KR20130038679A - 발광 모듈 및 이를 구비한 라이트 유닛 - Google Patents

발광 모듈 및 이를 구비한 라이트 유닛 Download PDF

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Abstract

실시 예에 따른 발광 모듈은, 제1면에 복수의 제1패드 및 제2패드와, 내부에 배열된 복수의 돌기 구멍을 포함하는 모듈 기판; 상기 모듈 기판의 돌기 구멍에 대응되게 형성된 복수의 돌기를 포함하는 방열 플레이트; 상기 방열 플레이트의 돌기에 연결된 방열 프레임을 갖고, 상기 모듈 기판의 제1패드 및 제2패드에 연결된 복수의 발광 소자; 및 상기 발광 소자의 방열 프레임과 상기 방열 플레이트의 돌기 사이에 접합 부재를 포함하며, 상기 방열 플레이트는 제1금속층과, 상기 제1금속층의 표면 중 상기 돌기의 표면에 제2금속층을 포함한다.

Description

발광 모듈 및 이를 구비한 라이트 유닛{LIGHT EMITTING MODULE AND LIGHT UNIT HAVING THE SAME}
실시 예는 발광 모듈 및 이를 구비한 라이트 유닛에 관한 것이다.
정보처리 기술이 발달함에 따라서, LCD, PDP 및 AMOLED 등과 같은 표시장치들이 널리 사용되고 있다. 이러한 표시장치들 중 LCD는 영상을 표시하기 위해서, 광을 발생시킬 수 있는 백라이트 유닛을 필요로 한다.
발광 모듈은 복수의 발광 소자를 기판 상에 탑재하고, 커넥터를 통해 외부 전원을 공급하여 상기 복수의 발광 소자의 구동을 제어하게 된다.
이러한 발광 모듈의 발광 소자로부터 발생된 열을 효과적으로 방열하기 위해, 특허 출원 번호 10-2005-82374에 방열 플레이트를 이용한 구조가 개시되어 있다.
실시 예는 새로운 발광 모듈 및 이를 구비한 라이트 유닛을 제공한다.
실시 예는 모듈 기판에 복수의 돌기 구멍을 형성하고, 방열 플레이트에 복수의 돌기를 형성한 후, 상기 모듈 기판 상에 배치되는 발광 소자의 방열 프레임이 상기 방열 플레이트의 돌기에 접촉되도록 한 발광 모듈 및 이를 구비한 라이트 유닛을 제공한다.
실시 예는 발광 소자의 방열 프레임과 방열 플레이트의 돌기 사이를 접합하는 접합 부재가 들뜨는 것을 방지하기 위한 도금층을 갖는 방열 플레이트를 포함한 발광 모듈 및 이를 구비한 라이트 유닛을 제공한다.
실시 예는 복수의 돌기를 갖는 방열 플레이트를 플랫한 구조 또는 절곡된 구조로 제공할 수 있도록 한 발광 모듈 및 이를 구비한 라이트 유닛을 제공한다.
실시 예는 복수의 발광 소자를 상기 모듈 기판 상에 사이드 뷰(Side view) 또는/및 탑 뷰(Top view)으로 배치한 발광 모듈 및 이를 구비한 라이트 유닛을 제공한다.
실시 예에 따른 발광 모듈은, 제1면에 복수의 제1패드 및 제2패드와, 내부에 배열된 복수의 돌기 구멍을 포함하는 모듈 기판; 상기 모듈 기판의 돌기 구멍에 대응되게 형성된 복수의 돌기를 포함하는 방열 플레이트; 상기 방열 플레이트의 돌기에 연결된 방열 프레임을 갖고, 상기 모듈 기판의 제1패드 및 제2패드에 연결된 복수의 발광 소자; 및 상기 발광 소자의 방열 프레임과 상기 방열 플레이트의 돌기 사이에 접합 부재를 포함하며, 상기 방열 플레이트는 제1금속층과, 상기 제1금속층의 표면 중 상기 돌기의 표면에 제2금속층을 포함한다.
실시 예에 따른 라이트 유닛은, 상기의 발광 모듈; 상기 발광 모듈의 발광 소자에 대응되는 도광판; 및 상기 도광판을 수납하며 상기 발광 모듈의 방열 플레이트가 배치된 바텀 커버를 포함한다.
실시 예는 발광 소자가 방열 플레이트의 돌기로부터 전기적으로 오픈되거나, 물리적으로 분리되는 것을 방지할 수 있다.
실시 예는 발광 소자의 방열 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 발광 다이오드의 온도 상승을 억제하여, 발광 소자의 광 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 발광 소자를 갖는 발광 모듈 및 이를 구비한 조명 시스템의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
도 1은 제1실시 예에 따른 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 백라이트 유닛의 측 단면도이다.
도 3은 도 1의 발광 모듈의 부분 측 단면도이다.
도 4 및 도 5는 도 1의 발광 모듈의 제조 과정을 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7은 도 1의 발광 모듈의 모듈 기판 및 발광 소자의 결합 예를 나타낸 측 단면도이다.
도 8은 도 3의 발광 모듈에 있어서, 방열 플레이트의 다른 예이다.
도 9는 도 8의 발광 모듈의 결합 예를 나타낸 도면이다.
도 10은 제2실시 예에 따른 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 11은 도 10의 발광 모듈의 분해 사시도이다.
도 12는 도 10의 발광 모듈의 결합 예를 나타낸 단면도이다.
도 13은 제3실시 예에 따른 백라이트 유닛의 측 단면도이다.
도 14는 제4실시 예에 따른 백라이트 유닛의 측 단면도이다.
도 15는 제5실시 예에 따른 백라이트 유닛의 측 단면도이다.
도 16은 실시 예에 따른 발광 소자의 발광 칩을 나타낸 측 단면도이다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 기판, 프레임, 시트, 층 또는 패턴 등이 각 기판, 프레임, 시트, 층 또는 패턴 등의 "상/위(on)"에 또는 "아래/하(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"과 "아래/하(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 1은 실시 예에 따른 표시 장치를 보여주는 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 표시 장치(100)는 영상이 디스플레이되는 표시 패널(10)과, 상기 표시 패널(10)에 광을 제공하는 백라이트 유닛(20)을 포함한다.
상기 백라이트 유닛(20)은 상기 표시 패널(10)에 면 광원을 제공하는 도광판(70)과, 누설 광을 반사하는 반사 부재(45)와, 상기 도광판(70)의 에지 영역에서 광을 제공하는 발광 모듈(30), 및 표시 장치(100)의 하측 외관을 형성하는 바텀 커버(40)를 포함한다.
도시하지 않았으나, 상기 표시 장치(100)는 상기 표시 패널(10)을 하측에서 지지하는 패널 서포터와, 상기 표시 장치(100)의 테두리를 형성하며 상기 표시 패널(10)의 둘레를 감싸서 지지하는 탑 커버를 포함할 수 있다.
상기 표시 패널(10)은 상세히 도시되지는 않았지만, 일례를 들면, 서로 대향하여 균일한 셀 갭이 유지되도록 결합된 하부 기판 및 상부 기판과, 상기 두 기판 사이에 개재된 액정층(미도시)을 포함한다. 상기 하부 기판에는 다수의 게이트 라인과 상기 다수의 게이트 라인과 교차하는 다수의 데이터 라인이 형성되며, 상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차영역에 박막 트랜지스터(TFT: thin film transistor)가 형성될 수 있다. 상기 상부 기판에는 컬러필터들이 형성될 수 있다. 상기 표시 패널(10)의 구조는 이에 한정되지는 않으며, 상기 표시 패널(10)은 다양한 구조를 가질 수 있다. 다른 예를 들면, 상기 하부 기판은 박막 트랜지스터뿐만 아니라 컬러필터를 포함할 수도 있다. 또한, 상기 표시 패널(10)은 상기 액정층을 구동하는 방식에 따라 다양한 형태의 구조로 형성될 수 있다.
도시하지 않았으나, 상기 표시 패널(10)의 가장자리에는 게이트 라인에 스캔신호를 공급하는 게이트 구동 PCB(gate driving printed circuit board)와, 데이터 라인에 데이터 신호를 공급하는 데이터 구동 PCB(data driving printed circuit board)가 구비될 수 있다.
