KR20230032738A - 발광 다이오드 모듈의 제조 방법 및 제조 시스템 - Google Patents

발광 다이오드 모듈의 제조 방법 및 제조 시스템 Download PDF

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KR20230032738A
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이영민
권용훈
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박경수
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Abstract

디스플레이 장치는, 액정 패널; 기판; 및 상기 기판의 일 면에 제공되고, 상기 액정 패널을 향하여 광을 방출하는 복수의 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 상기 복수의 발광 다이오드 각각은, 제1 반사 층; 제2 반사 층; 및 상기 제1 반사 층과 상기 제2 반사 층 사이에 배치되는 발광 층을 포함할 수 있다. 상기 제2 반사 층은 상기 기판과 상기 발광 층 사이에 배치될 수 있다. 제1 입사각으로 입사되는 제1 광에 대한 상기 제1 반사 층의 반사율은 상기 제1 입사각으로 입사되는 제1 광에 대한 상기 제2 반사 층의 반사율과 상이할 수 있다.

Description

발광 다이오드 모듈의 제조 방법 및 제조 시스템{METHOD FOR MANUFACTURING LIGHT EMITTING DIODE MODULE AND SYSTEM FOR THE SAME}
개시된 발명은 복수의 발광 다이오드가 배치된 발광 다이오드 모듈의 제조 방법 및 제조 시스템에 관한 것이다.
디스플레이 장치는 문자나 도형 등의 데이터 정보 및 영상을 시각적으로 표시하는 출력 장치의 일종으로서, 텔레비전, 각종 모니터 및 각종 휴대용 단말기(예를 들어, 노트북, 태블릿 피씨 및 스마트폰) 등을 포함할 수 있다.
디스플레이 장치는 유기 발광 다이오드(OLED, Organic Light Emitting Diode)와 같이 스스로 발광하는 디스플레이 패널을 사용하는 자발광 디스플레이 장치와, 액정 디스플레이(LCD, Liquid Crystal Display)와 같이 백라이트 유닛으로부터 광을 공급받아야 하는 디스플레이 패널을 사용하는 비자발광 디스플레이 장치로 분류될 수 있다.
백라이트 유닛은 광원의 위치에 따라 광원이 디스플레이 패널의 후방에 배치되는 직하형(Direct type)과, 광원이 디스플레이 패널의 측방에 배치되는 에지형(Edge type)으로 분류될 수 있다.
직하형 백라이트 유닛은 인쇄회로기판에 복수의 발광 다이오드가 실장된 광원 모듈을 포함할 수 있다.
개시된 발명의 일 측면은, 복수의 발광 다이오드가 실장된 발광 다이오드 모듈을 제조함에 있어서, 발광 다이오드 칩에 분사된 보호 물질을 리플로우 공정을 통해 경화시킴으로써 제조 공정을 간소화하면서 경화 시간을 단축시키고, 경화의 균일성을 확보할 수 있는 발광 다이오드 모듈의 제조 방법 및 제조 시스템을 제공한다.
일 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈의 제조 방법은, 기판의 표면에 발광 다이오드 칩을 실장하는 단계; 상기 기판의 표면에 실장된 발광 다이오드 칩에 보호 물질을 분사하는 단계; 및 제2리플로우(reflow) 공정에 의해, 상기 발광 다이오드 칩에 분사된 보호 물질을 경화시키는 단계;를 포함하고, 상기 복수의 발광 다이오드 칩을 실장하는 단계는, 상기 기판의 표면에 형성된 패드 상에 솔더를 형성하는 단계; 상기 형성된 솔더 상에 상기 발광 다이오드 칩을 배치시키는 단계; 및 제1리플로우 공정에 의해, 상기 솔더를 경화시키는 단계를 포함한다.
상기 복수의 발광 다이오드 칩을 실장하는 단계는, 상기 기판의 표면에 형성된 패드 상에 솔더를 형성하는 단계; 및 상기 형성된 솔더 상에 상기 발광 다이오드 칩을 배치시키는 단계;를 포함한다.
상기 복수의 발광 다이오드 칩을 실장하는 단계는, 제1리플로우 공정에 의해, 상기 솔더를 경화시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 보호 물질을 경화시키는 단계는, 상기 솔더를 경화시키기 위해 사용한 리플로우 장치를 사용하여 상기 제1리플로우 공정을 수행할 수 있다.
상기 보호 물질을 경화시키는 단계는, 상기 발광 다이오드 칩에 보호 물질이 분사된 기판을 컨베이어 벨트에 의해, 상기 보호 물질을 분사하는 분사 장치에서 상기 리플로우 장치로 이송하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 보호 물질은, 열경화성 투명 수지를 포함할 수 있다.
상기 보호 물질을 분사하는 단계는, 상기 보호 물질이 상기 발광 다이오드 칩을 둘러싸도록 분사하는 단계를 포함 할 수 있다.
상기 기판의 표면에 실장된 발광 다이오드 칩을 둘러싸는 광학 돔을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 광학 돔을 형성하는 단계는, 상기 보호 물질을 분사하는 단계; 및 상기 보호 물질을 경화시키는 단계;를 포함 할 수 있다.
상기 광학 돔은, 상기 발광 다이오드 칩으로부터 방출되는 광을 분산시킬 수 있다.
상기 발광 다이오드 칩은, 플립칩(flip chip) 발광 다이오드; 및 상기 플립칩 발광 다이오드의 발광면 상에 배치되는 반사체;를 포함 할 수 있다.
상기 보호 물질을 경화시키는 단계는, 상기 제2리플로우 공정에 의해 160 내지 200 ℃ 범위의 온도까지 상기 보호 물질을 가열하는 것을 포함 할 수 있다.
상기 솔더를 경화시키는 단계는, 상기 제1리플로우 공정에 의해 230 내지 270 ℃ 범위의 온도까지 상기 솔더를 가열하는 것을 포함 할 수 있다.
상기 기판은, 평면 기판 및 바(bar) 타입의 기판 중 적어도 하나를 포함 할 수 있다.
일 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈의 제조 시스템은, 기판의 표면에 발광 다이오드 칩을 실장하는 표면 실장 장치; 및 상기 기판의 표면에 실장된 발광 다이오드 칩에 보호 물질을 분사하는 분사 장치;를 포함하고, 상기 표면 실장 장치는, 상기 기판의 표면에 형성된 패드 상에 솔더를 형성하는 프린팅 장치; 상기 형성된 솔더 상에 상기 발광 다이오드 칩을 배치시키는 마운팅 장치; 및 제1리플로우 공정에 의해, 상기 솔더를 경화시키는 리플로우 장치;를 포함하고, 상기 리플로우 장치는, 제2리플로우 공정에 의해, 상기 발광 다이오드 칩에 분사된 보호 물질을 경화시킨다.
상기 보호 물질은, 열경화성 투명 수지를 포함 할 수 있다.
상기 분사 장치는, 상기 보호 물질이 상기 발광 다이오드 칩을 둘러싸도록 분사 할 수 있다.
상기 리플로우 장치는, 상기 발광 다이오드 칩에 분사된 보호 물질을 경화시켜 광학 돔을 형성 할 수 있다.
상기 광학 돔은, 상기 발광 다이오드 칩으로부터 방출되는 광을 분산시킬 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 발광 다이오드가 실장된 발광 다이오드 모듈을 제조함에 있어서, 발광 다이오드 칩에 분사된 보호 물질을 리플로우 공정을 통해 경화시킴으로써 제조 공정을 간소화하면서 경화 시간을 단축시키고, 경화의 균일성을 확보할 수 있다.
도 1은 디스플레이 장치의 외관의 일 예를 도시한 사시도이다.
도 2는 디스플레이 장치의 구조의 일 예를 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 디스플레이 장치에 포함되는 액정 패널의 일 예를 나타낸 측단면도이다.
도 4 및 도 5는 백라이트 유닛의 분해 사시도이다.
도 6은 디스플레이 장치의 광원 모듈에 포함되는 광원의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 7은 디스플레이 장치의 광원 모듈에 포함되는 광원의 구조를 나타낸 측단면도이다.
