KR20170066752A - 백라이트 유닛용 광원 패키지 및 그를 포함하는 광원 장치 - Google Patents

백라이트 유닛용 광원 패키지 및 그를 포함하는 광원 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 백라이트 유닛용 광원 장치에 관한 것으로서, LED칩과 형광체를 수용하는 몰드 구조물이 상하의 반사 몰드부와 좌우의 측면 투명 몰드부를 포함하도록 형성하고, 광원 패키지를 광원 PCB에 연결하기 위한 서브마운트부를 제공함으로써, 수분에 취약한 고색재현 형광체를 이용하면서도 수평 지향각이 커서 핫스팟 현상을 최소화하는 광원 패키지를 제공할 수 있고, 사이드 뷰(Side-View) 방식의 광원 장치를 용이하게 구성할 수 있다

Description

백라이트 유닛용 광원 패키지 및 그를 포함하는 광원 장치 {Light-Emitting Package for Backlight Unit of Display Device and Light-Emitting Apparatus having the same}
본 발명은 표시장치용 백라이트 유닛에 사용되는 광원 장치, 더 구체적으로는 광원칩과 광원칩을 둘러싸는 몰드구조물을 포함하는 광원 패키지에서, 광원의 수평 지향각을 증대시키기 위하여 측면 투명 몰드부를 포함하는 광원 패키지와 그를 포함하는 광원 장치에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하기 위한 표시장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있으며, 근래에는 액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display), 플라즈마표시장치(PDP: Plasma Display Panel), 유기전계발광표시장치(OLED: Organic Light Emitting Diode Display Device)와 같은 여러 가지 표시장치가 활용되고 있다.
이러한 표시장치 중 액정 표시장치(LCD)는 화소영역 각각을 온(on)/오프(off) 제어하기 위한 스위칭 소자인 박막 트랜지스터를 포함하는 어레이 기판과, 컬러필터 및/또는 블랙매트릭스 등을 구비한 상부기판과, 그 사이에 형성되는 액정물질층을 포함하는 표시패널과, 박막 트랜지스터를 제어하기 위한 구동부와, 표시패널로 광을 제공하는 백라이트 유닛(Back Light Unit; BLU) 등을 포함하여 구성되며, 화소 영역에 구비된 화소(Pixel; PXL) 전극 및 공통 전압(Vcom) 전극 사이에 인가되는 전계에 따라 액정층의 배열 상태가 조절되고 그에 따라 광의 투과도가 조절되어 화상이 표시되는 장치이다.
이러한 액정 표시장치의 경우에는 표시패널로 광을 제공하기 위한 백라이트 유닛이 포함되며, 백라이트 유닛은 광원의 배치 및 광의 전달 형태에 따라서 엣지형(Edge-Type) 또는 직하형(Direct-Type) 등으로 구분될 수 있다.
그 중 엣지형 백라이트 유닛은 LED 등의 광원과 광원을 고정하기 위한 홀더 또는 하우징과 광원 구동 회로 등을 포함하는 광원 모듈 또는 광원 장치가 표시장치의 일측에 배치되며, 광을 패널 영역 전체로 확산시키기 위한 도광판(Light Guide Plate; LGP)과, 빛을 표시패널 방향으로 반사하기 위한 반사판과, 도광판 상부에 배치되어 휘도 향상, 광의 확산 및 보호 등의 용도로 배치되는 1 이상의 광학시트 등을 포함할 수 있다.
이러한 엣지형 백라이트 유닛에 사용되는 광원 장치는 LED 등을 포함하는 단위 광원으로서의 광원 패키지와, 다수의 광원 패키지를 길게 실장하고 그 구동을 위한 회로 소자 등을 포함하는 광원 PCB 등을 포함할 수 있다.
광원 패키지는 일반적으로 1개의 LED 또는 광원칩과, 상기 광원칩을 수용하고 광원칩을 위한 전극 등이 형성되는 리드프레임 또는 몰드 구조물 등을 포함한다.
한편, 광원 패키지 중에는 백색광 LED를 사용하는 경우 이외에, 청색광을 방출하는 청색 LED를 사용하고, 청색광을 적, 녹색 등으로 변환하는 광변환층 또는 형광체 재료층을 이용하는 구조의 형광체 광원 패키지가 사용되고 있다.
이러한 구조의 광원 패키지에서 사용되는 광변환층의 재료로서 청색광으로 여기되어 적색 또는 녹색광을 방출하는 여러 형광체 재료가 사용될 수 있는데, 이러한 형광체 재료 중 일부는 수분 또는 물에 취약하여 일정 이상의 수분에 노출되는 경우 변색되거나 충분한 색변환 효율을 달성할 수 없게 되는 경우가 많다.
또한, 이러한 광원 패키지는 광원 PCB 상에 다수개가 일렬로 배치되어 사용되는데, 이 때 수평방향의 지향각이 커져야 광원부 사이의 암부 현상인 핫스팟 현상을 최소화할 수 있는데, 기존의 광원 패키지의 경우에는 광원칩을 둘러싸는 몰드구조물 또는 리드프레임으로 인하여 큰 수평 지향각을 확보할 수 없다는 단점이 있었다.
또한, 일반적으로 엣지형 백라이트 유닛에 사용되는 광원 패키지는 광원칩의 출광방향(즉, 광의 진행방향)이 기판인 PCB 평면에 수직이 되도록 형성되는 소위 탑뷰(Top View) 방식이 일반적으로 사용되고 있다.
한편, 최근에는 표시장치 또는 백라이트 유닛의 슬림화를 위하여, 탑뷰 방식 대신 광원의 광 진행방향(출광방향)이 PCB 기판과 평행하게 배치되는 사이드 뷰(Side-View) 방식의 광원 어셈블리가 제안되고 있다.
이러한 사이드 뷰 방식의 광원 어셈블리에서는 광원 패키지의 저면이 아닌 측면이 PCB 기판에 접촉되어 솔더링(Soldering)되어야 하는데, 일반적으로 광원 패키지의 저면에 전극부가 형성되기 때문에, 광원 패키지의 측면을 광원 PCB에 연결하기 어렵다는 단점이 있었다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은 수평 지향각이 큰 광원 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 수평 지향각을 확보하면서도, 수분에 취약하되 광변환 성능이 우수한 형광체를 사용할 수 있는 광원 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 광원칩과 광원칩 주위를 둘러싸는 몰드 구조물과, 몰드 구조물 내부에 충진되는 고색재현 KSF(K2SiF6) 형광체를 포함하는 광원 패키지에서, 몰드 구조물이 상하의 반사 몰드부와 좌우의 측면 투명 몰드부를 포함하도록 형성함으로써, 수분에 취약한 KSF 형광체를 이용하면서도 수평 지향각이 큰 광원 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 광원칩을 포함하는 광원 패키지와 광원 패키지의 출광 방향과 평행하게 배치되는 광원 PCB기판에 상기 광원 패키지를 고정하기 위한 서브마운트부를 포함함으로써, 광원 패키지의 실장을 용이하게 할 수 있는 사이드 뷰(Side-View) 방식의 광원 장치를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는, 청색 LED 칩과, 상기 청색 LED 칩의 상하에 배치되는 반사 몰드부 및 상기 청색 LED 칩의 좌우에 배치되는 측면 투명 몰드부를 포함하는 몰드부와, 상기 몰드부 내에 충진되는 KSF 형광체층을 포함하는 광원 패키지와; 상기 광원 패키지를 광원 PCB 상에 실장하기 위하여 상기 광원 패키지와 결합되는 서브마운트부와; 상기 서브마운트부의 일면과 접촉 결합되는 광원 PCB;를 포함하는 백라이트 유닛용 광원 장치를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에서는, 청색 LED 칩과; 상기 청색 LED 칩의 상하에 배치되는 반사 몰드부와, 상기 청색 LED 칩의 좌우에 배치되는 측면 투명 몰드부를 포함하는 몰드부와; 상기 몰드부 내에 충진되는 KSF 형광체층;을 포함하는 백라이트 유닛용 광원 패키지를 제공한다.
