KR101765797B1 - 발광다이오드 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광다이오드에 관한 것으로, 특히 빛의 지향각이 향상된 발광다이오드에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 LED를 LED칩을 리버스(reverse) 형태로 실장하여, LED칩으로부터 발생된 빛이 LED의 반사면을 통해 반사된 후 LED 외부로 출사되도록 하는 것이다.
이를 통해, LED로부터 출사되는 빛의 지향각을 향상시킬 수 있어, LED 무라(mura) 현상이 발생하는 것을 방지하게 되며, 백라이트 유닛의 두께를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 LED는 렌즈를 필요로 하지 않음으로써, 컬러스폿이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 렌즈를 형성하는 공정을 삭제할 수 있어, LED의 제조공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.

Description

발광다이오드 및 이의 제조방법{Light emitting diode and method for fabricating of the same}
본 발명은 발광다이오드에 관한 것으로, 특히 빛의 지향각이 향상된 발광다이오드에 관한 것이다.
최근 정보기술과 이동통신기술 등의 발전과 함께 정보를 시각적으로 표시해줄 수 있는 디스플레이 장치의 발전이 이루어지고 있으며, 디스플레이 장치는 크게 발광특성을 갖는 자체 발광형 디스플레이와 다른 외부의 요인으로 화상을 디스플레이할 수 있는 비발광형 디스플레이로 분류되고 있다.
비발광형 디스플레이로는 LCD(Liquid Crystal Display)를 예로 들 수 있다.
여기서, LCD는 자체 발광요소를 갖지 못하는 소자이므로 별도의 광원을 요구하게된다. 이에 따라, 배면에 광원을 구비한 백라이트 유닛(Backlight unit)이 마련되어 LCD 전면을 향해 광을 조사하고 이를 통해서 비로소 식별 가능한 화상이 구현된다.
백라이트 유닛은 광원으로 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp : CCFL), 외부전극형광램프(External Electrode Fluorescentt Lamp), 그리고 발광다이오드(Light Emitting Diode : LED, 이하 LED라 함) 등을 사용한다.
이중에서 특히, LED는 소형, 저소비 전력, 고신뢰성 등의 특징을 겸비하여 표시용 광원으로서 널리 이용되고 있는 추세이다.
한편, 일반적인 백라이트 유닛은 램프의 배열구조에 따라 사이드라이트형(side light type)과 직하라이트형(direct light type)으로 구분되는데, 사이드라이트형은 하나 또는 한쌍의 램프가 도광판의 일측부에 배치되는 구조를 가지거나, 두개 또는 두쌍의 램프가 도광판의 양측부 각각에 배치된 구조를 가지며, 직하라이트형은 수개의 램프가 광학시트의 하부에 배치된 구조를 갖는다.
최근, 소비자의 요구에 의하여 대면적화된 액정표시장치의 연구가 활발히 진행되고 있는 상태에서, 직하라이트형이 사이드라이트형에 비해 대면적화 액정표시장치에 더욱 적합하다.
도 1은 일반적인 LED를 광원으로 사용한 직하라이트형 액정표시장치의 단면도이며, 도 2는 도 1의 LED의 단면도이다.
그리고, 도 3은 도 1의 LED로부터 빛이 출사되는 출사각을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 일반적인 액정표시장치는 제 1 및 제 2 기판(12, 14)으로 구성되는 액정패널(10)과 이의 후방으로 백라이트 유닛(20)이 구비된다.
여기서, 백라이트 유닛(20)은 반사판(22)을 포함하며, 이의 상부면에 다수의 LED(30)가 나란하게 배열되고, 이들 LED(30) 상부에는 다수의 광학시트(27)가 위치한다.
이때, 서로 이웃한 2 내지 3개의 LED(30)로부터 발산된 빛이 서로 중첩 및 혼합된 후 액정패널(10)에 입사되어 면광원을 제공하게 된다.
여기서, 도 2를 참조하여, LED(30)의 구조에 대해 좀더 자세히 살펴보면, LED(30)는 크게 빛을 발하는 LED칩(31)과 이를 덮는 렌즈(38)를 포함한다.
LED칩(31)은 방열슬러그(33) 상에 안착되며 방열슬러그(33)는 하우징(housing)역할의 케이스(35)에 의해 둘러진다. 그리고, 케이스(35)에는 LED칩(31)과 와이어(37) 등을 통해서 전기적으로 연결된 한쌍의 양/음극 전극리드(36a, 36b)가 마련되어 케이스(35) 외부로 노출되어 있다.
한쌍의 양/음극 전극리드(36a, 36b)는 외부에 마련된 LED칩(31)의 발광을 위한 작동전류를 공급하는 전류공급수단(미도시)과 전기적으로 연결된다.
그리고 이러한 케이스(35)의 상부로는 LED칩(31)과 방열슬러그(33)의 반사면과 와이어(37) 등을 덮어 보호함과 동시에 LED칩(31)으로부터 발생된 주출사광의 각도를 제어하는 렌즈(38)가 위치한다.
이때, 렌즈(38)는 실리콘(미도시)과 형광체(39)가 혼합되어 이루어지며, 이를 통해 특정 색상의 광을 발생시키게 된다. 일예로 LED칩(31)이 청색광을 발생하고, 렌즈(38)에 혼합된 형광체(39)가 황색형광체 일 경우, LED칩(31)으로부터 궁극적으로 발생되는 광은 백색광이 된다.