상기 표시 패널(10)의 위 및 아래 중 적어도 한 곳에는 편광 필름(미도시)이 배치될 수도 있다. 상기 표시 패널(10)의 아래에는 광학 시트(60)가 배치되며, 상기 광학 시트(60)는 상기 백라이트 유닛(20)에 포함될 수 있으며, 적어도 한 장의 프리즘 시트 또는/및 확산 시트를 포함할 수 있다. 상기 광학 시트(60)는 제거될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 확산 시트는 입사된 광을 고르게 확산시켜 주며, 상기 확산된 광은 프리즘 시트에 의해 표시 패널로 집광될 수 있다. 여기서, 상기 프리즘 시트는 수평 또는/및 수직 프리즘 시트, 한 장 이상의 조도 강화 시트 등을 이용하여 선택적으로 구성할 수 있다. 상기 광학 시트(60)의 종류나 개수 등은 실시 예의 기술적 범위 내에서 추가 또는 삭제될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 백 라이트 유닛(20)에는 적어도 하나의 발광 모듈(30)이 배치될 수 있으며, 이러한 발광 모듈(30)의 개수는 표시 패널(10)의 사이즈에 따라 달라질 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 발광모듈(30)은 바텀 커버(40)의 측면 중 제1측면부(42)의 내측에 배치될 수 있다. 상기 발광모듈(30)은 상기 바텀 커버(40)의 서로 다른 측면부 예컨대, 양 측면 또는 모든 측면에 배치될 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 발광모듈(30)은 모듈 기판(32), 상기 모듈 기판(32)의 제1면에 배열된 복수의 발광 소자(34), 및 상기 모듈 기판(32)을 지지하고 상기 발광 소자(34)와 연결되는 방열 플레이트(36)를 포함한다.
상기 모듈 기판(32)은 수지 계열의 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 메탈 코아(Metal Core) PCB, 연성(Flexible) PCB, 세라믹 PCB, FR-4 기판을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 모듈 기판(32)은 에폭시 기판(예: FR-4 기판)과 같은 수지계 기판을 적용할 수 있다. 상기 모듈 기판(32)은 발광 소자(34)가 방열 플레이트(36)를 통해 열 전도하여 방열을 수행함으로써, 금속층을 갖는 MCPCB와 같은 고가의 기판을 사용하지 않을 수 있다.
상기 모듈 기판(32)에는 커넥터가 설치될 수 있다 상기 커넥터는 상기 모듈 기판(32)의 상면 및 하면 중 적어도 하나에 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 복수의 발광 소자(34)는 소정 피치(Pitch)로 상기 도광판(70)의 입광부 방향(X)를 따라 배열되며, 적어도 하나는 적어도 한 컬러 예컨대, 백색, 적색, 녹색, 및 청색 중 적어도 하나를 발광하게 된다. 실시 예는 적어도 한 컬러의 광을 발광하는 발광 소자(34)를 이용하거나 복수의 컬러를 발광하는 발광 소자(34)들을 조합하여 이용할 수 있다. 상기 복수의 발광 소자(34)는 백색 LED이거나, 적색/녹색/청색 LED들이 혼합되어 배열되거나, 백색/적색/녹색/청색 LED들이 혼합되어 배열될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 소자(34)는 Ⅲ족-V족 화합물 반도체를 이용한 발광 칩과 상기 발광 칩을 보호하는 몰딩 부재를 포함할 수 있다. 상기 몰딩 부재에는 적어도 한 종류의 형광체가 첨가될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 칩은 가시 광선 대역부터 자외선 대역의 광 중에서 선택적인 피크 파장을 발광할 수 있다.
상기 발광 소자(34)는 적어도 한 열로 배치될 수 있으며, 일정한 간격 또는 불규칙한 간격으로 배열될 수도 있다. 상기 발광 소자(34)는 상기 모듈 기판(32)에 전기적으로 연결되며, 상기 모듈 기판(32)의 회로 패턴에 의해 직렬, 병렬, 직-병렬 혼합 방식 중 적어도 하나로 연결될 수 있다.
상기 방열 플레이트(36)는 제1프레임부(36-1) 및 제2프레임부(36-2)를 포함한다. 상기 제1프레임부(36-1)는 상기 도광판(70)의 제1측면과 대응되며 그 상부에 상기 모듈 기판(32)이 결합되며, 상기 제2프레임부(36-2)는 상기 도광판(70)의 하면과 대응되며 상기 제1프레임부(36-1)로부터 절곡된다. 상기 제2프레임부(36-2)는 상기 제1프레임부(36-1)로부터 거의 수직하거나 경사진 각도의 범위(예: 70~110°)로 배치될 수 있다.
상기 방열 플레이트(36)의 제1프레임부(36-1)는 상기 모듈 기판(32)에 접촉되고, 상기 복수의 발광 소자(34)의 일부와 연결될 수 있다. 여기서, 상기 제1프레임부(36-1)는 상기 복수의 발광 소자(34)의 일부와 전도성 물질로 직접 연결될 수 있어, 상기 복수의 발광 소자(34)로부터 발생될 열을 제2프레임부(36-2)로 전도하고 방열하게 된다. 상기 발광 모듈의 구체적인 구성은 후술하기로 한다.
상기 제2프레임부(36-2)는 상기 제1프레임부(36-1)의 사이즈보다 더 넓은 사이즈로 형성되어, 발광 모듈(30)의 방열 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 방열 플레이트(36)는 금속 플레이트로 형성될 수 있으며, 그 재질은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 탄탈룸(Ta), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 스테인레스 중 적어도 하나 또는 상기 금속 중에서 선택된 어느 한 금속을 갖는 합금으로 다층으로 형성될 수 있다. 상기 방열 플레이트(36)은 도 6과 같이 하며, 복수의 금속층을 포함하며, 상기 복수의 금속층은 제1금속층(M1)과 상기 제1금속층(M1) 위에 제2금속층(M2)을 포함한다. 상기 제1금속층(M1)은 예컨대 방열 효율이 좋은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되며, 상기 제2금속층(M2)은 적어도 하나의 도금층으로서, 니켈 또는/및 니켈 합금, 텅스텐, 몰리브덴 중 적어도 하나 또는 이들 중 적어도 하나를 갖는 합금으로, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 또한 상기 제2금속층(M2)은 제1금속층(M1) 예컨대, 알루미늄 재질과의 반응 또는 도금 가능한 금속으로서, 니켈 또는/및 니켈 합금으로 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 그 물질은 예컨대 Ni-Ag alloy, Ni-Au alloy, Ni-Pd alloy, Ni-Cu alloy, Ni-Zn alloy, Ni-W alloy, Ni-Mo alloy, Ni-W-Mo Alloy 중 적어도 하나로, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 상기 니켈 합금 중에서 Ni-W-Mo Alloy은 솔더와의 접합성이 다른 합금보다 더 좋을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제2금속층(M2)은 유기물 솔더를 도금하는 방식으로 형성될 수 있으며, 예컨대 OSP(Organic Solderbility Preservatives) 방식으로 형성될 수 있으며, 이는 상기 제1금속층(M1)의 표면에 유기물을 도포하여 형성되므로 Pre-flux 처리 과정이라고 할 수 있으며, Ni 도금 후 Cu를 도금하는 공정으로 진행될 수 있으며, 이러한 도포 과정을 통해 표면의 산화를 방지할 수 있다.
실시 예는 상기 제1금속층(M1)의 표면에 형성된 산화막을 질산 또는/및 불산을 이용하여 제거한 다음, 상기 제1금속층(M1)의 표면에 제2금속층(M2)을 도금 또는 도포하게 된다.
상기 제2금속층(M2)은 방열 플레이트(36)의 상면에 형성되거나, 상면과 하면에 형성되거나, 또는 상면 일부에 형성될 수 있다. 또한 상기 제2금속층(M2)은 상기 방열 플레이트(36)의 표면 중에서 상기 모듈 기판(32)에서 패드가 형성되는 면의 반대측 면과 대응되는 영역 즉, 제1프레임부(36-1)의 상면에 형성될 수 있다.
상기 방열 플레이트(36)의 두께는 0.5mm 이상일 수 있으며, 예컨대 0.6mm~1mm의 두께로 형성될 수 있다. 상기 제1프레임부(36-1)와 상기 제2프레임부(36-2)의 두께는 동일한 두께이거나, 서로 다른 두께로 형성될 수 있다. 도 6에서, 방열 플레이트(36)의 제1금속층(M1)의 두께는 0.6mm~1mm로 형성될 수 있으며, 상기 제2금속층(M2)은 3㎛~4㎛ 범위로 형성될 수 있다.