아래 설명할 바와 같은 본 발명의 일실시예에 의하면, 광원칩과 광원칩 주위를 둘러싸는 몰드 구조물과, 몰드 구조물 내부에 충진되는 고색재현 KSF(K2SiF6) 형광체를 포함하는 광원 패키지에서, 몰드 구조물이 상하의 반사 몰드부와 좌우의 측면 투명 몰드부를 포함하도록 형성함으로써, 수분에 취약한 KSF 형광체를 이용하면서도 수평 지향각이 큰 광원 패키지를 제공할 수 있다.
결과적으로, 광원 패키지의 수평 지향각이 증가함으로써, 광원부 사이의 핫스팟 현상을 최소화하거나, 필요한 광원 패키지의 개수를 감소시킬 수 있다.
또한, 출광 방향과 평행하게 배치되는 광원 PCB 기판에 광원 패키지를 고정하기 위한 서브마운트부를 포함함으로써, 광원 패키지의 실장을 용이하게 할 수 있는 사이드 뷰(Side-View) 방식의 광원 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 엣지형(Edge-type) 백라이트 유닛을 포함하는 표시장치의 단면을 도시한다.
도 2는 일반적인 형태의 형광체 광원 패키지 및 다수의 형광체 광원 패키지가 배치된 광원 장치의 단면을 도시한다.
도 3은 리드프레임 및 몰드 구조물을 포함하는 광원 패키지의 사시도와, 광 지향 특성을 도시한다.
도 4는 도 3에 의한 광원 패키지가 사용되는 광원장치의 평면도와 측단면도를 도시한다.
도 5는 플립칩과 그를 둘러싸는 형광체로 이루어진 광원 패키지의 단면도와, 제작공정을 도시한다.
도 6은 탑뷰 방식 및 사이드 뷰 방식의 광원 패키지의 배치상태를 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 광원장치를 도시하는 것으로서, 측면 투명 몰드부를 포함하는 광원 패키지와, 광원 패키지를 광원 PCB상에 실장하기 위한 서브마운트부를 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 광원 패키지의 단면도 및 평면도를 도시한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 광원 장치에 포함되는 서브마운트부의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 의한 광원 장치를 제작하는 공정을 도시한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 의한 광원 장치가 광원 PCB에 실장되는 상태를 도시한다.
도 12는 본 발명의 실시예에 의한 광원 패키지의 발광 특성을 도시하는 것으로서, 수평 지향각(H) 및 수직 지향각(V)이 표시되어 있다.
도 13은 본 발명의 실시예(a)와 대비되는 여러 다른 광원 패키지 구조의 평면을 도시한다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 엣지형(Edge-type) 백라이트 유닛을 포함하는 표시장치의 단면을 도시한다
도 1과 같이, 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 표시장치는 액정 표시패널 등의 표시패널(140)과 그 하부에 배치되어 표시패널에 광을 조사하는 백라이트 유닛(120, 160)을 포함하며, 백라이트 유닛을 지지하고 표시장치의 후면 전체에 걸쳐 연장되는 금속 또는 플라스틱 재질의 커버 버텀(Cover Bottom; 110) 등을 포함한다.
또한, 액정표시장치는 측면에서 백라이트 유닛을 구성하는 광원 하우징(127)을 지지하면서 상부에서는 표시패널(140)을 지지하기 위한 가이드 패널(Guide Panel; 130)과, 커버 버텀 또는 가이드 패널의 측면을 둘러싸되 표시패널의 전면부 일부까지 연장되어 배치되는 케이스탑(Case Top; 150) 등을 추가로 포함할 수 있다.
이러한 액정 표시장치에서는 표시패널로 광을 제공하기 위한 백라이트 유닛이 포함되며, 백라이트 유닛은 광원의 배치 및 광의 전달 형태에 따라서 엣지형(Edge-Type) 또는 직하형(Direct-Type) 등으로 구분될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 엣지형 백라이트 유닛(120)은 LED 등의 광원(128)과 광원을 고정하기 위한 홀더 또는 하우징과 광원 구동 회로 등을 포함하는 광원 모듈(127)이 표시장치의 일측에 배치되며, 광을 패널 영역 전체로 확산시키기 위한 도광판(124; Light Guide Plate; LGP)과, 빛을 표시패널 방향으로 반사하기 위한 반사판(122)과, 도광판 상부에 배치되어 휘도 향상, 광의 확산 및 보호 등의 용도로 배치되는 1 이상의 광학시트(126) 등을 포함할 수 있다.
이러한 엣지형 백라이트 유닛에서는 광원으로부터의 광이 도광판 인입부로 입사된 후, 도광판에서 전반사되면서 표시장치의 전면으로 퍼지면서 표시패널 방향으로 출광하게 된다.
한편, 다른 형태로서 직하형 백라이트 유닛이 있으며, 이러한 직하형 백라이트 유닛은 커버버텀의 상부에 배치되는 광원 PCB와, 광원 PCB 상부에 일정 거리 이격되어 배치되어 광원으로부터 광을 확산시키는 확산판과, 확산판 상부에 배치되는 1 이상의 광학 시트 등을 포함할 수 있으며, 광원 PCB는 표시장치의 전면에 걸쳐서 배치되며, 광원 PCB 상부에는 다수의 광원인 LED칩 또는 LED 패키지와, 각 광원으로부터 광을 확산시키기 위한 광확산 렌즈 등을 포함할 수 있다.
통상적으로, 엣지형 백라이트 유닛은 도광판의 두께만큼의 공간만 있으면 되기 때문에 10mm 이하의 슬림화가 가능하다는 장점이 있으나, 광이 측면에서만 제공되므로 고휘도 구현이 어렵고, 도광판 등의 부품으로 인하여 제조비용이 높으며, 표시장치의 국부적인 영역만 광을 조사하는 로컬 디밍(Local Dimming) 기능의 구현이 어렵다는 단점이 있다.
이와 같이, 엣지형 백라이트 유닛에서는 표시장치의 일측에만 배치되는 광원으로부터의 광을 도광판에서 넓게 분산되도록 하여야 하므로, 일정한 휘도를 구현하기 위하여 상대적으로 강한 개별 광원 출력이 필요하다.
도 2는 일반적인 형태의 광원 패키지 및 다수의 광원 패키지가 배치된 광원 장치의 단면을 도시한다.
도 2에 의한 광원 패키지는 특히 청색 LED와 같이 청색광을 방출하는 광원칩과 그 청색광을 백색광으로 변환하기 위한 형광체를 포함하는 형광체 광원 패키지이다.
