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KR101463039B1 - 백라이트 유닛 및 이를 구비하는 표시 장치 - Google Patents

백라이트 유닛 및 이를 구비하는 표시 장치 Download PDF

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KR101463039B1
KR101463039B1 KR1020080014054A KR20080014054A KR101463039B1 KR 101463039 B1 KR101463039 B1 KR 101463039B1 KR 1020080014054 A KR1020080014054 A KR 1020080014054A KR 20080014054 A KR20080014054 A KR 20080014054A KR 101463039 B1 KR101463039 B1 KR 101463039B1
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양병춘
여동민
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 백라이트 유닛 및 표시 장치에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 적어도 하나의 발광 칩과 적어도 하나의 구동 칩을 동일 패키지 내에 구성하여 발광 소자를 구성하고, 이러한 발광 소자를 하나의 전원 라인 및 접지 라인, 그리고 복수의 제어 라인이 형성된 회로 기판상에 실장하여 백라이트 유닛을 구성한다.
이렇게 함으로써 발광 다이오드 및 구동부를 별도의 기판에 실장하고 연결하여 이용하는 종래에 비해 생산비를 낮출 수 있고, 불량 발생을 방지할 수 있으며, 백라이트 유닛의 부피 증가를 방지할 수 있다. 또한, 발광 소자를 개별적으로 구동할 수 있기 때문에 소비 전력을 더욱 줄일 수 있다.
발광 소자, 발광 칩, 구동 칩, 단일 패키지, 백라이트

Description

백라이트 유닛 및 이를 구비하는 표시 장치{Backlight unit and display having the same}
본 발명은 백라이트 유닛 및 이를 구비하는 액정 표시 장치에 관한 것으로, 특히 발광 칩과 구동 칩을 동일 패키지에 구성하여 제작된 발광 소자를 구비하는 백라이트 유닛 및 표시 장치에 관한 것이다.
음극선관 표시 장치(Cathode Ray Tube; CRT)를 대신하여 최근에는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD), 플라즈마 표시 장치(Plasma Display Panel; PDP) 등의 평판 표시 장치가 빠르게 발전하고 있다. 그런데, 액정 표시 장치는 자체 발광을 하지 못하기 때문에 별도의 광원을 필요로 한다. 따라서, 액정 표시 장치는 액정 표시 패널의 하부에 백라이트 유닛을 마련하여 백라이트 유닛으로부터 출사된 광을 이용하여 화상을 표시하게 된다. 이러한 백라이트 유닛의 광원으로는 최근 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)가 각광받고 있다.
이러한 백라이트 유닛은 복수의 발광 다이오드를 기판상에 실장하여 구성하 며, 기판상에는 발광 다이오드에 전원을 공급하기 위한 전원 라인 및 접지 라인이 형성된다. 따라서, 발광 다이오드는 전원 라인과 접지 라인과 연결되도록 기판상에 실장된다. 또한, 이러한 백라이트 유닛은 소비 전력을 감소시키기 위해 소정 수의 발광 다이오드들이 일 블럭을 구성하고, 블럭별로 발광 다이오드들이 구동되도록 한다. 예를들어 가로 방향으로 배열된 복수의 발광 다이오드가 일 블럭을 구성하게 된다.
발광 다이오드들을 블럭별로 구동하기 위해서는 블럭별로 구동부가 필요하게 된다. 구동부는 발광 다이오드 블럭별로 전원 단자와 접지 단자 사이의 연결을 제어하게 된다. 그런데, 구동부는 발광 다이오드가 실장되는 기판과는 별도의 기판에 형성되고, 발광 다이오드가 실장된 기판과 구동부가 형성된 기판을 연결하여 사용하게 된다. 따라서, 구동부를 별도의 기판상에 제작하기 위해 생산비가 증가하게 되고, 구동부가 형성된 기판과 발광 다이오드가 실장된 기판을 서로 연결하는 과정에서 불량이 발생될 수 있다. 또한, 구동부가 형성된 기판 및 이를 발광 다이오드가 실장된 기판과 연결시키는 연결 부재에 의해 백라이트 유닛의 부피가 증가하게 된다.
본 발명은 발광 다이오드와 이의 구동부를 서로 다른 기판상에 실장하여 발생되는 문제점을 해결할 수 있는 백라이트 유닛 및 이를 구비하는 표시 장치를 제공한다.
본 발명은 발광 칩과 구동 칩을 동일 패키지에 구성하여 회로를 단순화하고 생산 단가를 낮출 수 있는 백라이트 유닛 및 이를 구비하는 표시 장치를 제공한다.
일반적으로 발광 다이오드는 하나의 발광 칩이 전원을 공급받기 위한 전극 단자가 형성된 하우징 내에 실장된다. 그리고, 연결 배선을 이용하여 발광 칩과 전극 단자를 연결한 후 몰딩하게 된다. 그런데, 발광 칩은 하우징 내에서 아주 작은 면적을 차지하게 된다. 즉, 발광 칩이 실장되고 전극 단자가 형성된 후에도 하우징 내에는 아주 큰 면적이 남아 있게 된다.
본 발명에서는 큰 면적이 남아 있는 하우징 내에 발광 칩 및 구동 칩을 서로 이격시켜 실장하고, 연결 배선을 이용하여 발광 칩, 구동 칩 및 전극 단자를 연결하여 동일 패키지에 발광 칩 및 구동 칩을 구성한 발광 소자를 제작한다. 그리고, 이러한 발광 소자를 전원 라인, 접지 라인 및 제어 라인이 형성된 회로 기판상에 실장한다. 이때, 전원 라인 및 접지 라인은 발광 소자 블럭의 수에 관계없이 하나로 형성되어 모든 발광 소자가 연결되도록 하며, 제어 라인은 발광 소자 블럭의 수 및 발광 소자 블럭을 구성하는 발광 소자의 수만큼 구성한다.