상기 방열 플레이트(36)의 제1프레임부(36-1)는 상기 바텀 커버(40)의 제1측면부(42)에 접착 부재(50)로 접착될 수 있다. 상기 방열 플레이트(36)의 제1프레임부(36-1)는 접착 부재가 아닌 체결 부재로 체결될 수 있다.
상기 도광판(70)의 적어도 한 측면(즉, 입광부)에는 상기 복수의 발광 소자(34)가 대응되게 배치되며, 상기 복수의 발광 소자(34)로부터 발생된 광이 입사된다. 상기 도광판(70)은 면 광원이 발생되는 상면, 상면의 반대측 하면, 적어도 네 개의 측면들을 포함하는 다각형 형상으로 형성될 수 있다. 상기 도광판(70)은 투명한 재질로 이루어지며, 예를 들어, PMMA(polymethyl methacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthalate), PC(poly carbonate) 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나를 포함할 수 있다. 상기 도광판(70)은 압출 성형법에 의해 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 도광판(70)의 상면 또는/및 하면에는 반사 패턴(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 반사 패턴은 소정의 패턴 예컨대, 반사 패턴 또는/및 프리즘 패턴으로 이루어져 입사되는 광을 반사 또는/및 난반사 시킴으로써, 광은 상기 도광판(70)의 전 표면을 통해 균일하게 조사될 수 있다. 상기 도광판(70)의 하면은 반사 패턴으로 형성될 수 있으며, 상기 상면은 프리즘 패턴으로 형성될 수 있다. 상기 도광판(70)의 내부에는 산란제가 첨가될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 도광판(70)의 하부에는 반사 부재(45)가 구비될 수 있다. 상기 반사 부재(45)는 상기 도광판(70)의 하부로 진행하는 광을 표시 패널 방향으로 반사시켜 주게 된다. 상기 백 라이트 유닛(20)은 상기 도광판(70)의 하부로 누설된 광을 상기 반사 부재(45)에 의해 상기 도광판(70)에 재 입사시켜 주므로 광 효율의 저하, 광 특성의 저하 및 암부 발생 등의 문제를 방지할 수 있다. 상기 반사 부재(45)는 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 반사 부재(45)는 상기 바텀 커버(40)의 상면에 형성된 반사층일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(40)는 상부가 개방된 수납부(41)를 포함하며, 상기 수납부(41)에는 발광 모듈(30), 광학 시트(60), 도광판(70) 및 반사 부재(45)가 수납될 수 있다. 상기 바텀 커버(40)는 방열 효율이 높은 금속 예컨대, 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 탄탈룸(Ta), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb) 및 상기 이들의 선택적인 합금 중에서 선택적으로 형성될 수 있다.
상기 바텀 커버(40)의 수납부(41)에는 반사 부재(45), 도광판(70), 광학 시트(60)가 순차적으로 적층될 수 있고, 상기 발광 모듈(30)은 상기 바텀 커버(40)의 제1측면부(42)에서 상기 도광판(70)의 한 측면과 대응되게 배치된다.
상기 바텀 커버(40)의 바닥부(41A)에는 오목부(41B)가 형성되며, 상기 오목부(41B)는 상기 방열 플레이트(36)의 제2프레임부(36-2)가 결합되는 부분이다. 상기 오목부(41B)는 상기 제2프레임부(36-2)의 두께 정도의 깊이와 상기 제2프레임부(36-2)의 너비 정도의 너비를 갖고 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시 예는 바텀 커버(40)의 바닥부(41A) 중 제1측면부(42)로부터 절곡된 부분에 오목부(41B)를 배치한 예를 설명하였으나, 상기 바닥부(41A)에는 오목부(41B)가 형성되지 않을 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 방열 플레이트(36)의 제2프레임부(36-2)는 상기 바텀 커버의 바닥부에 배치된 오목부에 접착 부재(52)로 접착될 수 있다.
상기 방열 플레이트(36)의 제1프레임부(36-1)는 돌기(361)를 포함되며, 상기 돌기(361)는 제1프레임부(36-1)로부터 상기 도광판 방향 또는 발광 소자 방향으로 돌출된다. 상기 제1프레임부(36-1)의 돌기(361)는 도 3과 같이 상기 각 발광 소자(34)에 대응된다. 상기 제1프레임부(36-1)의 돌기(361)의 개수는 상기 발광 소자(34)의 개수와 동일한 개수로 형성될 수 있다. 다른 예로서, 상기 제1프레임의 돌기(361) 각각이 2개 또는 3개의 발광 소자(34)와 대응되게 배치된 경우, 상기 제1프레임부(36-1)의 돌기(361)의 개수가 상기 발광 소자(34)의 개수보다 더 적게 배치될 수 있다.
상기 제1프레임부(36-1)에는 상기 돌기(361)에 대응되는 영역에 홈(361-1)이 형성될 수 있으며, 상기 홈(361-1)은 펀칭 공정에 의해 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제1프레임부(36-1)의 돌기(361)는 상기의 펀칭 공정에 의해 모서리 부분은 곡면일 수 있으며, 상면의 플랫한 면적의 비율이 전체 상면 면적의 50% 이상일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 모듈 기판(32)은 돌기 구멍(321)이 형성된다. 상기 돌기 구멍(321)은 중심이 같은 선상에 배치될 수 있으며, 상기 방열 플레이트(36)의 제1프레임부(36-1)의 돌기(361)에 대응되게 형성된다. 상기 돌기 구멍(321)에는 상기 제1프레임부(36-1)의 돌기(361)가 삽입된다. 여기서, 상기 제1프레임부(36-1)의 돌기(361)는 상기 모듈 기판(32)의 두께와 동일한 높이로 돌출하거나, 상기 모듈 기판(32)의 두께보다 높거나 낮게 돌출될 수 있다. 여기서, 상기 제1프레임부(36-1)의 돌기(361) 또는/및 상기 모듈 기판(32)의 두께는 300㎛ 이상으로 형성될 수 있으며, 예컨대 400㎛±50㎛로 형성될 수 있다.
상기 제1프레임부(36-1)의 돌기(361)와 상기 모듈 기판(32)의 돌기 구멍(321)은 다각형 형상, 원 형상, 반구 형상을 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 또한 상기 각 발광 소자(34)의 아래에 배치된 돌기 구멍(321) 내에 복수의 돌기(361)가 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
모듈 기판(32)은 상기 방열 플레이트(36)의 제2프레임부(36-2)로부터 이격되게 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 방열 플레이트(36)의 제2프레임부(36-2)의 너비(L2)는 상기 모듈 기판(32)의 너비(L3)보다 더 넓게 형성될 수 있으며, 5mm 이상의 너비 예컨대, 6~20mm 범위로 형성될 수 있다. 상기 모듈 기판(32)의 너비(L3)는 상기 모듈 기판(32)의 단변과 장변 중에서 단변의 길이이다. 그리고 상기 복수의 발광 소자(34)들이 배열되는 방향은 장변 방향일 수 있다.
상기 방열 플레이트(36)의 제1프레임부(36-1)의 너비(L1) 또는 면적은 상기 모듈 기판(32)의 너비(L3) 또는 면적보다 더 넓게 형성될 수 있다. 다른 예로서, 상기 방열 플레이트(36)의 제1프레임부(36-1)의 너비(L1) 또는 면적은 상기 모듈 기판(32)의 너비(L3) 또는 면적보다 더 좁게 형성될 수 있으며, 이는 모듈 기판(32)의 돌기 구멍(321) 및 패드(322,323)의 위치와 회로 배선의 위치를 변경할 수 있다.
상기 방열 플레이트(36)의 길이(장변)는 상기 모듈 기판(32)의 길이(장변)보다 더 길게 형성될 수 있다. 여기서, 상기 방열 플레이트(36) 및 상기 모듈 기판(32)의 길이는 도 1의 X축 방향 즉, 복수의 발광 소자(34)의 배열 방향에 대응되는 길이(장변)일 수 있으며, 상기 모듈 기판(32)의 너비(L3)는 도 1의 Y축 방향에 대응되는 길이이거나, 상기 모듈 기판의 단변과 장변 중에서 단변의 길이이고, 또는 도광판의 두께 방향에 대응되는 길이일 수 있다.
