KR20120062512A - Ｌｅｄ 패키지 및 어레이, 이를 구비한 액정표시장치모듈 - Google Patents

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KR20120062512A
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Abstract

본 발명은 LED 패키지를 개시한다. 특히, 본 발명은 광원으로 반도체 발광 다이오드 소자(LED) 패키지를 이용하는 액정표시장치용 백라이트 유닛에서 LED 패키지의 실장에 따른 베젤부의 공간부족문제를 개선한 LED 패키지 및 이를 포함하는 액정표시장치모듈에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 패키지는, LED 소자와, 이를 실장하는 본체와, 본체의 전면상에 절곡형태를 가지도록 배치되고, 일부가 노출되는 리드 프레임과, LED 소자 및 리드 프레임을 전기적으로 연결하는 와이어와, LED 소자를 몰딩하는 봉지제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라서, 본 발명은 PCB 기판상에 LED 패키지가 본딩되는 영역을 음각형태로 구성하고, LED 패키지의 리드프레임을 본체 상부로 노출시켜 PCB 기판상에 음각부에 삽입하는 형태로 본딩함으로서 액정표시장치모듈에서 LED 패키지가 차지하는 영역을 최소화 할 수 있다. 이에 따라, 광원과 도광판의 간격을 최소마진을 가지도록 배치할 수 있어, 액정표시장치의 베젤영역을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

ＬＥＤ 패키지 및 어레이, 이를 구비한 액정표시장치모듈{LED PAKAGE AND ARRAY, LCD MODULE HAVING THEREOF}
본 발명은 LED 패키지에 관한 것으로, 특히 광원으로 반도체 발광 다이오드 소자(LED) 패키지를 이용하는 액정표시장치용 백라이트 유닛에서 LED 패키지의 실장에 따른 베젤부의 공간부족문제를 개선한 LED 패키지 및 어레이, 이를 구비하는 액정표시장치모듈에 관한 것이다.
반도체 발광소자인 발광 다이오드 소자(Light emitting diode, LED)는 전자가 다수 캐리어인 n형 반도체와 정공이 다수 캐리어인 p형 반도체를 접합하고 이에 전기적인 신호를 가함으로서 다양한 파장의 빛 에너지를 방출하는 소자이다. 이러한 LED 소자는 대부분 III-V족 또는 V-V족으로 구성된 화합물 반도체를 이용하게 되며, 통상적으로 인듐인(InP), 갈륨비소(GaAs), 갈륨인(GaIn) 및 질화갈륨(GaN) 등의 화합물 반도체를 이용하여 다양한 파장의 빛을 생성한다.
이러한 LED 소자는, 외부로부터의 충격 등에서 소자를 보호하고 빛을 효율적으로 추출하며 방열기능 등을 가지도록 하기위해 플라스틱 등의 주형(Mold)으로 덮어 패키지(package)화 한다.
LED 패키지 종류에는 램프형(lamp type), 표면 실장형(Surface Mount Device type, SMD type), COB(Chip on Board) 등이 있다. 특히, SMD형 패키지는 세라믹 기판위에 다이 본딩한 후 에폭시 수지 등으로 몰딩한 구조로서 타 구조보다 열방출이 양호한 이점이 있으며, 이러한 SMD형 패키지는 리드 프레임의 구조에 따라, 플렛 타입(flat type), 다운 셋 타입(down set type) 등으로 구분된다.
도 1a는 종래의 플렛타입 SMD형 LED 패키지의 구조를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 1b는 LED 패키지가 본딩된 PCB 기판의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 종래 플렛타입 SMD형 LED 패키지(10)는, 빛을 방출하는 LED 소자(11)와, LED 소자(11)가 실장되는 하부본체(12)와, LED 소자(11)에 전원을 공급하는 리드 프레임(13)과, LED 소자(11)와, 리드프레임(13)을 전기적으로 연결하는 와이어(14)와, 외측을 감싸는 상부본체(15)와, 상부본체 내측표면에 구비되는 반사체(16)와, LED 소자(14)를 감싸는 봉지제(17)를 포함한다.
이러한 구조를 갖는 종래의 LED 패키지(10)는 리드프레임(13)을 통해 전원이 공급되면 LED 소자(11)는 빛을 방출하고, 이 빛은 봉지제(17)를 통과하고 반사체(16)에 의해 반사되어 LED 패키지(10)의 전면방향으로 출광한다.