본 발명의 일 양태에 따른 백라이트 유닛은 회로 기판; 상기 회로 기판상에 형성된 적어도 하나의 내부 배선; 및 적어도 하나의 발광 칩 및 적어도 하나의 구동 칩을 포함하며, 상기 회로 기판상의 상기 내부 배선과 연결되도록 실장되는 복수의 발광 소자를 포함한다.
상기 내부 배선은 상기 발광 소자에 전원을 공급하는 전원 라인; 상기 발광 소자와 접지 단자를 연결하는 접지 라인; 및 상기 발광 소자에 제어 신호를 공급하는 제어 라인을 포함한다.
상기 전원 라인 및 접지 라인은 각각 단일 라인으로 구성되어 상기 복수의 발광 소자를 연결한다.
상기 복수의 제어 라인은 상기 복수의 발광 소자와 각각 연결된다.
상기 발광 소자는 외부로부터 인가된 전원 및 제어 신호를 상기 발광 칩 및 구동 칩에 인가하는 적어도 하나의 전극 단자; 상기 발광 칩, 구동 칩 및 전극 단자를 연결하는 적어도 하나의 연결 배선; 및 상기 발광 칩 및 구동 칩을 봉지하는 몰딩부를 더 포함한다.
상기 구동 칩은 상기 제어 신호에 따라 구동되는 스위칭 소자를 포함한다.
상기 발광 칩은 제 1 전극이 상기 전원 라인과 연결되고, 상기 발광 칩의 제 2 전극과 상기 구동 칩의 제 1 전극이 연결되며, 상기 구동 칩의 제 2 전극이 상기 접지 라인과 연결되고, 상기 구동 칩의 제 3 전극이 상기 제어 라인과 연결된다.
상기 발광 칩은 제 1 전극이 상기 접지 라인과 연결되고, 상기 발광 칩의 제 2 전극과 상기 구동 칩의 제 1 전극이 연결되며, 상기 구동 칩의 제 2 전극이 상기 전원 라인과 연결되고, 상기 구동 칩의 제 3 전극이 상기 제어 라인과 연결된다.
상기 제어 신호에 따라 상기 구동 칩이 구동되어 상기 발광 칩과 상기 구동 칩에 의해 상기 전원 라인과 접지 라인 사이에 전류가 흐른다.
상기 몰딩부는 형광체를 더 포함한다.
상기 발광 소자는 하나의 발광 칩 및 구동 칩이 서로 다른 기판 상에 각각 형성되어 단일 패키지로 구성된다.
상기 발광 소자는 하나의 발광 칩 및 구동 칩이 동일 기판 상에 형성되어 단일 패키지로 구성된다.
상기 발광 소자는 복수의 발광 칩 및 복수의 구동 칩이 단일 패키지로 구성된다.
상기 발광 소자는 복수의 발광 칩 및 복수의 구동 칩이 상기 회로 기판상에 실장된 후 몰딩된다.
본 발명의 다른 양태에 따른 백라이트 유닛은 회로 기판; 상기 회로 기판상에 형성된 적어도 하나의 내부 배선; 상기 회로 기판상에 소정 영역에 이격되어 형성되며, 상기 적어도 하나의 내부 배선과 연결되는 복수의 박막 트랜지스터; 및 적어도 하나의 발광 칩을 포함하며, 상기 회로 기판상의 상기 내부 배선과 상기 박막 트랜지스터와 연결되도록 실장되는 복수의 발광 소자를 포함한다.
상기 내부 배선은 상기 발광 소자에 전원을 공급하는 전원 라인; 상기 박막 트랜지스터와 접지 단자를 연결하는 접지 라인; 및 상기 박막 트랜지스터에 제어 신호를 공급하는 제어 라인을 포함한다.
상기 박막 트랜지스터는 상기 제어 라인과 연결된 게이트 전극; 상기 발광 소자와 연결된 소오스 전극; 및 상기 접지 단자와 연결된 드레인 전극을 포함한다.
본 발명의 또다른 양태에 따른 표시 장치는 화상을 표시하기 위한 표시 패널; 적어도 하나의 발광 칩과 적어도 하나의 구동 칩이 회로 기판상의 내부 배선과 연결되도록 실장된 복수의 발광 소자를 포함하여 상기 표시 패널에 광을 공급하는 백라이트 유닛; 및 상기 백라이트 유닛에 전원을 공급하고, 상기 백라이트 유닛에 공급되는 제어 신호를 조절하는 백라이트 유닛 구동부를 포함한다.
상기 발광 소자는 하나의 발광 칩 및 구동 칩이 서로 다른 기판 상에 각각 형성되어 단일 패키지로 구성된다.
상기 발광 소자는 하나의 발광 칩 및 구동 칩이 동일 기판 상에 형성되어 단일 패키지로 구성된다.
상기 발광 소자는 복수의 발광 칩 및 복수의 구동 칩이 단일 패키지로 구성된다.
상기 발광 소자는 복수의 발광 칩 및 복수의 구동 칩이 상기 회로 기판상에 실장된 후 몰딩된다.
본 발명에 의하면 적어도 하나의 발광 칩과 적어도 하나의 구동 칩을 동일 패키지 내에 구성하여 발광 소자를 구성한다. 또한, 이렇게 구성된 발광 소자를 하나의 전원 라인 및 접지 라인, 그리고 복수의 제어 라인이 형성된 회로 기판상에 실장하여 백라이트 유닛을 구성한다.
이렇게 함으로써 발광 다이오드 및 구동부를 별도의 기판에 실장하고 연결하여 이용하는 종래에 비해 회로 구조를 단순화하여 생산비를 낮출 수 있고, 불량 발생을 방지할 수 있으며, 백라이트 유닛의 부피 증가를 방지할 수 있다.
