KR100935869B1 - 열가소성 수지 기판을 이용한 백라이트 유닛 - Google Patents
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Abstract
백라이트 유닛이 제공된다. 복수개의 캐비티(cavity)가 형성되어 있는 열가소성 수지 기판; 상기 캐비티의 저면(底面)에 실장되는 발광 다이오드(led) 소자; 및 상기 캐비티에 충진되어 상기 발광 다이오드 소자를 고정시키는 몰딩(molding)수지를 포함하되, 반사효율을 향상시키는 광(光)반사 필러(filler)가 상기 열가소성 수지 기판에 분산되어 포함되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛은 단순한 공정을 통하여 백라이트 유닛의 두께를 감소시킬 수 있어, 소형화된 기기에 적용 가능하다.
발광 다이오드, 열가소성, 필러, 캐비티
Description
본 발명은 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발광다이오드를 포함하고, 열가소성 수지 기판을 이용한 백라이트 유닛에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 간판, 디스플레이, 자동차, 신호등, 백라이트, 일반 조명에 이르기까지 광범위하게 이용되고 있으며, 각각의 분야에서 지속적인 성장을 계속하고 있다. 최근에는 모니터, 노트북, 이동통신단말기 등에 사용되는, 에너지 소비율이 작고 소형인 액정 표시 장치(LCD)가 각광받음과 동시에 발광 다이오드 분야도 함께 발전하고 있다. LCD는 자체적으로 빛을 발생시키지 못하기 때문에 LCD 패널의 뒷면 또는 측면에서 빛을 발생시키는 광원으로 이용되는 백라이트(backlight)를 구비하는 것이 일반적인데 이러한 백라이트로 발광 다이오드가 주로 사용되기 때문이다.
백라이트 유닛에 사용되는 LED 광원은 기판상에 복수개의 발광 다이오드가 실장된 발광 다이오드 모듈 형태를 이룬다. 그리고, 복수개의 발광 다이오드 각각은 프레임 내부에 형광체와 실리콘 수지로 밀봉, 에폭시 재질의 인쇄회로 기판 위에 부착되어 백라이트 유닛을 형성하였다.
이하, 도 1을 참조하여, 종래 기술에 따른 백라이트 유닛의 구성에 대하여 살펴보도록 한다. 도 1은 종래 기술에 따른 백라이트 유닛의 구조를 나타낸 측면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 백라이트 유닛은 PCB(110), 반사막(120), 프레임(130), 발광다이오드 소자(140) 및 형광체가 포함된 몰딩수지(150)를 포함한다.
PCB (110)는 에폭시 재질로 형성될 수 있으며, PCB(110)의 일면에 반사막(120)이 부착되어 있다. 반사막(120)은 PCB(110)에 의한 발광다이오드 소자(140)의 광효율 감소 및 열적 열화를 방지하기 위하여 형성된다. 반사막(120) 위에 형성된 복수개의 프레임(130)의 내부에는 발광다이오드 소자(140)가 실장되고, 프레임(130) 내부를 형광체가 포함된 몰딩수지(150)로 밀봉하여 백라이트 유닛을 패키징 한다. 이와 같이 구성된 백라이트 유닛은 고가(高價)의 반사막(120)을 사용하고, 반사막의 사용으로 인하여, 다수의 공정이 요구되며 백라이트 유닛의 두께도 두꺼워지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 반사막 제거를 통하여 두께가 얇아진 백라이트 유닛을 제공한다.
또한, 본 발명은 단순한 공정을 통하여 저렴한 비용으로 제작 가능한 백라이트 유닛을 제공한다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 복수개의 캐비티(cavity)가 형성되어 있는 열가소성 수지 기판; 상기 캐비티의 저면(底面)에 실장되는 발광 다이오드(led) 소자; 및 상기 캐비티에 충진되어 상기 발광 다이오드 소자를 고정시키는 몰딩(molding)수지를 포함하되, 반사효율을 향상시키는 광(光)반사 필러(filler)가 상기 열가소성 수지 기판에 분산되어 포함되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛이 제공된다.
이때, 상기 열가소성 수지 기판은 폴리에테르이미드(PEI, polyetherimide), 폴리에테르설폰(PES, Polyethersulfone) 폴리에테르에테르케톤(PEEK, Polyetheretherketone), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene) 및 액정 고분자(liquid crystal polymer) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있으며, 상기 열가소성 수지 기판은 분산된 형태의 열전도성 필러를 더 포함하여 형성되거나 상기 열가소성 수지 기판은 분산된 형 태의 유리섬유를 더 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 광반사 필러는 이산화 티탄(TiO2), 탄산납(PbCO3), 실리카(SiO2), 지르코니아(ZrO2), 산화납(PbO), 알루미나(Al2O3), ZnO, 안티몬(Sb2O3) 중 어느 하나 또는 이들의 조합일 수 있으며, 상기 몰딩수지에 형광물질이 포함될 수 있다.