또한, 전술한 LED 패키지(10)는 액정표시장치의 백라이트 등으로 이용되는 경우, 다수개가 PCB 기판에 본딩되어 사용되는 데, 도 1b에는 다수의 LED 패키지(10)가 일자형의 PCB 기판(20)에 일렬로 배치되는 예를 도시하였다. LED 패키지(10)는 PCB 기판(20)의 상부로 배치되며, PCB 기판(20)상에 형성되는 전극라인에 본딩되어 LED 소자(10)의 리드프레임과 전기적으로 연결된다. 이하, 도면을 참조하여 LED 패키지가 본딩된 PCB 기판을 백라이트로 이용하는 액정표시장치의 일예를 설명한다.
도 2a는 종래의 LED 백라이트를 이용하는 액정표시장치의 일부단면을 도시한 도면이다. 도시한 바와 같이, LED 백라이트를 이용하는 액정표시장치는 LED 패키지(10) 및 LED 패키지(10)가 본딩된 PCB 기판(20)이 측면에 배치되고, 이와 마주보도록 도광판(41)이 배치된다. 도광판(41)의 상부로는 액정패널(30)이 위치하고, 액정패널(30) 및 도광판(41)의 사이에는 복수의 광학시트(42)가 개재된다. 또한, 도광판(41)의 하부로는 반사판(43)이 구비된다.
액정패널(30)은 테두리가 서포트 메인(50) 및 탑 케이스(60)에 의해 지지되고, 서포트 메인(50)의 내측으로는 전술한 LED 패키지(10)가 본딩된 PCB기판(20)이 배치된다. 또한 서포트 메인(50) 및 탑 케이스(60)는 하부에 위치하는 커버버텀(70)과 체결됨으로서 액정표시장치는 모듈화 된다.
전술한 구조의 액정표시장치는 LED 패키지(10)가 액정패널(30)의 하부 측면에 위치하는 측광형 액정표시장치로서, 도시한 바와 같이, LED 패키지(10)와 도광판(41)은 LED 소자의 방열, 휘도 등의 특성을 고려하여 최소한의 공간만을 확보하는 형태로 소정간격(g)으로 이격되도록 배치된다.
현재 액정표시장치 분야에서는, 전체영역에서 테두리 베젤(bezel)이 가능한 적은 면적을 차지하도록 액정표시장치모듈을 구현하는 것이 추세이며, 이를 위해 LED 패키지(10)와 도광판(41)의 간격(g)을 점차 줄이는 방법이 시도되고 있다.
그러나, 전술한 바와 같이, LED 패키지(10)와 도광판(41)간의 간격(g)은 LED 소자의 방열, 휘도 등의 특성이 고려된 것으로, 베젤(bezel)부분을 줄이기 위해, 간격(g)을 적게 설계하는 경우에는 LED 소자의 발열특성에 따라 소자 및 도광판의 파손문제가 발생하게 된다. LED 패키지(10) 및 PCB 기판(20)은 최소한의 두께가 확보되어야 하며, 특히 도 2b에 도시한 바와 같이, 종래의 액정표시장치는 LED 패키지(10)가 PCB 기판(20)상에 본딩되어 도광판(41)과 마주보는 형태이므로 LED 패키지(10)의 두께(h1)에 따라 간격(g)이 좁아지므로 공간 확보의 한계가 있었다.
본 발명은 전술한 한계를 극복하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 광원인 LED 패키지가 액정패널의 하부측면에 구비되는 측광형 액정표시장치에서 베젤영역을 줄이기 위해 LED 패키지와 도광판의 간격을 최소화한 LED 패키지 및 어레이, 이를 구비한 액정표시장치모듈을 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 패키지는, LED 소자; 상기 LED 소자를 실장하는 본체; 상기 본체의 일면상에 절곡형태를 가지도록 배치되고, 연장부가 상기 본체의 외측으로 노출되는 리드 프레임; 상기 LED 소자 및 리드 프레임을 전기적으로 연결하는 와이어; 및, 상기 LED 소자를 몰딩하는 봉지제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 LED 소자가, 적색광을 발광하는 적색 발광소자인 경우, 상기 리드 프레임 내측으로 녹색 형광물질 및 청색 형광물질로 이루어진 녹청 형광층; 녹색광을 발광하는 녹색 발광소자인 경우, 상기 리드 프레임 내측으로 적색 형광물질 및 청색 형광물질로 이루어진 적청 형광층; 또는, 청색광을 발광하는 청색 발광소자인 경우, 상기 리드 프레임 내측으로 적색 형광물질과 녹색 형광물질로 이루어진 적녹 형광층 중, 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 LED 소자는, 기판; 상기 기판의 상부에 형성되며 일부영역에 제1 전극을 가지는 n형 GaN층; 상기 n형 GaN층의 상부에 형성되는 활성층; 상기 활성층의 상부에 형성되는 p형 GaN층; 및, 상기 p형 GaN층의 상부에 형성되며 일부영역에 제2 전극을 가지는 투명전극층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 LED 소자는, 정방향형 또는 플립형(filp type)인 것을 특징으로 한다.
