KR101799449B1 - 발광소자 모듈 및 이를 포함하는 조명 시스템 - Google Patents

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Abstract

실시예는 브라켓; 상기 브라켓의 일면에 위치하는 지지부; 상기 브라켓 및 상기 지지부 상에 위치하며 적어도 일부 영역에 캐비티를 가지는 열전달 부재; 및상기 열전달 부재 상에 위치하는 회로기판을 포함하는 발광소자 모듈을 제공한다.

Description

발광소자 모듈 및 이를 포함하는 조명 시스템{LIGHT EMITTING DEVICE MODULE AND LIGHTING APPARATUS INCLUDING THE SAME}
실시예는 발광소자 모듈과 이를 포함하는 조명 시스템에 관한 것이다.
반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광다이오드(Lighit Emitting Diode; LED)나 레이저 다이오드(Laser Diode; LD)와 같은 발광 소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
따라서, 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.
조명 장치나 표시 장치에는, 발광소자가 패키지 몸체에 실장되어 전기적으로 연결된 발광소자 패키지가 널리 사용되고 있다.
실시예는 발광소자 모듈에서 발광소자 패키지의 소자 안정성을 향상시키고자 한다.
실시예는 브라켓; 상기 브라켓의 일면에 위치하는 지지부; 상기 브라켓 및 상기 지지부 상에 위치하며 적어도 일부 영역에 캐비티를 가지는 열전달 부재; 및상기 열전달 부재 상에 위치하는 회로기판을 포함하는 발광소자 모듈을 제공한다.
지지부는, 상기 열전달 부재와 적어도 일부가 접촉할 수 있다.
지지부는, 상기 브라켓이 패턴을 이루어 형성될 수 있다.
패턴은, 상기 열전달 부재와 접촉하는 상기 브라켓의 제1 면과, 상기 브라켓 상의 타면에 대응하여 형성될 수 있다.
지지부는, 상기 브라켓 상에 탄성 부재를 포함하여 형성될 수 있다.
지지부는, 상기 브라켓 상에 열전달층을 포함하여 형성된 될 수 있다.
지지부는, 상기 열전달 부재와 대향하는 면의 크기가 상기 브라켓과 대향하는 면의 크기보다 작을 수 있다.
절연층을 사이에 두고 상기 열전달 부재와 적어도 일부 영역에서 접촉하고, 서로 전기적으로 분리된 제1 도전층과 제2 도전층을 더 포함할 수 있다.
캐비티 내에 배치되고, 상기 제1 도전층 및 제2 도전층과 각각 전기적으로 연결되는 발광소자를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예는 브라켓; 상기 브라켓의 일면에 위치하는 지지부; 상기 브라켓 및 상기 지지부 상에 위치하며 적어도 일부 영역에 캐비티를 가지는 열전달 부재; 상기 브라켓과 상기 열전달 부재 사이에 위치하는 열전달층; 및 상기 열전달 부재 상의 회로기판을 포함하는 발광소자 모듈을 제공한다.
열전달층은, 상기 브라켓 상에 돌출되어 구비될 수 있다.
열전달층은, 상기 브라켓 상에 탄성 부재로 구비될 수 있다.
절연층을 사이에 두고 상기 열전달 부재와 적어도 일부 영역에서 접촉하고, 서로 전기적으로 분리된 제1 도전층과 제2 도전층을 더 포함할 수 있다.
캐비티 내에 배치되고, 상기 제1 도전층 및 제2 도전층과 각각 전기적으로 연결되는 발광소자를 더 포함할 수 있다.
또 다른 실시예는 상술한 발광소자 모듈이 배치된 조명 시스템을 제공한다.
실시예에 따른 발광소자 모듈과 이를 포함하는 조명시스템은, 발광소자 모듈의 브라켓의 지지부가 열전달 부재를 지지하여 소자의 안정성이 향상될 수 있다.
도 1은 발광소자 모듈의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 2는 도 1의 'A' 부분의 확대도이고,
도 3 내지 도 6c는 'A' 부분의 다른 실시예의 확대도이고,
도 7은 발광소자 모듈의 다른 실시예의 사시도이고,
도 8a 내지 도 8i는 발광소자 모듈의 제조방법의 다른 실시예를 나타낸 도면이고,
도 9a 내지 도 9g는 발광소자 모듈의 제조방법의 다른 실시예를 나타낸 도면이고,
도 10은 발광소자 모듈의 다른 실시예를 나타낸 도면이고,
도 11은 발광소자 모듈 어레이의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 12a는 도 11의 발광소자 모듈 어레이의 일부의 확대도이고,
도 12b는 도 12a의 'A' 방향과 'B' 방향의 단면도이고,
도 13a 및 도 13b는 발광소자 모듈의 다른 실시예의 평면도와 단면도이고,
도 14a 및 도 14b는 발광소자 모듈의 다른 실시예의 평면도와 단면도이고,
도 15는 발광소자 모듈을 포함하는 조명장치의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 16은 발광소자 모듈을 포함하는 표시장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1은 발광소자 모듈의 일실시예를 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 발광소자 모듈은 발광소자(240)가 열전달 부재(210)에 형성된 캐비티(cavity) 내에 배치되어 있다. 발광소자(240)는 수직형 발광소자와 수평형 발광소자 및 플립칩 형의 발광소자 등이 모두 배치될 수 있다. 그리고, 열전달 부재(210)는 열전도성이 뛰어난 물질이 사용될 수 있으며, 일예로서 구리(Cu)나 알루미늄이 사용될 수 있다.
