백라이트 구동용 메탈 피시비의 제조방법 및 그 구조{omitted}
본 발명은 액정패널(LCD)에 사용되는 백라이트(Back Light)를 구동시키는 메탈 피시비(Metal PCB)의 제조방법 및 그 구조에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 방열역할을 하는 메탈에 메탈 피시비(이하 "메탈 PCB"라 함)를 직접 장착 고정할 수 있는 체결구조를 형성하여 별도의 메탈 패널을 사용하지 않고도 메탈 피시비를 프레임에 창작할 수 있도록 하는 백라이트 구동용 메탈 피시비의 제조방법 및 그 구조에 관한 것이다.
산업의 발달로 본격적인 정보화 시대가 도래함에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 최근에는 특히 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)형 액정표시장치(TFT-LCD)가 개발되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube : CRT)을 대체하고 있다.
이러한 액정표시장치의 화상구현원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용한 것으로, 주지된 바와 같이 액정은 분자구조가 가늘고 길며 배열에 방향성을 갖는 광학적 이방성과, 전기장 내에 놓일 경우 그 크기에 따라 분자배열 방향이 변 화되는 분극성질을 띤다.
이에 액정표시장치는 액정층을 사이에 두고 서로 마주보는 면으로 각각 전계 생성전극이 형성된 한 쌍의 투명 절연기판을 대면 합착시킨 액정패널(liquid crystal panel)을 필수적인 구성요소로 하며, 이는 두 전계 생성전극 사이의 전기장 변화를 통해서 그 사이로 개재된 액정분자의 배열방향을 인위적으로 조절하고 이에 따른 빛의 투과율 변화를 통해 여러 가지 화상을 나타낸다.
이 때, 액정패널은 자체 발광요소를 갖지 못하는 수광형 소자이므로 별도의 백라이트 어셈블리(back light assembly)를 구비하여 액정패널 측으로 빛을 공급한다.
상기 백라이트 어셈블리에 의해 액정패널 측으로 빛을 공급하는 타입으로는 광원의 설치위치에 따라 직하식 백라이트와, 에지-라이트식 백라이트로 구분되는데, 직하식 백라이트는 액정패널의 배면에 설치된 형광램프에서 발생된 빛을 확산판을 이용하여 균일화시킨 후, 이 빛을 액정패널에 입사시키는 구조이고, 에지-라이트식 백라이트는 액정패널의 측면에 설치된 광원을 도광판을 통해 액정패널에 입사시키는 구조로써, 에지-라이트식 백라이트는 휘도의 균일도를 도광판에 의하여 조절하고, 광원이 도광판의 에지부분에 배치되기 때문에 직하식의 백라이트에 비교하여 그 만큼 두께가 얇아지는 장점을 가지고 있다.
상기 백라이트의 광원으로는 냉 음극 형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp) 또는 발광 다이오드(Light Emitting Diode : 이하 "LED"라 함)가 사용되는데, 상기 냉 음극 형광램프는 수은 가스를 사용하므로 인해 환경 오염을 유발할 수 있고, 응답속도가 느리며, 색 재현성이 낮을 뿐 만 아니라 액정 패널의 경박단소화에 적절하지 못한 단점을 가지고 있는 반면, LED는 친환경적이며, 응답속도가 수 나노 초로 고속 응답이 가능하여 비디오 신호 스트림에 효과적이고, 임펄시브(impulsive) 구동이 가능하다.
또한, 색 재현성이 100% 이상이고 적색, 녹색, 청색 LED의 광량을 조절하여, 휘도, 색 온도 등을 임의로 변경할 수 있을 뿐만 아니라, 액정패널의 경박단소화에 적합하여 액정표시장치 등의 백라이트용 광원으로 널리 사용되고 있는 실정이다.
종래에는 백라이트 유니트가 몰드조립체와 광학필름들의 결합으로 구성되어 있는데, 상기 몰드조립체는 사각 프레임의 내부에 고정된 도광판의 일 측에 플렉시블 기판이 장착되어 있어, 플렉시블 기판에 고정된 LED에서 발산된 빛이 도광판의 내부로 굴절되면서 도광판의 하부에 부착된 반사필름에 의하여 상부로 조사(照射)되면 확산필름들과 프리즘필름들로 구성된 광학필름에 의하여 빛이 밝게 확산되어 액정화면을 비추어 주게 된다.
