되는데, 방출된 빛과 렌즈에 혼합된 형광체에 의해 발광된 빛이 혼합되어 백색광이 외부로 출사되게 된다.
이러한 LED(10)는 발광효율을 향상시키기 위하여 다수개가 구비된다.
한편, LED(10)의 렌즈(50)는 실리콘과 형광체의 혼합 후, 디스펜싱(dispensing)방식 또는 트랜스퍼몰딩(transfer molding)으로 제작하게 되는데, 이때, 실리콘과 형광체를 혼합하는 과정에서 형광체의 침전현상에 의해 각 LED(10)에 디스펜싱방식으로 형성되는 렌즈(50)에 혼합된 형광체의 양을 제어하기가 매우 어려운 실정이다.
따라서, 다수의 LED(10)는 형광체 양이 달라짐에 따라 색편차가 발생하게 된다.
또한, 렌즈(50)가 LED칩(20)을 덮어 형성됨에 따라 렌즈(50)에 혼합된 형광체와 LED칩(20)이 서로 가깝게 위치하게 된다.
이렇게 LED칩(20)과 형광체가 서로 가깝게 위치할 경우, LED칩(20) 구동시 발생하는 열에 의해 형광체를 열화시켜, 형광체의 효율을 감소시키거나, LED(10)의 열화가 심화되는 문제점을 야기하게 된다. 따라서, LED(10)의 발광효율을 저하시키게 된다.
또한, 디스펜싱 방식으로 렌즈(50)를 제작하는 공정은, 액상의 렌즈를 디스펜싱 한 후 경화공정을 거쳐야 하므로, 공정시간이 길어지게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 효율이 향상된 LED를 제공하고자 하는 것을 제 1 목적으로 한다.
또한, 색편차가 발생하지 않는 다수의 LED를 제공하고자 하는 것을 제 2 목적으로 하며, LED 제작공정의 효율성을 향상시키고자 하는 것을 제 3 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 기판 상에 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층 그리고 n형 전극 및 p형 전극을 포함하는 LED칩과; 상기 기판과 상기 LED칩을 전기적으로 연결하는 와이어; 상기 LED칩 가장자리를 두르며, 내측면이 반사면을 이루는 측벽과; 상기 LED칩과 일정간격 이격하여 상기 측벽 상단에 위치하며, 판 형태를 갖고, 내벽에 형광체가 코팅되거나 전체에 분산된 렌즈를 포함하는 발광다이오드를 제공한다.
이때, 상기 렌즈는 합성수지 또는 유리재질로 이루어지며, 상기 측벽은 상단부로 갈수록 폭이 좁아진다.
그리고, 상기 LED칩과 상기 렌즈 사이에는 공기층이 형성되며, 상기 기판은 메탈인쇄회로기판 (Metal Printed Circuit Board) 또는 FR-4(Flame Resistant 4)계 기판 중 선택된 하나이다.
또한, 본 발명은 바(bar) 형상의 인쇄회로기판과; 상기 인쇄회로기판의 상에 일정간격 이격하여 실장되는 다수의 LED칩과; 상기 다수의 LED칩 각각의 가장자리를 두르며, 내측면이 반사면을 이루는 측벽과; 상기 다수의 LED칩과 일정간격 이격하여 상기 측벽 상단에 위치하며, 판 형태를 갖고, 내벽에 형광체가 코팅되거나 전체에 분산된 렌즈를 포함하는 LED 어셈블리와; 상기 LED어셈블리의 일측에 위치하는 도광판과, 상기 도광판 하부에 위치하는 반사판과, 상기 도광판 상에 안착되는 광학시트를 포함하는 백라이트 유닛과; 상기 백라이트 유닛 상에 안착되는 액정패널과; 상기 백라이트 유닛 및 상기 액정패널의 가장자리를 두르는 서포트메인과; 상기 서포트메인 배면과 밀착되어 구성되는 커버버툼과; 상기 액정패널 가장자리를 테두리하며 상기 서포트메인 및 커버버툼에 조립 결합되는 탑커버를 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
이때, 상기 렌즈는 합성수지 또는 유리재질로 이루어지며, 상기 측벽은 상단부로 갈수록 폭이 좁아진다.