그리고, 상기 열전달 부재(210)에 형성된 캐비티의 바닥면에 발광소자(240)가 배치될 수 있고, 상기 캐비티의 측벽은 수직하게 또는 경사지게 형성될 수 있다. 본 실시예에서 상기 캐비티의 측벽은 도면을 기준으로 위로 갈수록 폭이 넓어져서 캐비티의 크기가 점차 증가하고 있다.
그리고, 캐비티를 이루는 열전달 부재(210)가 날카롭게 각도를 가지고 꺽이고 있으나, 유선형으로 꺽일 수도 있다.
상기 열전달 부재(210) 상에는 절연층(220)이 형성되는데, 상기 절연층(220)은 일예로서 폴리이미드(Polyimide)로 이루어질 수 있다. 상기 절연층(220)은 상기 캐비티의 바닥면에서 상기 열전달 부재(210)의 적어도 일부가 노출되도록 패터닝될 수 있다. 즉, 상기 절연층(220)을 이루는 물질은 상기 캐비티의 바닥면의 적어도 일부에는 형성되지 않을 수 있다.
그리고, 열전달 부재(210)가 접착층(110)을 통하여 브라켓(100, bracket)과 결합할 수 있다. 브라켓(100)은 발광소자 모듈의 기판으로 작용하며, 금속으로 이루어지면 백라이트 유닛에서 바텀 샤시 등에 직접 접촉할 수 있다.
상기 접착층(110)은 열전도율이 뛰어나고, 상기 브라켓(100)과 열전달 부재(210)를 결합할 수 있다. 그리고, 발광소자(240)에서 방출되는 열이 열전달 부재(210)를 통하여, 브라켓(100)으로 직접 전달되므로 백라이트 유닛이나 조명 장치 등에서 PPA 수지 등을 사용하지 않을 수 있어서 열방출 효율이 향상될 수 있다.
도시된 바와 같이 열전달 부재(210)는 캐비티를 이루므로 단차를 가지고 형성되어 회로기판(270)과 대응하는 영역에서 브라켓(100)과 소정 간격 이격되어 있으며, 회로기판(270) 등의 하중을 견디기 위하여 브라켓(100)에 지지부(10)가 형성될 수 있는데 후술한다.
그리고, 상기 절연층(220)을 사이에 두고 제1 도전층과 제2 도전층(230)이 형성되는데, 후술하는 바와 같이 제1,2 도전층(230)은 발광소자(240)에 전류를 공급하므로 절연층(220)에 의하여 상기 열전달 부재(210)와 전기적으로 차단될 수 있다. 즉, 상기 제1,2 도전층(230, 230)이 상기 열전달 부재(210)를 통하여 전기적으로 연결되면 안 된다.
상기 제1,2 도전층(230)은 구리를 포함하는 동박 등으로 이루어질 수 있고 상기 절연층(220)을 통하여 상기 열전달 부재(210)와 접촉하므로, 상기 열전달 부재(210)와 절연층(220)과 제1,2 도전층(230)은 동일한 형상일 수 있다.
그리고, 상기 발광소자(240)는 상기 제1,2 도전층(230)과 전기적으로 연결되는데, 일 예로써 와이어(250) 본딩된 실시예가 도시되어 있다. 그리고, 상기 캐비티에는 수지층(260)이 채워져서 상기 발광소자(240)와 와이어(250)를 보호할 수 있다.
이때, 상기 수지층(260) 내에는 형광체가 포함되어, 상기 발광소자(240)에서 방출되는 빛의 파장을 변화시킬 수 있다. 그리고, 상기 수지층(260)은 상기 캐비티 내부에 채워지므로, 상기 수지층(260)의 가장 자리는 상기 캐비티의 최상단보다 낮게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 열전달 부재(210)는 캐비티의 외곽의 상부에서 수평하게 배치되는데, 상기 수평하게 배치되는 열전달 부재(210) 상에 절연층(220)과 제1,2 도전층(230)을 사이에 두고 회로기판(270)이 연결된다.
상기 회로기판(270)은 도전성 접착제(280)을 통하여 상기 제1,2 도전층(230)과 결합할 수 있다. 그리고, 회로기판(270)은 인쇄회로기판(Printed Circuit Board)으로 이루어지거나, MPCB 또는 MCPCB 등의 금속 PCB일 수 있다.
도 2는 도 1의 'A' 부분의 확대도이다.
회로기판(270)과 대응하는 영역에서 브라켓(100)에 형성되어 열전달 부재(210)를 지지하는 지지부(10)가 도시되어 있는데, 상기 지지부(10)는 하나의 발광소자 모듈에서 캐비티의 양측 영역에 구비되어 있다.
지지부(10)는 열전달 부재(210)와 브라켓(100)의 비접촉 영역에서, 상기 브라켓(100)의 위에 배치되고 있다. 즉, 도 2에서 접착층(110)을 통하여 브라켓(100)이 열전달 부재(210)와 접촉하는 제3 영역은 지지부가 배치될 필요가 없다.
