KR100862472B1 - 백라이트용 ｌｅｄ 모듈 및 이를 이용한 백라이트 유닛 - Google Patents

백라이트용 ｌｅｄ 모듈 및 이를 이용한 백라이트 유닛 Download PDF

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Abstract

백라이트용 LED 모듈 및 이를 이용한 백라이트 유닛을 제공한다. 본 발명에 따른 백라이트용 LED 모듈은 상면에 회로 패턴이 형성된 메탈 코어 인쇄회로기판과; 상기 회로 패턴 상에 실장되어 일렬로 배열된 복수의 LED 칩과; 상기 LED 칩 각각을 포장하여 상기 LED 칩 각각의 외측에 있는 상기 인쇄회로기판 상면의 일부까지 연장된 수지포장부를 갖는다.
백라이트, LED 모듈, 메탈 코어 인쇄회로기판, LED 칩

Description

백라이트용 ＬＥＤ 모듈 및 이를 이용한 백라이트 유닛{LIGHT EMITTING DIODE MODULE FOR BACKLIGHT UNIT AND BACKLIGHT USING THE SAME}
본 발명은 백라이트(Backlight)용 LED(Light Emitting Diode, 발광 다이오드) 모듈 및 이를 이용한 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 균일한 선광원을 얻을 수 있는 백라이트용 LED 모듈에 관한 것이며, 상기 LED 모듈을 이용한 고품질의 백라이트 유닛에 관한 것이다.
일반적으로, 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기적인 신호를 빛으로 변화시키는 LED는 다른 발광체에 비해 수명이 길고, 구동 전압이 낮으며, 소비 전력이 적다는 장점이 있다. 또한, 응답속도 및 내충격성이 우수할 뿐만 아니라 소형 경량화가 가능하다는 장점도 가지고 있다.
이러한 LED는 휴대폰 등 휴대용 전자기기의 광원으로 사용될 뿐만 아니라 최근에는 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD)의 백라이트 유닛(Back Light Unit, BLU) 및 조명의 광원 등으로 사용되고 있다. 여기서, 백라이트 유닛에 사용되는 LED 광원은 기판상에 다수의 LED가 실장된 LED 모듈 형태를 이룬다. 그러나, LED는 점광원이므로 기다란 선광원의 형광등에 비해 도광판 내 빛의 균일한 분포나 고휘도 실현에 불리하다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 LED 패키지를 적용한 LED 모듈(LED Module)(20)의 단면도 및 평면도이다. 도 1a 및 도 1b를 참조하면, LED 모듈(20)은 메탈 코어 인쇄회로기판(Metal Core Printed Circuit Board, MCPCB)(11)과 메탈 코어 인쇄회로기판(11) 상에 실장된 LED 패키지들(10)과, LED 패키지(10) 상에 형성된 렌즈(15)로 구성되며, LED 패키지(10)는 LED 칩(12)이 실장된 LED 패키지 본체부(13)와, 상기 LED 칩(12)을 몰딩하는 수지포장부(14)를 갖는다. 이와 같은 종래의 LED 모듈(20)은 별도의 LED 패키지 공정을 수행하며, 리플오우(Reflow) 방식으로 LED 패키지(10)을 메탈 코어 인쇄회로기판(11)에 부착하기 때문에 공정이 복잡하고 제품 단가가 상승하는 단점이 있다. 또한 LED 칩(12)에서 발생하는 열이 LED 패키지 본체부(13)와 메탈 코어 인쇄회로기판(11)등 여러 단계를 거쳐 방출되므로 열 방출이 효과적으로 이루어지지 않는다는 문제점이 있다.
도 2는 도 1a의 LED 모듈(20)을 이용한 엣지형 백라이트 유닛을 나타내는 평면도이다. 도 2를 참조하면, 엣지형 백라이트 유닛은 도광판(21)과 도광판(21)의 측면에 배치된 LED 모듈(20)을 갖는다. 도광판(21)은 LED 칩(12)에서 발생된 빛을 수용하여 그 상면 전체로 상기 빛을 분산시키는 역할을 한다. 이러한 LED 패키지(10)는 지향각을 최대 ±120°이상으로 조절할 수 없다. 따라서 각 LED 칩에서 발생하는 빛이 충분히 혼합될 수 있는 거리가 확보되지 않으면 도광판(21)의 입광부에 암부(D)가 발생할 수 있다. 이러한 암부(D)를 제거하기 위해 LED의 수를 늘려 LED와 LED 사이의 간격을 좁아지게 하여 선광원의 균일성을 증가시킬 수 있다. 그러나 이 경우 제조비용이 증가되는 문제점이 있다. 반대로 빛의 혼합 거리를 충분히 확보하는 경우에는 휘도가 낮아질 수 있으며 백라이트 유닛의 크기가 커지는 문제점이 있다.