또한, 발광 소자를 개별적으로 구동할 수 있기 때문에 소비 전력을 더욱 줄일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 여러 층 및 각 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 표현하였으며 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭하도록 하였다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 “상부에” 또는 “위에” 있다고 표현되는 경우는 각 부분이 다른 부분의 “바로 상부” 또는 “바로 위에” 있는 경우뿐만 아니라 각 부분과 다른 부분의 사이에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛을 구성하는 발광 소자 어셈블리의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 소자 패키지의 사시도이며, 도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도이다. 또한, 도 4는 발광 칩 및 구동 칩의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 소자 어셈블리(100)은 회로 기판(110)과, 회로 기판(110) 상에 실장되며 적어도 하나의 발광 칩(120) 및 구동 칩(130)이 단일 패키지로 구성된 복수의 발광 소자(140)와, 복수의 발광 소자(140)을 구동하기 위한 적어도 하나의 내부 배선을 포함한다. 여기서, 내부 배선은 복수의 발광 소자(120)에 전원을 공급하는 하나의 전원 라인(150)과, 복수의 발광 소자(140)와 접지 단자를 연결하는 하나의 접지 라인(160)과, 복수의 발광 소자(140)를 각각 제어하기 위한 제어 신호를 공급하는 복수의 제어 라인부(170)를 포함한다.
회로 기판(110)은 다층 구조의 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB)으로 구성할 수 있다. 회로 기판(110) 상에 전원 라인(150), 접지 라인(160) 및 제어 라인부(170)가 각각 형성되며, 이들은 서로 전기적으로 절연되어 형성된다. 예를들어 다층 구조의 인쇄회로기판을 이용하는 경우 전원 라인(150)은 회로 기판(110)의 상부층에 형성되고, 접지 라인(160)은 회로 기판(110)의 하부층에 형성되며, 제어 라인부(170)는 회로 기판(110)의 중앙층에 형성될 수 있다. 이 뿐만 아니라 전원 라인(150), 접지 라인(160) 및 제어 라인부(170)는 다층 인쇄회로기판에 서로 전기적으로 절연되도록 서로 다른 층에 형성될 수 있다. 전원 라인(150)은 복수의 발광 소자(140)와 연결되며, 접지 라인(160) 또한 복수의 발광 소자(140)와 연결된다. 즉, 전원 라인(150)과 접지 라인(160)은 각각 단일 라인으로 구성되고, 복수의 발광 소자(140) 각각의 일 단자 및 타 단자가 전원 라인(150)과 접지 라인(160)에 각각 연결된다. 이에 비해, 제어 라인부(170)는 예를들어 동시에 제어되는 일정 수의 발광 소자(140)로 구성되는 블럭의 수에 대응하는 수로 결정된다. 또한, 제어 라인부(170) 각각은 복수의 제어 라인들로 구성되는데, 복수의 라인 라인들은 하나의 블럭내에 구성된 발광 소자(140)의 수에 대응하는 수로 구성된다. 상기 경우는 제어 라인부(170)가 발광 소자(140)들을 블럭별로 구동시키기 위한 구성이다. 물론, 이 경우 이외에도 제어 라인부(170)가 발광 소자(140)들을 발광 소자 블럭 단위로 묶이지 않고 복수의 라인들로 구성되어 발광 소자(140)들을 개별 구동할 수 있다.
도 2 및 도 3를 참조하면, 발광 소자(140)는 적어도 하나의 발광 칩(120) 및 적어도 하나의 구동 칩(130)이 실장되는 하우징(141)과, 외부로부터 인가된 전원을 발광 칩(120) 및 구동 칩(130)에 인가하는 각각 복수의 내부 전극 단자(142) 및 외부 전극 단자(143), 발광 칩(120)과 구동 칩(130)을 연결하고 발광 칩(120) 및 구동 칩(130)과 내부 전극 단자(142)를 연결하는 연결 배선(144)과, 발광 칩(120) 및 구동 칩(130)을 봉지하기 위한 몰딩부(145)를 포함한다. 하우징(141)은 폴리프탈아미드(Poly Phthal Amid; PPA), 액정 고분자 수지(Liquid Crystal Polymer; LCP) 또는 열전도 수지로 제작되며, 중앙부에 발광 칩(120)이 실장되고 발광 칩(120)와 이 격되어 구동 칩(130)이 실장된다. 여기서, 발광 칩(120) 및 구동 칩(130)은 접착 부재(미도시)에 의해 하우징(141)의 기저부에 부착된다. 내부 전극 단자(142) 및 외부 전극 단자(143)는 전기 전도성이 우수한 금속 재질, 예를들어 은 도금된 청동 동강판으로 제작될 수 있다. 외부 전극 단자(143)는 회로 기판(110)의 전원 라인(150), 접지 라인(160) 및 제어 라인(170)과 전기적으로 연결되고, 내부 전극 단자(142)는 외부 전극 단자(143)를 통해 인가되는 전원 및 제어 신호를 발광 칩(120) 및 구동 칩(130)에 전달한다. 예를들어 외부 전극 단자(143b)는 회로 기판(110)의 전원 라인(150)과 연결되고, 외부 전극 단자(143e)는 회로 기판(110)의 접지 라인(160)과 연결되며, 외부 전극 단자(143d)는 회로 기판(110)의 제어 라인(170)과 연결된다. 연결 배선(144)은 발광 칩(120)과 내부 전극 단자(142b), 발광 칩(120)와 구동 칩(130), 구동 칩(130)과 내부 전극 단자(142d), 구동 칩(130)과 내부 전극 단자(142e)를 각각 연결한다. 몰딩부(145)는 발광 칩(120) 및 구동 칩(130)을 봉지하고 연결 배선(144)을 고정시킨다. 또한, 몰딩부(145)는 발광 칩(120)에서 발생되는 광을 모아주는 렌즈 역할도 하게 된다. 이러한 몰딩부(145)는 발광 칩(120)에서 발생된 광을 외부로 투과시켜야 하므로 통상 에폭시 수지 또는 실리콘 수지 등과 같은 광 투과성 수지로 형성된다. 이때, 몰딩부(145) 내부에 발광 칩(120)으로부터 방출된 광을 산란에 의해 확산시킴으로써 균일하게 발광시키는 확산제(미도시)를 더 포함할 수 있다. 확산제로는 티탄산바륨, 산화티탄, 산화알루미늄, 산화규소 등이 사용될 수 있다. 또한, 몰딩부(145) 내부에는 형광체(미도시)가 더 포함될 수 있다. 형광체는 발광 칩(120)으로부터 발생된 광의 일부를 흡수하여 흡수된 광과 상이한 파장의 광을 방출하는 것으로서, 임자결정(Host Lattice)의 적절한 위치에 불순물이 혼입된 활성 이온으로 구성된다. 활성 이온들의 역할은 발광 과정에 관여하는 에너지 준위를 결정함으로써 발광색을 결정하며, 그 발광색은 결정 구조 내에서 활성 이온이 갖는 기저 상태와 여기 상태의 에너지 차(Energy Gap)에 의해 결정된다. 여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 발광 칩(120)은 청색 광을 방출하며, 청색 발광 칩(120)의 몰딩부(145)에 형광체를 도입하여 외부로 백색 광을 방출하도록 할 수 있다. 이 뿐만 아니라 청색, 녹색 및 적색 발광 칩이 혼합되어 백색 광이 방출되도록 할 수 있다. 이를 위해 청색, 녹색 및 적색 발광 소자가 순차 배열될 수 있다.