제2 영역은 열전달 부재(210)가 경사를 이루고 있는데, 캐비티를 이루는 영역과 회로기판을 이루는 영역에서 열전달 부재(210)가 각각 수평을 이루되 높이가 서로 다르기 때문이다.
제1 영역에서 브라켓(100)과 열전달 부재(210)는 소정 간격 이격되어 있고, 브라켓(100) 위에 지지부(10)가 형성되어 열전달 부재(210)와 접촉하며 상기 열전달 부재(210)를 지지한다. 이때, 회로기판(270)으로부터 상기 열전달 부재(210)에 가해지는 하중을 상기 지지부(10)가 받을 수 있으며, 상기 지지부(10)는 열전달 부재(210)와 적어도 일부가 접촉하여야 한다.
도 2에서 지지부(10)는 제1 지지부(10a)와 제2 지지부(10b)로 이루어지는데, 상술한 하중의 세기나 제1 영역의 폭을 고려하여 적어도 하나 이상의 지지부가 구비될 수 있다. 그리고, 지지부(10)는 상술한 하중을 견디기 위하여 탄성 부재로 이루어지거나, 열전달 물질로 이루어져서 상기 회로기판(270)으로부터 발생하는 열을 금속 재질의 브라켓(100)으로 방출하여 열전달층으로 작용할 수 있으며 이하의 실시예들에서도 동일하다.
지지부(10)의 높이(h)는 도시된 바와 같으며, 열전달 부재(210)의 높이차와 접착층(110)의 높이와의 합과 동일할 수 있다.
도 3 내지 도 6c는 'A' 부분의 다른 실시예의 확대도이다.
도 3에 도시된 실시예에서, 지지부(10)는 상기 열전달 부재(210)와 접촉하지 않는 영역 즉, 제1 영역에서 브라켓(100)이 패턴을 이루어 형성된다. 즉, 본 실시예는 지지부(10)가 브라켓(100)과 동일한 재료로 일체를 이루는 점에서 동일하다. 이때, 상기 브라켓(100)은 금속으로 이루어져서, 상기 회로기판(270)으로부터 방출되는 열이 상기 브라켓(100)으로 흡수되는 면적이 증가될 수 있다.
본 실시예에서도 지지부(10)는 제1 지지부(10a)와 제2 지지부(10b)로 이루어질 수 있고, 하중의 세기나 제1 영역의 폭을 고려하여 적어도 하나 이상의 지지부가 구비될 수 있다.
도 4에 도시된 실시예는 도 3의 실시예와 유사하나, 브라켓(100)의 패턴이 브라켓(100)의 위와 아래에서 동일하게 형성되고 있다. 즉, 열전달 부재(210)을 마주보는 브라켓(100)의 방향을 제1 방향이라 하고, 반대 방향을 브라켓(100)의 제2 방향이라 하면, 브라켓(100)은 제1 방향과 제2 방향에 동일하게 패턴이 형성되고 있다.
도 3과 도 4의 차이는 제조공정 상의 차이점일 수 있는데, 도 3의 경우 브라켓(100)을 처음부터 지지부(10)를 가지는 형상으로 사출할 수 있고, 도 4의 경우 브라켓(100)을 사출한 후에 가압하여 지지부(10)를 형성할 수 있다.
도 5에 도시된 실시예는 도 4의 일시예와 유사하나, 브라켓(100)에서 지지부(10)를 이루는 패턴이 라운드 가공되어 있다. 지지부(10)의 가장 자리가 라운드 가공되어, 열전달 부재(210)와의 접촉 부분에서의 충격을 방지할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c에 도시된 실시예에서, 지지부(10)는 상기 브라켓(100)이 패턴을 이루며 형성되는데, 상기 열전달 부재(210)와 접촉하는 방향의 지지부(10)의 크기 내지 면적이 상기 브라켓(100)과 접촉하는 면에서의 지지부(10)의 크기보다 작아서, 사다리꼴과 유사한 형상이다.
상술한 구조는 사다리꼴 형상의 지지부(10)가 안정적으로 열전달 부재(210)를 지지할 수 있는데, 브라켓(100)에 지지부(10)가 돌출되어 형성된 도 6a의 구조나, 브라켓(100)이 사출된 후 가압하여 패턴을 2개의 면에 형성하여 지지부(10)가 형성된 도 6b의 구조, 또는 도 6b의 구조에서 브라켓(100) 상의 패턴에 라운드 가공을 한 도 6c의 구조가 있을 수 있다.
도 7은 발광소자 모듈의 다른 실시예의 사시도이다.
본 실시예는 캐비티 내에 2개의 발광소자(240)가 배치되어 있다. 그리고, 각각의 발광소자(240) 상의 2개의 전극 패드(242, 244)에서 각각 와이어가 연결되고 있다. 그리고, 2개의 발광소자(240)는 와이어를 통하여 제1,2 도전층(230)과 연결되고, 각각의 발광소자(240)는 아일랜드 타입의 제3 도전층(258)을 통하여 서로 전기적으로 연결되고 있다.
그리고, 각각의 발광소자(240)와 와이어로 연결되는 제1,2 도전층에는 전극 패드(255)가 형성되고 있다. 그리고, 캐비티 내부에는 수지층(260)이 채워져서 발광소자(240)와 와이어 등을 보호하고 있다.