또한 상기 LED 모듈(20)은 LED 패키지(10)가 메탈 코어 인쇄회로기판(11)에 실장되므로 LED 패키지(10) 부피만큼의 공간을 차지하게 되어 백라이트 유닛 전체의 크기를 소형화하는데 제한이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 효과적인 열 방출과 균일한 선광원을 얻을 수 있는 LED 모듈을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 LED 모듈을 이용한 도광판의 입광부에 암부가 발생하지 않는 고품질의 백라이트 유닛을 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 백라이트용 LED 모듈은 상면에 회로 패턴이 형성된 메탈 코어 인쇄회로기판과; 상기 회로 패턴 상에 실장되어 일렬로 배열된 복수의 LED 칩과; 상기 LED 칩 각각을 포장하여 상기 LED 칩 각각의 외측에 있는 상기 인쇄회로기판 상면의 일부까지 연장된 수지포장부를 갖는다.
바람직하게는 상기 수지포장부는 형광체를 포함할 수 있다. 상기 수지포장부는 실리콘계 수지, 에폭시 수지, 우레탄계 수지 및 그 혼합물 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 상기 수지포장부는 볼록한 형태 또는 반구형상일 수 있다.
본 발명에 따른 백라이트 유닛은, 선형 광원인 백라이트용 LED 모듈 및 상기 LED 모듈로부터 발생된 빛을 분산시키는 도광판을 포함하되, 상기 도광판의 한 측면 또는 서로 마주보는 양 측면에 상기 LED 모듈이 배치된 백라이트 유닛에 있어 서, 상기 LED 모듈은 상면에 회로 패턴이 형성된 메탈 코어 인쇄회로기판과; 상기 회로 패턴 상에 실장되어 일렬로 배열된 복수의 LED 칩과; 상기 LED 칩 각각을 포장하여 상기 LED 칩 각각의 외측에 있는 상기 인쇄회로기판 상면의 일부까지 연장된 수지포장부를 포함한다.
바람직하게는 상기 수지포장부는 형광체를 포함할 수 있다. 상기 수지포장부는 실리콘계 수지, 에폭시 수지, 우레탄계 수지 및 그 혼합물 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 상기 수지포장부는 볼록한 형태 또는 반구형상일 수 있다.
본 발명에 따르면, LED 칩을 패키지에 의하지 않고 직접 메탈 코어 인쇄회로기판상에 실장함으로써, LED 모듈의 제조 공정을 간소화하고 제품의 단가를 줄일 수 있으며 LED 칩에서 발생한 열을 효과적으로 방출할 수 있다. 제품의 소형화에도 유리하다.
또한, 수지포장부가 LED 칩 및 LED 칩에 인접한 인쇄회로기판의 상면 일부까지 몰딩함으로써, LED 칩 방출광의 지향각을 개선시킬 수 있으며, 선형 LED 모듈에서의 선형광원의 균일성이 증가하게 된다. 이와 같은 LED 모듈을 엣지형 백라이트 유닛의 광원으로 사용한 경우에는 도광판 입광부에서의 암부를 제거할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나. 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이 하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 실시형태에 따른 LED 모듈(100)의 단면도 및 평면도이다. 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명에 따른 LED 모듈(100)은 메탈 코어 인쇄회로기판(101), 복수의 LED 칩(103) 및 수지포장부(104)를 포함한다.