그리고, 상기 LED칩과 상기 렌즈 사이에는 공기층(air gap)이 형성되며, 상기 인쇄회로기판은 메탈인쇄회로기판 (Metal Printed Circuit Board) 또는 FR-4(Flame Resistant 4)계 기판 중 선택된 하나이다.
또한, 상기 LED칩은 청색LED칩이며, 상기 형광체는 황색형광체이며, 상기 LED칩은 UVLED칩이며, 상기 형광체는 적(R), 녹(G), 청색(B)의 형광체이다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 LED의 렌즈를 판 형태로 형성하고, 렌즈의 내벽에 형광체를 코팅하거나, 렌즈 자체가 형광체를 포함하여 분산되도록 형성함으로써, LED칩과 형광체가 서로 일정간격 이격하여 위치하도록 함으로써, 이를 통해, 인쇄회로기판 상에 다수개 실장되는 LED의 색편차가 발생하는 문제점을 방지할 수 있는 효과가 있으며, LED의 발광효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, LED칩과 형광체가 서로 일정간격 이격하여 위치하도록 함으로써, 그 사이 영역에 공기층이 형성되어, LED칩 구동시 발생하는 열을 방열(放熱)할 수 있으므로, 형광체가 열화됨에 따라 LED의 열화가 심화되는 문제점 또한 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 백색광을 구현하는 일반적인 LED의 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LED칩의 단면구조를 개략적으로 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LED칩을 포함하는 LED의 단면도.
도 4a ~ 4b는 인쇄회로기판 상에 LED가 다수개 실장된 LED 어셈블리의 구조를 개략적으로 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LED칩의 단면구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 LED칩(100)은 실질적으로 빛을 발하는 부분으로서 전자(electron)를 제공하는 n형 반도체층(120)과 정공(hole)을 제공하는 p형 반도체층(140)의 순방향 접합으로 이루어진다.
LED칩(100)에 대해 좀더 자세히 살펴보면, LED칩(100)은 기판(101) 상에 적층된 n형 반도체층(120), 활성층(130), p형 반도체층(140), n형 전극(150) 및 p형 전극(160)으로 구성된다.
여기서, 기판(101)은 바람직하게는 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 수도 있다.
여기서, 기판(101)과 n형 반도체층(120) 사이에는 이들 간의 격자정합을 향상시키기 위한 버퍼층(미도시)이 형성될 수 있으며, 버퍼층(미도시)은 GaN 또는 AlN/GaN 등으로 형성될 수 있다.
이때, n형 반도체층(120)은 n형 도전형 불순물이 도핑된 GaN 또는 GaN/AlGaN으로 이루어질 수 있으며, n형 도전형 불순물로는 일예로 Si, Ge 및 Sn 등을 사용하고, 바람직하게는 Si를 주로 사용한다.
또한, p형 반도체층(140)은 p형 도전형 불순물이 도핑된 GaN 또는 GaN/AlGaN으로 이루어질 수 있으며, p형 도전형 불순물로는 일예로 Mg, Zn 및 Be 등을 사용하고, 바람직하게는 Mg를 주로 사용한다.
이러한 LED칩(100)은 n형 반도체층(120)의 일부가 노출되도록 p형 반도체층(140)과 활성층(130) 일부가 메사식각(mesa etching)으로 제거되는데, 이에 따라 p형 반도체층(140)과 활성층(130)은 n형 반도체층(120) 상의 일부분에 형성된다.
이에, n형 전극(150)은 노출된 n형 반도체층(120)의 일 모서리에 구성되며, p형 전극(160)은 p형 반도체층(140) 상에 구성되는 “Top-Top”방법으로 전극이 배치되는, 수평형 LED칩(100)을 이루게 된다.
그리고, 활성층(130)은 GaN 계열 단일 양자 우물구조(single quantum well : SQW)나 다중 양자 우물구조(multi quantum well : MQW)일 수 있으며 또한 이들의 초격자(supper lattice : SL) 등의 양자구조로, 이와 같은 활성층(130)의 양자구조는 GaN 계열의 다양한 물질을 조합하여 이루어질 수 있고 일예로 AlGaN, AlNGaN, InGaN 등이 사용될 수 있다.