도시되지는 않았으나, 캐비티의 바깥 영역에 각각 회로기판이 배치될 수 있고, 상기 회로기판으로부터의 하중을 견디기 위하여 상기 제1,2 도전층(230)의 하부에 지지부가 형성될 수 있다.
도 8a 내지 도 8i는 발광소자 모듈의 제조방법의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
먼저, 도 8a에 도시된 바와 같이 베이스 기판(290) 위에 절연층(220)과 도전층(230)을 형성한다. 이때, 상기 베이스 기판(290)에 접착제(295)를 사용하여 절연층(220)을 고정시킬 수 있다.
여기서, 절연층(220)이 접착된 도전층(230)으로, 폴리이미드막을 접착시킨 동박을 사용할 수 있고, 폴리이미드는 두께가 불과 5 마이크로 미터(㎛)로, 열저항적으로는 매우 유리하다.
도 8b에 도시된 바와 같이, 도전층(230) 위에 선택적으로 마스크(300)를 형성하고, 도 8c에 도시된 바와 같이 마스크(300)를 이용하여 상기 도전층(230)과 절연층(220)을 패터닝하는데, 도전층(230)은 2개로 분리되어 후에 각각 제1,2 도전층으로 될 수 있다.
도 8c의 가운데에서 상기 절연층(220) 등이 제거된 영역이 도 1에서 캐비티의 바닥면에 해당하는 영역이다.
그리고, 도 8d에 도시된 바와 같이 베이스 기판(290)을 제거하고, 열전달 부재(210)를 상기 절연층(220)과 접착한다. 이때, 기존의 접착제(295)를 사용하거나, 추가로 접착제(295)를 사용할 수 있다. 상기 베이스 기판(290)은 제조 공정에서 보강재(Stiffener)로 작용한 후, 제거되었다.
절연층(220)과 접착제(295)가 열전달 부재(210)와 도전층(230)의 사이에 2층으로 구비되며, 폴리이미드 등이 전기 절연을 담당하고 접착제(295)가 접착을 수행하므로 최적화가 가능해져 결과적으로 열전도 특성이 개선된다.
또한, 동박보다 두꺼운 금속 등의 열전달 부재(210)로 발광소자(240)를 지지하여 신뢰성이 현저히 향상되며, 투명수지로 강성을 보강할 필요가 엇어져 수지층 재료의 선택폭이 넓어지고 결과적으로 비용이 절감된다.
그리고, 절연층(220)과 접착제(295)가 함께 구성되어 방열특성을 크게 향상시키는 것이 가능한데, 예를 들면 18 마이크로 미터 두께의 동박으로 이루어진 도전층(230)과 125 마이크로 미터 두께의 동박으로 이루어진 열전달 부재(210) 간에 폴리이미드 절연층(220)만을 사용하는 경우, 공차와 접착력을 고려하면 절연층(220)의 두께는 예를 들어 20~30 마이크로 미터 정도 필요하다.
그러나, 본 실시예에서 절연층(220)과 접착제(295)가 함께 구비되어 폴리이미드의 두께를 얇게 할 수 있는데, 동박으로 이루어진 도전층(230) 상에 폴리이미드를 얇게 도포하여 절연층(220)을 형성하여 실현된다. 그 결과, 폴리이미드의 절연층(220)의 두께가 5 마이크로 미터로 실현이 가능하다. 이때, 5 마이크로 미터 두께의 폴리이미드 절연층(220)이 절연 내성을 담당하므로 접착제(295)는 열전도를 높일 수 있다.
그리고, 도 8e에 도시된 바와 같이 열전달 부재(210)의 가장 자리에 압력(press)을 가하여 단차를 형성하는데, 이때 상기 절연층(220)과 제1,2 도전층(230)도 동일하게 단차를 이룬다.
상술한 단차는 상기 열전달 부재(210) 등을 프레싱하는 방법 등을 사용할 수 있으며, 단차는 도시된 바와 같이 상기 열전달 부재(210)가 수직하게 휘어지거나 또는 유선형으로 휘어질 수도 있다.
그리고, 상술한 캐비티를 이루도록 상기 열전달 부재(210)에 압력을 가하여 상기 열전달 부재(210)를 휘게 하고, 이때 상기 절연층(220)과 제1,2 도전층(230)도 함께 휜다. 그리고, 상기 캐비티는 도 9에 도시된 것과 같이 가장 자리가 곡선의 형상을 가지거나, 도 1에 도시된 바와 같이 가장 자리가 변곡점을 가지며 형성될 수 있다.
그리고, 상기 열전달 부재(210)가 휘어지는 정도에 따라 후술하는 지지부의 높이를 달리할 수 있다.
그리고, 도 8f에 도시된 바와 같이 캐비티의 바닥면에 발광소자(240)를 실장한다. 그리고, 상기 발광소자(240)를 제1,2 도전층(230)과 와이어(250) 본딩한다. 이때, 와이어(250)가 본딩되는 제1,2 도전층(230)에 전극 패드(255)를 형성할 수 있다.
