KR20100018164A - Ｌｅｄ 백라이트 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LED 백라이트 유닛에 관한 것으로, LED 패키지; 상기 LED 패키지가 삽입되도록 적어도 하나 이상의 관통공이 형성되고, 상기 관통공 주변에 LED 패키지가 전기적으로 연결되도록 하는 패턴회로가 형성된 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판의 관통공으로 관통된 LED 패키지의 저면이 써멀테이프에 의해 부착되는 금속 새시를 포함한다.
본 발명의 LED 백라이트 유닛에 의하면, 인쇄회로기판 하부에 방열판을 부착하고 그 방열판의 열을 금속 새시를 통해 직접 외부로 배출할 수 있도록 함으로써 방열 기능을 최대화할 수 있는 동시에 제조비용을 절감시킬 수 있다.
LED, 백라이트 유닛, 인쇄회로기판

Description

ＬＥＤ 백라이트 유닛{LED Backlight Unit}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 LED 소자를 이용한 백라이트유닛에 관한 것이다.
전자기기 산업이 발전함에 따라 소형이며 에너지 소비율이 적은 각종 표시장치들이 개발되고 있으며 이를 이용한 영상기기, 컴퓨터, 이동통신 단말기 등이 개발되고 있는 추세이다. 이러한 추세를 반영하여 등장한 LCD(액정표시장치, Liquid Crystal Display)는 현재 모니터와 이동통신 단말기 등의 표시장치로 각광받고 있다.
LCD는 그 자체가 발광하여 화상을 형성하지 못하고 외부로부터 빛을 받아 화상을 형성하는 수광형 소자이므로, 별도의 광원 예컨대 백라이트 유닛을 설치하고 백라이트 유닛에서 나오는 가시광선을 조절하여 화상을 구현하도록 구성되어 있다.
이때, 상기 백라이트는 백색의 빛을 발생시킴으로써 LCD 패널에 의해 구현되는 영상의 색이 실제 색에 가깝게 재현될 수 있게 하며, 이러한 LCD용 백라이트 유 닛은 광원의 설치 위치에 따라 직하형(direct type)과 에지(edge)형으로 구분된다.
상술한 바와 같이 LCD의 백라이트 유닛은 종래에 CCFL(냉음극형광램프, Cold Cathode Fluorescent Lamp)이나 EEFL(외부전극형광램프, External Electrode Fluorescent Lamp) 등을 광원으로 사용하였다.
즉, 종래의 CCFL을 이용한 LCD 백라이트 모듈은 도광판의 일측면에 CCFL을 이용한 광원수단을 배치하여 CCFL로부터 발생하는 빛을 도광판, 확산판, 프리즘을 통해 LCD 패널(미도시)의 소정 영역으로 공급하도록 구성된다. 이때, CCFL과 같은 종래의 백라이트 광원들은 대부분 플라즈마 원리를 이용한 광원이며, 백색을 구현한다.
그러나, 상술한 종래의 광원들은 다음과 같은 문제점이 있었다. 즉, 플라즈마의 가스 압력이 변화함에 따라 수명이 짧아지고, 플라즈마 방전에 필요한 수 백 볼트에 이르는 높은 동작전압을 얻기 위한 인버터가 필요하였다.
또한, 휴대용 제품에 적용되는 경우 백라이트에 의해 대부분의 전력이 소모되는데, 이때 종래의 CCFL이나 EEFL과 같은 광원은 전력소비효율이 좋지 못하여 과다한 전력소모가 된다는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해소하기 위해 최근에는 LED(Light Emitting Diode)를 이용한 백라이트 모듈이 제안되었다. LED는 반도체에 전압을 가할 때 생기는 발광현상(전기장발광이라고도 함.)을 이용하여 빛을 발생시키는 발광소자이다.
따라서, LED는 종래의 광원(光源)에 비해 소형이고, 수명이 길며, 전기에너지가 빛에너지로 직접 변환하기 때문에 에너지 효율이 높음과 동시에 낮은 동작전 압을 갖는다는 장점이 있다.
이와 같이 LED는 수명이 길고 소비전력이 적다는 이점이 있어 전기, 전자분야뿐만 아니라 광고분야에서도 많이 사용되고 있다. 최근 LED를, 예컨대 액정표시장치의 백라이트 유닛으로 이용하려는 시도가 활발히 진행되고 있으며, 향후 옥내외 조명으로 일상 생활에서도 널리 사용될 것이다. 이와 같이 LED의 적용범위가 확대됨에 따라 소형이면서도 열 방출이 용이한 LED 패키지에 대한 관심이 높아지고 있다.