도 8은 발광 다이오드 칩의 구조를 나타낸 측단면도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈의 제조 방법에 관한 순서도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈을 제조하기 위한 제조 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈의 제조 방법에 있어서, 발광 다이오드 칩의 실장 과정을 구체화한 순서도이다.
도 12는 일 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈의 제조 시스템의 표면 실장 장치를 구체화한 블록도이다.
도 13은 일 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈의 제조 방법에 있어서, 제2리플로우 공정에 적용되는 온도 프로파일의 예시를 나타낸 그래프이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부, 모듈, 부재, 블록'이라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
각 단계들에 있어 식별 부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별 부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참고하여 본원발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 본원발명의 제조 방법 및 제조 시스템에 의해 제조되는 발광 다이오드 모듈은 광원을 필요로 하는 다양한 장치에 사용될 수 있다. 일 예로, 발광 다이오드 모듈은 디스플레이 장치에 사용될 수 있는바, 먼저 발광 다이오드 모듈이 사용될 수 있는 디스플레이 장치에 대해 설명한다.
도 1은 디스플레이 장치의 외관의 일 예를 도시한 사시도이다.
디스플레이 장치(10)는 외부로부터 수신되는 영상 신호를 처리하고, 처리된 영상을 시각적으로 표시할 수 있는 장치이다. 이하에서는 디스플레이 장치(10)가 텔레비전(Television, TV)인 경우를 예시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 디스플레이 장치(10)는 TV 외에도 모니터(Monitor), 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 통신장치 등 다양한 종류로 구현될 수 있다. 영상을 시각적으로 표시하는 장치라면 디스플레이 장치(10)가 될 수 있고, 그 종류에 대해서는 제한을 두지 않는다.
뿐만 아니라, 디스플레이 장치(10)는 건물 옥상이나 버스 정류장과 같은 옥외에 설치되는 대형 디스플레이 장치(Large Format Display, LFD)일 수 있다. 여기서, 옥외는 반드시 야외로 한정되는 것은 아니며, 지하철역, 쇼핑몰, 영화관, 회사, 상점 등 실내이더라도 다수의 사람들이 드나들 수 있는 곳이면 디스플레이 장치(10)가 설치될 수 있다.
디스플레이 장치(10)는 다양한 컨텐츠 소스들로부터 비디오 신호와 오디오 신호를 포함하는 컨텐츠를 수신하고, 비디오 신호와 오디오 신호에 대응하는 비디오와 오디오를 출력할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 장치(10)는 방송 수신 안테나 또는 유선 케이블을 통하여 컨텐츠 데이터를 수신하거나, 컨텐츠 재생 장치로부터 컨텐츠 데이터를 수신하거나, 컨텐츠 제공자의 컨텐츠 제공 서버로부터 컨텐츠 데이터를 수신할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 디스플레이 장치(10)는 본체(11) 및 영상(I)을 표시하는 스크린(12)을 포함할 수 있다..
본체(11)는 디스플레이 장치(10)의 외관을 형성하며, 본체(11)의 내부에는 디스플레이 장치(10)가 영상(I)을 표시하거나 각종 기능을 수행하기 위한 부품이 마련될 수 있다. 도 1에 도시된 본체(11)는 평평한 판 형상이나, 본체(11)의 형상이 도 1에 도시된 바에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본체(11)는 곡면의 형상을 가질 수도 있다.
스크린(12)은 본체(11)의 전면에 형성되며, 영상(I)을 표시할 수 있다. 예를 들어, 스크린(12)은 정지 영상 또는 동영상을 표시할 수 있다. 또한 스크린(12)은 2차원 평면 영상 또는 사용자의 양안의 시차를 이용한 3차원 입체 영상을 표시할 수 있다.
스크린(12)은 예를 들어 직접 광을 방출할 수 있는 자발광 패널(예를 들어, 발광 다이오드 패널 또는 유기 발광 다이오드 패널)을 포함하거나 광원 장치(예를 들어, 백 라이트 유닛) 등에 의하여 방출된 광을 통과하거나 차단할 수 있는 비자발광 패널(예를 들어, 액정 패널)을 포함할 수 있다.
스크린(12)에는 복수의 픽셀(P)이 형성되며, 스크린(12)에 표시되는 영상(I)은 복수의 픽셀(P) 각각이 방출하는 광에 의하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 복수의 픽셀(P) 각각이 방출하는 광이 조합되어, 스크린(12) 상에 영상(I)이 형성될 수 있다.
복수의 픽셀(P) 각각은 다양한 밝기 및 다양한 색상의 광을 방출할 수 있다. 다양한 색상의 광을 방출하기 위하여, 복수의 픽셀(P) 각각은 서브 픽셀들(PR, PG, PB)을 포함할 수 있다.
서브 픽셀들(PR, PG, PB)은 적색 광을 방출할 수 있는 적색 서브 픽셀(PR)과, 녹색 광을 방출할 수 있는 녹색 서브 픽셀(PG)과, 청색 광을 방출할 수 있는 청색 서브 픽셀(PB)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 적색 광은 파장이 대략 620nm 에서 750nm까지의 광을 나타낼 수 있다. 녹색 광은 파장이 대략 495nm에서 570nm까지의 광을 나타낼 수 있다. 청색 광은 파장이 대략 450nm에서 495nm까지의 광을 나타낼 수 있다.
적색 서브 픽셀(PR)의 적색 광, 녹색 서브 픽셀(PG)의 녹색 광 및 청색 서브 픽셀(PB)의 청색 광의 조합에 의하여, 복수의 픽셀(P) 각각에서 다양한 밝기와 다양한 색상의 광이 출사할 수 있다.
도 2는 디스플레이 장치의 구조의 일 예를 나타낸 분해 사시도이고, 도 3은 디스플레이 장치에 포함되는 액정 패널의 일 예를 나타낸 측단면도이다. 당해 예시에서 설명하는 디스플레이 장치(10)는 액정 패널과 백라이트 유닛을 포함하는 비자발광 디스플레이 장치이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본체(11) 내부에는 스크린(12)에 표시되는 영상(I)을 생성하기 위한 각종 구성 부품들이 마련될 수 있다.
예를 들어, 본체(11)에는 면광원(surface light source)인 백라이트 유닛(100)과, 백라이트 유닛(100)으로부터 방출된 광을 차단하거나 통과시키는 액정 패널(20)과, 백라이트 유닛(100) 및 액정 패널(20)의 동작을 제어하는 제어 어셈블리(50)와, 백라이트 유닛(100) 및 액정 패널(20)에 전력을 공급하는 전원 어셈블리(60)가 마련될 수 있다.
본체(11)는 액정 패널(20), 백라이트 유닛(100), 제어 어셈블리(50) 및 전원 어셈블리(60)을 지지하기 위한 베젤(13)과 프레임 미들 몰드(14)와 바텀 샤시(15)와 후면 커버(16)를 포함할 수 있다.
백라이트 유닛(100)은 단색광 또는 백색광을 방출하는 점 광원을 포함할 수 있다. 또한 백라이트 유닛(100)은 점 광원으로부터 방출되는 광을 균일한 면광으로 변환하기 위하여 광을 굴절, 반사 및 산란시킬 수 있다. 이처럼, 백라이트 유닛(100)은 점 광원으로부터 방출된 광을 굴절, 반사 및 산란시킴으로써 전방을 향하여 균일한 면광을 방출할 수 있다. 백라이트 유닛(100)은 아래에서 더욱 자세하게 설명된다.
액정 패널(20)은 백라이트 유닛(100)의 전방에 마련되며, 영상(I)을 형성하기 위하여 백라이트 유닛(100)으로부터 방출되는 광을 차단하거나 또는 통과시킬 수 있다.
액정 패널(20)의 전면은 앞서 설명한 디스플레이 장치(10)의 스크린(12)을 형성하며, 액정 패널(20)은 복수의 픽셀들(P)을 형성할 수 있다. 액정 패널(20)의 복수의 픽셀들(P)은 각각 독립적으로 백라이트 유닛(100)의 광을 차단하거나 통과시킬 수 있으며, 복수의 픽셀들(P)에 의하여 통과된 광은 스크린(12)에 표시되는 영상(I)을 형성할 수 있다. 복수의 픽셀들(P)은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다.
