KR20150030126A - 발광 다이오드 어레이 및 그 제조 방법과 그를 이용한 액정 표시 장치 - Google Patents

발광 다이오드 어레이 및 그 제조 방법과 그를 이용한 액정 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 코스트 및 두께를 감소시킬 수 있는 LED 어레이 및 그 제조 방법과 그를 이용한 LCD에 관한 것으로, 본 발명에 따른 LED 어레이는 메탈 베이스와, 상기 메탈 베이스의 제1 폭 보다 작은 제2 폭을 갖고 상기 메탈 베이스 상에 형성된 RCC 패턴을 갖는 메탈 PCB와; 상기 RCC 패턴 상에 실장된 LED 패키지와; 상기 LED 패키지 상부에 위치하도록 상기 메탈 PCB에 실장된 광확산 렌즈와; 상기 메탈 PCB 상에 형성되고 상기 광확산 렌즈의 하부에 상기 LED 패키지를 노출시키는 개구부를 갖는 반사 시트를 구비한다.

Description

발광 다이오드 어레이 및 그 제조 방법과 그를 이용한 액정 표시 장치{LIGHT EMITTING DIODE ARRAY, METHOD OF FABRICATING THE SAME, AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY USING THE SAME}
본 발명은 발광 다이오드 어레이에 관한 것으로, 특히 두께 및 코스트를 감소시킬 수 있는 발광 다이오드 어레이 및 그 제조 방법과 그를 이용한 액정 표시 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display: 이하 LCD)는 굴절율 및 유전율 등의 이방성을 갖는 액정의 전기적 및 광학적 특성을 이용한 픽셀 매트릭스를 통해 화상을 표시한다. LCD의 각 픽셀은 데이터 신호에 따른 액정 배열 방향의 가변으로 편광판을 투과하는 광 투과율을 조절함으로써 계조를 구현한다.
LCD는 픽셀 매트릭스를 통해 화상을 표시하는 액정 패널과, 액정 패널을 구동하는 구동 회로와, 액정 패널에 광을 조사하는 백라이트 유닛과, 백라이트 유닛을 구동하는 백라이트 드라이버를 구비한다.
백라이트 유닛은 광원 위치에 따라 에지형(Edge Type)과 직하형(Direct Type)으로 구분된다. 에지형 백라이트 유닛은 도광판의 측면에 광원이 배치된 구조로 광원으로부터의 측면 입사광을 도광판과 다수의 광학 시트를 통해 평면광으로 확산시켜 액정 패널로 공급한다. 직하형 백라이트 유닛은 액정 패널의 하부면에 광원이 배치된 구조로 광원부로부터의 평면광을 다수의 광학 시트를 통해 확산시켜 액정 패널로 공급한다.
백라이트 유닛의 광원으로는 원통 형상을 갖는 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp)이나 EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp)을 주로 이용하였으나, 최근에는 저전압 구동 및 고휘도 특성을 갖는 LED(Light Emitting Diode)를 주로 이용하고 있다.
LED 백라이트 유닛은 PCB(Printed Circuit Board) 상에 LED 패키지가 실장된 LED 어레이를 광원부로 구비한다. LED 어레이에서 PCB로는 도 1에 나타낸 CEM-3 PCB와, 도 2에 나타낸 알루미늄(Al) 베이스의 메탈 PCB가 주로 이용되고 있다.
도 1에 나타낸 CEM-3 PCB는 상부 구리층(Cu)과 하부 구리층(Cu) 사이에 CEM-3가 형성된 구조를 갖는다. CEM-3는 유리 섬유 및 에폭시 수지가 혼합되어 형성된 상하부 표면층과, 그 상하부 표면층 사이에 유리 부직포 및 에폭시 수지가 혼합되어 형성된 코어층으로 구성된다.
도 1에 나타낸 CEM-3 PCB는 CEM-3의 열전도도가 낮아 방열 성능이 좋지 않은 문제점이 있다.
도 2에 나타낸 메탈 PCB는 알루미늄(Al) 베이스 전면에 RCC(Resin Coated Copper)가 적층된 구조를 갖고, RCC는 에폭시층과 구리층(Cu)이 적층된 구조를 갖는다.
도 2에 나타낸 종래의 알루미늄 베이스 메탈 PCB는 CEM-3 보다 열전도도가 높은 알루미늄에 의해 CEM-3 PCB 대비 방열 성능이 좋은 장점이 있으나, CEM-3 PCB 대비 코스트가 높은 단점이 있다.
또한, 종래의 알루미늄 베이스 메탈 PCB는 알루미늄이 갖는 약한 강성으로 인하여 휨 발생 등의 공정 불량이 발생하므로 PCB의 두께를 감소시키는데 한계가 있고, 이로 인하여 LCD의 박형화를 위해 필요한 백라이트 유닛의 두께를 감소시키는데 한계가 있다.