도 4를 참조하면, 발광 칩(120)은 제 1 기판(121)과, 제 1 기판(121) 상부에 적층된 제 1 반도체층(122), 활성층(123) 및 제 2 반도체층(124)을 포함하여 외부로부터 인가되는 전원에 따라 구동되어 소정의 빛을 방출한다. 또한, 제 1 반도체층(122) 상부에 형성된 제 1 전극(125) 및 제 2 반도체층(124) 상부에 형성된 제 2 전극(126)을 더 포함할 수 있다. 기판(121)은 Al2O3, SiC, ZnO, Si, GaAs, GaP, LiAl2O3, BN, AlN 및 GaN 중 어느 하나를 이용할 수 있으며, 반도체층을 형성할 수 있는 다양한 기판을 이용할 수 있다. 제 1 반도체층(122)은 GaAs, GaN, SiC 등의 진성 반도체 물질에 P형 불순물을 도핑하여 정공이 많아진 P형 반도체층이고, 제 2 반도체층(124)은 진성 반도체 물질에 N형 불순물을 도핑하여 전자가 많아진 N형 반도체층이다. 이때, P형 반도체층은 P형 클래드층과 P형 화합물 반도체층으로 형성 될 수 있으며, N형 반도체층은 N형 클래드층과 N형 화합물 반도체층으로 형성될 수 있다. 그러나, 제 1 반도체층(122)을 N형 반도체층으로, 제 2 반도체층(124)을 P형 반도체층으로 형성할 수도 있다. 활성층(123)은 소정의 밴드갭과 양자 우물이 만들어져 전자 및 정공이 재결합되는 영역으로서, 활성층(123)을 이루는 물질의 종류에 따라 전자 및 정공이 결합하여 발생하는 발광 파장이 변화된다. 따라서, 목표로 하는 파장에 따라 조성이 제어된 반도체 재료를 활성층(123)으로 사용하는 것이 바람직하다. 제 1 및 제 2 전극(125 및 126)은 제 1 및 제 2 반도체층(122 및 124)과 오믹 콘택을 이루는 금속으로서, 게르마늄(Ge), 니켈(Ni) 및 금(Au) 또는 이들의 합금으로 형성할 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 전극(125 및 126) 상부의 소정 위치에 크롬(Cr) 및 금(Au) 또는 이들의 합금을 이용하여 본딩 패드용 전극(미도시)이 형성될 수 있다. 본딩 패드용 전극은 연결 배선(144)을 형성할 때 접점이 되는 부분으로서, 연결 배선(144)이 제 1 및 제 2 전극(125 및 126) 상에 견고하게 본딩될 수 있도록 한다.
도 4를 참조하면, 구동 칩(130)은 제어 신호에 따라 구동되는 소자, 예를들어 FET(Field Effect Transistor) 또는 BJT(Bipolar Junction Transistor) 등의 트랜지스터 또는 그밖의 스위칭 소자로 구성된다. 예를들어 구동 칩(130)은 FET로 구성될 경우 기판(131) 상부에 형성된 게이트 절연막(132) 및 게이트 전극(133), 게이트 전극(133) 양측의 기판(131) 상에 형성된 소오스 전극(134) 및 드레인 전극(135), 그리고, 게이트 전극(133), 소오스 전극(134) 및 드레인 전극(135)과 연결되는 패드 전극(136a, 136b 및 136c; 136)를 포함한다. 기판(131)은 불순물이 도 핑되어 도전성을 갖는 물질을 이용하여 형성하는데, 예를들어 Si, Ge 등의 반도체성 물질을 이용한다. 게이트 전극(133)은 폴리실리콘, 금속막 등의 도전성 물질을 단일층 또는 다층으로 형성하며, 기판(131) 상부의 일부 영역에 형성된다. 또한, 게이트 전극(133) 하부의 게이트 절연막(132)은 실리콘 산화막(SiO2) 및 실리콘 질화막(SiNx)중 적어도 어느 하나를 이용하여 단일층 또는 다층으로 형성할 수 있다. 소오스 전극(134) 및 드레인 전극(135)은 게이트 전극(133) 양측의 기판(131) 상에 P형 불순물 또는 N형 불순물을 주입하여 형성된다. 패드 전극(136)은 기판(131) 전체 상부에 형성된 절연막(137)의 소정 영역을 통해 노출된 게이트 전극(133), 소오스 전극(134) 및 드레인 전극(135)과 각각과 연결되도록 도전성 물질을 형성함으로써 형성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 발광 소자 어셈블리(100)는 발광 소자(140)의 외부 전극 단자(143b)가 회로 기판(110)상의 전원 라인(150)과 연결되고, 외부 전극 단자(143e)가 접지 라인(160)과 연결되며, 외부 전극 단자(143d)가 제어 라인부(170)와 연결된다. 