도 3을 참조하면, 액정 패널(20)은 제1 편광 필름(21), 제1 투명 기판(22), 픽셀 전극(23), 박막 트랜지스터(24), 액정 층(25), 공통 전극(26), 컬러 필터(27), 제2 투명 기판(28), 제2 편광 필름(29)를 포함할 수 있다.
제1 투명 기판(22) 및 제2 투명 기판(28)은 픽셀 전극(23), 박막 트랜지스터(24), 액정 층(25), 공통 전극(26) 및 컬러 필터(27)을 고정 지지할 수 있다. 이러한, 제1 및 제2 투명 기판(22, 28)은 강화 유리 또는 투명 수지로 구성될 수 있다.
제1 편광 필름(21)과 제2 편광 필름(29)은 제1 투명 기판(22)과 제2 투명 기판(28)의 외측에 마련된다. 제1 편광 필름(21)과 제2 편광 필름(29)은 각각 특정한 편광을 통과시키고, 다른 편광을 차단할 수 있다. 예를 들어, 제1 편광 필름(21)은 제1 방향의 편광을 통과시키고, 다른 편광을 차단할 수 있다. 또한, 제2 편광 필름(29)은 제2 방향의 편광을 통과시키고, 다른 편광을 차단할 수 있다. 이때, 제1 방향과 제2 방향은 서로 직교할 수 있다. 그로 인하여, 제1 편광 필름(21)을 통과한 편광은 제2 편광 필름(29)을 통과할 수 없다.
컬러 필터(27)는 제2 투명 기판(28)의 내측에 마련될 수 있다. 컬러 필터(27)는 적색 광을 통과시키는 적색 필터(27R), 녹색 광을 통과시키는 녹색 필터(27G) 및 청색 광을 통과시키는 청색 필터(27G)를 포함할 수 있다. 적색 필터(27R), 녹색 필터(27G) 및 청색 필터(27B)는 서로 나란하게 배치될 수 있다. 컬러 필터(27)가 형성된 영역은 앞서 설명한 픽셀(P)에 대응할 수 있다. 적색 필터(27R)가 형성된 영역은 적색 서브 픽셀(PR)에 대응하고, 녹색 필터(27G)가 형성된 영역은 녹색 서브 픽셀(PG)에 대응하며, 청색 필터(27B)가 형성된 영역은 청색 서브 픽셀(PB)에 대응할 수 있다.
픽셀 전극(23)은 제1 투명 기판(22)의 내측에 마련되고, 공통 전극(26)은 제2 투명 기판(28)의 내측에 마련될 수 있다. 픽셀 전극(23)과 공통 전극(26)은 전기가 도통되는 금속 재질로 형성되고, 액정 층(25)을 구성하는 액정 분자(115a)의 배치를 변화시키기 위한 전기장을 생성할 수 있다.
박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)(24)는 제2 투명 기판(22)의 내측에 마련될 수 있다. 박막 트랜지스터(24)는 픽셀 전극(23)에 흐르는 전류를 통과시키거나 차단할 수 있다. 예를 들어, 박막 트랜지스터(24)의 턴 온(폐쇄) 또는 턴 오프(개방)에 따라 픽셀 전극(23)과 공통 전극(26) 사이에 전기장이 형성되거나 제거될 수 있다.
액정 층(25)은 픽셀 전극(23)과 공통 전극(26) 사이에 형성되며, 액정 분자(25a)에 의하여 채워진다. 액정은 고체(결정)와 액체의 중간 상태를 나타낸다. 액정은 전기장의 변화에 따라 광학적 성질을 나타내기도 한다. 예를 들어, 액정은 전기장의 변화에 따라 액정을 구성하는 분자 배열의 방향이 변화할 수 있다. 액정 층(25)을 통과하는 전기장의 존재 여부에 따라 액정 층(25)의 광학적 성질이 달라질 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 액정 패널(20)의 일 측에는, 영상 데이터를 액정 패널(20)로 전송하는 케이블(20a)과, 디지털 영상 데이터를 처리하고 아날로그 영상 신호를 출력하는 디스플레이 드라이버 직접 회로(Display Driver Integrated Circuit, DDI)(30) (이하에서는 '패널 드라이버'라 한다)가 마련될 수 있다.
케이블(20a)은 패널 드라이버(30)를 제어 어셈블리(50) 및 전원 어셈블리(60)와 전기적으로 연결할 수 있다. 또한, 케이블(20a)은 패널 드라이버(30)와 액정 패널(20)을 전기적으로 연결할 수 있다. 케이블(20a)은 휘어질 수 있는 플렉서블 플랫 케이블(flexible flat cable) 및/또는 필름 케이블(film cable)일 수 있다.
패널 드라이버(30)는 케이블(20a)을 통하여 제어 어셈블리(50)로부터 영상 데이터를 수신하고, 전원 어셈블리(60)로부터 전력을 수신할 수 있다. 또한, 패널 드라이버(30)는 케이블(20a)을 통하여 액정 패널(20)에 영상 데이터 및 구동 전류를 제공할 수 있다.
케이블(20a)과 패널 드라이버(30)는 일체로 마련될 수도 있다. 예를 들면, 케이블(20a)과 패널 드라이버(30)는 칩 온 필름(chip on film, COF) 또는 테이프 캐리어 패키지(Tape Carrier Packet, TCP)로 구현될 수 있다. 다시 말해, 패널 드라이버(30)는 케이블(20a) 상에 배치될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 패널 드라이버(30)는 액정 패널(20)에 배치될 수도 있다.
제어 어셈블리(50)는 액정 패널(20)과 백라이트 유닛(100)의 동작을 제어하는 제어 회로를 포함할 수 있다. 제어 회로는 외부 컨텐츠 소스로부터 수신된 영상 데이터를 처리할 수 있고, 액정 패널(20)에 영상 데이터를 전송할 수 있으며, 백라이트 유닛(100)에 디밍(dimming) 데이터를 전송할 수 있다. 제어 어셈블리(50)는 프로세서(91)와 메모리(92)를 포함할 수 있다.
전원 어셈블리(60)는 액정 패널(20)과 백라이트 유닛(100)에 전력을 공급할 수 있다. 액정 패널(20)은 공급된 전력을 이용하여 백라이트 유닛(100)으로부터 방출되는 광을 차단하거나 통과시킬 수 있다. 백라이트 유닛(100)은 공급된 전력을 이용하여 광을 방출할 수 있다.
제어 어셈블리(50)와 전원 어셈블리(60)는 인쇄 회로 기판과 인쇄 회로 기판에 실장된 각종 회로로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제어 어셈블리(50)는 프로세서(91) 및 메모리(92)가 실장된 제어 회로 기판을 포함할 수 있다. 전원 어셈블리(60)는 콘덴서, 코일, 저항 소자 및 프로세서와 같은 부품들이 실장된 전원 회로 기판을 포함할 수 있다.
도 4 및 도 5는 백라이트 유닛의 분해 사시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 백라이트 유닛은(100)은, 광원 모듈(110), 반사 시트(120), 확산판(diffuser plate) (130) 및 출사되는 광의 휘도를 향상시키는 광학 시트(140)를 포함할 수 있다.
광원 모듈(110)은 광을 방출하는 복수의 광원(111)과, 복수의 광원(111)을 지지 및 고정하는 기판(112)을 포함할 수 있다.
기판(112)은 복수의 광원(111)을 고정할 수 있다. 기판(112)은 광원(111)에 전력을 공급하기 위한 전도성 전력 공급 라인이 형성된 합성 수지 또는 강화 유리 또는 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board, PCB)으로 구성될 수 있다.
반사 시트(120)는 복수의 광원(111)으로부터 방출된 광을 전방으로 또는 전방과 근사한 방향으로 반사시킬 수 있다.
반사 시트(120)에는 광원 모듈(110)의 복수의 광원(111) 각각에 대응하는 위치에 복수의 관통 홀(120a)이 형성된다. 광원 모듈(110)의 광원(111)은 관통 홀(120a)을 통과하여, 반사 시트(120)의 앞으로 돌출됨으로써, 반사 시트(120)의 전방에서 광을 방출할 수 있다. 반사 시트(120)는 복수의 광원(111)으로부터 반사 시트(120)를 향하여 방출된 광을 확산판(130)을 향하여 반사시킬 수 있다.