상기 제1프레임부(36-1)의 상단은 상기 모듈 기판(32)의 상단과 동일한 평면 상에 배치되거나, 더 높게 배치될 수 있다.
도 4와 같이, 상기 모듈 기판(32)은 복수의 돌기 구멍(321)이 배열되며, 상기 복수의 돌기 구멍(321)은 상기 돌기(361)에 각각 대응된다.
상기 모듈 기판(32)의 제1면에는 각 돌기 구멍(321)의 근처에 배치된 제1패드(322) 및 제2패드(323)를 포함하며, 상기 제1패드(322) 및 제2패드(323) 각각은 하나 또는 복수의 패턴으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 제1패드(322) 및 제2패드(323)는 상기 돌기 구멍(321)의 양측 예컨대, 좌/우 또는 상/하에 각각 배치될 수 있다. 상기 제1패드(322)와 제2패드(323) 간의 간격은 상기 발광 소자(34)의 영역 내에 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 방열 플레이트(36)는 제1프레임부(36-1)와 제2프레임부(36-2)의 경계 라인(P1)을 따라 상기 제1프레임부(36-1)를 상기 제2프레임부(36-2)에 절곡시키면, 도 5와 같이 제1프레임부(36-1)는 제2프레임부(36-2)로부터 절곡된다.
상기 제1프레임부(36-1)에는 복수의 돌기(361)가 배열되며, 상기 복수의 돌기(361)는 각각의 중심이 같은 선상에 배치될 수 있다.
여기서, 상기 방열 플레이트(36)의 절곡을 위해, 상기 제1프레임부(36-1)와 상기 제2프레임부(36-2)의 경계 라인(P1)에는 구멍(362)이 형성되며, 상기 구멍(362)은 하나 또는 복수로 형성될 수 있다. 또한 방열 플레이트(36)의 제1프레임부(36-1) 및 제2프레임부(36-2) 중 적어도 하나 예컨대, 제2프레임부(36-2)에는 결합 구멍(363)이 형성되며, 결합 부재가 상기 결합 구멍(363)을 통해 상기 바텀 커버나 다른 기구물에 결합될 수 있다. 이에 따라 상기 방열 플레이트(36)를 바텀 커버(40)에 고정시켜 줄 수 있다. 상기 결합 부재는 나사, 리벳일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1프레임부(36-1)의 너비(L1)와 상기 제2프레임부(36-2)의 너비(L2)는 동일하거나, 상기 제2프레임부(36-2)의 너비(L2)가 상기 제1프레임부(36-1)의 너비(L1) 보다 넓게 형성될 수 있다. 또한 상기 제1프레임부(36-1)의 길이(즉, 장변)와 상기 제2프레임부(36-2)의 길이(즉, 장변)은 동일한 길이를 갖거나, 서로 다른 길이를 갖고 형성될 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하여, 발광 소자의 실장 구조를 설명하기로 한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 발광 소자(34)는 제1캐비티(342)를 갖는 몸체(341), 상기 몸체(341) 내에 배치된 제1리드 프레임(345) 및 제2리드 프레임(346), 제2캐비티(342-1)를 갖는 방열 프레임(347), 발광 칩들(101), 와이어들(348) 및 몰딩 부재(349)를 포함한다.
상기 몸체(341)는 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 금속 재질, PSG(photo sensitive glass), 사파이어(Al2O3), 인쇄회로기판(PCB) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
몸체(341)의 상면 형상은 발광 소자(34)의 용도 및 설계에 따라 삼각형, 사각형, 다각형, 및 원형 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 상기 제1리드 프레임(345) 및 제2리드 프레임(346)은 몸체(341)의 바닥에 배치되어 탑 뷰(top view) 타입으로 기판 상에 탑재될 수 있으며, 상기 몸체(341)의 측면에 배치되어 사이드 뷰 타입으로 기판 상에 탑재될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
몸체(341)는 상부가 개방되고, 측면과 바닥으로 이루어진 제1캐비티(cavity)(342)를 갖는다. 상기 제1캐비티(342)는 상기 몸체(341)의 상면으로부터 오목한 컵(cup) 구조 또는 리세스(recess) 구조를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 제1캐비티(342)의 측면은 바닥에 대해 수직하거나 경사질 수 있다.
제1캐비티(342)를 위에서 바라본 형상은 원형, 타원형, 또는 다각형 형상일 수 있다. 제1캐비티(342)의 모서리는 곡면이거나, 평면일 수 있다.
상기 제1리드 프레임(345)은 상기 제1캐비티(342)의 바닥 영역 중 제1영역에 배치되며, 상기 제2리드 프레임(346)은 상기 제1캐비티(342)의 바닥 영역 중 제2영역에 배치된다. 상기 제1리드 프레임(345)과 상기 제2리드 프레임(346)은 상기 제1캐비티(342) 내에서 서로 이격된다. 상기 제1리드 프레임(345)과 상기 제2리드 프레임(346) 사이에는 방열 프레임(347)이 배치된다.
상기 제1리드 프레임(345)의 제1리드부(345-1)는 상기 제1리드 프레임(345)으로부터 절곡되어 상기 몸체(341)의 하면 제1영역에 배치된다. 상기 제1리드부(345-1)는 상기 몸체(341)의 제1측면(S1)보다 더 돌출될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제2리드 프레임(346)의 제2리드부(346-1)는 상기 제2리드 프레임(346)으로부터 절곡되어 상기 몸체(341)의 하면 제2영역에 배치된다. 상기 제2리드부(346-1)는 상기 몸체(341)의 제1측면(S1)의 반대측 제2측면(S2)보다 더 돌출될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1리드 프레임(345)의 제1리드부(345-1) 및 상기 제2리드 프레임(346)의 제2리드부(346-1)의 하면은 상기 몸체(341)의 하면과 동일 평면 상에 배치될 수 있다.
상기 방열 프레임(347)은 제2캐비티(342-1)를 포함한다. 상기 제2캐비티(342-1)는 상기 방열 프레임(347)의 중심부에 형성되며, 상기 제1캐비티(342)의 바닥보다 더 낮은 깊이로 형성되며, 오목한 리세스 구조 또는 컵 구조를 포함한다. 상기 제2캐비티(342-1)의 측면은 상기 제2캐비티(342-1)의 바닥으로부터 경사지거나 수직하게 절곡될 수 있다. 상기 제2캐비티(342-1)의 바닥 형상은 직사각형, 정사각형 또는 곡면을 갖는 원 또는 타원 형상일 수 있다. 상기 제2캐비티(342-1)의 측면 중에서 대향되는 두 측면은 동일한 각도로 경사지거나 서로 다른 각도로 경사질 수 있다.
상기 방열 프레임(347)의 일부는 상기 제1캐비티(342)의 바닥에 배치될 수 있다. 상기 방열 프레임(347)의 제3리드부(347-1)는 상기 몸체(341)의 하부에 배치되어, 상기 몸체(341)의 하면에 노출될 수 있다.
상기 제1리드 프레임(345), 제2리드 프레임(346) 및 방열 프레임(347)은 금속 재질, 예를 들어, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 단일 금속층 또는 다층 금속층으로 형성될 수 있다. 상기 제1, 제2리드 프레임(345,346)과 방열 프레임(347)의 두께는 동일한 두께로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예컨대, 상기 제1, 제2리드 프레임(345,346)과 방열 프레임(347)은 은(Ag)과 구리(Cu)의 합금으로 형성될 수 있다.
상기 몸체(341) 내에는 상기 제1 및 제2리드 프레임(345,346) 및 방열 프레임(347)을 제외한 다른 금속 프레임이 더 배치되어, 방열 프레임이나 중간 연결 단자로 사용될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
상기 발광 칩(101)은 상기 방열 프레임(347)의 제2캐비티(342-1)에 적어도 하나가 배치될 수 있다. 상기 발광 칩(101)은 상기 방열 프레임(347)의 제2캐비티(342-1) 바닥에 배치되며, 와이어(348)를 통해 제1리드 프레임(345)과 제2리드 프레임(346)에 연결될 수 있다. 상기 발광 칩(101)은 상기 제2캐비티(342-1)의 바닥에 열 전도성 접착제 또는 솔더로 부착될 수 있다.
