KR20160069037A

KR20160069037A - 발광 다이오드 패키지 및 이를 구비한 액정표시장치

Info

Publication number: KR20160069037A
Application number: KR1020140173862A
Authority: KR
Inventors: 임재익; 이승준
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2014-12-05
Filing date: 2014-12-05
Publication date: 2016-06-16
Also published as: KR102431684B1

Abstract

본 발명은, 온도 증가에 따라 스스로 LED 칩으로 인가되는 전류를 낮춤으로서 내부 온도를 낮추는 기능을 갖는 발광 다이오드 패키지 및 이를 구비한 액정표시장치에 관한 것으로, 서로 이격하며 제 1 부분 및 제 2 부분으로 이루어진 리드 프레임과, 상기 리드 프레임 상부에 구비되며 상기 리드 프레임의 제 1 및 제 2 부분과 각각 제 1 및 제 2 와이어를 통해 연결된 LED 칩과, 상기 리드 프레임의 제 1 및 제 2 부분 사이에 구비된 써미스터(thermistor)와, 상기 리드 프레임의 제 1 부분과 일 끝단이 연결되고, 특정 온도 이상이 되면 상기 써미스터에 타 끝단이 접촉하는 형상기억합금으로 이루어진 제 3 와이어와, 상기 LED 칩을 둘러싸는 형태로 상기 리드 프레임 상면에 구비된 패키지 하우징과, 상기 패키지 하우징 내부를 채우며 상기 LED 칩을 덮으며 구비된 형광체를 포함하는 발광 다이오드 패키지 및 이를 구비한 액정표시장치를 제공한다.

Description

발광 다이오드 패키지 및 이를 구비한 액정표시장치{Lighting emitting diode package and liquid crystal display device including the same}

본 발명은 발광다이오드 패키지 및 이를 구비한 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 온도 증가에 따라 스스로 LED 칩으로 인가되는 전류를 낮춤으로서 내부 온도를 낮추는 기능을 갖는 발광 다이오드 패키지 및 이를 구비한 액정표시장치에 관한 것이다.

일반적으로 발광 다이오드(light emitting diode, 이하 LED라 함)라 함은 GaAs, AlGaAs, GaN, InGaN 및 AlGaInP등의 화합물 반도체(compound semiconductor) 재료의 변경을 통해 발광원을 구성함으로써 다양한 색을 구현할 수 있는 반도체 소자를 말한다.

이러한 LED 소자의 특성을 결정하는 기준으로는 색(color) 및 휘도, 휘도 세기 등이 있다. 이러한 LED 소자의 발광특성은 1차적으로는 LED소자에 사용되고 있는 화합물 반도체 재료에 의해 결정되며, 2차적으로 LED 칩을 실장하기 위한 패키지의 구조에 의해서도 큰 영향을 받는다.

이러한 LED 패키지는 근래 들어 그 사용 범위가 실내외 조명장치, 자동차 헤드라이트, 액정표시장치(Liquid Crystal Display)의 백라이트 유닛(back light unit) 등 다양한 분야로 확대됨에 따라 고효율 특성이 필요하게 되었다.

특히, 상기 LED 패키지가 LED PCB 등에 장착되어 액정표시장치의 백라이트 유닛으로 이용될 경우, 상기 LED 패키지는 더욱더 큰 휘도 특성이 요구되고 있다.

이렇게 LED 패키지가 큰 휘도 특성을 갖도록 하기 위해서는 타 응용제품 대비 상대적으로 더 큰 전류를 공급하도록 설계되어야 한다.

한편, LED 패키지가 백라이트 유닛의 일 구성요소로 구비된 액정표시장치는 TV, 노트북, 핸드폰 및 차량용 표시장치 또는 네비게이션 등으로 최종 제품화되고 있다.

이때, 이러한 액정표시장치가 특히 차량용 표시장치 또는 네비게이션으로 쓰일 경우, 상온 보다 매우 높은 수준의 온도 70 내지 95℃ 정도의 온도 분위기에서도 동작되어야 한다.

한편, LED 패키지가 이렇게 외부 환경의 고온의 분위기에서 동작되는 경우 칩화되어 구비되는 LED 특성상 LED 칩의 열화가 촉진됨으로서 휘도 저하가 발생되고, 나아가 이에 의해 수명이 단축되는 문제가 발생한다.

더욱이 LED 패키지는 고온의 분위기에서 동작하지 않고 상온에서 동작한다 하더라도 가동 시간이 지남에 따라 발열됨으로서 LED 패키지 자체의 온도가 상승되고 있다.

이렇게 LED 패키지 자체 발열 또는 주위 온도 분위기 상 LED 패키지 자체의 온도가 높아지면 LED 패키지 자체의 열화 및 수명 단축의 문제가 발생하므로 상기 LED 패키지를 구비한 액정표시장치에 있어서는 상기 LED 패키지가 실장되는 LED PCB 상에 써미스터(thermistor)를 더 실장하고 있으며, 그 이외에 상기 LED 패키지의 온도를 측정하기 위한 온도 감지 센서 등이 구비되고 있다.

따라서 상기 온도 센서에 의해 상기 LED 패키지의 온도를 측정 관리되고 특정 온도보다 높게 되는 경우 상기 저항 특성을 갖는 써미스터를 통해 상기 LED 패키지에 전류를 인가하게 됨으로서 최종적으로 상기 LED 패키지로 인가되는 전류를 낮추어 상기 LED 패키지의 발열을 낮춤으로서 그 내부 온도를 낮춤으로서 LED 패키지를 보호하고 있다.