본 발명에 따르면, 단순한 공정을 통하여 백라이트 유닛의 두께를 감소시킬 수 있어, 소형화된 기기에 적용 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면, 발광다이오드 소자의 열을 효율적으로 방출할 수 있다.
또한, 발명에 따르면, 백라이트 유닛의 열적 열화에 의한 광효율 감쇠를 방지 할 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체 적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징 들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 백라이트 유닛의 측면도 이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛(200)은 열가소성 수지 기판(210), 발광다이오드 소자(220) 및 몰딩수지(230)을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛(200)은 복수개의 캐비티(cavity)가 형성되어 있는 열가소성 수지 기판(210)에 실장되는 발광다이오드 소자(220)를 포함하여 형성된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 열가소성 수지 기판(210)상에 형성되는 복수개의 캐비티는 일정간격으로 형성될 수 있다. 그러나, 열가소성 수지 기판(210)에 형성되는 복수개의 캐비티가 언제나 일정한 간격으로 형성되어야 하는 것은 아니다. 또 한, 도 2에 도시된 열가소성 수지 기판(210)에는 네 개의 캐비티가 형성되어 있으나, 본 발명의 목적 범위 내에서 다양한 개수로 형성될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 또한, 본 실시예에 따른 백라이트 유닛은 도 2에 도시된 바와 같이 복수개의 캐비티가 일면에 열지어 형성되어 있는 바 형태(bar type) 이외에도, 본 발명의 목적 범위 내에서 다양한 형태로 제작될 수 있다.
이러한 캐비티 내부에 발광다이오드 소자(220)가 실장되므로, 앞서 도 1을 참조하여 전술한 바 있는 종래의 백라이트 유닛에 사용되던 프레임이 더 이상 필요하지 않게 된다. 종래의 백라이트 유닛과 같이 프레임이 기판 상부에 위치되는 경우, 백라이트 유닛의 두께는 프레임의 높이 때문에 일정 정도 이상 얇게 할 수 없었다. 그러나, 본 실시예에 따른 백라이트 유닛(200)의 경우, 열가소성 수지 기판(220)에 형성된 복수개의 캐비티 내부에 발광 다이오드 소자(220)가 실장되므로 프레임이 더 이상 필요하지 않게 되어, 제거될 수 있으므로 백라이트 유닛(200)의 두께는 얇아질 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 백라이트 유닛(200)은 열가소성 수지 기판(210)을 포함하여 형성된다. 종래의 백라이트 유닛에 포함된 기판의 경우, 일반적으로 에폭시(epoxy)재질로 형성된다. 그러나, 본 실시예에 따른 열가소성 수지 기판(210)은 백색(白色)이 발현될 수 있으므로, 열가소성 수지 기판(210)에 의하여 종래의 백라이트 유닛에서 발생하였던 기판에 의한 광휘도 열화의 문제점을 해결할 수 있다.
열가소성 수지를 이용하여 백라이트 유닛에 포함되는 열가소성 수지 기판(210)을 형성하는 경우, 백라이트 유닛(200)을 얇고 길게 제작하는 것이 가능하 다. 이때, 열가소성 수지 기판(210)은 백라이트 유닛(200)의 기저면(基底面)을 이루어 실장된 발광 다이오드 소자(220)가 안정적으로 위치할 수 있도록 지지하는 지지체로서 기능하고, 발광 다이오드 소자(220)가 구동함에 따라 발생하는 발열에도 견딜 수 있어야 한다. 따라서, 백라이트 유닛(200)을 제작하는데 사용될 열가소성 수지는 고온에서의 내열성 및 우수한 기계적 강도를 갖출 필요가 있다.
이와 같은 내열성 및 기계적 강도를 갖춘 열가소성 수지에는 고기능성 엔지니어링 플라스틱으로서 알려진 폴리에테르이미드(PEI, polyetherimide), 폴리에테르설폰(PES, Polyethersulfone), 폴리에테르에테르케톤(PEEK, Polyetheretherketone), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene), 액정 고분자(LCP, liquid crystal polymer) 등이 있다. 특히, 액정 고분자(LCP)는 내열성과 강성, 치수 안정성, 성형 가공성 등이 우수한 특징을 갖고 있으며, 가격 면에서도 저렴하여 고기능성 엔지니어링 플라스틱 중에서도 각광받고 있다.
본 실시예에 따른 백라이트 유닛(200)의 열가소성 수지 기판(210)은 반사효율을 향상시키는 광(光)반사 필러(filler)가 분산되어 포함된다. 광반사 필러는 열가소성 수지 기판(210)의 광효율, 특히 반사 효율을 향상시킬 수 있는 세라믹 필러일 수 있다. 그러나, 열가소성 수지 기판(210)의 반사효율을 향상시킬 수 있는 물질이라면, 어떤 물질이라도 열가소성 수지 기판(210)에 분산되어 포함될 수 있다.
