KR20140089641A - 발광다이오드 패키지 및 이를 갖는 표시 장치 - Google Patents

발광다이오드 패키지 및 이를 갖는 표시 장치 Download PDF

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Abstract

발광다이오드 패키지는 발광다이오드, 절연층, 발광 입자들 및 금속입자들을 포함한다. 상기 발광다이오드는 가시광이 갖는 파장범위의 제1 광을 발생하고, 상기 절연층은 상기 발광다이오드 위에 배치된다. 상기 발광 입자들은 상기 절연층 내에 배치되고, 상기 발광 입자들은 상기 제1 광을 제공받아 상기 제1 광과 상이한 파장을 갖는 제2 광을 발생한다. 또한, 상기 금속 입자들은 상기 절연층 내에 분산되고, 상기 금속 입자들은 상기 제1 및 제2 광들 중 적어도 하나의 광 성분을 제공받아 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance)을 유도하고, 상기 금속 입자들은 상기 표면 플라즈몬 공명을 이용하여 상기 제2 광의 파장범위 내의 피크 파장을 갖는 공명파를 발생한다.

Description

발광다이오드 패키지 및 이를 갖는 표시 장치{LIGHT-EMITTING DIODE PACKAGE AND DISPLAY APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명은 발광다이오드 패키지 및 이를 갖는 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광 효율이 향상된 발광다이오드 패키지 및 이를 광원으로 갖는 표시 장치에 관한 것이다.
최근에, 표시 장치의 광원으로 발광 다이오드를 포함하는 발광다이오드 패키지가 사용되고 있다. 발광 다이오드는 냉음극 형광 램프보다 저전력으로 구동이 가능하며, 고휘도의 광을 발생할 수 있다. 따라서, 발광다이오드 패키지는 표시 장치의 광원뿐만 아니라 일반 조명 장치에도 폭 넓게 적용되고 있다.
한편, 서로 다른 색들을 발광하는 다수의 발광 다이오드들을 조합하여 발광다이오드 패키지로부터 출력되는 광의 색상이 조절될 수 있다. 하지만, 이 경우에, 다수의 발광 다이오드들을 구동하기 위하여 발광다이오드 패키지의 구동 회로가 복잡해질 수 있고, 이에 따라 발광다이오드 패키지의 소형화를 구현하기가 용이하지 않다. 따라서, 발광다이오드 패키지로부터 출력되는 광의 색상을 조절하기 위하여 형광체 및 양자점을 포함하는 발광다이오드 패키지가 개발되고 있다.
형광체 및 양자점은 발광 다이오드로부터 발생되는 광을 제공받아 그 파장을 변경시킨다. 따라서, 발광다이오드 패키지에서 최종 출력되는 광의 색상은 형광체 및 양자점으로부터 발생되는 광의 파장에 의해 조절될 수 있다. 한편, 상술한 형광체 및 양자점을 갖는 발광다이오드 패키지에 있어서, 형광체 및 양자점의 발광 효율이 향상되는 경우에, 발광다이오드 패키지가 소비하는 전력이 보다 감소될 수 있다.
본 발명의 일 목적은 발광 효율이 향상된 발광다이오드 패키지를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상술한 발광다이오드 패키지를 포함하는 표시 장치를 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 발광다이오드 패키지는 발광다이오드, 절연층, 발광 입자들 및 금속입자들을 포함한다. 상기 발광다이오드는 가시광이 갖는 파장범위의 제1 광을 발생하고, 상기 절연층은 상기 발광다이오드 위에 배치된다. 상기 발광 입자들은 상기 절연층 내에 배치되고, 상기 발광 입자들은 상기 제1 광을 제공받아 상기 제1 광과 상이한 파장을 갖는 제2 광을 발생한다.
또한, 상기 금속 입자들은 상기 절연층 내에 분산되고, 상기 금속 입자들은 상기 제1 및 제2 광들 중 적어도 하나의 광 성분을 제공받아 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance)을 유도하고, 상기 금속 입자들은 상기 표면 플라즈몬 공명을 이용하여 상기 제2 광의 파장범위 내의 피크 파장을 갖는 공명파를 발생한다.
상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 표시장치는 광을 출력하는 발광다이오드 패키지 및 상기 광을 제공받아 영상을 표시하는 표시패널을 포함한다.
또한, 상기 발광다이오드 패키지는 발광다이오드, 절연층, 발광 입자들 및 금속입자들을 포함한다. 상기 발광다이오드는 가시광이 갖는 파장범위의 제1 광을 발생하고, 상기 절연층은 상기 발광다이오드 위에 배치된다. 상기 발광 입자들은 상기 절연층 내에 배치되고, 상기 발광 입자들은 상기 제1 광을 제공받아 상기 제1 광과 상이한 파장을 갖는 제2 광을 발생한다.
또한, 상기 금속 입자들은 상기 절연층 내에 분산되고, 상기 금속 입자들은 상기 제1 및 제2 광들 중 적어도 하나의 광 성분을 제공받아 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance)을 유도하고, 상기 금속 입자들은 상기 표면 플라즈몬 공명을 이용하여 상기 제2 광의 파장범위 내의 피크 파장을 갖는 공명파를 발생한다.