하지만, 이러한 LED 패키지를 구비한 액정표시장치의 경우, 상기 LED 패키지가 실장되는 LED PCB에 대해 별도의 써미스터와 이를 LED와 전기적으로 연결을 위한 회로가 구현되어야 하므로 이러한 별도의 써미스터 및 이와 연결된 회로 구성을 위해 LED PCB 내에서 별도의 면적을 필요로 하고 있다.

이 경우, LED PCB는 통상 경량방형의 액정표시장치 구현을 위해 도광판의 두께 정도의 폭을 갖도록 형성됨으로서 상기 써미스터와 이와 연결된 회로 구성의 여분이 없으므로 면적 확장 없이 이중 레이어 구조로하여 상부 레이어에는 LED 패키지와 이를 위한 회로 및 써미스터를 실장하고, 하부 레이어에는 상기 써미스커와 연결된 회로가 구성되도록 하고 있다.

하지만 이러한 LED 패키지가 실장되는 LED PCB를 써미스터 및 회로 구현을 위해 이중 레이어로 구성할 경우 그 단가가 상승되어 액정표시장치의 제조 비용을 상승시키게 됨으로 가격 경쟁력을 저하시키는 문제가 발생되고 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로, 온도 상승 시 그 자체적으로 특정 온도 이상이 되면 그 내부로 흐르는 전류를 낮춰 발열량을 저감시켜 LED의 특성 저하 및 수명 저감을 억제할 수 있는 LED 패키지와 이를 실장하는 단일 레이어 구조의 LED PCB를 구비함으로서 제조 비용을 저감시킬 수 있는 액정표시장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지는, 서로 이격하며 제 1 부분 및 제 2 부분으로 이루어진 리드 프레임과, 상기 리드 프레임 상부에 구비되며 상기 리드 프레임의 제 1 및 제 2 부분과 각각 제 1 및 제 2 와이어를 통해 연결된 LED 칩과, 상기 리드 프레임의 제 1 및 제 2 부분 사이에 구비된 써미스터(thermistor)와, 상기 리드 프레임의 제 1 부분과 일 끝단이 연결되고, 특정 온도 이상이 되면 상기 써미스터에 타 끝단이 접촉하는 형상기억합금으로 이루어진 제 3 와이어와, 상기 LED 칩을 둘러싸는 형태로 상기 리드 프레임 상면에 구비된 패키지 하우징과, 상기 패키지 하우징 내부를 채우며 상기 LED 칩을 덮으며 구비된 형광체를 포함한다.

이때, 상기 써미스터는 온도가 증가함에 따라 저항 값이 증가하는 양성 온도계수 써미스터인 것이 특징이다.

또한, 상기 제 3 와이어의 타 끝단은 곧은 직선 형태이거나, 1회 이상 절곡되어 지그재그 형태를 갖거나, 상기 써미스터와 면접촉을 할 수 있도록 판 형태를 이루는 것이 특징이다.

그리고 상기 써미스터는 원통형, 구형, 판 형태, 사각기둥 형태, 타원구 형태, 다면체 중 어느 하나의 형태를 이루거나, 1회 이상 절곡되어 다수의 절곡부를 가지는 것이 특징이다.

본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드 어셈블리는, 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 따른 발광 다이오드 패키지와, 홈이 구비된 단일 레이어 구조의 LED 인쇄회로기판을 포함하며, 상기 LED 패키지는 상기 인쇄회로기판의 상기 홈과 중첩하는 부분에 실장되는 것이 특징이다.

본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 제 5 항에 따른 발광 다이오드 어셈블리를 포함하는 백라이트 유닛과, 상기 백라이트 유닛을 둘러싸도록 위치하는 가이드 패널과, 상기 가이드 패널 상부에 안착된 액정패널과, 상기 가이드 패널과 조립 체결되며 상기 백라이트 유닛 하부에 위치하는 커버버툼을 포함한다.

발명의 실시예에 따른 LED 패키지는 그 내부에 특정 온도 이상으로 온도가 상승 시 내부에 흐르는 전류 크기를 저감시킬 수 있는 수단이 구비됨으로서 이를 실장하는 LED PCB에는 별도의 온도 감지 센서 및 써미스터와 이들 구성요소를 구동하기 위한 회로가 생략될 수 있으므로 콤팩트화 될 수 있으며, 이러한 구성요소가 생략될 수 있으므로 LED PCB 자체를 이중 레이어로 구성할 필요가 없으므로 종래의 LED 패키지 및 이를 실장한 LED PCB 대비 하나의 레이어 생략을 통해 재료비 절감을 구현함으로서 제조 비용이 저감되는 효과를 가질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 LED 패키지 자체 내부에 써미스터와 이와 선택적으로 접지되는 형상기억합금으로 이루어진 제 3 와이어가 구비됨으로서 별도의 온도 감지 센서를 필요로 하지 않으며, 상기 써미스터 구동을 위한 별도의 회로를 상기 LED PCB 상에 구현하지 않아도 되므로 상기 LED PCB가 상대적으로 콤팩트하게 됨으로서 이중 레이어가 아닌 단일 레이어 구조를 가지므로 종래의 이중 레이어 구조의 LED PCB를 구비하는 액정표시장치 대지 재료비 절감에 의한 제조 비용을 절감하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 온도 변화에 따라 자동적으로 전극에 인가되는 전류량을 감소시켜 발열을 저감시킬 수 있는 구성을 갖는 LED 패키지의 개략적인 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지 내부에 구비되는 LED 칩의 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지의 간략화한 회로도.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지 내부에 구비되는 제 3 와이어와 써미스터 간의 다양한 접지 형태를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지를 구비한 LED 어셈블리에 대한 평면도.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 광원인 LED PCB가 구비된 일측의 소정폭 및 LED PCB가 구비되지 않는 일측의 소정폭에 대한 단면도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 온도 변화에 따라 자동적으로 전극에 인가되는 전류량을 감소시켜 발열을 저감시킬 수 있는 구성을 갖는 LED 패키지의 사시도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지 내부에 구비되는 LED 칩의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지의 간략화한 회로도이다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지(101)는, 서로 이격하는 제 1 리드 프레임(109a) 및 제 2 리드 프레임(190b)으로 이루어진 리드 프레임(109)과, 상기 제 1 리드 프레임(109a) 상에 고정된 LED 칩(115)과, 상기 리드 프레임(109)의 가장 자리를 따라 패키지 하우징(110)과, 상기 패키지 하우징(110) 내측에 위치하는 상기 LED 칩(115) 상부에 구비된 형광체층(125)과, 상기 형광체층(125) 위로 상기 LED 패키지(101) 내부를 채우는 레진층(127)과, 상기 제 1 및 제 2 리드 프레임(109a, 109b) 각각 및 상기 LED 칩(115)과 연결된 제 1 및 제 2 와이어(117a, 117b)와, 상기 제 1 및 제 2 리드 프레임(109a, 109b)의 하부로 이들 두 구성요소 사이에 위치하는 써미스터(140) 및 상기 제 1 리드 프레임(109a)과 그 일끝단이 연결되며 형상기억합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 제 3 와이어(145)를 포함하여 구성되고 있다.