상기 봉지제는, 에폭시(epoxy) 또는 실리콘(silicon) 계열의 화합물인 것을 특징으로 한다.
상기 본체는, 내측벽에 상기 LED 소자가 방출하는 빛을 LED 패키지의 전면으로 반사시키는 반사체를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 어레이는, LED 소자가 실장되는 본체의 전면상에 절곡형태를 가지도록 배치되고 연장부가 상기 본체의 외측으로 노출되는 리드 프레임을 포함하는 LED 패키지; 및, 상기 LED 패키지가 삽입되는 적어도 하나의 음각부를 가지는 PCB 기판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 음각부는, 깊이가 상기 LED 패키지의 높이보다 큰 것을 특징으로 한다.
상기 음각부 또는 상기 LED 패키지에는, 부착을 위한 접착제가 더 도포되는 것을 특징으로 한다.
상기 PCB 기판은, 일면에 상기 리드프레임이 전기적으로 연결되는 전극부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시장치모듈은, 액정패널; 상기 액정패널의 일면방향 측단에 구비되며, LED 소자가 실장되는 본체의 전면상에 절곡형태를 가지도록 배치되고 연장부가 상기 본체의 외측으로 노출되는 리드 프레임을 포함하는 LED 패키지; 상기 LED 패키지가 삽입되는 적어도 하나의 음각부를 가지는 PCB 기판; 상기 PCB 기판과 대향하도록 배치되며, 상기 LED 패키지가 방출하는 빛을 광학적 변환을 통해 상기 액정패널에 전달하는 광학기구부재; 및, 상기 액정패널, PCB기판 및 광학기구부재를 실장하는 기구 구조물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 광학기구부재는, 적어도 일측면이 상기 LED 패키지와 마주보도록 배치되어 상기 LED 패키지가 방출하는 빛을 도광하여 상부로 출광시키는 도광판; 상기 도광판의 상부에 구비되어 출광된 빛을 상기 액정패널의 전 영역으로 확산시키는 확산시트; 및, 상기 확산시트의 상부에 구비되어 확산된 빛을 전면으로 출사시키는 프리즘 시트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기구 구조물은, 상기 액정패널이 내측으로 안착되는 서포트 메인; 상기 서포트 메인의 상부로 결합되어 상기 액정패널을 지지 및 고정하는 탑 케이스 및, 상기 서포트 메인 및 탑 케이스의 하부에서 결합되어 상기 LED 패키지 및 광학기구부재를 실장하는 커버버텀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, PCB 기판상에 LED 패키지가 본딩되는 영역을 음각형태로 구성하고, LED 패키지의 리드프레임을 본체 상부로 노출시켜 PCB 기판상에 음각부에 삽입하는 형태로 본딩함으로서 액정표시장치모듈에서 LED 패키지가 차지하는 영역을 최소화 할 수 있다. 이에 따라, 광원과 도광판의 간격을 최소마진을 가지도록 배치할 수 있어, 액정표시장치의 베젤영역을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 LED 패키지는 본체 전면상에 반사율이 높은 금속재질의 리드 프레임이 배치되어, LED 패키지 전면으로 출사하는 빛의 출광량을 증가시켜 LED 패키지의 휘도를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1a는 종래의 플렛타입 SMD형 LED 패키지의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1b는 LED 패키지가 본딩된 PCB 기판의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2a는 종래의 LED 백라이트를 이용하는 액정표시장치의 일부단면을 도시한 도면이다.
도 2b는 LED 패키지가 PCB 기판에 본딩된 형태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지를 포함하는 액정표시장치모듈의 구조를 분해사시도로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시한 액정표시장치모듈의 일부단면을 도시한 도면이다.
도 5a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 패키지의 구조를 도시한 도면이다.
도 5b는 본 발명의 PCB 기판의 구조를 도시한 도면이다.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지 및 PCB 기판의 결합형태를 도시한 도면이다.
도 6b는 도 6a에 도시한 LED 패키지 및 PCB 기판의 단면을 도시한 도면이다.
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지의 사시도를 도시한 도면이다.
도 7b는 본 발명의 LED 패키지의 평면, 측면 및 정면도를 도시한 도면이다.
도 8은 도 7a 내지 도 7b에 도시한 LED 패키지에서 출광되는 빛의 성분 분포를 그래프화한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 패키지 및 어레이, 이를 구비한 액정표시장치모듈을 설명한다.