본 발명에 따르면, 발광 입자들로부터 발생되는 광 및 금속입자들로부터 발생되는 공명파 간의 광 공명 결합을 이용하여, 발광 입자들의 발광 효율이 향상될 수 있다. 따라서, 발광 다이오드에서 소비되는 전력을 감소시켜 발광 입자들 측으로 제공되는 광의 세기가 감소되더라도, 발광 입자들로부터 충분한 세기의 광이 발생될 수 있으므로 저전력으로 구동이 가능한 발광다이오드 패키지를 제공할 수 있다.
또한, 금속입자들은 발광 다이오드를 커버하는 절연층 내에 발광 입자들의 위치와 상관 없이 분산된다. 따라서, 발광입자들의 발광 효율을 향상시키는 금속입자들을 포함하는 발광다이오드 패키지는 제조에 용이한 구조를 가질 수 있으며, 금속입자들이 발광 입자들과 접촉됨에 따라 발광 입자들의 성분이 화학적으로 변경되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지의 단면도이다.
도 2a는 도 1에 도시된 금속입자들 중 어느 하나의 표면을 확대한 도면이다.
도 2b는 도 1에 도시된 금속입자들 중 어느 하나의 표면을 확대한 도면이다.
도 3a는 도 2b에 도시된 금속 입자의 단면도이다.
도 3b는 금속 입자의 크기 및 금속 입자로부터 발생되는 공명파의 피크 파장의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 패키지를 확대한 도면이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 금속입자들 중 어느 하나의 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 패키지의 단면도이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 도 5a의 일부를 확대한 도면이다.
도 6a 및 도 6b들 각각은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 LED 패키지의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 1에 도시된 LED 패키지를 갖는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 살펴보기로 한다. 상기한 본 발명의 목적, 특징 및 효과는 도면과 관련된 실시예들을 통해서 용이하게 이해될 수 있을 것이다. 다만, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고, 다양한 형태로 응용되어 변형될 수도 있다. 오히려 후술될 본 발명의 실시예들은 본 발명에 의해 개시된 기술 사상을 보다 명확히 하고, 나아가 본 발명이 속하는 분야에서 평균적인 지식을 가진 당업자에게 본 발명의 기술 사상이 충분히 전달될 수 있도록 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명의 범위가 후술될 실시예들에 의해 한정되는 것으로 해석되어서는 안 될 것이다. 한편, 하기 실시예와 도면 상에 동일한 참조 번호들은 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지(Light-Emitting Diode Package, 이하 LED 패키지)의 단면도이고, 도 2a는 도 1에 도시된 금속입자들 중 어느 하나의 표면을 확대한 도면이고, 도 2b는 도 1에 도시된 금속입자들 중 어느 하나의 표면을 확대한 도면이다.
도 1, 도 2a, 및 도 2b를 참조하면, LED 패키지(100)는 몰드(10), 발광 다이오드(LD), 절연층(20), 발광입자들(30), 금속 입자들(50), 제1 전기 단자(E1), 제2 전기 단자(E2), 제1 전극선(W1), 및 제2 전극선(W2)을 포함한다.
상기 몰드(10)는 그 내부에 상기 발광 다이오드(LD)를 수납하는 수납 공간을 갖고, 상부가 개방된 형상을 갖는다. 본 발명의 실시예에서는, 상기 몰드(10)는 절연성 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 몰드(10)는 폴리프탈아미드(Polyphthalamide, PPA)와 같은 플라스틱을 포함할 수 있다.
상기 발광 다이오드(LD)는 상기 몰드(10)의 상기 수납 공간에 수납되어 제1 광(L1)을 발생하고, 상기 제1 광(L1)은 상기 발광 다이오드(LD)의 발광면(ES)을 통해 출사된다. 이 실시예에서는, 상기 발광 다이오드(LD)는 반도체 물질의 PN접합을 포함할 수 있고, 이 경우에, 상기 발광 다이오드(LD)는 상기 PN접합에서 전자 및 정공의 재결합(recombination)에 따라 발생되는 에너지를 상기 제1 광(L1)으로 발생시킨다. 이 실시예에서는, 상기 반도체 물질은 비소화갈륨(GaAs), 인화갈륨(GaP), 및 인화인듐(InP)과 같은 산화물 반도체를 포함할 수 있다.
상기 제1 광(L1)은 가시광이 갖는 파장범위 내의 파장을 가질 수 있고, 이 실시예에서는, 상기 제1 광(L1)은 청색광이 갖는 파장범위 내의 파장을 가질 수 있다. 즉, 일반적으로 자외선은 400nm 미만의 파장을 갖는다고 할 때, 상기 제1 광(L1)은 약 400nm 내지 약 500nm의 파장을 가질 수 있다. 하지만, 본 발명이 상기 제1 광(L1)의 파장의 크기에 한정되는 것은 아니고, 상기 제1 광(L1)은 가시광이 갖는 파장 범위 내에서 녹색광이 갖는 약 500nm 내지 약 580nm의 파장을 가질 수도 있다.