이러한 활성층(130)에 전계가 인가되었을 때, 전자-정공 쌍의 결합에 의하여 빛이 발생하게 된다.
따라서, 이러한 LED칩(100)은 P형 전극(160)과 n형 전극(150) 사이에 전압이 인가되면, P형 반도체층(140)과 n형 반도체층(120)으로 각각 정공과 전자가 주입되고, 활성층(130)에서 정공과 전자가 재결합하면서 여분의 에너지가 광으로 변환되어 기판(101)을 통하여 외부로 방출하게 된다.
이러한 LED칩(100)은 인쇄회로기판 상에 실장되어, LED를 이루게 된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LED칩을 포함하는 LED의 단면도이다.
도시한 바와 같이, LED(200)는 크게 빛을 발하는 LED칩(100)과 이를 덮는 렌즈(300)를 포함한다.
보다 구체적으로 먼저 LED(200)는 인쇄회로기판(210)과, 인쇄회로기판(210) 상에 표면실장기술(surface mount technology : SMT)에 의해 장착된 LED칩(100)을 포함한다.
여기서, 인쇄회로기판(210)은 인쇄회로기판베이스(211), 절연층(213) 및 전원배선층(215)으로 이루어지는데, 인쇄회로기판베이스(211)는 전원배선층(215) 및 절연층(213)과 다른 구성부들을 그 상층으로 실장시켜 지지하고, LED칩(100)으로부터 발생되는 열을 저면측으로 방출시키는 역할을 한다.
이러한 인쇄회로기판베이스(211)는 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등의 열전도율이 높은 금속으로 형성되는 메탈인쇄회로기판 (Metal Printed Circuit Board) 또는 FR-4(Flame Resistant 4)계 기판으로 이루어져, 열전달물질이 도포되어 열방출 기능을 향상시킬 수 있다.
또는, 인쇄회로기판베이스(211) 배면에는 히트싱크와 같은 방열판(미도시)을 마련하여 각각의 LED칩(100)으로부터 열을 전달받아 보다 효율적으로 외부로 방출할 수 있도록 할 수 있다.
인쇄회로기판베이스(211)의 상부에 도전성 물질이 패터닝되어 형성되는 다수의 금속배선(미도시)들로 이루어진 전원배선층(215)이 형성되어 있으며, 인쇄회로기판베이스(211)와 전원배선층(215) 사이에는 절연층(213)이 위치하여 인쇄회로기판베이스(211)와 전원배선층(215) 사이를 전기적으로 절연시킨다.
이때, 전원배선층(215)은 LED칩(100)이 안착되는 상면으로, LED칩(100)으로부터 출사되는 광의 효율을 높이기 위해 반사율이 높은 물질로 표면을 형성하여 반사면을 이루는 것이 바람직하다.
이러한 전원배선층과(215) LED칩(100)은 와이어(230) 등을 통해서 전기적으로 연결된다.
그리고, LED칩(100)이 장착된 인쇄회로기판(210) 상에는 인쇄회로기판(210)으로부터 돌출되어, LED칩(100)에서 측방으로 발생되는 광을 차단하거나, 차단된 광을 전방으로 반사시키기 위해 LED칩(100)의 가장자리를 두르는 측벽(220)이 구성된다.
이때, 측벽(220)은 인쇄회로기판(210) 상에 실장된 LED칩(100)의 높이보다 높게 형성되며, 내측면이 반사면을 이룬다.
또한, 측벽(220)은 상단부로 갈수록 폭이 좁아지도록 형성하는 것이 바람직하다. 이에, LED칩(100)으로부터 발산된 빛이 측벽(220)의 내측면에 의해 다수의 반사과정을 거치면서, LED칩(100)의 측면 또는 하부로 방출되는 광이 렌즈(300)로 입사되도록 할 수 있다.
이를 통해, 실질적으로 렌즈(300)로 입사되는 광의 양을 증가시키게 된다. 따라서, LED(200)의 효율 및 발광효율을 향상시키게 된다.