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 코스트 및 두께를 감소시킬 수 있는 LED 어레이 및 그 제조 방법과 그를 이용한 LCD를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 LED 어레이는 메탈 베이스와, 상기 메탈 베이스의 제1 폭 보다 작은 제2 폭을 갖고 상기 메탈 베이스 상에 형성된 RCC 패턴을 갖는 메탈 PCB와; 상기 RCC 패턴 상에 실장된 LED 패키지와; 상기 LED 패키지 상부에 위치하도록 상기 메탈 PCB에 실장된 광확산 렌즈와; 상기 메탈 PCB 상에 형성되고 상기 광확산 렌즈의 하부에 상기 LED 패키지를 노출시키는 개구부를 갖는 반사 시트를 구비한다.
상기 메탈 베이스는 구리, 알루미늄, EGI 중 어느 하나를 이용한다.
상기 광확산 렌즈는 상기 LED 패키지 상에 위치하는 렌즈부와, 상기 렌즈부를 지지하고 접착제를 통해 상기 메탈 베이스 또는 상기 반사 시트 상에 실장되는 다수의 지지대를 구비하고; 상기 LED 어레이는 상기 메탈 베이스 또는 상기 반사 시트에 형성되어 상기 다수의 지지대에 각각 대응하여 상기 접착제가 주입된 다수의 얼라인 마크를 추가로 구비한다.
상기 다수의 얼라인 마크는 상기 RCC 패턴없이 노출된 상기 메탈 베이스에 홈 형태로 직접 형성되어 상기 접착제가 주입되거나, 상기 메탈 베이스 상에 돌출 패턴으로 형성되고 그 돌출 패턴에 의해 마련된 홈에 상기 접착제가 주입되고, 상기 반사 시트의 개구부는 상기 광확산 렌즈의 하부에서 상기 LED 패키지 및 상기 지지대를 노출시킨다.
상기 다수의 얼라인 마크는 상기 메탈 베이스 상에 형성된 상기 반사 시트에 홀 형태로 형성되어 상기 접착제가 주입되거나, 상기 반사 시트를 구성하는 적어도 2개의 층에서 상부층에 홈 형태로 형성되어 상기 접착제가 주입된다.
상기 다수의 얼라인 마크는 상기 RCC 패턴없이 노출된 상기 메탈 베이스에 상기 접착제가 주입된 홈 형태로 직접 형성되거나, 상기 접착제가 주입된 홈을 마련하도록 상기 메탈 베이스 상에 돌출 형태로 형성되고, 상기 반사 시트의 개구부는 상기 광확산 렌즈의 하부에서 상기 LED 패키지지 및 상기 지지대를 노출시킨다.
상기 다수의 얼라인 마크의 깊이는 상기 반사 시트의 두께와 유사하거나 상기 반사 시트의 두께 보다 작게 형성된다.
본 발명의 실시예에 따른 LED 어레이 제조 방법은 메탈 베이스와, 상기 메탈 베이스의 제1 폭 보다 작은 제2 폭을 갖고 상기 메탈 베이스 상에 형성된 RCC 패턴을 갖는 메탈 PCB를 마련하는 단계와; 상기 RCC 패턴 상에 LED 패키지를 실장하는 단계와; 상기 LED 패키지를 노출시키는 개구부를 갖는 반사 시트를 상기 메탈 PCB 상에 형성하는 단계와; 상기 LED 패키지 상부와 상기 반사 시트의 일부 상에 위치하도록 상기 메탈 PCB 상에 광확산 렌즈를 실장하는 단계를 포함한다.
본 발명의 LED 어레이 제조 방법은 상기 광확산 렌즈의 다수의 지지대에 각각 대응하여 접착제가 주입될 다수의 얼라인 마크를 상기 메탈 베이스 또는 상기 반사 시트에 형성하는 단계를 추가로 포함하고; 상기 광확산 렌즈를 실장하는 단계는 상기 얼라인 마크에 상기 접착제를 주입한 후 상기 지지대를 상기 접착제 상에 실장하는 단계를 포한한다.
상기 다수의 얼라인 마크는 상기 RCC 패턴없이 노출된 상기 메탈 베이스에 상기 접착제가 주입될 홈 형태로 직접 형성되거나, 상기 접착제가 주입될 홈이 마련된 돌출 패턴 형태로 형성된다.
상기 다수의 얼라인 마크는 상기 메탈 베이스 상에 형성된 상기 반사 시트에 상기 접착제가 주입될 홀 형태로 형성되거나, 상기 반사 시트를 구성하는 적어도 2개의 층에서 상부층에 상기 접착제가 주입될 홈 형태로 형성된다.
본 발명의 실시예에 따른 LCD는 상기 LED 어레이를 포함하는 백라이트 유닛을 구비한다.