상기 절연층(20)은 상기 몰드(10)의 상기 수납 공간에 채워져 상기 발광 다이오드(LD)를 커버한다. 상기 절연층(20)은 절연성 재료를 포함하고, 상기 절연성 재료는 실리콘 수지 및 에폭시 수지와 같은 광 투과도를 갖는 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 발광 다이오드(LD)로부터 발생되는 상기 제1 광(L1)은 상기 절연층(20)을 투과하여 외부로 출력되거나, 상기 절연층(20) 내에 배치되는 상기 발광 입자들(30) 측에 제공될 수 있다.
상기 제1 전기 단자(E1) 및 상기 제2 전기 단자(E2) 각각은 도전성 재료를 포함한다. 이 실시예에서는, 상기 제1 전기 단자(E1)는 상기 발광 다이오드(LD)의 양극과 전기적으로 연결될 수 있고, 상기 제2 전기 단자(E2)는 상기 발광 다이오드(LD)의 음극과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 전기 단자들(E1, E2) 각각의 일 단부들은 상기 몰드(10)의 상기 수납 공간 내에 위치하고, 상기 제1 및 제2 전기 단자들(E1, E2) 각각의 타 단부들은 상기 몰드(10)의 외부로 인출될 수 있다.
이 실시예에서는, 상기 제1 전극선(W1)은 상기 발광 다이오드(LD)의 양극을 상기 제1 전기 단자(E1)를 전기적으로 연결시킬 수 있고, 상기 제2 전극선(W2)은 상기 발광 다이오드(LD)의 음극을 상기 제2 전기 단자(E2)을 전기적으로 연결시킬 수 있다. 따라서, 상기 제1 전기 단자(E1) 및 상기 제2 전기 단자(E2)가 외부의 전원 발생 장치와 전기적으로 연결되는 경우에, 상기 전원 발생 장치로부터 발생되는 전원이 상기 발광 다이오드(LD)에 제공되어 상기 발광 다이오드(LD)는 상기 제1 광(L1)을 발생할 수 있다.
상기 발광 입자들(30)은 상기 절연층(20) 내부에 배치되고, 도 1 및 도 2b에 도시된 실시예에서는, 상기 발광 입자들(30)은 다수의 형광체들일 수 있다. 상기 발광 입자들(30)은 상기 제1 광(L1)을 제공받아 상기 제1 광(L1)과 상이한 파장을 갖는 제2 광(L2)을 발생시킨다.
상기 발광 입자들(30)은 상기 제1 광(L1)의 파장 및 상기 LED 패키지(100)로부터 출력되는 출사광의 파장에 따라 선택될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 광(L1)이 청색광의 파장범위 내의 파장을 갖고, 상기 출사광이 적색으로 의도된 경우에, 상기 발광 입자들(30)은 상기 제1 광(L1)을 제공받아 적색광의 파장범위 내의 파장을 갖는 광을 발생하는 적색 형광체들일 수 있다.
다른 실시예에서는, 상기 발광 입자들(30)이 상기 절연층(30) 내에 배치되는 양에 따라 상기 출사광의 파장 또는 색상이 조절될 수도 있다. 예를 들면, 상기 제1 광(L1)이 청색광의 파장범위 내의 파장을 갖고, 상기 발광 입자들(30)이 녹색광의 파장범위 내의 파장을 갖는 광을 발생하는 경우에, 상기 절연층(30) 내에 배치되는 상기 발광 입자들(30)의 양이 감소될수록 상기 출사광의 색상은 청색에 가까워질 수 있고, 상기 절연층(30) 내에 배치되는 상기 발광 입자들(30)의 양이 증가할수록 상기 출사광의 색상은 녹색에 가까워질 수 있다.
상기 금속입자들(50)은 상기 절연층(20) 내에 분산된다. 보다 상세하게는, 이 실시예에서, 상기 금속입자들(50)은 상기 절연층(20) 내에 랜덤하게 분산될 수 있다. 즉, 상기 금속입자들(50)의 위치는 상기 발광 입자들(30)의 위치와 관련되지 않으므로, 상기 발광다이오드 패키지(100)의 제조 방법 측면에서 상기 금속입자들(50)을 상기 절연층(20) 내에 용이하게 형성할 수 있다. 따라서, 상기 절연층(20) 내에서 상기 금속입자들(50)의 대부분은 상기 발광입자들(30)과 이격될 수 있으나, 상기 금속입자들(50)이 상기 절연층(20) 내에 랜덤하게 분산됨에 따라 상기 금속입자들(50)의 일부는 상기 발광 입자들(30)의 표면에 배치될 수도 있다.
이 실시예에서는, 상기 발광 입자들(30) 및 상기 금속입자들(50)의 중량비는 100: 0.005 내지 100:5일 수 있고, 보다 상세하게는, 100:0.005 내지 100:0.1일 수 있다. 상기 발광 입자들(30)의 중량을 기준으로 상기 금속 입자들(50)의 중량비가 0.005 중량% 미만인 경우에, 후술될 광 공명 결합에 의해 상기 발광 입자들(30)의 발광 효율이 향상되는 효과가 미비할 수 있다. 또한, 상기 발광 입자들(30)의 중량을 기준으로 상기 금속 입자들(50)의 중량비가 5 중량%를 초과하는 경우에, 상기 금속입자들(50)이 갖는 광 반사 특성으로 인해 상기 LED 패키지(100)로부터 출력되는 광의 광량이 감소될 수 있다.