도 2와 같이, 백라이트 유닛에 사용되는 광원으로서, LED와 같은 광원칩과 그 주변 구조물 등을 포함하는 하나의 패키지가 사용될 수 있으며, 이러한 패키지를 광원 패키지 또는 LED 패키지로 표현할 수 있다.
백라이트 유닛의 광원부는 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 긴 바(bar) 형태의 광원 PCB(210) 상에 다수의 광원 패키지(220)가 배치된 형태일 수 있다.
광원부를 구성하는 광원 패키지에 포함되는 LED 또는 광원칩은 백색광을 출력하는 백색 LED일 수도 있으나, 도 2에 도시된 바와 같이, 청색광을 방출하는 청색 LED칩(224)과 그로부터의 청색광을 적색(R), 녹색(G) 등으로 변환하는 광변환재료 또는 형광체 재료 등을 이용하는 구조일 수도 있다.
도 2의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 광원 패키지 또는 LED 패키지는 인쇄회로기판(210)과, 인쇄회로기판(210) 상에 장착된 청색 LED칩(224)을 포함하며, 인쇄회로기판(PCB; 210)은 인쇄회로기판베이스(211), 절연층(213) 및 전원배선층(215)으로 이루어질 수 있다.
또한, 청색 LED칩(224)이 장착된 인쇄회로기판(210) 상에는 인쇄회로기판(210)으로부터 돌출되어, LED칩(224)에서 측방으로 발생되는 광을 차단하거나, 차단된 광을 전방으로 반사시키기 위해 LED칩(224)의 가장자리를 두르는 측벽(222) 또는 리드 프레임이 포함되며, 측벽 내부의 공간에는 광변환 재료(225)가 충진될 수 있다.
또한, 광변환 영역의 다른 형태로서, 도 2의 (c)와 같이 측벽(222) 상부의 개구 영역에 광변환층(225') 또는 확산층이 배치될 수 있다.
도 2의 (b) 및 (c)에 의한 LED 패키지에서의 LED 칩(224)은 2개 전극 사이에 배치되어 청색(Blue)광을 방출하는 청색 LED일 수 있으며, 발광된 청색광은 격벽(222)에서 반사된 후 광변환층(225, 225')에서 R, G, Y 등의 광으로 변환됨으로써 최종적으로 화이트(White)광이 방출된다.
도 3은 리드프레임 및 몰드 구조물을 포함하는 광원 패키지의 사시도와, 광 지향 특성을 도시하며, 도 4는 도 3에 의한 광원 패키지가 사용되는 광원장치의 평면도와 측단면도를 도시한다.
도 3에 의한 광원 패키지는 청색 LED칩(330)과, 금속 재질로 구성되며 청색 LED 칩의 칩전극과 전기적으로 연결되는 리드 프레임(320)과, 리드프레임 상에 사출 성형되며 청색 LED 칩을 둘러싸도록 형성되는 몰드구조물(310) 등을 포함하여 구성된다.
몰드 구조물(310)은 일반적으로 불투명한 재질의 수지로 청색 LED 칩의 저면과 측면을 둘러싸도록 사출 성형되며, 몰드 구조물(310) 내부에는 청색광을 적색, 황색 또는 녹색광으로 변환하는 광변환 물질인 형광체층(340)이 형성된다.
도3과 같은 광원 패키지에서는 청색 LED칩(330)에서 발광된 청색광이 몰드구조물(310)에서 반사된 후 형광체층(340)에서 R, G, Y 등의 광으로 변환됨으로써 최종적으로 화이트(White)광이 방출된다.
도 3과 같은 광원 패키지의 경우 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 LED 칩(330)으로부터 발광된 광이 몰드 구조물(310)의 측벽에 의하여 반사되므로, 수평방향으로의 수평 지향각(α)이 약120도 이하로 제한된다.
한편, 도4의 (a)와 같이 백라이트 유닛용 광원 장치에서는 다수개의 광원 패키지(300)가 광원 PCB(350)에 일정 간격 이격되어 실장되어 도광판으로 광을 전달한다.
이 때, 도 4의 (a)와 같이 광원 패키지의 수평지향각(α)이 작은 경우에는 광원 패키지 사이에서 광이 전달되지 않는 암부(Dark Part)가 형성되며, 결과적으로 백라이트 유닛의 입광부 근처에서 광의 균일도가 일정하지 않은 소위 핫스팟(hot-spot) 형상이 야기된다.
따라서, 엣지 타입의 백라이트 유닛에 사용되는 광원 패키지는 수평지향각이 클수록 상기와 같은 핫스팟 현상을 최소화할 수 있어서 유리하다.
그러나, 도 3과 같이 LED칩을 모두 감싸는 몰드 구조물을 사용하는 광원 패키지에서는 몰드 구조물의 수평방향에 배치되는 측벽이 수평방향으로의 광 진행을 차단하므로 수평지향각이 120도 이하가 됨으로써, 전술한 핫스팟 현상이 발생할 우려가 있다.
수평지향각이 작은 광원 패키지를 사용하는 경우에는 핫스팟 문제를 해결하기 위하여 광원 패키지 사이의 이격 거리를 단축시킬 수 있으나, 이렇게 하는 경우 동일 크기의 백라이트 유닛에 필요한 광원 패키지의 개수가 증가되는 문제가 발생된다.
한편, 광원 패키지의 수직방향 관점에서 볼 때, 광원 패키지의 수직방향 지향각인 수직지향각(β)은 작을수록 유리하다.
도 4의 (b)와 같이 광원 패키지의 수직 지향각(β )이 커지면 도광판(124)으로 유입되지 않는 광의 비율이 커지는 광누설 현상이 발생될 수 있다.
이러한 광누설 현상에 의하여 백라이트 유닛의 광효율이 감소할 수 있고, 백라이트 유닛의 입광부에서 빛샘 현상이 발생될 수도 있다.
이러한 현상을 최소화하기 위하여 광원 패키지와 도광판(124) 사이의 거리인 광학갭(Optical Gap; OG)을 감소시킬 수 있으나, 광학갭을 감소시키는 경우에는 도광판의 열팽창에 의하여 광원 패키지의 손상을 일으키는 등의 다른 문제점을 야기할 수 있다.
결과적으로, 엣지 타입의 백라이트 유닛에 사용되는 광원 패키지는 수평 지향각(α)이 클수록, 수직 지향각(β)이 작을수록 유리하다.
본 명세서에서 수평은 표시장치 평면과 평행한 방향을 의미하고, 수직은 표시장치 평면과 직교하는 방향을 의미한다.
그러나, 도 3과 같은 몰드구조물을 포함하는 광원 패키지의 경우 수평 지향각이 비교적 작고 수직 지향각은 비교적 크기 때문에, 전술한 우수한 조건의 광원 패키지의 특성을 만족시키기 어렵다는 단점이 있다.
이러한 단점을 보완하기 위하여, 도 5와 같이 플립칩과 그 플립칩을 둘러싸는 형광체층만으로 이루어진 다른 형태의 광원 패키지가 사용될 수 있다.
도 5는 플립칩과 그를 둘러싸는 형광체로 이루어진 광원 패키지의 단면도와, 제작공정을 도시한다.
도 5에 의한 광원 패키지(400)는 측면 방사가 가능한 플립칩(Flip-Chip) 타입의 청색 LED칩(430)과, 그 청색 LED 칩의 저면을 제외한 나머지 면 전체를 둘러싸는 형광체층(440)을 포함하는 구조이다.