본 발명에 따른 LED 어레이에서 메탈 PCB는 메탈 베이스 보다 좁은 폭으로 RCC 패턴이 형성되므로, 알루미늄 베이스 전면에 RCC층이 형성된 종래의 메탈 PCB 보다 코스트를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 LED 어레이에서 메탈 PCB는 베이스 물질로 구리나 알루미늄 등과 같은 모든 메탈을 이용할 수 있으나, 바람직하게는 CEM-3 보다 방열 성능이 좋고, 알루미늄 보다 강성이 강한 EGI를 이용함으로써 종래의 CEM-3 PCB 보다 방열 성능이 좋고, Al-베이스 메탈 PCB 보다 두께를 감소시킴과 아울러 코스트를 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 LED 어레이는 광확산 렌즈의 지지대를 실장하기 위해 접착제가 주입되는 얼라인 마크를 메탈 베이스에 홈 또는 돌출 형태로 형성하거나, 반사 시트에 홀 또는 홈 형태로 형성함으로써 메탈 PCB의 두께 증가없이 얼라인 마크를 형성하여 접착제 흐름을 방지할 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 LED 어레이를 이용한 백라이트 유닛에서 메탈 PCB의 두께를 종래보다 감소시키는 대신 LED 어레이와 확산판 사이의 옵티컬 갭을 증가시킬 수 있으므로, 백라이트 유닛의 두께를 증가없이도 백라이트 광의 충분한 확산시켜서 균일한 휘도 분포를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 CEM-3 PCB를 나타낸 단면도이다.
도 2는 종래의 메탈 PCB를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LED 어레이를 포함하는 LCD를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 메탈 PCB의 일부 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 메탈 PCB의 일부 정면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 어레이의 일부 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 어레이의 일부 단면도이다.
도 8은 도 6 및 도 7에 나타낸 LED 어레이의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED 어레이의 일부 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 LED 어레이의 일부 단면도이다.
도 11은 도 9 및 도 10에 나타낸 LED 어레이의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 12는 종래와 본 발명에 따른 LED 어레이를 이용한 백라이트 유닛의 방열 성능을 비교하기 위하여 PCB의 베이스 물질별로 측정된 백라이트 온도를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LED 어레이를 포함하는 LCD를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3에 나타낸 LCD는 액정 패널(10), 액정 패널(10)의 구동부(도시하지 않음), 직하형 백라이트 유닛, 바텀 커버(40), 패널 가이드(42), 그리고 탑 케이스(46)를 구비한다.
액정 패널(10)은 상부 기판(12) 및 하부 기판(14)이 액정층을 사이에 두고 합착되어 형성된다. 상하부 기판(12, 14) 중 어느 하나의 기판에는 컬러 필터 어레이가 형성되고, 다른 하나의 기판에는 박막 트랜지스터 어레이가 형성된다. 상하부 기판(12, 14)의 외측면에는 각각 도시하지 않은 편광판이 부착된다. 상하부 기판(12, 14)에서 액정과 접촉하는 내측면 각각에는 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 액정 패널(10)은 다수의 픽셀들이 배열된 픽셀 매트릭스를 통해 영상을 표시한다. 각 픽셀은 데이터 신호에 따른 액정 배열의 가변으로 광투과율을 조절하는 레드/그린/블루(R/G/B) 서브픽셀의 조합으로 원하는 색을 구현하고, 휘도 향상을 위한 화이트(W) 서브픽셀을 추가로 구비하기도 한다. 각 서브픽셀은 게이트 라인 및 데이터 라인과 접속된 TFT(Thin Film Transistor), TFT에 병렬로 접속된 액정 커패시터 및 스토리지 커패시터를 구비한다. 액정 커패시터는 TFT를 통해 픽셀 전극에 공급된 데이터 신호와, 공통 전극에 공급된 공통 전압과의 차전압을 충전하고 충전된 전압에 따라 액정을 구동하여 광투과율을 조절한다. 스토리지 커패시터는 액정 커패시터에 충전된 전압을 안정적으로 유지시킨다. 액정층은 TN(Twisted Nematic) 모드 또는 VA(Vertical Alignment) 모드와 같이 수직 전계에 의해 구동되거나, IPS(In-Plane Switching) 모드 또는 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같이 수평 전계에 의해 구동된다.
액정 패널(10)의 구동부(도시하지 않음)는 게이트 구동부, 데이터 구동부 및 타이밍 컨트롤러 등을 포함한다.
타이밍 컨트롤러는 입력 동기 신호를 이용하여 게이트 구동부 및 데이터 구동부의 구동 타이밍을 제어하고, 화질 향상이나 소비 전력 감소를 위한 다양한 데이터 처리 방법을 통해 입력 데이터를 보정하여 데이터 구동부로 출력한다.
데이터 구동부는 타이밍 컨트롤러로부터 입력되는 디지털 데이터를 감마 전압 생성부로부터의 감마 전압을 이용하여 포지티브/네거티브 데이터 신호로 변환하고, 각 게이트 라인이 구동될 때마다 데이터 신호를 데이터 라인으로 공급한다. 데이터 구동부는 적어도 하나의 데이터 IC로 구성되어 TCP(Tape Carrier Package), COF(Chip On Film), FPC(Flexible Print Circuit) 등과 같은 회로 필름에 실장되어 액정 패널(10)에 TAB(Tape Automatic Bonding) 방식으로 부착되거나, COG(Chip On Glass) 방식으로 액정 패널(100) 상에 실장될 수 있다.