이하, 상기 금속입자들(50)의 구조 및 기능을 보다 상세히 설명하기 위하여 상기 금속입자들(50) 중 하나를 그 예로서 설명하고, 나머지 금속입자들에 대한 설명은 생략된다.
상기 금속입자(50)는 금속 재료를 포함하여 입자 형상을 가질 수 있다. 도 1 및 도 2b에서는 상기 금속입자(50)가 구형의 입자 형상으로 도시되었으나, 상기 금속입자(50)는, 구형 외에, 막대, 4면체, 6면체, 및 8면체와 같은 다양한 형상을 가질 수도 있다. 또한, 상기 금속입자(50)는 금, 은, 알루미늄, 백금, 팔라듐, 카드뮴, 코발트, 루테늄, 구리, 인듐, 니켈, 및 철을 포함하거나, 이 금속들을 적어도 하나 포함하는 합금을 포함할 수 있다.
한편, 상기 금속입자(50)의 표면에는 전자들이 집단적으로 진동하는 현상, 소위, 표면 플라즈몬(surface plasmon)이 발생될 수 있고, 상기 표면 플라즈몬에 의해 전자기파의 일종인 표면 플라즈몬 파(surface plamon wave, PP)가 생성될 수 있다. 상기 표면 플라즈몬 파(PP)는 전자기파의 일종으로, 공간에서 랜덤한 방향으로 진행하는 일반적인 전자기파와는 달리, 상기 표면 플라즈몬 파(PP)는 상기 금속입자(50)의 표면을 따라 진행할 수 있다.
상기 제1 광(L1) 및 상기 제2 광(L2) 중 적어도 어느 하나의 광 성분이 상기 금속 입자(50) 측에 입사할 때, 상기 광 성분을 입사광(IL)으로 정의하고, 상기 입사광(IL)이 상기 금속 입자(50)에 입사되는 각, 보다 상세하게는, 상기 금속 입자(50)의 표면에 수직인 법선(PL) 및 상기 입사광(IL) 간의 각을 입사각(IA)으로 정의할 때, 상기 입사각(IA)의 특정 값에 대응하여 상기 입사광(IA)과 상기 표면 플라즈몬 파(PP)의 위상이 서로 일치할 수 있다. 이 경우에, 상기 입사광(IA)의 에너지는 상기 금속 입자(50)에 흡수되고, 그 결과, 상기 계면에 수직한 방향의 전기장 분포는 지수 함수적으로 증가하는 반면에, 상기 금속 입자(50)의 내측으로 갈수록 급격히 감소하는 현상이 발생된다. 상기 현상을 소위 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance)이라고 하고, 상기 표면 플라즈몬 공명이 발생될 때 상기 입사각(IA)을 공명각(surface plasmon resonance angle, RA)이라고 한다.
이 경우에, 상기 표면 플라즈몬 공명에 의해 상기 금속 입자(50)의 표면에 국부적 전기장(localized field)이 발생되고, 이에 따라, 상기 금속 입자(50)로부터 공명파(L3)가 발생될 수 있다. 상기 금속 입자(50)로부터 상기 공명파(L3)가 발생되는 경우에, 상기 공명파(L3)의 피크 파장이 상기 제2 광(L2)의 파장 범위 내에 있는 경우에, 상기 공명파(L3)에 의해 상기 제2 광(L2)이 증폭되는 현상, 소위, 광 공명 결합(resonant coupling of light)이 발생된다.
이 경우에, 상기 광 공명 결합에 의해 상기 제2 광(L2)의 세기(intensity)가 향상될 수 있어, 상기 발광 입자들(30)은 상기 광 공명 결합에 의해 발광 효율이 향상되어 상기 발광 입자들(30)로부터 발생되는 상기 제2 광(L2)의 세기(intensity)가 증가될 수 있다. 따라서, 상기 제1 광(L1)의 세기가 감소되더라도, 상기 광 공명 결합에 의해 충분한 세기의 상기 제2 광(L2)을 확보할 수 있으므로, 상기 발광 다이오드(LD)에서 소비되는 전력을 감소시킬 수 있다.
도 3a는 도 2b에 도시된 금속 입자의 단면도이고, 도 3b는 금속 입자의 크기 및 금속 입자로부터 발생되는 공명파의 피크 파장의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2b, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 제1 내지 제3 그래프들(G1, G2, G3)에서는 금을 포함하는 금속 입자(50)가 그 크기(T1)에 따라 상기 금속 입자(50)로부터 발생되는 공명파(L3)의 세기의 상대값이 arbitrary unit 단위로 도시된다.
상기 제1 그래프(G1)를 참조하면, 상기 금속 입자(50)의 상기 크기(T1)가 약 20nm인 경우에, 상기 금속 입자(50)의 상기 공명파(L3)의 피크 파장은 약 510nm 내지 약 530nm 범위 내에 있다. 따라서, 상기 금속 입자(50)의 상기 크기(T1)가 약 20nm인 경우에, 상기 공명파(L3)의 피크 파장은 녹색광의 파장 범위인 약 500nm 내지 약 580nm 내에 있다.