이에, LED칩(31)에 전류가 인가되면 빛이 방출되는데, 방출된 빛과 렌즈(38)에 혼합된 형광체(39)에 의해 발광된 빛이 혼합되어 백색광이 외부로 출사되게 된다.
LED(30)는 다수개가 구비되어, 한꺼번에 점등시킴으로써 색섞임(color mixing)을 통해 균일한 면광원을 구현하게 된다.
이러한 LED(30)를 포함하는 백라이트 유닛(20)과 액정패널(10)은 탑커버(60)와 서포트메인(50) 그리고 커버버툼(70)을 통해 모듈화 되는데 즉, 액정패널(10) 및 백라이트 유닛(20)의 가장자리를 사각테 형상의 서포트메인(50)이 두른 상태로 액정패널(10) 전면 가장자리를 두르는 탑커버(60) 그리고 백라이트 유닛(20) 배면을 덮는 커버버툼(70)이 각각 전후방에서 결합되어 서포트메인(50)을 매개로 일체화된다.
한편, 최근 액정표시장치는 휴대용 컴퓨터는 물론 데스크톱 컴퓨터 모니터 및 벽걸이형 텔레비전 등 그 사용영역이 점차 넓어지고 있는 추세로, 넓은 디스플레이 면적을 가지면서도 박형의 액정표시장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
따라서, 백라이트 유닛(20)의 LED(30)와 다수의 광학시트(27) 사이의 간격(A)을 줄임으로써 박형의 액정표시장치를 제공하려는 시도가 나타나고 있다.
그러나, 백라이트 유닛(20)의 가장 중요한 역할인 고품위의 면광원을 액정패널(10)에 공급하기 위해서는 이를 위한 여러 가지 광학적 설계가 고려되며, 그 중 하나가 LED(30)와 다수의 광학시트(27) 사이의 적절한 간격(A) 유지가 중요한 요소로 작용한다.
특히, 일정 지향각을 갖는 LED(30)의 경우 서로 이웃한 2 내지 3개의 LED(30)로부터 발산된 빛이 서로 중첩 및 혼합된 후 액정패널(10)에 입사되어 면광원을 제공하므로, 도 3에 도시한 바와 같이 LED(30)와 다수의 광학시트(27) 사이간격(A)이 작을 경우에는 LED(30)에 대응하는 영역에서는 핫스팟(hot spot)이 발생하게 되고, LED(30)와 이에 인접한 LED(30) 사이에는 LED(30)로부터 출사된 빛이 서로 중첩 및 혼합되지 않는 암부(B)가 발생하게 된다.
이로 인하여, LED 무라(mura) 현상이 발생하게 되고, 나아가 휘도 불균일에 따른 액정표시장치의 표시품질의 저하 문제를 야기시키게 된다.
이에, LED(30)와 이에 인접한 LED(30)와의 간격을 줄임으로써 이러한 문제점을 해소하고자 하나, 이는 LED(30) 수의 증가에 따른 비용상승 문제 및 방열(放熱) 문제 등을 야기하게 되고, 나아가 소비전력을 상승시키게 되는 요인이 되고 있다.
또한, 경량의 액정표시장치를 구현할 수 없다.
특히, LED(30)는 렌즈(38)의 구조적인 특성상 방출되는 빛의 지향각에 따라 색 편차가 발생하게 되는데, 즉, LED(30)로부터 발산된 빛은 LED(30) 상부의 중앙으로 집중되는 특징으로 인해 중앙부는 밝지만 주변이 어두운 컬러스폿(color spot) 현상을 발생시킨다.
이로 인하여, LED 무라(mura) 현상을 더욱 심화시키게 되고, 이는 또한 휘도 불균일을 심화시키게 됨에 따라 액정표시장치의 표시품질을 더욱 저하시키게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 지향각이 향상된 동시에 색 편차가 발생하지 않는 LED를 제공하고자 하는 것을 제 1 목적으로 한다.
또한, 경량 및 박형의 액정표시장치를 제공하는 동시에 LED 무라(mura) 등의 불량을 해결하고자 하는 것을 제 2 목적으로 하며, 액정표시장치의 휘도 불균일에 의한 표시품질의 저하문제를 방지하고자 하는 것을 제 3 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 전방을 향해 개구되어 내면이 반사면으로 이루어지는 수납공간이 정의되며, 상기 수납공간에는 형광체를 포함하는 투명수지가 채워지는 케이스와; 상기 투명수지 상부에 위치하며, 상기 반사면을 향해 빛을 출사하는 LED칩과; 상기 케이스의 외부로 노출되어 있으며, 와이어를 통해 상기 LED칩과 전기적으로 연결되는 양극 전극리드 및 음극 전극리드를 포함하며, 상기 LED칩으로부터 출사된 빛은 상기 반사면에 의해 반사된 후, 상기 전방을 향해 외부로 출사되는 발광다이오드를 제공한다.
이때, 상기 케이스는 상기 전방과 마주보는 밑면과 이의 네가장자리가 수직 절곡된 측면으로 이루어지며, 상기 수납공간은 상기 밑면을 향해 볼록한 돔(dome) 형태이며, 상기 수납공간의 중심부에는 상기 밑면으로부터 상기 전방을 향해 돌출된 요홈이 형성된다.
또한, 상기 투명수지는 에폭시 수지 또는 실리콘 중 선택된 하나와 형광체가 혼합되며, 상기 LED칩은 청색LED칩이며, 상기 형광체는 황색형광체이다.
