KR20110099449A - 발광 다이오드 백라이트 장치 - Google Patents

발광 다이오드 백라이트 장치 Download PDF

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Abstract

발광 다이오드 백라이트 장치를 제공한다. 본 발명의 한 실시예에 따른 백라이트 장치는 수평부 및 수직부를 갖는 바텀 섀시, 상기 바텀 새시의 수평부 위에 위치하는 메탈 PCB층, 상기 메탈 PCB층의 상부면 가장자리에 실장되어 있는 발광 다이오드 패키지 그리고 상기 메탈 PCB층 위에 위치하는 도광판을 포함하고, 상기 발광 다이오드 패키지에서 발광된 빛은 상기 도광판의 측면을 통해 입사한다.

Description

발광 다이오드 백라이트 장치{Light emitting diode backlight device}
본 발명은 발광 다이오드 백라이트 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 그 자체가 발광하여 화상을 형성하지 못하고 외부로부터 빛을 받아 화상을 형성하는 수광형 소자이므로, 별도의 광원, 예를 들면 백라이트를 설치하여 어두운 곳에서는 화상을 관찰할 수 있도록 한다.
종래에 광원으로 사용되었던 CCFL에 비하여 응답 시간이 빠르고 친환경적인 LED(Light Emitting Diode)가 최근 사용되고 있다.
일반적으로 LED(Light Emitting Diode)는 전류 인가에 의해 P-N 반도체 접합(P-N junction)에서 전자와 정공이 만나 빛을 발하는 소자로서, 통상, LED 칩이 탑재된 패키지의 구조로 제작되며, 흔히, 'LED 패키지'라고 칭해지고 있다. 위와 같은 LED 패키지는 일반적으로 인쇄회로기판(PCB; Printed Circuit Board) 상에 장착되어 그 인쇄회로기판에 형성된 전극으로부터 전류를 인가 받아 발광 동작하도록 구성된다.
LED 패키지에 있어서, LED 칩으로부터 발생한 열은 LED 패키지의 발광 성능 및 수명에 직접적인 영향을 미친다.
그 이유는 LED 칩에 발생한 열이 그 LED칩에 오래 머무르는 경우 LED 칩을 이루는 결정 구조에 전위(dislocation) 및 부정합(mismatch)를 일으키기 때문이다. 게다가, 근래에는 고출력의 LED 패키지가 개발된 바 있는데, 이러한 고출력의 LED 패키지는, 고전압의 전력에 의해 동작되고 그 고전압에 의해 LED 칩에서 많은 열이 발생되므로, 그 발생된 열을 효과적으로 방출시키기 위한 별도의 장치가 요구된다.
이에 대하여, 종래에는 알루미늄 베이스 상에 절연층 및 금속 패턴층이 차례로 형성된 메탈 PCB를 이용하여 방열성을 향상시킨 LED 패키지가 개발된 바 있다.
도 1은 종래의 메탈 PCB를 이용하여 방열성을 향상시킨 LED 패키지를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참고하면, 수평부(1a)와 수직부(1b)를 갖는 바텀 새시(1)를 포함하는 백라이트 장치를 나타낸다. 바텀 새시(1)의 수평부(1a) 위에 반사 시트(4)가 위치하고, 반사 시트(4) 위에 도광판(5)이 위치한다.
바텀 새시(1)의 수직부(1b)의 측면에 메탈 PCB(3)가 위치하고, 메탈 PCB(3) 위에 LED 패키지(2)가 위치하는 구성이 나타난다. LED 패키지(2) 내부에는 LED 칩(미도시)이 형성되어 있고, 상기 LED 칩에서 발생한 빛(VL)이 도광판(5)으로 입사된다.
여기서, 메탈 PCB(3)와 LED 패키지(2)가 접하는 면에 수직한 방향으로 빛이 진행하는 탑 뷰(Top view) 방식의 발광 다이오드가 사용된다.
메탈 PCB(3)에 포함된 열전도성 절연층에 의해 기존의 일반 PCB 대비하여 방열 효과가 커지지만, 구조적으로 바텀 섀시(1)의 수직부(1b)에 형성되기 때문에 열전달 면적이 적어 방열 효과가 낮은 단점이 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 방열 효과를 높일 수 있는 발광 다이오드 백라이트 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 발광 다이오드 백라이트 장치는 수평부 및 수직부를 갖는 바텀 섀시, 상기 바텀 새시의 수평부 위에 위치하는 메탈 PCB층, 상기 메탈 PCB층의 가장자리에 위치하는 상부면에 실장되어 있는 발광 다이오드 패키지 그리고 상기 메탈 PCB층 위에 위치하는 도광판을 포함하고, 상기 발광 다이오드 패키지에서 발광된 빛은 상기 도광판의 측면을 통해 입사한다.
