KR101556141B1 - 발광 유닛 및 이를 이용한 백라이트 유닛 - Google Patents

발광 유닛 및 이를 이용한 백라이트 유닛 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발광 유닛 및 이를 이용한 백라이트 유닛에 관한 것으로 특히, 열방출을 향상시킬 수 있는 발광 유닛 및 이를 이용한 백라이트 유닛에 관한 것이다. 본 발명은, 발광 유닛에 있어서, 발광 소자 패키지 장착을 위한 관통홀이 형성되며, 전도성층을 포함하는 회로 기판과; 상기 회로 기판의 관통홀 내에 장착되며, 상기 전도성층과 전기적으로 연결되는 발광 소자 패키지를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
발광 소자, 패키지, 회로 기판, 백라이트, 열방출.

Description

발광 유닛 및 이를 이용한 백라이트 유닛 {Light emitting unit and back light unit using the same}
본 발명은 발광 유닛 및 이를 이용한 백라이트 유닛에 관한 것으로 특히, 열방출을 향상시킬 수 있는 발광 유닛 및 이를 이용한 백라이트 유닛에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 잘 알려진 반도체 발광 소자로서, 1962년 GaAsP 화합물 반도체를 이용한 적색 LED가 상품화 된 것을 시작으로 GaP:N 계열의 녹색 LED와 함께 정보 통신기기를 비롯한 전자장치의 표시 화상용 광원으로 이용되어 왔다.
이러한 LED에 의해 방출되는 광의 파장은 LED를 제조하는데 사용되는 반도체 재료에 따른다. 이는 방출된 광의 파장이 가전자대(valence band) 전자들과 전도대(conduction band) 전자들 사이의 에너지 차를 나타내는 반도체 재료의 밴드갭(band-gap)에 따르기 때문이다.
질화 갈륨 화합물 반도체(Gallium Nitride: GaN)는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭(0.8 ~ 6.2eV)을 가지고 있어, LED를 포함한 고출력 전자부품 소자 개발 분야에서 많은 주목을 받아왔다.
이에 대한 이유 중 하나는 GaN이 타 원소들(인듐(In), 알루미늄(Al) 등)과 조합되어 녹색, 청색 및 백색광을 방출하는 반도체 층들을 제조할 수 있기 때문이다.
이와 같이 방출 파장을 조절할 수 있기 때문에 특정 장치 특성에 맞추어 재료의 특징들에 맞출 수 있다. 예를 들어, GaN를 이용하여 광기록에 유익한 청색 LED와 백열등을 대치할 수 있는 백색 LED를 만들 수 있다.
이렇게 백색 발광이 가능하므로, 조명에 이용될 수 있고, 그중 하나의 예는 액정표시장치의 백라이트 유닛에 이용하는 것이다.
수광형 평판 디스플레이의 일종인 액정표시장치(Liquid Crystal Display;LCD)는 자체적인 발광 능력이 없으므로, 외부로부터의 조사된 조명광을 선택적으로 투과시킴에 의하여 화상을 형성한다. 이를 위하여 액정표시장치의 배면에는 광을 조명하는 광원부가 필요하며 이를 백라이트 유닛(Back Light Unit;BLU)이라고 한다.
이러한 액정표시장치의 백라이트 유닛으로 이용되기 위해서는 기판에 다수의 백색 LED를 배치하고, 이러한 백색 LED에서 발광되는 빛이 균일하게 확산되도록 함으로써 이용될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 효율적으로 열을 방출할 수 있고 박형화 할 수 있는 발광 유닛 및 이를 이용한 백라이트 유닛에 관한 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제1관점으로서, 본 발명은, 발광 유닛에 있어서, 발광 소자 패키지 장착을 위한 관통홀이 형성되며, 전도성층을 포함하는 회로 기판과; 상기 회로 기판의 관통홀 내에 장착되며, 상기 전도성층과 전기적으로 연결되는 발광 소자 패키지를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제2관점으로서, 본 발명은, 백라이트 유닛에 있어서, 발광 소자 패키지 장착을 위한 다수의 관통홀이 형성되며, 전도성층을 포함하는 회로 기판과; 상기 회로 기판의 관통홀 내에 위치하며, 히트 슬러그 상에 위치하고 상기 전도성층에 전기적으로 연결되는 발광 소자 칩을 포함하는 다수의 발광 소자 패키지와; 상기 회로 기판의 하측면에 상기 히트 슬러그와 접촉하여 위치하는 하부 섀시와;상기 회로 기판 상측에 위치하는 광학 시트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다음과 효과가 있는 것이다.