따라서, 발광 칩(120)의 제 2 반도체층(124)은 외부 전극 단자(143b), 연결 배선(144a) 및 제 2 전극(126)을 통해 전원을 공급받는다. 또한, 구동 칩(130)의 드레인 전극(135)은 외부 전극 단자(143e), 연결 배선(144d) 및 전극 패드(137c)를 통해 접지 전원을 공급받는다. 그리고, 구동 칩(130)의 게이트 전극(133)은 외부 전극 단자(143d), 연결 배선(144c) 및 전극 패드(137b)를 통해 제어 신호를 공급받는다. 이때, 발광 칩(120)의 제 1 전극(125)은 연결 배 선(144b) 및 전극 패드(137a)를 통해 구동 칩(130)의 소오스 전극(134)과 연결된다. 따라서, 발광 칩(120)과 구동 칩(130)은 전원 라인(150)과 접지 라인(160) 사이에 연결되며, 제어 라인부(170)를 통해 인가되는 제어 신호에 따라 전원 라인(150)과 접지 라인(160) 사이에 전류가 흐르게 되면 발광 칩(120)이 구동되어 소정의 빛을 방출하게 된다. 즉, 예를들어 복수의 발광 소자(140)가 전원 라인(150) 및 접지 라인(160)에 연결되어 발광 칩(120)의 제 2 전극(126)에 전원이 공급되고, 구동 칩(130)의 드레인 전극(135)이 접지 단자와 연결되고, 일 발광 소자 블럭과 연결된 일 제어 라인부(170)를 통해 하이 레벨의 펄스가 소정 폭으로 인가되면 구동 칩(130)의 게이트 전극(133)이 턴온되어 전원 라인(150)과 접지 라인(160) 사이에 전류가 흐르게 된다. 따라서, 발광 칩(120)이 소정의 빛을 방출하게 된다.
상기 실시 예에서는 발광 칩(120) 및 구동 칩(130)이 서로 다른 제조 공정에 의해 제조된 후 동일 하우징(141) 상에 실장되어 하나의 패키지로 구성되어 발광 소자(140)를 이루게 된다. 그러나, 발광 칩(120) 및 구동 칩(130)이 동일 기판상에 형성된 후 하우징(141)상에 실장되어 발광 소자(140)를 이룰 수 있다. 예를들어 도 5에 도시된 바와 같이 기판(121)상의 소정 영역에 소자 분리막(129)을 형성한 후 소자 분리막(129) 일측의 기판(121) 상에는 발광 칩(120)이 제조되고, 소자 분리막(129) 타측의 기판(121) 상에는 구동 칩(130)으로서 트랜지스터가 제조될 수 있다. 이때, 발광 칩(120)의 제조 공정과 구동 칩(130)의 제조 공정은 동시에 진행될 수 있고, 순차적으로 진행될 수 있다.
또한, 상기 실시 예에서는 구동 소자로서 FET를 예로 설명하였으나, 그 이외에도 박막 트랜지스터, 특히 탑 게이트형 박막 트랜지스터를 포함한 다양한 스위칭 소자가 가능하다.
그리고, 상기 실시 예에서는 발광 칩(120)에 전원이 공급되도록 하고, 구동 칩(130)이 접지 단자와 연결되도록 구성하였다. 이 경우 구동 칩(130)의 소오스 전극(134) 및 드레인 전극(135)는 N형 불순물이 주입되어 형성된다. 즉, 구동 칩(130)은 NMOS 트랜지스터로 구성된다. 그러나, 구동 칩(130)에 전원이 공급되도록 하고, 발광 칩(120)이 접지 단자와 연결되도록 할 수 있다. 이 경우 구동 칩(130)의 소오스 전극(134) 및 드레인 전극(135)는 P형 불순물이 주입되어 형성된다. 즉, 구동 칩(130)은 PMOS 트랜지스터로 구성된다. 이때, 구동 칩(130)의 게이트 전극에 인가되는 제어 신호는 네가티브 전압이 인가되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기에서는 발광 소자(140)의 발광 칩(120) 및 구동 칩(130)을 서로 다른 기판상에 형성한 후 동일 하우징(141) 내에 실장하거나, 동일 기판상에 형성한 후 동일 하우징(141) 내에 실장하여 제조하고, 복수의 발광 소자(140)를 회로 기판(110)상에 실장하였다. 그러나, 일 발광 소자 블럭에 해당하는 크기의 하우징(141)을 마련하고, 복수의 발광 칩(120) 및 복수의 구동 칩(130)을 하우징(141) 내에 실장한 후 하나의 발광 칩(120) 및 하나의 구동 칩(130)을 연결 배선을 이용하여 각각 연결한 후 몰딩하고, 이렇게 형성된 일 발광 소자 블럭에 해당하는 패키지를 회로 기판(110) 상에 실장할 수도 있다. 또한, 발광 칩(120) 및 구동 칩(130) 이 회로 기판(110) 상에 실장되고, 연결 배선을 이용하여 발광 칩(120) 및 구동 칩(130)을 전원 라인(150), 접지 라인(160) 및 제어 라인부(170)에 각각 연결한 후 몰딩할 수도 있다.
