KR101863868B1 - 발광소자 모듈 및 이를 포함하는 조명시스템 - Google Patents

발광소자 모듈 및 이를 포함하는 조명시스템 Download PDF

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Abstract

실시예는 캐비티를 이루는 열전달 부재; 상기 캐비티의 바닥면에서 상기 열전달 부재의 적어도 일부가 노출되도록 패터닝된 절연층; 상기 절연층을 사이에 두고 상기 열전달 부재 상에 위치하며, 서로 전기적으로 분리된 제1 도전층과 제2 도전층; 및 상기 캐비티의 바닥면에서 상기 열전달 부재 상에 위치하며, 상기 제1 도전층 및 제2 도전층과 각각 전기적으로 연결되는 발광소자를 포함하고, 상기 절연층은 상기 캐비티의 외부에서 일부 노출된 발광소자 모듈를 제공한다.

Description

발광소자 모듈 및 이를 포함하는 조명시스템{LIGHT EMITTING DEVICE MODULE AND ILLUMINATION SYSTEM INCLUDING THE SAME}
실시예는 발광소자 모듈과 이를 포함하는 조명시스템에 관한 것이다.
반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광다이오드(Lighit Emitting Diode; LED)나 레이저 다이오드(Laser Diode; LD)와 같은 발광 소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
따라서, 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.
조명 장치나 표시 장치에는, 발광소자가 패키지 몸체에 실장되어 전기적으로 연결된 발광소자 패키지가 널리 사용되고 있다.
실시예는 발광소자 모듈의 방열특성을 향상시키고, 캐비티 내부의 소자 안정성을 향상시키고자 한다.
실시예는 캐비티를 이루는 열전달 부재; 상기 캐비티의 바닥면에서 상기 열전달 부재의 적어도 일부가 노출되도록 패터닝된 절연층; 상기 절연층을 사이에 두고 상기 열전달 부재 상에 위치하며, 서로 전기적으로 분리된 제1 도전층과 제2 도전층; 및 상기 캐비티의 바닥면에서 상기 열전달 부재 상에 위치하며, 상기 제1 도전층 및 제2 도전층과 각각 전기적으로 연결되는 발광소자를 포함하고, 상기 절연층은 상기 캐비티의 외부에서 일부 노출된 발광소자 모듈를 제공한다.
다른 실시예는 캐비티를 이루는 열전달 부재; 상기 캐비티의 바닥면에서 상기 열전달 부재의 적어도 일부가 노출되도록 패터닝된 절연층; 상기 절연층을 사이에 두고 상기 열전달 부재 상에 위치하며, 서로 전기적으로 분리된 제1 도전층과 제2 도전층; 및 상기 캐비티의 바닥면에서 상기 열전달 부재 상에 위치하며, 상기 제1 도전층 및 제2 도전층과 각각 전기적으로 연결되는 발광소자를 포함하고, 상기 제1 도전층과 제2 도전층의 양단에 오픈영역을 가지는 발광소자 모듈을 제공한다.
절연층은 폴리이미드(polyimide)를 포함할 수 있다.
절연층은 적어도 5 마이크로 미터의 두께를 가질 수 있다.
발광소자는 접착제로 상기 열전달 부재 상에 고정될 수 있다.
열전달 부재는 구리 또는 알루미늄을 포함할 수 있다.
캐비티의 내부에서 상기 제1 도전층과 제2 도전층 위에 형성된 반사층을 포함할 수 있다.
절연층의 노출된 폭은 10~50 마이크로 미터일 수 있다.
발광소자 모듈은 제1 도전층과 제2 도전층 위에서 상기 제1 도전층 및 제2 도전층과 접착제로 각각 전기적으로 연결되는 회로기판을 더 포함하고, 상기 절연층은 상기 도전성 접착제의 인입을 차단할 수 있다.
오픈 영역의 폭은 10~50 마이크로 미터일 수 있다.
오픈 영역은 직선, 곡선 중 적어도 어느 하나의 형상을 가질 수 있다.
오픈영역은 적어도 두 개의 서로 다른 선상에 직선, 곡선 중 적어도 하나의 형상을 가지며, 상기 제1 도전층 및 제2 도전층 각각에 있어서 상기 오픈영역을 중심으로 나뉘는 양측 영역은 상기 서로 다른 선상에 각각 위치하는 적어도 하나의 연결부를 통해서 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
서로 다른 선상에 각각 위치하는 연결부는 서로 공간적으로 중첩하지 않을 수 있다.
서로 다른 선상의 오픈 영역은 동일한 패턴을 가질 수 있다.
하나의 캐비티에는 적어도 2개의 발광소자가 배치되고, 상기 각각의 발광소자는 서로 와이어 본딩되고, 가장 자리의 발광소자는 상기 제1 도전층 또는 제2 도전층과 와이어 본딩될 수 있다.
캐비티 내에서 단축 방향으로 상기 열전달 부재가 노출될 수 있다.
다른 실시예는 상술한 발광소자 모듈이 배치된 조명시스템을 제공한다.
실시예에 따른 발광소자 모듈은 방열특성이 향상되고, 캐비티 내부의 발광소자의 안정성도 향상된다.