상기 메탈 코어 인쇄회로기판(101) 상면에는 외부 회로와 전기적으로 연결될 수 있는 회로 패턴(102)이 형성되어 있다. 메탈 코어 인쇄회로기판(101)은 기재가 금속판으로 된 인쇄회로기판이다. 메탈 코어 인쇄회로기판(101)에 형성된 금속판은 방열판으로서의 역할을 한다. 따라서, 본 발명과 같이 LED 칩(103)이 패키지에 의하지 않고 메탈 코어 인쇄회로기판(101) 상에 실장되는 경우에는 LED 칩(103)에서 발생한 열이 상기 금속판에 직접 전달되어 효과적으로 열 방출이 일어나게 된다.
도 3b를 참조하면, 메탈 코어 인쇄회로기판(101) 상에 형성된 회로 패턴(102)은 제1리드(102a)와 제2리드(102b)로 예시되어 있다. 그러나 이에 한정되지 않으며 LED 칩(103)이 실장되어 전기적으로 연결가능한 다른 회로 패턴일 수 있다. 제1리드(102a)와 제2리드(102b)는 메탈 코어 인쇄회로기판(101) 상에 얇은 금속판 으로서 형성되며, 일정한 간격으로 이격되어 배열됨으로써 서로 다른 전극을 구성할 수 있게 된다.
상기 LED 칩(103)의 재료로는 발광 파장이 가시 또는 근적외영역에 존재하고, 발광효율이 높으며, p-n 접합의 제작이 가능할 것 등의 조건을 만족시키는 재료들이 적합하다. 이러한 재료로는 질화갈륨(GaN), 비소화갈륨(GaAs), 인화갈륨(GaP), 갈륨-비소-인(GaAs1-x Px), 갈륨-알류미늄-비소(Ga1-xAlxAs), 인화인듐(InP), 인듐-갈륨-인(In1-xGaxP) 등의 화합물 반도체들이 사용될 수 있다.
발광은 크게 나누어 자유캐리어의 재결합에 의한 것과 불순물 발광중심에서의 재결합에 의한 것이 있다. 이때, 불순물 발광중심에의 재결합에 의해 발생되는 빛의 파장은 반도체에 첨가되는 불순물의 종류에 따라 달라지게 된다. 예를 들어, 인화갈륨인 경우에는 아연 및 산소 원자가 관여하는 발광은 황적색(파장 570nm~700nm)이고, 질소 원자가 관여하는 발광은 청녹색(파장 430nm~500nm)이다. 즉, 불순물의 종류와 반도체 재료에 따라 상기 LED 칩(103)으로부터 발생되는 빛은 각기 다른 고유의 색(파장)을 지니게 된다. LED 칩(103)에서 발생하는 빛은 수지포장부(104)의 형광체(미도시)와 결합하여 백색광을 낼 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.
상기 LED 칩(103)은 은 에폭시(Ag epoxy)나 공융접합체(entectic solder)와 같은 접착수단으로 제1리드(102a)상에 고정될 수 있다. 상기 LED 칩(103)과 제2리 드(102b)는 와이어(미도시)로 연결될 수 있으나, 이와 달리 플립칩(Flip-chip) 방식으로 연결될 수도 있다.
본 발명과 같이 LED 칩(103)을 패키지에 의하지 않고 직접 메탈 코어 인쇄회로기판(101) 상에 형성된 회로 패턴(102)에 실장함으로써 LED 모듈(100) 공정이 간소해지며, 제품의 제작 단가를 감소시킬 수 있다. 또한 제품의 소형화가 가능하다.
수지포장부(104)는 상기 LED 칩(103) 각각을 포장하여, LED 칩(103) 각각의 외측에 있는 메탈 코어 인쇄회로기판(101) 상면의 일부까지 연장된다. 이와 같이 넓게 수지포장부(104)를 형성함으로써 LED 칩(103)에서 방출되는 빛이 전면에 넓게 퍼지게 된다. 이에 따라 LED 모듈(100)의 지향각이 증가하게 된다. 따라서, LED 모듈(100)의 지향각이 증가하게 되면, LED 모듈(100)의 선형광원의 균일성이 개선된다. 수지포장부(104)의 형태는 지향각을 크게 하기 위해 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 수지포장부(104)는 볼록한 형상 또는 반구형상일 수 있다. 수지포장부(104)는 위로 볼록할 수록 지향각이 좁아지게 된다.