상기 제2 그래프(G2)를 참조하면, 상기 금속 입자(50)의 상기 크기(T1)가 약 50nm인 경우에, 상기 금속 입자(50)의 상기 공명파의 피크 파장은 약 530nm 내지 약 550nm 범위 내에 있다. 따라서, 상기 금속 입자(50)의 상기 크기(T1)가 약 50nm인 경우에, 상기 공명파의 피크 파장은 녹색광의 파장 범위인 약 500nm 내지 약 580nm 내에 있다.
상기 제3 그래프(G3)를 참조하면, 상기 금속 입자(50)의 상기 크기(T1)가 약 80nm인 경우에, 상기 금속 입자(50)의 상기 공명파의 피크 파장은 약 550nm 내지 약 570nm 범위 내에 있다. 따라서, 상기 금속 입자(50)의 상기 크기(T1)가 약 80nm인 경우에, 상기 공명파의 피크 파장은 녹색광의 파장 범위인 약 500nm 내지 약 580nm 내에 있다.
즉, 상기 제1 내지 제3 그래프들(G1, G2, G3)이 나타내는 결과를 참조하면, 상기 금속 입자(50)의 상기 크기(T1)에 따라 상기 금속 입자(50)로부터 발생되는 상기 공명파의 피크 파장의 범위가 변경된다. 따라서, 상기 공명파의 피크 파장이 발광 입자들(도 2b의 30)의 파장 범위 내에 있도록 상기 공명파의 피크 파장을 조절하는 경우에, 앞서 상술한 상기 공명파 및 상기 발광 입자들로부터 발생되는 광 간의 광 공명 결합을 용이하게 유도할 수 있다.
아래 표 1은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 상기 금속 입자(50)의 재료, 크기, 및 상기 공명파의 피크 파장 범위를 나타낸 것이다.

구분
금속입자의 재료
크기
공명파의 피크파장의 범위
비고

제1실시예
금(Au)
5nm ~ 100nm
500nm ~ 580nm
녹색광 파장범위

제2실시예
금(Au)
1nm ~ 150nm
430nm ~ 600nm
가시광 파장범위

제3실시예
알루미늄(Al)
5nm ~ 100nm
400nm ~ 550nm
청색광 및 녹색광 파장범위

제4실시예
은(Ag)
1nm ~ 150nm
430nm ~ 600nm
가시광 파장범위
표 1의 제1 실시예를 참조하면, 상기 금속 입자(50)가 금을 포함하여 상기 크기(T1)가 약 5nm 내지 약 100nm인 경우에, 상기 금속입자(50)로부터 발생되는 상기 공명파(L3)의 피크파장의 범위는 녹색광 파장 범위인 약 500nm 내지 약 580nm 내에 있을 수 있다. 따라서, 상기 발광입자들(30)을 녹색 형광체들로 구현하는 경우에, 상기 공명파(L3) 및 상기 발광입자들(30)로부터 발생되는 제2 광(L2) 간의 상기 광 공명 결합을 용이하게 유도할 수 있다.
표 1의 제2 실시예를 참조하면, 상기 금속 입자(50)가 금을 포함하여 상기 크기(T1)가 약 1nm 내지 약 150nm인 경우에, 상기 금속입자(50)로부터 발생되는 상기 공명파(L3)의 피크파장의 범위는 가시광 파장 범위인 약 430nm 내지 약 600nm 내에 있을 수 있다. 일 수 있다. 이 때, 상기 공명파(L3)의 파장범위는 가시광 파장 범위 내에 있다.
표 1의 제3 실시예를 참조하면, 상기 금속 입자(50)가 알루미늄을 포함하여 상기 크기(T1)가 약 5nm 내지 약 100nm인 경우에, 상기 금속입자(50)로부터 발생되는 상기 공명파(L3)의 피크파장의 파장는 청색광 및 녹색광 파장범위인 약 400nm 내지 약 550nm 내에 있을 수 있다.
표 1의 제4 실시예를 참조하면, 상기 금속 입자(50)가 은을 포함하여 상기 크기(T1)가 약 1nm 내지 약 150nm인 경우에, 상기 금속입자(50)로부터 발생되는 상기 공명파(L3)의 피크파장의 범위는 가시광 파장범위인 약 430nm 내지 약 600nm 내에 있을 수 있다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 패키지를 확대한 도면이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 금속입자들 중 어느 하나의 단면도이다. 도 4a 및 도 4b를 설명함에 있어서, 앞서 도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명된 구성요소들에 대해서는 도면 부호를 병기하고, 상기 구성요소들에 대한 중복된 설명은 생략된다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, LED 패키지(101)는 발광 다이오드(LD), 발광 입자들(30) 및 금속 입자들(50)을 포함하고, 이 실시예에서는 상기 금속 입자들(50) 각각은 유전체층(55)으로 코팅될 수 있다.