도 1a 및 도 1b는 발광소자 모듈의 제1 실시예와 제2 실시예를 나타낸 도면이고,
도 2 내지 도 5는 발광소자 모듈에서 노출된 절연층의 패턴들을 나타내는 도면이고,
도 6은 도 1의 'A' 부분의 확대도이고,
도 7은 발광소자 모듈의 제3 실시예의 사시도이고,
도 8a 내지 도 8g는 도 1a의 발광소자 모듈의 제조방법의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 9는 발광소자 모듈의 제4 실시예를 나타낸 도면이고,
도 10a 내지 도 10e와, 도 11은 발광소자 모듈의 제5 실시예와 그 제조방법을 나타낸 도면이고,
도 12는 발광소자 모듈의 제6 실시예를 나타낸 도면이고,
도 13은 발광소자 모듈의 제7 실시예를 나타낸 도면이고,
도 14와 도 15는 발광소자 모듈 어레이의 일실시예들을 나타낸 도면이고,
도 16은 도 14의 발광소자 모듈 어레이의 일부의 확대도이고,
도 17은 도 16의 'A-A''방향과 'B-B''방향의 단면도이고,
도 18a 및 도 18b는 발광소자 모듈의 제8 실시예의 평면도와 단면도이고,
도 18c 및 도 18d는 발광소자 모듈의 제9 실시예의 평면도와 단면도이고,
도 19는 발광소자 모듈의 제10 실시예를 나타낸 도면이고,
도 20은 발광소자 모듈의 제11 실시예를 나타낸 도면이고,
도 21은 발광소자 모듈을 포함하는 조명장치의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 22는 발광소자 모듈을 포함하는 표시장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1a 및 도 1b는 발광소자 모듈의 제1 실시예와 제2 실시예를 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 발광소자 모듈은 발광소자(240)가 열전달 부재(210)에 형성된 캐비티(cavity) 내에 배치되어 있다. 발광소자(240)는 수직형 발광소자와 수평형 발광소자 및 플립칩 형의 발광소자 등이 모두 배치될 수 있다. 그리고, 열전달 부재(210)는 열전도성이 뛰어난 물질이 사용될 수 있으며, 일예로서 구리(Cu)나 알루미늄이 사용될 수 있다.
그리고, 상기 열전달 부재(210)에 형성된 캐비티의 바닥면에 발광소자(240)가 배치될 수 있고, 상기 캐비티의 측벽은 수직하게 형성될 수 있다. 본 실시예에서 상기 캐비티의 측벽은 도면을 기준으로 위로 갈수록 폭이 넓어져서 캐비티의 폭이 점차 증가하고 있다.
그리고, 캐비티를 이루는 열전달 부재(210)가 날카롭게 각도를 가지고 꺽이고 있으나, 도 9 등과 같이 유선형으로 꺽일 수도 있다.
상기 열전달 부재(210) 상에는 절연층(220)이 형성되는데, 상기 절연층(220)은 일예로서 폴리이미드로 이루어질 수 있다. 상기 절연층(220)은 상기 캐비티의 바닥면에서 상기 열전달 부재(210)의 적어도 일부가 노출되도록 패터닝될 수 있다. 즉, 상기 절연층(220)을 이루는 물질은 상기 캐비티의 바닥면의 적어도 일부에는 형성되지 않을 수 있다.
그리고, 상기 절연층(220)을 사이에 두고 제1 도전층과 제2 도전층(230)이 형성되는데, 후술하는 바와 같이 제1,2 도전층(230)은 발광소자(240)에 전류를 공급하므로 절연층(220)에 의하여 상기 열전달 부재(210)와 전기적으로 차단될 수 있다.
즉, 상기 제1,2 도전층(230)은 상기 절연층(220)과 동일한 형상으로 구비될 수 있으나, 후술하는 바와 같이 회로기판(270)과 인접한 영역에서 상기 제1,2 도전층(230)의 일부에 오픈 영역이 형성되어 상기 절연층(220)의 일부가 노출될 수 있다. 그리고, 상기 제1,2 도전층(230)은 구리를 포함하는 동박 등으로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 발광소자(240)는 상기 제1,2 도전층(230)과 전기적으로 연결되는데, 일 예로써 와이어(250) 본딩된 실시예가 도시되어 있다. 그리고, 상기 캐비티에는 수지층(260)이 채워져서 상기 발광소자(240)와 와이어(250)를 보호할 수 있다. 이때, 상기 수지층(260) 내에는 형광체가 포함되어, 상기 발광소자(240)에서 방출되는 빛의 파장을 변화시킬 수 있다.
그리고, 상기 열전달 부재(210)는 캐비티의 외곽의 상부에서 수평하게 배치되는데, 상기 수평하게 배치되는 열전달 부재(210) 상에 절연층(220)과 제1,2 도전층(230)을 사이에 두고 회로기판(270)이 연결된다.
상기 회로기판(270)은 도전성 접착제(280)을 통하여 상기 제1,2 도전층(230)과 결합할 수 있다. 그리고, 회로기판(270)은 인쇄회로기판(Printed Circuit Board)으로 이루어지거나, MPCB 또는 MCPCB 등의 금속 PCB일 수 있다.
그리고, 도 1a의 'A' 부분에 도시된 바와 같이 상기 캐비티와 상기 회로기판 사이(270)의 영역에서 상기 절연층(220)의 일부가 노출되고 있다. 즉, 상술한 바와 같이 상기 영역에서 상기 제1,2 도전층(230)의 일부가 형성되지 않고 오픈되어 절연층(220)이 노출되고 있다. 이때, 상기 노출된 절연층(220) 상에는 상기 도전성 접착제(280)도 형성되지 않을 수 있다.
도 1b에 도시된 실시예에서 캐비티 내의 제1,2 도전층(230) 위에 반사층(235)이 형성되어 있다. 반사층(235)은 발광소자(240)로부터 방출된 빛을 반사하여 상기 캐비티 외부로 전달하기 위한 물질이고, 은(Ag) 등이 코팅될 수 있다.
그리고, 열전달 부재(210)가 접착층(110)을 통하여 기판(100)과 겹합될 수 있다. 상기 기판(100)은 발광소자 모듈의 몸체로 작용할 수 있으며, 금속으로 이루어지면 백라이트 유닛에서 광원 모듈을 지지하는 브라켓(bracket)으로 작용할 수 있다.