그리고, 도 8g에 도시된 바와 같이 캐비티 내에 수지층(260)을 채워서, 발광소자(240)와 와이어(250)를 보호할 수 있다. 수지층(260) 내에는 형광체가 채워져서 발광소자(240)로부터 방출되는 빛의 파장을 변화시킬 수 있다.
그리고, 도 8h에 도시된 바와 같이 브라켓(100)에 지지부(10)를 준비하는데, 본 실시예와 같이 다른 물질로 지지부(10)를 준비하거나 상술한 실시예들과 같이 일체형으로 준비할 수 있다. 브라켓(100)에는 접착층(110)을 형성하여 열전달 부재와의 접착을 준비할 수 있다.
그리고, 도 8i에 도시된 바와 같이 열전달 부재(210)를 브라켓(100)과 접착층(110) 및 지지부(10)를 통하여 접착 내지 접촉시킨다. 도 8i에서 'A' 부분의 형상은 도 2에서 설명하였다.
도 9a 내지 도 9g는 발광소자 모듈의 제조방법의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
본 실시예는 도 8a 등에 도시된 실시예와 달리 베이스 기판(290)을 사용하지 않는다.
본 실시예는 도 4 등에 도시된 실시예와 달리 베이스 기판(290)을 사용하지 않는다. 그리고, 열전달 부재(210)에 접착제(295)를 사용하지 않고 절연층(220)을 고정시키는데, 폴리이미드 등 접착력이 있는 재료를 절연층(220)으로 사용할 수 있으며, 다른 실시예에서도 상기 접착제(295)를 생략할 수 있다.
먼저, 도 9a에 도시된 바와 같이, 열전달 부재(210)를 준비한다. 열전달 부재(210)는 열전도성이 뛰어난 물질이 사용될 수 있으며, 일예로서 구리(Cu)나 알루미늄이 사용될 수 있다.
그리고, 도 9b에 도시된 바와 같이 열전달 부재(210) 위에 절연층(220)과 도전층(230)을 고정시킨다.
그리고, 도 9c에 도시된 바와 같이, 도전층(230)을 패터닝한다. 이때, 상기 도전층(230)의 일부가 제거되어 절연층(220)이 노출되는데, 상기 절연층이 노출된 영역(S)은 상기 도전층(230)을 제1 도전층과 제2 도전층으로 구분할 수 있다.
상술한 도전층(230)의 일부의 제거 공정은 도 9b 등에 도시된 바와 같이 마스크를 씌우고 선택적으로 도전층(230)을 제거할 수 있다. 그리고, 본 실시예에서는 도전층(230)의 양 끝이 제거되지 않고 절연층(220)의 일부가 노출되지 않고 있으나, 도 9c 등에 도시된 바와 같이 캐비티의 외곽에서 절연층(220)이 노출된 오픈 영역이 형성될 수 있다.
그리고, 도 9d에 도시된 바와 같이 캐비티를 이루도록 상기 열전달 부재(210)에 압력을 가하여, 상기 열전달 부재를 휘게 한다. 이때, 상기 절연층(220)과 제1,2 도전층(230)도 함께 휜다. 그리고, 상기 캐비티는 도 9d에 도시된 것과 같이 가장 자리가 곡선의 형상을 가지거나, 또는 가장 자리가 변곡점을 가지며 형성될 수 있다.
그리고, 도 9e에 도시된 바와 같이 상기 제1,2 도전층(230)의 상부에 반사층(235)을 형성한다. 반사층(235)은 발광소자(240)로부터 방출된 빛을 반사하여 상기 캐비티 외부로 전달하기 위한 물질이고, 은(Ag) 등이 코팅될 수 있다.
그리고, 상기 열전달 부재(210)의 캐비티에 발광소자(240)를 배치하고, 상기 캐비티 내에 수지층(260)을 채우면 도 9f에 도시된 발광소자가 완성된다.
그리고, 발광소자 패키지에서 열전달 부재(210)가 접착층(110)을 통하여 브라켓(100)과 겹합하면 도 9g의 발광소자 모듈이 완성되는데, PPA 수지 등으로 패키지 몸체를 형성하지 않으므로 발광소자(240)에서 방출된 열이 열전달 부재(210)로 전달되는 효과가 크다.
이때, 상기 브라켓(100)에는 상기 캐비티의 바깥 영역에 지지부(10)가 형성되어, 열전달 부재(210)의 하중을 지지할 수 있으며, 상기 지지부(10)와 대응되는 도전층(230) 위에 회로기판(미도시)이 배치될 수 있음은 상술한 바와 동일하다.
그리고, 도 10에 도시된 실시예에서는 발광소자(240)가 와이어로 도전층(230)과 전기적으로 연결되지 않고 있으며, 플립 칩 방식의 발광소자(240)를 사용하여 도전층(230)에 직접 본딩할 수 있다.
상술한 발광소자 모듈을 제조할 때, 열전달 부재 상에 상술한 절연층과 도전층 등의 적층 공정을 수행하고, 각각의 발광소자 패키지 단위로 분리한 후 상기 브라켓과의 접착 공정을 수행하거나, 상기 브라켓과의 열전달 부재의 접착 공정 후에 각각의 발광소자 패키지 단위로 분리할 수 있다.
