CN100498468C - 不具有印刷电路板的led背光单元的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种不具有印刷电路板(PCB)的发光二极管(LED)背光单元。该LED背光单元包括底板、绝缘树脂层、以及一个或多个光源模块。绝缘树脂层形成在底板上。电路图案形成在绝缘树脂层上。光源模块安装在绝缘树脂层上，并电连接于电路图案。绝缘树脂层具有200μm或更薄的厚度，且通过将固态膜绝缘树脂层积在底板上或通过使用采用旋转涂布或刮刀涂布的模制方法将液态绝缘树脂应用于底板而形成。此外，通过用金属材料填充绝缘树脂层的雕刻电路图案来形成电路图案。

Description

不具有印刷电路板的LED背光单元的制造方法
相关申请交叉参考
本申请要求于2006年3月21日提交的题为“不具有印刷电路板的发光二极管-背光单元及其制造方法”的第10-2006-0025803号韩国专利申请的权益，其全部内容结合于本申请作为参考。
技术领域
本发明主要涉及一种安装在液晶显示(LCD)装置中的背光单元，更具体地，涉及一种不具有印刷电路板(PCB)的发光二极管(LED)背光单元，其中，光源模块，即LED封装件，直接安装在底板(chassis)上。
背景技术
背光单元是一种利用液晶根据所施加的电压来改变其分子排列的原理而安装在LCD中的装置，并且背光单元从后面提供光并照亮屏幕。尽管过去主要使用采用一个或多个冷阴极管的背光单元，但是，目前，采用LED的背光单元由于其在使用寿命、亮度、色彩再现性等方面的优点而吸引了人们的注意。
与冷阴极管不同，当LED用作光源时，LED需要基板。由于这种LED在发光时散发大量的热，因此，已经使用具有极好散热特性的金属芯基板(金属芯印刷电路板)。
尽管金属芯基板具有极好的散热特性，但是它们非常昂贵。因此，金属芯基板的高成本是降低由金属芯基板形成的背光单元的成本竞争力的主要因素之一。因此，存在使用相对较便宜的环氧树脂绝缘基板的趋势。图4中示出了LED安装在这种绝缘基板上的传统背光单元的实例。
如图4所示，背光单元200包括绝缘基板210、多个LED封装件230、和底板250。
通过用铜箔涂覆环氧树脂FR4-芯并蚀刻该铜箔，在绝缘基板210上形成电路图案211和212。
安装每个LED封装件230，使得LED芯片231直接连接于一个LED电极232，且引线结合于另一个LED电极233。
LED芯片231以及LED电极232和233设置在塑料模制壳体234内，并且该壳体234由环氧树脂镜片235覆盖。
LED封装件230安装在绝缘基板210上，且电连接于正电极和负电极，即，连接于电路图案211和212。
底板250由诸如金属等具有极好热传导性的材料制成，且设置于绝缘基板210的下方，而热垫270设置于底板与绝缘基板之间，以便提供电绝缘并降低接触热阻。
在具有上述结构的传统背光单元200中，当计算总热阻时，假设：基板210的厚度t基板是0.8mm、基板210的热传导率K基板是0.35W/m℃、热垫270的厚度t执垫是0.2mm、热垫的热传导率K执垫是1.00W/m℃、并且基板210或热垫270的面积A是36mm2，那么
R总＝R基板+R热垫
＝(t基板/K基板+t热垫/K热垫)/A
＝(0.8*10-3/0.35+0.2*10-3/1.00)/(36*10-6)
＝69.4℃/W
如上面所说明的，总热阻非常高。当热垫270的厚度是0.5mm时，则总热阻的结果是77.88℃/W。
因此，具有上述结构的传统背光单元的绝缘基板表现出很差的热传导性，所以很难有效地消除由LED芯片产生的热量，从而LED芯片的温度依然升高。因此，由LED芯片发射的光量减少，波长产生变动，且LED芯片的可靠性降低，从而导致使用寿命减少。
此外，需要使用基板来提供连接至每个LED芯片的电路图案。这增加了背光单元的价格及其总厚度。
此外，热垫由具有与薄橡胶板相似的外观特征的高聚合物材料制成。这不仅增加了背光单元的价格，而且还需要密切关注装配工艺。
发明内容
因此，考虑到现有技术中出现的上述问题而做出了本发明，并且本发明的目的在于提供一种背光单元，其中，光源模块，即LED封装件，直接安装在底板上，而无需使用PCB，从而降低了热阻及其厚度，同时降低了其价格。
为了实现上述目的，本发明提供了一种不具有PCB的LED背光单元，该背光单元包括：底板；绝缘树脂层，形成在底板上；电路图案，形成在绝缘树脂层上；以及一个或多个光源模块，安装在绝缘树脂层上，且电连接于电路图案。
根据本发明的优选实施例，绝缘树脂层具有200μm或更薄的厚度。
此外，通过在底板上层积固态膜绝缘树脂或通过使用采用旋转涂布或刮刀涂布的模制方法而将液态绝缘树脂应用于底板来形成绝缘树脂层。
此外，通过用金属材料填充绝缘树脂层的雕刻电路图案来形成电路图案。在这种情况下，通过使用具有浮雕电路图案的印模来按压绝缘树脂层而形成雕刻电路图案。
而且，光源模块是LED封装件。
此外，本发明提供了一种制造不具有PCB的LED背光单元的方法，该方法包括如下步骤：在底板上形成绝缘树脂层；通过在绝缘树脂层上雕刻电路图案而形成雕刻电路图案；用金属材料填充雕刻电路图案或用金属材料镀成雕刻电路图案；通过去除未填充雕刻电路图案的金属材料来形成电路图案；以及在绝缘树脂层上安装一个或多个光源模块，且将相应的光源模块与电路图案电连接。