게이트 구동부는 타이밍 컨트롤러의 제어에 응답하여 액정 패널(10)의 게이트 라인을 순차 구동한다. 게이트 구동부는 각 게이트 라인에 해당 스캔 기간마다 게이트 온 전압의 스캔 펄스를 공급하고, 다른 게이트 라인이 구동되는 나머지 기간에는 게이트 오프 전압을 공급한다. 게이트 구동부는 적어도 하나의 게이트 IC로 구성되고 TCP, COF, FPC 등과 같은 회로 필름에 실장되어 액정 패널(10)에 TAB 방식으로 부착되거나, COG 방식으로 액정 패널(10) 상에 실장될 수 있다. 이와 달리, 게이트 구동부는 GIP(Gate In Panel) 방식으로 액정 패널(10)의 박막 트랜지스터 어레이와 함께 동일한 공정으로 박막 트랜지스터 기판 상에 형성되어 액정 패널(10)에 내장될 수 있다.
직하형 백라이트 유닛은 바텀 커버(40) 안에 수납된 다수의 광원, 즉 다수의 LED 어레이(30)와, 바텀 커버(40) 상에 적층된 확산판(20) 및 다수의 광학 시트들(22)을 구비한다.
LED 어레이(30)는 메탈 PCB(32) 상에 실장된 LED 패키지(34) 및 광확산 렌즈(38)와, 광확산 렌즈(38)를 노출시키는 개구부를 갖고 메탈 PCB(32) 상에 형성된 반사 시트(36)를 구비한다.
메탈 PCB(32)는 메탈 베이스 상에 메탈 베이스 보다 작은 폭으로 RCC(Resin Coated Copper) 패턴이 형성된 구조를 갖고, 그 RCC 패턴 상에 LED 패키지(34)가 실장된다. LED 패키지(34)는 RCC 패턴의 구리 배선층을 통해 백라이트 구동부(도시하지 않음)와 접속되고, 백라이트 구동부에 의해 구동되어 발광한다. 메탈 PCB(32)는 메탈 베이스의 일부 영역에만 RCC 패턴이 형성되므로, 알루미늄 베이스 전면에 RCC층이 형성된 종래의 메탈 PCB 보다 코스트를 절감할 수 있다.
메탈 PCB(32)의 메탈 베이스로는 전기아연도금강판(이하, EGI), 알루미늄, 구리 등과 같은 모든 메탈이 이용될 수 있고, 바람직한 실시예로써 CEM-3 보다 방열 성능이 좋고 알루미늄 보다 강성이 강한 EGI를 이용할 수 있다. 메탈 베이스로 EGI를 이용하는 경우, 종래의 CEM-3 PCB 및 알루미늄 베이스 PCB 보다 두께를 줄일 수 있고, CEM-3 PCB 보다 방열 성능을 개선할 수 있고, Al 베이스 PCB 보다 코스트를 절감할 수 있는 장점이 있다.
광확산 렌즈(38)는 LED 패키지(34) 상에 위치하도록 메탈 PCB(32) 상에 실장되어 LCD 패키지(34)로부터 입사된 광을 넓은 범위로 확산시킨다.
반사 시트(36)는 광확산 렌즈(38)를 노출시키는 개구부를 갖고 광확산 렌즈(38) 보다 낮은 높이로 메탈 PCB(32) 상에 형성(부착)된다. 반사 시트(36)는 광확산 렌즈(38)의 하부 방향으로 누설된 광을 반사시켜서 상부 확산판(20)으로 공급함으로써 광 효율을 향상시킨다. 반사 시트(36)는 반사율이 높은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)나 폴리카보네이트 (PC)로 만들어질 수 있으며 은이나 알루미늄이 코팅되어 있을 수 있다.
확산판(20)은 광확산 부재를 이용하여 LED 어레이(30)로부터 입사되는 광을 넓은 범위에서 균일한 휘도 분포를 갖도록 확산시켜 출사한다. 예를 들면, 확산판(20)은 광확산 부재로 비즈들(beads)을 포함할 수 있다. 확산판(20)이 광을 충분히 확산시키기 위하여 LED 어레이(30)와 확산판(20) 사이에 옵티컬 갭(Optical Gap)을 충분히 확보되어야 한다.
광학 시트들(22)은 적어도 하나의 프리즘 시트와 적어도 하나의 확산 시트를 포함하여 확산판(20)으로부터 입사되는 광을 집광 및 확산시킴으로써 액정 패널(10)에 광이 수직 각도로 입사되게 한다. 광학 시트들(22)은 듀얼 휘도 향상 필름(Dual Brightness Enhancement Film)을 포함할 수 있다.
패널 가이드(42)는 액정 패널(10)을 지지함과 아울러 바텀 커버(40) 상에 적층된 확산판(20) 및 광학 시트들(22)의 유동을 방지한다. 패널 가이드(42)의 안착부는 액정 패널(10)의 아래에서 액정 패널(10)의 가장자리를 지지한다. 바텀 커버(40) 상에 적층된 확산판(20) 및 광학 시트류(22)의 가장자리가 패널 가이드(42)의 안착부 아래에 삽입됨으로써 확산판(20) 및 광학시트류(22)의 유동이 방지된다. 액정 패널(10)과 그 아래의 광학 시트류(22)는 패널 가이드(42)의 안착부가 액정 패널(10)과 광학시트류(22) 사이에 위치하여 갭(gap)을 확보한다.