도 11은 발광소자 모듈 어레이의 일실시예를 나타낸 도면이고, 도 12a는 도 11의 발광소자 모듈 어레이의 일부의 확대도이고, 도 12b는 도 12a의 'A' 방향과 'B' 방향의 단면도이다.
도 11에서 각각의 발광소자 모듈 어레이의 캐비티가 형성되고 있고, 도 12a에서 캐비티를 이루는 도전층(230)이 도시되어 있고, 캐비티의 바닥면의 일부 영역(C)에서는 열전달 부재(미도시)가 직접 노출될 수 있다.
도 12b의 A-A' 라인의 단면도에서는 캐비티의 중앙에서 열전달 부재(210)가 노출된 것이 도시되어 있으나, 도 16의 B-B' 라인의 단면도에서는 캐비티의 바닥면에서도 열전달 부재(210)가 노출되지 않고 있다. 즉, 상기 캐비티 내에서 단축 방향으로 상기 열전달 부재(210)가 노출되고 있다.
그리고, A-A' 라인의 단면도에서는 회로기판(270)의 하중을 지지하기 위하여 브라켓(100)과 열전달 부재(210) 사이에 지지부(10)가 형성되어 있으나, B-B' 라인의 단면도에서는 회로기판(270)이 배치되지 않아 지지부(10)도 구비되지 않을 수 있다.
도 13a 및 도 13b는 발광소자 모듈의 다른 실시예의 평면도와 단면도이다.
본 실시예에서는 캐비티 내에 복수 개의 발광소자(240)가 배치되어 있고, 각각의 발광소자는 서로 와이어(250) 본딩되고, 가장자리의 발광소자(240)는 도전층(230)과 와이어(250) 본딩되고 있다.
그리고, 캐비티의 중앙 영역(C)에서 열전달 부재가 노출될 수 있음은 상술한 실시예와 동일하다. 도 13b에서 캐비티의 바닥면에서 노출된 열전달 부재(210)에 발광소자(240)가 직접 접촉하고 있다.
그리고, 캐비티의 외곽 영역의 도전층(230) 위에는 회로기판(미도시)이 배치될 수 있으며, 상기 캐비티의 외곽 영역의 아래에는 브라켓(100)에 지지부(10)가 배치되어 열전달 부재(210)를 지지할 수 있다.
도 14a 및 도 14b는 발광소자 모듈의 또 다른 실시예의 평면도와 단면도이다.
본 실시예는 도 13a와 도 13b에 도시된 실시예와 유사하나, 캐비티의 바닥면에서 열전달 부재(210)가 노출되지 않는 점에서 상이하다. 즉, 발광소자(240)가 배치된 캐비티의 바닥면은 열전달 부재(210) 상에 절연층(220)과 도전층(230)이 모두 배치되어 있다.
그리고, 발광소자에 공급되는 전류의 단락을 막기 위하여, 캐비티의 바닥면의 일부 영역(C)에서 도전층(230)이 제거되어 있다. 그리고, 캐비티의 외곽 영역의 도전층(230) 위에는 회로기판(미도시)이 배치될 수 있으며, 상기 캐비티의 외곽 영역의 아래에는 브라켓(100)에 지지부(10)가 배치되어 열전달 부재(210)를 지지할 수 있다.
이하에서는 상술한 발광소자 모듈이 배치된 조명 시스템의 일실시예로서, 조명장치와 백라이트 유닛을 설명한다. 도 15는 실시예들에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 조명장치의 일실시예의 분해 사시도이다.
실시예에 따른 조명 장치는 광을 투사하는 광원(600)과 상기 광원(600)이 내장되는 하우징(400)과 상기 광원(600)의 열을 방출하는 방열부(500) 및 상기 광원(600)과 방열부(500)를 상기 하우징(400)에 결합하는 홀더(700)를 포함하여 이루어진다.
상기 하우징(400)은 전기 소켓(미도시)에 결합되는 소켓 결합부(410)와, 상기 소켓결합부(410)와 연결되고 광원(600)이 내장되는 몸체부(420)를 포함한다. 몸체부(420)에는 하나의 공기유동구(430)가 관통하여 형성될 수 있다.
상기 하우징(400)의 몸체부(420) 상에 복수 개의 공기유동구(430)가 구비되어 있는데, 상기 공기유동구(430)는 하나의 공기유동구로 이루어지거나, 복수 개의 유동구를 도시된 바와 같은 방사상 배치 이외의 다양한 배치도 가능하다.
상기 광원(600)은 기판(610) 상에 복수 개의 발광소자 패키지(650)가 구비되는데, 기판(610)은 상술한 발광소자 모듈에서 브라켓일 수 있다. 이때, 발광소자 모듈이 조명 장치 내에 직접 실장되어 상술한 브라켓이 기판(610)을 이루면 발광소자 패키지의 열이 직접 방열부(500)로 방출될 수 있다.
여기서, 상기 기판(610)은 상기 하우징(400)의 개구부에 삽입될 수 있는 형상일 수 있으며, 후술하는 바와 같이 방열부(500)로 열을 전달하기 위하여 열전도율이 높은 물질로 이루어질 수 있다.
상기 광원의 하부에는 홀더(700)가 구비되는데 상기 홀더(700)는 프레임과 또 다른 공기 유동구를 포함할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나 상기 광원(100)의 하부에는 광학 부재가 구비되어 상기 광원(100)의 발광소자 패키지(150)에서 투사되는 빛을 확산, 산란 또는 수렴시킬 수 있다.