根据本发明的优选实施例，在底板上形成绝缘树脂层的步骤中，绝缘树脂层具有200μm或更薄的厚度。
此外，通过将绝缘树脂以固态膜形式层积在底板上或将绝缘树脂以液态形式应用于底板，来进行在底板上形成绝缘树脂层的步骤。在这种情况下，使用采用旋转涂布或刮刀涂布的模制方法，将绝缘树脂以液态形式应用于底板。
此外，光源模块是LED封装件。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述，本发明的上述和其它的目的、特征和其它优点将更容易理解，附图中：
图1是根据本发明优选实施例的不具有PCB的LED背光单元的示意性截面图；
图2是示出了制造图1的背光单元的方法的流程图；
图3A到图3F是示出了图2流程的各个步骤的示意性截面图；以及
图4是传统LED背光单元的示意性截面图。
具体实施方式
下面，将参照附图，详细描述根据本发明优选实施例的不具有PCB的LED背光单元及其制造方法。
如图1所示，本发明的背光单元100包括底板110。绝缘树脂层130形成在底板110上，并且多个LED封装件150安装在绝缘树脂层130上。
底板110是用作用于背光单元100的壳体的元件，并且由诸如铝或铜等具有极好热传导性的金属材料制成。尤其，优选地，底板由铝材料制成，以便减少其重量。
绝缘树脂层130由具有与薄橡胶板相似的外观特征的高聚合物材料制成，即，与传统热垫相似或相同的材料。为此，具有粘附性的固态膜类型的绝缘树脂或液态绝缘树脂可以应用于底板110的顶表面。
在这种情况下，使用层积方法将固态膜类型的绝缘树脂应用于底板110，并且使用采用旋转涂布或刮刀涂布的模制方法将液态绝缘树脂应用于底板110。
此外，将诸如铜的金属材料应用于绝缘树脂层130，或将镀成的电路图案140形成于绝缘树脂层上。通过用金属材料填充雕刻的图案来形成电路图案140。与使用PCB来形成电路图案140的传统技术不同，如上所述，本发明在底板110上直接形成电路图案140，从而减少了背光单元的总厚度，同时很大程度上降低了热阻。
尽管未示出，但LED封装件150包括用于发射红光、绿光、和蓝光的多组LED封装件。根据设计，多组LED封装件安装在底板110上。由于LED封装件具有相同的元件，但发射具有不同颜色的各种光束，所以为描述简便，图1中仅示出了一个LED封装件150，并且基于此进行描述。
每个LED封装件150包括LED芯片151、LED电极152和153、塑料模制壳体154、以及镜片155。
LED芯片151是用于发射红光、绿光或蓝光的装置，其直接安装于一个LED电极152上，且通过引线接合与另一个LED电极153电连接。
此外，LED电极152安装在形成于底板110上的电路图案141和142中的正极电路图案上，并且LED电极153安装在电路图案141和142中的负极电路图案上。
此外，通过塑料模制壳体154保护LED芯片151以及LED电极152和153不受环境影响，并且壳体154覆盖有环氧树脂透明镜片155。
图1的背光单元100通过图2流程图的步骤来制造，并且图3A至图3F示意性示出了各个步骤，以促进对本发明的理解。
首先，在步骤S110中，在底板110上形成具有大约10μm厚度的绝缘树脂层130，如图3A所示。绝缘树脂层130由具有与薄橡胶板相似的外观特征的高聚合物材料制成，即，与传统的热垫相似或相同的材料。为此，具有粘附性的固态膜类型的绝缘树脂或液态绝缘树脂可以应用于绝缘树脂层130的顶表面。
在这种情况下，使用层积方法将固态膜类型的绝缘树脂应用于底板110，并且使用采用旋转涂布或刮刀涂布的模制方法将液态绝缘树脂应用于底板110。此外，当形成液态绝缘树脂层130时，由于其溶剂的蒸发作用，在将液态绝缘树脂层130放置成半固化状态之后，该过程继续进行下一步骤。
之后，在步骤S120中，通过使用印模120在绝缘树脂层130(其被放置成半固化状态)上雕刻电路图案而形成雕刻的电路图案131和132，如图3B和图3C所示。在印模120的下表面上形成浮雕的电路图案。雕刻电路图案131和132通过使用预定的力将印模120按压在绝缘树脂层130上而形成。
之后，在S130步骤中，用诸如铜的金属材料填充形成有雕刻电路图案131和132的绝缘树脂层130，或用金属材料镀成(plate)该绝缘树脂层，如图3D所示。
之后，在步骤S140中，通过去除未填充雕刻图案131和132或未用于镀成雕刻图案131和132的金属材料(诸如铜)来形成电路图案141和142，如图3E所示。在这种情况下，可以使用物理或化学方法来进行使涂层或镀层变平以去除金属材料的处理。
最后，在步骤S150中，将光源模块(即，LED封装件150)安装在底板110上，并与电路图案141和142电连接，如图3F所示。更详细地说，将光源模块安装在设置于底板110上的绝缘树脂层130上。
与传统的背光单元不同，本实施例的背光单元100不需要任何单独的PCB或热垫，因此，极大地减少了背光单元的厚度。即，具有大约0.8mm厚度的传统PCB和具有大约0.2mm厚度的传统热垫可以由具有大约10μm厚度的绝缘树脂层130来代替，从而可以实现减少为原始厚度的大约1/100的厚度。
尽管，在本实施例中，使用具有10μm厚度的绝缘树脂层130来形成背光单元100，但是根据电路图案的设计，该厚度可以以各种方式在1μm～200μm范围内变化。下面的表1中列出了通过实验所确定的根据绝缘树脂层130厚度变化的背光单元100的热阻值。
表1
 