또한, 수지포장부(104)는 볼록한 형상 또는 반구형상을 가짐으로써 수지포장부(104)에서 외부로 방출되는 빛이 수지포장부(104)와 외부와의 계면에 임계각보다 작게 입사하게 될 확률이 커져 전반사는 감소하게 되고 광추출효율은 증가한다. 또한 볼록한 형상 또는 반구형상에 의해, LED 칩(103)에서 발생하는 빛은 수지포장부(104)와 외부와의 계면에 가능하면 수직하게 입사된다. 따라서, 빛의 경로가 최 소화되고, 이에 따라 기판 내에서의 빛의 손실양이 더욱 작아진다.
수지포장부(104)의 굴절률은 LED 칩(103)의 굴절률보다 작은 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 굴절률차이에서 발생할 수 있는 전반사를 억제하여 광추출효율을 증가시킬 수 있다.
수지포장부(104)의 재료는 에폭시, 실리콘 수지, 우레탄계 수지 및 그 혼합물 중 하나로 이루어질 수 있다. 이러한 수지포장부(104)의 투입공정으로는 디스펜싱(dispensing)공정과 같은 공지의 공정이 이용될 수 있다.
수지포장부(104)에는 형광체(미도시)가 포함될 수 있다. 형광체는 LED 칩(103)에서 방출된 빛을 흡수하여 발광하거나 다른 형광체로부터 방출된 빛을 흡수하여 발광하는 재료이다. 백색광은 적색, 녹색, 청색의 3원색의 혼합 또는 보색관계에 있는 2색의 혼합에 의해 실현할 수 있다. 예를 들면, 청색 LED는 황색 형광체와 결합하거나 적색/녹색 형광체와 결합하여 백색광을 낼 수 있다. 다른 예로, 자외선 LED는 적색/녹색/청색 형광체와 결합하여 백색광을 낼 수 있다. 또 다른 예로, 적색 LED, 녹색 LED, 청색 LED를 조합하여 백색광을 낼 수 있다.
청색 형광체에는 ZnS:Ag, ZnS:Ag+In2O3, ZnS:Zn+In2O3, (Ba, Eu)MgAl10O17 등이 있으며, 녹색 형광체에는 ZnS:Cu, Y2Al5O12:Tb, Y2O2S:Tb 등이 있으며, 적색 형광체에는 Y2O2S:Eu, Y2O3:Eu, YVO4:Eu 등이 있다. 또한 황색 형광체로는 YAG:Ge, YAG:Ce 등이 있다.
수지포장부(104)에는 빛을 산란시키는 산란제나 확산제를 분산시킬 수 있다. 수지포장부(104)에 분산된 산란제나 확산제에 의해 빛을 산란 또는 확산시켜 광범위한 배광특성을 얻을 수 있어 지향각을 더욱 증가시킬 수 있다. 이에 따라 LED 모듈(100)은 균일한 선광원을 얻을 수 있다.
도 4는 도3a의 백라이트용 LED 모듈(100)을 이용한 백라이트 유닛을 나타내는 평면도이다. 도 4를 참조하면, 백라이트 유닛은 도광판(110)과 LED 모듈(100)을 구비하며, 이 도광판(110)의 한 측면 또는 서로 마주보는 양 측면에 LED 모듈(100)이 배치될 수 있다. LED 모듈(100)의 LED 칩(103)에서 발생한 빛(특히, 백색광)은 도광판(110)의 측면(입광부)에 입사하게 된다. 도광판(110)은 LED 모듈(100)에서 발생된 빛을 수용하여 그 상면 전체로 상기 빛을 분산시키는 역할을 한다.
본 발명에 따른 LED 모듈(100)은 앞서 상술한 바와 같이 지향각이 증가하므로 각 LED 칩(103)에서 발생되는 빛의 혼합거리(t)가 줄어들게 된다. 혼합거리(t)가 감소함에 따라 도광판(110)의 입광부에서의 암부를 제거할 수 있다. 암부를 제 거함으로써 고품질의 백라이트 유닛의 구현이 가능하다.