확산판(130)은 광원 모듈(110) 및 반사 시트(120)의 전방에 마련될 수 있다. 확산판(130)은 광원 모듈(110)의 광원(111)으로부터 방출된 광을 고르게 분산시킬 수 있다.
광학 시트(140)는 휘도를 향상시키고 또한 휘도의 균일성을 향상시키기 위한 다양한 시트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 시트(140)는 확산 시트(141), 제1 프리즘 시트(142), 제2 프리즘 시트(143), 반사형 편광 시트(144) 등을 포함할 수 있다.
확산 시트(141)는 휘도의 균일성을 위하여 광을 확산시킨다. 광원(111)으로부터 방출된 광은 확산판(130)에 의하여 확산되고, 광학 시트(140)에 포함된 확산 시트(141)에 의하여 다시 확산될 수 있다.
제1 및 제2 프리즘 시트(142, 143)는 확산 시트(141)에 의하여 확산된 광을 집광시킴으로써 휘도를 증가시킬 수 있다. 제1 및 제2 프리즘 시트(142, 143)는 삼각 프리즘 형상의 프리즘 패턴을 포함하고, 이 프리즘 패턴은 복수 개가 인접 배열되어 복수 개의 띠 모양을 이룬다.
반사형 편광 시트(144)은 편광 필름의 일종으로 휘도 향상을 위하여 입사된 광 중 일부를 투과시키고, 다른 일부를 반사할 수 있다. 예를 들어, 반사형 편광 시트(144)의 미리 정해진 편광 방향과 동일한 방향의 편광을 투과시키고, 반사형 편광 시트(144)의 편광 방향과 다른 방향의 편광을 반사할 수 있다.
또한, 반사형 편광 시트(144)에 의하여 반사된 광은 백라이트 유닛(100) 내부에서 재활용되며, 이러한 광 재활용(light recycle)에 의하여 디스플레이 장치(10)의 휘도가 향상될 수 있다.
그러나, 광학 시트(140)가 반드시 도 4에 도시된 구조에 한정되는 것은 아니며, 도 4에 도시된 시트 중 일부가 생략되거나 도4에 도시되지 않은 다른 시트가 더 포함되는 것도 가능하다.
한편, 도 4의 예시는, 광원 모듈(110)이 평판 타입으로 구현되는 경우를 도시하였다. 즉, 도 4의 예시에 따르면, 기판(112)은 평판 형태로 구현되고 복수의 광원(111)은 기판(112) 상에 2차원 매트릭스 배열로 실장될 수 있다.
복수의 광원(111)은 광이 균일한 휘도로 방출될 수 있도록 정해진 간격에 따라 기판(112) 상에 배치될 수 있다. 구체적으로, 복수의 광원(111)은 하나의 광원은 그에 인접한 광원들 사이의 거리가 동일해지도록 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 인접한 4개의 광원에 의하여 대략 정사각형이 형성되도록 복수의 광원이 배치될 수 있다. 또한 어느 하나의 광원은 4개의 광원과 인접하게 배치되며, 하나의 광원과 그에 인접한 4개의 광원 사이의 거리는 대략 동일할 수 있다.
또는, 인접한 3개의 광원에 의하여 대략 정삼각형이 형성되도록 복수의 광원이 배치될 수 있다. 이때, 하나의 광원은 6개의 광원과 인접하게 배치될 수 있다. 또한 하나의 광원과 그에 인접한 6개의 광원 사이의 거리는 대략 동일할 수 있다.
다만, 복수의 광원(111)의 배치는 이상에서 설명한 배치에 한정되지 않으며, 광이 균일한 휘도로 방출될 수 있으면 복수의 광원(111)의 배치에 대해 다른 제한을 두지는 않는다.
다른 예에 의하면, 도 5에 도시된 바와 같이, 광원 모듈(110)이 바(bar) 타입으로 구현되는 것도 가능하다. 이 경우, 기판(112)이 바 형태로 구현되고 복수의 광원(111)이 기판(112) 상에 실장될 수 있다. 마찬가지로, 복수의 광원(111)은 광이 균일한 휘도로 방출되도록 미리 정해진 배열로 배치될 수 있다.
예를 들면, 복수의 광원(111)은 하나의 광원과 그에 인접한 광원들 사이의 거리가 동일하게 배치될 수 있다. 복수의 광원들(111)은 등간격으로 배치될 수 있고, 지그재그로 배치되거나, 2차원 매트릭스 형태로 배치될 수도 있다.
광원 모듈(110)이 바 타입으로 구현되는 경우에는, 바텀 샤시(101)에 복수의 광원 모듈(110)이 고정될 수 있다. 이 때, 복수의 광원 모듈들(110)은 미리 정해진 간격에 따라 바텀 샤시(101)에 고정될 수 있다.
광원 모듈(110)이 평판 타입으로 구현되는지 바 타입으로 구현되는지 여부와 무관하게, 광원(111)은 전력이 공급되면 단색광(특정한 범위의 파장을 가지는 광 또는 하나의 피크 파장을 가지는 광, 예를 들어 청색 광) 또는 백색광(복수의 피크 파장을 가지는 광, 예를 들어, 적색 광, 녹색 광 및 청색 광이 혼합된 광)을 다양한 방향으로 방출할 수 있는 소자를 채용할 수 있다.
일 예로, 광원(111)은 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)를 포함할 수 있다. 이하, 광원의 구체적인 구조에 대해 설명한다.
도 6은 디스플레이 장치의 광원 모듈에 포함되는 광원의 구조를 나타낸 사시도이고, 도 7은 디스플레이 장치의 광원 모듈에 포함되는 광원의 구조를 나타낸 측단면도이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 광원(111) 각각은 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED) 칩(190)과, 광학 돔(180)을 포함할 수 있다. 따라서, 후술하는 실시예에서는 광원 모듈(110)을 발광 다이오드 모듈(110)이라 칭하기로 한다.
앞서 설명된 바와 같이, 복수의 광원(111)은 반사 시트(120)의 후방에서 관통 홀(120a)을 통과하여 반사 시트(120)의 전방으로 돌출될 수 있다. 따라서, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 광원(111)과 기판(112)의 일부가 관통 홀(120a)을 통하여 반사 시트(120)의 전방을 향하여 노출될 수 있다.
광원(111)은 반사 시트(120)의 관통 홀(120a)에 의하여 정의되는 영역에 위치하는 전기적/기계적 구조물을 포함할 수 있다.
발광 다이오드 칩(190)은 별도의 패키징 없이 칩 온 보드(Chip On Board, COB) 방식으로 기판(112)에 직접 실장될 수 있다.
발광 다이오드 칩(190)은 플립 칩(flip chip) 타입으로 제작될 수 있다. 플립 칩 타입의 발광 다이오드는 반도체 소자인 발광 다이오드를 기판에 부착할 때, 금속 리드(와이어) 또는 볼 그리드 어레이(ball grid array, BGA) 등의 중간 매체를 이용하지 아니하고, 반도체 소자의 전극 패턴을 기판에 그대로 융착할 수 있다. 이와 같이, 금속 리드(와이어) 또는 볼 그리드 어레이가 생략됨으로써, 광원(111)의 소형화가 가능해 진다.
기판(112)에는 제어 어셈블리(50) 또는 전원 어셈블리(60)로부터 제공되는 전기적 신호나 전력을 발광 다이오드 칩(190)에 전달하기 위한 급전 선로(230)와 급전 패드(240)가 마련될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 기판(112)은 비전도성의 절연 층(insulation layer)(251)과 전도성의 전도 층(conduction layer)(252)이 교대로 적층되어 형성될 수 있다.
전도 층(252)에는 전력 또는 전기적 신호가 통과하는 선로 또는 패턴이 형성된다. 전도 층(252)은 전기 전도성을 가지는 다양한 소재로 구성될 수 있다. 예를 들어, 전도 층(252)은 구리(Cu) 또는 주석(Sn) 또는 알루미늄(Al) 또는 그 합금 등 다양한 금속 재질로 구성될 수 있다.