이때, 도면에 나타나지 않았지만, 상기 레진층(127) 상부에는 렌즈(미도시)가 더욱 구비될 수도 있다. 그리고, 상기 구비된 리드 프레임(109)의 외측 밑면에 방열 효율을 증대시키기 위해 방열 슬러그(미도시)가 더욱 구비될 수도 있다.

이때, 상기 LED 칩(115)의 n형 전극(168) 및 p형 전극(170)은 각각 상기 제 1 리드 프레임(109a) 및 제 2 리드 프레임(109b)과 각각 제 1 및 제 2 와이어(117a, 117b)를 통해 전기적으로 연결되고 있는 것이 특징이다.

이때, 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지(101)에 있어 그 내부 공간의 효과적인 활용을 위해 상기 리드 프레임(109)은 그 상면은 평탄한 표면을 가지며, 그 하면은 요부를 갖는 형태를 이루며, 상기 LED 칩(115)은 상기 리드 프레임(109) 상부 더욱 정확히는 상기 제 1 리드 프레임(109a)의 상부에 실장된 것이 특징이다.

상기 제 1 리드 프레임(109a)은 캐소드 전극의 역할을 하며, 상기 제 2 리드 프레임(109b)은 애노드 전극의 역할을 한다.

또한, 상기 써미스터(140)는 상기 리드 프레임(109)의 하부로 더욱 정확히는 이격하여 배치되는 상기 제 1 리드 프레임(109a)과 제 2 리드 프레임(109b) 사이의 이격영역에 대응하여 위치하고 있으며, 이러한 써미스터(140)가 위치하는 곳은 상기 리드 프레임(109)의 요부에 대응하는 부분이 되고 있는 것이 특징이다.

그리고 상기 LED 칩(115)의 n형 전극(168) 및 p형 전극(170)은 각각 상기 제 1 리드 프레임(109a) 및 제 2 리드 프레임(109b)과 각각 제 1 및 제 2 와이어(117a, 117b)를 통해 전기적으로 연결되고 있다.

전술한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지(101)에 있어 가장 특징적인 구성은 그 내부에 상기 써미스터(140)가 구비되고 있다는 것과, 상기 제 1 리드 프레임(109a) 또는 제 2 리드 프레임(109b) 중 어느 하나 더욱 정확히는 캐소드 전극의 역할을 하는 리드 프레임 부분인 도면에서는 제 1 리드 프레임(109a)과 일끝단과 연결되며, 형상기억합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 제 3 와이어(145)가 구비되고 있다는 것이다.

이때, 상기 써미스터(140)는 주위 환경에 의해 상기 써미스터(140) 자체의 온도가 증가할수록 그 내부 저항이 커지는 특성을 갖는 양성 온도계수 써미스터(140)인 것이 특징이다. 이렇게 양성 온도계수 써미스터(140)가 구비되는 것은 LED 패키지(101)가 특정온도 이상으로 급격히 온도가 상승하는 경우, 큰 온도가 될수록 상기 써미스터(140)의 저항값이 증가함에 의해 이에 의해 조절되는 전류는 더욱 작은 값을 갖게 되므로 일정한 저항값을 갖거나 혹은 온도가 증가함에 따라 저항값이 낮아지는 음성 온도계수 써미스터 대비 더욱 빠르게 효과적으로 전류 량을 낮출 수 있기 때문이다.

한편, 이러한 써미스터(140)는 도면에 있어서는 원통 형상을 갖는 것을 일례로 보이고 있지만, 이러한 원통 형상 이외에 사각기둥 형상, 판 형상, 구, 타원구 혹은 다면체 형상을 이룰 수도 있으며, 나아가 상기 LED 패키지(101) 내부에 공간적인 측면에서 효율적으로 구비될 수 있도록 하기 위해 다양한 형상으로 변형될 수 있다. 일례로 상기 써미스터(140)는 1회 이상 절곡되어 다수의 절곡부를 가져 지그재그 형태를 이룰 수도 있으며, 또는 스프링과 갖은 형상을 가질 수도 있다.

한편, 상기 제 3 와이어(145)는 배선 형태를 이루는 것을 일례로 보이고 있지만, 이러한 제 3 와이어(145) 또한 판 형태, 스프링 형태, 다수의 절곡부를 갖는 지그재그 형태등 다양한 형상을 이룰 수 있다.