한편, 구동 칩(130)을 제작하지 않고 회로 기판(110) 상의 일부 영역에 박막 트랜지스터를 형성할 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 구동 칩(130)이 형성되는 영역에 박막 트랜지스터를 형성할 수 있다. 박막 트랜지스터는 게이트 전극, 소오스 전극 및 드레인 전극을 포함하며, 게이트 전극과 소오스 전극 및 드레인 전극 사이에 게이트 절연막, 활성층 및 오믹 콘택층이 형성된 버텀 게이트형으로 형성될 수 있다. 이 경우 박막 트랜지스터의 게이트 전극은 도 1의 제어 라인부(170)와 연결되고, 소오스 전극은 외부 연결 배선를 통해 발광 칩(120)의 제 1 전극(125)와 연결되고, 드레인 전극은 도 1의 접지 라인(160)과 연결되도록 할 수 있다. 이때, 제어 라인부(170)은 회로 기판(110)의 중앙층에 형성되기 때문에 게이트 전극은 콘택을 통해 제어 라인부(170)와 연결되어야 하고, 접지 라인(160)은 회로 기판(110)의 하부층에 형성되기 때문에 드레인 전극은 콘택을 통해 접지 라인(160)과 연결되어야 한다. 한편, 이 경우 발광 칩(120)은 하우징(141)상에 단독으로 실장되고 몰딩부(145)에 의해 몰딩되어 외부 전극 단자(143)에 의해 회로 기판(110) 상에 실장된다.
도 6은 본 발명에 따른 발광 소자를 이용한 백라이트 유닛 및 이를 구비하는 액정 표시 장치의 개략 분해 사시도이고, 도 7는 본 발명의 일 실시 예에 따른 액 정 표시 장치의 개념도이다.
도 6 및 도 7를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 액정 표시 장치는 액정 표시 패널(3000)과 이를 구동하기 위한 액정 표시 패널 구동부(4000)를 포함하는 액정 표시 패널 어셈블리와, 액정 표시 패널(3000)에 광을 공급하기 위한 백라이트 유닛(1000)과 이를 구동하기 위한 백라이트 유닛 구동부(700)를 포함하는 백라이트 유닛 어셈블리를 포함한다. 또한, 액정 표시 패널 어셈블리와 백라이트 유닛 어셈블리를 각각 수납하고 보호하기 위한 상부 및 하부 수납부재(2600 및 400)를 더 포함할 수 있다. 한편, 액정 표시 패널(3000)은 소정 개수의 데이터 라인과 게이트 라인으로 구분되며 일정 크기를 갖는 매트릭스 형태의 가상 블럭 영역인 복수의 액정 표시 패널 블럭(A)으로 나눠질 수 있으며, 백라이트 유닛(1000) 역시 복수의 액정 표시 패널 블럭(A)에 대응하도록 발광 소자 어셈블리(100)가 복수의 발광 소자 블럭(B)으로 나눠질 수 있다. 여기서, 발광 소자 블럭(B)은 예를들어 가로 방향 및 세로 방향으로 배열된 소정 수의 발광 소자로 구성될 수 있고, 가로 방향으로 배열된 소정 수의 발광 소자로 구성될 수 있다.
액정 표시 패널 어셈블리는 박막 트랜지스터 기판(2220)과, 박막 트랜지스터 기판(2220)에 대응하는 컬러 필터 기판(2240)과, 박막 트랜지스터 기판(2220)과 컬러 필터 기판(2240) 사이에 주입된 액정층(미도시)을 포함하는 액정 표시 패널(3000)과, 액정 표시 패널(3000)을 구동하기 위한 액정 표시 패널 구동부(4000)를 포함한다. 액정 표시 패널(3000)은 컬러 필터 기판(2240) 상부와 박막 트랜지스터 기판(2220) 하부에 각기 대응되어 형성된 편광판(미도시)을 더 포함할 수 있다.
박막 트랜지스터 기판(2220)은 투명한 유리 기판상에 일 방향으로 연장되는 게이트 라인과, 타 방향으로 연장되는 데이터 라인과, 게이트 라인 및 데이터 라인이 교차되는 영역에 매트릭스 형태로 형성된 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT) 및 화소 전극을 포함한다. 박막 트랜지스터들은 게이트 단자, 소오스 단자 및 드레인 단자로 구성된다. 박막 트랜지스터의 게이트 단자는 게이트 라인과 연결되고, 소오스 단자는 데이터 라인과 연결되며, 드레인 단자는 화소 전극과 연결된다. 이러한 박막 트랜지스터 기판(2220)는 게이트 라인 및 데이터 라인에 전기적 신호가 입력되면 각각의 박막 트랜지스터가 턴온(turn on) 또는 턴오프(turn off)되어 드레인 단자로 화소 형성에 필요한 신호가 인가되어 화상을 표시하게 된다.
컬러 필터 기판(2240)은 투명 기판상에 광이 통과하면서 소정의 색이 발현되는 색화소인 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 화소가 형성된다. 컬러 필터 기판(2240)의 전체 면에는 투명 전도성 박막인 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO) 또는 인듐 징크 옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO) 등의 투명한 도전체로 이루어진 공통 전극이 형성된다.
액정 표시 패널 구동부(4000)는 박막 트랜지스터 기판(2220)에 접속된 데이터측 및 게이트측 테이프 캐리어 패키지(Tape Carrier Package; TCP)(2260a, 2280a)와, 데이터측 및 게이트측 테이프 캐리어 패키지(2260a, 2280a)에 각기 접속된 데이터측 및 게이트측 인쇄 회로 기판(2260b, 2280b)을 포함하여 액정 표시 패널(3000)을 구동한다.