또한, LED(200)는 측벽(220) 상단에 위치하며, 인쇄회로기판(210)의 반사면과 LED칩(100)을 덮어 보호함과 동시에 LED칩(100)으로부터 발생된 주출사광의 각도를 제어하는 렌즈(300)를 포함한다.
여기서, 렌즈(300)는 얇은 판 형태로, 합성수지 또는 유리재질로 이루어지며, 렌즈(300) 내벽에는 형광체(310)가 코팅되거나, 렌즈(300) 자체가 형광체(310)를 포함하여 분산되도록 형성되어 있다.
여기서, 합성수지는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate : PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethylmethacrylate : PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리올레핀(polyolefine), 셀룰로스 아세테이트(cellulose acetate), 폴리비닐클로라이드(polyvinyl chloride) 등을 포함한다.
이때, 렌즈(300)는 측벽(220) 상단에 위치함으로써 LED칩(100)과 일정 간격 이격하여 위치하게 되는데, 이에, LED칩(100)과 렌즈(300) 사이에는 공기층(air gap : AG)이 형성된다.
이렇게, 렌즈(300)를 판형태로 구성하고, 렌즈(300)를 측벽(220) 상단에 위치하도록 함으로써, 인쇄회로기판(210) 상에 다수개 실장되는 LED(도 1의 10)의 색편차가 발생하는 문제점을 방지할 수 있다.
즉, 기존의 LED(도 1의 10)는 실리콘과 형광체를 혼합한 후 디스펜싱(dispensing)방식 또는 트랜스퍼몰딩(transfer molding)으로 렌즈(도 1의 50)를 제작함에 따라, 형광체의 침전현상에 의해 각 렌즈(도 1의 50)에 혼합된 형광체의 양을 제어하기가 어려워, 각 LED(도 1의 10)의 형광체의 양이 달라 색편차가 발생하는 문제점이 발생되었다.
그러나, 본 발명의 LED(200)는 판 형태의 렌즈(300)에 형광체(310)를 코팅하거나 또는 렌즈(300) 전체에 분산하여 형성함으로써, 실리콘과 형광체의 혼합한 후 디스펜싱 방식을 통해 렌즈(도 1의 50)를 제작하지 않음으로써, 형광체의 침전현상에 의해 위와 같은 문제점이 발생하는 것을 방지할 수 있는 것이다.
그리고, 디스펜싱 방식으로 렌즈(도 1의 50)를 제작하는 공정은, 액상의 렌즈(도 1의 50)를 디스펜싱 한 후 경화공정을 거쳐야 하므로 공정시간이 길어지게 되는데, 본 발명은 형광체(310)가 코팅되거나 또는 전체에 분산된 렌즈(300)를 측벽(220) 상단에 안착시켜 형성함으로써, 본 발명은 경화공정을 진행할 필요가 없어, 기존의 디스펜싱 방식으로 렌즈(도 1의 50)를 제작하는 공정에 비해 공정시간을 단축할 수 있다.
즉, 기존에 비해 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
또한, 렌즈(300)를 측벽(220) 상단에 위치하도록 함으로써, 렌즈(300)에 코팅되거나 또는 전체에 분산된 형광체(310)와 LED칩(100)은 공기층(AG)을 사이에 두고 일정간격 이격하여 위치하게 된다.
이를 통해, LED(200)의 발광효율을 향상시킬 수 있다.
즉, 형광체(310)와 LED칩(100)이 서로 가깝게 위치함으로써, 형광체(310)의 효율을 감소시키게 되는데, 본 발명은 이런 문제가 발생되지 않아 LED(200)의 효율이 향상되는 것이다.
또한, LED칩(100)과 형광체(310)가 서로 일정간격 이격하여 위치하도록 함으로써, 그 사이 영역에 공기층(AG)이 형성되어, LED칩(100) 구동시 발생하는 열을 방열할 수 있으므로, 형광체(310)가 열화됨에 따라 LED(200)의 열화가 심화되는 문제점 또한 방지할 수 있는 것이다.
이때, LED칩(210)이 청색LED칩일 경우 형광체(310)는 황색형광체를 사용한다.
