KR101537794B1 - 교류 전원 구동용 발광 다이오드 패키지를 채택한 백라이트유닛 - Google Patents

교류 전원 구동용 발광 다이오드 패키지를 채택한 백라이트유닛 Download PDF

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Abstract

액정 디스플레이 패널에 광을 조사하는 백라이트 유닛이 개시된다. 이 백라이트 유닛은 교류 전원 구동용 발광 다이오드 패키지를 포함하며, 이 발광 다이오드 패키지는, 제1 및 제2 리드단자들, 단일 기판 상에 서로 직렬 연결된 발광셀들의 제1 어레이를 갖고 상기 제1 및 제2 리드단자들에 전기적으로 연결된 발광 다이오드 칩 및 상기 발광 다이오드 칩을 덮는 몰딩부를 포함한다. 이에 따라, 백라이트 유닛의 LED 광원을 AC-DC 컨버터 없이 교류 전원하에서 구동할 수 있다.
액정 디스플레이, 백라이트 유닛, 교류전원, 발광 다이오드

Description

교류 전원 구동용 발광 다이오드 패키지를 채택한 백라이트 유닛{BACKLIGHT UNIT EMPLOYING LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE FOR AC SOURCE OPERATION}
본 발명은 액정 디스플레이 패널의 백라이트 유닛에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교류 전원 구동용 발광 다이오드 패키지를 채택한 백라이트 유닛에 관한 것이다.
액정 디스플레이(liquid crystal display)와 같은 수동 디스플레이 장치는 주위의 태양광 또는 실내 광을 반사하거나 흡수하여 이미지를 구현할 수 있다. 따라서, 디스플레이되는 이미지를 보기 위해, 주위의 태양광 또는 실내 광이 요구된다. 그러나 주위의 태양광 또는 실내 광의 강도가 액정 디스플레이(LCD) 패널을 조명하기에 충분하지 않을 경우 디스플레이되는 이미지를 볼 수 없는 문제점이 있다. 이러한 문제점에 대한 대안으로 디스플레이 패널을 백라이팅하기 위한 백라이트 유닛(back light unit; BLU)이 일반적으로 채택된다.
백라이트 유닛은 백열 램프, 형광 램프 또는 발광 다이오드(LED)와 같은 광원을 포함한다. 광원에서 방출된 광이 상기 LCD 패널을 조명함으로써 이미지가 구현된다. 한편, LED는 색재현성이 우수하여 백라이트 광원으로 종종 사용되며, 환경 친화적이어서 앞으로 그 사용이 더욱 증가할 것으로 기대된다.
도 1은 LED 광원을 채택한 종래의 백라이트 유닛을 갖는 LCD 모듈을 나타내는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 LCD 모듈은 LCD 패널(10)과 백라이트 유닛(20)을 포함한다. 상기 LCD 패널(10)은 상부 기판(11)과 하부 기판(13) 사이에 액정층(15)을 포함하고, 또한 상기 상부 기판(11) 상에 위치하는 상부 편광 필름(17) 및 상기 하부 기판(13) 아래에 위치하는 하부 편광 필름(19)을 포함한다. 일반적으로, 상기 상부 편광 필름(17)과 하부 편광 필름(19)은 서로 편광 방향이 직교하도록 배치된다. 한편, 상기 백라이트 유닛(20)은 광원으로서 LED들(23)을 포함하고, 상기 광원들(23)에서 방출된 광을 혼합하기 위한 확산판(25) 및 밝기 강화 필름(brightness enhancement film; BEF)을 포함한다. 이에 더하여, 상기 백라이트 유닛은 이중 밝기 강화 필름(DBEF)을 더 포함할 수 있다.
상기 LED들(23)은 인쇄회로기판과 같은 기판(21) 상에 정렬되어 어레이를 형성할 수 있으며, 색재현성을 향상시키기 위해, 적색, 녹색 및 청색 LED들을 포함하거나 또는 백색 LED들을 포함할 수 있다. 이들 LED 들은 인쇄회로기판 상에 규칙적으로 배열되어 LED 모듈을 구성하며, 복수개의 LED 모듈이 상기 LCD 패널(10)을 백라이팅하기 위해 사용될 수 있다. 상기 LED 모듈은 LED들(23)에서 방출된 광의 균일한 혼합을 위해 확산판(25)으로부터 소정거리만큼 이격되어 배치되거나, 균일한 면광원을 형성하도록 LED들이 밀집 배치된다. 또한, 상기 LED들(23)의 광 출사면 하부에 반사필름이 위치하여 LED들에서 방출된 광을 상부 측으로 반사시킨다.
상기 LED들(23)에서 방출된 후 확산판(25), BEF(27) 및 DBEF(29)를 통과한 광(L)은 LCD 패널(10)로 입사된다. 상기 하부 편광 필름(19)은 광(L)을 편광시키고, 편광된 광이 액정층으로 입사된다. 액정층에 입사된 광은 액정층의 배열에 따라 편광 방향을 유지하거나 또는 90도 회전하여 상부 편광 필름으로 입사된다. 그 후, 편광 방향을 유지하는 광은 상부 편광 필름(17)에 의해 차폐되고, 90도 회전된 광은 상부 편광 필름(17)을 통과함으로써 이미지가 구현된다.