상기 접착층(110)은 열전도율이 뛰어나고, 상기 기판(100)과 열전달 부재(210)를 결합할 수 있다. 그리고, 발광소자(240)에서 방출되는 열이 열전달 부재(210)를 통하여, 브라켓 등의 기판(100)으로 직접 전달되어 백라이트 유닛이나 조명 장치 등에서 PPA 수지 등을 사용하지 않아서 열방출 효율이 향상될 수 있다.
도 2 내지 도 5는 발광소자 모듈에서 노출된 절연층의 패턴들을 나타내는 도면이고, 도 6은 도 1의 'A' 부분의 확대도이다.
도시된 바와 같이, 절연층(220)은 회로기판(270)과 캐비티 사이의 영역에서 일부가 노출되어 있다. 단, 발광소자(240)와 회로기판(270)을 전기적으로 연결시키기 위하여, 도시된 바와 같이 상기 노출된 절연층(220)의 양측에서 상기 제1 도전층 또는 제2 도전층(230)은 전기적으로 연결되고 있다.
상기 절연층(220)은 상기 회로기판(270)과 인접한 영역에서 적어도 하나의 라인으로 배치될 수 있는데, 상기 라인의 일부 영역 위에 상기 제1 도전층과 제2 도전층 중 적어도 하나가 상기 절연층(220) 위에 형성되어, 상기 발광소자(240)와 회로기판(270)을 전기적으로 연결시키고 있다.
즉, 도 2 내지 도 5에 도시된 실시예에서 노출된 절연층(220)의 형상의 일부 위에 제1 도전층 또는 제2 도전층(230)이 형성되고 있다.
도 2에서는 하나의 라인 타입으로 절연층(220)이 노출되고, 도 3에서는 2개의 라인 타입으로 절연층(220)이 노출되고, 도 4에서는 소정 각도로 꺽인 2개의 라인 타입으로 절연층(220)이 노출되고, 도 5에서는 3개의 라인 타입으로 절연층(220)이 노출되고 있다.
상술한 구조로 절연층(220)이 노출되며, 상기 제1,2 도전층(230)과 회로기판(270)의 접합 공정에서, 도전성 접착제(280)의 일부가 오버플로우(overflow)하여 상기 캐비티 내로 침입하는 것을 방지할 수 있다.
이때, 절연층(220) 중 노출된 부분의 폭(도 2의 d)은 10 내지 50 마이크로 미터일 수 있는데, 폭이 너무 좁으면 도전성 접착제(280)의 차단에 충분하지 않고, 폭이 너무 크면 발광소자 패키지 내지 모듈의 설계에 비효율적일 수 있다.
즉, 도전성 접착제(280)의 일부가 상기 제1,2 도전층(230)의 위에서 흘러서 상기 캐비티 내부로 흘러서, 수지층(260) 등의 변색 및 발광소자(240)에서 방출된 빛의 휘도 저하 또는 색감 변화를 유발할 가능성이 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 절연층(220)의 일부가 노출되어 상기 도전성 접착제(280)를 차단할 수 있으며, 상기 절연층(220) 표면으로 상기 도전성 접착제(280)가 잘 전달되지 않기 때문이다.그리고, 상술한 바와 같이 발광소자(240)와 회로기판(270)의 전기적 연결을 위하여 상기 절연층(220)의 노출 영역에서 제1 도전층 또는 제2 도전층(230)의 일부가 형성되고 있다.
도 2에서 절연층(220)이 직선 형상으로 노출되고 있으며, 상기 노출된 절연층(220)의 양측 영역(제1,2 영역)에서의 제1 도전층 또는 제2 도전층(230)이 서로 전기적으로 연결되고 있다. 이러한 전기적 연결을 위하여, 상기 노출된 절연층(220)의 직선 형상의 일부 위에 제1 도전층 또는 제2 도전층이 230a 및 230b와 같이 형성되고 있다.
또한, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 상기 절연층(220)을 2개 이상의 라인으로 노출하고, 각각의 라인에서의 상기 절연층(220)의 노출 패턴을 달리하면, 상술한 도전성 접착제(280)의 차단 효과를 크게 할 수 있다.도 3에서 2개의 라인 타입으로 노출된 절연층(220) 위에서 제1 도전층 또는 제2 도전층(230)이 일부 영역에 형성되어 있되, 각각의 라인 위의 제1 도전층 또는 제2 도전층(230)은 서로 대응되지 않고 있다. 그리고, 각각의 라인 위에서 상기 제1 도전층 또는 제2 도전층(230)은, 상기 라인 형상의 절연층(220)의 서로 다른 끝단에 형성되고 있다.
즉, 제1,2 도전층(230) 상의 오픈영역은 적어도 두 개의 서로 다른 선상에 직선, 곡선 중 적어도 하나의 형상을 가지는데, 상기 제1,2 도전층(230) 각각에서 상기 오픈영역을 중심으로 나뉘는 양측 영역(도 2의 경우 1영역과 2영역)은 상기 서로 다른 선상에 각각 위치하는 적어도 하나의 연결부를 통해서 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
따라서, 상기 서로 다른 라인 상의 연결부가 서로 공간적으로 중첩하거나 대응되지 않으므로, 하나의 라인에서 도전성 접착제(280)가 상기 절연층(220)의 사이로 침투하더라도 다른 라인을 통과하기는 어렵다.
상기 절연층(220)이 노출되어 이루는 라인 형상은 직선 외에 도 4b에 도시된 바와 같이 곡선을 이룰 수도 있으며, 이때 서로 다른 선상의 오픈 영역은 동일한 패턴을 가질 수 있다.