LED를 액정표시장치의 백라이트 유닛이나 조명용으로 사용하기 위해서는 높은 파워(High Power)가 요구된다. 그러나 LED의 성능은 온도 상승에 따라 지수 함수적으로 급격히 감소하기 때문에, LED 패키지의 방열은 매우 중요하게 다루어져야 한다. 따라서, 본 발명의 과제는, 다수의 LED가 배열된 어레이 모듈화에 있어서, 발광효율과 방열성능이 우수한 LED 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 달성하기 위하여, LED 패키지; 상기 LED 패키지가 삽입되도록 적어도 하나 이상의 관통공이 형성되고, 상기 관통공 주변에 LED 패키지가 전기적으로 연결되도록 하는 패턴회로가 형성된 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판의 관통공으로 관통된 LED 패키지의 저면이 써멀테이프에 의해 부착되는 금속 새시를 포함하는 LED 백라이트 유닛이 제공된다.
본 발명의 LED 백라이트 유닛에 의하면, 인쇄회로기판 하부에 방열판을 부착하고 그 방열판의 열을 금속 새시를 통해 직접 외부로 배출할 수 있도록 함으로써 방열 기능을 최대화할 수 있는 동시에 제조비용을 절감시킬 수 있다. 또한, 조명 기구의 형태 및 크기에 따라 인쇄회로기판 모듈을 변경한 후 LED 패키지를 장착할 수 있으므로 대면적 조명에 유리하다.
이하에서는, 본 발명에 의한 백라이트용 LED 모듈의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참고하여 설명한다.
본 발명의 LED 백라이트 유닛(1)은 도 1 내지 4에 도시한 바와 같이, 액정디스플레이장치에 광을 제공할 수 있도록 LED 패키지(10), 인쇄회로기판(20), 금속 새시(40)를 포함하여 구성된다.
LED 패키지(10)는 발광칩(11), 방열판(12), 단자(13) 및 몰드부(14)를 포함하며, 발광칩(11)은 전원인가시 빛을 발생시킴과 동시에 열을 발생시키는 반도체 소자인 발광다이오드(LED)이다. 이때, LED 패키지(10)는 상기 기판(12)에 단열(單列) 또는 복열(複列)로 장착되어 외부의 전원과 전기적으로 연결되도록 구성된다.
방열판(12)은 발광칩(11)을 상부면에 안착하여 발광칩(11)의 발광시 발생한 열을 외부로 전달할 수 있도록 열전도성이 우수한 금속소재로 이루어지는 방열수단이며, 이는 히트싱크(heat sink)라고 불리워지기도 한다. 보다 구체적으로는 구리, 은, 알루미늄, 철, 니켈 및 텅스텐 중 어느 하나의 금속재 또는 이들을 적어도 하나 이상 포함하는 합금재로 구성될 수 있으며, 그 외부면은 니켈, 은, 금중 어느 하나의 금속재 또는 이들을 적어도 하나이상 포함하는 합금재로 도금처리될 수도 있다.
이러한 방열판(12)의 하부면은 발광칩(11)에서 발생한 열을 금속 새시(40)를 통하여 외부로 방출하는 열방출 경로를 형성할 수 있도록 상기 금속 새시(40)의 바닥면에 써멀테이프(30)를 매개로 접착된다.
이때, 방열판(12)의 하부면은 몰드부(14)의 성형시 상기 금속 새시(40)의 바닥면과 대응하는 몰드부(14)의 하부면으로부터 외부 노출되거나 돌출되도록 구비한다.
단자(13)는 발광칩(11)이 전기적으로 연결되도록 몰드부(14)에 고정되는 전도체이다. 단자(13)는 LED 패키지(10)를 인쇄회로기판(20)에 탑재할 수 있도록 발광칩(11)과 일단이 접속되고, 인쇄회로기판(20)의 패턴회로(121)에 타단이 접속되도록 일정 길이 상향 절곡되도록 구성된다.
이때, 단자(13)(13')(13'')는 도 2a와 같이 몰드부(14)의 일측 상부에 (+)단자(13a)가 수평으로 연장되고 타측 하부에 (-)단자(13b)가 수평으로 연장되어 구성될 수도 있고, 도 2b와 같이 몰드부(14)의 상부 양측에 (+)단자(13a')가 수평으로 연장 형성되고 하부 양측에 (-)단자(13b')가 수평으로 연장 형성되거나, 또는 도 2c와 같이 몰드부(14)의 상부 양측에 각각 (+)단자(13a'')와 (-)단자(13b'')가 대향되게 연장 형성될 수도 있다.
몰드부(14)는 방열판(12)과 단자(13)를 일체화하면서 방열판(12)과 단자(13)를 외부로 노출시킬 수 있도록 수지물로서 성형되는 성형구조물이다. 이때, 몰드부(14)의 상부에는 발광칩(11)에서 출사되는 광의 입사각을 보다 넓히거나 집중할 수 있도록 설계된 렌즈를 구비할 수도 있다.