绝缘树脂层的厚度(μm) 热阻(℃/W) 绝缘树脂层的厚度(μm) 热阻(℃/W)
1 0.08 20 1.59
2 0.16 30 2.38
3 0.24 40 3.17
4 0.32 50 3.97
5 0.40 60 4.76
6 0.48 70 5.56
7 0.56 80 6.35
8 0.63 90 7.14
9 0.71 100 7.94
10 0.79 200 15.87
从表1中可以看出，可以应用于本发明的绝缘树脂层130的厚度不超过传统热垫的厚度0.2mm(200μm)。因此，即使形成具有最大厚度的绝缘树脂层，也可以实现具有0.8mm厚度的传统PCB的厚度的减少。即，总厚度可以减少到至少1/5。
此外，如本实施例中所示，当绝缘树脂层的厚度是10μm时，其热阻是0.79℃/W，从而，本实施例的热阻可以极大地减少到用于可比较的原始厚度时的传统热阻69.4℃/W的大约1/87.7，原始厚度通过使用具有0.8mm厚度的PCB和具有0.2mm厚度的热垫来获得。此外，即使当绝缘树脂层的厚度是100μm时，热阻也可以减少到原始厚度时的大约1/8.7。而且，即使当绝缘树脂层的厚度是200μm时，热阻也可以减少到原始厚度时的大约1/4.4。
根据本发明的LED背光单元以及制造该LED背光单元的方法，电路图案形成于在底板上形成的绝缘树脂层中，从而不需要PCB和热垫，因此可以极大地减少总厚度，同时可以降低总热阻。
此外，不需要热垫来将PCB连接至底板，从而可以简化背光单元的制造过程，并且同时可以降低其制造成本。
此外，可以除去在使用PCB和热垫时所产生的多个界面(interface)，从而可以进一步降低由这些界面引起的热阻。
此外，极大地降低了热阻，从而可以顺利地去除由LED芯片所产生的热量，因此防止了LED芯片温度的升高，进而，消除了LED芯片光量的减少和波长的变化。因此，可以提高可靠性，并且可以增加LED芯片的使用寿命。
尽管为了示出目的公开了本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员应该明白，在不背离所附权利要求中公开的本发明范围和精神的前提下，可以做出各种修改、增补和替换。

Claims (5)

1.一种制造不具有印刷电路板的发光二极管背光单元的方法，所述方法包括如下步骤：
在底板上形成绝缘树脂层；
在所述绝缘树脂层内形成雕刻电路图案；
用金属材料填充所述雕刻电路图案或用金属材料镀所述雕刻电路图案；
通过去除未填充所述雕刻电路图案的金属材料而形成电路图案；以及
在所述绝缘树脂层上安装一个或多个光源模块，并将相应的光源模块与所述电路图案电连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述底板上形成所述绝缘树脂层的步骤中，所述绝缘树脂层具有200μm或更薄的厚度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，通过将绝缘树脂以固态膜形式层积在所述底板上或将绝缘树脂以液态形式应用于所述底板，来进行在所述底板上形成所述绝缘树脂层的步骤。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，使用采用旋转涂布或刮刀涂布的模制方法将所述绝缘树脂以液态形式应用于所述底板。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光源模块是发光二极管封装件。
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