백라이트 유닛 어셈블리는 백라이트 유닛(1000)과 백라이트 유닛 구동부(700)를 포함하며, 액정 표시 패널(3000)에 광을 공급한다. 백라이트 유닛(1000)은 발광 칩 및 구동 칩이 단일 패키지로 구성된 복수의 발광 소자가 구비된 발광 소자 어셈블리(100)와, 복수의 발광 소자에서 방출된 광의 품질을 개선하기 위한 광학 시트(500)를 포함한다. 또한, 발광 소자 어셈블리(100)와 광학 시트(500)를 고정하기 위한 몰드 프레임(2000)이 더 포함될 수 있다. 발광 소자 어셈블리(100)는 회로 기판상에 각각 분기되는 하나의 전원 라인과 하나의 접지 라인, 그리고 복수의 제어 라인부가 전기적으로 절연되도록 형성되고, 적어도 하나의 발광 칩과 적어도 하나의 구동 칩이 동일 패키지로 구성된 발광 소자가 회로 기판상에 실장된다. 발광 소자의 발광 칩이 회로 기판상의 전원 단자와 연결되고, 구동 칩이 회로 기판상의 접지 라인 및 제어 라인과 연결되며, 발광 칩과 구동 칩이 연결되도록 한다. 따라서, 제어 라인을 통해 인가되는 제어 신호에 따라 구동 칩이 동작하여 발광 칩에 전원이 공급되도록 하여 발광 칩이 빛을 방출할 수 있도록 한다. 또한, 광학 시트(500)는 발광 소자 어셈블리(100)에서 방출된 광의 품질을 개선하고 효율을 높이기 위해 확산 시트(510)와 프리즘 시트(520)를 포함할 수 있다. 확산 시트(510)는 발광 소자 어셈블리(100)의 상면에 위치하여 복수의 발광 소자로부터 출사된 광을 균일하게 확산하여 프리즘 시트(520) 및 액정 표시 패널(3000)의 정면 방향으로 전달하여 시야각을 넓히고 휘점, 휘선, 얼룩 등의 확산을 경감시킨다. 이러한 확산 시트(510)는 폴리카보네이트(PC) 수지 또는 폴리에스테르(PET) 수지를 사용하여 제작할 수 있다. 프리즘 시트(520)는 확산 시트(510)에서 출사된 광을 굴 절, 집광시켜 휘도를 상승시켜 액정 표시 패널에 입사시킨다. 이러한 프리즘 시트(520)로는 띠 모양의 마이크로 프리즘(Micro-Prism)이 폴리에스테르(PET)와 같은 모재 상부에 형성된 것으로 수평, 수직 두 장을 하나의 세트로 하여 사용할 수 있다.
그리고, 백라이트 유닛 구동부(700)는 발광 소자 어셈블리(100)에 구비된 복수의 발광 소자를 구동하기 위한 전원 및 발광 소자를 제어하기 위한 제어 신호를 공급한다. 백라이트 유닛 구동부(700)는 재설정 가능 반도체(Field-Programmable Gate Array: 이하, "FPGA"라 함)(720), 드라이버(740) 및 전원부(760)를 포함할 수 있다. FPGA(720)는 적어도 하나 이상의 룩업 테이블을 저장하며, 변환부(600)를 통해 외부의 비디오 카드에서 인가된 영상 신호를 입력받고 이를 이용하여 발광 소자의 구동을 제어하기 위한 신호를 생성한다. 드라이버(740)는 FPGA(720)로부터 출력된 신호에 따라 발광 소자를 제어하기 위한 제어 신호를 발광 소자 어셈블리(100)에 발광 소자 블럭(B)별로 인가한다.
또한, FPGA(720)는 신호 분배부(721), 휘도 제어부(722), 디밍 제어부(723) 및 메모리부(724)를 포함한다. 먼저, 메모리부(724)에는 발광 소자 어셈블리(100)의 휘도 디밍시 참조하는 룩업 테이블이 적어도 하나 저장된다. 신호 분배부(721)는 변환부(600)를 통해 영상 신호를 입력받고, 영상 신호의 계조 데이터와 영상 신호의 타이밍을 제어하여 액정 표시 패널 구동부(4000)의 타이밍 콘트롤러(4100) 및 휘도 제어부(722)에 인가한다. 휘도 제어부(722)는 신호 분배부(721)로부터 영상 신호의 계조 데이터를 입력받고, 이를 이용하여 액정 표시 패널 블럭(A) 각각의 개 별 계조 평균을 산출한다. 그리고, 휘도 제어부(722)는 룩업 테이블에서 개별 계조 평균에 맞는 액정 표시 패널 블럭(A)의 휘도를 얻기 위한 펄스 폭을 산출한다. 또한, 휘도 제어부(722)는 이렇게 산출된 펄스 폭 정보가 포함된 휘도 제어 신호를 생성하여 디밍 제어부(723)에 공급한다. 디밍 제어부(723)는 휘도 제어부(722)로부터 입력된 휘도 제어 신호에 따라 발광 소자 어셈블리(100)의 발광 소자 블럭(B)에 공급되는 제어 신호를 조절하기 위한 디밍 제어 신호를 출력한다. 또한, 전원부(780)는 발광 소자 어셈블리(100)에 전원 라인을 통해 전원을 공급하며, 변조부(740)에 제어 신호를 생성하기 위한 전원을 공급한다. 변조부(740)는 전원부(780)로부터 공급된 전원을 이용하여 소정의 펄스 폭을 갖는 제어 신호를 생성하고, 디밍 제어 신호에 따라 발광 소자 블럭(B)의 휘도를 조절하기 위해 제어 신호의 펄스 폭을 조절하여 드라이버(760)에 인가한다. 드라이버(760)는 인가된 제어 신호에 따라 발광 소자 블럭(B)을 구동한다. 즉, 드라이버(760)를 통해 제어 신호가 발광 소자의 구동 칩에 인가되어 발광 칩이 구동되도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 백라이트 유닛을 구성하는 발광 소자 어셈블리의 평면 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 소자의 사시도.