그리고 본 발명의 실시예예에 따른 LED 패키지(101)에 있어 또 다른 특징적인 구성으로서 그 일 끝단은 상기 캐소드 전극의 역할을 하는 상기 제 1 리드 프레임(109a)과 연결되며 상기 기억형상합금으로 이루어진 제 3 와이어(145)는 특정 온도를 기준으로 상기 특정온도보다 낮은 분위기에서는 이의 타 끝단은 상기 써미스터(140)와 이격하여 위치하는 것을 유지하지만, 상기 특정 온도에 도달하고 이러한 특정 온도 이상이 되면 상 기 타 끝단은 상기 써미스터(140)의 일끝단과 접촉하여 전기적으로 연결되는 구성을 이루는 것이 특징이다.

이때, 상기 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지(101)는 이러한 구성적 특징에 의해 평상시 즉, 특정 온도 미만에서는 상기 제 3 와이어(145)는 상기 써미스터(140)와 이격한 상태를 유지함으로서 상기 캐소드 전극의 역할을 하는 제 1 리드 프레임(109a)과 상기 써미스터(140)가 전기적으로 연결되지 않는다. 따라서 이 경우 상기 LED 칩(115)에는 상기 캐소드 전극의 역할을 하는 상기 제 1 리드 프레임(109a)으로부터 정상적인 크기를 갖는 전류가 인가되어 상기 LED 칩(115)이 구동된다.

하지만, 상기 LED 칩(115)이 구동됨에 의해 온도가 상승하거나, 혹은 주변 환경적 영향에 의해 LED 패키지(101) 자체의 온도가 상승하여 상기 특정 온도 이상이 되면, 형상 기억 합금으로 이루어진 특징상 상기 제 3 와이어(145)의 타 끝단은 상기 써미스터(140)의 일끝단과 접촉한 상태를 이루게 되며, 이 경우 상기 제 3 와이어(145)를 통해 상기 캐소드 전극의 역할을 하는 제 1 리드 프레임(109a)과 저항체인 상기 써미스터(140)가 접지됨으로서 상기 제 1 리드 프레임을 통해 제 1 와이어(117a)를 매개로 하여 상기 LED 칩(115)에 인가되는 전류는 그 크기가 줄어들게 된다.

즉, 상기 제 1 리드 프레임(109a)과 저항체인 써미스터(140)가 접지됨에 의해 그 자체의 저항값이 증가됨으로서 상기 캐소드 전극의 역할을 하는 제 1 리드 프레임(109a) 및 써미스터(140)를 통해 나가는 전류 크기가 감소되며, 이에 의해 최종적으로 상기 LED 칩(115)에는 정상적인 크기를 갖는 전류가 흐르는 것이 아니라 정상적인 전류대비 작은 값을 갖는 전류가 흐르게 된다.

LED 칩(115)은 전류의 크기에 의해 그 휘도 특성이 조절되는 소자이며, 그 값이 상대적으로 작은 전류가 흐르는 경우 발광 휘도가 작아짐에 의해 발열량이 작아지게 됨으로서 LED 칩(115)을 포함하는 LED 패키지(101)의 자체의 온도를 낮추게 된다.

한편, 발열량이 감소함에 따라 상기 LED 패키지(101)의 온도가 상기 특정온도 보다 작아지게 되면 상기 제 3 와이어(145)는 형상기억합금으로 이루어진 특성 상 그 타끝단은 이와 접지되고 있는 상기 써미스터(140)로부터 떨어져 이격된 상태를 이루게 된다. 이 경우 상기 제 1 리드 프레임(109a)은 상기 써미스터(140)와 전기적으로 연결되지 않으므로 그 저항값이 작아짐에 의해 또 다시 정상적인 크기를 갖는 전류를 상기 LED 칩(115)으로 공급하게 됨으로서 상기 LED 칩(115)은 정상적인 발광을 하게 된다.

이때, 특정 온도는 상기 LED 칩(115)이 안정적으로 발광할 수 있는 최대 온도가 되며 이는 LED 칩(115)의 특성에 다를 수 있으며, LED 칩(115)은 통상 70 내지 95℃가 안정적 구동을 하기 위해 최대 온도가 되므로 상기 특정온도는 70 내지 95℃의 범위에서 결정될 수 있다.

이러한 동작은 하는 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지(101)는 상기 형성기억합금으로 이루어진 상기 제 3 와이어(145) 자체가 온도 감지 센서의 역할을 수행하게 됨으로서 이러한 LED 패키지(101)를 광원으로 하는 액정표시장치에 있어 상기 LED 패키지(101)의 과열 억제를 위한 별도의 온도 감지 센서는 필요로 하지 않는 바 이를 생략할 수 있는 장점을 갖는다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지 내부에 구비되는 제 3 와이어와 써미스터 간의 다양한 접지 형태를 나타낸 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지의 경우, 특정 온도 이상이 될 때 상기 제 3 와이어(145)의 타끝단과 써미스터(140)의 접촉 혹은 접지가 원활하게 이루어지는 것이 큰 이슈 사항이 되고 있다.

따라서 특정 온도 이상에서의 상기 제 3 와이어(145)의 타끝단과 써미스터(140) 간의 안정적인 접촉을 위해 상기 제 3 와이어(145)의 타 끝단 부분은 한 접촉 포인트를 갖는 직선 형태 이외에 도 4a 및 4b와 같이, 상기 써미스터(140)와 접촉되는 부분이 한 포인트 이상이 될 수 있도록 1회 이상의 절곡부를 갖고 상기 절곡부가 동일한 선상에 위치한 형태를 이룰 수도 있다. 이 경우 상기 절곡된 부분이 상기 써미스터(140)와 접촉하는 구성을 이루게 됨으로서 한 포인트가 접촉되는 구성 대비 좀 더 안정적으로 접지될 수 있다.