도 7은 발광소자 모듈의 제3 실시예의 사시도이다.
본 실시예는 캐비티 내에 2개의 발광소자(240)가 배치되어 있다. 그리고, 각각의 발광소자(240) 상의 2개의 전극 패드(242, 244)에서 각각 와이어가 연결되고 있다. 그리고, 2개의 발광소자(240)는 와이어를 통하여 제1,2 도전층(230)과 연결되고, 각각의 발광소자(240)는 아일랜드 타입의 제3 도전층(258)을 통하여 서로 전기적으로 연결되고 있다.
그리고, 각각의 발광소자(240)와 와이어로 연결되는 제1,2 도전층에는 전극 패드(255)가 형성되고 있다. 그리고, 캐비티 내부에는 수지층(260)이 채워져서 발광소자(240)와 와이어 등을 보호하고 있다.
본 실시예에서도 외부의 회로기판(미도시)과 캐비티 사이에서 제1,2 도전층(230)의 일부가 패터닝되어, 절연층(220)의 일부가 노출되고 있다.
도 8a 내지 도 8g는 도 1a의 발광소자 모듈의 제조방법의 일실시예를 나타낸 도면이다.
먼저, 도 8a에 도시된 바와 같이 베이스 기판(290) 위에 절연층(220)과 도전층(230)을 형성한다. 이때, 상기 베이스 기판(290)에 접착제(295)를 사용하여 절연층(220)을 고정시킬 수 있다.
여기서, 절연층(220)이 접착된 도전층(230)으로, 폴리이미드막을 접착시킨 동박을 사용할 수 있고, 폴리이미드는 두께가 불과 5 마이크로 미터(㎛)로, 열저항적으로는 매우 유리하다.
도 8b에 도시된 바와 같이, 도전층(230) 위에 마스크(300)를 형성하고, 마스크(300)를 이용하여 상기 도전층(230)을 패터닝한다.
먼저, 도전층(230)을 패터닝하여 도 8c에서 3개의 오픈 영역이 도시되고 있다. 가운데의 오픈 영역은 도 1a의 캐비티의 바닥면에 해당하는 영역이고, 좌우의 도전층(230)이 각각 제1,2 도전층이 된다. 그리고, 상기 도전층(230)은 좌우에서 각각 보다 좁은 폭의 오픈 영역을 갖는데, 여기서의 각각의 오픈 영역은 도 1a에서 상기 절연층(220)의 노출 영역이 된다.
그리고, 도 8d에 도시된 바와 같이 캐비티의 바닥면에 해당하는 영역의 절연층도 제거한다. 이때, 상기 베이스 기판(290)은 후술하는 공정에서 제거될 예정이므로, 함께 패터닝되거나 그렇지 않을 수 있다.
그리고, 도 8e에 도시된 바와 같이 베이스 기판(290)을 제거하고, 열전달 부재(210)를 상기 절연층(210)과 접착한다. 이때, 기존의 접착제(295)를 사용하거나, 추가로 접착제(295)를 사용할 수 있다. 상기 베이스 기판(290)은 제조 공정에서 보강재(Stiffener)로 작용한 후, 제거되었다.
이때, 절연층(220)과 접착제(295)가 열전달 부재(210)와 도전층(230)의 사이에 2층으로 구비되며, 폴리이미드 등이 전기 절연을 담당하고 접착제(295)가 접착을 수행하므로 최적화가 가능해져 결과적으로 열전도 특성이 개선된다.
또한, 동박보다 두꺼운 금속 등의 열전달 부재(210)로 발광소자(240)를 지지하여 신뢰성이 현저히 향상되며, 투명수지로 강성을 보강할 필요가 없어져 수지층 재료의 선택폭이 넓어지고 결과적으로 비용이 절감된다.
그리고, 절연층(220)과 접착제(295)가 함께 구성되어 방열특성을 크게 향상시키는 것이 가능한데, 예를 들면 18 마이크로 미터 두께의 동박으로 이루어진 도전층(230)과 125 마이크로 미터 두께의 동박으로 이루어진 열전달 부재(210) 간에 폴리이미드 절연층(220)만을 사용하는 경우, 공차와 접착력을 고려하면 절연층(220)의 두께는 예를 들어 20~30 마이크로 미터 정도 필요하다.
그러나, 본 실시예에서 절연층(220)과 접착제(295)가 함께 구비되어 폴리이미드의 두께를 얇게 할 수 있는데, 동박으로 이루어진 도전층(230) 상에 폴리이미드를 얇게 도포하여 절연층(220)을 형성하여 실현된다. 그 결과, 폴리이미드의 절연층(220)의 두께가 5 마이크로 미터로 실현이 가능하다. 이때, 5 마이크로 미터 두께의 폴리이미드 절연층(220)이 절연 내성을 담당하므로 접착제(295)는 열전도를 높일 수 있다.
그리고, 도 8f에 도시된 바와 같이 캐비티를 이루도록 상기 열전달 부재(210)에 압력을 가하여, 상기 열전달 부재를 휘게 한다. 이때, 상기 절연층(220)과 제1,2 도전층(230)도 함께 휜다. 그리고, 상기 캐비티는 도 8f에 도시된 것과 같이 가장 자리가 곡선의 형상을 가지거나, 도 1a 등에 도시된 바와 같이 가장 자리가 변곡점을 가지며 형성될 수 있다.
그리고, 도 8g에 도시된 바와 같이 캐비티의 바닥면에 발광소자(240)를 실장한다. 그리고, 상기 발광소자(240)를 제1,2 도전층(230)과 와이어(250) 본딩한다. 이때, 와이어(250)가 본딩되는 제1,2 도전층(230)에 전극 패드(255)를 형성할 수 있다.