종래 백라이트 유닛에서, 발광 다이오드 소자에서 출사된 빛이 기판 쪽으로 진행되는 것을 반사시켜 일 방향으로만 빛이 출사되도록 조절하였던 반사막의 역할 을 본 실시예에 따른 열가소성 수지 기판(210)에 분산되어 포함된 광반사 필러가 대신하게 된다. 즉, 열가소성 수지 기판(210)에 분산되어 포함된 광반사 필러가 열가소성 수지 기판(210)의 반사효율을 증대시키게 되므로, 발광 다이오드 소자에서 출사되는 빛을 반사시켜 일방향으로 진행하게 한다. 이에, 종래 백라이트 유닛에 포함되었던 반사막을 제거할 수 있게 되어, 백라이트 유닛의 두께를 얇게 할 수 있게 된다.
전술한 바 있는 광반사 필러는 이산화티탄(TiO2)과 같은 반사효율을 높일 수 있는 세라믹 필러일 수 있는데, 이에 대하여 도 3을 참조하여 보다 상세하게 후술하도록 한다.
발광 다이오드 소자(220)는 열가소성 수지 기판(210)에 형성된 캐비티의 저면(底面)에 실장되며, 본딩 수단을 통해 전극(미도시)과 전기적으로 연결된다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수개의 캐비티 각각에 하나의 발광 다이오드 소자(220)가 실장된다. 따라서, 발광 다이오드 소자(220)는 본딩 수단 및 전극(미도시)을 통하여 외부 전원으로부터 전달되는 전기적 신호에 상응하는 발광 동작을 수행한다. 본딩 수단으로 와이어(wire)가 사용되어 와이어 본딩하거나 이외에도 플립칩 본딩 등을 포함한 다양한 본딩 방법이 이용될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
몰딩수지(230)는 발광다이오드 소자(220) 및 본딩 수단을 고정, 밀봉시킨다. 즉, 발광 다이오드 소자(220)의 보호 및 본딩 수단의 형태 보존, 이탈/분리 방지를 위함이다. 일반적으로 몰딩수지(230)로는 투명 실리콘 수지, 에폭시 몰딩 화합 물(EMC: Epoxy molding compound) 등을 사용한다. 이때, 몰딩수지(230)는 형광물질을 포함할 수 있는데, 형광물질은 발광 다이오드 소자(220)에서 발생하는 빛이 백라이트 유닛의 외부로 출력될 때의 발광 특성 또는 발광 효율을 증가시키는 역할을 수행한다.
백라이트 유닛(200)은 발광 다이오드 소자(220)가 구동함에 따라 발생하는 열을 쉽게 방열시킬 필요가 있다. 왜냐하면, 방열이 순조롭게 이루어지지 않는 경우, 백라이트 유닛(200)의 온도가 매우 높아져 출사광의 파장이 변화하거나 그 출력이 흔들리는 등 발광다이오드 소자가 오동작할 수 있기 때문이다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 열가소성 수지 기판(210)는 광반사 필러 이외에도, 열전도성 필러(filler)를 첨가시켜 제작될 수 있다. 열전도성 필러는 열전도성이 우수한 필러로, 세라믹 필러 일 수 있다. 그러나, 세라믹 필러 이외에도 본 발명의 목적에서 벗어나지 않는 범위에서, 본 발명에 제한 없이 사용될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 퓨즈드 실리카(fused SiO2), 알루미나(Al2O3), 보론나이트라이드(BN) 등과 같이 열전도성이 우수하고, 열팽창성이 낮은 세라믹 필러를 열가소성 수지 기판(210) 내에 분산시켜 제작하게 되면, 제작된 백라이트 유닛의 방열 기능의 향상에 큰 도움이 된다.
이 때, 열전도성 필러의 형태는 구형, 플레이크(flake)형, 휘스커(whisker)형 및 이들의 조합으로 이루어진 형태 중 어느 하나일 수 있다. 다양한 형태의 열 전도성 필러가 열가소성 수지 기판(210)의 제작에 사용되는 경우, 여러 필러 구조들의 조합을 통하여, 열전도도 구성 요소의 하나인 종횡비(aspect ratio) 차이에 의한 전자의 평균자유이동 행로의 증가로 열전도도를 향상시키는 결과를 가져온다.