또한, 접지 면적을 향상시키기 위해 도 4c에 도시한 바와같이, 상기 제 3 와이어(145)의 타끝단에는 면을 형성할 수 있는 판 형태를 이룰 수 있으며, 특정 온도 이상이 되면 판 형태의 타 끝단이 면접촉하는 형태로 상기 써미스터(140)의 일끝단과 접촉하는 구성을 이룰 수도 있다.

한편, 도 1, 2 및 3을 참조하면, 이러한 제 3 와이어(145)는 형상기억합금의 대표적인 재질인 니티놀(nitinol)(니켈(Ni)과 티탄(Ti)의 합금)로 이루어질 수 있으며, 이러한 제 3 와이어(145)는 니티놀(nitinol) 이외에 특정 온도에서 형상이 변형될 수 있는 특성을 갖는 도전성 금속이면 어떠한 재질로 이루어져도 무방하다.

이러한 형상기억합금으로 이루어진 제 3 와이어(145)는 상기 형상기억합금을 이루는 금속물질의 함량비 변화에 따라 그 형상 변이 온도가 조절될 수 있다.

한편, 상기 LED 칩(115)은 실질적으로 빛을 발광하는 부분으로서 전자(electron)를 제공하는 n형 반도체층(160)과 정공(hole)을 제공하는 p형 화합물 반도체층(166)의 순방향 접합으로 이루어진다.

상기 LED 칩(115)의 구성에 대해 좀 더 자세히 살펴보면, 상기 LED 칩(115)은 기판(160) 상에 적층된 n형 화합물 반도체층(162), 활성층(164), p형 화합물 반도체층(166), n형 전극(168) 및 p형 전극(170)으로 구성된다.

여기서, 상기 기판(160)은 바람직하게는 사파이어를 포함하는 투명한 재료를 이용하여 형성되며, 사파이어 외에도 갈륨 나이트라이드(Gallium Nitride : GaN), 실리콘 카바이드(Silicon Carbide : SiC) 및 알루미늄 나이트라이드(Aluminum Nitride : AlN) 등으로 형성될 수도 있다.

여기서, 상기 기판(160)과 n형 화합물 반도체층(162) 사이에는 이들 간의 격자정합을 향상시키기 위한 버퍼층(미도시)이 형성될 수 있으며, 버퍼층(미도시)은 GaN 또는 AlN/GaN 등으로 형성될 수 있다.

이때, 상기 n형 화합물 반도체층(162)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, 상기 p형 화합물 반도체층(166)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 LED 칩(115)은 상기 n형 화합물 반도체층(162)의 일부가 노출되도록 p형 화합물 반도체층(166)과 활성층(164) 일부가 메사식각(mesa etching)으로 제거되는데, 이에 따라 상기 p형 화합물 반도체층(166)과 활성층(164)은 상기 n형 화합물 반도체층(162) 상의 일부분에 형성된다.

이에, 상기 n형 전극(168)은 노출된 n형 화합물 반도체층(162)의 일 모서리에 구성되며, 상기 p형 전극(170)은 p형 화합물 반도체층(166) 상에 구성된다. 따라서 이러한 구성을 갖는 LED 칩(115)은 "Top??Top"방법으로 전극이 배치되는 수평형 LED 칩(115)을 이룬다.

그리고 상기 활성층(164)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 양자구조 일 수도 있다. 이와 같은 활성층(164)의 양자구조는 GaN 계열의 다양한 물질을 조합하여 이루어질 수 있고, 일예로 AlGaN, AlNGaN, InGaN 등이 사용될 수 있다.

한편, 이러한 활성층(164)에 전계가 인가되었을 때, 전자??정공 쌍의 결합에 의하여 빛이 발생하게 된다.

따라서 이러한 구성을 갖는 LED 칩(115)은 상기 p형 전극(170)과 n형 전극(168) 사이에 전압이 인가되면, 상기 p형 화합물 반도체층(166)과 상기 n형 화합물 반도체층(162)으로 각각 정공과 전자가 주입되고, 상기 활성층(164)에서 정공과 전자가 재결합하면서 여분의 에너지가 광으로 변환되어 외부로 방출하게 되는 것이다.

이때, 상기 n형 전극(168)과 p형 전극(170)은 각각 상기 리드 프레임(109)의 캐소드 전극의 역할을 하는 제 1 리드 프레임(109a) 및 애노드 전극의 역할을 하는 제 2 리드 프레임(109b)과 제 1 및 제 2 와이어(117a, 117b)를 통해 연결되고 있다.

한편, 상기 LED 칩(115)이 청색을 발광하는 LED 칩일 경우, 상기 형광체(125)는 황색형광체가 사용되는 것이 바람직하며, 상기 LED 칩(115)이 UV를 발광하는 LED 칩일 경우, 상기 형광체층(125)은 적(R), 녹(G), 청색(B)의 삼색의 형광체로 이루어지며, 이러한 적(R), 녹(G), 청색(B)의 형광체의 배합비를 조절함으로써 최종적으로 LED 패키지(101)로부터 발광되는 빛의 발광색을 선택할 수 있다.

이러한 형광체층(125)이 구비된 상태에서 상기 LED 칩(115)에 전류가 인가되면 빛이 방출되며, 방출된 빛의 일부는 상기 형광체층(125)을 이루는 형광체를 여기시켜 상기 형광체에 의해 발광된 빛과 혼합되어 백색광을 발하게 되고, 최종적으로 외부로 출사되게 된다.