바텀 커버(40)는 LED 어레이(30)를 내부 공간에 수납하고 확산판(20)의 주변부를 지지한다. 바텀 커버(40)의 바닥부 내면에 다수의 LED 어레이(30)가 특정 간격을 두고 나란하게 배치된다. 바텀 커버(40) 측벽부의 상부면은 패널 가이드(42)의 안착부 아래에 적층된 광학시트들(22) 및 확산판(20)의 주변부를 지지한다. 바텀 커버(40)는 고강도 강판으로 제작되며, 예를 들면 EGI, 스테인레스(SUS), 갈바륨(SGLC), 알루미늄도금강판(일명 ALCOSTA), 주석도금강판(SPTE) 등으로 제작될 수 있다. 바텀 커버(40)에는 다수의 통기공이 형성될 수 있고, 확산판(50)을 아래에서 균일하게 지지하여 확산판(20)의 쳐짐을 방지하는 확산판 서포터가 더 형성될 수 있다.
탑 케이스(44)는 액정 패널(10)의 상부 가장자리와, 패널 가이드(42)의 상면 및 측면과, 바텀 커버(40)의 측면을 감싸는 구조를 갖는다. 탑 케이스(44)는 패널 가이드(42) 및 바텀 커버(40) 중 적어도 어느 하나에 후크나 스크류를 통해 고정된다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 메탈 PCB를 나타낸 단면도 및 정면도이다. 구체적으로, 도 4 및 도 5는 도 3에 나타낸 LED 어레이(30)에서 LED 패키지(34)가 실장된 메탈 PCB(32)의 단면 구조 및 정면 구조를 보여주고 있다.
도 4 및 도 5에 나타낸 메탈 PCB(32)는 메탈 베이스(321)와, 그 메탈 베이스(321) 상에 적층되고 메탈 베이스(321) 폭(W1) 보다 작은 폭(W2)을 갖는 RCC 패턴(322)을 구비하고, 그 RCC 패턴(322) 상에 LED 패키지(34)가 실장된다. RCC 패턴(322)은 도 5와 같이 LED 패키지(34)가 실장될 중앙부에 메탈 베이스(321)의 길이 방향을 따라 스트라이프 형태로 형성될 수 있다.
메탈 PCB(32)의 메탈 베이스(321)로는 EGI, 알루미늄, 구리 등과 같은 모든 메탈이 이용될 수 있으나, 바람직하게는 CEM-3 보다 방열 성능이 좋고 알루미늄 보다 강성이 강한 EGI를 이용한다. 메탈 베이스(321)로 EGI를 이용하는 경우, 종래의 CEM-3 PCB 및 알루미늄 베이스 PCB 보다 두께를 줄일 수 있고, CEM-3 PCB 보다 방열 성능을 개선할 수 있고, Al 베이스 PCB 보다 코스트를 절감할 수 있는 장점이 있다.
RCC 패턴(322)은 메탈 베이스(321) 상에 RCC층을 가열 압착하여 형성한 후 패터닝(포토리소그래피+에칭) 공정으로 RCC층을 패터닝함으로써 형성될 수 있다. RCC 패턴(322)은 기본적으로 절연층과 구리박막의 2개층 구조로 형성되지만, 절연층/구리박막/접착층 또는 절연층/접착층/구리박막/접착층 등과 같이 3개 이상의 층으로 형성될 수 있다. 절연층으로는 접착력이 좋은 에폭시가 이용되거나, 방열 성능 향상을 위해 열전도도가 높은 무기물이 혼합된 에폭시가 이용되거나, 폴리이미드(PI) 계열 또는 페트( PET) 계열 등과 같은 절연 물질이 이용될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 메탈 PCB(32)에는 광확산 렌즈 실장시 렌즈 지지대의 위치를 나타냄과 아울러 렌즈 지지대 고정용 접착제를 디스펜싱한 후 메탈 PCB(32) 상에서 흐르는 것을 방지하기 위한 다수의 얼라인 마크(AM)가 추가로 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 메탈 PCB(32)에는 한 LED 패키지(34)를 기준으로 LED 패키지(34)의 주변부에 3개의 얼라인 마크(AM)가 형성된다. 얼라인 마크(AM)는 RCC 패턴(322)이 형성되지 않은 메탈 베이스(321)에 홈 형태로 형성되거나, 메탈 베이스(321)에 상에 홀을 갖는 돌출 패턴 형태로 형성될 수 있으며, 이 경우 메탈 PCB(32)의 두께 증가없이 얼라인 마크(AM)를 형성할 수 있다. 이와 달리, 얼라인 마크(AM)는 메탈 PCB(32) 상에 형성되는 반사 시트에 홀 또는 홈 형태로 형성될 수 있으며, 이 경우에도 메탈 PCB(32)의 두께 증가없이 얼라인 마크(AM)를 형성할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 어레이를 나타낸 단면도이고, 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 어레이를 나타낸 단면도이다.
도 6 및 도 7에 나타낸 제1 및 제2 LED 어레이는 메탈 베이스(321)에 형성된 얼라인 마크(50, 60) 구조가 서로 다른 차이점을 갖고, 나머지 구성요소들은 동일하다.