한편, 광원으로 사용되는 LED들(23)은 순방향 전류가 흐를 때 광을 방출할 수 있으며, 역방향 전류에 대해서는 상당히 취약하다. 따라서, 교류 전원하에서 LED 광원을 구동하는 경우, 교류를 직류로 변환하는 AC-DC 컨버터가 전원과 LED들 사이에 마련되어야 한다. 이러한 AC-DC 컨버터의 사용은 백라이트 유닛을 구동하기 위한 회로, 특히 LED들을 구동하기 위한 회로 구성을 복잡하게 하며, LCD 모듈 제조 비용을 증가시킨다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, LCD 패널에 균일한 면광을 조사할 수 있는 LED 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, AC-DC 컨버터 없이 구동될 수 있는 LED 패키지를 채택한 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 교류 전원하에서 구동가능하며 색재현성이 우수한 LED 광원을 채택한 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.
상기 과제(들)을 해결하기 위해, 본 발명은 액정 디스플레이 패널에 광을 조사하는 백라이트 유닛에 있어서, 교류 전원 구동용 발광 다이오드 패키지를 포함하는 백라이트 유닛을 제공한다. 상기 발광 다이오드 패키지는 제1 및 제2 리드단자들, 단일 기판 상에 서로 직렬 연결된 발광셀들의 제1 어레이를 갖고 상기 제1 및 제2 리드단자들에 전기적으로 연결된 발광 다이오드 칩, 및 상기 발광 다이오드 칩을 덮는 몰딩부를 포함한다.
여기서, '교류 전원 구동용 발광 다이오드 패키지'는 AC-DC 컨버터 없이 교류 전원에 연결되어 구동될 수 있는 발광 다이오드(LED) 패키지로서, 교류 전원의 극성 방향과 무관하게 광을 방출할 수 있는 LED 패키지를 의미한다. 동작시, 단일의 LED 패키지가 교류전원에 연결되어 구동될 수도 있으나, 다른 LED 패키지들과 전기적으로 연결되어 교류 전원하에서 구동될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 교류 전원 구동용 발광 다이오드 패키지를 채택함에 따라, AC-DC 컨버터를 사용할 필요 없이 LED 광원을 구동할 수 있어, LED 광원의 구동을 위한 회로 구성을 간단하게 할 수 있으며, 그 결과 LCD 모듈의 제조 비용을 경감할 수 있다.
한편, 상기 액정 디스플레이 패널과 상기 발광 다이오드 패키지 사이에 도광판이 위치할 수 있다. 상기 도광판은 상기 발광 다이오드 패키지를 수용하기 위한 수용홈을 갖는다. 복수개의 LED 패키지들을 사용하는 경우, LED 패키지들로부터 방출된 광은 수용홈들을 통해 상기 도광판으로 입사되어 도광판 내에서 혼합된다. 이에 따라, 적은 수의 LED 패키지들을 사용하면서도 균일한 면광을 제공할 수 있다.
이에 더하여, 상기 도광판은 그 하부면에 오목부와 볼록부를 가질 수 있으며, 상기 수용홈은 상기 볼록부에 형성된다.
한편, 상기 LED 패키지의 몰딩부는 돔형일 수 있으며, 이 몰딩부가 상기 패키지 수용홈에 수용될 수 있다. 상기 몰딩부로부터 출사된 광이 상기 수용홈을 통해 상기 도광판으로 입사된다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 발광 다이오드 패키지는 상기 발광 다이오드 칩 상부에 위치하는 적어도 한 종류의 형광체를 더 포함할 수 있다. 상기 형광체는, 예컨대 청색광을 녹색 또는 황색으로 변환시키는 황색 형광체 및/또는 적색으로 변환시키는 적색 형광체를 포함할 수 있다.
상기 발광 다이오드 칩은 청색광을 방출하는 청색 발광 다이오드 칩일 수 있다. 한편, 상기 발광 다이오드 패키지는 상기 청색 발광 다이오드 칩 내 상기 발광 셀들의 제1 어레이에 직렬 연결된 녹색 발광 다이오드 칩 및/또는 적색 발광 다이오드 칩을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 색재현성이 우수한 백색광을 방출할 수 있는 LED 패키지가 제공될 수 있다.
또한, 상기 청색 발광 다이오드 칩은 발광셀들이 서로 직렬 연결된 발광셀들의 제2 어레이를 더 포함할 수 있으며, 상기 발광 다이오드 패키지는 상기 제2 어레이에 직렬 연결된 녹색 발광 다이오드 칩 및/또는 적색 발광 다이오드 칩을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 어레이와 상기 제2 어레이가 서로 역병렬로 연결됨으로써 교류 구동이 가능한 LED 패키지가 제공될 수 있다.
한편, 상기 발광 다이오드 패키지는 상기 발광셀들의 제1 어레이에 정류 전류를 공급하기 위한 브리지 정류기를 더 포함할 수 있으며, 이에 따라 교류 구동이 가능한 LED 패키지가 제공될 수 있다. 상기 브리지 정류기의 브리지부들은 각각 적색 발광 다이오드 칩 및 녹색 발광 다이오드 칩 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이에 따라 색재현성이 우수한 백색광이 구현될 수 있다.