도 9는 발광소자 모듈의 제4 실시예를 나타낸 도면이다.
본 실시예는 도 8g에 도시된 발광소자 모듈과 유사하나, 발광소자(240)가 열전달 부재(210)와 접착제(295)로 접착되어 있다. 접착제(295)는 예를 들어, 열 전달 패드(thermal pad)를 사용할 수 있다.
도 10a 내지 도 10e와, 도 11은 발광소자 모듈의 제5 실시예와 그 제조방법을 나타낸 도면이다.
본 실시예는 도 8a 등에 도시된 실시예와 달리 베이스 기판(290)을 사용하지 않는다. 먼저, 도 10a에 도시된 바와 같이, 열전달 부재(210)를 준비한다. 열전달 부재(210)는 열전도성이 뛰어난 물질이 사용될 수 있으며, 일예로서 구리(Cu)나 알루미늄이 사용될 수 있다.
그리고, 도 10b에 도시된 바와 같이 열전달 부재(210) 위에 접착제(295)를 사용하여 절연층(220)과 도전층(230)을 고정시킨다.
그리고, 도 10c에 도시된 바와 같이, 도전층(230)을 패터닝한다. 이때, 상기 도전층(230)의 일부가 제거되어 절연층(220)이 노출되는데, 상기 절연층이 노출된 영역(S)은 상기 도전층(230)을 제1 도전층과 제2 도전층으로 구분할 수 있다.
상술한 도전층(230)의 일부의 제거 공정은 도 8b 등에 도시된 바와 같이 마스크를 씌우고 선택적으로 도전층(230)을 제거할 수 있다. 그리고, 본 실시예에서는 도전층(230)의 양 끝이 제거되지 않고 절연층(220)의 일부가 노출되지 않고 있으나, 도 8c 등에 도시된 바와 같이 캐비티의 외곽에서 절연층(220)이 노출된 오픈 영역이 형성될 수 있으며, 후술하는 실시예에서도 동일하다.
그리고, 도 10d에 도시된 바와 같이 캐비티를 이루도록 상기 열전달 부재(210)에 압력을 가하여, 상기 열전달 부재를 휘게 한다. 이때, 상기 절연층(220)과 제1,2 도전층(230)도 함께 휜다. 그리고, 상기 캐비티는 도 10d에 도시된 것과 같이 가장 자리가 곡선의 형상을 가지거나, 또는 가장 자리가 변곡점을 가지며 형성될 수 있다.
그리고, 도 10e에 도시된 바와 같이 상기 제1,2 도전층(230)의 상부에 반사층(235)을 형성한다. 반사층(235)은 발광소자(240)로부터 방출된 빛을 반사하여 상기 캐비티 외부로 전달하기 위한 물질이고, 은(Ag) 등이 코팅될 수 있다.
그리고, 상기 열전달 부재(210)의 캐비티에 발광소자(240)를 배치하면 도 11에 도시된 발광소자 패키지가 완성된다. 그리고, 발광소자 패키지에서 열전달 부재(210)가 접착층(110)을 통하여 기판(100)과 겹합하면 발광소자 모듈이 완성된다.
상기 기판(100)은 발광소자 모듈의 몸체로 작용할 수 있으며, 금속으로 이루어지면 백라이트 유닛에서 광원 모듈을 지지하는 브라켓(bracket)으로 작용할 수 있다. 도 11에서 발광소자(240)를 제1 도전층(230)과 와이어(250) 본딩한다. 상기 발광소자(240)는 상기 제2 도전층(230)과 도전성 물질로 접착되면, 1개의 와이어(250) 본딩으로 충분하다. 도면에서 발광소자(240)가 반사층(235)과 전기적으로 연결되고 있으나, 제1,2 도전층(230)과 전기적으로 연결될 수 있으며 이하에서도 동일하다.
이때, 와이어(250)가 본딩되는 제1 도전층(230)에 전극 패드(255)를 형성할 수 있다. 도 11에서 캐비티 내에 수지층(미도시)이 채워져서 발광소자(240)와 와이어(250)를 보호할 수 있으며, 이하의 실시예에서도 동일하다.
도 11에 도시된 실시예에서 발광소자(240)는 도전층(230)과 절연층(220) 등을 통하여 열전달 부재(210)와 접촉하고 있으므로 도 1a와 도 1b에 도시된 실시예에 비하여 방열 효과가 떨어질 수 있다. 그러나, 도 1a 및 도 1b에 도시된 실시예와 동일하게 회로기판을 캐비티 상부의 도전층(230)의 가장 자리 영역에 배치할 수 있고, 이때 PPA 수지 등으로 패키지 몸체를 형성하지 않으므로 발광소자(240)에서 방출된 열이 열전달 부재(210)로 전달되는 효과는 크다.
도 12는 발광소자 모듈의 제6 실시예를 나타낸 도면이다. 본 실시예는 도 11에 도시된 실시예와 달리, 발광소자(240)가 2개의 와이어(250)로 제1,2 도전층(230)에 각각 와이어 본딩되고 있다.
도 13은 발광소자 모듈의 제7 실시예를 나타낸 도면이다. 본 실시예에서는 발광소자(240)가 와이어로 도전층(230)과 전기적으로 연결되지 않고 있으며, 플립 칩 방식의 발광소자(240)를 사용하여 도전층(230)에 직접 본딩할 수 있다.
도 14와 도 15는 발광소자 모듈 어레이의 일실시예들을 나타낸 도면이다.
상술한 발광소자 모듈을 제조할 때, 열전달 부재 상에 상술한 절연층과 도전층 등의 적층 공정을 수행한 후, 각각의 발광소자 패키지 단위로 분리할 수 있다. 도 14는 각각의 발광소자 패키지 단위로 분리 전의 상태를 나타낸 도면이고, 도 15는 각각의 발광소자 패키지를 이루는 캐비티가 크게 형성되어, 하나의 캐비티에 복수 개의 발광소자가 배치될 수 있는 구조를 도시하고 있다.