도 5에 의한 광원 패키지(400)에서는 청색 LED칩(430)으로부터 방사된 청색광이 형광체층(440)에서 광변환된 후 저면을 제외한 모든 방향으로 방사될 수 있다.
따라서, 도 3에 의한 광원 패키지에 비하여 수평 지향각이 커지므로 유리한 점이 있다.
그러나, 도 5에 의한 광원 패키지는 수직방향으로의 측면 방사 역시 증가하므로 수직지향각이 증가하는 단점이 있을 뿐 아니라, 아래에서 설명할 바와 같이 제조공정 상 우수한 성능의 형광체 재료를 사용할 수 없다는 단점이 있다.
통상 청색 LED 칩을 이용하여 백색광을 구현하는 광원 패키지에서는 청색광을 적색(R), 황색(Y), 녹색(G)광 등으로 변환하는 형광체가 사용된다.
이러한 형광체 재료 중 황색형광체(Y)는 530 ~ 570nm파장을 주파장으로 하는 세륨(Ce)이 도핑된 이트륨(Y) 알루미늄(Al) 가넷인 YAG:Ce(T3Al5O12:Ce)계열 형광체를 사용하거나 실리케이트(silicate)계열의 재료일 수 있다.
적색(R)의 형광체는 611nm 파장을 주파장으로 하는 산화이트륨(Y2O3)과 유로피움(EU)의 화합물로 이루어진 YOX(Y2O3:EU)계열 형광체이며, 녹색(G)의 형광체는 544nm 파장을 주파장으로 하는 인산(Po4)과 란탄(La)과 테르븀(Tb)의 화합물인 LAP(LaPo4:Ce,Tb)계열 형광체이며, 청색(B)의 형광체는 450nm 파장을 주파장으로 하는 바륨(Ba)과 마그네슘(Mg)과 산화알루미늄 계열의 물질과 유로피움(EU)의 화합물인 BAM blue(BaMgAl10O17:EU)계열 형광체가 사용될 수 있다.
또한, 질화물이나 산질화물 결정을 호스트로 하여 광학 활성인 희토류 이온을 활성화시킨 질화물(Nitride) 계열 또는 산화 질화물(Oxynitride) 계열의 형광체 재료가 사용될 수 있으며, 이러한 질화물 계열 형광체로는 α-사이알론 형광체, CaAlSiN2 형광체, β-사이알론 형광체, AlN 형광체 등이 포함될 수 있다.
그러나, 위와 같은 실리케이트 계열 또는 질화물 계열의 형광체에 비하여, Mn4+ 활성제 형광체인 불화물 화합물 KSF(K2SiF6) 형광체(이하, 'KSF 형광체"라 함)의 경우 색재현율과 발광효율이 우수하다는 점에서 최근 광원 패키지에서 많이 사용되고 있다.
그러나, 이러한 KSF 형광체는 열 및 수분에 취약하다는 단점을 가진다. 즉, 우수한 성능을 가지는 KSF 형광체는 열 또는 수분에 노출되는 경우 변색되거나 발광 특성이 나빠지는 특성을 가진다.
한편, 광원 패키지의 제작시 많이 수행되는 절단 또는 다이싱(Dicing) 공정에서는 절단 과정에서 과도한 열 발생되고, 그러한 열발생을 줄이기 위하여 물로써 냉각하면서 절단하는 공정을 사용함으로써 수분에 노출되는 환경을 피할 수 없다.
도 5의 광원 패키지의 제조공정을 예로 들어 설명하면 다음과 같다.
도 5와 같은 광원 패키지는 임시기판 상에 다수개의 청색 LED 칩(430)을 배치하고 그 전체에 KSF 형광체층(440')을 도포한 후, 개별 광원 패키지 단위로 절단 또는 다이싱 함으로써, 최종적인 광원 패키지를 만든다.
이러한 과정에서 절단 또는 다이싱(Dicing) 공정에서는 절단 과정에서 절단 블레이드 등에서 과도한 열 발생될 수 있는데, 이러한 열에 의하여 KSF 형광체가 변형되어 성능이 나빠질 수 있다.
절단 과정에서의 열발생을 줄이기 위하여 물로써 냉각하면서 절단하는 공정을 사용할 수 있는데, 이 경우에는 KSF 형광체가 수분에 직접 노출되므로 역시 수분에 의한 성능 열화를 피할 수 없다.
따라서, 도 5와 같은 광원 패키지의 경우에는 측면 발광이 가능하다는 점에서는 유리하지만, 제작 공정상 우수한 성능의 KSF 형광체를 사용할 수 없다는 단점이 있다.
한편, 도 3과 같이 몰드구조물과 리드프레임을 사용하는 광원 패키지의 경우에는 몰드 구조물을 먼저 형성한 후 형광체를 몰드 구조물 내에 충진(Dispensing)하므로, 제작 공정에서 형광체가 열 또는 수분에 노출될 가능성은 없다.
요약하면, 도 3과 같이 몰드구조물과 리드프레임을 사용하는 광원 패키지의 경우에는 우수한 성능의 KSF 형광체를 사용할 수 있지만 구조상 수평 지향각이 작아서 불리하며, 도 5와 같이 플립칩과 그를 완전히 둘러싸는 형광체층으로 이루어지는 광원 패키지의 경우에는 측면 발광으로 인하여 수직 지향각은 증가하지만 공정상 우수한 성능의 KSF 형광체를 사용할 수 없다는 단점이 있다.
한편, 전술한 도 1 및 2에 도시한 엣지형 백라이트 유닛에 사용되는 광원 패키지는 모두 광원칩 또는 리드프레임의 저면이 광원 PCB 상에 접촉 실장되어 광의 진행방향이 광원 PCB면과 수직한 방향인 소위 탑뷰(Top View) 방식이다.
이러한 탑뷰 방식의 광원 패키지를 포함하는 백라이트 유닛은 베젤 영역에서 광원 PCB의 두께만큼의 공간이 필요하기 때문에, 내로우 베젤(Narrow Bezel)을 달성하는데 어려움이 있었다.
이를 위하여, 최근에는 표시장치 또는 백라이트 유닛의 슬림화를 위하여, 탑뷰 방식 대신 광원의 광 진행방향(출광방향)이 PCB 기판과 평행하게 배치되는 사이드 뷰(Side-View) 방식의 광원 어셈블리가 제안되고 있다.
도 6은 탑뷰 방식 및 사이드 뷰 방식의 광원 패키지의 배치상태를 도시한다.
도 6의 (a)는 탑뷰 방식의 광원 장치로서, 탑뷰 방식에서는 광원 패키지(600)의 저면이 광원 PCB(610)에 실장됨으로써, 도광판(124)으로 입사되는 광의 진행방향이 광원 PCB(610)의 평면과 수직하게 형성된다.
일반적으로 광원 패키지(600)의 저면에 광원 패키지를 광원 PCB에 실장하기 위한 패드(Pad)가 형성되어 있기 때문에, 탑뷰 방식에서는 광원 패키지를 광원 PCB에 실장하기에 용이하다는 장점이 있다.
그러나, 탑뷰 방식에서는 광원 PCB(610)의 두께만큼의 베젤 공간이 필요하므로, 백라이트 유닛 또는 표시장치의 베젤크기가 증가한다.