그리고, 상기 LED칩은 UVLED칩이며, 상기 형광체는 적(R), 녹(G), 청색(B)의 형광체이다.
또한, 본 발명은 전방을 향해 개구되며, 내면이 반사면으로 이루어지는 수납공간이 정의된 케이스를 준비하는 단계와; LED칩이 실장되어, 상기 LED칩을 케이스의 개구된 전방에 상기 LED칩으로부터 출사된 빛이 상기 반사면을 향하도록 위치시키며, 홈이 형성된 베이스기판을 위치하는 단계와; 상기 홈을 통해 상기 수납공간으로 형광체가 혼합된 투명수지를 주입하는 단계와; 상기 수납공간에 채워진 상기 투명수지를 경화하는 단계와; 상기 경화된 투명수지의 상부로 상기 베이스기판을 식각하여 제거하는 단계를 포함하는 발광다이오드 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 케이스의 외부로 양극 전극리드 및 음극 전극리드가 구비되며, 상기 케이스의 전방에 상기 베이스기판을 위치시킨 후, 상기 LED칩과 상기 양극 전극리드 및 상기 음극 전극리드를 와이어를 통해 전기적으로 연결시킨다.
또한, 본 발명은 바(bar) 형상의 인쇄회로기판과; 상기 인쇄회로기판의 상에 일정간격 이격하여 실장되며, 전방을 향해 개구되어 내면이 반사면으로 이루어지는 수납공간이 정의되며, 상기 수납공간에는 형광체를 포함하는 투명수지가 채워지는 케이스와; 상기 투명수지 상부에 위치하며, 상기 반사면을 향해 빛을 출사하는 LED칩과; 상기 케이스의 외부로 노출되어 있으며, 와이어를 통해 상기 LED칩과 전기적으로 연결되는 양극 전극리드 및 음극 전극리드를 포함하며, 상기 LED칩으로부터 출사된 빛은 상기 반사면에 의해 반사된 후, 상기 전방을 향해 외부로 출사되는 발광다이오드를 포함하는 LED 어셈블리와; 상기 LED 어셈블리와, 상기 LED 어셈블리 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.
그리고, 상기 LED 어셈블리와 동일 평면 상에 위치하며, 상기 광학시트의 하부에 도광판을 더욱 포함한다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 LED칩을 리버스(reverse) 형태로 실장하여, LED칩으로부터 발생된 빛이 LED의 반사면을 통해 반사된 후 LED 외부로 출사되도록 함으로써, 이를 통해, LED로부터 출사되는 빛의 지향각을 향상시킬 수 있어, LED 무라(mura) 현상이 발생하는 것을 방지하게 되며, 백라이트 유닛의 두께를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 LED는 렌즈를 필요로 하지 않음으로써, 색 편차에 의해 컬러스폿이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있으며, 렌즈를 형성하는 공정을 삭제할 수 있어, LED의 제조공정의 효율성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 LED를 광원으로 사용한 직하라이트형 액정표시장치의 단면도.
도 2는 도 1의 LED의 단면도.
도 3은 도 1의 LED로부터 빛이 출사되는 출사각을 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 분해사시도.
도 5는 본 발명에 따른 LED를 포함하는 백라이트 유닛의 일부 단면도.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 LED를 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 6b는 도 6a의 단면도.
도 7은 도 6a ~ 6b의 LED로부터 출사되는 빛의 지향각의 시뮬레이션 결과를 개략적으로 도시한 도면.
도 8a ~ 8b는 종래의 LED와 본 발명의 실시예에 따른 LED의 지향각에 따른 색 편차를 나타낸 시뮬레이션 결과.
도 9a ~ 9b와 도 10a ~ 10b는 종래의 LED와 본 발명의 실시예에 따른 LED의 조도를 비교하기 위한 사진.
도 11a ~ 11d는 본 발명의 실시예에 따른 LED의 제조공정을 개략적으로 도시한 공정 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 분해사시도이다.
도시한 바와 같이, 액정표시장치는 액정패널(110)과 백라이트 유닛(120), 그리고 서포트메인(150)과 커버버툼(170), 탑커버(160)로 구성된다.
먼저 액정패널(110)은 화상표현의 핵심적인 역할을 담당하는 부분으로서, 액정층을 사이에 두고 서로 대면 합착된 제 1 및 제 2 기판(112, 114)을 포함한다.
이때, 능동행렬 방식이라는 전제 하에 비록 도면상에 명확하게 나타내지는 않았지만 통상 하부기판 또는 어레이기판이라 불리는 제 1 기판(112) 내면에는 다수의 게이트라인과 데이터라인이 교차하여 화소(pixel)가 정의되고, 각각의 교차점마다 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)가 구비되어 각 화소에 형성된 투명 화소전극과 일대일 대응 연결되어 있다.
그리고 상부기판 또는 컬러필터기판이라 불리는 제 2 기판(114) 내면으로는 각 화소에 대응되는 일례로 적(R), 녹(G), 청(B) 컬러의 컬러필터(color filter) 및 이들 각각을 두르며 게이트라인과 데이터라인 그리고 박막트랜지스터 등의 비표시요소를 가리는 블랙매트릭스(black matrix)가 구비된다. 또한, 이들을 덮는 투명 공통전극이 마련되어 있다.