상기 메탈 PCB층의 면적은 상기 발광 다이오드 패키지의 면적의 10배 내지 100배일 수 있다.
상기 메탈 PCB층은 알루미늄을 포함하는 제1 층, 상기 제1 층 위에 위치하는 열전도성 절연층 그리고 상기 열전도성 절연층 위에 위치하는 구리를 포함하는 제2 층을 포함할 수 있다.
상기 제1 층의 두께는 0.05mm 내지 0.5mm일 수 있다.
상기 바텀 섀시와 상기 제1 층 사이에 방열 시트를 더 포함할 수 있다.
상기 방열 시트는 폴리머 레진(resin)과 금속 파우더가 혼합되어 형성될 수 있다.
상기 제1 층의 상부면은 표면 처리된 요철을 포함할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 한 실시예에 따르면, 메탈 PCB의 면적을 확대하여 방열 효과를 극대화할 수 있다. 또한, 사이드 뷰(side view) 방식의 발광 다이오드를 사용함으로써 도광판의 두께를 얇게 형성할 수 있어 전체적인 발광 다이오드 백라이트 장치의 두께를 슬림하게 할 수 있다.
도 1은 종래의 메탈PCB를 이용하여 방열성을 향상시킨 LED 패키지를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드 백라이트 장치를 포함하는 액정 표시 장치를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드 백라이트 장치를 나타내기 위해 도 2의 절단선 Ⅲ-Ⅲ'에 따라 자른 단면도이다.
첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드 백라이트 장치를 포함하는 액정 표시 장치를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 2에 도시된 액정 표시 장치는 화상을 표시하는 액정 패널(164)과, 액정 패널(164)로 광을 제공하는 백라이트 장치(150)와, 액정 패널(164) 및 백라이트 장치(150)를 수납하기 위한 탑 섀시(105) 및 바텀 섀시(10)를 포함하여 구성된다.
탑 섀시(105)는 액정 패널(164)의 비표시 영역과 바텀 섀시(110)의 측면을 감싸도록 절곡된다. 이 때, 탑 섀시(105)는 바텀 섀시(110)의 측면을 감싸는 패널 가이드(95)에 체결되어 고정된다.
액정 패널(164)은 패널 가이드(95)에 안착되어 백라이트 장치(150)로부터의 광 투과율을 화상 신호에 따라 조절하여 화상을 표시한다. 액정 패널(164)은 하부 기판(162) 및 상부 기판(160) 사이에 형성된 액정층(미도시), 하부 기판(162)과 상부 기판(160) 사이의 간격을 일정하게 유지시키는 스페이서(미도시)를 구비할 수 있다.
상부 기판(160)은 컬러 필터, 블랙 매트릭스, 공통 전극 등을 구비한다.
하부 기판(162)은 박막 트랜지스터와, 박막 트랜지스터에 접속된 화소 전극을 구비할 수 있다. 여기서, 액정의 모드에 따라 상부 기판(160)에 구성된 공통 전극은 하부 기판(162)에 형성될 수 있다.
또한, 하부 기판(162)의 비표시 영역에는 데이터 라인들(미도시) 각각에 접속되는 데이터 패드 영역과 게이트 라인들(미도시) 각각에 접속되는 게이트 패드 영역이 형성된다. 데이트 패드 영역에는 데이터 라인들에 화상 신호를 공급하기 위한 데이터 집적 회로(124)가 실장된 복수의 데이터 회로 필름(122)이 부착된다. 게이트 패드 영역에는 게이트 라인들에 게이트 스캔 신호를 공급하기 위한 게이트 집적 회로(128)가 실장된 복수의 게이트 회로 필름(126)이 부착된다.
이와 달리, 데이터 집적 회로(124) 및 게이트 집적 회로(128)는 COG(Chip on glass) 방법으로 하부 기판(162) 상에 직접 실장되거나, 게이트 집적 회로(128)는 하부 기판(162)의 박막 트랜지스터와 함께 형성되어 내장되기도 한다.
백라이트 장치(150)는 액정 패널(164)의 한 측에서 광을 발광하는 복수의 발광 다이오드를 포함하는 발광 다이오드 패키지(70)와, 상기 발광 다이오드로부터 출사되는 광을 면광원화시켜 상부의 액정 패널(164)로 공급해주는 도광판(90), 도광판(90) 상부에 위치하며 도광판(90)에서 나온 광을 산란시켜 균일한 광이 발산되도록 하는 확산 시트(120)와, 도광판(90) 하부에 위치하여 액정 패널(164)의 반대쪽으로 새어 나오는 광을 반사하여 도광판(90)으로 전달하는 반사 시트(80)와, 확산 시트(120) 상에 위치하며 확산 시트(120)에서 확산시킨 광을 집광시켜주는 프리즘 시트(115)를 포함한다.