도 6 및 도 7을 참조하면, LED 어레이는 메탈 PCB(32)와, 메탈 PCB(32)의 RCC 패턴(322) 상에 실장된 LED 패키지(34)와, LED 패키지(34) 상에 위치하도록 메탈 PCB(32) 상에 실장된 광확산 렌즈(38)를 구비한다.
광확산 렌즈(38)는 광확산을 위한 렌즈부(37)와, 렌즈부(37)를 지지하는 다수의 지지대(39)가 일체형으로 형성된다.
메탈 PCB(32) 상에는 광확산 렌즈(38)를 노출시키는 개구부(35)를 갖는 반사 시트(36)가 더 형성된다. 반사 시트(36)의 개구부는 광확산 렌즈(38)의 보다 작은 크기로 형성되어 반사 시트(36)의 개구부(35) 에지가 광확산 렌즈(38)의 렌즈부(37) 아래의 안쪽에서 LED 패키지(34) 및 지지대(39)의 주변부를 둘러싸도록 형성된다.
또한, 도 6을 참조하면, 메탈 PCB(32)에는 광확산 렌즈(38)의 지지대(39)가 접착제(52)에 의해 고정되는 얼라인 마크(50)가 더 형성된다. 얼라인 마크(50)는 메탈 베이스(321)의 가공으로 메탈 베이스(321) 노출면에 홈 형태로 형성된다. 홈 형태의 얼라인 마크(50)에 접착제(52)가 주입된 후 광확산 렌즈(38)의 지지대(39)가 접착제(52)에 의해 메탈 PCB(32)에 부착된다. 접착제(52) 주입시, 홈 형태의 얼라인 마크(50)에 의해 접착제(52)의 흐름을 방지할 수 있다. 홈 형태의 얼라인 마크(50)는 100㎛ 이내의 깊이로 형성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 메탈 PCB(32)의 메탈 베이스(321) 노출면에는 돌출 형태의 얼라인 마크(60)가 형성되고, 그 돌출 형태의 얼라인 마크(60)에 의해 메탈 베이스(321) 상에 접착제가 주입될 홈이 형성될 수 있다. 이 돌출 형태의 얼라인 마크(60)에 의해 메탈 베이스(321) 상에 마련된 홈에 접착제(52)가 주입된 후 광확산 렌즈(38)의 지지대(39)가 접착제(52)에 의해 메탈 PCB(32)에 부착된다. 접착제(52) 주입시, 돌출 형태의 얼라인 마크(60)에 의해 접착제(52)의 흐름을 방지할 수 있다. 이 돌출 형태의 얼라인 마크(60)는 메탈 베이스(321) 노출면에 포토 솔더 레지스트(Photo Solder Resist)를 형성하고 패터닝하여 형성할 수 있다. 돌출 형태의 얼라인 마크(60)는 100㎛ 이내의 두께로 형성될 수 있고, 이 두께는 얼라인 마크(60)를 둘러싸는 반사 시트(36)의 두께와 유사할 수 있다.
도 8은 도 6 및 도 7에 나타낸 LED 어레이의 제조 공정을 나타낸 흐름도이다.
단계 1(S1)에서 메탈 PCB(32)의 메탈 베이스(321)에 도 6와 같은 홈 형태의 얼라인 마크(50)를 형성하거나, 도 7과 같은 돌출 형태의 얼라인 마크(60)를 형성한다. 홈 형태의 얼라인 마크(50)는 RCC 패턴(322) 형성 이전 또는 이후에 메탈 베이스(321) 가공으로 형성될 수 있다. 돌출 형태의 얼라인 마크(60)는 RCC 패턴(322) 형성 이후에 포토 솔더 레지스트를 이용한 패터닝 공정으로 메탈 베이스(321) 상에 형성될 수 있다.
단계 2(S2)에서 메탈 PCB(32)의 RCC 패턴(322) 상에 LED 패키지(34)를 실장하고, 단계 3(S3)에서 LED 패키지(34) 및 얼라인 마크(50, 60)를 노출시키는 개구부(35)를 갖는 반사 시트(36)를 형성한다.
단계 4(S4)에서 메탈 베이스(321)에 형성된 얼라인 마크(50, 60)에 접착제(52)를 주입하고, 주입된 접착제(52)를 통해 광확산 렌즈(38)의 지지대(39)를 메탈 베이스(321)에 고정시키는 표면 실장 기술(SMT)을 이용하여, 광확산 렌즈(38)를 메탈 PCB(32) 상에 실장한다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED 어레이를 나타낸 단면도이고, 도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 LED 어레이를 나타낸 단면도이다.
도 9 및 도 10에 나타낸 제3 및 제4 실시예에 따른 LED 어레이는 얼라인 마크(70, 80)가 반사 시트(36) 형성된다는 점에서 도 6 및 도 7에 나타낸 제1 및 제2 실시예에 따른 LED 어레이와 차이가 있다.