본 명세서의 실시예에 대해 참조된 도면은 구성요소의 형상 및 위치가 도시된 형태로 한정하도록 의도된 것이 아니며, 특히 도면에서는 본 발명의 기술적 특징인 구조 및 형상의 이해를 돕기 위해, 일부 구성요소의 스케일을 과장하거나 축소하여 표현하였다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지를 포함하는 액정표시장치모듈의 구조를 분해사시도로 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 액정표시장치모듈은 광원인 다수의 LED 패키지(100)가 본딩된 PCB기판(120)을 포함하고, 영상을 구현하는 액정패널(130), 액정패널에 제공되는 빛을 변환하는 다수의 광학부재들(141 내지 143)과, 이를 실장하는 각종 기구물(150, 160, 170)을 포함한다.
보다 상세하게는, LED 패키지(100)는 하나이상의 LED 반도체 소자를 실장하고, 리드 프레임이 발광면 방향으로 노출되어 PCB기판(120)의 내측으로 삽입되어 본딩된다.
PCB 기판(120)은 LED 패키지(100)가 본딩되는 부분이 소정깊이의 음각패턴이 형성되며, 하나이상의 LED 패키지(100)를 음각패턴의 내측으로 실장하여 하나의 LED 어레이를 형성한다. 이러한 LED 어레이는 LED 패키지(100)방향으로 세워져 도광판(141)의 측면과 LED 패키지가(100)가 마주보도록 배치된다. 도면에서는 설명의 편의상 PCB 기판(120)을 가로방향으로 도시하였으나, 조립시에는 세로방향으로 세워져 액정패널(130)의 하부측면에 구비될 수 있다.
또한, 도 3에서는 측면형 액정표시장치로서 LED 패키지(100)가 도광판(142)의 일측면에 배치되어 있는 예를 도시하였지만, 도광판의 양측면에 배치되는 형태 및 액정패널의 배면에 LED 패키지가 배치되는 형태의 백라이트 유닛에도 본 발명의 기술적 사상을 적용할 수 있다.
전술한 LED 패키지(100) 및 PCB기판(120)의 상세한 구조, 및 실장형태는 후술하도록 한다.
액정패널(130)은 제1 기판 및 제2 기판이 소정거리 이격되어 합착되고, 그 사이에 개재되는 액정층으로 이루어지며 드라이버PCB(132)로부터 신호가 인가됨에 따라 영상을 구현한다. 제1 기판에는 박막트랜지스터 뿐만 아니라 각종 배선과 화소전극이 형성되며, 제2 기판은 RGB 삼원색을 표시하기 위한 컬러필터기판으로서, 컬러필터층과 블랙매트릭스(BM)가 형성된다. 드라이버PCB(132)는 전술한 박막트랜지스터를 구동하기 위한 스캔신호를 제공하는 스캔드라이버IC와, 화소전극에 데이터신호를 제공하는 데이터드라이버IC를 포함할 수 있다.
이러한 액정패널(130)에 대하여 보다 상세하게 설명하면, 제1 기판에는 종횡으로 배열되어 복수의 화소영역을 정의하는 복수의 스캔라인과, 이와 직교하는 데이터라인이 형성되어 있으며, 각각의 화소영역에는 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 형성된다. 또한, 박막트랜지스터는 게이트라인과 접속되는 게이트전극, 및 게이트 전극의 상부에 비정질실리콘 등이 적층되어 형성되는 반도체층, 반도체층 위에 형성되고 데이터라인 및 화소전극에 전기적으로 연결되는 소스전극 및 드레인전극으로 이루어진다.
제2 기판은 적(Red), 녹(Green) 및 청(Blue)의 색상을 구현하는 다수의 서브컬러필터로 구성된 컬러필터, 각 서브 컬러필터를 구분하고 액정층을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스(BM)로 이루어진다.
이와 같이 구성된 제1 및 제2 기판은 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트(sealant)에 의해 대향하도록 합착되어 액정패널을 구성하게 되며, 또한 전술한 상,하부 기판에는 각각 제1편광판 및 제2편광판이 부착되어 액정패널(130)로 입사되고 출력되는 광을 편광시켜 영상을 구현한다.
광학부재들(141 내지 143)은 LED 패키지(100)의 발광면에 대향하도록 배치되어 빛을 전술한 액정패널(130)에 제공하는 역할을 하는 것으로, 도광판(141)은 액정패널(130)의 하부에 배치되어 하나이상의 측면에서 LED 패키지(100)가 방출하는 빛을 인도하여 액정패널(130)에 공급하는 역할을 한다.
이러한 도광판(141)은 일측면으로 입사되는 빛이 도광판(141)의 상면 및 하면에서 반사 및 굴절을 반복하여 타측면까지 전파된 후, 상부로 출사도록 하는 것으로, 빛의 진행을 돕기 위해 확산제가 포함될 수도 있다. 또한 도광판(141)은 양측단의 두께가 서로 다른 직육면체형으로 이루어질 수 있으며, 하면에는 입사되는 빛을 산란시키기 위한 소정의 패턴이나 홈 등이 형성될 수 있다.