그러나, 이러한 구조를 갖는 백라이트는 LED가 고정되는 기판이 유연하게 휘어지는 플렉시블 기판으로 구성되어 있어 플렉시블 기판이 약간이라도 휘어지는 경우에는 LED가 도광판의 측면을 통해 정확하게 빛을 조사하여 굴절시킬 수 없었으므로 조명의 효율이 저하되는 등의 폐단이 발생되었다.
또한, LED가 발광할 때 상당한 열이 발산되나 합성수지로 이루어진 플렉시블 기판은 열 방출효과가 그다지 높지 않기 때문에 열 방출특성이 현저하게 저하되는 등의 문제점도 발생되었다.
더욱이, 현재 개발되는 LED들은 갈수록 조도(照度)가 높은 고휘도 램프를 지향하는 관계로 상당한 열을 발생시키고 있어 근래에는 LED에서 발산되는 열을 효과적으로 방출시켜 줄 수 있도록 플렉시블 기판을 메탈에 고정한 메탈 PCB가 개발되어 사용되고 있다.
도 1은 종래의 메탈 PCB의 구조를 나타낸 분해 사시도이고 도 2는 도 1의 종단면도로서, 종래의 메탈 PCB의 제조공정에 대하여 간략하게 설명하면 다음과 같다.
판 상으로 된 메탈(Al, Ag, Ni 등)(1)의 상면에 소정의 두께(0.15mm 이상)를 갖는 본딩 시트(2)를 위치시킨 다음 상기 본딩 시트의 상면에 공지의 방법에 의해 제조된 플렉시블 기판(3)을 올려놓는다.
이 때, 상기 플렉시블 기판(3)에는 동일한 패턴(3a)의 회로가 일정 간격으로 형성되어 있어 메탈(1)과 플렉시블 기판(3)의 접합공정이 완료되면 프레싱 금형에 의해 낱개로 분리하여 메탈 PCB(4)를 얻게 된다.
이와 같이 메탈(1)의 상면에 본딩 시트(2) 및 플렉시블 기판(3)이 차례로 얹혀지고 나면 설정된 압력(약 80 ∼ 90psi) 및 온도(약 150 ∼ 155℃)의 조건으로 약 1.5시간 동안 프레싱한 다음 20분 정도 냉각한 후 낱개로 분리하므로써, 메탈 PCB(4)의 제조가 완료된다.
상기한 바와 같은 공정에 거쳐 메탈 PCB(4)가 완성되고 나면 이를 액정패널의 일 측에 위치하는 프레임(5)에 장착하여야 되는데, 상기 메탈 PCB(4)를 프레임(5)에 직접 장착 고정할 수 없어 메탈 PCB(4)를 별도의 메탈 패널(6)에 접착 고정 한 다음 상기 메탈 패널(6)에 형성된 체결공(6a)을 통해 메탈 PCB(4)가 고정된 메탈 패널(6)을 프레임(5)에 고정하도록 되어 있다.
상기 메탈 PCB(4)를 프레임(5)에 직접 장착 고정하지 못하는 이유는 메탈 PCB(4)를 장착하기 위해 가공을 하면 가공 시 발생하는 파티클(particle)에 의해 액정패널이 오염되기 때문이다.
그러나 이러한 종래의 메탈 PCB를 제조하는 과정에서 다음과 같은 여러 가지 문제점이 발생되었다.
첫째, 가공 시 파티클이 발생되므로 인해 메탈에 직접 스크류 체결공을 형성하지 못하고 메탈 PCB를 별도의 메탈 패널에 접착 고정하고 있어 생산원가가 상승되는 결과를 초래하게 되었다.
둘째, 전술한 문제점으로 인해 경박단소화를 추구하는 노트북 컴퓨터 등의 설계에 많은 제약이 뒤따랐다.