반면, 도 6의 (b)와 같은 사이드 뷰 방식의 광원 장치에서는, 광원 패키지(600)의 측면이 광원 PCB(610')에 접촉되어 실장됨으로써, 결과적으로 도광판(124)으로 입사되는 광의 진행방향이 광원 PCB(610')의 평면과 평행하도록 형성된다.
본 명세서에서, 광원 패키지 중 광이 출광하는 방향을 전방 또는 전면, 그 대향면을 후면 또는 후방, 전면과 후면 사이의 4개면을 측면으로 정의한다.
이러한 사이드 뷰 방식의 광원장치는 광원 PCB(610')가 도광판의 상부 또는 하부 부근에 배치되기 때문에, 탑뷰 방식에 비하여 광원 PCB(610')의 두께만큼 베젤 공간을 감소시킬 수 있다. 따라서, 표시장치의 내로우 베젤(Narrow Bezel)에 유리하다는 특징이 있지만, 광원 패키지를 광원 PCB에 실장하기 어렵다는 단점이 있다.
본 발명의 일실시예에서는 이러한 여러 문제점을 극복하기 위하여, 사이드뷰 방식의 광원 장치에 사용되는 광원 패키지에서 상하방향의 반사 몰드부와 좌우의 측면 투명 몰드부를 포함하는 몰드부와, 그 몰드부 내에 충진되는 우수한 성능의 KSF 형광체를 포함하도록 함으로써, 큰 수평 지향각과 작은 수직 지향각을 가지면서도 제조 과정에서 KSF 형광체의 성능 약화를 초래하지 않는 광원 패키지를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에서는, 전술한 구조의 광원 패키지를 광원 PCB에 용이하게 실장하기 위한 구조로서 서브마운트부를 제안한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 광원장치를 도시하는 것으로서, 측면 투명 몰드부를 포함하는 광원 패키지와, 광원 패키지를 광원 PCB상에 실장하기 위한 서브마운트부를 도시한다.
도 7과 같이, 본 발명의 실시예에 의한 광원 장치는 광원 패키지(700)와 광원 패키지를 광원 PCB(미도시)에 실장하기 위하여 광원 패키지와 결합되는 서브마운트부(800) 및 광원 PCB를 포함하여 구성될 수 있다.
광원 패키지(700)는 다시 청색 LED 칩(710)과, 청색 LED 칩의 상하에 배치되는 반사 몰드부(720) 및 청색 LED 칩의 좌우에 배치되는 측면 투명 몰드부(730)를 포함하는 몰드부와, 몰드부 내에 충진되는 KSF 형광체층(740)을 포함하여 구성될 수 있다.
청색 LED 칩(710)은 청색광을 발광하는 광소자로서, 표면실장기술(surface mount technology: SMT)에 의하여 몰드 프레임 또는 리드 프레임 없이 바로 광원 PCB상에 실장될 수 있는 소위 칩온보드(Chip-On-Board; COB) 또는 칩스케일 패키지(Chip Scale Package; CSP) 형태의 LED 칩일 수 있다.
이러한 청색 LED칩(710)은 성장 기판층상에 2개의 전극층을 형성하고, 그 전극들 사이에 배치되는 발광층으로 구성될 수 있으며, 일명 플립칩(Flip-Chip)으로 불리는 칩일 수 있다.
청색 LED칩(710)은 약 430nm 내지 450nm의 파장을 갖는 청색광을 발광하며, 방출된 청색광은 후술할 바와 같은 형광체층(740)에서 적색(R), 녹색(G), 황색(Y) 주파수 대역의 광으로 변환되어 광원 패키지로부터 출사되는 광은 백색광을 구성할 수 있게 된다.
한편, 청색 LED 칩(710)은 저면에 2개의 칩전극(712)을 포함할 수 있으며, 후술할 바와 같이, 이러한 칩전극(712)는 서브마운트부(800)의 패드부(820)에 전기적으로 연결된다.
반사 몰드부(720)은 청색 LED칩(710)의 상하로 일정 거리 이격된 양측 위치에서 일정 높이로 형성되며, 후술할 바와 같은 서브마운트부(800)의 정면(F) 상에 형성된다.
이러한 반사 몰드부는 반사특성을 가지는 화이트 리플렉터(White Reflector), 화이트 실리콘 또는 화이트 에폭시 몰딩 컴파운드(Epoxy Molding Compound; EMC) 중 하나 이상의 재료로 구성될 수 있다.
반사 몰드부(720)는 일정한 금형에 실리콘 수지, 에폭시 수지 또는 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC) 중의 어느 하나를 디스펜싱(dispensing) 하고 경화시켜 형성된 몰딩(Molding) 구조물일 수 있으며, 반사 몰드부(720)의 전체 재료 또는 적어도 반사 몰드부(720)의 내측면에는 반사율이 90% 이상인 반사특성을 가지는 재료로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 반사 몰드부(720)는 투명한 재질의 몰드 구조 내면에 Al, Au, Ag 중 하나 이상으로 선택되는 반사 재료를 스퍼터링 등의 공법에 의하여 증착하여, 약1~20um 두께를 가지는 반사층을 형성함으로써 제작될 수도 있을 것이다.
이러한 반사 몰드부(720)는 청색 LED칩(710)으로부터 출사된 광을 반사시켜 형광체층(740)으로 향하도록 하는 기능을 한다.
측면 투명 몰드부(730)는 청색 LED 칩의 좌우에 배치되며, 클리어 에폭시 재료로 몰딩 공정에 의하여 형성될 수 있다.
이러한 측면 투명 몰드부(730)는 전술한 바와 같이 청색 LED 칩의 상하 방향에 반사 몰드부(720)를 형성한 후, 청색 LED 칩의 좌우 방향으로 일정 거리 이격된 위치에 반사 몰드부와 동일한 높이로 형성되는 것이 바람직하다.
결과적으로, 반사 몰드부(720)와 측면 투명 몰드부(730)를 포함하는 몰드부는 일종의 컵(Cup) 형상 수용공간을 형성하며, 그러한 수용공간 내부에 KSF 형광체 재료가 충진되어 KSF 형광체층(740)을 형성한다.
측면 투명 몰드부(730) 및 반사 몰드부(720)의 재료로는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate:PMMA), MS(methlystylene)수지, 폴리스티렌(polystyrene:PS), 폴리프로필렌(Polypropylene:PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate:PET) 및 폴리카보네이트(polycarbonate:PC) 등과 같은 광투과성 수지재료가 사용될 수 있으나, 전술한 바와 같이 투명 에폭시 또는 클리어 에폭시 재료가 사용되는 것이 더 바람직하다.
PMMA, PC 등과 같은 투명 플라스틱 재료는 광투과성은 우수하지만, 열이 가해지는 경우 변색되거나 재질 변형이 발생되고, 계면 박리 등이 야기될 수 있다.
반면, 에폭시 몰딩 컴파운드(Epoxy Molding Compound; EMC) 등과 같은 에폭시 재료는 상대적으로 열에 강하여 의한 변형이나 변색이 잘 발생하지 않는 특성이 있다.