한편, 도면에 나타내지 않았지만, 이러한 구성을 갖는 LED 패키지(101) 내부에는 정전기 혹은 상기 제 1 리드 프레임(109a)에서 LED 칩(115)을 통과하여 제 2 리드 프레임(109b)으로의 전류의 흐름이 이와는 반대로 제 2 리드 프레임(109b)에서 LED 칩(115)을 통과하여 제 1 리드 프레임(109a)으로 역류되는 것을 방지하기 위한 보호수단(140)이 더욱 구비될 수 있다.

이때, 이러한 보호수단(140)은 상기 제 1 및 제 2 와이어(117a, 117b)를 통해 상기 LED 칩(115)의 p형 전극(170) 및 n형 전극(168)과 직접 연결되거나, 또는 상기 LED 칩(115)의 p형 전극(170) 및 n형 전극(168)과 각각 전기적으로 연결된 상기 제 1 리드 프레임(109a) 및 제 2 리드 프레임(109b)과 연결될 수 있다.

이러한 보호수단(140)은 일례로 도면에 나타낸 바와같이 양방향 제너다이오드로 이루어질 수 있다. 양방향 제너다이오드는 p⁺-n접합 또는 n⁺-p 접합의 계면에서 터널링에 의해 운반자가 이동하여 급하게 전류가 증가하는 현상인 제너 항복을 이용하여 원하는 전류 조건에서 전압을 일정하게 제어함으로서 정전기 또는 서지에 기인한 순간적인 높은 전압이 LED 칩(115)에 인가될 시 안정적으로 내부에서 낮은 전압만이 상기 LED 칩(115)에 인가되도록 하는 역할을 함으로서 최종적으로 이러한 서지 혹은 정전기에 의해 발생될 수 있는 전율 역류를 방지하는 수단으로서의 역할을 하는 것이다.

즉, 이러한 보호수단(140)을 이루는 상기 양방향 제너다이오드는 순방향과 역방향으로 정전기 유입에 의해 인가되는 트랜션트 펄스의 높은 피크 전압에 의한 전류를 빠르게 바이패스 시켜 흐르도록 함으로서 내부에 위치하는 상기 LED 칩(115)에 클램핑된 크기의 전압만 도달하여 낮은 전압만 인가되도록 하는 것이다.

이러한 보호수단(140)의 동작에 의해 상기 LED 패키지(101)는 정전기 등에 의한 LED 칩(115) 손상 혹은 전류 역류 현상을 억제함으로서 상기 LED 칩(115)을 안정적으로 보호할 수 있게 되는 것이다.

이러한 LED 칩 보호수단(115)은 LED 패키지(101) 내부에 반드시 구비될 필요는 없으며 생략될 수도 있다.

한편, 도 5(는 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지를 구비한 LED 어셈블리에 대한 평면도)를 참조하면, 이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지(101)는 다수개가 하나의 그룹으로 하여 LED PCB(190)에 실장됨으로써 액정표시장치용 백라이트 유닛의 일부 구성요소가 되는 LED 어셈블리(229)를 구성하게 된다.

이때, 본 발명의 실시예에 따른 LED 어셈블리(229)에 있어 상기 LED PCB(190)에는 다수의 홈(미도시)이 구비되며, 이러한 홈(미도시)에 대해 다수의 LED 패키지가 실장된다.

이러한 구성을 갖는 LED PCB(190)에는상기 LED 패키지(101)의 온도를 감지하는 온도 감지 센서와 써미스터를 구비할 필요가 없으므로 상기 LED 패키지(101)와 이를 구동시키기 위한 회로만을 구성하게 됨으로서 종래의 LED PCB 대비 단순화됨으로서 이중 레이어가 아닌 단일 레이어 구성을 이루는 것이 특징이다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지(101)가 구비된 LED PCB(190)는 종래의 LED 패키지 및 이를 실장한 LED PCB 대비 하나의 레이어 생략을 통해 재료비 절감을 구현함으로서 제조 비용이 저감되는 효과를 가질 수 있다.

이후에는 전술한 LED 패키지 및 이를 실장한 LED PCB를 구비한 액정표시장치에 대해 설명한다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 광원인 LED PCB가 구비된 일측의 소정폭 및 LED PCB가 구비되지 않는 일측의 소정폭에 대한 단면도이다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(200)는, 액정패널(210)과, 다수의 LED 패키지(101)와 이를 실장한 LED PCB(190)로 구성되는 LED 어셈블리(229)를 포함하는 백라이트 유닛(220) 그리고 상기 액정패널(210)과 백라이트 유닛(220)을 모듈화하기 위한 커버버툼(240) 및 가이드 패널(205)을 포함하여 구성되고 있다.

이때, 필요에 따라서는 상기 가이드 패널(205)의 외측면을 감싸며 상기 액정패널(210)의 상면 가장자리를 따라 중첩하며 상기 커버버툼(250)과 체결되는 탑커버(미도시)가 더욱 구비될 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(200)를 구성하는 이들 구성요소 각각에 대해 좀 더 자세히 살펴보면, 상기 액정패널(210)은 화상을 표현하는 핵심적인 역할을 담당하는 부분으로서 액정층(미도시)을 사이에 두고 서로 대면 합착된 제 1 기판(212) 및 제 2 기판(214)을 포함한다.

이때, 도면에 나타나지는 않았지만, 통상 하부기판 또는 어레이기판이라 불리는 상기 제 1 기판(212)의 내측면에는 다수의 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(미도시)이 교차하여 다수의 화소영역(미도시)이 정의되고 있으며, 각 화소영역(미도시)에는 상기 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(미도시)의 교차 지점 부근에는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(미도시)가 구비되어 있으며, 각 화소영역(미도시)에는 상기 박막트랜지스터(미도시)의 드레인 전극(미도시)과 연결되며 화소전극(미도시)이 형성되고 있다.