셋째, 메탈과 플렉시블 PCB를 일체화하는 본딩 시트의 두께가 얇으면 도전체인 메탈에 의해 플렉시블 PCB의 회로가 통전되어 쇼트(short)가 발생되는 치명적인 결함이 있어 부득이 두꺼운 본딩 시트를 사용함에 따라 고가의 본딩 시트로 인하여 생산 원가가 상승되었다.
넷째, 두꺼운 본딩 시트를 사용함에 따라 메탈과 플렉시블 PCB의 접착공정에서 프레싱 압력이 커지면 필요 이상으로 두꺼운 본딩 시트가 녹아 접합면의 외부로 흘러나오게 되므로 별도의 후 공정에서 흘러나온 접착제를 제거하여야만 되었음은 물론이고 심한 경우에는 접착제를 제거하는 과정에서 플렉시블 PCB의 패턴이 훼손되므로 불량을 유발하게 된다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 방열역할을 하는 메탈에 직접 스크류 체결공을 형성하여 별도의 메탈 패널을 사용하지 않고도 메탈 PCB를 프레임에 장착할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 메탈과 PCB를 접착하기 위한 접착층의 두께를 최소화하면서도 도전체인 메탈에 의해 PCB의 회로에 쇼트가 발생되지 않도록 하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 메탈의 상면에 PCB를 올려놓고 설정된 압력 및 온도로 일정 시간동안 프레싱하여 접합하는 백라이트 구동용 메탈 피시비의 제조방법에 있어서, 메탈에 일정 간격으로 스크류 체결공을 형성하는 단계와, 상기 메탈의 상면에 폴리이미드 필름을 접착 고정하여 스크류 체결공을 차폐시키는 단계와, 상기 폴리이미드 필름의 상면에 20 ∼ 30㎛ 두께를 갖는 접착층을 형성하는 단계와, 상기 접착층의 상면에 PCB를 올려놓는 단계와, 압력 80-90psi 및 온도 150-155℃의 조건에서 1-5시간 프레싱하여 폴리이미드 필름이 고정된 메탈에 PCB를 일체화하는 단계와, 상기 메탈과 PCB가 일체화된 상태에서 낱개로 분리하는 공정을 거쳐 메탈 PCB를 생산하는 것을 특징으로 하는 백라이트 구동용 메탈 피시비의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 따르면, 일정 간격으로 스크류 체결공이 형성된 메탈과, 상기 메탈의 상면에 접착 고정되어 메탈에 형성된 스크류 체결공을 보호함과 동시에 메탈에 의해 PCB의 회로가 통전되지 않도록 하는 폴리이미드 필름과, 상기 폴리이미드 필름과 PCB 사이에 위치하여 이들을 일체화하는 20 ∼ 30㎛ 두께를 갖는 접착층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 백라이트 구동용 메탈 피시비가 제공된다.
본 발명은 종래의 메탈 PCB에 비하여 다음과 같은 여러 가지 장점을 갖는다.
첫째, 방열역할을 하는 메탈에 일정 간격으로 스크류 체결공이 직접 형성되어 있어 별도의 메탈 패널을 사용하지 않고도 메탈 PCB를 프레임에 장착 가능하므로 생산원가를 절감할 수 있게 된다.
둘째, 전술한 효과로 인해 노트북 컴퓨터 등을 박형으로 설계하는데 매우 용이하다.
셋째, 메탈의 상면에 폴리이미드 필름을 접착 고정함에 따라 메탈과 PCB를 일체화하는 접착층(본딩 시트 등)의 두께를 최소화하면서도 도전체인 메탈에 의해 PCB의 회로가 통전되어 쇼트(short)가 발생하는 현상을 미연에 방지할 수 있어 메탈과 PCB의 접착에 따른 비용을 줄일 수 있게 된다.
넷째, 접착층의 두께를 최소화함에 따라 메탈과 PCB의 접착공정에서 프레싱 압력이 커지더라도 접착층이 접합면의 외부로 흘러나오는 현상을 미연에 방지하게 되고, 이에 따라 별도의 후 공정에서 흘러나온 접착제를 제거할 필요가 없게 된다.