도 5는 종래의 백라이트 유닛과 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 입광부를 비교하기 위한 사진이다. 도 5의 (a)는 종래의 백라이트 유닛을 나타내는 사진이다. 도 5의 (a)를 참조하면, 도광판(21)의 상부 측면에는 도 1a에 도시된 종래의 LED 모듈(미도시)이 배치된다. 종래의 LED 모듈은 지향각이 제한되어 도광판(21)의 입광부에 암부(D)가 발생한다. 도 5의 (b)는 본 발명에 따른 백라이트 유닛을 나타내는 사진이다. 도 5의 (b)를 참조하면, 도광판(110)의 상부 측면에 본 발명에 따른 LED 모듈(미도시)이 배치된다. 본 발명에 따른 LED 모듈은 지향각이 증가하여 균일한 선광원을 나타내므로 도광판(110)의 입광부에서의 암부가 발생하지 않는다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 백라이트용 LED 모듈의 단면도 및 평면도이다.
도 2는 종래의 엣지형 백라이트 유닛을 나타내는 평면도이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 실시형태에 따른 백라이트용 LED 모듈의 단면도 및 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 백라이트 유닛을 나타내는 평면도이다.
도 5의 (a) 및 (b)는 각각 종래의 백라이트 유닛과 본 발명의 백라이트 유닛을 나타내는 사진이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
101: 메탈 코어 인쇄회로기판 102: 회로 패턴
102a: 제1리드 102b: 제2리드
103: LED 칩 104: 수지포장부
110: 도광판

Claims (11)

  1. 상면에 회로 패턴이 형성된 메탈 코어 인쇄회로기판;
    상기 회로 패턴 상에 실장되어 일렬로 배열된 복수의 LED 칩; 및
    상기 LED 칩 각각을 포장하여 상기 LED 칩 각각의 외측에 있는 상기 인쇄회로기판 상면의 일부까지 연장된 수지포장부;를 포함하며,
    상기 수지포장부에는 녹색 및 적색 형광체가 포함되어 백색광을 발하며,
    상기 녹색 형광체는 ZnS:Cu, Y2Al5O12:Tb 및 Y2O2S:Tb 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트용 LED 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수지포장부는 실리콘계 수지, 에폭시 수지, 우레탄계 수지 및 그 혼합물 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트용 LED 모듈.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적색 형광체는 Y2O2S:Eu, Y2O3:Eu, 및 YVO4:Eu 중 적어도 어느 하나를 포 함하는 것을 특징으로 하는 백라이트용 LED 모듈.
  5. 상면에 회로 패턴이 형성된 메탈 코어 인쇄회로기판;
    상기 회로 패턴 상에 실장되어 일렬로 배열된 복수의 LED 칩; 및
    상기 LED 칩 각각을 포장하여 상기 LED 칩 각각의 외측에 있는 상기 인쇄회로기판 상면의 일부까지 연장된 수지포장부;를 포함하며,
    상기 수지포장부에는 청색, 녹색 및 적색 형광체가 포함되어 백색광을 발하는 것을 특징으로 하는 백라이트용 LED 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수지포장부는 실리콘계 수지, 에폭시 수지, 우레탄계 수지 및 그 혼합물 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트용 LED 모듈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 청색 형광체는 ZnS:Ag, ZnS:Ag+In2O3, ZnS:Zn+In2O3 및 (Ba, Eu)MgAl10O17 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트용 LED 모듈.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 녹색 형광체는 ZnS:Cu, Y2Al5O12:Tb 및 Y2O2S:Tb 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트용 LED 모듈.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 적색 형광체는 Y2O2S:Eu, Y2O3:Eu 및 YVO4:Eu 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트용 LED 모듈.
  10. 제1항 내지 제2항 및 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 백라이트용 LED 모듈; 및,
    상기 백라이트용 LED 모듈로부터 발생된 빛을 분산시키는 도광판;을 포함하며,
    상기 백라이트용 LED 모듈은 상기 도광판의 일 측면 및 서로 마주하는 양 측면에 배치된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  11. 상면에 회로 패턴이 형성된 메탈 코어 인쇄회로기판;
    상기 회로 패턴 상에 실장되어 일렬로 배열된 복수의 LED 칩; 및
    상기 LED 칩 각각을 포장하여 상기 LED 칩 각각의 외측에 있는 상기 인쇄회로기판 상면의 일부까지 연장된 수지포장부;를 포함하며,
    상기 수지포장부에는 녹색 및 적색 형광체가 포함되어 백색광을 발하며,
    상기 적색 형광체는 Y2O2S:Eu, Y2O3:Eu, 및 YVO4:Eu 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트용 LED 모듈.
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