광학시트(142)는 액정패널(130)과 도광판(141) 사이에 구비되어 도광판(141)를 통과하여 액정패널(130)로 공급되는 빛을 확산하고 집광하는 역할을 하며, 하나이상의 확산시트 및 프리즘시트로 이루어질 수 있다. 확산시트는 도광판(141)에서 출사된 빛을 확산시키는 역할을 하며, 프리즘시트는 확산시트에 의해 확산된 빛을 집광하여 액정패널(130)에 균일한 빛이 공급되도록 하는 역할을 한다. 여기서, 통상적으로 확산시트는 1매가 구비되지만 프리즘시트는 프리즘이 x,y축 방향으로 수직으로 교차하는 제1 프리즘시트 및 제2 프리즘시트를 구비하여 x,y축 방향에서 광을 굴절시켜 빛의 직진성을 향상시키도록 구성하는 것이 바람직하다.
반사판(143)은 도광판(141)의 하부로 구비되어 도광판(141)에서 굴절되어 하부방향, 즉 액정패널(130)과 반대방향으로 출사되는 빛을 반사시켜 다시 도광판(141)으로 진행시키는 역할을 한다.
전술한 LED 패키지(100) 및 PCB기판(120), 액정패널(130) 및, 광학부재(141 내지 143)는 액정패널(130)이 서포트 메인(150)의 내측의 돌출부분에 안착되고, 서포트 메인(150)이 상부로 탑 케이스(160)와 결합되어 지지 및 고정된다. 또한 액정패널(130)의 하부방향, 서포트 메인(150)의 내측으로, LED 패키지(100) 및 PCB기판(120)과, 광학부재(141 내지 143)가 커버버텀(160)에 수납된 후, 커버버텀(160)이 서포트 메인(150) 및 탑 케이스(160)와 체결됨으로서, 액정표시장치는 모듈화 된다.
도 4는 도 3에 도시한 액정표시장치모듈의 일부단면을 도시한 도면으로서, 도시한 바와 같이, LED 패키지(100) 및 LED 패키지(100)가 본딩된 PCB 기판(120)이 액정패널(130)의 하부방향에서 측면으로 배치되고, 이와 마주보도록 광학부재(141 내지 143)가 배치된다. 광학부재(141 내지 143)중, 도광판(141)의 상부로는 액정패널(130)이 위치하고, 액정패널(130) 및 도광판(141)의 사이에는 복수의 광학시트(142)가 개재된다. 또한, 도광판(141)의 하부로는 반사판(143)이 배치된다.
액정패널(130)은 테두리가 서포트 메인(150) 및 탑 케이스(160)에 의해 지지되고, 서포트 메인(150)의 내측으로는 전술한 LED 패키지(110)가 본딩된 PCB기판(120)이 배치된다. 또한 서포트 메인(150) 및 탑 케이스(160)는 하부에 위치하는 커버버텀(170)과 체결된다.
이러한 구조의 액정표시장치모듈에서, 도시한 바와 같이 LED 패키지(100)는 PCB 기판(120)의 내측으로 형성된 음각부에 삽입되어 본딩된다. 이에 따라, LED 패키지(100)는 적어도 음각부의 깊이만큼 도광판(141)의 거리를 확보하게 되어, LED 패키지(100)와 도광판(141)간의 간격(g)을 보다 최소화 할 수 있게 된다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 패키지 및 PCB 기판의 구조를 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 5a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 패키지의 구조를 도시한 도면이고, 도 5b는 본 발명의 PCB 기판의 구조를 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지(100)는 LED 소자(111), 하부본체(112), 리드프레임(113), 와이어(114), 상부본체(115), 반사체(116) 및 봉지제(117)를 포함한다.
보다 상세하게는, LED 소자(111)는 사파이어(sapphire) 등의 기판상에 질화갈륨(GaN) 박막 등을 성장시킨 것으로, 도시하지는 않았지만 기판상에 버퍼층, p-n 접합에 의해 전자 및 정공을 공급하는 n형 질화갈륨(GaN)층 및 p형 질화갈륨(GaN)층, 질화갈륨(GaN)층 사이에 형성되어 빛을 방출하는 활성층, 오믹 컨택(Ohmic Contact)을 위한 투명전극층 및, n형 질화갈륨(GaN)층 및 p형 질화갈륨(GaN)층과 전기적으로 연결되는 반도체 패드가 순차적으로 적층된 형태일 수 있다.