상기 유전체층(55)은 광 투과성을 갖는 절연물질을 포함할 수 있고, 이 실시예에서는, 상기 유전체층(55)은 질화물 또는 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 산화물은 타이타늄 옥사이드, 실리콘 옥사이드, 마그네슘 옥사이드, 알루미늄 옥사이드, 및 이트륨 옥사이드 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 질화물은 실리콘 나이트라이드 및 알루미늄 나이트라이드 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 상기 유전체층(55)의 두께(T2)는 약 1nm 내지 500nm일 수 있다. 또한, 상기 유전체층(55)의 상기 두께(T2)가 상술한 범위 내에서 조절되는 경우에, 상기 유전체층(55)의 상기 두께(T2)에 따라 앞서 도 2b를 참조하여 설명한 상기 금속입자들(50)의 공명파(도 2b의 L3)의 피크파장의 범위를 변경시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 금속 입자들(50) 각각이 금을 포함하여 약 80나노미터의 크기를 갖는 경우에, 상기 금속 입자들(50)에서 상기 유전체층(55)이 생략될 때 상기 공명파(L3)의 파장은 약 550nm이고, 상기 유전체층(55)의 상기 두께(T2)가 약 1nm 내지 약 500nm 범위 내에서 증가될수록 상기 공명파(L3)의 파장은 약 수십nm 증가될 수 있다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 실시예에서는, 상기 금속 입자들(50) 각각은 유전체층(55)으로 코팅된다. 하지만, 다른 실시예에서는, 상기 금속 입자들(50)의 일부가 상기 유전체층(55)으로 코팅될 수 있고, 상기 금속 입자들(50)의 다른 일부는 상기 유전체층(55)으로 코팅되지 않을 수도 있다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 패키지(102)의 단면도이고, 도 5b는 도 5a에 도시된 도 5a의 일부를 확대한 도면이다. 도 5a 및 도 5b를 설명함에 있어서, 앞서 도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명된 구성요소들에 대해서는 도면 부호를 병기하고, 상기 구성요소들에 대한 중복된 설명은 생략된다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, LED 패키지(102)는 절연층(20) 내부에 분산되는 발광 입자들(60)을 포함하고, 이 실시예에서는, 상기 발광 입자들(60)은 다수의 양자점들(quantum dots)일 수 있다. 상기 다수의 양자점들(60)은 발광 다이오드(LD)로부터 발생된 제1 광(L1)을 제공받아 상기 제1 광(L1)과 상이한 파장을 갖는 제2 광(L2`)을 발생시킨다. 이 실시예에서, 상기 다수의 양자점들(60) 각각의 크기는 수 나노미터 내지 수백 나노미터의 크기를 가질 수 있고, 상기 다수의 양자점들(60)의 크기가 작을수록 상기 제2 광(L2`)의 파장은 작아질 수 있고, 상기 다수의 양자점들(60)의 크기가 클수록 상기 제2 광(L2`)의 파장은 증가될 수 있다.
앞서 도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명된 실시예와 마찬가지로, 도 5a 및 도 5b에 도시된 실시예서도 상기 금속 입자들(30)로부터 발생되는 공명파(L3)의 피크파장이 상기 발광입자들(60)로부터 발생되는 상기 제2 광(L2`)의 파장범위 내에 있는 경우에, 상기 공명파(L3) 및 상기 제2 광(L2`) 간에 광 공명 결합이 발생될 수 있다. 따라서, 상기 광 공명 결합에 의해 상기 제2 광(L2`)의 세기(intensity)가 향상될 수 있어, 상기 발광 입자들(30)은 상기 광 공명 결합에 의해 발광 효율이 향상되어 상기 발광 입자들(30)로부터 발생되는 상기 제2 광(L2`)의 세기(intensity)가 증가될 수 있다.
이 실시예에서는, 상기 발광입자들(60)은 양자점들이나, 다른 실시예에서는 상기 발광입자들(60)은 양자점들 및 형광체들일 수 있고, 이 경우에, 상기 발광입자들(60)은 절연층(20) 내에 양자점들 및 형광체들이 랜덤하게 분산되며, 상기 양자점들 및 상기 형광체들로부터 발생되는 광 및 상기 공명파(L3) 간의 상기 광 공명 결합을 유도할 수 있다.
이 실시예에서는, 상기 발광 입자들(60) 및 상기 금속입자들(50)의 중량비는 100: 0.1 내지 100:5일 수 있고, 보다 상세하게는, 100:0.1 내지 100:1일 수 있다. 상기 발광 입자들(60)의 중량을 기준으로 상기 금속 입자들(50)의 중량비가 0.1 중량% 미만인 경우에, 상술한 광 공명 결합에 의해 상기 발광 입자들(60)의 발광 효율이 향상되는 효과가 미비할 수 있다. 또한, 상기 발광 입자들(60)의 중량을 기준으로 상기 금속 입자들(50)의 중량비가 5 중량%를 초과하는 경우에, 상기 금속입자들(60)이 갖는 광 반사 특성으로 인해 상기 LED 패키지(102)로부터 광 취출 효과가 저하될 수 있다.