상기 발광 칩(101)는 가시광선 대역부터 자외선 대역의 범위 중에서 선택적으로 발광할 수 있으며, 예컨대 레드 LED 칩, 블루 LED 칩, 그린 LED 칩, 엘로우 그린(yellow green) LED 칩 중에서 선택될 수 있다. 상기 발광 칩(101)은 III족 내지 V족 원소의 화합물 반도체 발광소자를 포함할 수 있다.
상기 몸체(341)의 제1캐비티(342) 및 상기 제2캐비티(342-1) 중 적어도 한 영역에는 몰딩 부재(349)가 배치되며, 상기 몰딩 부재(349)는 실리콘 또는 에폭시와 같은 투광성 수지층을 포함하며, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 상기 몰딩 부재(349) 또는 상기 발광 칩(101) 상에는 방출되는 빛의 파장을 변환하기 위한 형광체를 포함할 수 있으며, 상기 형광체는 발광 칩(101)에서 방출되는 빛의 일부를 여기시켜 다른 파장의 빛으로 방출하게 된다. 상기 형광체는 YAG, TAG, Silicate, Nitride, Oxy-nitride 계 물질 중에서 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 형광체는 적색 형광체, 황색 형광체, 녹색 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 몰딩 부재(349)의 표면은 플랫한 형상, 오목한 형상, 볼록한 형상 등으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 몸체(341)의 상부에는 렌즈가 더 형성될 수 있으며, 상기 렌즈는 오목 또는/및 볼록 렌즈의 구조를 포함할 수 있으며, 발광 소자(34)가 방출하는 빛의 배광(light distribution)을 조절할 수 있다.
상기 발광 소자(34) 내에는 보호 소자가 배치될 수 있다. 상기 보호 소자는 제1캐비티(342)의 바닥 내에 배치될 수 있으며 싸이리스터, 제너 다이오드, 또는 TVS(Transient voltage suppression)로 구현될 수 있으며, 상기 보호 소자는 상기 발광 칩(101)을 ESD(electro static discharge)로 부터 보호하게 된다.
상기 모듈 기판(32)의 두께(T1)는 상기 제1프레임부(36-1)의 돌기(361)의 높이와 동일하거나, 다를 수 있다. 예를 들면, 상기 돌기(361)의 상면의 높이는 상기 모듈 기판(32)의 상면을 기준으로 상기 모듈 기판(32)의 상면과의 단차가 ±50㎛ 범위로 형성될 수 있다.
상기 제1프레임부(36-1)의 돌기(361)의 너비(D1)는 상기 방열 프레임(347)의 하면 중 상기 몸체(341)에 노출된 제3리드부(347-1)와 동일한 너비이거나 더 좁을 수 있다. 상기 돌기(361)의 상면 면적은 상기 방열 프레임(347)의 하면 중 상기 몸체(341)에 노출된 제3리드부(347-1)의 면적과 동일하거나 상기 방열 프레임(347)의 하면 중 상기 몸체(341)에 노출된 제3리드부(347-1)의 적어도 60% 이상으로 접촉될 수 있다. 여기서의 접촉은 솔더를 통한 간접 접촉 또는/및 솔더를 제거한 후의 물리적인 접촉을 포함할 수 있다.
상기 모듈 기판(32) 상에 배치된 제1패드(322) 및 제2패드(323)은 상기 돌기 구멍(321)으로부터 이격된다. 상기 돌기 구멍(321)과 상기 제1패드(322) 사이의 간격(D2)은 적어도 180㎛ 이상 예컨대, 200㎛ 이상 이격될 수 있다.
상기 모듈 기판(32)의 돌기 구멍(321)과 상기 제1프레임부(36-1)의 돌기(361) 사이의 공차는 1㎛ 이상 예컨대, 20~50㎛ 범위로 형성될 수 있다.
상기 모듈 기판(32)의 돌기 구멍(321)이 상기 제1프레임부(36-1)의 돌기(361)에 결합되면, 상기 모듈 기판(32)은 상기 제1프레임부(36-1)의 상면에 배치될 수 있다. 상기 모듈 기판(32)과 상기 제1프레임부(36-1) 사이는 별도의 접착제를 사용하지 않을 수 있으며, 필요시 접착 부재를 배치할 수 있다.
도 7과 같이, 상기 발광 다이오드(34)의 제1리드부(345-1)는 상기 모듈 기판(32)의 제1패드(322)에 제1접합 부재(371)로 접합되고, 제2리드부(346-1)는 상기 모듈 기판(32)의 제2패드(323)에 제2접합 부재(372)로 접합되며, 상기 방열 프레임(347)의 제3리드부(347-1)는 상기 제1프레임부(36-1)의 돌기(361)에 제3접합 부재(373)로 접합된다. 상기 제1 내지 제3접합 부재(371,372,373)은 솔더 재질을 포함할 수 있고, 다른 예로서 전도성 테이프를 포함할 수 있다. 예컨대, 솔더의 재질이 전도성 테이프보다 열 전도율이 높기 때문에 상기 제1 내지 제3접합 부재(371,372,373)는 솔더 재질을 사용할 수 있다.
여기서, 상기 제3접합 부재(373)는 상기 모듈 기판(32)의 돌기 구멍(321)을 통해 삽입되어, 상기 제1프레임부(36-1)의 돌기(361)의 측면 및 상면에 접촉될 수 있다. 이에 따라 상기 발광 소자(34)의 방열 프레임(347)이 상기 제1프레임부(36-1)의 돌기(361)와 제3접합 부재(373)로 접합됨으로써, 상기 모듈 기판(32)을 상기 제1프레임부(36-1)에 고정하기 위한 별도의 접착 부재가 필요하지 않을 수 있다.
도 6 및 도 7과 같이, 방열 플레이트(36)는 표면에 제1금속층(M1)보다 수 십 배 이상 얇은 제2금속층(M2)이 형성되며, 상기 제2금속층(M2)은 니켈(Ni) 또는 니켈을 갖는 합금(Ni-alloy)으로 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 예컨대 니켈과 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 금(Au), 팔라듐(Pd), 구리(Cu) 및 아연(Zn) 중 적어도 1개 또는 2종류 이상의 금속의 합금으로 형성될 수 있다. 상기 제2금속층(M2)은 예컨대 니켈, 텅스텐 및 몰리브덴의 합금으로 형성될 수 있다. 상기 제2금속층(M2)은 제1금속층(M1) 예컨대, 알루미늄 재질보다 상기 제3접합 부재(373)와의 결합력이 더 좋기 때문에, 상기 제2금속층(M2)으로부터 상기 제3접합 부재(373)가 분리되는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 상기 제2도금층(M2)은 도금층 예컨대, 무 전해 도금으로 형성될 수 있다. 상기 제2금속층(M2)은 제1프레임부(36-1) 및 제2프레임부의 표면에 형성되거나, 제1프레임부(36-1)의 표면에 형성되거나, 돌기(361)의 표면에 형성될 수 있다.
상기 제3접합 부재(373)는 방열 프레임(347)과 표면에 도금층인 제2금속층(M2)을 갖는 방열 플레이트(36) 사이에 접합된다.
상기 제2금속층(M2)이 방열 플레이트(36)의 표면에 도금됨으로써, 솔더와 같은 제3접합 부재(173)가 방열 플레이트(36)의 표면으로부터 들뜨는 문제를 해결할 수 있고, 결과적으로 발광 모듈의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 제1금속층(M1)만을 사용할 경우, 표면에 산화막 처리를 하므로, 솔더와 같은 물질과의 접합성이 떨어져 솔더가 들뜨는 문제가 발생되어, 방열 효율이 저하될 수 있다. 실시 예는 상기 제1금속층(M1)의 표면에 형성된 산화막은 질산 또는/및 불산을 이용하여 제거한 다음, 제1금속층(M1)의 표면에 제2금속층(M2)을 도금 또는 도포하게 되어, 솔더와 같은 접합 부재와의 접합성을 좋게 할 수 있다. 이에 따라 방열 효율이 개선될 수 있다.