도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 소자를 이루는 발광 칩 및 구동 칩의 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광 소자를 이루는 발광 칩 및 구동 칩의 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 발광 소자를 이용한 백라이트 유닛을 구비하는 액정 표시 장치의 개략 분해 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 개념도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 백라이트 유닛 110 : 회로 기판
120 : 발광 소자 130 : 구동 소자
140 : 발광 소자 패키지 150 : 전원 라인
160 : 접지 라인 170 : 제어 라인

Claims (22)

  1. 회로 기판;
    상기 회로 기판상에 형성된 적어도 하나의 내부 배선; 및
    적어도 하나의 발광 칩 및 적어도 하나의 구동 칩을 포함하며, 상기 회로 기판상의 상기 내부 배선과 연결되도록 실장되는 복수의 발광 소자를 포함하되,
    상기 내부 배선은 상기 발광 소자에 전원을 공급하는 전원 라인;
    상기 발광 소자와 접지 단자를 연결하는 접지 라인; 및
    상기 발광 소자에 제어 신호를 공급하는 제어 라인을 포함하고,
    상기 발광 소자는 외부로부터 인가된 상기 전원 및 제어 신호를 상기 발광 칩 및 구동 칩에 인가하는 적어도 하나의 전극 단자;
    상기 발광 칩, 구동 칩 및 전극 단자를 연결하는 적어도 하나의 연결 배선; 및 상기 발광 칩 및 구동 칩을 봉지하는 몰딩부를 더 포함하며,
    상기 발광 칩은 제1 전극이 상기 접지 라인과 연결되고, 상기 발광 칩의 제2 전극과 상기 구동 칩의 제1 전극이 연결되며, 상기 구동 칩의 제2 전극이 상기 전원 라인과 연결되고, 상기 구동 칩의 제3 전극이 상기 제어 라인과 연결되는 백라이트 유닛.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서, 상기 전원 라인 및 접지 라인은 각각 단일 라인으로 구성되어 상기 복수의 발광 소자를 연결하는 백라이트 유닛.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 제어 라인은 상기 복수의 발광 소자와 각각 연결되는 백라이트 유닛.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 구동 칩은 상기 제어 신호에 따라 구동되는 스위칭 소자를 포함하는 백라이트 유닛.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 신호에 따라 상기 구동 칩이 구동되어 상기 발광 칩과 상기 구동 칩에 의해 상기 전원 라인과 접지 라인 사이에 전류가 흐르는 백라이트 유닛.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 몰딩부는 형광체를 더 포함하는 백라이트 유닛.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 발광 소자는 하나의 발광 칩 및 구동 칩이 서로 다른 기판 상에 각각 형성되어 단일 패키지로 구성되는 백라이트 유닛.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 발광 소자는 하나의 발광 칩 및 구동 칩이 동일 기 판 상에 형성되어 단일 패키지로 구성되는 백라이트 유닛.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 발광 소자는 복수의 발광 칩 및 복수의 구동 칩이 단일 패키지로 구성되는 백라이트 유닛.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 발광 소자는 복수의 발광 칩 및 복수의 구동 칩이 상기 회로 기판상에 실장된 후 몰딩되는 백라이트 유닛.
  15. 회로 기판;
    상기 회로 기판상에 형성된 적어도 하나의 내부 배선;
    상기 회로 기판상에 소정 영역에 이격되어 형성되며, 상기 적어도 하나의 내부 배선과 연결되는 복수의 박막 트랜지스터;
    적어도 하나의 발광 칩을 포함하며, 상기 회로 기판상의 상기 내부 배선 및 상기 박막 트랜지스터와 연결되도록 실장되는 복수의 발광 소자를 포함하되,
    상기 내부 배선은 상기 발광 소자에 전원을 공급하는 전원 라인;
    상기 박막 트랜지스터와 접지 단자를 연결하는 접지 라인; 및
    상기 박막 트랜지스터에 제어 신호를 공급하는 제어 라인을 포함하고,
    상기 박막 트랜지스터는 상기 제어 라인과 연결된 게이트 전극;
    상기 발광 소자와 연결된 소오스 전극; 및
    상기 접지 단자와 연결된 드레인 전극을 포함하는 백라이트 유닛.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 화상을 표시하기 위한 표시 패널;
    적어도 하나의 발광 칩과 적어도 하나의 구동 칩이 회로 기판상의 내부 배선과 연결되도록 실장된 복수의 발광 소자를 포함하여 상기 표시 패널에 광을 공급하는 백라이트 유닛; 및
    상기 백라이트 유닛에 전원을 공급하고, 상기 백라이트 유닛에 공급되는 제어 신호를 조절하는 백라이트 유닛 구동부를 포함하되,
    상기 내부 배선은 상기 발광 소자에 전원을 공급하는 전원 라인;
    상기 발광 소자와 접지 단자를 연결하는 접지 라인; 및
    상기 발광 소자에 제어 신호를 공급하는 제어 라인을 포함하고,
    상기 발광 소자는 외부로부터 인가된 상기 전원 및 제어 신호를 상기 발광 칩 및 구동 칩에 인가하는 적어도 하나의 전극 단자;
    상기 발광 칩, 구동 칩 및 전극 단자를 연결하는 적어도 하나의 연결 배선; 및 상기 발광 칩 및 구동 칩을 봉지하는 몰딩부를 더 포함하며,
    상기 발광 칩은 제1 전극이 상기 접지 라인과 연결되고, 상기 발광 칩의 제2 전극과 상기 구동 칩의 제1 전극이 연결되며, 상기 구동 칩의 제2 전극이 상기 전원 라인과 연결되고, 상기 구동 칩의 제3 전극이 상기 제어 라인과 연결되는 표시 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 발광 소자는 하나의 발광 칩 및 구동 칩이 서로 다른 기판 상에 각각 형성되어 단일 패키지로 구성되는 표시 장치.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 발광 소자는 하나의 발광 칩 및 구동 칩이 동일 기판 상에 형성되어 단일 패키지로 구성되는 표시 장치.
  21. 제 18 항에 있어서, 상기 발광 소자는 복수의 발광 칩 및 복수의 구동 칩이 단일 패키지로 구성되는 표시 장치.
  22. 제 18 항에 있어서, 상기 발광 소자는 복수의 발광 칩 및 복수의 구동 칩이 상기 회로 기판상에 실장된 후 몰딩되는 표시 장치.
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