이 같은 액정패널(110) 적어도 일 가장자리를 따라서는 연성회로기판 같은 연결부재(116)를 매개로 인쇄회로기판(118a, 118b)이 연결되어 모듈화 과정에서 서포트메인(150)의 측면 내지는 커버버툼(170) 배면으로 젖혀 밀착된다.
아울러 비록 도면상에 명확하게 나타나지는 않았지만 액정패널(110)의 두 기판(112, 114)과 액정층의 경계부분에는 액정의 초기 분자배열 방향을 결정하는 상, 하부 배향막(미도시)이 개재되고, 그 사이로 충진되는 액정층의 누설을 방지하기 위해 양 기판(112, 114)의 가장자리를 따라 씰패턴(seal pattern)이 형성된다.
이때, 제 1 및 제 2 기판(112, 114)의 외면으로는 각각 상,하부 편광판(미도시)이 부착된다.
이러한 액정패널(110)이 나타내는 투과율의 차이가 외부로 발현되도록 이의 배면에는 빛을 공급하는 백라이트 유닛(120)이 구비된다.
백라이트 유닛(120)은 LED 어셈블리(128)와, LED 어셈블리(128) 상에 개재되는 투명윈도우(124) 그리고 이의 상부로 개재되는 다수의 광학시트(127)를 포함한다.
앞서 전술한 LED 어셈블리(128)는 커버버툼(150)의 길이방향 내면을 따라 일정한 이격공간을 갖도록 배열되는 PCB(121)와, 이들 각각에 실장되는 다수의 LED(200)를 포함한다.
또한, 백라이트 유닛(120)은 다수의 LED(200)가 통과할 수 있는 복수개의 관통홀(123)이 구성되어 다수의 LED(200)를 제외한 PCB(121)와 커버버툼(170) 내면 전체를 덮는 백색 또는 은색의 반사시트(122)를 포함한다.
반사시트(122)의 관통홀(123)을 통해 노출된 LED(200) 상부에는 다수의 LED(200)와 각각 대응되는 반사도트(125)가 부착된 투명윈도우(124)가 구성되며, 이의 상부로 휘도의 균일도를 위한 확산판(126)과 복수개의 광학시트(127)가 개재된다.
여기서, 본 발명의 다수의 LED(200)에서 발산되는 광이 색섞임(color mixing)을 통해 균일한 면광원을 구현하여, 액정패널(110)을 향해 조사된다.
이때, 투명윈도우(124)의 반사도트(125)의 역할은 다수의 LED(200)에서 출사된 직선광을 반사 및 확산시킴으로써 보다 균일한 면광원을 구현함과 동시에 색섞임을 가중시키는 것으로, 이를 위한 반사도트(125)는 백색 또는 은색의 시트 물로 제조될 수 있고, 적어도 하나의 LED(200)와 일대일 대응될 수 있다.
또한, 다수의 광학시트(127)는 확산시트와 적어도 하나의 집광시트를 등을 포함하며, DBEF(dual brightness enhancement film)라 불리는 반사형 편광필름 등 각종 기능성 시트가 포함될 수 있다.
다수의 LED(200)가 실장되는 PCB(121)는 방열기능을 구비한 메탈코어인쇄회로기판(Metal Core Printed Circuit Board)으로, MCPCB(121) 배면에는 방열판(미도시)을 마련하여 각각의 LED(200)로부터 열을 전달받아 외부로 방출할 수 있도록 할 수 있다.
따라서, 다수의 LED(200)로부터 발산된 백색광은 반사도트(125)가 부착되어진 투명윈도우(124)와 확산판(126)과 다수의 광학시트(127)를 차례로 통과한 후 액정패널(110)로 입사되고, 이를 이용하여 액정패널(110)은 비로소 고휘도 화상을 외부로 표시할 수 있다.
이러한 액정패널(110)과 백라이트 유닛(120)은 탑커버(160)와 서포트메인(150) 그리고 커버버툼(170)을 통해 모듈화 되는데, 탑커버(160)는 액정패널(110)의 상면 및 측면 가장자리를 덮도록 단면이 ㄱ형태로 절곡된 사각테 형상으로, 탑커버(160)의 전면을 개구하여 액정패널(110)에서 구현되는 화상을 표시하도록 구성한다.
또한, 액정패널(110) 및 백라이트 유닛(120)이 안착하여 액정표시장치 전체 기구물 조립에 기초가 되는 커버버툼(170)은 사각모양의 하나의 판 형상으로 커버버툼(170)의 서로 대향하는 양단 가장자리로 결합되는 한 쌍의 바(bar) 형태의 사이드서포트(129)를 포함하는데, 이를 제외한 커버버툼(170)의 나머지 두 가장자리는 이들과 높이를 같이하도록 비스듬하게 절곡 상승되어 그 내부로 백라이트 유닛(120)가 안착될 수 있는 소정공간을 형성한다.
이러한 커버버툼(170) 상에 안착되며 액정패널(110) 및 백라이트 유닛(120)의 가장자리를 두르는 사각테 형상의 서포트메인(150)이 탑커버(160) 및 커버버툼(170)과 결합된다.
한편, 탑커버(160)는 케이스탑 또는 탑 케이스라 일컬어지기도 하고, 서포트메인(150)은 가이드패널 또는 메인서포트, 몰드프레임이라 일컬어지기도 하며, 커버버툼(170)은 버텀커버라 일컬어지기도 한다.