도 16은 도 14의 발광소자 모듈 어레이의 일부의 확대도이고, 도 17은 도 16의 'A'방향과 'B'방향의 단면도이다.
도 16에서 캐비티를 이루는 도전층(230)이 도시되어 있고, 캐비티의 외곽에서 절연층(220이 일부 노출된 것이 도시되어 있다. 그리고, 캐비티의 바닥면의 일부 영역(C)에서는 열전달 부재(미도시)가 직접 노출될 수 있다.
도 17에서 도 16의 A-A' 라인의 단면도에서는 캐비티의 중앙에서 열전달 부재(210)가 노출된 것이 도시되어 있으나, 도 16의 B-B' 라인의 단면도에서는 캐비티의 바닥면에서도 열전달 부재(210)가 노출되지 않고 있다. 즉, 상기 캐비티 내에서 단축 방향으로 상기 열전달 부재(210)가 노출되고 있다.
도 18a 및 도 18b는 발광소자 모듈의 제8 실시예의 평면도와 단면도이다.
본 실시예에서는 캐비티 내에 복수 개의 발광소자(240)가 배치되어 있고, 각각의 발광소자는 서로 와이어(250) 본딩되고, 가장자리의 발광소자(240)는 도전층(230)과 와이어(250) 본딩되고 있다.
그리고, 캐비티의 중앙 영역(C)에서 열전달 부재가 노출될 수 있음은 상술한 실시예와 동일하다. 도 18b에서 캐비티의 바닥면에서 노출된 열전달 부재(210)에 발광소자(240)가 직접 접촉하고 있다.
도 18c 및 도 18d는 발광소자 모듈의 제9 실시예의 평면도와 단면도이다.
본 실시예는 도 18a와 도 18b에 도시된 실시예와 유사하나, 캐비티의 바닥면에서 열전달 부재(210)가 노출되지 않는 점에서 상이하다. 즉, 발광소자(240)가 배치된 캐비티의 바닥면은 열전달 부재(210) 상에 절연층(220)과 도전층(230)이 모두 배치되어 있다.
그리고, 발광소자에 공급되는 전류의 단락을 막기 위하여, 캐비티의 바닥면의 일부 영역(C)에서 도전층(230)이 제거되어 있다. 그리고, 도 18d에서는 상기 (C)영역에서 절연층(220)이 남아 있으나, 절연층(220)도 제거되어 열전달 부재(210)가 노출될 수 있음은 상술한 실시예와 동일하다.
도 18a 내지 도 18d에 도시된 실시예에서, 캐비티 내의 각각의 발광소자(240)는 와이어 본딩 등으로 전기적으로 연결되며, 가장 자리의 발광소자는 제1,2 도전층(230) 중 하나와 와이어 본딩 등으로 전기적으로 연결될 수 있다.
도 19는 발광소자 모듈의 제10 실시예를 나타낸 도면이다. 본 실시예에서, 제1, 2 도전층(230) 뿐만 아니라 절연층(220)도 오픈 영역이 형성되고 있으며, 상기 오픈 영역의 하부에서 열전달 부재(210)가 노출되고 있다. 상기 오픈 영역의 형상 등은 상술한 다른 실시예들과 동일하다.
도 20은 발광소자 모듈의 제11 실시예를 나타낸 도면이다. 본 실시예에서, 제1,2 도전층(230)과 절연층(220) 뿐만 아니라, 열전달 부재(210)도 오픈 영역이 형성되고 있다. 상기 오픈 영역의 형상 등은 상술한 실시예들과 동일하여, 도 20에서는 제1,2 도전층(230)과 절연층(220)과 열전달 부재(210)가 각각 분리된 것으로 도시되나, 실제 형상은 도 2등과 같이 오픈 영역이 라인 형상으로 형성되고 오픈 영역의 일부에서 좌우의 제1,2 도전층(230)과 절연층(220)과 열전달 부재(210)가 각각 연결되고 있다.
이하에서는 상술한 발광소자 패키지가 배치된 조명 시스템의 일실시예로서, 조명장치와 백라이트 유닛을 설명한다.도 21은 실시예들에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 조명장치의 일실시예의 분해 사시도이다.
실시예에 따른 조명 장치는 광을 투사하는 광원(600)과 상기 광원(600)이 내장되는 하우징(400)과 상기 광원(600)의 열을 방출하는 방열부(500) 및 상기 광원(600)과 방열부(500)를 상기 하우징(400)에 결합하는 홀더(700)를 포함하여 이루어진다.
상기 하우징(400)은 전기 소켓(미도시)에 결합되는 소켓 결합부(410)와, 상기 소켓결합부(410)와 연결되고 광원(600)이 내장되는 몸체부(420)를 포함한다. 몸체부(420)에는 하나의 공기유동구(430)가 관통하여 형성될 수 있다.
상기 하우징(400)의 몸체부(420) 상에 복수 개의 공기유동구(430)가 구비되어 있는데, 상기 공기유동구(430)는 하나의 공기유동구로 이루어지거나, 복수 개의 유동구를 도시된 바와 같은 방사상 배치 이외의 다양한 배치도 가능하다.
상기 광원(600)은 회로 기판(610) 상에 복수 개의 발광소자 패키지(650)가 구비된다. 여기서, 상기 회로 기판(610)은 상기 하우징(400)의 개구부에 삽입될 수 있는 형상일 수 있으며, 후술하는 바와 같이 방열부(500)로 열을 전달하기 위하여 열전도율이 높은 물질로 이루어질 수 있다.