도 9를 참조하면, 반사판(36)에 LED 패키지(34)를 노출시키는 개구부(35)가 형성됨과 아울러 접착제(52)가 주입될 홀 형상의 얼라인 마크(70)가 형성된다.
도 10을 참조하면, 반사판(36) 위에 반사율 향상을 위한 상부 코팅층(82)이 더 형성되고, 그 상부 코팅층에 접착제(52)가 주입될 홀 형상의 얼라인 마크(80)가 형성된다. 반사판(36) 및 그 상부 코팅층(82)에는 LED 패키지(34)를 노출시키는 개구부(35)가 형성된다.
반사판(36)에 형성된 얼라인 마크(70, 80)에 접착제(52)가 주입된 후 광확산 렌즈(38)의 지지대(39)가 접착제(52)에 의해 메탈 PCB(32)에 부착된다. 접착제(52) 주입시, 홀 형태의 얼라인 마크(70, 80)에 의해 접착제(52)의 흐름을 방지할 수 있다. 홀 형태의 얼라인 마크(70, 80)는 100㎛ 이내의 깊이로 형성될 수 있다.
도 11은 도 9 및 도 10에 나타낸 LED 어레이의 제조 공정을 나타낸 흐름도이다.
단계 11(S11)에서 메탈 PCB(32)의 RCC 패턴(322) 상에 LED 패키지(34)를 실장한 다음, 단계 12(S12)에서 LED 패키지(34)를 노출시키는 개구부(35)와 접착제가 주입될 얼라인 마크(70, 80)이 형성된 반사 시트(36)는 메탈 PCB(32) 상에 형성한다. 단계 13(S13)에서 반사 시트(36)에 형성된 얼라인 마크(70, 80)에 접착제(52)를 주입하고, 주입된 접착제(52)를 통해 광확산 렌즈(38)의 지지대(39)를 반사 시트(36)에 고정시키는 표면 실장 기술(SMT)을 이용하여, 광확산 렌즈(38)를 메탈 PCB(32) 상에 실장한다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 LED 어레이에서 메탈 PCB는 메탈 베이스 보다 좁은 폭으로 RCC 패턴이 형성되므로, 알루미늄 베이스 전면에 RCC층이 형성된 종래의 메탈 PCB 보다 코스트를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 LED 어레이에서 메탈 PCB는 베이스 물질로 구리나 알루미늄 등과 같은 모든 메탈을 이용할 수 있으나, 바람직하게는 CEM-3 보다 방열 성능이 좋고, 알루미늄 보다 강성이 강한 EGI를 이용함으로써 종래의 CEM-3 PCB 보다 방열 성능이 좋고, Al-베이스 메탈 PCB 보다 두께를 감소시킴과 아울러 코스트를 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 LED 어레이는 광확산 렌즈의 지지대를 실장하기 위해 접착제가 주입되는 얼라인 마크를 메탈 베이스에 홈 또는 돌출 형태로 형성하거나, 반사 시트에 홀 또는 홈 형태로 형성함으로써 메탈 PCB의 두께 증가없이 얼라인 마크를 형성하여 접착제 흐름을 방지할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 LED 어레이를 이용한 백라이트 유닛에서 메탈 PCB의 두께를 종래보다 감소시키는 대신 LED 어레이와 확산판 사이의 옵티컬 갭을 증가시킬 수 있으므로, 백라이트 유닛의 두께를 증가없이도 백라이트 광의 충분한 확산시켜서 균일한 휘도 분포를 얻을 수 있다.
도 12는 종래와 본원 발명에 따른 LED 어레이를 이용한 백라이트 유닛의 방열 성능을 비교하여 나타낸 그래프들이다.
도 12는 종래와 본 발명에 따른 LED 어레이를 이용한 백라이트 유닛의 방열 성능을 비교하기 위하여 PCB의 베이스 물질별로 백라이트 온도를 측정하여 나타낸 그래프들이다.
PCB의 베이스 물질별로 백라이트 온도를 측정하기 위하여, 종래 PCB의 베이스 물질로 CEM-3과, 0.8T 알루미늄을 이용하고, 본 발명 PCB의 베이스 물질로 0.4T, 0.8T, 1.2T EGI를 이용하였다.
도 12에서는 Al 0.8T ≒ EGI 1.2T < EGI 0.4T ≒ EGI 0.8T < CEM-3 순으로 백라이트 측정 온도가 증가하므로 그 측정 온도의 역순으로 방열 성능이 우수함을 알 수 있다.
이에 따라, 본원 발명의 PCB 베이스 물질인 EGI는 방열 성능이 종래의 CEM-3 대비 우수하고 Al 대비 다소 감소하기는 하나, Al 보다 강성이 강한 EGI를 이용하여 메탈 베이스 두께를 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.