이때, 본 발명의 각각의 LED(200)는 LED칩(미도시)으로부터 발생된 빛이 투명윈도우(124) 즉, 액정패널(110)을 향하는 방향으로 출사되는 것이 아니라, 반사시트(122)를 향해 출사된 후, LED(200)의 반사면(미도시)에 의해 반사되어, 액정패널(110)을 향하는 방향으로 출사된다.
이를 통해, 각각의 LED(200)로부터 출사되는 빛의 지향각을 향상시킬 수 있다.
따라서, 실질적으로 백라이트 유닛(120) 내의 색섞임 공간이 증가되는 결과를 얻을 수 있고, 색섞임된 빛은 반사시트(122)에 의해 반사된 빛과 함께 투명윈도우(124)를 비롯한 광학시트(127)를 통과하는 과정에서 보다 균일한 면광원의 형태로 액정패널(110)에 공급된다.
또한, LED(200)에서 출사되는 빛의 지향각이 넓어짐으로써, 반사도트(125)가 부착된 투명윈도우(124)와 LED(200) 간의 이격거리를 최소화하더라도, LED 무라(mura) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
즉, 첨부된 도 5는 본 발명에 따른 LED(200)를 포함하는 백라이트 유닛(120)의 일부 단면도로서, 액정패널(110)과 특히 PCB(121)의 길이방향을 따라 절단한 단면의 일부에 사이드서포트(129) 그리고 커버버툼(170)을 함께 나타내었다.
아울러 설명의 편의를 위해 LED(200) 각각에 대한 출사광을 함께 표시하였는데, 본 발명의 LED(200)는 LED(200)로부터 출사된 빛이 측방으로 확산되어 기존의 LED(도 3의 30)로부터 출사되는 지향각에 비해 실질적으로 빛의 지향각이 크게 증가된 결과를 나타낸다.
따라서, 본 발명의 액정표시장치는 경량 및 박형화를 위하여, LED(200)와 다수의 광학시트(127) 사이간격(A)을 줄일 경우에도 LED(200)에 대응하는 영역에서 핫스팟(hot spot)이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, LED(200)와 이에 인접한 LED(200) 사이에 LED(200)로부터 출사된 빛이 서로 중첩 및 혼합되지 않는 암부(도 3의 B)가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이로 인하여, LED 무라(mura) 현상이 발생하는 것을 방지하게 되는 것이다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 LED(200)는 렌즈(도 2의 38)를 필요로 하지 않음으로써, 렌즈(도 2의 38)의 구조적인 특성에 의해 컬러스폿이 발생하는 문제점을 방지할 수 있다.
그리고, LED(200)의 제조공정의 효율성 또한 향상시킬 수 있다. 이에 대해 차후 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 LED를 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 6b는 도 6a의 단면도이며, 도 7은 도 6a ~ 6b의 LED로부터 출사되는 빛의 지향각의 시뮬레이션 결과를 개략적으로 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 LED(200)는 크게 빛을 발하는 LED칩(210)과 LED칩(210)으로부터 발생된 주출사광의 각도를 제어하는 제어부(220)로 이루어진다.
보다 구체적으로 먼저 LED칩(210)은 제어부(220) 상에 안착되는데, 제어부(220)는 케이스(230)의 수납공간(230a)에 의해 정의된다. 즉, 케이스(230)는 내부에 투명수지(미도시)가 채워지는 수납공간(230a)이 마련되도록 사각형태의 밑면과 이의 네 가장자리가 소정높이 수직 절곡된 측면을 갖는 사각형태의 박스 형상으로 이루어지며, 밑면과 마주보는 전방이 개구되어 개구된 전방을 통해 LED칩(210)으로부터 발생된 빛이 LED(200) 외부로 출사된다.
즉, 수납공간(230a)은 케이스(230)의 전방으로부터 밑면을 향해 볼록한 돔(dome) 형태를 이루며, 수납공간(230a)의 내면을 따라서는 반사면(270)이 형성된다. 이러한 케이스(230)의 수납공간(230a)에 투명수지(미도시)가 채워진 후 경화되어, 제어부(220)를 이루게 되는 것이다.
여기서, 돔 형태의 수납공간(230a)의 중심부에 특정형태의 요홈(231)이 형성되도록 한다.
요홈(231)은 케이스(230)의 밑면으로부터 전방을 향해 일정각이 부여된 원뿔 형태로 이루어질 수 있으며, 이를 통해 LED(200)에서 출사되는 빛은 넓은 지향각을 갖게 된다.
이때, 투명수지(미도시)는 형광체(260)가 포함된 것으로, 형광체(260)를 투명한 에폭시 수지 또는 실리콘수지와 일정비율로 혼합한 것을 사용할 수 있다.
여기서, 에폭시 수지(미도시)는 상대적으로 큰 경도값에 의해 LED칩(210)과 양극 및 음극리드(240a, 240b)를 전기적으로 연결하는 와이어(250)의 단선 유발 및 에폭시 수지(미도시)에 의한 단파장 가시광선의 광 흡수에 따른 광속저하 또는 황색화(yellowing) 등을 야기하게 된다.
이에, 최근에는 경도가 작고 복원력이 커서 와이어(250)의 단선 발생을 감소시키며, 장시간 사용에 따른 황색화 경향을 보이지 않는 실리콘(미도시)을 많이 사용하고 있다.