다른 예로서, 상기 제2금속층(M2)은 제1프레임부(36-1)의 돌기(361)의 표면에 형성될 수 있다. 이는 제3접합 부재(373)와 돌기(361)에 형성된 제1금속층(M1) 사이에 배치되어, 제2금속층(M2)은 제3접합 부재(373)와의 접합 효율을 개선시켜 주고, 제1금속층(M1)은 제2금속층(M2)이 형성되지 않는 영역에서 방열 효율을 개선시켜 줄 수 있다.
한편, 상기 발광 칩(101)은 제1리드 프레임(345) 및 제2리드 프레임(346)으로부터 전원을 공급받아 빛을 방출하며, 상기 발광 칩(101)으로부터 발생된 열은 상기 방열 프레임(347)으로 전도되어 1차 방열이 이루어진다. 그리고, 상기 방열 프레임(347)은 상기의 열을 제1프레임부(36-1)의 돌기(361)로 직접 전도하여, 제1프레임부(36-1) 및 이를 갖는 방열 플레이트(36)에 의해 방열을 수행하게 된다. 이에 따라 상기 발광 칩(101)의 온도 상승을 억제하여 줄 수 있어, 발광 칩(101)이 안정적으로 동작할 수 있고, 발광 소자(34)의 광 효율도 개선될 수 있다.
도 8은 도1의 방열 플레이트의 변형 예를 나타낸 도면이며, 도 9는 도 8의 발광 모듈의 결합 예를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 방열 플레이트(36)의 제1프레임부(36-1)에는 복수의 돌기(361)가 형성되며, 상기 복수의 돌기(361)는 에칭 공정에 의해 형성될 수 있다. 이에 따라 상기 제1프레임(36-1)에는 도 3과 같은 홈이 제거될 수 있다.
도 9를 참조하면, 발광 소자(44)는 캐비티(442)를 갖는 몸체(441), 상기 몸체(441) 내에 배치된 제1리드 프레임(445) 및 제2리드 프레임(446), 방열 프레임(447), 발광 칩들(101), 와이어들(448) 및 몰딩 부재(449)를 포함한다.
상기 몸체(441)의 하면에 배치된 제1리드 프레임(445), 제2리드 프레임(446) 및 방열 프레임(447)의 하면은 서로 동일 평면 상에 배치된다. 상기 제1리드 프레임(445) 및 제2리드 프레임(446)은 상기 모듈 기판(32)의 제1패드(322) 및 제2패드(323)에 연결된다. 상기 방열 프레임(447)의 상부는 발광 칩(101)이 배치되며, 하부는 상기 제1프레임부(36-1)의 돌기(361)에 연결된다.
상기 발광 소자(44)는 제1실시 예에도 적용할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 10은 제2실시 예이다. 제1실시 예와 동일한 구성은 제1실시 예를 참조하기로 한다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 표시 장치(100)는 표시 패널(10)과 백라이트 유닛(20)을 포함하며, 상기 백라이트 유닛(20)은 바텀 커버(40), 발광 모듈(30A), 반사 부재(45), 광학 시트(60), 및 도광판(70)을 포함한다.
발광 모듈(30A)은 방열 플레이트(36A), 모듈 기판(32), 발광 소자(54)를 포함한다. 상기 방열 플레이트(36A)에는 복수의 돌기(361)이 형성되며, 상기 모듈 기판(32)에는 복수의 돌기 구멍(321)이 형성되며, 상기 모듈 기판(32) 상에는 복수의 발광 소자(54)가 배치된다.
상기 방열 플레이트(36A)는 절곡 구조 없이 플랫한 플레이트로 형성된다.
상기 발광 소자(54)는 상기 모듈 기판(32)에 탑재되는 영역과 광 출사면인 캐비티 영역이 수직하게 배치된다. 즉, 상기 발광 소자(54)는 상기 모듈 기판(32)의 제1 및 제2패드(322,332)에 사이드 뷰 타입으로 탑재된다.
도 12와 같이, 발광 소자(54)는 캐비티(542)를 갖는 몸체(541), 상기 몸체(541) 내에 배치된 제1리드 프레임(545) 및 제2리드 프레임(546), 방열 프레임(547), 발광 칩들(101), 와이어들(548) 및 몰딩 부재를 포함한다.
상기 방열 플레이트(36A)는 상기 모듈 기판(32)의 바닥에 배치된 오목부(41B)에 접착 부재(52)로 접착되거나, 나사와 같은 결합 부재로 결합될 수 있다.
상기 발광 소자(54)의 몸체(541)는 상기 캐비티(542)가 형성된 면(S3)은 제1측면(S1)과 제2측면(S2) 사이에 배치되며, 제1리드부(545-1) 및 제2리드부(546-1)가 형성된 면과 거의 직각을 이루게 된다.
상기 제1리드 프레임(545)의 제1리드부(545-1)는 모듈 기판(32)의 제1패드(322)에 제1접합 부재(571)로 접합되고, 제2리드 프레임(546)의 제2리드부(546-1)는 모듈 기판(32)의 제2패드(323)에 제2접합 부재(572)로 접합되며, 방열 프레임(547)의 제3리드부(547-1)는 상기 방열 플레이트(36A)의 돌기(361)에 제3접합 부재(573)로 접합된다.
도 13은 제3실시 예에 따른 백라이트 유닛을 나타낸 도면이다.
도 13을 참조하면, 발광 모듈(30B)는 제1발광 소자(34)와 제2발광 소자(54), 제1모듈 기판(32) 및 제2모듈 기판(32-1) 및 방열 플레이트(36)를 포함한다. 상기 제1모듈 기판(32) 및 제1발광 소자(34)의 구성은 제1실시 예의 모듈 기판 및 발광 소자로 적용할 수 있어, 동일 부호로 처리하여 설명하기로 한다.
상기 방열 플레이트(36)는 제1프레임부(36-1) 및 제2프레임부(36-2)를 포함하며, 상기 제1프레임부(36-1)에는 제1모듈 기판(32) 및 제1발광 소자(34)가 결합되며, 상기 제2프레임부(36-2)에는 제2모듈 기판(32-1) 및 제2발광 소자(54)가 결합된다.
제1발광 소자(34)와 제2발광 소자(54)는 도광판(70)의 입광부의 서로 다른 영역에 대응되게 배치된다.
상기 제1프레임부(36-1)에는 돌기(361)가 형성되어, 상기 돌기(361)에는 상기 제1모듈 기판(32)의 돌기 구멍(321)이 결합된다. 상기 제1모듈 기판(32)에 배치된 제1발광 소자(34)는 방열 프레임이 상기 제1프레임부(36-1)의 돌기(361)에 연결되어 방열을 수행한다.
상기 제2프레임부(36-2)에는 돌기(364)가 형성되어, 상기 돌기(364)에는 상기 제2모듈 기판(32-1)의 돌기 구멍(321-1)이 결합된다. 상기 제2모듈 기판(32-1)에 배치된 제2발광 소자(54)는 도 12와 같이 방열 프레임(547)이 상기 제2프레임부(36-2)의 돌기(364)에 연결되어, 상기 제2발광 소자(54)의 방열 효율이 개선될 수 있다.
여기서, 발광 모듈(30B)은 탑 뷰 타입의 제1발광 소자(34)는 도 6 및 도 9의 발광 소자가 결합되는 구조를 선택적으로 이용될 수 있으며, 제2발광 소자(54)는 도 12의 발광 소자가 결합되는 구조를 이용할 수 있다.
도 14는 제4실시 예에 따른 백라이트 유닛을 나타낸 도면이다.
도 14를 참조하면, 발광 모듈(30C)는 발광 소자(34), 모듈 기판(32) 및 방열 플레이트(36)를 포함한다.
상기 방열 플레이트(36)는 제1프레임부(36-1), 서로 대향되는 제2 및 제3프레임부(36-2,36-3)를 포함한다. 상기 제2 및 제3프레임부(36-2,36-3)는 상기 제1프레임부(36-1)에 대해 절곡되며, 그 절곡된 각도는 거의 70°~110°정도로 형성될 수 있다. 상기 제2프레임부(36-2)는 상기 도광판(70)의 아래에 배치되며, 상기 제3프레임부(36-3)는 상기 도광판(70)의 위에 배치된다. 상기 제2프레임부(36-2)와 상기 제3프레임부(36-3) 사이의 간격은 상기 도광판(70)의 두께보다 적어도 넓게 형성될 수 있다. 상기 제3프레임부(36-3)의 너비(L4)는 상기 제2프레임부(36-2)의 너비보다 좁게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 방열 플레이트(36)의 제3프레임부(36-3)는 상기 발광 소자(34)로부터 방출된 광이 누설되는 것을 방지할 수 있다.