아래에서 설명할 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 광원장치의 제작 공정에서는 다수의 사출 또는 몰딩 공정이 이루어질 수 있으며 이러한 공정에서 몰드부 재료에 열이 가해질 수 있고, 제작 이후 사용 과정에서도 몰드부는 LED 칩 등에서 발생되는 열에 장시간 노출될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 측면 투명 몰드부(730) 및 반사 몰드부(720)의 재료로서 투명 플라스틱 재료가 아닌 에폭시 몰딩 컴파운드(Epoxy Molding Compound; EMC) 등과 같은 에폭시 재료를 사용함으로써, 광원 패키지의 제작공정 또는 백라이트 유닛의 사용 과정에서 발생되는 열에 의한 성능 약화를 최소화할 수 있다.
본 명세서에서는 청색 LED칩(710)과 반사 몰드부(720) 및 측면 투명 몰드부(730)와, 몰드부 내에 형성되는 KSF 형광체층(740)으로 이루어지는 구조물을 "광원 패키지"로 정의하고, 그 광원 패키지가 후술할 서브마운트부(800)를 통해 광원 PCB에 실장된 구조물을 "광원장치"로 정의한다. 그러나, 이러한 정의 또는 표현에 한정되는 것은 아니며, 광원부, 광원모듈 등과 같이 다르게 표시될 수 있다.
KSF 형광체층(740)은 반사 몰드부(720) 및 측면 투명 몰드부(730)으로 구성되는 몰드부의 수용공간 내에 KSF 형광체 재료를 충진 또는 디스펜싱하여 형성될 수 있다.
KSF 형광체 재료는 Mn4+ 활성제에 의하여 활성화되는 불화물 화합물로서, 비희토류 적색 형광체로써 합성공정조건이 까다롭지만 빠른 합성과 낮은 단가로 생산성이 높으며, 또한 높은 발광효율로 백색 LED용 형광체로써 우수한 성능을 가진다.
한편, 도 6에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 광원 패키지는 사이드 뷰 방식으로 광원 PCB에 실장되어 사용되는 것이 바람직하다.
그러나, 광원 패키지에 포함되는 청색 LED칩(710)의 칩전극(712)은 LED 칩의 발광방향의 반대면인 저면 또는 후면에 형성되어 있기 때문에, 탑뷰 방식으로 광원 PCB에 실장되기에는 용이하지만, 광원 PCB의 평면과 발광방향이 평행하게 되는 사이드 뷰 방식으로는 실장이 어렵다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 광원 패키지를 광원 PCB에 사이드 뷰 방식으로 실장하기 위하여, 도 7 및 도 9와 같은 서브마운트부(800)를 사용한다.
이러한 서브마운트부(800)는 광원 패키지(700)의 후면과 결합되는 직육면체 구조물로서, 직육면체 형상의 서브마운트 본체부(810)와, 서브마운트 본체의 일부분을 감싸는 금속 재질의 패드부(820)로 구성될 수 있으며, 이에 대한 상세한 구성은 도 9를 참고로 아래에서 더 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 광원 패키지의 단면도 및 평면도를 도시한다.
도 8의 (a)에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 광원 패키지(700)를 구성하는 측면 투명 몰드부(730)는 청색 LED 칩과 마주보는 제1면(732)과 제1면 대향하는 제2면(732)을 포함하며, 제1면 또는 제2면 중 하나 이상은 광원 패키지의 수직방향과 5~10도의 경사각을 이루도록 경사져 있을 수 있다.
이와 같이, 측면 투명 몰드부(730)의 양면을 경사지게 형성함으로써, 제작 상의 이점을 가질 수 있고, 수평 지향각의 개선에 기여할 수 있다.
전술한 바와 같이, 측면 투명 몰드부(730)는 반사 몰드부(720)를 형성한 후에 몰딩 공정에 의하여 형성한다.
즉, 측면 투명 몰드부(730)에 대응되는 형상을 가지는 금형 내에 용융된 클리어 에폭시 재료를 넣고 냉각한 후 금형에서 빼내는 공정으로 형성될 수 있다.
따라서, 측면 투명 몰드부(730)의 양면을 경사지게 형성하면, 측면 투명 몰드부(730)를 몰딩하는 공정에서 금형에서 빼내는 과정이 용이하게 수행될 수 있다는 효과가 있다.
또한, 측면 투명 몰드부(730)의 양면을 경사지게 형성함으로써, 수평방향 또는 좌우방향으로의 출사되는 광의 세기를 더 증가시키거나, 수평방향으로 방사되는 광분포의 연속성을 확보할 수 있게 된다.
또한, 도 8의 (b)와 같이, 청색 LED칩(710)의 측부와 측면 투명 몰드부(730)의 제1면(732) 사이의 이격거리인 제1거리(d1)는 약0.3~0.4mm로 형성할 수 있다.
또한, 청색 LED 칩(710)의 상측 또는 하측과 반사 몰드부(720) 사이의 이격 거리인 제2거리는(d2)에 따라서 수직지향각이 변화될 수 있으며, 본 실시예에서는 수직지향각을 최소화하기 위하여 제2거리(d2)를 약0.04~0.06mm로 할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 광원 장치에 포함되는 서브마운트부의 사시도이다.
서브마운트부(800)는 도 8과 같은 광원 패키지를 광원 PCB 상에 실장하기 위하여 사용되는 마운팅 부재로서, 광원패키지가 접촉되는 정면(F)과, 광원 PCB에 접촉 실장되는 저면(B)과, 정면 및 저면에 모두 수직인 양측의 측면(S)을 포함하는 서브마운트 본체부(810)와, 서브마운트 본체부의 정면 일부와, 상기 측면의 적어도 일부를 덮도록 배치되는 금속 박막 구조의 패드부(820)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 명세서에서는 서브마운트(800) 또는 서브마운트 본체부(810)를 구성하는 6개의 면 중에서 광원 패키지(700)가 부착되는 면을 정면(F), 정면(F)와 수직한 4개의 면 중에서 광원 PCB에 접촉되어 실장되는 면을 저면(B), 정면(F)과 저면(B)에 모두 수직인 양측의 2개 면을 측면(S), 정면의 대향하는 면을 후면(R)으로 정의한다.
서브마운트 본체부(810)는 통상적으로 광원 PCB(도11의 1100)와 동일한 인쇄회로 기판 재료인 FR4 등의 절연재료로 형성될 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에서 서브마운트 본체부(810)의 재료로 사용되는 FR4는 글래스-강화 에폭시 적층(glass-reinforced epoxy laminate)된 시트, 튜브, 로드 또는 인쇄회로 기판으로서, 에폭시 레진 바인더를 포함하는 직조된 유리섬유 재료일 수 있다.
서브마운트부(800)의 패드부(820)는 서브마운트 본체부(810)의 정면(F) 일부와 측면(S) 전체 및 후면(R)의 일부를 감싸는 "ㄷ"자 형상의 금속 박막 구조체로서, 정면(F) 일부를 덮도록 배치되는 패드 정면부(822)와, 측면(S) 전부 또는 일부를 커버하는 패드 측면부(824) 및 후면(R) 일부를 덮도록 배치되는 패드 후면부(826)을 포함하며, 패드 정면부(822)는 광원 패키지(700)에 포함된 청색 LED칩(710)의 칩전극(712)과 전기적으로 연결된다.
이러한 패드부(820)는 서브마운트 본체부(810)의 양측에 대칭으로 배치되며, 주로 구리(Cu)재료로 형성될 수 있으나, 구리 박막층과 그 상부에 추가로 코팅된 은(Ag) 박막층 또는 금(Au) 박막층을 포함하는 이중층 구조일 수 있다.