본 발명에 따르면, 교류 전원 구동용 LED 패키지를 채택함으로써 종래 LED 광원에 사용되는 AC-DC 컨버터를 제거할 수 있다. 또한, LED 패키지 수용홈을 갖는 도광판을 채택함으로써 적은 수의 LED 패키지들을 사용하면서도 균일한 면광을 제공할 수 있는 백라이트 유닛을 제공할 수 있다. 이에 더하여, 청색 LED 칩, 형광체 및 적색 LED 칩을 조합함으로써 교류 전원하에서 구동가능하며 색재현성이 우수한 LED 패키지를 채택한 백라이트 유닛을 제공할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛을 갖는 LCD 모듈을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2를 참조하면, 상기 LCD 모듈은 LCD 패널(50)과 백라이트 유닛(60)을 포함한다. 상기 LCD 패널(50)은 상부 기판(51), 하부 기판(53), 상부 기판(51)과 하부 기판(53) 사이에 위치하는 액정층(55) 및 상기 상부 기판(51) 상에 위치하는 상부 편광 필름(57) 및 상기 하부 기판(13) 아래에 위치하는 하부 편광 필름(59)을 포함한다.
한편, 상기 백라이트 유닛(60)은 광원으로서 교류 전원 구동용 LED 패키지들(63)을 포함하고, 상기 광원들(63)에서 방출된 광을 혼합하기 위한 도광판(64) 및 확산판(65)과 밝기 강화 필름(brightness enhancement film; BEF, 67)을 포함할 수 있다. 이에 더하여, 상기 백라이트 유닛(60)은 이중 밝기 강화 필름(DBEF, 69)을 더 포함할 수 있다.
상기 LED 패키지들(63)은 인쇄회로기판과 같은 기판(61) 상에 실장될 수 있다. 이들 LED 패키지들은 인쇄회로기판(61) 상에 규칙적으로 배열되어 LED 모듈을 구성하며, 복수개의 LED 모듈이 상기 LCD 패널(50)을 백라이팅하기 위해 사용될 수 있다.
상기 LED 패키지(63)는 제1 및 제2 리드단자들과, 단일 기판 상에 서로 직렬 연결된 발광셀들의 제1 어레이를 갖고 상기 제1 및 제2 리드단자들에 전기적으로 연결된 발광 다이오드 칩, 및 상기 발광 다이오드 칩을 덮는 몰딩부를 포함한다. 상기 몰딩부는 다양한 형상을 가질 수 있으며, 도시된 바와 같이, 돔형일 수 있다. LED 패키지(63)에 대해서는 도 4를 참조하여 뒤에서 상세히 설명된다.
도광판(64)은 LED 패키지(63)를 수용하기 위한 수용홈(64a)을 가질 수 있다. 예컨대, 상기 돔형의 몰딩부가 상기 수용홈(64a)에 수용될 수 있다. 도광판(64)은 LED 패키지들(63)에서 입사된 광을 혼합하여 균일화시키고 면광으로 변환시킨다. 도광판(64)은 LCD 패널(50)의 크기에 맞추어 단일의 플레이트로 제조될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 대면적 LCD 패널(50)을 조사하기 위해, 복수개의 도광판들(64)이 조합되어 사용될 수 있다. 즉, 표준크기를 갖는 도광판들(64, 점선 표시)을 결합하여 대면적 LCD 패널(50)을 조사하기 위한 전체 도광판을 형성할 수 있다. 복수개의 도광판들(64)을 결합하기 위해 다양한 기술이 채택될 수 있는데, 예를 들어 각 도광판의 측면에 요홈부와 돌출부가 마련되고, 하나의 도광판의 요홈부에 이웃하는 도광판의 돌출부가 결합되도록 할 수 있다. 또한, 반사물질을 함유하는 접착부재를 사용하여 상기 표준크기를 갖는 도광판들을 접착시킬 수 있다. 이러 한 접착부재는 도광판들의 하부면에 형성되어 도광판들을 결합시키며, 특히 반사특성을 갖기 때문에 도광판들 계면에서 암부가 형성되는 것을 방지한다. 표준크기를 갖는 도광판 사용의 장점은 동일한 종류의 도광판을 LCD 패널(50)의 다양한 크기에 적용할 수 있다는 점이다.
한편, 상기 도광판(64)의 하부면에 광을 반사시키기 위한 반사 수단들이 마련될 수 있다. 예컨대, 도광판(64) 하부면에 광을 전반사시키기 위한 내부 전반사(TIR) 패턴들이 마련될 수 있다. 또한, 광 반사율을 높이고 광손실을 감소시키기 위해, 상기 도광판(64)의 하부면에 반사 필름(62)이 부착될 수 있다.
이에 더하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 도광판(74)은 볼록부와 오목부를 가질 수 있으며, LED 패키지 수용홈(74a)이 볼록부에 형성될 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 점선으로 표시된 표준크기를 갖는 도광판들(74)을 결합하여 대형 도광판을 만들 수 있다. 이때, 상기 도광판들이 결합되는 오목부 바닥에 홈을 만들고 반사물질을 함유하는 접착부재를 상기 홈에 채워 도광판들을 결합시킬 수 있다. 상기 도광판(74)의 하부면에는 TIR 패턴과 같은 반사패턴들이 형성될 수 있으며, 또한 반사 필름(72)이 부착될 수 있다.