상술한 조명 장치는 상술한 발광소자 모듈 내지 발광소자 패키지가 구비되며, 발광소자 모듈의 브라켓의 지지부가 열전달 부재를 지지하여 소자의 안정성이 향상될 수 있다.
도 20은 실시예들에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 백라이트를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 표시장치(800)는 광원 모듈(830, 835)과, 바텀 커버(810) 상의 반사판(820)과, 상기 반사판(820)의 전방에 배치되며 상기 광원모듈에서 방출되는 빛을 표시장치 전방으로 가이드하는 도광판(840)과, 상기 도광판(840)의 전방에 배치되는 제1 프리즘시트(850)와 제2 프리즘시트(860)와, 상기 제2 프리즘시트(860)의 전방에 배치되는 패널(870)과 상기 패널(870)의 전반에 배치되는 컬러필터(880)를 포함하여 이루어진다.
광원 모듈은 기판(830) 상의 발광소자 패키지(835)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 기판(830)은 상술한 발광소자 모듈 내의 브라켓일 수 있으며, 이때 발광소자 패키지(835)의 열이 상기 브라켓을 통하여 직접 외부로 방출될 수 있다.
상기 바텀 커버(810)는 표시 장치(800) 내의 구성 요소들을 수납할 수 있다.상기 반사판(820)은 본 도면처럼 별도의 구성요소로 마련될 수도 있고, 상기 도광판(840)의 후면이나, 상기 바텀 커버(810)의 전면에 반사도가 높은 물질로 코팅되는 형태로 마련되는 것도 가능하다.
여기서, 반사판(820)은 반사율이 높고 초박형으로 사용 가능한 소재를 사용할 수 있고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephtalate; PET)를 사용할 수 있다.
도광판(840)은 발광소자 패키지 모듈에서 방출되는 빛을 산란시켜 그 빛이 액정 표시 장치의 화면 전영역에 걸쳐 균일하게 분포되도록 한다. 따라서, 도광판(840)은 굴절률과 투과율이 좋은 재료로 이루어지는데, 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate; PMMA), 폴리카보네이트(PolyCarbonate; PC), 또는 폴리에틸렌(PolyEthylene; PE) 등으로 형성될 수 있다.
그리고, 도광판이 생략되어 반사판(820)과 제1 프리즘 시트(850) 사이의 공간에서 빛이 전달되는 에어 가이드(Air Guide) 방식으로 구성될 수도 있다.
상기 제1 프리즘 시트(850)는 지지필름의 일면에, 투광성이면서 탄성을 갖는 중합체 재료로 형성되는데, 상기 중합체는 복수 개의 입체구조가 반복적으로 형성된 프리즘층을 가질 수 있다. 여기서, 상기 복수 개의 패턴은 도시된 바와 같이 마루와 골이 반복적으로 스트라이프 타입으로 구비될 수 있다.
상기 제2 프리즘 시트(860)에서 지지필름 일면의 마루와 골의 방향은, 상기 제1 프리즘 시트(850) 내의 지지필름 일면의 마루와 골의 방향과 수직할 수 있다. 이는 광원 모듈과 반사시트로부터 전달된 빛을 상기 패널(870)의 전방향으로 고르게 분산하기 위함이다.
도시되지는 않았으나 상기 각각의 프리즘 시트 상에는 보호 시트가 구비될 수 있는데, 지지필름의 양면에 광확산성 입자와 바인더를 포함하는 보호층이 구비될 수 있다.
또한, 상기 프리즘층은 폴리우레탄, 스티렌부타디엔 공중합체, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트 엘라스토머, 폴리이소프렌, 폴리실리콘으로 구성되는 군으로부터 선택되는 중합체 재료로 이루어질 수 있다.
도시되지는 않았으나, 상기 도광판(840)과 제1 프리즘 시트(850) 사이에 확산시트가 배치될 수 있다. 상기 확산시트는 폴리에스터와 폴리카보네이트 계열의 재료로 이루어질 수 있으며, 백라이트 유닛으로부터 입사된 빛을 굴절과 산란을 통하여 광 투사각을 최대로 넓힐 수 있다.
상기 확산시트는 광확산제를 포함하는 지지층과, 광출사면(제1 프리즘 시트 방향)과 광입사면(반사시트 방향)에 형성되며 광확산제를 포함하지 않는 제1 레이어와 제2 레이어를 포함할 수 있다.
상기 지지층은 메타크릴산-스틸렌 공중합체와 메타크릴산 메틸-스틸렌 공중합체가 혼합된 수지 100 중량부에 대하여, 1~10 마이크로 미터의 평균입경을 가진 실록산계 광확산제 0.1~10중량부, 1~10 마이크로 미터의 평균입경을 가진 아크릴계 광확산제 0.1~10중량부가 포함될 수 있다.
상기 제1 레이어와 제2 레이어는 메타크릴산 메틸-스틸렌 공중합체 수지 100 중량부에 대하여, 자외선 흡수제 0.01 ~ 1 중량부, 대전 방지제 0.001 ~ 10중량부로 포함될 수 있다.