서브마운트부(800)의 전면에 광원 패키지(700)가 결합되어 광원 패키지 내의 LED 칩(710)의 칩전극(712) 또는 본딩 와이어가 서브마운트부의 패드부(820)의 패드 정면부(822)에 전기적으로 연결된다.
도7과 같이, 광원패키지(700)와 서브마운트부(800)가 결합된 구조를 광원 장치로 표현할 수 있으며, 이러한 광원 장치는 서브마운트부(800)의 저면(B)이 광원 PCB의 표면에 접촉하여 실장된다.
도 11은 본 발명의 실시예에 의한 광원 장치가 광원 PCB에 실장되는 상태를 도시한다.
도 11의 (a)에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 의한 광원 장치(1000)의 서브마운트부(800)의 저면이 광원 PCB(1100) 면에 배치되며, 더 구체적으로는 서브마운트부(800)의 패드부(820)가 광원 PCB(1100)의 상면에 형성된 PCB 전극(1100)에 접촉하도록 실장된다.
공정을 살펴보면, 도 11의 (a)에 도시된 바와 같이, 우선 광원 PCB의 PCB 전극(1110) 주위에 접착재료인 납 등의 솔더(Solder; 1120)를 배치시킨 다음 그 위에 광원장치의 서브마운트부(800)의 저면을 접촉 배치시킨다.
그 상태에서 일정한 열을 가하는 리플로우(Reflow) 공정을 진행하면, 솔더(1120)가 녹으면서 서브마운트부(800) 주위의 금속 박막 구조인 패드부(820)와 PCB 전극(1110) 사이를 충진함으로써, 광원 장치가 광원 PCB 상에 실장된다.
즉, 금속 재료인 솔더에 의하여 서브마운트부(800)의 패드부(820)와 PCB 전극(1110)이 전기적으로 연결되고, 서브마운트부의 패드부(820) 중 패드 정면부(도 9의 822)가 광원 패키지(700)에 포함된 LED 칩(710)의 칩전극(712)에 전기적으로 연결되어 있기 때문에, 결과적으로 LED 칩(710)과 광원 PCB(1100)가 전기적으로 연결되게 된다.
도 11의 (b)와 같이 이러한 실장 공정에서는 솔더(1120)가 서브마운트부(800)의 패드 측면부(도 9의 824)의 외곽에 솔더 필릿(Solder Fillet; 1120')을 형성한다.
즉, 도 11의 (b)와 같이, 서브마운트부(800)을 포함하는 광원장치(1000)가 광원 PCB(1100) 상에 실장되면, 솔더가 서브마운트부(800)의 패드부(820)의 패드 측면부(824)의 외곽에 집중되어 솔더 필릿(1120')을 형성하면서 양 부재를 접착하게 된다.
이 때, 납 재질의 솔더는 구리보다는 은과의 결합력이 더 강하기 때문에, 전술한 바와 같이 서브마운트부(800)의 패드부(820)를 구리박막층과 그 위에 형성되는 은(Ag) 박막층을 형성하는 경우, 광원장치의 실장 과정에서 솔더와 서브마운트 패드부의 접합력을 향상시켜, 결과적으로 광원장치의 실장 인장력이 증대될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 의한 광원 장치를 제작하는 공정을 도시한다.
참고로, 도 10은 2개의 광원 장치를 동시에 형성하는 공정을 예시하며, 필요에 따라 2개 이상의 광원장치를 형성하는 공정에도 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 광원장치를 제작하기 위하여 우선 도 10의 (a)와 같이, 서브마운트부 본체부(810)의 재료인 FR4 기판 상에 패드부(820)를 구성하는 구리 박막층 또는 구리/은 이중 박막층을 형성한다.
이러한 패드부(820)는 FR4 기판의 전면 일부와 측면 전체 및 후면 일부를 둘러싸도록 "ㄷ"자 형상으로 코팅되어 형성될 수 있다.
다음으로, 일정한 금형에 화이트 실리콘 등의 재료를 용융시켜 주입하여 냉각함으로써, 서브마운트부(800)의 전면 일부에 반사 몰드부(720)를 형성한다. (도 10의 (b))
이 때, 2개의 광원 장치의 중간에 배치되는 중간 반사 몰드벽(720')은 양측의 반사 몰드부(720)의 두께의 2배로 형성된다.
다음으로, 다른 금형에 클리어 에폭시 재료를 주입함으로써, 반사 몰드부 양측에 측면 투명 몰드부(730)을 형성한다.(도 10의 (c))
도 11의 (d)에서는, 반사 몰드부(720) 및 측면 투명 몰드부(730)로 형성되는 컵 형태의 수용 공간내의 서브마운트 전면(F) 상에 청색 LED 칩(710)을 본딩한다. 이 때, 청색 LED칩(710)의 칩전극이 서브마운트부의 패드부에 전기적으로 연결되도록 한다.
그 다음으로, 반사 몰드부(720) 및 측면 투명 몰드부(730)로 형성되는 컵 형태의 수용 공간 내부에 KSF 형광체 재료를 충진 또는 디스펜싱(Dispensing)하고 경화시켜 KSF 형광체층을 형성한다.
다음으로 2개의 광원 장치의 가운데를 가로지르는 커팅라인을 따라 커팅 또는 다이싱(Dicing)함으로써, 최종적인 개별 광원장치가 제작될 수 있다.
이러한 공정에 의하면, 다이싱 공정 중에 절단 블레이드가 중간 반사 몰드벽(720')을 커팅하기 때문에, 다이싱 공정중에 KSF 형광체가 물 또는 수분에 노출되는 것을 최소화할 수 있다.
따라서, 도 5와 같은 광원장치의 제작공정과 비교할 때, 광원 장치의 제작과정에서 수분 또는 열에 의한 KSF 형광체의 변성을 최소화할 수 있는 것이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 의한 광원 패키지의 발광 특성을 도시하는 것으로서, 수평 지향각(H) 및 수직 지향각(V)이 표시되어 있으며, 도 13은 본 발명의 실시예(a)와 대비되는 여러 다른 광원 패키지 구조의 평면을 도시한다.
도 12와 같이, 본 발명의 실시예에 의하여 제작된 광원 장치는 다수의 광원 패키지가 광원 PCB (1100) 상에 사이드 뷰 방식으로 실장되어 구성된다.
도 12의 (a)와 같이, LED칩으로부터의 광이 좌우 측면 투명 몰드부(730)을 통해 측면으로도 방사될 수 있기 때문에, 수평지향각(H)이 약128도 이상으로 증가될 수 있다.
따라서, 기존의 광원 장치에 비하여 핫스팟 현상이 감소되거나 필요한 광원 패키지의 개수가 감소되는 효과가 있다.
또한, 도 12의 (b)와 같이, 수직방향에서 볼 때에는, LED칩의 상하에 배치되는 반사 몰드부(720)에 의하여 수직지향각(V)이 약124도 이하로 감소됨으로써, 기존 광원장치에 비하여 광누설에 따른 빛샘 현상이나 광효율 저하 현상이 개선될 수 있다.
도 13의 (a)는 본 발명의 실시예에 의한 광원 패키지의 평면도로서, 반사 몰드부(White; 720)와 좌우 측면 투명 몰드부(730)을 포함한다.