절연 층(251)의 유전체는 전도 층(252)의 선로 또는 패턴 사이를 절연시킬 수 있다. 절연 층(251)은 전기적 절연을 위한 유전체 예를 들어 FR-4로 구성될 수 있다.
급전 선로(230)는 전도 층(252)에 형성된 선로 또는 패턴에 의하여 구현될 수 있다. 급전 선로(230)는 급전 패드(240)를 통하여 발광 다이오드 칩(190)과 전기적으로 연결될 수 있다.
급전 패드(240)는 급전 선로(230)의 일 부분이 외부로 노출됨으로써 형성될 수 있다.
기판(112)의 최상층에는, 기판(112)을 외부 충격, 화학 작용(예를 들어, 부식 등), 또는 광학 작용에 의한 손상을 방지하거나 억제하기 위한 보호 층(protection layer)(253)이 형성될 수 있다. 일 예로, 보호 층(253)은 포토 솔더 레지스터(Photo Solder Resist, PSR)를 포함할 수 있다.
보호 층(253)은 급전 선로(230)가 외부로 노출되는 것을 차단하도록, 급전 선로(230)를 덮을 수 있다.
급전 선로(230)와 발광 다이오드 칩(190)과의 전기적 접촉을 위하여, 보호 층(253)에는 급전 선로(230)의 일부를 외부로 노출하는 윈도우가 형성될 수 있다. 보호 층(253)의 윈도우에 의하여 외부로 노출된 급전 선로(230)의 일부는 급전 패드(240)를 형성할 수 있다.
이 때, 플립 칩 타입의 발광 다이오드 칩(190)에 구비된 한 쌍의 전극(191a, 191b) 각각에 대응하는 한 쌍의 급전 패드(240)가 마련될 수 있다.
급전 패드(240)와 발광 다이오드 칩(190)의 (191a, 191b)은 솔더링(soldering)에 의해 전기적으로 접촉될 수 있고, 급전 선로(230)와 급전 패드(240)을 통하여 발광 다이오드 칩(190)에 전원이 공급될 수 있다. 전원이 공급되면 발광 다이오드 칩(190)은 광을 방출할 수 있다. 솔더링에 관련된 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
광학 돔(180)은 발광 다이오드 칩(190)을 커버하는 형태로 마련될 수 있다. 광학 돔(180)은 외부의 기계적 작용 또는 외부의 화학 작용에 의한 발광 다이오드 칩(190)의 손상 등을 방지 또는 억제할 수 있다. 또한, 광학 돔(180)은 외부 충격에 의해 발광 다이오드 칩(190)이 기판(112)으로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 광학 돔(180)은 인덱스 매칭을 통해 발광 다이오드 칩(190)의 출광 효율을 증가시킬 수 있다. 구체적으로, 투명 기판(195)과 공기와의 굴절률 차이로 인해 투명 기판(195)으로 방출된 광이 외부로 출광되지 않을 수 있다. 광학 돔(180)은 투명 기판(195)과 공기 사이의 굴절률 차이를 줄임으로써 발광 다이오드 칩(190)에서 방출되는 광이 투명 기판(195)과 광학 돔(180)을 거쳐 외부로 출광되도록 한다.
또한, 광학 돔(180)은 외부의 전기적 작용으로부터 발광 다이오드 칩(190)을 보호할 수 있다. 예를 들어, 정전기 방전에 의하여 발생된 전하(charge)는 광학 돔(180)을 통과하지 못하며, 광학 돔(180)의 외면을 따라 흐를 수 있다.
광학 돔(180)은 예를 들어 구(sphere)를 절단한 돔 형상을 가지거나 또는 반구 형상을 가질 수 있다. 광학 돔(180)의 수직 단면은 예를 들어 활꼴이거나 또는 반원 형상일 수 있다.
광학 돔(180)은 외부의 자극으로부터 발광 다이오드 칩(190)을 보호할 수 있는 보호 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 보호 물질은 열경화성 투명 수지를 포함할 수 있다. 또한, 열경화성 투명 수지는, 실리콘 및 에폭시 수지를 포함하는 그룹에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 보호 물질을 이용하여 광학 돔(180)을 형성하는 방식에 대해서는 후술하기로 한다.
광학 돔(180)은 광학적으로 투명하거나 또는 반투명할 수 있다. 발광 다이오드 칩(190)로부터 방출된 광은 광학 돔(180)을 통과하여 외부로 방출될 수 있다.
이때, 돔 형상의 광학 돔(180)은 렌즈와 같이 광을 굴절시킬 수 있다. 발광 다이오드 칩(190)으로부터 방출된 광은, 광학 돔(180)에 의하여 굴절됨으로써, 분산될 수 있다.
이처럼, 광학 돔(180)은 발광 다이오드 칩(190)을 외부의 기계적 작용, 화학적 작용 또는 전기적 작용으로부터 보호할 뿐만 아니라, 발광 다이오드 칩(190)으로부터 방출된 광을 분산시킬 수 있다.
도 8은 발광 다이오드 칩의 구조를 나타낸 측단면도이다.
도 8을 참조하면, 발광 다이오드 칩(190)은 투명 기판(195)과, n형 반도체 층 (193)과, p형 반도체 층(192)을 포함할 수 있다. 또한, 발광 다이오드 칩(190)에는, p형 반도체층(192)과 n형 반도체층(193)에 각각 전공과 전자를 공급하기 위한 한 쌍의 전극(191a, 191b)이 마련된다. 또한, n형 반도체 층(193)과 p형 반도체 층(192)사이에는 다중 양자 우물(Multi Quantum Wells, MQW) 층(194)이 형성된다.
투명 기판(195)은 광을 방출할 수 있는 pn접합의 기저(base)가 될 수 있다. 투명 기판(195)은 예를 들어 반도체 층(193, 192)과 결정 구조가 유사한 사파이어(Al2O3)를 포함할 수 있다. 다만, 투명 기판(195)의 종류가 이에 제한되는 것은 아니고, 실리콘 기판, GaN 기판 등 반도체 단결정 성장용으로 제공되는 다양한 종류의 기판이 투명 기판(195)으로 채용될 수 있다.
n형 반도체 층(193)과 p형 반도체 층(192)이 접합됨으로써, pn 접합이 구현될 수 있다. n형 반도체 층(193)과 p형 반도체 층(192) 사이에는 공핍 층(depletion region)이 형성될 수 있다. 공핍 층에서 n형 반도체 층(193)의 전자와 p형 반도체 층(192)의 정공이 재결합할 수 있다. 전자와 정공의 재결합에 의하여 광이 방출될 수 있다.
n형 반도체 층(193)은 예를 들어 n형 질화갈륨(n-type GaN)을 포함할 수 있다. 또한, p형 반도체 층(192) 역시 예를 들어, p형 질화갈륨(p-type GaN)을 포함할 수 있다. 질화갈륨(GaN)의 에너지 밴드 갭은 대략 400nm 보다 짧은 파장의 광을 방출할 수 있는 3.4eV (electronvolt) 이다. 따라서, n형 반도체 층(193)과 p형 반도체 층(192)의 접합에서, 청색 광(deep blue) 또는 자외선이 방출될 수 있다.
n형 반도체 층(193)과 p형 반도체 층(192)은 질화갈륨에 한정되지 아니하며, 필요한 광에 따라 다양한 반도체 재료가 이용될 수 있다.
발광 다이오드 칩(190)의 제1 전극(191a)은 p형 반도체 층(192)과 전기적으로 접촉되며, 제2 전극(191b)은 n형 반도체 층(193)과 전기적으로 접촉된다. 제1 전극(191a)과 제2 전극(191b)은 전극으로 기능할 뿐만 아니라 광을 반사하는 반사체로써 기능할 수 있다.
발광 다이오드 칩(190)에 전압이 인가되면, 제1 전극(191a)을 통하여 p형 반도체 층(192)에 전공이 공급되고, 제2 전극(191b)을 통하여 n형 반도체 층(193)에 전자가 공급될 수 있다.
전자와 정공은 p형 반도체 층(192)와 n형 반도체 층(193)의 사이에 형성되는 공핍 층에서 재결합할 수 있다. 이 때, 전자와 정공이 재결합하는 중에 전자와 정공의 에너지(예를 들어, 운동 에너지 및 위치 에너지)는 광 에너지로 변환될 수 있다. 다시 말해, 전자와 정공이 재결합하면, 광이 방출될 수 있다.