도 1을 참조하여 배경 기술에서 설명한 바와 같이, LED 패키지들(63)과 확산판(65)을 소정거리 이격시킴으로써, 또는 LED 패키지들을 밀집 배치함으로써, LED 패키지들에서 방출된 광을 혼합할 수 있으며, 이 경우 상기 도광판(64)은 생략될 수 있다. 다만, 본 발명에 따르면, 복수개의 발광셀들이 직렬 연결된 어레이가 사용되고, 이에 따라 LED 패키지의 구동전압이 상승된다. 따라서, 교류 전원 구동용 LED 패키지들(63)을 사용할 경우, 이러한 패키지들(63)을 직렬 연결하여 사용하는데는 한계가 있다. 따라서, 상기 도광판(64)을 사용할 경우, LED 패키지들(63)의 수를 감소시킬 수 있어 바람직하다.
한편, 상기 LED 패키지들(63)에서 방출된 후 도광판(64), 확산판(65), BEF(67) 및 DBEF(69)를 통과한 광(L)은 LCD 패널(50)로 입사된다. 또한, 상기 하부 편광 필름(59)을 투과한 광이 액정층으로 입사되고, 액정층에 입사된 광은 액정층의 배열에 따라 편광 방향을 유지하거나 또는 90도 회전하여 상부 편광 필름으로 입사되고, 이러한 광이 상기 상부 편광 필름(57)에 의해 차폐되거나 그것을 통과함으로써 이미지가 구현된다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛에 광원으로서 적용가능한 LED 패키지(100)를 설명하기 위한 개략적인 단면도 및 평면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 LED 패키지(100)는 제1 및 제2 리드단자들(111, 113), 발광 다이오드 칩(120) 및 몰딩부(117)를 포함한다. 또한, 상기 LED 패키지(100)는 상기 제1 및 제2 리드단자들(111, 113)을 지지하고 발광 다이오드 칩(120)을 실장하기 위한 패키지 본체(110)와, 히트 싱크(115)를 포함할 수 있으며, 형광체가 상기 발광 다이오드 칩 상부에 배치되어 발광 다이오드 칩(120)에서 방출된 광의 적어도 일부를 파장변환시킬 수 있다.
상기 패키지 본체(110)는 예컨대, 인쇄회로기판, 사출 성형에 의해 성형된 플라스틱 또는 세라믹으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 리드단자들(111, 113)은 리드 프레임으로부터 또는 도금 등에 의해 형성될 수 있다. 상기 히트 싱크(115)는 발광 다이오드 칩(120)에서 발생된 열을 발산시키기 위한 것으로, 열전도성이 우수한 금속 또는 세라믹으로 제조될 수 있다. 상기 히트 싱크(115)는 패키지 본체(110)에 의해 지지되며, 그 하부면이 외부에 노출된다.
상기 몰딩부(117)는 발광 다이오드 칩(120)을 덮어 발광 다이오드 칩을 보호하며, 광의 지향각을 조절하도록 다양한 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 상기 몰딩부(117)는, 도시된 바와 같이, 돔형일 수 있다. 상기 몰딩부(117)는 발광 다이오드 칩(120)에서 방출된 광이 패키지(100)의 외부로 나가는 광 출사면을 형성한다. 상기 몰딩부(117)가 도광판(도 2의 64)의 수용홈(64a)에 수용되어, 도광판(64)으로 광을 입사시킨다.
한편, 형광체가 상기 발광 다이오드 칩(120) 상부에 위치할 수 있다. 상기 형광체는 발광 다이오드 칩(120)에서 방출된 광, 예컨대 400~500nm 범위 내의 청색광의 일부를 그 보다 장파장의 광으로 변환시킨다. 상기 형광체는 예컨대 500~600nm의 피크 파장을 갖는 황색 형광체 및/또는 600~700nm 내에 피크 파장을 갖는 적색 형광체를 포함할 수 있다. 황색 형광체로는 통상적인 YAG계 또는 오소실리케이트 형광체가 사용될 수 있으며, 적색 형광체로는 황화물, 티오갤레이트 또는 나이트라이드 형광체가 사용될 수 있다.
상기 형광체는 상기 발광 다이오드 칩(120) 상에 또는 상기 칩(120)을 덮는 몰딩부(120) 상에 위치할 수 있으며, 또는 상기 칩(30b)을 덮는 몰딩부(117) 내에 분포될 수 있다.
상기 발광 다이오드 칩(120)은 본딩와이어들을 통해 제1 및 제2 리드단자 들(111, 113)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 발광 다이오드 칩(120)은 단일 기판 상에 서로 직렬 연결된 발광셀들(121)의 어레이를 포함한다. 발광셀들의 어레이에 대해 도 6 또는 도 7을 참조하여 아래에서 설명된다. 한편, 상기 발광셀들(121)은 단일 기판 상에 성장된 화합물 반도체를 패터닝하여 형성되며, 이들 발광셀들(121)이 배선을 통해 서로 연결되어 어레이를 형성한다. 발광셀들(121)의 구조 및 배선을 통한 연결에 대해 도 8 또는 도 9를 참조하여 아래에서 설명된다.
도 6은 도 4의 LED 패키지의 일 예에 따른 등가 회로도이다.