이상에서는 본 발명의 LED 어레이가 직하형 백라이트 유닛에만 적용된 구조를 설명하였으나, 에지형 백라이트 유닛에도 적용될 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10: 액정 패널 12: 상부 기판
14: 하부 기판 20: 확산판
22: 광학 시트류 30: LED 어레이
32: 메탈 PCB 34: LED 패키지
36: 반사 시트 38: 광확산 렌즈
40: 바텀 커버 43: 패널 가이드
44: 탑 케이스 321: 메탈 베이스
322: RCC AM, 50, 60, 70, 80: 얼라인 마크
35: 개구부 37: 렌즈부
39: 지지대 52: 접착제

Claims (12)

  1. 메탈 베이스와, 상기 메탈 베이스의 제1 폭 보다 작은 제2 폭을 갖고 상기 메탈 베이스 상에 형성된 RCC(Resin Coated Copper) 패턴을 갖는 메탈 PCB와;
    상기 RCC 패턴 상에 실장된 LED 패키지와;
    상기 LED 패키지 상부에 위치하도록 상기 메탈 PCB에 실장된 광확산 렌즈와;
    상기 메탈 PCB 상에 형성되고 상기 광확산 렌즈의 하부에 상기 LED 패키지를 노출시키는 개구부를 갖는 반사 시트를 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 어레이.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 메탈 베이스는 구리, 알루미늄, 전기아연도금강판(EGI) 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 LED 어레이.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 광확산 렌즈는 상기 LED 패키지 상에 위치하는 렌즈부와, 상기 렌즈부를 지지하고 접착제를 통해 상기 메탈 베이스 또는 상기 반사 시트 상에 실장되는 다수의 지지대를 구비하고;
    상기 메탈 베이스 또는 상기 반사 시트에 형성되어 상기 다수의 지지대에 각각 대응하여 상기 접착제가 주입된 다수의 얼라인 마크를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 어레이.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 다수의 얼라인 마크는 상기 RCC 패턴없이 노출된 상기 메탈 베이스에 홈 형태로 직접 형성되어 상기 접착제가 주입되거나, 상기 메탈 베이스 상에 돌출 패턴으로 형성되고 그 돌출 패턴에 의해 마련된 홈에 상기 접착제가 주입되고,
    상기 반사 시트의 개구부는 상기 광확산 렌즈의 하부에서 상기 LED 패키지 및 상기 지지대를 노출시키는 것을 특징으로 하는 LED 어레이.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 다수의 얼라인 마크는 상기 메탈 베이스 상에 형성된 상기 반사 시트에 홀 형태로 형성되어 상기 접착제가 주입되거나, 상기 반사 시트를 구성하는 적어도 2개의 층에서 상부층에 홈 형태로 형성되어 상기 접착제가 주입된 것을 특징으로 하는 LED 어레이.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 다수의 얼라인 마크의 깊이는 상기 반사 시트의 두께와 유사하거나 상기 반사 시트의 두께 보다 작은 것을 특징으로 하는 LED 어레이.
  7. 메탈 베이스와, 상기 메탈 베이스의 제1 폭 보다 작은 제2 폭을 갖고 상기 메탈 베이스 상에 형성된 RCC 패턴을 갖는 메탈 PCB를 마련하는 단계와;
    상기 RCC 패턴 상에 LED 패키지를 실장하는 단계와;
    상기 LED 패키지를 노출시키는 개구부를 갖는 반사 시트를 상기 메탈 PCB 상에 형성하는 단계와;
    상기 LED 패키지 상부와 상기 반사 시트의 일부 상에 위치하도록 상기 메탈 PCB 상에 광확산 렌즈를 실장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 어레이의 제조 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 메탈 베이스는 구리, 알루미늄, 전기아연도금강판(EGI) 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 LED 어레이의 제조 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 광확산 렌즈는 상기 LED 패키지 상에 위치하는 렌즈부와, 상기 렌즈부를 지지하고 접착제를 통해 상기 메탈 베이스 또는 상기 반사 시트 상에 실장되는 다수의 지지대를 구비하고;
    상기 다수의 지지대에 각각 대응하여 상기 접착제가 주입될 다수의 얼라인 마크를 상기 메탈 베이스 또는 상기 반사 시트에 형성하는 단계를 추가로 포함하고;
    상기 광확산 렌즈를 실장하는 단계는
    상기 얼라인 마크에 상기 접착제를 주입한 후 상기 지지대를 상기 접착제 상에 실장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 어레이의 제조 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 다수의 얼라인 마크는 상기 RCC 패턴없이 노출된 상기 메탈 베이스에 상기 접착제가 주입될 홈 형태로 직접 형성되거나, 상기 접착제가 주입될 홈이 마련된 돌출 패턴 형태로 형성되고,
    상기 반사 시트의 개구부는 상기 광확산 렌즈의 하부에서 상기 LED 패키지지 및 상기 지지대를 노출시키는 것을 특징으로 하는 LED 어레이의 제조 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 다수의 얼라인 마크는 상기 메탈 베이스 상에 형성된 상기 반사 시트에 상기 접착제가 주입될 홀 형태로 형성되거나, 상기 반사 시트를 구성하는 적어도 2개의 층에서 상부층에 상기 접착제가 주입될 홈 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 LED 어레이의 제조 방법.
  12. 청구항 1 내지 및 청구항 6 중 어느 한 청구항에 있어서,
    상기 LED 어레이를 포함하는 백라이트 유닛과;
    상기 백라이트 유닛으로부터의 광을 이용하여 영상을 표시하는 액정 패널을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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