도 13의 (b) 내지 (d)는 본 발명의 실시예와 대비되는 구조의 광원장치의 평면도로서, (b)는 도 3과 같이 리드프레임과 몰드 구조물을 이용한 광원장치(대비 1)이고, (c)는 LED칩의 사방 모두를 투명 몰드벽으로 막은 광원장치(대비 2)이고, (d)는 LED칩의 사방 모두를 불투명한 반사 몰드벽으로 막은 광원장치(대비 3)이다.
이러한 본 실시예에 의한 광원장치와 대비 1 내지 3의 광원장치에 대하여 동일한 조건에서 수평지향각(H)과 수직지향각(V)를 측정한 결과를 아래 표 1에 정리한다.
수평지향각(H) 수직지향각(V)
본 발명
(반사몰드부+측면 투명 몰드부)		 약128도 약124도
대비 1 (L/F+몰드) 약124도 약130도
대비 2 (투명 몰드벽) 약130도 약160도
대비 3 (반사 몰드벽) 약124도 약122도
표 1에서와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 광원장치는 수평지향각(H) 및 수직지향각(V)이 각각 약128 및 약124도로서 기존의 리드프레임 구조의 광원장치(대비 1)에 비하여 수평지향각이 약4도 증가하고, 수직지향각은 약6도 감소함으로써, 우수한 광분포 특성을 가짐을 알 수 있었다.
또한, LED칩의 사방을 모두 투명 몰드벽으로 둘러싼 광원장치(대비 2)의 경우에는 수평지향각은 비교적 우수하지만, 수직지향각이 약160도로 크게 증가하는 문제가 있고, LED칩의 사방을 모두 반사 몰드벽으로 둘러싼 광원장치(대비 3)의 경우에는 수직지향각은 비교적 우수하지만, 수평지향각이 약124도로 낮은 문제가 여전히 존재하였다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 광원 장치를 이용하면, 다른 형태의 광원장치에 비하여 큰 수직지향각과 낮은 수직지향각을 가짐으로써, 수평방향의 핫스팟을 개선하고, 수직방향의 광누설을 최소화하기에 최적인 것으로 확인되었다.
또한, 본 실시예에 의한 광원장치를 사용한 경우, 광분포의 균일도가 향상됨을 확인하였으며, 이를 아래 표 2에 정리하였다.
표 2는 도3과 같이 리드프레임을 이용한 광학장치와 본 실시예에 의한 광학장치에 있어서, 도광판 입광면로부터 각각 0mm, 1mm, 2mm 떨어진 위치에서의 광의 최대휘도와 최소휘도의 차이를 측정한 결과이다.
입광면과의 거리(위치)
 휘도차이 (최대휘도-최소휘도; %)
도 3의 광원장치 본 발명 광원장치
0mm (입광면) 31% 27%
1mm 27% 21%
2mm 20% 18%
표 2와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 광원장치를 사용하는 경우 기존의 도 3과 같은 광학장치에 비하여, 도광판의 입광부 부근에서의 휘도차이가 위치에 따라서 약2% 내지 6% 증가함으로써, 광분포가 더 균일해지는 효과를 확인할 수 있었다.
이상과 같은 본 발명의 실시예를 이용하면, LED 칩의 상하에는 반사 몰드부를 좌우에는 측면 투명 몰드부를 형성함으로써, 광원 패키지의 수평지향각은 증가시키고 수직지향각은 감소시켜서, 수평방향에서의 핫스팟 현상과 수직방향에서의 광누설에 따른 빛샘현상 및 광효율 저하 현상을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 제조 공정에서 KSF 형광체가 수분에 노출되어 변형되는 것을 방지할 수 있는 구조를 가짐으로써, 우수한 성능의 KSF 형광체를 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 광원 패키지를 광원 PCB에 실장하기 위한 서브마운트부를 사용함으로써, 사이드뷰 방식의 광원 장치를 용이하게 구현할 수 있는 효과도 있다.
이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
700 : 광원 패키지 800 : 서브마운트부
710 : 청색 LED칩 712 : 칩전극
720 : 반사 몰드부 730 : 측면 투명 몰드부
810 : 서브마운트 본체부 820 : 패드부
1100 : 광원 PCB 1110 : PCB 전극

Claims (9)

  1. 청색 LED 칩과, 상기 청색 LED 칩의 상하에 배치되는 반사 몰드부 및 상기 청색 LED 칩의 좌우에 배치되는 측면 투명 몰드부를 포함하는 몰드부와, 상기 몰드부 내에 충진되는 KSF 형광체층을 포함하는 광원 패키지;
    상기 광원 패키지를 광원 PCB 상에 실장하기 위하여 상기 광원 패키지와 결합되는 서브마운트부;
    상기 서브마운트부의 일면과 접촉 결합되는 광원 PCB;
    를 포함하는 백라이트 유닛용 광원 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서브마운트부는,
    상기 광원패키지가 접촉되는 정면(F)과, 상기 광원 PCB에 접촉 실장되는 저면(B)과, 상기 정면 및 저면에 모두 수직인 양측의 측면(S)을 포함하는 서브마운트 본체부;
    상기 서브마운트 본체부의 정면 일부와, 상기 측면의 적어도 일부를 덮도록 배치되는 금속 박막 구조의 패드부;
    를 포함하는 백라이트 유닛용 광원 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 패드부는 상기 서브마운트 본체부의 정면 일부를 덮도록 배치되는 패드 정면부와, 상기 서브마운트부 본체부의 측면 일부를 덮도록 배치되는 패드 측면부를 포함하며,
    상기 패드 정면부는 상기 LED 칩의 전극과 전기적으로 연결되고, 상기 패드 측면부는 솔더에 의하여 상기 광원 PCB의 PCB 전극에 전기적으로 연결되는 백라이트 유닛용 광원 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 패드부는 내측의 구리(Cu) 박막층과 외측의 은(Ag) 박막층의 다층구조인 백라이트 유닛용 광원 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 측면 투명 몰드부는 상기 청색 LED 칩과 마주보는 제1면과 상기 제1면 대향하는 제2면을 포함하며, 상기 제1면 및 제2면 중 하나 이상은 상기 광원 패키지의 수직방향과 5~10도의 경사각을 가지는 백라이트 유닛용 광원 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 반사 몰드부는 화이트 실리콘 또는 화이트 에폭시 몰딩 컴파운드(Epoxy Molding Compound; EMC)으로 이루어지며, 상기 측면 투명 몰드부는 클리어 에폭시 재료로 이루어지는 백라이트 유닛용 광원 장치.
  7. 청색 LED 칩;
    상기 청색 LED 칩의 상하에 배치되는 반사 몰드부와, 상기 청색 LED 칩의 좌우에 배치되는 측면 투명 몰드부를 포함하는 몰드부;
    상기 몰드부 내에 충진되는 KSF 형광체층;
    을 포함하는 백라이트 유닛용 광원 패키지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 측면 투명 몰드부는 상기 청색 LED 칩과 마주보는 제1면과 상기 제1면 대향하는 제2면을 포함하며, 상기 제1면 및 제2면 중 하나 이상은 상기 광원 패키지의 수직방향과 5~10도의 경사각을 가지는 백라이트 유닛용 광원 패키지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 반사 몰드부는 화이트 실리콘 또는 화이트 에폭시 몰딩 컴파운드(Epoxy Molding Compound; EMC)으로 이루어지며, 상기 측면 투명 몰드부는 클리어 에폭시 재료로 이루어지는 백라이트 유닛용 광원 패키지.
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