첫째, 발광 소자 칩이 장착된 히트 슬러그가 하부 섀시 및 2차 방열구조에 접촉하고 있으므로, 발광 소자 칩에서 발생되는 열이 효과적으로 방출될 수 있다.
둘째, 발광 소자 칩이 회로 기판의 관통홀 내에 설치되므로, 이러한 발광 유닛을 이용하여 백라이트 유닛과 같은 발광 장치를 제작할 경우, 전체 두께가 크게 감소될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
<제1실시예>
도 1에서 도시하는 바와 같이, 백라이트 유닛과 같은 발광 장치를 구성하기 위한 발광 유닛의 일례는 회로 기판(10) 상에 다수의 발광 소자 패키지(20)가 배열되어 구성된다. 이때, 발광 소자 패키지(20)는 고휘도용 발광 소자 칩(21)을 탑재할 수 있으며, 이러한 경우에 발광 소자 칩(21)은 히트 슬러그(22) 상에 설치되어 발광 소자 칩(21)에서 발생되는 열을 효과적으로 방출시킬 수 있다.
이러한 발광 소자 패키지(20)는 적어도 한 쌍의 리드(24)를 갖는 리드 프레 임 구조를 기본 구조로 하며, 이러한 발광 소자 패키지(20)는 회로 기판(10) 상에 전기적으로 연결되어 설치되고, 이러한 회로 기판(10)은 2차 방열 구조인 하부 섀시(30) 상에 위치하게 된다.
이때, 발광 소자 패키지(20)에서 발생되는 열이 방출되는 경로는, 발광 소자 칩(21)에서 열이 발생하며, 이 열은 히트 슬러그(22)를 통하여 회로 기판(10)과 하부 섀시(30)로 전도된다.
도 2에서와 같이, 회로 기판(10)은 FR4와 같은 절연체(11) 상에 구리(Cu)와 같은 전도성층(12)이 위치하고, 이 전도성층(12) 상에는 포토 솔더 레지스트(photo solder resist; PSR; 13)가 위치하여 전도성층(12)을 절연하게 된다.
이와 같이, 회로 기판(10)은 대부분이 절연체(11)로 이루어져 있으므로, 이 회로 기판(10)은 열 전도를 느리게 한다. 즉, 표 1에서와 같이, 회로 기판(10)의 소재 특성 상 열전도율이 낮기 때문에 발광 소자 칩(21) 및 히트 슬러그(22)를 통하여 전달된 열은 대부분 회로 기판(10)에서 머물게 된다. 여기서 표 1은 회로 기판(10)의 단층 구조와 그에 따른 열전도율을 나타내고 있다.
Figure 112008070301700-pat00001
<제2실시예>
도 3에서 도시하는 발광 유닛의 구조는, 회로 기판(100)에 관통홀(110)을 형성하고, 도 4에서와 같이, 이 관통홀(110)에 발광 소자 패키지(200)를 설치함으로써 발광 소자 칩(210)에서 발생한 열이 효율적으로 방출될 수 있도록 할 수 있다.
발광 소자 패키지(200)의 리드(240)는 도 4에서와 같이, 발광 소자 패키지(200)의 상측으로 위치하여 이 리드(240)에 의하여 발광 소자 패키지(200)가 회로 기판(100)에 결합될 수 있다. 따라서, 리드(240)는 통상의 패키지보다 폭이 넓게 형성되는 것이 유리하며, 도 4에서와 같이, 그 폭이 적어도 히트 슬러그(220)의 반경 이상으로 확장되는 것이 유리하다.
이때, 발광 소자 패키지(200)는 도 5에서 도시하는 바와 같이, 발광 소자 칩(210)이 히트 슬러그(220) 상에 장착되며, 적어도 한 쌍의 리드(240)는 패키지 몰드에 의하여 히트 슬러그(220)와 결합될 수 있다. 이때, 리드(240)는 발광 소자 칩(210)과 전기적으로 연결된다(도시되지 않음).
리드(240)는 패키지 몰드(230)에서 상측으로 절곡되어 회로 기판(100)의 절연성의 기판(110) 상에 위치하며, 회로 라인을 이루는 전도성층(120)에 솔더(도시되지 않음)에 의하여 결합될 수 있다.
히트 슬러그(220)는 패키지 몰드(230) 또는 회로 기판(100)의 하측면과 동일한 깊이의 면을 이룰 수도 있고, 도 5에서와 같이, 패키지 몰드(230)에 대하여 돌출된 면을 가질 수도 있다.
따라서, 이러한 히트 슬러그(220)는 백라이트 유닛과 같은 발광 장치의 하부 섀시(300)에 접촉되어, 발광 소자 칩(210)에서 발생한 열이 히트 슬러그(220)로 전도된 후, 하부 섀시(300)를 통하여 전도될 수 있다.