이러한 LED 소자(111)는 LED 패키지 설계자의 의도에 따라, 다수개가 리드프레임(113)에 실장될 수 있으며, 도시한 바와 같이 반도체 패드부분이 상부로 위치하여 와이어(114)와 본딩되는 형태로 실장 될 수 있을 뿐만 아니라, LED 소자(111)의 기판 부분이 상부를 향하도록 실장되는 플립형(flip-type)으로 실장될 수도 있다. 플립형의 LED 소자(111)를 LED 패키지에 적용하면, 와이어(114)를 생략하고 리드 프레임상에 LED 소자(111)의 전극을 직접 본딩할 수 있다. 전술한 플립형 LED 소자(111)는 정방향 형에 비해 광추출 효율의 증가, 열 방출증가, 신뢰성 증가 및 공정비용의 증가의 특징이 있다.
또한, LED 소자(111)의 활성층은 다중양자우물구조(Multiple Quantum Well, MQW)일 수 있으며, 우물층과 장벽층의 조성 및 두께를 제어하여 필요한 대역의 파장을 얻을 수 있다.
하부본체(112)는 LED 소자(111)가 내부로 실장되는 것으로 수지계열, 세라믹 계열, 또는 실리콘 계열의 재질로 형성될 수 있으며, LED 소자(111)가 방출하는 빛의 효율을 증가시키고, 방열기능과 외부 충격 등으로부터 LED 소자(111)를 보호하는 기능을 수행한다.
리드 프레임(113)은, LED 소자(111)의 n형 GaN층 및 p형 GaN층에 전원을 공급하기 위한 것으로, 일부가 하부본체(112) 및 상부본체(115)의 사이를 관통하여 외측으로 노출되는 형태가 아닌, 하부본체(112)의 전면 및, 일부가 절곡되어 상부본체(115)를 덮는 형태로 LED 패키지(100)의 상부에서 외부로 노출된다. 또한, 와이어(114)를 통해 LED 소자(111)의 양 반도체 패드와 전기적으로 연결되고, 리드 프레임(113)은 측단이 연장된 부분인 외부 노출부(113a)가 PCB 기판(120)상에 형성된 전극라인(122)에 본딩된다.
이러한 리드 프레임(113)의 구조에 따라, 본 발명의 LED 패키지(100)는 종래 하부본체(112) 상부로 높은 반사율을 가지는 금속재질의 리드 프레임(113)이 구비됨으로서, 반사되는 빛의 양이 증가하여 빛의 효율이 종래보다 개선되게 된다.
와이어(114)는 전술한 바와 같이, LED소자(111)와 리드 프레임(130)을 전기적으로 연결하기 위한 것으로 금, 알루미늄 및 구리 중 하나 일 수 있다. 이러한 와이어(114)의 접합방식의 일예로서 금 재질의 와이어의 경우 300℃ 이상의 온도에서 열과 압력을 이용하여 접합하는 열 압착방식이 적용될 수 있으며, 알루미늄 재질의 와이어의 경우 초음파 접합방식이 적용될 수 있다.
상부본체(115)는 하부본체(112)가 상부로 연장된 형태의 동일재질로 구성되며, LED 소자(111)로부터 방출되는 빛의 효율을 더 증가시키기 위해 내측벽에 반사체(116)가 더 포함될 수 있다.
봉지제(117)는 리드 프레임(113)상의 LED 소자(111)의 상부로 이를 덮는 형태로 형성되어, 통상적으로 배합단계, 혼합단계, 토출단계 및 경화단계 등의 공정을 거쳐 제작된다. 이러한 봉지제(117)는 리드 프레임(113)의 내측으로 실장된 구성요소를 물리적으로 보호하고, LED 소자(111)에서 방출하는 빛을 전면으로 확산하는 역할을 한다. 이러한 봉지제(117)는 내자외선성, 내열성 에폭시(epoxy)가 이용되며, 에폭시 이외에도 실리콘(silicon)으로 대체할 수도 있다.
전술한 구조의 LED 패키지(100)로는 각각이 적(Red), 녹(Green), 청(Blue)의 단색광을 발광하는 방식이거나 또는 하나의 패키지가 백색광을 발광하는 방식이 사용될 수 있다.
단색광을 발광하는 LED 패키지(100)가 배치되는 경우, 적, 녹, 청의 단색광 LED 패키지(100)를 교대로 일정한 간격으로 배치하여 이로부터 발광하는 단색광을 백색광으로 혼합한 후 액정패널(130)로 공급하며, 백색광을 발광하는 LED 패키지(100)를 구비하는 경우 복수의 LED 패키지(100)를 일정 간격으로 배치하여 백색광을 액정패널(130)로 공급한다.