인쇄회로기판(20)은 LED 패키지(10)의 몰드부(14)가 끼워져 장착되도록 일정 크기로 관통 형성되는 다수의 관통공(21)이 소정 간격으로 이격 형성되고, 그 표면에는 LED 패키지(10)를 전기적으로 연결하기 위한 패턴회로가 형성되어 있으며, 상기 관통공(21) 주변에는 LED 패키지와 패턴회로를 연결하기 위한 접점이 형성되어 있다. 여기서, 관통공(21)에 삽입되는 몰드부(14)의 상단 외주테두리에는 관통공(21)의 내주면에 끼움 결합될 수 있도록 단턱이 구비될 수도 있다.
이때, LED 패키지는 일반 인쇄회로기판(Printed Circuit Board ; PCB)보다 방열효과가 좋은 메탈 PCB에 실장하여 구성될 수도 있으며, 메탈 PCB는 열전도도가 높은 금속 성분의 방열판 상부에 폴리아미드로 구성된 연성 PCB(flexible PCB)를 접착제를 이용하여 부착시켜 방열 성능을 향상시킨 인쇄회로기판이다.
또한, 인쇄회로기판(10)은 열전도도가 낮은 수지 계열의 재질로 이루어질 수 있으며, 조명기구의 형태에 따라 외형이 달라질 수 있다. 인쇄회로기판(10)은 저가의 에폭시 또는 페놀수지 계열의 재질로 제작될 경우 LED 패키지용 인쇄회로기판의 제조비용을 획기적으로 절감할 수 있다.
금속 새시(40)는 LED 패키지(10)가 조립된 인쇄회로기판(20)을 내부수용할 수 있도록 일정크기의 내부공간을 갖는 수용체이다.
금속 새시(40)의 바닥면에는 LED 패키지(10)의 몰드부(14)로부터 외부노출되는 방열판(12)의 하부면이 써멀테이프(30)를 매개로 하여 탑재된다. 써멀테이프는 열전도성 기재의 양면에 열전도성 접착제가 도포된 형태로서, 열을 발생시키는 LED 패키지로부터 신속히 열을 방출하기 위해 부착하는 히트싱크를 나사나 클립 없이 접착 타입으로 쉽게 부착할 수 있도록 한 것이다. 이때, 보다 견고한 고정을 위해서는 스크류 등을 이용할 수 있음은 물론이다.
이에 따라, LED 패키지(10)에서 발생된 열은 방열판(12)과 금속 새시(40)를 통하여 외부로 대부분 방출되는 것이다.
한편, LED 패키지(10)의 상부에는 도시하지 않았으나 확산시트 및 LCD 패널을 추가하여 구비하며, 확산시트와 LCD 패널 사이에는 광휘도 특성을 향상시킬 수 있도록 BEF(Brightness Enhancement Film)와 DBEF(Dual Brightness Enhancement Film)를 적층할 수도 있다.
또한, 백라이트 유닛을 사이드 에미팅 방식(Side Emitting Type)으로 구성하는 경우, LED 패키지(10)와 확산시트 사이에는 LED 패키지(10)로부터 입사되는 광을 면광원으로 굴절시킬 수 있도록 도광판을 별도로 구비해야만 한다.
도 1은 본 발명에 의한 LED 백라이트 유닛의 일 실시예를 도시한 사시도.
도 2a 내지 도 2c는 각각 본 발명에 적용되는 LED 패키지의 변형예를 도시한 사시도.
도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명에 적용되는 인쇄회로기판의 평면도 및 저면도.
도 4는 본 발명에 의한 LED 백라이트 유닛의 단면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 ; LED 패키지 11 ; 발광칩
12 ; 방열판 13 ; 단자
14 ; 몰딩부
20 ; 인쇄회로기판 21 ; 관통공
30 ; 써멀테이프
40 ; 금속 새시

Claims (4)

  1. LED 패키지;
    상기 LED 패키지가 삽입되도록 적어도 하나 이상의 관통공이 형성되고, 상기 관통공 주변에 LED 패키지가 전기적으로 연결되도록 하는 패턴회로가 형성된 인쇄회로기판;
    상기 인쇄회로기판의 관통공으로 관통된 LED 패키지의 저면이 써멀테이프에 의해 부착되는 금속 새시를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 백라이트 유닛.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 LED 패키지는 전원인가시 광을 발생시키는 발광칩, 상기 발광칩의 저면에 열전도성 접착제로 부착되는 방열판, 상기 발광칩과 전기적으로 연결되는 단자 및 상기 방열판과 단자를 일체화하도록 성형되는 몰드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 백라이트 유닛.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 LED 패키지는 상측에 (+)단자가 형성되고, (-)단자는 하측에 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트용 LED 모듈.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 써멀테이프는 열전도성 기재의 양면에 열전도성 접착제가 부착되어 이루어진 것을 특징으로 하는 백라이트용 LED 모듈.
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