본 실시예에 따른, 발광 다이오드 패키지의 열가소성 수지 기판(210)의 열전도성 필러의 함량은 40~95wt% 내에서 다양하게 첨가시킬 수 있다. 그러나, 열전도성 필러함량이 70 wt.% 이상일 경우, 고가의 열전도성 필러의 첨가로 인한 가격 상승이 야기될 수 있으며, 높은 첨가량으로 인하여 분산 공정에 어려움이 있어 균일한 성형체를 제작하는데 한계가 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 열가소성 수지 기판(210)의 경우 광반사 필러 이외에도, 유리 섬유가 분산되어 더 포함될 수 있다. 열가소성 수지 기판(210)에 유리섬유를 분산시켜 포함시킴으로써, 강성과 탄성과 같은 열가소성 수지 기판(210)의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광반사 필러의 파장에 따른 반사율 변화에 대하여 살펴보도록 한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛에 사용되는 각종 광반사 필러의 파장에 따른 반사율 변화를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 열가소성 수지 기판의 내부에는 반사효율을 향상시키기 위한 광반사 필러가 분산되어 포함된다. 이때, 광반사 필러는 세라믹 필러의 일종으로 전술한 바와 같이 반사효율을 향상시키기 위한 재 료라면 그 종류에 제한되지 않고 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛에 사용될 수 있다.
이러한 광반사 필러는 이산화 티탄(TiO2), 탄산납(PbCO3), 실리카(SiO2), 지르코니아(ZrO2), 산화납(PbO), 알루미나(Al2O3), ZnO, 안티몬(Sb2O3) 중 어느 하나 또는 이들의 조합일 수 있다.
도 3의 그래프에 도시된 바와 같이, 광반사 필러는 파장에 따라, 그 반사율이 증가하는 경향을 보인다. 특히나, 약 500nm 이상의 파장 영역에서는 이산화티탄(TiO2)과 탄산납(PbCO3)이 다른 광반사 필러에 비하여, 월등히 높은 반사율을 나타내고 있다. 이산화티탄(TiO2)의 경우 아나타제(anatase, TiO2 A)와 루틸(rutile, TiO2 R)의 두 가지 경우가 모두 도시되어 있는데, 아나타제와 루틸은 서로 동질다상(同質多像)이며 이들의 관계는 당업자에게 자명하다
아나타제(TiO2 A)와 루틸(TiO2 R)의 경우, 400nm이상의 파장 영역에서 90% 이상의 반사율을 나타내고 있으며, 탄산납(PbCO3)도 이산화 티탄(아나타제, 루틸) 보다는 낮은 반사율을 나타내지만 350nm 이상의 파장 대역에서 90%정도의 반사율을 나타내고 있다. 이외에도, 그래프에 도시된 광반사 필러들은 대부분 400nm 이상의 파장 대역에서 50% 이상의 반사율을 나타내고 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 백라이트 유닛은 우수한 반사율을 갖는 광반사 필러를 열가소성 수지 기판에 포함시켜, 반사막을 제거할 수 있게 됨으로써, 종래 백라이트 유닛에 비해 보다 얇은 두께를 가질 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 열전도성 필러 및/또는 유리 섬유 등을 열가소성 수지 기판의 내부에 분산시켜 포함시킴으로써 방열특성 및 기계적 강도를 향상시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 백라이트 유닛의 구조를 나타낸 측면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 백라이트 유닛의 측면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛에 사용되는 각종 광반사 필러의 파장에 따른 반사율 변화를 나타낸 그래프.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
200: 백라이트 유닛
210: 열가소성 수지 기판
220: 발광 다이오드 소자
230: 몰딩수지
Claims (6)
- 복수개의 캐비티(cavity)가 형성되어 있는 열가소성 수지 기판;상기 캐비티의 저면(底面)에 실장되는 발광 다이오드(led) 소자; 및상기 캐비티에 충진되어 상기 발광 다이오드 소자를 고정시키며 밀봉시키는 몰딩(molding)수지를 포함하되,반사효율을 향상시키며 상기 발광 다이오드 소자에서 출사되는 빛을 반사시켜 일방향으로 진행시키는 광(光)반사 필러(filler)가 상기 열가소성 수지 기판에 분산되어 포함되며, 상기 몰딩수지는 형광물질이 포함되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
- 제1항에 있어서,상기 열가소성 수지 기판은폴리에테르이미드(PEI, polyetherimide), 폴리에테르설폰(PES, Polyethersulfone) 폴리에테르에테르케톤(PEEK, Polyetheretherketone), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene) 및 액정 고분자(liquid crystal polymer) 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
- 제1항에 있어서,상기 열가소성 수지 기판은 분산된 형태의 열전도성 필러를 더 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
- 제1항에 있어서,상기 열가소성 수지 기판은 분산된 형태의 유리섬유를 더 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
- 제1항에 있어서,상기 광반사 필러는이산화 티탄(TiO2), 탄산납(PbCO3), 실리카(SiO2), 지르코니아(ZrO2), 산화납(PbO), 알루미나(Al2O3), 산화아연(ZnO), 안티몬(Sb2O3) 중 어느 하나 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
- 삭제
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