이때, 양자 우물 층(194)의 에너지 갭(energy band gap)은 p형 반도체 층(192) 및/또는 n형 반도체 층(193)의 에너지 갭보다 작다. 이로 인해, 정공과 전자는 각각 양자 우물 층(194)에 포획될 수 있다.
양자 우물 층(194)에 포획된 정공과 전자는 양자 우물 층(194)에서 서로 쉽게 재결합할 수 있다. 이로 인해, 발광 다이오드 칩(190)의 광 생성 효율이 향상될 수 있다.
양자 우물 층(194)에서는, 양자 우물 층(194)의 에너지 갭에 대응하는 파장을 가지는 광이 방출될 수 있다. 예를 들어, 양자 우물 층(194)에서는, 420nm 내지 480nm 사이의 청색 광이 방출될 수 있다.
전자와 정공의 재결합에 의하여 생성된 광은 특정한 방향으로 방출되는 것이 아니며 도 8에 도시된 바와 같이 광은 사방으로 방출될 수 있다. 다만, 통상으로 양자 우물 층(194)과 같이 면에서 방출되는 광의 경우, 발광 면과 수직한 방향으로 방출되는 광의 세기가 가장 크고 발광 면과 평행한 방향으로 방출되는 광의 세기가 가장 작다.
투명 기판(195)의 외측(도면 상으로 투명 기판의 상부)에는 제1 반사 층(196)이 마련될 수 있다. 또한, p형 반도체 층(192)의 외측(도면 상으로 p형 반도체 층의 하부)에는 제2 반사 층(197)이 마련될 수 있다. 즉, 투명 기판(195), n형 반도체 층(193), 양자 우물 층(194) 및 p형 반도체 층(192)은 제1 반사 층(196)과 제2 반사 층(197) 사이에 배치될 수 있다.
제1 반사 층(196)과 제2 반사 층(197)은 각각 입사된 광의 어느 일부를 반사시키고, 입사된 광의 다른 일부를 통과시킬 수 있다.
예를 들어, 제1 반사 층(196)과 제2 반사 층(197)은 특정한 파장 범위에 포함된 파장을 가지는 가지는 광을 반사시키고, 특정한 파장 범위를 벗어난 파장을 가지는 광을 통과시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 반사 층(196)과 제2 반사 층(197)은 양자 우물 층(194)에서 방출되는 420nm 내지 480nm 사이의 파장을 가지는 청색 광을 반사시킬 수 있다.
또한, 제1 반사 층(196)과 제2 반사 층(197)은 특정한 입사 각을 가지는 입사 광을 반사시키고, 특정한 입사 각을 벗어난 광을 통과시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 반사 층(196)은 작은 입사 각으로 입사되는 광을 반사시키고 큰 입사각으로 입사되는 광을 통과시킬 수 있다. 또한, 제2 반사 층(197)은 작은 입사 각으로 입사되는 광을 반사 또는 통과시키고 큰 입사각으로 입사되는 광을 반사시킬 수 있다. 여기서, 입사되는 광은 420nm 내지 480nm 사이의 파장을 가지는 청색 광일 수 있다.
제1반사 층(196)과 제2반사 층(197)은 굴절률이 상이한 물질을 적층함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1반사 층(196)과 제2반사 층(197)은 분산 브래그 반사체(Distributed Bragg Reflector, DBR)를 포함할 수 있다.
이하, 일 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈의 제조 방법 및 제조 시스템에 대해 설명한다. 일 실시예에 따른 제조 방법 및 제조 시스템에 의해 제조되는 발광 다이오드 모듈은 전술한 발광 다이오드 모듈(110)일 수 있다. 즉, 기판(112) 상에 광원(111)을 실장함으로써 발광 다이오드 모듈(110)을 제조할 수 있고, 광원(111)은 발광 다이오드 칩(190)과 이를 둘러싸는 광학 돔(180)을 포함한다.
일 실시예에 따른 제조 방법 및 제조 시스템에 의해 제조되는 발광 다이오드 모듈(110)은, 전술한 바와 같이 디스플레이 장치(10)의 백라이트 유닛(100)에 포함될 수 있다. 이 때, 발광 다이오드 모듈(110)은 평판 타입일 수도 있고, 바 타입일 수도 있다. 그러나, 이는 발광 다이오드 모듈(110)의 사용 예시에 불과하고, 디스플레이 장치(10)의 백라이트 유닛 외에 다른 용도로도 사용될 수 있다.
일 실시예에 따른 제조 방법 및 제조 시스템에 의해 제조되는 발광 다이오드 모듈(110)의 용도에 대해서는 제한을 두지 않으나, 후술하는 실시예에서는 구체적인 설명을 위해 발광 다이오드 모듈(110)이 디스플레이 장치(10)의 백라이트 유닛에 사용되는 경우를 예로 들어 설명한다.
도 9는 일 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈의 제조 방법에 관한 순서도이고, 도 10은 일 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈을 제조하기 위한 제조 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 9를 참조하면, 일 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈의 제조 방법은, 기판의 표면에 발광 다이오드 칩을 실장하는 단계(310), 기판의 표면에 실장된 발광 다이오드 칩에 보호 물질을 분사하는 단계(320) 및 리플로우(reflow) 공정에 의해, 발광 다이오드 칩에 분사된 보호 물질을 경화시키는 단계(330)를 포함한다.
여기서, 기판은 발광 다이오드 칩(190)에 전력을 공급하기 위한 급전 선로(230) 및 급전 선로(230)와 발광 다이오드 칩(190)의 전기적 연결을 위한 급전 패드(240)가 형성된 기판(112)으로서, 일 예로 인쇄 회로 기판일 수 있다.
기판(112)의 표면에 발광 다이오드 칩(190)을 실장하기 위해, 표면 실장 기술(Surface Mount Technology)이 적용될 수 있다. 표면 실장 기술은 부품을 기판의 표면에 직접 장착하는 기술로서, 도 10에 도시된 바와 같은 표면 실장 장치(410)에 의해 구현될 수 있다.
도 10을 참조하면, 일 실시예에 따른 제조 시스템은, 표면 실장 장치(410)와 분사 장치(420)를 포함한다.
표면 실장 장치(410)는 솔더링을 이용하여 기판(112)에 복수의 발광 다이오드 칩(190)을 실장할 수 있다.
분사 장치(420)는 기판(112)의 표면에 실장된 복수의 발광 다이오드 칩(190)에 보호 물질을 분사(dispense)할 수 있다. 전술한 바와 같이, 보호 물질은 실리콘 및 에폭시(epoxy) 수지를 포함하는 그룹에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
보호 물질을 분사하여 전술한 광학 돔(180)을 형성하는 경우, 분사 장치(420)는 발광 다이오드 칩(190)을 둘러싸도록 보호 물질을 분사할 수 있다.
실리콘 또는 에폭시 수지의 점도에 따라 광학 돔(180)의 형상이 달라질 수 있다. 예를 들어, 요변 지수(Thixotropic Index)가 대략 2.7 내지 3.3(바람직하게는 3.0)인 실리콘을 이용하여 광학 돔(180)을 제작하면, 돔의 밑면의 직경에 대한 돔의 높이의 비율(돔의 높이/밑면의 직경)을 나타내는 돔 비율(dome ratio)이 대략 0.25 내지 0.31(바람직하게는 0.28)인 광학 돔(180)이 형성될 수 있다. 요변 지수가 대략 2.7 내지 3.3(바람직하게는 3.0)인 실리콘으로 제작된 광학 돔(180)은 그 밑면의 직경이 대략 2.5mm 이고 그 높이가 대략 0.7mm일 수 있다.
따라서, 형성하고자 하는 광학 돔(180)의 형상을 고려하여 보호 물질을 선택할 수 있다.
그러나, 보호 물질의 종류가 실리콘이나 에폭시 수지에 한정되는 것은 아니고, 앞서 설명한 광학 돔(180)의 기능을 구현할 수 있는 물질이면 발광 다이오드 칩(190)에 분사되는 보호 물질이 될 수 있다.