이하, 본 발명을 일 실시예로 도시한 도 3 내지 도 5를 참고하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 메탈 PCB를 분해하여 나타낸 사시도이고 도 4는 도 3의 결합상태 종단면도로서, 본 발명은 방열역할을 하는 판 상의 메탈(11)에 일정 간격으로 스크류 체결공(12)이 형성되어 있고 상기 메탈(11)의 상면에는 플랙시블 PCB, 세라믹 PCB, 리지드 PCB 등과 같은 PCB(13)를 접착 고정하는 과정에서 접착제에 의해 스크류 체결공(12)이 막히는 현상을 방지함과 동시에 도전체인 메탈(11)에 의해 PCB의 회로가 통전되어 쇼트되는 현상을 방지하도록 약 30 ∼ 40㎛ 정도의 두께를 갖는 폴리이미드 (PI : Polyimide) 필름(14)이 접착 고정되어 있다.
상기 메탈(11)에 일정 간격으로 형성되는 스크류 체결공(12)은 드릴링 작업에 의해 구멍을 천공한 다음 탭(tap)작업에 의해 형성되는 것으로, PCB(13)의 접합공정이 완료되면 메탈 PCB(15)가 낱개로 분리되므로 도면상 수직방향을 따라 등 간격으로 형성됨과 동시에 메탈 PCB(15)의 체결력을 감안하여 도면상 수평방향으로 복수 개 형성된다.
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상기한 폴리이미드 필름(14)의 일면(메탈과의 접착면)에는 접착층(16)이 구비되어 있고 다른 일면에는 접착층이 구비되어 있지 않다.
따라서 폴리이미드 필름(14)을 접착층(16)에 의해 메탈(11)의 상면에 손쉽게 접착하여 후 공정인 접착제에 의해 PCB(13)를 접합 고정하는 과정에서 스크류 체결공(12)이 막히지 않도록 보호하는 역할을 겸하게 된다.
그리고 메탈(11)에 부착된 폴리이미드 필름(14)에는 PCB(13)가 20 ∼ 30㎛ 두께를 갖는 또 다른 접착층(17)에 의해 일체화되어 메탈 PCB(15)를 구성하게 된다.
상기 접착층(17)은 액상의 접착제에 의해 형성되거나, 도 3에 나타낸 바와 같이 소정의 두께를 갖는 본딩 시트에 의해 형성된다.
본 발명에 적용하는 PCB(13)로는, 플렉시블 PCB(Flexible PCB)는 물론이고 세라믹 PCB(Ceramic PCB), 리지드 PCB(Regid PCB) 등 다양한 형태가 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제조방법에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 제조공정을 설명하기 위한 플로우챠트로서, 소정의 크기를 갖는 메탈(11)에 일정 간격으로 구멍을 천공한 다음 탭(tap)을 이용하여 스크류 체결공(12)을 형성한다.(S100)
상기 메탈(11)에는 동일한 패턴을 갖는 공지된 플렉시블 PCB(Flexible PCB)는 물론이고 세라믹 PCB(Ceramic PCB), 리지드 PCB(Regid PCB) 중 어느 하나의 PCB(13)가 후 공정에서 접착 고정됨에 따라 스크류 체결공(12)은 도면 상 수평방향을 따라 일정 간격으로 형성됨과 동시에 동일한 개수의 스크류 체결공(12)이 도면 상 수직방향으로 다수 열 형성된다.
즉, 1개의 메탈(11)에 PCB(13)를 접착 고정하여 후 공정에서 4개의 메탈 PCB(15)로 분리된다면 도면 상 수평방향으로 형성된 5개의 스크류 체결공(12)이 도 면 상 수직방향으로 4열 형성되는 것이다.