도 15는 제5실시 예에 따른 백라이트 유닛을 나타낸 도면이다.
도 15를 참조하면, 발광 모듈(30D)는 제1발광 소자(34)와 제2발광 소자(54), 제1모듈 기판(32) 및 제2모듈 기판(32-2) 및 방열 플레이트(36)를 포함한다. 상기 제1모듈 기판(32) 및 제1발광 소자(34)의 구성은 제1실시 예의 모듈 기판 및 발광 소자로 적용할 수 있어, 동일 부호로 처리하여 설명하기로 한다.
상기 방열 플레이트(36)는 제1프레임부(36-1), 서로 대향되는 제2 및 제3프레임부(36-2,36-3)를 포함한다. 상기 제2 및 제3프레임부(36-2,36-3)는 상기 제1프레임부(36-1)로부터 절곡되며, 그 절곡된 각도는 거의 70°~110°정도로 각각 형성될 수 있다. 상기 제2프레임부(36-2)는 상기 도광판(70)의 아래에 배치되며, 상기 제3프레임부(36-3)의 일부는 상기 도광판(70)의 위에 배치된다. 상기 제2프레임부(36-2)와 상기 제3프레임부(36-3) 사이의 간격은 상기 도광판(70)의 두께보다 적어도 넓게 형성될 수 있다. 상기 제3프레임부(36-3)의 너비는 상기 제2프레임부(36-2)보다 좁을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 방열 플레이트(36)의 제3프레임부(36-3)는 상기 발광 소자(34)로부터 방출된 광이 누설되는 것을 방지할 수 있다.
상기 제3프레임부(36-3)의 아래에는 제2모듈 기판(32-2)이 결합되고, 상기 제2모듈 기판(32-2)에는 상기 제2발광 소자(54)가 배치되며, 도 12와 같이 방열 프레임(547)이 상기 제3프레임부(36-3)의 돌기(365)에 연결될 수 있다.
발광 모듈(30D)은 도광판(70)의 입광부의 서로 다른 영역에 탑 뷰 방식의 제1발광 소자(34) 및 사이드 뷰 방식의 제2발광 소자(54)를 배치하여, 광 효율을 증가시켜 줄 수 있다.
도 16은 실시 예에 따른 발광 칩을 나타낸 도면이다.
도 16을 참조하면, 발광 칩(101)은 성장 기판(111), 버퍼층(113), 저전도층(115), 제1도전형 반도체층(117), 활성층(119), 제2클래드층(121), 및 제2도전형 반도체층(123)을 포함할 수 있다.
상기 성장 기판(111)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질, 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있다. 또한, 열전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 투광성, 절연성 또는 도전성 기판을 이용할 수 있다. 예컨대, 상기 성장 기판(111)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, Ga2O3, LiGaO3 중 적어도 하나를 이용할 수 있다. 상기 성장 기판(111)의 상면에는 복수의 돌출부(112)가 형성될 수 있으며, 상기의 복수의 돌출부(112)는 상기 성장 기판(111)의 식각을 통해 형성하거나, 별도의 러프니스와 같은 광 추출 구조로 형성될 수 있다. 상기 돌출부(112)는 스트라이프 형상, 반구형상, 또는 돔(dome) 형상을 포함할 수 있다. 상기 성장 기판(111)의 두께는 30㎛~150㎛ 범위로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 성장 기판(111) 위에는 복수의 화합물 반도체층이 성장될 수 있으며, 상기 복수의 화합물 반도체층의 성장 장비는 전자빔 증착기, PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), PLD(plasma laser deposition), 이중형의 열증착기(dual-type thermal evaporator) 스퍼터링(sputtering), MOCVD(metal organic chemical vapor deposition) 등에 의해 형성할 수 있으며, 이러한 장비로 한정하지는 않는다.
상기 성장 기판(111) 위에는 버퍼층(113)이 형성될 수 있으며, 상기 버퍼층(113)은 II족 내지 VI족 화합물 반도체를 이용하여 적어도 한 층으로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(113)은 III족-V족 화합물 반도체를 이용한 반도체층을 포함하며, 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체로서, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 등과 같은 화합물 반도체 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 버퍼층(113)은 서로 다른 반도체층을 교대로 배치하여 초 격자 구조로 형성될 수 있다.
상기 버퍼층(113)은 상기 성장 기판(111)과 질화물 계열의 반도체층과의 격자 상수의 차이를 완화시켜 주기 위해 형성될 수 있으며, 결함 제어층으로 정의될 수 있다. 상기 버퍼층(113)은 상기 성장 기판(111)과 질화물 계열의 반도체층 사이의 격자 상수 사이의 값을 가질 수 있다. 상기 버퍼층(113)은 ZnO 층과 같은 산화물로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 버퍼층(113)은 30~500nm 범위로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 버퍼층(113) 위에 저 전도층(115)이 형성되며, 상기 저 전도층(115)은 언도프드 반도체층으로서, 제1도전형 반도체층(117)보다 낮은 전기 전도성을 가진다. 상기 저 전도층(115)은 3족-5족 화합물 반도체를 이용한 GaN계 반도체로 구현될 수 있으며, 이러한 언도프드 반도체층은 의도적으로 도전형 도펀트를 도핑하지 않더라도 제1도전형 특성을 가지게 된다. 상기 언도프드 반도체층은 형성하지 않을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 저 전도층(115)은 복수의 제1도전형 반도체층(117) 사이에 형성될 수 있다.
상기 저 전도층(115) 위에는 제1도전형 반도체층(117)이 형성될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(117)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(117)은 제1도전형 도펀트가 도핑된 III족-V족과 같은 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 예컨대 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(117)이 n형 반도체층인 경우, 상기 제1도전형의 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함한다.
상기 저 전도층(115)와 상기 제1도전형 반도체층(117) 중 적어도 한 층에는 서로 다른 제1층과 제2층이 교대로 배치된 초격자 구조로 형성될 수 있으며, 상기 제1층과 제2층의 두께는 수 A 이상으로 형성될 수 있다.
상기 제1도전형 반도체층(117)과 상기 활성층(119) 사이에는 제1클래드층(미도시)이 형성될 수 있으며, 상기 제1클래드층은 GaN계 반도체로 형성될 수 있다. 이러한 제1클래드층은 캐리어를 구속시켜 주는 역할을 한다. 다른 예로서, 상기 제1 클래드층(미도시)은 InGaN층 또는 InGaN/GaN 초격자 구조로 형성될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다. 상기 제1 클래드층은 n형 또는/및 p형 도펀트를 포함할 수 있으며, 예컨대 제1도전형 또는 저 전도성의 반도체층으로 형성될 수 있다.
상기 제1도전형 반도체층(117) 위에는 활성층(119)이 형성된다. 상기 활성층(119)은 이중 접합, 단일 우물, 단일 양자 우물, 다중 우물, 다중 양자 우물(MQW), 양자 선, 양자 점 구조 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 활성층(119)은 우물층과 장벽층이 교대로 배치되며, 상기 우물층은 에너지 준위가 연속적인 우물층일 수 있다. 또한 상기 우물층은 에너지 준위가 양자화된 양자 우물(Quantum Well)일 수 있다. 상기의 우물층은 양자 우물층으로 정의될 수 있으며, 상기 장벽층은 양자 장벽층으로 정의될 수 있다. 상기 우물층과 상기 장벽층의 페어는 2~30주기로 형성될 수 있다. 상기 우물층은 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 상기 장벽층은 상기 우물층의 밴드 갭보다 더 넓은 밴드 갭을 갖는 반도체층으로 예컨대, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 상기 우물층과 장벽층의 페어는 예컨대, InGaN/GaN, AlGaN/GaN, InGaN/AlGaN, InGaN/InGaN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 활성층(119)은 자외선 대역부터 가시광선 대역의 파장 범위 내에서 선택적으로 발광할 수 있으며, 예컨대 420nm~450nm 범위의 피크 파장을 발광할 수 있다.