한편, 발광 다이오드 칩(190)에 분사된 액상의 보호 물질이 경화되어야 전술한 광학 돔(180)이 형성될 수 있다. 보호 물질의 경화를 위해 오븐을 사용할 경우, 경화 시간이 오래 걸린다. 이 때문에 보호 물질이 분사된 다수의 기판(112)을 모아서 한번에 오븐에서 경화를 시키게 되는바, 이러한 과정은 전체 제조 공정을 복잡하게 만들고, 기판(112)에 따라 보호 물질이 분사된 시간에 차이가 있기 때문에 경화의 균일성이 저하된다.
따라서, 일 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈의 제조 방법에서는 리플로우 공정에 의해 보호 물질을 경화시킨다.
표면 실장 장치(410)가 기판(112)의 표면에 발광 다이오드 칩(190)을 실장할 때에도 리플로우 공정을 적용할 수 있다. 즉, 표면 실장 장치(410)는 리플로우 장비를 포함할 수 있고, 발광 다이오드 칩(190)의 실장 뿐만 아니라 발광 다이오드 칩(190)에 분사된 보호 물질의 경화 역시 표면 실장 장치(410)의 리플로우 장비를 이용하여 수행할 수 있다.
표면 실장 장치(410)에 의해 발광 다이오드 칩(190)이 표면에 실장된 기판(112)은 컨베이어 벨트(C)에 태워져 분사 장치(420)로 이송될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 분사 장치(420)에 의해 발광 다이오드 칩(190)에 보호 물질이 분사된 기판(112) 역시 컨베이어 벨트(C)에 태워져 분사 장치(420)로 이송될 수 있는바, 이 경우 보호 물질의 분사 이후 경화까지 소요되는 시간을 단축시키고 공정을 단순화할 수 있다.
여기서, 표면 실장 장치(410)에서 분사 장치(420)로 기판(112)을 이송하는 컨베이어 벨트(C)와 분사 장치(420)에서 표면 실장 장치(410)로 기판(112)을 이송하는 컨베이어 벨트(C)는 서로 별개의 것일 수도 있고, 제조 설비의 설계에 따라서는 동일한 것일 수도 있다.
이와 같이, 리플로우 공정을 이용하여 보호 물질을 경화시키게 되면, 오븐을 사용하는 경우처럼 여러 개의 기판을 모아서 경화시키지 않고 기판(112)에 보호 물질이 분사되는대로 리플로우 공정으로 넘어갈 수 있다.
따라서, 발광 다이오드 모듈의 제조 공정을 단순화하고 제조 시간을 단축시킬 수 있으며, 기판 별 보호 물질의 분사 시간 차이에 따른 경화의 불균일성 발생을 방지할 수 있다.
또한, 보호 물질의 경화에 소요되는 시간 자체도 단축시킬 수 있다.
또한, 보호 물질의 분사 이후 경화까지의 시간이 단축됨으로써 보호 물질을 원하는 형상으로 경화시킬 수 있는바, 전술한 바와 같이 반구 형상의 광학 돔(180)을 형성하는데 유리하다.
전술한 예시에서는 기판(112)에 발광 다이오드 칩(190)을 실장하는데 사용된 리플로우 장비와 발광 다이오드 칩(190)에 분사된 보호 물질을 경화시키는데 사용된 리플로우 장비가 동일한 것으로 설명하였으나, 발광 다이오드 모듈의 제조 방법의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 별도의 리플로우 장비를 사용하여 보호 물질을 경화시키는 것도 가능하다.
별도의 리플로우 장비를 사용하더라도 전술한 효과를 얻을 수 있다. 다만, 표면 실장 장치(410)에 마련된 리플로우 장비를 사용하여 보호 물질을 경화시킬 경우에는, 보호 물질의 경화를 위한 별도의 장비를 필요로 하지 않으므로 제조 시스템을 간소화하고 제조 설비 비용을 절감할 수 있게 된다. 후술하는 실시예에서는 표면 실장 장치(410)에 마련된 리플로우 장비를 사용하여 보호 물질을 경화시키는 경우를 예로 들어 설명한다.
도 11은 일 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈의 제조 방법에 있어서, 발광 다이오드 칩의 실장 과정을 구체화한 순서도이고, 도 12는 일 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈의 제조 시스템의 표면 실장 장치를 구체화한 블록도이다.
도 11을 참조하면, 기판의 표면에 발광 다이오드 칩을 실장하는 단계(310)는, 기판의 표면에 형성된 패드 상에 솔더를 형성하는 단계(311), 형성된 솔더 상에 발광 다이오드 칩을 배치시키는 단계(312) 및 리플로우 공정에 의해 솔더를 경화시키는 단계(313)를 포함할 수 있다.
도 12를 참조하면, 표면 실장 장치(410)는 기판(112)의 표면에 형성된 패드 상에 솔더를 형성하는 솔더 형성 장치(411), 형성된 솔더 상에 발광 다이오드 칩을 배치시키는 마운팅 장치(412) 및 리플로우 공정을 수행하는 리플로우 장치(413)를 포함할 수 있다.
솔더 형성 장치(411)는 기판(112)의 표면에 형성된 패드 상에 솔더 페이스트(solder paste)를 공급할 수 있다. 일 예로, 솔더 페이스트는 솔더 파우더와 플럭스를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 하나의 기판(112)에 복수의 발광 다이오드 칩(190)이 실장될 수 있다. 발광 다이오드 칩(190)과의 전기적 접촉을 위한 급전 패드(240)는 발광 다이오드 칩(190)의 개수에 대응하는 개수로 형성될 수 있다.
솔더 페이스트가 공급되는 패드는 급전 패드(240)를 포함한다. 즉, 발광 다이오드 칩(190)의 개수에 대응하는 개수의 급전 패드(240)에 크림 형태의 솔더 페이스트(241)가 도포될 수 있다.
솔더 형성 장치(411)는 솔더 페이스트를 스크린 인쇄하는 방식을 적용하여 패드 상에 솔더 페이스트를 공급할 수도 있고, 노즐에 의해 일정량의 솔더 페이스트를 토출시키는 디스펜싱(dispensing) 방식을 적용하여 패드 상에 솔더 페이스트를 공급할 수도 있다. 솔더 페이스트를 패드 상에 공급할 수만 있으면 되고, 그 방식에 대해서는 제한을 두지 않는다.
마운팅 장치(412)는 솔더가 형성된 패드 상에 발광 다이오드 칩(190)을 장착한다. 이 때, 발광 다이오드 칩(190)의 제1전극(191a)과 제2전극(191b)을 각각 그에 대응되는 급전 패드(240)의 위치에 맞게 정렬하여 배치할 수 있다. 예를 들어, 마운팅 장치(412)는 픽 앤 플레이스(pick and place) 장치에 의해 구현될 수 있다.
리플로우 장치(413)는 기판(112)의 패드와 발광 다이오드 칩(190) 사이의 솔더를 일정 온도까지 가열하여 용융시킨 후에 냉각하는 과정을 거쳐 경화시키는 리플로우 공정을 수행한다. 용융되었던 솔더가 경화되면서 발광 다이오드 칩(190)이 기판(112)의 패드와 접합되고 둘 사이의 전기적 접촉이 이루어지게 된다.
솔더의 경화에 사용되는 리플로우 공정과 보호 물질의 경화에 사용되는 리플로우 공정의 구별을 위해, 솔더의 경화에 사용되는 리플로우 공정은 제1리플로우 공정으로, 보호 물질의 경화에 사용되는 리플로우 공정은 제2리플로우 공정이라 지칭하기로 한다.
솔더 형성 장치(411), 마운팅 장치(412) 및 리플로우 장치(413) 사이의 기판(112)의 이송은 컨베이어 벨트(C)에 의해 이루어질 수 있다. 다만, 발광 다이오드 모듈의 제조 시스템의 실시예가 이에 한정되는 것은 아닌바, 제조 설비의 설계에 따라 컨베이어 벨트(C) 외에 다른 방식으로 기판(112)이 이송되는 것도 가능하다. 예를 들어, 기판(112)이 수동으로 이송되는 것도 가능하다.