도 6을 참조하면, 발광 다이오드 칩(120)은 단일 기판 상에 형성된 발광셀들(121)이 서로 직렬 연결된 제1 어레이(121a)와 제2 어레이(125a)를 포함한다. 상기 제1 어레이(121a)와 제2 어레이(125a)는 리드 단자들(111, 113) 사이에서 서로 역병렬로 연결된다. 상기 제1 및 제2 리드단자들(111, 113)에 교류 전원을 연결할 경우, 교류 전원의 반주기 동안은 제1 어레이(121a)에 순방향 전압이 인가되어 구동되고, 교류 전원의 다른 반주기 동안은 제2 어레이(125a)에 순방향 전압이 인가되어 구동된다. 이에 따라, 교류 전원 구동시, 발광 다이오드 칩(120)이 연속적으로 광을 방출할 수 있다. 상기 발광셀들(121)은 배선들에 의해 서로 연결되며, 상기 발광 다이오드 칩(120)과 리드 단자들(111, 113)은 본딩와이어에 의해 서로 연결될 수 있다.
도 7을 참조하면, 발광 다이오드 칩(120)은 제1 내지 제4 브리지부들(131, 132, 133, 134)로 이루어진 브리지 정류기와 상기 브리지 정류기에 연결된 발광셀들(121)의 어레이(121a)를 포함한다. 상기 제1 내지 제4 브리지부들(131, 132, 133, 134)은 각각 발광셀들(121)을 포함할 수 있으며, 발광셀들(121)만으로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 브리지부(131)와 제2 브리지부(132)는 입력단(141)에 연결되고, 상기 제3 브리지부(133)와 제4 브리지부(134)는 출력단(143)에 연결된다. 여기서 입력단(141)과 출력단(143)은, 설명의 편의상 정한 것으로, 교류전원에 입력되는 전류의 방향에 따라 서로 뒤바뀔 수 있다.
상기 제1 브리지부(131)와 제2 브리지부(122)는 입력단(141)과 출력단(143) 사이에 인가된 전압에 대해 서로 반대 극성이 되도록 입력단(141)에 연결되고, 상기 제3 브리지부(133)와 제4 브리지부(134) 또한 입력단(141)과 출력단(143) 사이에 인가된 전압에 대해 서로 반대 극성이 되도록 출력단(143)에 연결된다.
한편, 상기 제1 브리지부(131)와 제4 브리지부(134)는 제1 노드(145)에 연결되고, 상기 제2 브리지부(132)와 제3 브리부(133)는 제2 노드(147)에 연결된다. 제1 브리지부(131)와 제4 브리지부(134)는 입력단(141)과 출력단(143) 사이에 인가된 전압에 대해 서로 반대 극성이 되도록 제1 노드(145)에 연결되고, 상기 제2 브리지부(132)와 제3 브리지부(133) 또한 입력단(141)과 출력단(143) 사이에 인가된 전압에 대해 서로 반대 극성이 되도록 제2 노드(147)에 연결된다.
한편, 발광셀들의 어레이(121a)는 제1 노드(145)와 제2 노드(147)에 전기적으로 연결된다. 상기 어레이(121a)는 제1 리드 단자(111) 또는 제2 리드 단자(113)에서 입력되는 전류에 대해 순방향이 되도록 제1 노드(45)와 제2 노드(47)에 전기적으로 연결된다.
상기 브리지부들(131 ~ 134) 및 어레이(121a) 내의 발광셀들(121)은 배선들을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
교류 전원이 제1 리드 단자(111) 및 제2 리드단자(113)에 연결되고, 제1 리드단자(111)에 양의 전압이, 제2 리드단자(113)에 음의 전압이 인가되는 반주기 동안, 전류는 브리지 정류기의 입력단(141)을 통해 입력되고, 제2 브리지부(132), 발광셀들(121)의 어레이(121a), 제4 브리지부(134)를 경유하여 브리지 정류기의 출력단(143)을 통해 나간다. 이에 따라, 제2 및 제4 브리지부들(22, 24) 내의 발광셀들(121)과 어레이(121a) 내의 발광셀들(121)이 구동되어 광이 방출된다.
이제, 교류전원의 전압 인가 방향이 바뀐 경우에 대해 설명한다.
상기 브리지 정류기의 출력단(143)을 통해 전류가 유입되고, 이 전류는 브리지 정류기의 제3 브리지부(133), 발광셀들의 어레이(121a), 제1 브리지부(131)를 경유하여 브리지 정류기의 입력단(141)을 통해 빠져나간다. 이에 따라, 제1 및 제3 브리지부들(131, 133) 내의 발광셀들(121)과 어레이(121a) 내의 발광셀들(121)이 구동되어 광이 방출된다.
결과적으로, 발광셀들의 어레이(121a)와 함께, 상기 어레이(121a)에 연결된 제1 및 제3 브리지부들 내의 발광셀들(121) 또는 제2 및 제4 브리지부들 내의 발광셀들(121)이 서로 교대로 구동되어 연속적으로 광을 방출한다.
이하, 도 8 및 도 9를 참조하여 발광셀들의 구조 및 배선을 통한 연결에 대해 설명한다. 도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광셀들의 어레이를 포함하는 발광 다이오드 칩을 설명하기 위한 부분단면도이다. 여기서, 도 8은 에어브 리지 공정에 의해 형성된 배선들에 의해 발광셀들이 직렬 연결된 것을 설명하기 위한 부분단면도이고, 도 9는 스텝커버 공정에 의해 형성된 배선들에 의해 발광셀들이 직렬 연결된 것을 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도 8을 참조하면, 기판(151) 상에 복수개의 발광셀들(158)이 서로 이격되어 위치한다. 상기 발광셀들 각각은 제1 도전형 하부 반도체층(155), 활성층(157) 및 제2 도전형 상부 반도체층(159)을 포함한다. 상기 활성층(157)은 단일 양자웰 구조 또는 다중 양자웰 구조일 수 있으며, 요구되는 발광 파장에 따라 그 물질 및 조성이 선택된다. 예컨대, 상기 활성층은 AlInGaN 계열의 화합물 반도체, 예컨대 InGaN로 형성될 수 있다. 한편, 상기 하부 및 상부 반도체층(155, 159)은 상기 활성층(157)에 비해 밴드갭이 큰 물질로 형성되며, AlInGaN 계열의 화합물 반도체, 예컨대 GaN로 형성될 수 있다.