황색형광체는 530 ~ 570nm파장을 주파장으로 하는 세륨(Ce)이 도핑된 이트륨(Y) 알루미늄(Al) 가넷인 YAG:Ce(T3Al5O12:Ce)계열 형광체를 사용하거나 실리케이트(silicate)계열의 황색형광체를 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, LED칩(100)이 UVLED칩일 경우 형광체(310)는 적(R), 녹(G), 청색(B)의 삼색의 형광체로 이루어지며, 적(R), 녹(G), 청색(B)의 형광체의 배합비를 조절함으로써 발광색을 선택할 수 있다.
이때, 적색(R)의 형광체는 611nm 파장을 주파장으로 하는 산화이트륨(Y2O3)과 유로피움(EU)의 화합물로 이루어진 YOX(Y2O3:EU)계열 형광체이며, 녹색(G)의 형광체는 544nm 파장을 주파장으로 하는 인산(Po4)과 란탄(La)과 테르븀(Tb)의 화합물인 LAP(LaPo4:Ce,Tb)계열 형광체이며, 청색(B)의 형광체는 450nm 파장을 주파장으로 하는 바륨(Ba)과 마그네슘(Mg)과 산화알루미늄 계열의 물질과 유로피움(EU)의 화합물인 BAM blue(BaMgAl10O17:EU)계열 형광체를 사용하는 것이 바람직하다.
여기서 주파장이란 적(R), 녹(G), 청색(B) 각각에서 가장 높은 휘도를 발생하는 파장을 그 형광체의 주 파장이라고 한다.
이에, LED칩(100)에 전류가 인가되면 빛이 방출되며, 방출된 빛의 일부는 렌즈(300) 내벽에 코팅되거나 렌즈(300) 전체에 분산된 형광체(310)를 여기시켜, 형광체(310)에 의해 발광된 빛과 혼합되어 백색광을 발하게 되고, 백색광은 렌즈(300)를 통해 외부로 출사되게 된다.
여기서, 렌즈(300) 안쪽 내벽을 따라서는 렌즈(300)의 이온 및 불순물이 내부로 침입하는 것을 막기 위한 보호층(미도시)이 더욱 형성될 수 있다.
이러한, 본 발명의 LED(200)는 인쇄회로기판(210) 상에 다수개가 실장되어, 액정표시장치의 광원으로써 이용되는데, 도 4a ~ 4b는 인쇄회로기판 상에 LED가 다수개 실장된 LED 어셈블리의 구조를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도시한 바와 같이, LED 어셈블리(400)는 다수개의 LED칩(100)과 다수개의 LED칩(100)이 장착되는 인쇄회로기판(210)을 포함한다.
그리고, 본 발명의 LED어셈블리(400)는 각각의 LED칩(100)의 가장자리를 두르는 격벽(220)과 격벽(220)의 상부에 위치하며, 내벽에 형광체(310)가 코팅되거나 전체에 분산된 렌즈(300)를 포함한다.
이때, 인쇄회로기판(210)은 일정폭을 갖는 바(bar)형상으로, 다수의 LED칩(100)은 인쇄회로기판(210)의 길이방향을 따라 일정간격 이격하여 실장된다.
이때, 내벽에 형광체(310)가 코팅되거나, 전체에 분산된 렌즈(300)는 도 4a에 도시한 바와 같이, 인쇄회로기판(210)의 길이방향을 따라 하나의 렌즈(300)가 다수개의 LED칩(100)을 덮어 형성되거나, 또는 도 4b에 도시한 바와 같이, 각각의 LED칩(100)에 대응하여, 각각 형성될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 액정표시장치는 액정층(미도시)을 사이에 두고 서로 대면 합착된 제 1 및 제 2 기판(512, 514)으로 구성된 액정패널(510)과, 액정패널(510)의 배면에서 빛을 공급하는 백라이트 유닛(520)이 구비된다.
이러한 백라이트 유닛(520)과 액정패널(510)은 서포트메인(530)에 의해 가장자리가 둘러지며, 액정패널(510)의 상면 가장자리 및 측면을 두르는 탑커버(540)와 백라이트 유닛의 배면을 두르는 커버버툼(550)이 서포트메인(530)에 결합되어, 백라이트 유닛(520)과 액정패널(510)은 모두 일체로 모듈화된다.