또한, 하나의 패키지가 백색광을 발광하는 방식에서, 만약 실장된 LED 소자(111)가 적색광을 발광하는 적색 발광소자이면, 봉지재(117)의 내측으로는 형광물질 및 청색 형광물질로 이루어진 녹청 형광층이 더 포함되며, LED 소자(111)가 녹색광을 발광하는 녹색 발광소자인 경우, 봉지재(117) 내측에는 적색 형광물질 및 청색 형광물질로 이루어진 적청 형광층이 더 포함된다. 또한, 청색광을 발광하는 청색 발광소자인 경우, 봉지재(117) 내측으로 적색 형광물질과 녹색 형광물질로 이루어진 적녹 형광층이 더 포함된다.
또한, 도 5b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 PCB 기판(120)은 , LED 패키지(100)가 본딩되는 위치에 LED 패키지(100)의 크기에 대응하는 음각부(121)가 형성되며, LED 패키지(100)의 상부로 노출되는 부분에 대응하는 전극라인(122)이 형성된다.
전술한 음각부(121)는 LED 패키지(100)의 너비, 폭 및 높이에 대응하는 크기로 형성되며, 깊이는 적어도 PCB 기판 두께의 절반정도로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, LED 패키지(100)의 삽입시 음각부(121) 또는 LED 패키지에 별도의 접착제를 도포하여 LED 패키지(100)와 PCB 기판(120)를 보다 안정적으로 부착할 수 있다.
이러한 구조에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치용 LED 패키지 는 PCB 기판상에 최소한의 두께를 형성하도록 본딩되어 LED 패키지와 광학부재간의 이격공간을 최소화 할 수 있다.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지 및 PCB 기판이 결합한 LED 어레이를 도시한 도면이고, 도 6b는 도 6a에 도시한 LED 어레이 단면을 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 LED 패키지(100)는 다수개가 일렬로 PCB 기판(120)상에 형성된 음각부(121)에 삽입되고, LED 소자(111)와 연결된 리드 프레임(113)의 연장부인 외부 노출부(113a)가 LED 패키지(100)의 상부 양측단에서 PCB 기판(120)상의 전극라인(122)과 본딩된다.
LED 패키지(100)는 장축이 PCB 기판(120)의 길이방향과 평행하도록 일렬로 나란히 배치된다.
전술한 리드 프레임(113)은 LED 패키지(100)의 길이방향으로 기판(120)상에 절곡되어 노출되며, LED 소자(111)와 리드 프레임(113)은 봉지제(117)에 의해 몰딩된다. 또한, 리드 프레임(113)으로 덮히지 않는 내측면에는 반사체(116)가 더 구비되어 LED 소자(111)가 방출하는 빛의 효율을 더 증가시키게 된다.
이러한 LED 패키지(100)는 PCB 기판(120)의 음각부(121)에 삽입되며, 이에 따라 LED 패키지(100)는 PCB(120)기판상에서 거의 돌출되는 면적이 없게 되며(h2), 따라서, PCB 기판(120)과 대향하는 액정표시장치모듈의 도광판(도 4의 141)은 종래보다 더 인접하여 배치될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지의 사시도(a), 평면도(b), 측면도(c) 및 단면도(d)를 도시한 도면이다. 이하의 도면에서는 하나의 패키지에 복수의 LED 소자가 구비되는 LED 패키지의 일예를 도시하였다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 LED 패키지(100)는 세로방향(Y)의 길이가 가로방향(X)의 길이보다 짧은 형태이며, 높이방향(Z)의 길이는 PCB 기판의 음각부보다 적어도 작게 형성된다.
도면을 참조하면, LED 패키지(100)는 하부본체(112)상부에 가로방향(X)으로 일자형 금속이 절곡된 형태인 리드 프레임(113)이 배치되고, 이러한 리드 프레임(113)은 상부본체(115)의 외측을 넘어 일부가 노출되는 노출부(113a)가 각 측단에 형성된다.
이러한 리드 프레임(113)의 구조에 따라, 높은 반사율을 가지는 금속재질인 리드 프레임이 상/하부 본체(112, 115)를 덮게 되어 반사로 의해 높이방향(Z)으로 진행하는 빛의 양이 증가함으로서 빛의 출광효율이 개선되는 이득이 있다.
또한, 측면도를 참조하면, 세로방향(Y)으로 리드프레임(113)이 형성되지 않은 상부본체(115)의 내측벽에는 반사체(116)가 형성되며, LED 소자(111)의 상부 및 리드 프레임(113)이 절곡되어 형성되는 내부에는 봉지제(117)가 형성된다.
도 8a 및 도 8b는 도 7에 도시한 LED 패키지에서 출광되는 빛의 성분 분포를 그래프화한 도면이다.