한편, 상기 하부 반도체층(155)과 상기 기판(151) 사이에 버퍼층(153)이 개재될 수 있다. 버퍼층(153)은 기판(151)과 하부 반도체층(155)의 격자부정합을 완화시키기 위해 채택된다. 상기 버퍼층(153)은 도시된 바와 같이 서로 이격될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 버퍼층(153)이 절연성이거나 저항이 큰 물질로 형성된 경우, 서로 연속적일 수 있다.
상기 상부 반도체층(159)은, 도시한 바와 같이, 상기 하부 반도체층(155)의 일부 영역 상부에 위치하며, 상기 활성층은 상부 반도체층(159)과 하부 반도체층(155) 사이에 개재된다. 또한, 상기 상부 반도체층(159) 상에 투명전극층(161)이 위치할 수 있다. 상기 투명전극층(161)은 인디움틴산화막(ITO) 또는 Ni/Au 등의 물 질로 형성될 수 있다.
한편, 배선들(167)이 상기 발광셀들(158)을 전기적으로 연결한다. 상기 배선들(167)은 하나의 발광셀의 하부 반도체층(155)과 그것에 이웃하는 발광셀의 투명전극층(161)을 연결한다. 상기 배선들은 도시한 바와 같이, 상기 투명전극층(161) 상에 형성된 전극패드(164)와 상기 하부 반도체층(155)의 노출된 영역 상에 형성된 전극패드(165)를 연결할 수 있다. 여기서, 상기 배선들(167)은 에어브리지 공정에 의해 형성된 것으로, 접촉부를 제외한 부분은 기판(151) 및 발광셀들(158)로부터 물리적으로 떨어져 있다. 상기 배선들(167)에 의해 단일 기판(151) 상에서 발광셀들이 직렬 연결된 어레이(121a 또는 125a)가 형성된다.
도 9를 참조하면, 상기 발광셀들(158)을 연결하는 배선들은 스텝커버 공정에 의해 형성될 수 있다. 즉, 배선들(187)을 접촉시키기 위한 부분들을 제외하고, 상기 발광셀들의 모든 층들 및 기판(151)은 절연층(185)으로 덮혀진다. 그리고, 상기 배선들(187)이 상기 절연층(185) 상에서 상기 발광셀들을 전기적으로 연결한다.
예컨대, 상기 절연층(185)은 상기 전극패드들(164, 165)을 노출시키는 개구부들을 가지며, 상기 배선들(187)은 상기 개구부들을 통해 이웃하는 발광셀들의 전극패드들(164, 165)을 서로 연결하여 발광셀들을 직렬 연결한다.
앞의 실시예들에 있어서, 발광 다이오드 칩(120)을 포함하는 LED 패키지(100)에 대해 설명하였다. 상기 발광 다이오드 칩(120)은 청색광을 방출하는 청색 발광 다이오드 칩일 수 있다. 한편, LCD 모듈을 이용하여 컬러를 구현하기 위해서, 광원은 RGB를 방출할 필요가 있으며, 또한 색재현성이 우수해야 한다. 이를 위 해, 상기 LED 패키지(100)는 황색 및/또는 적색형광체를 포함하여 백색광을 구현할 수 있다. 그러나 YAG계 또는 오소실리케이트계 황색 형광체에 비해, 적색 형광체는 아직 파장 변환효율이 만족스럽지 못하다. 따라서 적색 형광체를 이용하여 백라이트 유닛에 적합한 백색광을 구현하는 LED 광원을 제공하는 데는 한계가 있다. 이에 따라 적색 LED 칩을 청색 LED 칩과 함께 사용할 필요가 있다.
이하에서 적색 LED 칩을 포함하는 교류 전원 구동용 LED 패키지(200)에 대해 설명한다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 적색 LED 칩을 포함하는 LED 패키지(200)를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 10을 참조하면, LED 패키지(200)는, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 LED 패키지(100)와 유사하게, 제1 및 제2 리드단자들(111, 113), 패키지 본체(110) 및 발광셀들(121)의 어레이를 갖는 발광 다이오드 칩(220b)을 포함한다. 바람직하게, 상기 발광 다이오드 칩(220b)은 400~500nm의 청색광을 방출한다.
한편, 상기 청색 발광 다이오드 칩(220b) 상부에 황색 형광체(도시하지 않음)가 배치될 수 있다. 황색 형광체는 상기 청색 발광 다이오드 칩에서 방출된 청색광의 일부를 550~600nm 범위 내에 피크 파장을 갖는 황색광으로 변환시킬 수 있다. 황색 형광체로는 통상적인 YAG계 또는 오소실리케이트 형광체가 사용될 수 있다.