여기서, 반사판(525)과, 도광판(523)과, 도광판(523)의 일측면에 구비된 LED 어셈블리(400)와, 도광판(523) 상부에 다수의 광학시트(521)들이 적층되어 백라이트 유닛(520)을 이루게 된다.
앞서 말한 LED 어셈블리(400)는 도광판(523)의 입광부와 대면하도록 도광판(523)의 일측에 위치하며, 이러한 LED 어셈블리(400)는 다수개의 LED칩(100)과 다수개의 LED칩(100)이 일정간격 이격하여 실장되는 인쇄회로기판(210) 그리고, LED칩(100)과 인쇄회로기판(210) 반사면을 덮으며, 내벽에 형광체(310)가 도포되어 있는 렌즈(300)로 이루어진다.
따라서, 다수개의 LED칩(100)에 전류가 인가되면 빛을 방출하게 되고, 방출된 빛은 렌즈(300) 내벽의 형광체(310)의 의해 발광된 빛과 혼합되어 백색광을 발하게 된다.
이때, 렌즈(300)는 측벽(220) 상단에 위치함으로써 LED칩(100)과 일정 간격 이격하여 위치하게 되는데, 이에, LED칩(100)과 렌즈(300) 사이에는 공기층(도 3의 AG)이 형성된다.
따라서, 본 발명의 LED 어셈블리(400)는 인쇄회로기판(210) 상에 다수개 실장되는 LED(200)의 색편차가 발생하는 문제점을 방지할 수 있으며, LED(200)의 발광효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 공기층(도 3의 AG)에 의해 LED칩(100) 구동시 발생하는 열을 방열(放熱)할 수 있으므로, 형광체(310)가 열화됨에 따라 LED(200)의 열화가 심화되는 문제점 또한 방지할 수 있다.
도광판(523)은 LED 어셈블리(400)로부터 입사된 백색광이 여러번의 전반사에 의해 도광판(523) 내를 진행하면서 도광판(523)의 넓은 영역으로 골고루 퍼져 액정패널(510)에 면광원을 제공한다.
이러한 도광판(523)은 균일한 면광원을 공급하기 위해 배면에 특정 모양의 패턴을 포함할 수 있다.
반사판(525)은 도광판(523)의 배면에 위치하여, 도광판(523)의 배면을 통과한 빛을 액정패널(510) 쪽으로 반사시킴으로써 빛의 휘도를 향상시킨다.
도광판(523) 상부의 다수의 광학시트(521)는 확산시트와 적어도 하나의 집광시트 등을 포함하며, 도광판(523)을 통과한 빛을 확산 또는 집광하여 액정패널(510)로 보다 균일한 면광원이 입사 되도록 한다.
이때 상술한 구조의 백라이트 유닛(520)은 통상 사이드라이트(side light) 방식이라 불리는데, 목적에 따라 반사판(525)의 상부 전면으로 LED 어셈블리(400)를 다수개 나란하게 배열하는 직하라이트(direct light) 방식도 가능하며, 이와 같이 직하라이트 방식의 경우에는 도광판(523)은 생략될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 LED(200)는 렌즈(300)를 판 형태로 형성하고, 렌즈(300)의 내벽에 형광체(310)를 코팅하거나, 전체에 분산함으로써, LED칩(100)과 형광체(310)가 서로 일정간격 이격하여 위치하도록 함으로써, 인쇄회로기판(210) 상에 다수개 실장되는 LED(200)의 색편차가 발생하는 문제점을 방지할 수 있으며, LED(200)의 발광효율을 향상시킬 수 있다.
또한, LED칩(100)과 형광체(310)가 서로 일정간격 이격하여 위치하도록 함으로써, 그 사이 영역에 공기층(도 3의 AG)이 형성되어, LED칩(100) 구동시 발생하는 열을 방열(放熱)할 수 있으므로, 형광체(310)가 열화됨에 따라 LED(200)의 열화가 심화되는 문제점 또한 방지할 수 있다.