형광체(260)는 LED칩(210)이 청색LED칩일 경우 황색형광체로써, 황색형광체는 530 ~ 570nm파장을 주파장으로 하는 세륨(Ce)이 도핑된 이트륨(Y) 알루미늄(Al) 가넷인 YAG:Ce(T3Al5O12:Ce)계열 형광체를 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, LED칩(210)이 UVLED칩일 경우 형광체(260)는 적(R), 녹(G), 청색(B)의 삼색의 형광체로 이루어지며, 적(R), 녹(G), 청색(B)의 형광체(260)의 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.
그리고, LED칩(210)은 제어부(220)의 경화된 투명수지(미도시) 상에 위치하게 되는데, 이때, LED칩(210)은 발생된 빛이 수납공간(230a)의 반사면(270)을 향해 출사되도록 리버스(reverse) 형태로 실장된다.
케이스(230)에는 LED칩(210)과 와이어(250) 등을 통해서 전기적으로 연결된 한쌍의 양/음극 전극리드(240a, 240b)가 마련되어 케이스(230) 외부로 노출되어 있다.
이때, LED칩(210)의 발광을 위한 전원(+)과 접지전원(-)을 공급하는 전류공급수단(미도시)이 외부에 마련되어, 양극 및 음극리드(240a, 240b)와 전기적으로 연결된다.
따라서, LED칩(210)으로 한쌍의 리드프레임(240a, 240b)을 통해 전원(+)과 접지전원(-)이 공급되면, LED칩(210)은 발광하게 되고, 이렇게 LED칩(210)으로부터 발생된 빛은 케이스(230)의 수납공간(230a)의 반사면(270)을 향해 방출되고, 이때, 케이스(230)의 수납공간(230a)에 채워진 투명수지(미도시)의 형광체(260)를 여기시켜, 형광체(260)에 의해 발광된 빛과 혼합되어 백색광을 발하게 된다.
이후, 백색광은 수납공간(230a)의 반사면(270)에 의해 반사된 후, 케이스(230)의 개구된 전방을 통해 LED(200) 외부로 출사하게 된다.
이때, 도 7을 참조하면, LED(200) 외부로 출사되는 빛은 보다 넓은 지향각을 갖게 된다.
이는 LED칩(210) 상부에 렌즈(도 2의 38)가 위치하는 일반적인 LED(도 2의 30)에 비해 LED칩(210)으로부터 발생된 빛의 광경로가 길어지기 때문에 보다 넓은 조도 분포 형성에 유리한 특성을 갖기 때문이다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 LED(200)는 기존의 LED(도 2의 30)에 비해 보다 넓은 빛의 지향각을 갖게 되므로, 백라이트 유닛(120) 내의 색섞임 공간을 증가시킬 수 있다.
따라서, LED(200)와 다수의 광학시트(127) 사이간격(A)을 줄일 경우에도 LED(200)에 대응하는 영역에서 핫스팟(hot spot)이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, LED(200)와 이에 인접한 LED(200) 사이에 LED(200)로부터 출사된 빛이 서로 중첩 및 혼합되지 않는 암부(도 3의 B)가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이로 인하여, LED 무라(mura) 현상이 발생하는 것을 방지하게 되며, 백라이트 유닛(120)의 두께를 줄일 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 LED(200)는 렌즈(도 2의 38)를 필요로 하지 않음으로써, 렌즈(도 2의 38)의 구조적인 특성에 의해 컬러스폿이 발생하는 문제점을 방지할 수 있다.
또한, 렌즈(도 2의 38)를 형성하는 공정을 삭제할 수 있어, LED(200)의 제조공정의 효율성을 향상시킬 수 있는데, 즉, 렌즈(도 2의 38)는 금형을 통한 사출형태로 제작함으로써 그 공정이 매우 까다롭고 공정비용이 높은 단점을 갖는다. 따라서, 본 발명의 LED(200)는 렌즈(도 2의 38)를 형성하는 공정을 삭제 할 수 있으므로, 기존의 렌즈(도 2의 38)를 포함하는 LED(도 2의 30)에 비해 LED(200) 제조공정을 향상시킬 수 있으며, 공정비용 또한 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 LED(200)는 많은 열이 발생하는 LED칩(210)의 방열을 위해 구비해야 했던 방열슬러그(도 2의 33)를 삭제할 수 있다. 즉, 본 발명의 LED(200)는 LED칩(210)이 투명수지(미도시) 상부에 위치하도록 함으로써, LED칩(210)으로부터 발생된 많은 열을 투명수지(미도시)를 통해 방열할 수 있으므로, 별도의 방열슬러그(도 2의 33)를 삭제할 수 있는 것이다.
도 8a ~ 8b는 종래의 LED와 본 발명의 실시예에 따른 LED의 지향각에 따른 색 편차를 나타낸 시뮬레이션 결과이다. 여기서, 도 8a는 일반적인 LED의 색 편차를 나타낸 사진이며, 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 LED의 지향각에 따른 색 편차를 나타낸 시뮬레이션 결과이다.
도 8a와 도 8b를 살펴보면, 도 8b가 도 8a에 비해 지향각에 따라 색상의 변화가 없는 것을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명의 LED(200)는 일반적인 LED(도 2의 30)에 비해 LED(200)로부터 출사되는 빛의 각도에 따라 색 편차가 없이 균일한 색상을 구현하는 것을 확인할 수 있다.
도 9a ~ 9b와 도 10a ~ 10b는 종래의 LED와 본 발명의 실시예에 따른 LED의 조도를 비교하기 위한 사진으로, 도 9a 및 도 10a는 일반적인 LED의 조도를 나타낸 사진이며, 도 9b 및 도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 LED의 조도를 나타낸 사진이다.