도 6a 및 도 6b들 각각은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 LED 패키지의 단면도이다. 도 6a 및 도 6b를 설명함에 있어서, 앞서 도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명된 구성요소들에 대해서는 도면 부호를 병기하고, 상기 구성요소들에 대한 중복된 설명은 생략된다.
도 6a를 참조하면, LED 패키지(103)는 절연층(20) 내부에 분산된 발광 입자들(30) 및 금속 입자들(50)을 포함한다. 도 1에 도시된 실시예와 달리, 도 6a에 도시된 실시예에서는 상기 절연층(20) 내에서 상기 금속 입자들(50)은 상기 발광입자들(30)의 하부에 분산된다. 따라서, 상기 금속 입자들(50)은 상기 절연층(20) 내부에서 상기 발광 입자들(30) 보다 발광 다이오드(LD)에 인접하여 배치될 수 있다.
도 6b를 참조하면, LED 패키지(104)는 절연층(20) 내부에 분산된 발광 입자들(30) 및 금속 입자들(50)을 포함한다. 도 1에 도시된 실시예와 달리, 도 6b에 도시된 실시예에서는 상기 금속입자들(50)은 상기 절연층(20)의 내에서 상기 발광입자들(30)을 사이에 두고 상기 발광입자들(30)의 하부 및 상기 발광입자들(30)의 상부에 분산된다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 실시예들에서는, 상기 절연층(20) 내에서 상기 발광입자들(30) 및 상기 금속입자들(50)이 랜덤하게 분산되지 않고, 상기 절연층(20) 내에서 상기 발광입자들(30) 및 상기 금속입자들(50)이 위치가 한정되는 경우로, 이 경우에도 앞서 상술한 실시예들과 마찬가지로 광 공명 결합에 의해 상기 발광입자들(30)의 발광효율이 향상되는 효과가 발생될 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 1에 도시된 LED 패키지를 갖는 액정표시장치의 분해 사시도이다.
도 7을 참조하면, 표시 장치(600)는 백라이트 어셈블리(500) 및 표시패널(520)을 포함한다. 상기 백라이트 어셈블리(500)는 광을 발생하고, 상기 표시패널(520)은 상기 광을 이용하여 영상을 표시한다.
상기 백라이트 어셈블리(500)는 LED 패키지(100), 인쇄회로기판(150), 수납용기(580), 반사판(570), 열전달 부재(575), 도광판(550), 다수의 시트들(540), 몰드 프레임(530) 및 커버부재(510)를 포함한다.
상기 LED 패키지(100)는 상기 표시패널(520)이 영상을 표시하는 데 사용되는 광을 발생한다. 상기 LED 패키지(100)는 앞서 도 1, 도 2a 및 도 2b을 참조하여 설명된 LED 패키지(도 1의 100)과 동일한 구조를 가지므로, 상기 LED 패키지(100)의 구조에 대한 구체적인 설명은 생략된다.
상기 LED 패키지(100)는 다수로 제공되어 상기 인쇄회로기판(150) 위에 실장되고, 상기 LED 패키지(100)는 상기 인쇄회로기판(150)을 통해 제공되는 전원에 의해 발광할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는, 상기 LED 패키지(100)가 실장된 상기 인쇄회로기판(150)은 상기 도광판(550)의 일 측부와 마주하도록 배치될 수 있다.
상기 수납용기(580)는 바닥부 및 상기 바닥부로부터 연장된 다수의 측벽들을 구비하여, 상기 백라이트 어셈블리(500)의 구성 요소들을 수납한다. 본 발명의 실시예에서는, 상기 LED 패키지(100)으로부터 발생된 열을 외부로 용이하게 방출하기 위하여 상기 수납용기(580)는 금속 재료를 포함할 수 있다.
상기 도광판(550)은 상기 수납용기(580)에 수납되어 일 측부가 상기 LED 패키지들(100)과 마주한다. 따라서, 상기 LED 패키지들(100) 각각의 발광면(도 1의 ES)은 상기 도광판의 측부와 마주하여, 상기 발광면으로부터 출사된 광은 상기 도광판(550)의 측부를 통해 입사될 수 있다. 또한, 상기 도광판(550) 측으로 입사된 광은 상기 도광판(550)에 형성된 광가이드 패턴(미도시)에 의해 외부로 출사되어 상기 표시패널(520) 측으로 제공될 수 있다.
상기 반사판(570)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 및 알루미늄과 같은 광을 반사하는 물질을 포함하여 상기 수납용기(580)의 바닥부 및 상기 도광판(550) 사이에 배치된다. 따라서, 상기 다수의 LED 패키지들(101)으로부터 발생되어 상기 도광판(550) 측으로 입사되지 못한 광은 상기 반사판(570)에 의해 반사된 후 상기 도광판(550)에 입사될 수 있다.
상기 몰드 프레임(530)은 상기 수납 용기(580)와 결합되어 상기 도광판(550)의 가장자리를 상기 수납 용기(580)에 지지한다. 상기 몰드 프레임(530)의 일부분은 상기 수납용기(580)의 바닥부와 나란한 방향으로 연장되어 상기 다수의 시트들(540) 및 상기 표시패널(520)이 상기 몰드 프레임(530) 위에 안착될 수 있다.