상기 확산시트에서 상기 지지층의 두께는 100~10000 마이크로 미터이고, 상기 각각의 레이어의 두께는 10~1000 마이크로 미터일 수 있다.
본 실시예에서 상기 확산시트와 제1 프리즘시트(850)과 제2 프리즘시트(860)가 광학시트를 이루는데, 상기 광학시트는 다른 조합 예를 들어, 마이크로 렌즈 어레이로 이루어지거나 확산시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 또는 하나의 프리즘 시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 등으로 이루어질 수 있다.
상기 패널(870)은 액정 표시 패널(Liquid crystal display)가 배치될 수 있는데, 액정 표시 패널(860) 외에 광원을 필요로 하는 다른 종류의 디스플레이 장치가 구비될 수 있다.
상기 패널(870)은, 유리 바디 사이에 액정이 위치하고 빛의 편광성을 이용하기 위해 편광판을 양 유리바디에 올린 상태로 되어있다. 여기서, 액정은 액체와 고체의 중간적인 특성을 가지는데, 액체처럼 유동성을 갖는 유기분자인 액정이 결정처럼 규칙적으로 배열된 상태를 갖는 것으로, 상기 분자 배열이 외부 전계에 의해 변화되는 성질을 이용하여 화상을 표시한다.
표시장치에 사용되는 액정 표시 패널은, 액티브 매트릭스(Active Matrix) 방식으로서, 각 화소에 공급되는 전압을 조절하는 스위치로서 트랜지스터를 사용한다.
상기 패널(870)의 전면에는 컬러 필터(880)가 구비되어 상기 패널(870)에서 투사된 빛을, 각각의 화소마다 적색과 녹색 및 청색의 빛만을 투과하므로 화상을 표현할 수 있다.
상술한 백라이트 유닛은 상술한 발광소자 모듈 내지 발광소자 패키지가 구비되며, 발광소자 모듈의 브라켓의 지지부가 열전달 부재를 지지하여 소자의 안정성이 향상되고, 발광소자 모듈 내의 브라켓으로 발광소자 패키지에서 발생한 열이 직접 방출될 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 지지부 10a, 10b : 제1,2 지지부
100 : 기판 110, 295 : 접착층, 접착제
210 : 열전달 부재 220 : 절연층
230 : (제1,2) 도전층 235 : 반사층
240 : 발광소자 255 : 전극 패드
250 : 와이어 270 : 회로기판
280 : 도전성 접착제 290 : 베이스 기판
300 : 마스크 400 : 하우징
500 : 방열부 600 : 광원
700 : 홀더 800 : 표시장치
810 : 바텀 커버 820 : 반사판
830 : 기판 840 : 도광판
850, 860 : 제1,2 프리즘 시트 870 : 패널
880 : 컬러필터

Claims (15)

  1. 브라켓;
    상기 브라켓의 상부에 배치되는 접착층;
    상기 접착층의 상부에 배치되고 캐비티를 가지는 열전달 부재;
    상기 캐비티의 바닥면에 배치되는 발광소자; 및
    상기 열전달 부재 상부에 배치되는 회로 기판을 포함하고,
    상기 브라켓과 상기 열전달 부재는, 가장 자리의 제1 영역과 중앙의 제3 영역 및 상기 제1 영역과 제3 영역 사이의 제2 영역에 배치되고,
    상기 제1 영역에서, 상기 열전달 부재와 접촉하는 상기 브라켓의 상부면과 하부면이 동일하게 패턴을 이루어 지지부가 형성되고,
    상기 제2 영역에서, 상기 열전달 부재의 하부면은 경사를 가지고 상기 브라켓의 상부면은 플랫(flat)하고,
    상기 제3 영역에서, 상기 접착층은 상기 열전달 부재 및 상기 브라켓과 직접 접촉하고, 상기 캐비티가 구비되고, 상기 열전달 부재의 상부면 중 일부는 경사를 가지고,
    상기 제2 영역과 상기 제3 영역에서, 상기 브라켓과 상기 열전달 부재는 서로 이격되고,
    상기 지지부는 상부의 폭이 하부의 폭보다 작고,
    상기 지지부의 높이는, 상기 접착층의 높이 및 상기 제1 영역과 상기 제3 영역에서 상기 열전달 부재의 하부면의 높이의 차이의 합과 동일한 발광소자 모듈.
  2. 삭제
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  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 열전달 부재의 상부면에 배치되는 절연층을 더 포함하고, 상기 절연층은 폴리이미드(polyimide)를 포함하는 발광소자 모듈.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 절연층을 사이에 두고 상기 열전달 부재와 접촉하는 제1 도전층과 제2 도전층을 더 포함하고, 상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층은 서로 전기적으로 분리되고, 상기 발광소자는 상기 제1 도전층 및 상기 제2 도전층과 각각 전기적으로 연결되는 발광소자 모듈.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 발광소자와 연결되는 와이어를 더 포함하고, 상기 와이어는 상기 제1 도전층 및 상기 제2 도전층과 연결되는 발광소자 모듈.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 캐비티의 내부에 배치되는 수지층을 더 포함하고, 상기 수지층은 형광체를 포함하고 상기 발광소자와 상기 와이어를 둘러싸는 발광소자 모듈.
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