상기 활성층(119) 위에는 제2클래드층(121)이 형성되며, 상기 제2클래드층(121)은 상기 활성층(119)의 장벽층의 밴드 갭보다 더 높은 밴드 갭을 가지며, III족-V족 화합물 반도체 예컨대, GaN 계 반도체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 클래드층(121)은 GaN, AlGaN, InAlGaN, InAlGaN 초격자 구조 등을 포함할 수 있다. 상기 제2 클래드층(121)은 n형 또는/및 p형 도펀트를 포함할 수 있으며, 예컨대 제2도전형 또는 저 전도성의 반도체층으로 형성될 수 있다.
상기 제2클래드층(121) 위에는 제2도전형 반도체층(123)이 형성되며, 상기 제2도전형 반도체층(123)은 제2도전형의 도펀트를 포함한다. 상기 제2도전형 반도체층(123)은 III족-V족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 등과 같은 화합물 반도체 중 적어도 하나로 이루어질 수 있으며, 단층 또는 다층을 포함한다. 상기 제2도전형 반도체층(123)이 p형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
발광 구조물(150)의 층들의 전도성 타입은 반대로 형성될 수 있으며, 예컨대 상기 제2도전형의 반도체층(123)은 n형 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층(117)은 p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 또한 상기 제2도전형 반도체층(123) 위에는 상기 제2도전형과 반대의 극성을 갖는 제3도전형 반도체층인 n형 반도체층이 더 형성할 수도 있다. 상기 발광 칩(101)은 상기 제1도전형 반도체층(117), 활성층(119) 및 상기 제2도전형 반도체층(123)을 발광 구조물(150)로 정의될 수 있으며, 상기 발광 구조물(150)은 n-p 접합 구조, p-n 접합 구조, n-p-n 접합 구조, p-n-p 접합 구조 중 적어도 한 구조를 포함할 수 있다. 상기 n-p 및 p-n 접합은 2개의 층 사이에 활성층이 배치되며, n-p-n 접합 또는 p-n-p 접합은 3개의 층 사이에 적어도 하나의 활성층을 포함하게 된다.
발광 구조물(150) 위에 전극층(141) 및 제2전극(145)이 형성되며, 상기 제1도전형 반도체층(117) 위에 제1전극(143)이 형성된다.
상기 전극층(141)은 전류 확산층으로서, 투광성 및 전기 전도성을 가지는 물질로 형성될 수 있다. 상기 전극층(141)은 화합물 반도체층의 굴절률보다 낮은 굴절률로 형성될 수 있다.
상기 전극층(141)은 제2도전형 반도체층(123)의 상면에 형성되며, 그 물질은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), ZnO, IrOx, RuOx, NiO 등 중에서 선택되며, 적어도 한 층으로 형성될 수 있다. 상기 전극층(141)은 반사 전극층으로 형성될 수 있으며, 그 물질은 예컨대, Al, Ag, Pd, Rh, Pt, Ir 및 이들 중 2이상의 합금 중에서 선택적으로 형성될 수 있다.
상기 제2전극(145)은 상기 제2도전형 반도체층(123) 및/또는 상기 전극층(141) 위에 형성될 수 있으며, 전극 패드를 포함할 수 있다. 상기 제2전극(145)은 암(arm) 구조 또는 핑거(finger) 구조의 전류 확산 패턴이 더 형성될 수 있다. 상기 제2전극(145)은 오믹 접촉, 접착층, 본딩층의 특성을 갖는 금속으로 비 투광성으로 이루어질 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1도전형 반도체층(117)의 일부에는 제1전극(143)이 형성된다. 상기 제1전극(143)과 상기 제2전극(145)은 Ti, Ru, Rh, Ir, Mg, Zn, Al, In, Ta, Pd, Co, Ni, Si, Ge, Ag 및 Au와 이들의 선택적인 합금 중에서 선택될 수 있다.
상기 발광 소자(101)의 표면에 절연층이 더 형성될 수 있으며, 상기 절연층은 발광 구조물(150)의 층간 쇼트(short)를 방지하고, 습기 침투를 방지할 수 있다.
실시 예에 따른 발광 모듈은 휴대 단말기, 컴퓨터 등의 백라이트 유닛 뿐만 아니라, 조명등, 신호등, 차량 전조등, 전광판, 가로등 등의 조명 장치에 적용될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 또한 탑 뷰 타입의 발광 모듈에는 상기 도광판을 배치하지 않을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 또한 상기 발광 모듈 위에 렌즈 또는 유리와 같은 투광성 물질이 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이며, 이 또한 첨부된 청구범위에 기재된 기술적 사상에 속한다 할 것이다.
100: 표시장치 10: 표시 패널
20: 백라이트 유닛 30, 30A, 30B, 30C, 30D:발광 모듈
32,32-1,32-2: 모듈 기판 34,44,54: 발광 소자
36,36A: 방열 플레이트 36-1: 제1프레임부
36-2: 제2프레임부 36-3: 제3프레임부
45: 반사 부재 60: 광학 시트
70: 도광판 361,364,365: 돌기
321,321-1,321-2: 돌기 구멍
M1,M2: 금속층

Claims (14)

  1. 제1면에 복수의 제1패드 및 제2패드와, 내부에 배열된 복수의 돌기 구멍을 포함하는 모듈 기판;
    상기 모듈 기판의 돌기 구멍에 대응되게 형성된 복수의 돌기를 포함하는 방열 플레이트;
    상기 방열 플레이트의 돌기에 연결된 방열 프레임을 갖고, 상기 모듈 기판의 제1패드 및 제2패드에 연결된 복수의 발광 소자; 및
    상기 발광 소자의 방열 프레임과 상기 방열 플레이트의 돌기 사이에 접합 부재를 포함하며,
    상기 방열 플레이트는 제1금속층과, 상기 제1금속층의 표면 중 상기 돌기의 표면에 형성된 제2금속층을 포함하는 발광 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1금속층은 알루미늄 재질을 포함하며,
    상기 제2금속층은 니켈 합금(Ni-alloy)을 포함하는 발광 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2금속층은 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 금(Au), 팔라듐(Pd), 구리(Cu) 및 아연(Zn) 중 적어도 하나와 니켈(Ni)의 합금을 포함하는 발광 모듈.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제2금속층은 상기 방열 플레이트의 표면 중에서 상기 모듈 기판의 제1면의 반대측 제2면과 대응되는 영역에 더 형성되는 발광 모듈.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제2금속층은 상기 제1금속층보다 더 얇게 형성되며, 3㎛~4㎛의 두께로 형성되는 발광 모듈.
  6. 제2항에 있어서, 상기 접합 부재는 솔더인 발광 모듈.
  7. 제1항에 있어서, 상기 모듈 기판은 수지계 기판을 포함하는 발광 모듈.
  8. 제1항에 있어서, 상기 방열 프레임은 은과 구리의 합금 재질을 포함하는 발광 모듈.
  9. 제1항에 있어서, 상기 방열 플레이트의 돌기는 상기 모듈 기판의 두께와 동일한 높이로 돌출되는 발광 모듈.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방열 플레이트는 상기 복수의 돌기가 배치된 제1프레임부; 및 상기 제1프레임부로부터 절곡되며 상기 모듈 기판으로부터 이격된 제2프레임부를 포함하는 발광 모듈.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제2프레임부의 면적이 상기 제1프레임부의 면적보다 더 넓은 발광 모듈.
  12. 제10항에 있어서, 상기 제2프레임부는 상기 제1프레임부에 대해 직각으로 절곡되는 발광 모듈.
  13. 제10항에 있어서, 상기 발광 소자는 캐비티가 형성된 몸체; 상기 몸체 내에 배치되며 상기 모듈 기판의 제1패드와 연결된 제1리드부를 갖는 제1리드 프레임; 상기 제1리드 프레임으로부터 이격되며 상기 모듈 기판의 제2패드와 연결된 제2리드부를 갖는 제2리드 프레임; 상기 제1 및 제2리드 프레임 사이에 상기 방열 플레이트의 돌기와 연결된 제3리드부를 갖는 방열 프레임; 상기 방열 프레임 위에 발광 칩을 포함하는 발광 모듈.
  14. 청구항 제13항의 발광 모듈;
    상기 발광 모듈의 발광 소자에 대응되는 도광판; 및
    상기 도광판을 수납하며 상기 발광 모듈의 방열 플레이트가 배치된 바텀 커버를 포함하는 라이트 유닛.
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