상기 다수의 시트들(540)은 상기 표시 패널(520)의 상부에 배치된다. 상기 다수의 시트들(540)은 상기 도광판(550)으로부터 출사되어 상기 표시 패널(520) 측으로 입사되는 광의 경로를 조절하는 광학 시트들 및 상기 표시 패널(520)의 표면을 보호하는 보호 시트를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는, 상기 다수의 시트들(540)은 상기 표시 패널(520)의 배면을 보호하는 보호 시트(541), 정면에서의 휘도를 향상시키는 프리즘 시트(543), 및 광을 확산시키는 확산 시트(545)를 포함할 수 있다.
상기 표시패널(520)은 상기 백라이트 어셈블리(500)로부터 발생된 광을 제공받아 영상을 표시한다. 이 실시예에서는, 상기 표시 패널(520)은 액정표시패널일 수 있고, 이 경우에, 상기 표시 패널(520)은 다수의 화소 전극들을 갖는 제1 기판(521), 공통 전극을 갖는 제2 기판(522), 및 상기 제1 기판(521)과 상기 제2 기판(522) 사이에 개재된 액정층(미도시)을 포함할 수 있다.
커버 부재(510)는 상기 표시 패널(520)의 표시 영역이 노출되도록 그 일부가 개구되고, 상기 표시패널(520)의 테두리를 커버하여 상기 수납 용기(580)와 결합된다. 상기 커버 부재(510)가 상기 수납 용기(580)에 체결됨에 따라, 상기 수납 용기(580)의 내부에 상기 백라이트 어셈블리(500)의 구성 요소들이 안정적으로 수납될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
LD: 발광 다이오드 10: 몰드
20: 절연층 30: 발광 입자들
50: 금속 입자들 55: 유전체층
100: 발광 다이오드 패키지 500: 백라이트 어셈블리

Claims (20)

  1. 가시광이 갖는 파장범위의 제1 광을 발생하는 발광다이오드;
    상기 발광다이오드 위에 배치되는 절연층;
    상기 절연층 내에 배치되고, 상기 제1 광을 제공받아 상기 제1 광과 상이한 파장을 갖는 제2 광을 발생하는 발광 입자들; 및
    상기 절연층 내에 분산되고, 상기 제1 및 제2 광들 중 적어도 하나의 광 성분을 제공받아 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance)을 유도하고, 상기 표면 플라즈몬 공명을 이용하여 상기 제2 광의 파장범위 내의 피크 파장을 갖는 공명파를 발생하는 금속 입자들을 포함하는 발광다이오드 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 광의 파장은 청색광의 파장범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 금속 입자들 각각의 크기는 1nm 내지 500nm인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 금속 입자들 중 적어도 어느 하나는 금을 포함하여 1nm 내지 150nm의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 금속입자들 중 적어도 어느 하나는 은을 포함하여 1nm 내지 150nm의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속입자들 중 적어도 어느 하나의 표면에 코팅되는 유전체층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 유전체층의 두께는 1nm 내지 500nm인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 절연층 내에서 상기 금속입자들은 상기 발광입자들의 하부에 분산되어 상기 발광입자들보다 상기 발광다이오드에 인접한 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 절연층 내에서 상기 금속입자들은 상기 발광입자들을 사이에 두고 상기 발광입자들의 하부 및 상기 발광입자들의 상부에 분산된 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 발광 입자들은 형광체들인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 발광 입자들 및 상기 금속입자들의 중량비는 100: 0.005 내지 100: 5인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 발광 입자들은 양자점들인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 발광 입자들 및 상기 금속입자들의 중량비는 100: 0.1 내지 100: 5인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  14. 광을 출력하는 발광다이오드 패키지; 및
    상기 광을 제공받아 영상을 표시하는 표시패널을 포함하고,
    상기 발광다이오드 패키지는,
    가시광이 갖는 파장범위의 제1 광을 발생하는 발광다이오드;
    상기 발광다이오드 위에 배치되는 절연층;
    상기 절연층 내에 배치되고, 상기 제1 광을 제공받아 상기 제1 광과 상이한 파장을 갖는 제2 광을 발생하는 발광 입자들; 및
    상기 절연층 내에 분산되고, 상기 제1 및 제2 광들 중 적어도 하나의 광 성분을 제공받아 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance)을 유도하고, 상기 표면 플라즈몬 공명을 이용하여 상기 제2 광의 파장범위 내의 피크 파장을 갖는 공명파를 발생하는 금속 입자들을 포함하는 표시 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 제1 광의 파장은 청색광의 파장범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 금속 입자들 각각의 크기는 1nm 내지 500nm인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 금속 입자들 중 적어도 어느 하나는 금을 포함하여 1nm 내지 150nm 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 금속입자들 중 적어도 어느 하나는 은을 포함하여 1nm 내지 150nm 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  19. 제 14 항에 있어서, 상기 발광다이오드 패키지는,
    상기 금속입자들 중 적어도 어느 하나의 표면에 코팅되는 유전체층을 더 포함하고,
    상기 유전체층의 두께는 1nm 내지 500nm인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  20. 제 14 항에 있어서, 상기 발광 입자들은 형광체 및 양자점 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
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