한편, 지금까지의 설명에서 본 발명의 LED(200)는 LED칩(100)을 직접 인쇄회로기판(210) 상에 실장하고, 와이어(230)를 매개로 전기적으로 연결하는 COB(Chip On Board)타입을 일예로 설명하였으나, LED칩(100)을 방열슬러그(도 1의 30) 상에 안착시킨 후, 방열슬러그(도 1의 30) 외부로 노출되는 양/음극 전극리드(도 1의 40a, 40b)와 와이어(도 1의 60)를 통해 전기적으로 연결되는 LED(도 1의 10) 또한 가능하다.
이때, 후자의 경우에는 방열슬러그(도 1의 30) 상에 측벽(미도시)을 형성하고, 내벽에 형광체(310)가 코팅되거나 전체에 분산된 판 형태의 렌즈(300)를 측벽(미도시) 상단에 위치하도록 함으로써, 인쇄회로기판(210) 상에 다수개 실장되는 LED(200)의 색편차가 발생하는 문제점을 방지할 수 있으며, LED(200)의 발광효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 공기층(도 3의 AG)에 의해 LED칩(100) 구동시 발생하는 열을 방열할 수 있으므로, 형광체(310)가 열화됨에 따라 LED(200)의 열화가 심화되는 문제점 또한 방지할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
100 : LED칩, 200 : LED
210 : 인쇄회로기판
(211 : 인쇄회로기판베이스, 213 : 절연층, 215 : 전원배선층)
220 : 측벽, 230 : 와이어, 300 : 렌즈, 310 : 형광체

Claims (12)

  1. 기판 상에 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층 그리고 n형 전극 및 p형 전극을 포함하는 LED칩과;
    상기 기판과 상기 LED칩을 전기적으로 연결하는 와이어;
    상기 LED칩 가장자리를 두르며, 내측면이 반사면을 이루는 측벽과;
    상기 LED칩과 일정간격 이격하여 상기 측벽 상단에 위치하며, 판 형태를 갖고,내벽에 형광체가 코팅되거나 전체에 분산된 렌즈
    를 포함하는 발광다이오드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈는 합성수지 또는 유리재질로 이루어지는 발광다이오드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 측벽은 상단부로 갈수록 폭이 좁아지는 발광다이오드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED칩과 상기 렌즈 사이에는 공기층이 형성되는 발광다이오드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 메탈인쇄회로기판 (Metal Printed Circuit Board) 또는 FR-4(Flame Resistant 4)계 기판 중 선택된 하나인 발광다이오드.
  6. 바(bar) 형상의 인쇄회로기판과; 상기 인쇄회로기판의 상에 일정간격 이격하여 실장되는 다수의 LED칩과; 상기 다수의 LED칩 각각의 가장자리를 두르며, 내측면이 반사면을 이루는 측벽과; 상기 다수의 LED칩과 일정간격 이격하여 상기 측벽 상단에 위치하며, 판 형태를 갖고, 내벽에 형광체가 코팅되거나 전체에 분산된 렌즈를 포함하는 LED 어셈블리와;
    상기 LED어셈블리의 일측에 위치하는 도광판과, 상기 도광판 하부에 위치하는 반사판과, 상기 도광판 상에 안착되는 광학시트를 포함하는 백라이트 유닛과;
    상기 백라이트 유닛 상에 안착되는 액정패널과;
    상기 백라이트 유닛 및 상기 액정패널의 가장자리를 두르는 서포트메인과;
    상기 서포트메인 배면과 밀착되어 구성되는 커버버툼과;
    상기 액정패널 가장자리를 테두리하며 상기 서포트메인 및 커버버툼에 조립 결합되는 탑커버
    를 포함하는 액정표시장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 렌즈는 합성수지 또는 유리재질로 이루어지는 액정표시장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 측벽은 상단부로 갈수록 폭이 좁아지는 액정표시장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 LED칩과 상기 렌즈 사이에는 공기층(air gap)이 형성되는 액정표시장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판은 메탈인쇄회로기판 (Metal Printed Circuit Board) 또는 FR-4(Flame Resistant 4)계 기판 중 선택된 하나인 액정표시장치.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 LED칩은 청색LED칩이며, 상기 형광체는 황색형광체인 액정표시장치.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 LED칩은 UVLED칩이며, 상기 형광체는 적(R), 녹(G), 청색(B)의 형광체인 액정표시장치.
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