이때, 액정표시장치(200)의 구동 모드에 따라 상기 각 화소영역(미도시)에는 상기 화소전극(미도시) 이외에 공통전극(미도시)이 상기 화소전극(미도시)과 동일층에 이격하며 형성될 수도 있으며, 또는 상기 화소전극(미도시)과 절연층(미도시)을 개재하여 중첩하며 형성될 수도 있다.

그리고 상기 공통전극(미도시)이 상기 제 1 기판(212)에 구성되는 경우, 상기 게이트 배선(미도시)과 나란하게 공통배선(미도시)이 더욱 구비될 수 있으며, 상기 공통전극(미도시)은 상기 공통배선(미도시)과 전기적으로 연결된다.

그리고 상부기판 또는 컬러필터 기판이라 불리는 상기 제 2 기판(214)의 내측면에는 각 화소영역(미도시)에 대응되는 일례로 적(R), 녹(G), 청(B)색의 컬러필터 패턴(미도시)을 포함하는 컬러필터층(미도시)과 상기 각 컬러필터 패턴(미도시)을 두르며 상기 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(미도시) 그리고 상기 박막트랜지스터(미도시) 등의 비표시요소를 가리는 블랙매트릭스(미도시)가 구비되고 된다.

또한, 상기 제 2 기판(214)에는 선택적으로 상기 컬러필터층(미도시)과 중첩하며 투명 공통전극(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 제 2 기판(214)에 구성되는 상기 공통전극(미도시)은 상기 제 1 기판(212)에 공통전극(미도시)이 구비되는 경우 생략되며 상기 제 1 기판(212)에 공통전극(미도시)이 형성되지 않는 경우만 형성된다.

그리고 상기 제 1 및 제 2 기판(212, 214) 각각의 외측면에는 특정 방향으로 편광된 빛만을 선택적으로 투과시키는 편광판(215a, 215b)이 각각 부착되고 있다.

이러한 구성을 갖는 액정패널(210)에 있어 이의 적어도 일 가장자리를 따라서는 연성회로기판(Flexible printed circuit board : FPCB)이나 테이프 캐리어 패키지(tape carrier package : TCP) 같은 연결부재(미도시)를 매개로 인쇄회로기판(미도시)이 연결되고 있으며, 이를 모듈화하는 과정에서 상기 가이드 패널(205)의 측면 또는 배면으로 적절하게 젖혀 밀착되고 있다.

이러한 구성을 갖는 상기 액정패널(20)은 게이트 구동회로(미도시)의 온/오프 신호에 의해 각 게이트 배선(미도시) 별로 선택된 박막트랜지스터(미도시)가 온(on)상태가 되면, 데이터 구동회로(미도시)의 신호전압이 데이터 배선(미도시)을 통해서 각 화소전극(미도시)으로 전달되고, 이에 따른 화소전극(미도시)과 공통전극(미도시) 사이의 전기장에 의해 액정분자의 배열방향이 변화되어 투과율 차이를 나타낸다.

아울러 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(200)에는 상기 액정패널(210)이 나타내는 투과율의 차이가 외부로 발현되도록 이의 배면에서 빛을 공급하는 백라이트 유닛(220)이 구비된다.

상기 백라이트 유닛(220)은 백색 또는 은색의 반사판(221)과, 이러한 반사판(221) 상에 안착되는 도광판(223)과, 상기 도광판(223)의 일측 또는 서로 마주하는 양측에 대응하여 배치된 광원인 LED 어셈블리(229)와 상기 도광판(223) 상부로 상기 액정패널(210) 하부에 개재되는 다수의 광학시트(225)를 포함하여 구성되고 있다.

한편, 상기 LED 어셈블리(229)는 상기 도광판(223)의 측면과 대면하도록 상기 도광판(223)의 어느 하나의 측면 또는 서로 마주하는 양측면에 각각 위치하고 있다.

상기 LED 어셈블리(229)는 상기 도광판(223)의 입광면과 대면하도록 도광판(223)의 일측에 위치하며, 이러한 LED 어셈블리(229)는 다수개의 LED 패키지(101)와, 이러한 다수의 LED 패키지(101)가 일정 간격 이격하여 장착되는 단이 레이어 구조를 갖는 LED PCB(190b)를 포함한다.

이때, 상기 LED 패키지(101)는 앞서 그 구성에 대해 도 1, 2, 3을 통해 상세히 설명하였으며, 이를 실장하는 LED PCB(190)에 대해서도 도 5를 통해 설명하였으므로 이들 구성요소에 대해서는 더 이상의 설명은 생략한다.

다음, 상기 도광판(223)은 LED 패키지(101)로부터 입사된 빛이 여러 번의 전반사에 의해 상기 도광판(223) 내부를 진행하면서 도광판(223)의 넓은 영역으로 골고루 퍼져 액정패널(210)에 면광원을 제공한다.

이러한 도광판(223)은 균일한 면광원을 공급하기 위해 배면에 특정 모양의 패턴을 포함할 수 있다. 여기서 상기 패턴은 도광판(223) 내부로 입사된 빛을 가이드하기 위하여, 타원형의 패턴(elliptical pattern), 다각형의 패턴(polygon pattern), 홀로그램 패턴(hologram pattern) 등 다양하게 구성할 수 있으며, 이와 같은 패턴은 도광판(223)의 하부면에 인쇄방식 또는 사출방식으로 형성한다.