리플로우 장치(413)에서 제1리플로우 공정에 의해 솔더링이 완료된 기판(112)은 분사 장치(420)로 이송된다. 전술한 바와 같이, 분사 장치(420)는 기판(112)에 실장된 발광 다이오드 칩(190)에 보호 물질을 분사한다.
발광 다이오드 칩(190)에 보호 물질이 분사된 기판(112)은 다시 리플로우 장치(413)로 이송된다. 리플로우 장치(413)는 제2리플로우 공정에 의해 보호 물질을 경화시킬 수 있고, 경화된 보호 물질은 기판(112)의 표면에 실장된 발광 다이오드 칩(190)을 둘러싸는 광학 돔(180)을 형성할 수 있다. 즉, 광학 돔(180)은 발광 다이오드 칩(190)에 보호 물질을 분사하는 단계와 분사된 보호 물질은 경화시키는 단계에 의해 형성될 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈의 제조 방법에 있어서, 제2리플로우 공정에 적용되는 온도 프로파일의 예시를 나타낸 그래프이다.
리플로우 공정에서의 가열 온도, 가열 시간, 냉각 온도 및 냉각 시간 등의 온도 프로파일은 경화 대상 물질에 따라 달라질 수 있다. 제1리플로우 공정에서의 경화 대상 물질과 제2리플로우 공정에서의 경화 대상 물질이 상이하다. 따라서, 제1리플로우 공정에서의 온도 프로파일과 제2리플로우 공정에서의 온도 프로파일은 서로 상이할 수 있다.
예를 들어, 제1리플로우 공정에서 용융점이 150℃인 솔더를 경화시키는 경우에는 150℃ 또는 그 이상의 온도까지 솔더를 가열할 수 있고, 용융점이 230℃인 솔더를 경화시키는 경우에는 230℃ 또는 그 이상의 온도까지 솔더를 가열할 수 있다.
또한, 제2리플로우 공정에서 실리콘을 경화시키는 경우에는 160 내지 200 ℃ 범위의 온도까지 실리콘을 가열할 수 있다.
도 13의 그래프는 제2리플로우 공정에 의해 실리콘을 경화시키면서 작성한 온도 프로파일을 나타낸다.
도 13을 참조하면, 180℃ 부근의 온도까지 실리콘을 가열하고, 일정 시간 해당 온도를 유지한 후 냉각시킬 수 있다. 경화에 소요되는 시간은 10분 이내임을 확인할 수 있다. 오븐을 사용하는 경우에는 경화에 수 시간이 소요되는 바, 리플로우 공정을 사용함으로써 경화에 소요되는 시간도 단축시킬 수 있다.
지금까지 설명한 발광 다이오드 모듈의 제조 방법 및 발광 다이오드 모듈의 제조 시스템에 의하면, 발광 다이오드 칩에 분사된 보호 물질을 리플로우 공정에 의해 경화시킴으로써, 제조 공정의 복잡도를 줄일 수 있고 전체 제조 시간 뿐만 아니라 보호 물질의 경화에 소요되는 시간 자체도 단축시킬 수 있다.
또한, 보호 물질이 분사된 기판은 바로 리플로우 공정에 의해 경화가 시작되므로, 기판 간에 경화의 불균일성을 해소할 수 있고 원하는 형상으로 보호 물질을 경화시킬 수 있다.
또한, 기판에 발광 다이오드 칩을 실장하는데 사용된 리플로우 장치를 사용하여 보호 물질을 경화시키게 되면, 제조 설비의 간소화 및 비용의 절감도 도모할 수 있다.
이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 게시된 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 게시된 실시예의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
10: 디스플레이 장치 11: 본체
12: 스크린 20: 액정 패널
30: 패널 드라이버 50: 제어 어셈블리
60: 전원 어셈블리 100: 백라이트 유닛
110: 광원 모듈 111: 광원
112: 기판 120: 반사 시트
120a: 관통 홀 130: 확산판
240: 급전 패드 230: 급전 선로
180: 광학 돔 190: 발광 다이오드
191a: 제1 전극 191b: 제2 전극
192: p형 반도체 층 193: n형 반도체 층
194: 양자 우물 층 195: 투명 기판

Claims (16)

  1. 기판의 표면에 발광 다이오드 칩을 실장하는 단계;
    상기 기판의 표면에 실장된 발광 다이오드 칩에 보호 물질을 분사하는 단계; 및
    제2리플로우(reflow) 공정에 의해, 상기 발광 다이오드 칩에 분사된 보호 물질을 경화시키는 단계;를 포함하고,
    상기 복수의 발광 다이오드 칩을 실장하는 단계는,
    상기 기판의 표면에 형성된 패드 상에 솔더를 형성하는 단계;
    상기 형성된 솔더 상에 상기 발광 다이오드 칩을 배치시키는 단계; 및
    제1리플로우 공정에 의해, 상기 솔더를 경화시키는 단계를 포함하는 발광 다이오드 모듈의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보호 물질을 경화시키는 단계는,
    상기 솔더를 경화시키기 위해 사용한 리플로우 장치를 사용하여 상기 제1리플로우 공정을 수행하는 발광 다이오드 모듈의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보호 물질을 경화시키는 단계는,
    상기 발광 다이오드 칩에 보호 물질이 분사된 기판을 컨베이어 벨트에 의해, 상기 보호 물질을 분사하는 분사 장치에서 상기 리플로우 장치로 이송하는 단계;를 더 포함하는 발광 다이오드 모듈의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보호 물질은,
    열경화성 투명 수지를 포함하는 발광 다이오드 모듈의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보호 물질을 분사하는 단계는,
    상기 보호 물질이 상기 발광 다이오드 칩을 둘러싸도록 분사하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 모듈의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기판의 표면에 실장된 발광 다이오드 칩을 둘러싸는 광학 돔을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 광학 돔을 형성하는 단계는,
    상기 보호 물질을 분사하는 단계; 및
    상기 보호 물질을 경화시키는 단계;를 포함하는 발광 다이오드 모듈의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 광학 돔은,
    상기 발광 다이오드 칩으로부터 방출되는 광을 분산시키는 발광 다이오드 모듈의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩은,
    플립칩(flip chip) 발광 다이오드; 및
    상기 플립칩 발광 다이오드의 발광면 상에 배치되는 반사체;를 포함하는 발광 다이오드 모듈의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 보호 물질을 경화시키는 단계는,
    상기 제2리플로우 공정에 의해 160 내지 200 ℃ 범위의 온도까지 상기 보호 물질을 가열하는 것을 포함하는 발광 다이오드 모듈의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 솔더를 경화시키는 단계는,
    상기 제1리플로우 공정에 의해 230 내지 270 ℃ 범위의 온도까지 상기 솔더를 가열하는 것을 포함하는 발광 다이오드 모듈의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기판은,
    평면 기판 및 바(bar) 타입의 기판 중 적어도 하나를 포함하는 발광 다이오드 모듈의 제조 방법.
  12. 기판의 표면에 발광 다이오드 칩을 실장하는 표면 실장 장치; 및
    상기 기판의 표면에 실장된 발광 다이오드 칩에 보호 물질을 분사하는 분사 장치;를 포함하고,
    상기 표면 실장 장치는,
    상기 기판의 표면에 형성된 패드 상에 솔더를 형성하는 프린팅 장치;
    상기 형성된 솔더 상에 상기 발광 다이오드 칩을 배치시키는 마운팅 장치; 및
    제1리플로우 공정에 의해, 상기 솔더를 경화시키는 리플로우 장치;를 포함하고,
    상기 리플로우 장치는,
    제2리플로우 공정에 의해, 상기 발광 다이오드 칩에 분사된 보호 물질을 경화시키는 발광 다이오드 모듈의 제조 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 보호 물질은,
    열경화성 투명 수지를 포함하는 발광 다이오드 모듈의 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 분사 장치는,
    상기 보호 물질이 상기 발광 다이오드 칩을 둘러싸도록 분사하는 발광 다이오드 모듈의 제조 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 리플로우 장치는,
    상기 발광 다이오드 칩에 분사된 보호 물질을 경화시켜 광학 돔을 형성하는 발광 다이오드 모듈의 제조 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 광학 돔은,
    상기 발광 다이오드 칩으로부터 방출되는 광을 분산시키는 발광 다이오드 모듈의 제조 시스템.
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