이에 더하여, LED 패키지(200)는 적색 발광 다이오드 칩들(220r)을 포함한다. 적색 발광 다이오드 칩들(220r)은 AlInGaP 계열의 LED일 수 있으며, 이러한 적 색 LED 칩들은 600~700 nm 범위의 발광 파장을 갖는다. 적색 발광 다이오드 칩들(220r)은, 도 11 또는 도 12를 참조하여 아래에서 설명되듯이, 발광셀들(121)의 어레이에 연결된다.
도 11은 도 10의 LED 패키지(200)의 일 예에 따른 등가 회로도이다.
도 11을 참조하면, 발광 다이오드 칩(220b)은 단일 기판 상에 서로 직렬 연결된 발광셀들(121)의 제1 어레이(221a) 및 제2 어레이(225a)를 포함한다. 한편, 적색 발광 다이오드 칩들(220r)이 상기 제1 어레이(221a) 및 제2 어레이(225a)에 각각 직렬 연결된다. 도시된 바와 같이, 제1 리드단자(111)와 제2 리드단자(113) 사이에서, 상기 제1 어레이(221a)와 그것에 직렬 연결된 적색 발광 다이오드 칩들(220r)은 상기 제2 어레이(225a)와 그것에 직렬 연결된 적색 발광 다이오드 칩들(220r)과 서로 역병렬로 연결된다. 이 경우, 외부에 별도의 정류기를 설치할 필요 없이, 제1 리드단자(111)와 제2 리드단자(113)를 교류전원에 직접 연결하여 LED 패키지(200)를 구동시킬 수 있다. 즉, 교류전원의 극성에 따라, 반주기 동안은 제1 어레이(221a)와 그것에 직렬 연결된 적색 발광 다이오드 칩들(220r)이 구동되고, 그 다음 반주기 동안은 제2 어레이(225a)와 그것에 직렬 연결된 적색 발광 다이오드 칩들(220r)이 구동되어, 연속적으로 백색광을 구현할 수 있다.
도 12는 도 10의 LED 패키지(200)의 일 예에 따른 등가 회로도이다.
도 12를 참조하면, 본 예에 따른 LED 패키지(200)는 적색 발광 다이오드 칩들(220r), 청색 발광 다이오드 칩(220b) 및 황색 형광체(도시하지 않음)를 포함한다. 또한, LED 패키지(200)는 제1 내지 제4 브리지부들(231, 232, 233, 234)로 이 루어진 브리지 정류기를 포함한다. 상기 제1 내지 제4 브리지부들(231 ~ 234)은 각각 적어도 하나의 적색 발광 다이오드 칩(220r)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 내지 제4 브리지부들은 적색 발광 다이오드 칩들(220r)만으로 구성될 수도 있다.
한편, 상기 제1 브리지부(231)와 제2 브리지부(232)는 입력단(241)에 연결되고, 상기 제3 브리지부(233)와 제4 브리지부(244)는 출력단(243)에 연결된다. 여기서 입력단(241)과 출력단(243)은, 설명의 편의상 정한 것으로, 교류전원에 입력되는 전류의 방향에 따라 서로 뒤바뀔 수 있다.
상기 제1 브리지부(231)와 제2 브리지부(232)는 입력단(241)과 출력단(243) 사이에 인가된 전압에 대해 서로 반대 극성이 되도록 입력단(241)에 연결되고, 상기 제3 브리지부(233)와 제4 브리지부(234) 또한 입력단(241)과 출력단(243) 사이에 인가된 전압에 대해 서로 반대 극성이 되도록 출력단(243)에 연결된다.
한편, 상기 제1 브리지부(231)와 제4 브리지부(234)는 제1 노드(245)에 연결되고, 상기 제2 브리지부(232)와 제3 브리부(233)는 제2 노드(247)에 연결된다. 제1 브리지부(231)와 제4 브리지부(234)는 입력단(241)과 출력단(243) 사이에 인가된 전압에 대해 서로 반대 극성이 되도록 제1 노드(245)에 연결되고, 상기 제2 브리지부(232)와 제3 브리지부(233) 또한 입력단(241)과 출력단(243) 사이에 인가된 전압에 대해 서로 반대 극성이 되도록 제2 노드(247)에 연결된다.
한편, 단일 기판 상에 서로 직렬 연결된 발광셀들(121)의 어레이를 갖는 청색 발광 다이오드 칩(220b)이 상기 브리지 정류기의 제1 노드(245)와 제2 노드(247)에 전기적으로 연결된다. 상기 발광셀들(121)의 어레이는 제1 리드 단 자(111) 또는 제2 리드 단자(113)에서 입력되는 전류에 대해 순방향이 되도록 제1 노드(245)와 제2 노드(247)에 전기적으로 연결된다.
상기 브리지부들(231 ~ 234) 및 청색 발광 다이오드 칩(220b)은 본딩와이어 또는 배선들을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
본 예에 따른 브리지 정류기는, 각 브리지부들이 적색 발광 다이오드 칩(220r)을 포함하는 것을 제외하면, 도 7을 참조하여 설명한 브리지 정류기와 동일한 구조 및 기능을 갖는다. 따라서, LED 패키지(200)는 브리지 정류기에 의해 교류 전원에 연결되어 연속적으로 구동될 수 있다.