또한, 상기 반사판(221)은 도광판(223)의 배면에 위치하여, 도광판(223)의 배면을 통과한 빛을 액정패널(210) 쪽으로 반사시킴으로써 빛의 휘도를 향상시킨다.

그리고 상기 도광판(223) 상부에 위치하는 다수의 광학시트(225)는 확산시트와 적어도 하나의 집광시트 등을 포함하며, 상기 도광판(223)을 통과한 빛을 확산 또는 집광하여 액정패널(210)로 보다 균일한 면광원이 입사 되도록 한다. 도면에 있어서 상기 다수의 광학시트는 2매의 집광시트와 하나의 확산시트로 구성된 것을 일례로 보이고 있지만, 1매의 집광시트와 1매의 확산시트로 구성될 수도 있으며, 나아가 2매의 집광시트와 2매의 확산시트로 구성될 수도 있다.

한편, 이러한 구성을 갖는 상기 액정패널(210)과 백라이트 유닛(220)은 상기 가이드 패널(105) 그리고 커버버툼(140)을 통해 모듈화 되고 있다.

상기 액정패널(210) 및 백라이트 유닛(220)이 안착하여 액정표시장치 전체 기구물 조립에 기초가 되는 커버버툼(140)은 사각모양의 하나의 판 형상으로 이루어진다.

그리고 상기 가이드 패널(105)은 내측으로 액정패널(210)과 백라이트 유닛(220)의 위치를 구분 지으며 형성된 사각테 형상으로 상기 액정패널(210) 및 백라이트 유닛(220)의 가장자리를 두르며, 상기 커버버툼(240)과 조립 체결된다.

상기 가이드 패널(105)은 일 가장자리부를 통해 상기 LED 어셈블리(229)가 접착 등의 방법으로 위치가 고정되는 영역을 제공하게 되며, 이를 통해 LED 어셈블리(229)의 다수의 LED 패키지(101)로부터 출사되는 빛이 도광판(223) 입광면과 대면되도록 하는 역할을 하는 동시에, 이의 상부에 안착되는 상기 액정패널(210)의 유동을 억제시키는 역할을 한다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(200)는 LED 패키지(101) 자체 내부에 써미스터(도 1의 140)와 이와 선택적으로 접지되는 형상기억합금으로 이루어진 제 3 와이어(도 1의 145)가 구비됨으로서 별도의 온도 감지 센서를 필요로 하지 않으며 상기 써미스터(도 1의 140) 구동을 위한 별도의 회로도를 상기 LED PCB(190) 상에 구현하지 않아도 되므로 상기 LED PCB(190)가 상대적으로 콤팩트하게 됨으로서 이중 레이어가 아닌 단일 레이어 구조를 가지므로 종래의 이중 레이어 구조의 LED PCB를 구비하는 액정표시장치 대지 재료비 절감에 의한 제조 비용을 절감하는 효과가 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경될 수 있음은 자명하다 할 것이다.

101 : LED 패키지
109 : 리드 프레임
109a : 제 1 리드 프레임
109b : 제 2 리드 프레임
110 : 패키지 하우징
115 : LED 칩
117a : 제 1 와이어
117b : 제 2 와이어
125 : 형광체층
127 : 레진층
140 : 써미스터
145 : 제 3 와이어

Claims

서로 이격하며 제 1 부분 및 제 2 부분으로 이루어진 리드 프레임과;
상기 리드 프레임 상부에 구비되며 상기 리드 프레임의 제 1 및 제 2 부분과 각각 제 1 및 제 2 와이어를 통해 연결된 LED 칩과;
상기 리드 프레임의 제 1 및 제 2 부분 사이에 구비된 써미스터(thermistor)와;
상기 리드 프레임의 제 1 부분과 일 끝단이 연결되고, 특정 온도 이상이 되면 상기 써미스터에 타 끝단이 접촉하는 형상기억합금으로 이루어진 제 3 와이어와;
상기 LED 칩을 둘러싸는 형태로 상기 리드 프레임 상면에 구비된 패키지 하우징과;
상기 패키지 하우징 내부를 채우며 상기 LED 칩을 덮으며 구비된 형광체
를 포함하는 발광 다이오드 패키지.
제 1 항에 있어서,
상기 써미스터는 온도가 증가함에 따라 저항 값이 증가하는 양성 온도계수 써미스터인 것이 특징인 발광 다이오드 패키지.
제 1 항에 있어서,
상기 제 3 와이어의 타 끝단은 곧은 직선 형태이거나, 1회 이상 절곡되어 지그재그 형태를 갖거나, 상기 써미스터와 면접촉을 할 수 있도록 판 형태를 이루는 것이 특징인 발광 다이오드 패키지.
제 1 항에 있어서,
상기 써미스터는 원통형, 구형, 판 형태, 사각기둥 형태, 타원구 형태, 다면체 중 어느 하나의 형태를 이루거나, 1회 이상 절곡되어 다수의 절곡부를 가지는 발광 다이오드 패키지.
제 1 항에 따른 발광 다이오드 패키지와;
홈이 구비된 단일 레이어 구조의 LED 인쇄회로기판
을 포함하며, 상기 LED 패키지는 상기 인쇄회로기판의 상기 홈과 중첩하는 부분에 실장되는 것이 특징인 발광 다이오드 어셈블리.
제 5 항에 따른 발광 다이오드 어셈블리를 포함하는 백라이트 유닛과;
상기 백라이트 유닛을 둘러싸도록 위치하는 가이드 패널과;
상기 가이드 패널 상부에 안착된 액정패널과;
상기 가이드 패널과 조립 체결되며 상기 백라이트 유닛 하부에 위치하는 커버버툼
을 포함하는 액정표시장치.