이러한 하부 섀시(300)에는 별도의 방열판이 설치될 수 있고, 이 하부 섀시(300)까지 전도된 발광 소자 칩(210)에서 발생한 열이 효과적으로 외부로 방출될 수 있는 것이다.
또한, 이러한 구조는 회로 기판(100) 및 이 회로 기판(100)에 설치된 발광 소자 패키지(200) 전체의 두께가 축소될 수 있으므로, 전체 발광 장치의 두께를 최소화활 수 있는 장점을 가지고 있다.
따라서, 도 6에서 도시하는 바와 같이, 백라이트 유닛을 구성하기 위하여 본 실시예의 발광 유닛 상에 동일한 간격으로 광학 시트를 배치했을 경우에 광이 도달하는 영역이 제1실시예에 비하여 확장될 수 있음을 알 수 있다.
즉, 제1실시예의 회로 기판(10) 및 하나의 발광 소자 패키지(20)로 이루어지는 발광 유닛 상에 광학 시트를 위치시킨 상태에서 광이 도달하는 영역인 d1에 비하여 본 제2실시예의 회로 기판(100) 상에 하나의 발광 소자 패키지(20)를 구성한 백라이트 유닛에서 광이 도달하는 영역인 d2가 더 넓게 됨을 알 수 있다(d1 < d2).
또한, 상술한 바와 같이, 이러한 발광 소자 패키지(200)에서 발생된 열은 하부 섀시(300) 및 2차 방열구조에 의하여 효과적으로 방출될 수 있는 것이다.
<제3실시예>
도 7에서는 발광 유닛에 이용될 수 있는 발광 소자 패키지(200)의 구체적인 예를 나타내고 있다.
이러한 발광 소자 패키지(200)는 히트 슬러그(220) 상에 발광 소자 칩(210)이 위치하고, 이 발광 소자 칩(210)에 전기적으로 연결되는 적어도 한 쌍의 리드(240)가 구비된다.
이때, 이 리드(240) 및 히트 슬러그(220)는 패키지 몰드(230)에 의하여 고정될 수 있으며, 이 패키지 몰드(230)의 발광 소자 칩(210)이 설치되는 영역에는 반사컵 또는 그루브 형태의 장착홈이 형성될 수 있다.
발광 소자 칩(210)가 리드(240)는 와이어(270)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있으며, 이러한 발광 소자 칩(210)이 설치된 장착홈에는 실리콘 젤 또는 에폭시 수지와 같은 투명 수지로 이루어지는 봉지재(250)가 채워질 수 있다.
경우에 따라, 이러한 봉지재(250) 상에는 렌즈(260)가 설치되어 발광 소자 칩(210)에서 발생되는 빛을 확산시키거나 집중시킬 수 있다.
한편, 리드(240)는 패키지 몰드(230)의 상단부측에 위치하여 발광 소자 패키지(200)가 회로 기판의 관통홀 내에 설치되면서 회로 기판의 전도성층에 접속될 수 있도록 할 수 있다. 즉, 도 6에서와 같이, 리드(240)는 패키지 몰드(230) 내에 위치하여 상측으로 절곡되어 구비될 수 있다.
도 8은 이러한 발광 소자 패키지(200)가 장착되어 구성되는 발광 유닛의 예를 도시하고 있다.
발광 소자 패키지(200)의 리드(240)는 회로 기판(100)의 절연체 기판(110) 상에 위치하며 회로 라인을 형성하는 전도성층(120) 상에 솔더링과 같은 방법으로 전기적으로 접속되어 설치된다.
이때, 이러한 전도성층(120) 상에는 포토 솔더 레지스트(photo solder resist; PSR)과 같은 절연층(130)이 형성될 수 있다. 그리하여 절연층(130)이 위치하지 않는 또는 절연층(130)이 제거된 부분에 솔더가 위치한 상태에서 발광 소자 패키지(200)의 리드(240)가 이 솔더에 결합될 수 있다.
또한, 발광 소자 패키지(200) 상의 렌즈(260)는 도시하는 바와 같이, 중앙측이 함몰된 형상의 렌즈(260)가 이용될 수 있으며 이러한 렌즈(260)는 발광 소자 칩(210)에서 방출된 빛이 효과적으로 확산될 수 있도록 한다.
도 9a 내지 도 9c는 이러한 발광 유닛의 사진을 나타내고 있다. 도시하는 바와 같이, 발광 소자 패키지의 리드는 두 쌍 이상 구비될 수 있으며, 이러한 리드는 방사선 상으로 배치될 수 있다.