도시한 바와 같이, 종래 LED 패키지(a)에서는 방출되는 빛이 세로방향(도 7의 Y) 및 높이방향(도 7의 Z)에서 각각 10mm ~ -10mm 범위에 집중되어 있으나, 본 발명의 LED 패키지(b)가 방출하는 빛은 특히 높이방향(도 7의 Z)에서 -20mm ~ 20mm 범위까지 확장되어 보다 높은 빛의 효율을 가지게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.
100 : LED 패키지 111 : LED 소자
112 : 하부본체 113 : 리드프레임
114 : 와이어 115 : 상부본체
116 : 반사체 117 : 봉지제
120 : PCB 기판 121 : 음각부
122 : 전극라인

Claims (13)

  1. LED 소자;
    상기 LED 소자를 실장하는 본체;
    상기 본체의 일면상에 절곡형태를 가지도록 배치되고, 연장부가 상기 본체의 외측으로 노출되는 리드 프레임;
    상기 LED 소자 및 리드 프레임을 전기적으로 연결하는 와이어; 및,
    상기 LED 소자를 몰딩하는 봉지제
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 소자가,
    적색광을 발광하는 적색 발광소자인 경우, 상기 리드 프레임 내측으로 녹색 형광물질 및 청색 형광물질로 이루어진 녹청 형광층;
    녹색광을 발광하는 녹색 발광소자인 경우, 상기 리드 프레임 내측으로 적색 형광물질 및 청색 형광물질로 이루어진 적청 형광층; 또는,
    청색광을 발광하는 청색 발광소자인 경우, 상기 리드 프레임 내측으로 적색 형광물질과 녹색 형광물질로 이루어진 적녹 형광층 중,
    어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 소자는,
    기판;
    상기 기판의 상부에 형성되며 일부영역에 제1 전극을 가지는 n형 GaN층;
    상기 n형 GaN층의 상부에 형성되는 활성층;
    상기 활성층의 상부에 형성되는 p형 GaN층; 및,
    상기 p형 GaN층의 상부에 형성되며 일부영역에 제2 전극을 가지는 투명전극층
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 소자는,
    정방향형 또는 플립형(filp type)인 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 봉지제는,
    에폭시(epoxy) 또는 실리콘(silicon) 계열의 화합물인 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체는, 내측벽에 상기 LED 소자가 방출하는 빛을 LED 패키지의 전면으로 반사시키는 반사체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  7. LED 소자가 실장되는 본체의 전면상에 절곡형태를 가지도록 배치되고 연장부가 상기 본체의 외측으로 노출되는 리드 프레임을 포함하는 LED 패키지; 및,
    상기 LED 패키지가 삽입되는 적어도 하나의 음각부를 가지는 PCB 기판
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 어레이.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 음각부는, 깊이가 상기 LED 패키지의 높이보다 큰 것을 특징으로 하는 LED 어레이.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 음각부 또는 상기 LED 패키지는, 부착을 위한 접착제가 더 도포되는 것을 특징으로 하는 LED 어레이.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 PCB 기판은, 일면에 상기 리드프레임이 전기적으로 연결되는 전극부가 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 어레이.
  11. 액정패널;
    상기 액정패널의 일면방향 측단에 구비되며, LED 소자가 실장되는 본체의 전면상에 절곡형태를 가지도록 배치되고 연장부가 상기 본체의 외측으로 노출되는 리드 프레임을 포함하는 LED 패키지;
    상기 LED 패키지가 삽입되는 적어도 하나의 음각부를 가지는 PCB 기판;
    상기 PCB 기판과 대향하도록 배치되며, 상기 LED 패키지가 방출하는 빛을 광학적 변환을 통해 상기 액정패널에 전달하는 광학기구부재; 및,
    상기 액정패널, PCB기판 및 광학기구부재를 실장하는 기구 구조물
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치모듈.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 광학기구부재는,
    적어도 일측면이 상기 LED 패키지와 마주보도록 배치되어 상기 LED 패키지가 방출하는 빛을 도광하여 상부로 출광시키는 도광판;
    상기 도광판의 상부에 구비되어 출광된 빛을 상기 액정패널의 전 영역으로 확산시키는 확산시트; 및,
    상기 확산시트의 상부에 구비되어 확산된 빛을 전면으로 출사시키는 프리즘 시트
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치모듈.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 기구 구조물은,
    상기 액정패널이 내측으로 안착되는 서포트 메인;
    상기 서포트 메인의 상부로 결합되어 상기 액정패널을 지지 및 고정하는 탑 케이스 및,
    상기 서포트 메인 및 탑 케이스의 하부에서 결합되어 상기 LED 패키지 및 광학기구부재를 실장하는 커버버텀
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치모듈.
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