한편, 본 예에 있어서, 브리지 정류기의 브리지부들(231~234)이 적색 발광 다이오드 칩(220r)을 포함하는 것으로 설명하였지만, 상기 각 브리지부들(231~234)은 일반 다이오드로 구성될 수도 있다. 이 경우, 적색 발광 다이오드 칩(220r)이 제1 노드(245)와 제2 노드(247) 사이에서 상기 청색 발광 다이오드 칩(220b)에 직렬 연결될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 청색 발광 다이오드 칩(220b), 황색형광체와 함께 적색 발광 다이오드 칩(220r)을 포함하는 LED 패키지(200)를 광원으로 사용할 수 있으며, 이에 따라 백라이트 유닛의 색재현성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에서 황색 형광체를 사용하는 것으로 설명하였지만, 형광체의 사용 없이 청색 발광 다이오드 칩(220b), 적색 발광 다이오드 칩(220r)과 함께 질화물 계열의 녹색 발광 다이오드 칩을 LED 패키지 내에 실장하여 색재현성이 우수한 백색광을 구현할 수 있다. 또한, 청색 발광 다이오드 칩(220b)과 녹색 발광 다이오드 칩을 실장하고 적색 형광체를 사용하여 백색광을 구현할 수도 있다. 상기 녹색 발광 다이오드 칩은 청색 발광 다이오드 칩(220b)과 동일하게 발광셀들의 어레이를 가질 수 있다. 또한, 상기 각 브리지부들(231~234)은 적색 발광 다이오드 칩 대신에 또는 적색 발광 다이오드 칩에 더하여 녹색 발광 다이오드 칩을 포함할 수도 있다.
도 1은 종래의 백라이트 유닛을 갖는 LCD 모듈을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛을 갖는 LCD 모듈을 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 백라이트 유닛에 사용되는 도광판의 다른 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5는 도 4의 LED 패키지의 개략적인 평면도이다.
도 6은 도 4의 LED 패키지의 일 예에 따른 등가 회로도이다.
도 7은 도 4의 LED 패키지의 또 다른 예에 따른 등가 회로도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광셀들의 어레이를 포함하는 발광 다이오드 칩을 설명하기 위한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광셀들의 어레이를 포함하는 발광 다이오드 칩을 설명하기 위한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 패키지를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 11은 도 10의 LED 패키지의 일 예에 따른 등가 회로도이다.
도 12는 도 10의 LED 패키지의 또 다른 예에 따른 등가 회로도이다.

Claims (13)

  1. 액정 디스플레이 패널에 광을 조사하는 백라이트 유닛에 있어서,
    교류 전원 구동용 발광 다이오드 패키지를 포함하되,
    상기 발광 다이오드 패키지는
    제1 및 제2 리드단자들;
    단일 기판 상에 서로 직렬 연결된 발광셀들의 제1 어레이를 갖고 상기 제1 및 제2 리드단자들에 전기적으로 연결된 발광 다이오드 칩;
    상기 발광 다이오드 칩을 덮는 몰딩부; 및
    상기 액정 디스플레이 패널과 상기 발광 다이오드 패키지 사이에 위치하는 도광판을 포함하고,
    상기 도광판은 하부면에 오목부 및 볼록부를 갖고,
    상기 오목부는 평탄면으로 형성되며,
    상기 볼록부는 상기 발광 다이오드 패키지와 대응되어 상기 발광 다이오드 패키지를 수용하는 수용홈 및 상기 발광 다이오드 칩에서 발광된 빛이 인접한 다른 도광판에 조사되지 않도록 상기 오목부와 볼록부 사이에 형성된 경사진 외측면을 포함하고,
    상기 도광판의 경사진 외측면 및 상기 오목부의 하부면에 내부 전반사(TIR) 패턴 또는 반사 필름이 부착된 백라이트 유닛.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 몰딩부는 돔형이고, 상기 수용홈에 수용되는 백라이트 유닛.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 발광 다이오드 패키지는 상기 발광 다이오드 칩 상부에 위치하는 적어도 한 종류의 형광체를 더 포함하는 백라이트 유닛.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 발광 다이오드 칩은 청색광을 방출하고, 상기 발광 다이오드 패키지는 상기 청색 발광 다이오드 칩 내 발광셀들의 제1 어레이에 직렬 연결된 발광 다이오드 칩을 더 포함하는 백라이트 유닛.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 제1 어레이에 직렬 연결된 발광 다이오드 칩은 녹색 발광 다이오드 칩 및 적색 발광 다이오드 칩 중 적어도 하나를 포함하는 백라이트 유닛.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 청색 발광 다이오드 칩은 발광셀들이 서로 직렬 연결된 발광셀들의 제2 어레이를 더 포함하고, 상기 발광 다이오드 패키지는 상기 제2 어레이에 직렬 연결된 발광 다이오드 칩을 더 포함하는 백라이트 유닛.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 제1 어레이와 상기 제2 어레이는 서로 역병렬로 연결되어 구동되는 백라이트 유닛.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 발광 다이오드 패키지는 상기 발광셀들의 제1 어레이에 정류 전류를 공급하기 위한 브리지 정류기를 더 포함하는 백라이트 유닛.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 브리지 정류기의 브리지부들은 각각 적색 발광 다이오드 칩 및 녹색 발광 다이오드 칩 중 적어도 하나를 포함하는 백라이트 유닛.
  12. 삭제
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 도광판은 복수의 도광판들이 결합되어 형성된 결합영역을 가지며, 상기 도광판의 오목부에 결합영역이 위치하는 백라이트 유닛.
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