상기 광원의 하부에는 홀더(700)가 구비되는데 상기 홀더(700)는 프레임과 또 다른 공기 유동구를 포함할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나 상기 광원(100)의 하부에는 광학 부재가 구비되어 상기 광원(100)의 발광소자 패키지(150)에서 투사되는 빛을 확산, 산란 또는 수렴시킬 수 있다.
상술한 조명 장치는 상술한 발광소자 모듈 내지 발광소자 패키지가 구비되며, 발광소자에서 방출되는 열이 직접 열전달 부재를 통하여 방출될 수 있다.
도 22는 실시예들에 따른 발광소자 모듈을 포함하는 백라이트를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 표시장치(800)는 광원 모듈(830, 835)과, 바텀 커버(810) 상의 반사판(820)과, 상기 반사판(820)의 전방에 배치되며 상기 광원모듈에서 방출되는 빛을 표시장치 전방으로 가이드하는 도광판(840)과, 상기 도광판(840)의 전방에 배치되는 제1 프리즘시트(850)와 제2 프리즘시트(860)와, 상기 제2 프리즘시트(860)의 전방에 배치되는 패널(870)과 상기 패널(870)의 전반에 배치되는 컬러필터(880)를 포함하여 이루어진다.
광원 모듈은 회로 기판(830) 상의 발광소자 패키지(835)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 회로 기판(830)은 PCB 등이 사용될 수 있고, 발광소자 패키지(835)는 상술한 바와 같다.
상기 바텀 커버(810)는 표시 장치(800) 내의 구성 요소들을 수납할 수 있다.상기 반사판(820)은 본 도면처럼 별도의 구성요소로 마련될 수도 있고, 상기 도광판(840)의 후면이나, 상기 바텀 커버(810)의 전면에 반사도가 높은 물질로 코팅되는 형태로 마련되는 것도 가능하다.
여기서, 반사판(820)은 반사율이 높고 초박형으로 사용 가능한 소재를 사용할 수 있고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephtalate; PET)를 사용할 수 있다.
도광판(830)은 발광소자 패키지 모듈에서 방출되는 빛을 산란시켜 그 빛이 액정 표시 장치의 화면 전영역에 걸쳐 균일하게 분포되도록 한다. 따라서, 도광판(830)은 굴절률과 투과율이 좋은 재료로 이루어지는데, 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate; PMMA), 폴리카보네이트(PolyCarbonate; PC), 또는 폴리에틸렌(PolyEthylene; PE) 등으로 형성될 수 있다.
상기 제1 프리즘 시트(850)는 지지필름의 일면에, 투광성이면서 탄성을 갖는 중합체 재료로 형성되는데, 상기 중합체는 복수 개의 입체구조가 반복적으로 형성된 프리즘층을 가질 수 있다. 여기서, 상기 복수 개의 패턴은 도시된 바와 같이 마루와 골이 반복적으로 스트라이프 타입으로 구비될 수 있다.
상기 제2 프리즘 시트(860)에서 지지필름 일면의 마루와 골의 방향은, 상기 제1 프리즘 시트(850) 내의 지지필름 일면의 마루와 골의 방향과 수직할 수 있다. 이는 광원 모듈과 반사시트로부터 전달된 빛을 상기 패널(870)의 전방향으로 고르게 분산하기 위함이다.
도시되지는 않았으나 상기 각각의 프리즘 시트 상에는 보호 시트가 구비될 수 있는데, 지지필름의 양면에 광확산성 입자와 바인더를 포함하는 보호층이 구비될 수 있다.
또한, 상기 프리즘층은 폴리우레탄, 스티렌부타디엔 공중합체, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트 엘라스토머, 폴리이소프렌, 폴리실리콘으로 구성되는 군으로부터 선택되는 중합체 재료로 이루어질 수 있다.
도시되지는 않았으나, 상기 도광판(840)과 제1 프리즘 시트(850) 사이에 확산시트가 배치될 수 있다. 상기 확산시트는 폴리에스터와 폴리카보네이트 계열의 재료로 이루어질 수 있으며, 백라이트 유닛으로부터 입사된 빛을 굴절과 산란을 통하여 광 투사각을 최대로 넓힐 수 있다.
상기 확산시트는 광확산제를 포함하는 지지층과, 광출사면(제1 프리즘 시트 방향)과 광입사면(반사시트 방향)에 형성되며 광확산제를 포함하지 않는 제1 레이어와 제2 레이어를 포함할 수 있다.
상기 지지층은 메타크릴산-스틸렌 공중합체와 메타크릴산 메틸-스틸렌 공중합체가 혼합된 수지 100 중량부에 대하여, 1~10 마이크로 미터의 평균입경을 가진 실록산계 광확산제 0.1~10중량부, 1~10 마이크로 미터의 평균입경을 가진 아크릴계 광확산제 0.1~10중량부가 포함될 수 있다.
상기 제1 레이어와 제2 레이어는 메타크릴산 메틸-스틸렌 공중합체 수지 100 중량부에 대하여, 자외선 흡수제 0.01 ~ 1 중량부, 대전 방지제 0.001 ~ 10중량부로 포함될 수 있다.
상기 확산시트에서 상기 지지층의 두께는 100~10000 마이크로 미터이고, 상기 각각의 레이어의 두께는 10~1000 마이크로 미터일 수 있다.
본 실시예에서 상기 확산시트와 제1 프리즘시트(850)과 제2 프리즘시트(860)가 광학시트를 이루는데, 상기 광학시트는 다른 조합 예를 들어, 마이크로 렌즈 어레이로 이루어지거나 확산시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 또는 하나의 프리즘 시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 등으로 이루어질 수 있다.