이와 같은 공정을 거쳐 메탈(11)에 스크류 체결공(12)을 형성하고 나면 상기 메탈(11)의 상면에 스크류 체결공(12)을 차폐시키기 위한 폴리이미드 필름(14)을 접착 고정한다.(S200)
상기 메탈(11)의 상면에 스크류 체결공(12)이 매워지지 않도록 접착제를 도포한 다음 폴리이미드 필름(14)을 접착하여도 가능하지만, 작업성, 생산성 등을 고려하여 일면에 별도의 접착층(16)을 형성하여 상기 접착층을 이용하여 폴리이미드 필름(14)을 메탈(11)의 상면에 접착 고정하는 것이 보다 바람직하다.
이에 따라, 폴리이미드 필름(14)의 일면에 형성된 접착층(16)의 반대면(PCB가 맞닿는 면)에는 접착제가 도포되지 않은 상태이다.
이 때, 상기 폴리이미드 필름(14)의 두께는 대략 30 ∼ 40㎛정도가 적합하고, 접착층(16)의 두께는 20 ∼ 30㎛ 정도가 적합함을 다수의 실험을 통해 알 수 있었다.
상기한 공정에 의해 메탈(11)의 상면에 폴리이미드 필름(14)을 접착 고정하여 메탈(11)에 형성된 스크류 체결공(12)을 차폐시킴과 동시에 도전체인 메탈(110에 의해 PCB(13)의 회로가 서로 통전되지 않도록 하고 나면 후 공정에서 PCB(13)를 폴리이미드 필름(14)의 상면에 접착 고정하여야 되는데, 본 발명에서는 폴리이미드 필름(14)이 메탈(11)과 PCB(13)를 격리하고 있어 이들을 상호 접착하기 위한 접착층(17)의 두께를 대폭 감소시킬 수 있게 되는 장점을 갖는다.
즉, 종래와 같이 0.15mm 두께의 본딩 시트가 아닌 20 ∼ 30㎛ 두께를 갖는 접착층(17)을 폴ㄹ리이미드 필름(14)의 상면에 형성하면 되는데, 상기 접착층(14)은 액상으로 이루어진 접착제를 도포하여 형성하거나, 본딩 시트를 이용하여 형성할 수도 있으나, 생산성 등을 고려할 때 도 3에 나타낸 바와 같은 본딩 시트를 사용하는 것이 보다 바람직하다.(S300)
이 때, 상기 접착층(17)의 두께가 너무 두꺼우면 메탈 PCB(15)의 생산에 따른 원가의 상승요인으로 작용되고, 이와는 반대로 너무 얇으면 접착 불량이 발생될 우려가 있어 접착층(17)의 두께를 20 ∼ 30㎛ 정도로 유지하여야 된다.
상기 폴리이미드 필름(14)의 상면에 접착층(17)을 형성하고 나면 상기 접착층(17)의 상면에 PCB(13)를 올려놓은 다음 종래의 동일한 조건(압력 : 약 80 ∼ 90psi, 온도 : 약 150 ∼ 155℃, 시간 : 약 1.5시간)으로 프레싱하여 폴리이미드 필름(14)이 고정된 메탈(11)에 PCB(13)를 일체화하게 된다.(S400, S500)
상기한 바와 같은 공정을 거쳐 판 상의 메탈(11)에 스크류 체결공(12)을 형성한 다음 형성된 스크류 체결공이 매워지지 않도록 PCB(13)를 접착 고정하고 나면 종래의 공정과 동일하게 이들을 프레싱 가공하여 낱개의 메탈 PCB(15)로 분리한 다음 최종 검사를 한 후 출하하게 되는 것이다.(S600)
본 발명의 기술사상은 상기한 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다.
또한, 본 발명의 기술분야에서 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양하게 변화하여 실시할 수 있음은 이해 가능한 것이다.
도 1은 종래의 메탈 PCB의 구조를 나타낸 분해 사시도
도 2는 도 1의 종단면도
도 3은 본 발명의 메탈 PCB를 분해하여 나타낸 사시도
도 4는 도 3의 결합상태 종단면도
도 5는 본 발명의 제조공정을 설명하기 위한 플로우 챠트
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11 : 메탈 12 : 스크류 체결공
13 : PCB 14 : 폴리이미드 필름
15 : 메탈 PCB 16, 17 : 접착층