도 9a와 9b를 비교하면, 도 9b의 사진이 도 9a의 사진에 비해 중앙부의 조도가 더욱 넓게 형성되는 것을 확인할 수 있으며, 중앙부의 조도 외에도 전체적으로 도 9b의 사진의 조도가 도 9a의 사진의 조도에 비해 보다 넓은 범위로 측정되는 것을 확인할 수 있다.
이는, 본 발명의 실시예에 따라, LED칩(도 6b의 210)을 리버스 형태로 실장하고, LED칩(도 6b의 210)으로부터 발생된 빛을 케이스(도 6b의 230)의 반사면(도 6b의 270)을 통해 반사되도록 한 후 LED(도 6b의 200) 외부로 출사되도록 함으로써, LED칩(도 6b의 210)으로부터 발생된 빛의 광경로가 길어져, LED칩(도 6b의 210) 상부에 렌즈(도 2의 38)가 위치하는 일반적인 LED(도 2의 30)에 비해 보다 넓은 범위로 광지향각이 향상됨을 알 수 있다.
따라서, LED(200)와 다수의 광학시트(도 5의 127) 사이간격(도 5의 A)을 줄일 경우에, 도 9a의 일반적인 LED(도 2의 30)는 도 10a에 도시한 바와 같이 이웃하는 LED(도 2의 30) 사이에서 LED(도 2의 30) 상부의 중앙부에 비해 낮은 휘도를 갖는 암부(도 3의 B)가 발생하여, 이를 통해 휘도 얼룩(mura) 현상이 발생하게 되고, 나아가 휘도 불균일에 따른 액정표시장치의 표시품질의 저하 문제를 야기시키게 되나, 본 발명의 LED(도 6b의 200)는 빛의 지향각을 향상시킴으로써 도 10b에 도시한 바와 같이, 이웃하는 LED(도 6b의 200) 사이에서 LED(도 6b의 200) 상부의 중앙부에 비해 낮은 휘도를 갖는 암부가 발생하는 것을 방지함으로써, 이를 통해 휘도 얼룩(mura) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
나아가 휘도 불균일에 따른 액정표시장치의 표시품질의 저하 문제가 발생하는 것을 방지하게 된다.
따라서, 본 발명의 액정표시장치는 백라이트 유닛(도 5의 120)의 두께를 감소시킬 수 있다.
또한, 렌즈(도 2의 38)의 구조적인 특성에 의해 컬러스폿이 발생하는 문제점을 방지할 수 있으며, 렌즈(도 2의 38) 및 방열슬러그(도 2의 33)를 삭제할 수 있어, LED(200)의 제조공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 11a ~ 11d는 본 발명의 실시예에 따른 LED의 제조공정을 개략적으로 도시한 공정 단면도이다.
도 11a에 도시한 바와 같이, 본 발명의 LED(200)의 제어부(220)를 이루는 케이스(230)를 구비하는데, 케이스(230)는 밑면과 이의 네 가장자리가 소정높이 수직 절곡된 측면을 갖는 사각의 박스 형상으로, 밑면과 마주보는 전방을 개구하여 이의 내부에 수납공간(230a)을 형성한다.
이때, 수납공간(230a)은 케이스(230)의 밑면을 향해 볼록한 돔(dome) 형태를 갖도록 하며, 이의 수납공간(230a)의 내면은 반사면(270)을 이루도록 형성하며, 수납공간(230a)의 중심부에는 밑면으로부터 전방을 향해 돌출된 요홈(231)을 형성한다.
그리고, 이러한 케이스(230)에는 외부로 노출되도록 양/음극 전극리드(240a, 240b)가 형성되어 있다.
다음으로 도 11b에 도시한 바와 같이, 케이스(230)의 개구된 전방에 LED칩(210)을 위치시키는데, LED칩(210)은 홈(310)이 형성된 베이스기판(300) 상에 실장되어 있으며, 와이어(250)가 연결되어 있다.
이러한 LED칩(210)은 LED칩(210)으로부터 발생된 빛이 케이스(230) 수납공간(230a)의 반사면(270)을 향해 출사되도록 케이스(230)의 개구된 전방에 리버스(reverse) 형태로 위치한다.
이때, 베이스기판(300)은 절연 기판을 사용하며, 그 재질로는 유리나 플라스틱을 예를 들 수 있다.
그리고, LED칩(210)과 연결된 와이어(250)는 케이스(230)의 외부로 노출되도록 형성된 양/음극 전극리드(240a, 240b)와 전기적으로 연결된다.
다음으로 도 11c에 도시한 바와 같이, 베이스기판(300)에 형성된 홈(310)을 통해 케이스(230)의 수납공간(230a)으로 형광체(260)가 혼합된 투명수지(미도시)를 주입한 후, 형광체(260)가 혼합된 투명수지(미도시)를 경화한다.