따라서, 발광 소자 패키지 상에 적어도 둘 이상의 발광 소자 칩이 설치될 수 있으며, 이러한 발광 소자 칩은 동일한 색 또는 서로 다른 색을 발광할 수 있다.
또한, 발광 소자 칩이 하나가 구비되어도 발광 소자 패키지가 회로 기판에 안정적으로 장착되기 위하여 여러 쌍의 리드가 결합될 수도 있다.
상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 다양한 형태의 변형이 가능하고, 이러한 기술적 사상의 여러 실시 형태는 모두 본 발명의 보호범위에 속함은 당연하다.
도 1 내지 도 2는 발광 유닛의 제1실시예를 나타내는 단면도이다.
도 3 내지 도 6은 발광 유닛의 제2실시예를 나타내는 도로서,
도 3은 회로 기판을 나타내는 평면도이다.
도 4는 발광 소자 패키지가 설치된 상태를 나타내는 평면도이다.
도 5는 발광 유닛의 단면도이다.
도 6은 발광 유닛을 이용한 백라이트 유닛의 발광 면적의 확대를 나타내는 개략도이다.
도 7 내지 도 9b는 발광 유닛의 제3실시예를 나타내는 도로서,
도 7은 발광 소자 패키지의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 8은 발광 유닛의 단면도이다.
도 9a 내지 도 9c는 발광 유닛의 사진이다.

Claims (13)

  1. 발광 유닛에 있어서,
    발광 소자 패키지 장착을 위한 관통홀이 형성되며, 전도성층을 포함하는 회로 기판;
    상기 회로 기판의 관통홀 내에 장착되며, 상기 전도성층과 전기적으로 연결되는 발광 소자 패키지; 및
    상기 회로 기판의 하측면에 히트 슬러그와 접촉하여 위치하는 하부 섀시;를 포함하고,
    상기 발광 소자 패키지는, 히트 슬러그, 상기 히트 슬러그 상에 위치하는 발광 소자 칩, 상기 발광 소자 칩과 회로 기판의 전도성층 사이에 전기적으로 연결되는 리드 및 상기 히트 슬러그 또는 리드의 적어도 일부를 감싸는 패키지 몰드를 포함하고,
    상기 히트 슬러그의 하측면은 상기 패키지 몰드의 하측면에 대하여 돌출되고, 상기 하부 섀시는 방열판을 포함하고,
    상기 리드는, 상기 패키지 몰드에서 상측으로 절곡되어 상기 회로 기판의 전도성층에 결합되는 것을 특징으로 하는 발광 유닛.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 발광 소자 칩은 둘 이상의 칩이 설치되는 것을 특징으로 하는 발광 유닛.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 발광 소자 칩 상에는 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 유닛.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 리드는 적어도 두 쌍 이상 위치하는 것을 특징으로 하는 발광 유닛.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 리드는 방사선 상으로 배열되는 것을 특징으로 하는 발광 유닛.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 리드는, 상기 패키지 몰드의 상단측에 위치하는 것을 특징으로 하는 발광 유닛.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 리드의 폭은 적어도 상기 히트 슬러그의 반경 이상으로 확장된 것을 특징으로 하는 발광 유닛.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 회로 기판의 전도성층 상에는 절연층이 위치하는 것을 특징으로 하는 발광 유닛.
  12. 백라이트 유닛에 있어서,
    발광 소자 패키지 장착을 위한 다수의 관통홀이 형성되며, 전도성층을 포함하는 회로 기판;
    상기 회로 기판의 관통홀 내에 위치하며, 히트 슬러그 상에 위치하고 상기 전도성층에 전기적으로 연결되는 발광 소자 칩을 포함하는 다수의 발광 소자 패키지;
    상기 회로 기판의 하측면에 상기 히트 슬러그와 접촉하여 위치하는 하부 섀시; 및
    상기 회로 기판 상측에 위치하는 광학 시트;를 포함하고,
    상기 다수의 발광 소자 패키지는, 히트 슬러그, 상기 히트 슬러그 상에 위치하는 발광 소자 칩, 상기 발광 소자 칩과 회로 기판의 전도성층 사이에 전기적으로 연결되는 리드 및 상기 히트 슬러그 또는 리드의 적어도 일부를 감싸는 패키지 몰드를 포함하고,
    상기 히트 슬러그의 하측면은 상기 패키지 몰드의 하측면에 대하여 돌출되고, 상기 하부 섀시는 방열판을 포함하고,
    상기 리드는 상기 패키지 몰드의 상측으로 절곡되어 상기 회로 기판의 전도성층에 결합되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 발광 소자 패키지는 상기 발광 소자 칩과 전기적으로 연결되는 적어도 한 쌍의 리드에 의하여 상기 회로 기판에 설치되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
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