상기 패널(870)은 액정 표시 패널(Liquid crystal display)가 배치될 수 있는데, 액정 표시 패널(860) 외에 광원을 필요로 하는 다른 종류의 디스플레이 장치가 구비될 수 있다.
상기 패널(870)은, 유리 바디 사이에 액정이 위치하고 빛의 편광성을 이용하기 위해 편광판을 양 유리바디에 올린 상태로 되어있다. 여기서, 액정은 액체와 고체의 중간적인 특성을 가지는데, 액체처럼 유동성을 갖는 유기분자인 액정이 결정처럼 규칙적으로 배열된 상태를 갖는 것으로, 상기 분자 배열이 외부 전계에 의해 변화되는 성질을 이용하여 화상을 표시한다.
표시장치에 사용되는 액정 표시 패널은, 액티브 매트릭스(Active Matrix) 방식으로서, 각 화소에 공급되는 전압을 조절하는 스위치로서 트랜지스터를 사용한다.
상기 패널(870)의 전면에는 컬러 필터(880)가 구비되어 상기 패널(870)에서 투사된 빛을, 각각의 화소마다 적색과 녹색 및 청색의 빛만을 투과하므로 화상을 표현할 수 있다.
상술한 백라이트 유닛은 상술한 발광소자 모듈 내지 발광소자 패키지가 구비되며, 발광소자에서 방출되는 열이 직접 열전달 부재를 통하여 방출될 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 기판 110 : 접착층
200 : 발광소자 패키지 210 : 열전달 부재
220 : 절연층 230 : (제1,2) 도전층
235 : 반사층 240 : 발광소자
242, 244, 255 : 전극 패드 250 : 와이어
270 : 회로기판 280 : 도전성 접착제
295 : 접착재 290 : 베이스 기판
300 : 마스크 400 : 하우징
500 : 방열부 600 : 광원
700 : 홀더 800 : 표시장치
810 : 바텀 커버 820 : 반사판
830 : 회로 기판 모듈 840 : 도광판
850, 860 : 제1,2 프리즘 시트 870 : 패널
880 : 컬러필터

Claims (18)

  1. 캐비티를 이루는 열전달 부재;
    상기 캐비티의 바닥면에서 상기 열전달 부재의 적어도 일부가 노출되도록 패터닝된 절연층;
    상기 절연층을 사이에 두고 상기 열전달 부재 상에 위치하며, 서로 전기적으로 분리된 제1 도전층과 제2 도전층;
    상기 캐비티의 바닥면에서 상기 열전달 부재 상에 위치하며, 상기 제1 도전층 및 제2 도전층과 각각 전기적으로 연결되는 발광소자; 및
    상기 제1 도전층과 제2 도전층 상에 배치되어, 상기 제1 도전층 및 제2 도전층과 도전성 접착제로 각각 전기적으로 연결되는 회로기판을 포함하고,
    상기 절연층은 상기 캐비티의 외부에서 일부 노출되고,
    상기 제1 도전층은 상기 절연층이 상기 캐비티의 외부에서 일부 노출되는 영역의 양측에 구비되는 제1 영역과 제2 영역을 포함하고, 상기 절연층이 노출되는 영역 상부에 상기 제1 도전층이 구비되어 상기 제1 영역과 제2 영역의 제1 도전층을 연결하고,
    상기 절연층은 폴리이미드(polyimide)를 포함하고,
    상기 발광소자는 접착제로 상기 열전달 부재 상에 고정되고,
    상기 열전달 부재는 구리 또는 알루미늄을 포함하는 발광소자 모듈.
  2. 캐비티를 이루는 열전달 부재;
    상기 캐비티의 바닥면에서 상기 열전달 부재의 적어도 일부가 노출되도록 패터닝된 절연층;
    상기 절연층을 사이에 두고 상기 열전달 부재 상에 위치하며, 서로 전기적으로 분리된 제1 도전층과 제2 도전층; 및
    상기 캐비티의 바닥면에서 상기 열전달 부재 상에 위치하며, 상기 제1 도전층 및 제2 도전층과 각각 전기적으로 연결되는 발광소자를 포함하고,
    상기 제1 도전층과 제2 도전층의 양단에 오픈영역을 가지고,
    상기 제1 도전층과 제2 도전층은 상기 오픈 영역의 양측에 구비되는 제1 영역과 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역과 제2 영역은 연결부를 통하여 전기적으로 연결되고,
    상기 절연층은 폴리이미드를 포함하고,
    상기 발광소자는 접착제로 상기 열전달 부재 상에 고정되고,
    상기 열전달 부재는 구리 또는 알루미늄을 포함하는 발광소자 모듈.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 에 있어서,
    상기 절연층은 적어도 5 마이크로 미터의 두께를 갖고,
    상기 절연층의 노출된 폭은 10~50 마이크로 미터인 발광소자 모듈.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 캐비티의 내부에서 상기 제1 도전층과 제2 도전층 위에 형성된 반사층을 포함하는 발광소자 모듈.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 도전성 접착제의 인입을 차단하는 발광소자 모듈.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 오픈 영역은 직선, 곡선 중 적어도 어느 하나의 형상을 가지는 발광소자 모듈.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제 2 항에 있어서,
    상기 서로 다른 선상의 오픈 영역은 동일한 패턴을 가지는 발광소자 모듈.
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하나의 캐비티에는 적어도 2개의 발광소자가 배치되고, 상기 각각의 발광소자는 서로 와이어 본딩되고, 가장 자리의 발광소자는 상기 제1 도전층 또는 제2 도전층과 와이어 본딩된 발광소자 모듈.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐비티 내에서 단축 방향으로 상기 열전달 부재가 노출되는 발광소자 모듈.
  18. 삭제
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