이후, 도 11d에 도시한 바와 같이, 베이스기판(300)을 식각하여 제거함으로써, 본 발명의 실시예에 따른 LED(200)의 제조공정을 완료하게 된다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
200 : LED
210 : LED칩, 220 : 제어부, 230 : 케이스, 230a : 수납공간, 231 : 요홈
240a, 240b : 양극 및 음극 전극리드, 250 : 와이어, 260 : 형광체
270 : 반사면

Claims (10)

  1. 전방을 향해 개구되어 내면이 반사면으로 이루어지는 수납공간이 정의되며, 상기 수납공간에는 형광체를 포함하는 투명수지가 채워지는 케이스와;
    상기 투명수지 상부의 상기 케이스의 중앙부에 위치하며, 상기 반사면을 향해 빛을 출사하는 LED칩과;
    상기 케이스의 외부로 노출되어 있으며, 각각 상기 케이스의 가장자리부에 배치되어 상기 LED칩으로부터 이격되며, 와이어를 통해 상기 LED칩과 전기적으로 연결되는 양극 전극리드 및 음극 전극리드
    를 포함하며,
    상기 형광체는 에폭시 수지 또는 실리콘 수지 중 선택된 하나와 혼합된 상태로 상기 수납공간 전체를 채우고,
    상기 수납공간의 중심부에는 상기 케이스의 밑면으로부터 상기 전방을 향하여 돌출된 원뿔형태의 요홈이 배치되고,
    상기 LED칩으로부터 출사된 빛은, 상기 반사면에 의해 반사된 후, 상기 LED칩에 대응되는 상기 케이스의 상기 중앙부의 개구영역은 통하지 않고, 상기 양극 전극리드 및 상기 음극 전극리드에 대응되는 상기 케이스의 상기 가장자리부의 개구영역만을 통하여 상기 전방을 향해 외부로 출사되는 발광다이오드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 전방과 마주보는 상기 밑면과 이의 네 가장자리가 수직 절곡된 측면으로 이루어지며, 상기 수납공간은 상기 밑면을 향해 볼록한 돔(dome) 형태인 발광다이오드.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED칩은 청색LED칩이며, 상기 형광체는 황색형광체인 발광다이오드.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED칩은 UVLED칩이며, 상기 형광체는 적(R), 녹(G), 청색(B)의 형광체인 발광다이오드.
  7. 전방을 향해 개구되며, 내면이 반사면으로 이루어지는 수납공간이 정의된 케이스를 준비하는 단계와;
    LED칩이 실장되어, 상기 LED칩을 케이스의 중앙부의 개구된 전방에 상기 LED칩으로부터 출사된 빛이 상기 반사면을 향하도록 위치시키며, 홈이 형성된 베이스기판을 위치하는 단계와;
    상기 홈을 통해 상기 수납공간으로 형광체가 혼합된 투명수지를 주입하는 단계와;
    상기 수납공간에 채워진 상기 투명수지를 경화하는 단계와;
    상기 경화된 투명수지의 상부로 상기 베이스기판을 식각하여 제거하는 단계
    를 포함하고,
    상기 케이스에는, 각각 상기 케이스 외부로 노출되고 상기 케이스의 가장자리부에 배치되어 상기 LED칩으로부터 이격되는 양극 전극리드 및 음극 전극리드가 형성되고,
    상기 형광체는 에폭시 수지 또는 실리콘 수지 중 선택된 하나와 혼합된 상태로 상기 수납공간 전체를 채우고,
    상기 수납공간의 중심부에는 상기 케이스의 밑면으로부터 상기 전방을 향하여 돌출된 원뿔형태의 요홈이 배치되고,
    상기 LED칩으로부터 출사된 빛은, 상기 반사면에 의해 반사된 후, 상기 LED칩에 대응되는 상기 케이스의 상기 중앙부의 개구영역은 통하지 않고, 상기 양극 전극리드 및 음극 전극리드에 대응되는 상기 케이스의 상기 가장자리부의 개구영역만을 통하여 상기 전방을 향해 외부로 출사되는 발광다이오드 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 케이스의 전방에 상기 베이스기판을 위치시킨 후, 상기 LED칩과 상기 양극 전극리드 및 상기 음극 전극리드를 와이어를 통해 전기적으로 연결시키는 발광다이오드 제조방법.
  9. 바(bar) 형상의 인쇄회로기판과; 상기 인쇄회로기판의 상에 일정간격 이격하여 실장되며, 전방을 향해 개구되어 내면이 반사면으로 이루어지는 수납공간이 정의되며, 상기 수납공간에는 형광체를 포함하는 투명수지가 채워지는 케이스와; 상기 투명수지 상부의 상기 케이스의 중앙부에 위치하며, 상기 반사면을 향해 빛을 출사하는 LED칩과; 상기 케이스의 외부로 노출되어 있으며, 각각 상기 케이스의 가장자리부에 배치되어 상기 LED칩으로부터 이격되며, 와이어를 통해 상기 LED칩과 전기적으로 연결되는 양극 전극리드 및 음극 전극리드를 포함하며, 상기 형광체는 에폭시 수지 또는 실리콘 수지 중 선택된 하나와 혼합된 상태로 상기 수납공간 전체를 채우고, 상기 수납공간의 중심부에는 상기 케이스의 밑면으로부터 상기 전방을 향하여 돌출된 원뿔형태의 요홈이 배치되고, 상기 LED칩으로부터 출사된 빛은, 상기 반사면에 의해 반사된 후, 상기 LED칩에 대응되는 상기 케이스의 상기 중앙부의 개구영역은 통하지 않고, 상기 양극 전극리드 및 상기 음극 전극리드에 대응되는 상기 케이스의 상기 가장자리부의 개구영역만을 통하여 상기 전방을 향해 외부로 출사되는 발광다이오드를 포함하는 LED 어셈블리와;
    상기 LED 어셈블리와, 상기 LED 어셈블리 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.
  10. 삭제
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