이하에서, 발광 다이오드 패키지(70)는 LED 패키지와 동일한 의미로 사용될 수 있다.
상기 발광 다이오드는 구동 신호를 인가하는 인쇄 회로 기판(MP)의 폭 방향과 나란한 방향으로 광이 출사되는 사이드 뷰(side view) 방식으로 형성된다. 또한, 상기 발광 다이오드는 인쇄 회로 기판(MP)에 안착되어 도광판(90) 측면 방향으로 광을 방출하게 되며, 인쇄 회로 기판(MP)은 메탈 PCB로 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드 백라이트 장치를 나타내기 위해 도 2의 절단선 Ⅲ-Ⅲ'에 따라 자른 단면도이다.
도 3을 참고하여, 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드 백라이트 장치를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드 백라이트 장치는 수평부(10a) 및 수직부(10b)를 포함하는 바텀 섀시(10)를 포함한다. 바텀 섀시(10)의 수평부(10a)의 상부면에 메탈 PCB(MP)가 위치한다. 메탈 PCB(MP)는 알루미늄을 포함하는 하부층(30), 전기가 흐르지 않으면서 열전도 성질을 갖고 있으며 하부층(30) 위에 위치하는 고열전도성 절연층(40), 고열전도성 절연층(40) 위에 위치하는 상부층(50)을 포함한다.
고열전도성 절연층(40)은 열전도가 빠르고 방열이 용이하여 발광 다이오드에서 발생하는 고열을 하부층(30)으로 방출하고, 하부층(30)은 공기와 마찰하여 열을 식혀주는 역할을 한다.
메탈 PCB(MP) 상부에 LED 패키지(70)와 도광판(90)이 위치한다. 구체적으로, LED 패키지(70)는 고열전도성 절연층(40)의 상부면 중에서 바텀 섀시(10)의 수직부(10b)에 인접한 가장자리 위에 위치한다. 도광판(90)은 LED 패키지(70)에 인접하고, 바텀 섀시(10)의 수직부(10b)에서 LED 패키지(70)의 폭 이상으로 이격되어 위치한다. 또한, 메탈 PCB(MP)와 도광판(90) 사이에 반사 시트(80)가 형성될 수 있다.
알루미늄을 포함하는 하부층(30) 상부면은 표면 처리되어 요철이 형성될 수 있다. 상기 표면 처리는 물리적 또는 화학적 방법을 사용하여 수행될 수 있다.
LED 패키지(70)는 빛(SL)을 발산하는 발광 다이오드(Light emitting diode; LED, 60)와 발광 다이오드(60)에 전력을 인가하는 리드 프레임(65)을 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드(60)는 메탈 PCB(MP)와 LED 패키지(70)가 접하는 면에 평행한 방향으로 빛(SL)이 진행하는 사이드 뷰(Side view) 방식의 발광 다이오드가 사용된다.
이처럼, 발광 다이오드(60)에서 발생한 빛이 LED 패키지(70)의 측면을 통과하여 도광판(90)의 측면을 통해 입사한 후에 액정 패널(164)로 보내진다.
본 발명의 실시예에 따르면 메탈 PCB(MP)가 바텀 섀시(10)의 수평부(10a)에 평행하게 형성하여, 메탈 PCB(MP)를 LED 패키지(70)의 면적 대비하여 10배 내지 100배 정도의 면적을 갖도록 형성한다. 따라서, 메탈 PCB(MP)에서 열전도성 절연층인 고열전도성 절연층(40)의 면적도 함께 증가하여 방열 효과를 높일 수 있다.
방열 효과를 더 좋게 하기 위해 바텀 섀시(10)의 수평부(10a)와 메탈 PCB(MP) 사이에 방열 시트(20)을 더 포함할 수 있다. 방열 시트(20)는 폴리머 레진과 금속 파우더를 혼합하여 형성할 수 있다. 상기 폴리머는 실리콘을 포함할 수 있다.
도 1을 참고하여 설명한 기존의 메탈 PCB는 바텀 섀시(1)의 수직부(1b)에 형성되기 때문에 폭이 5 내지 6mm, 두께가 0.8mm 내지 1.5mm였다. 하지만, 본 발명의 실시예에 따른 메탈 PCB는 도 3에서 살펴본 바와 같이 바텀 섀시(10)의 수평부(10a)에 형성되기 때문에 종래 메탈 PCB와 길이는 동일하나, 폭이 5 내지 50mm, 두께가 0.05mm 내지 0.2mm로 형성할 수 있다. 여기서 말하는 폭은 빛이 진행하는 방향에 따른 메탈 PCB의 거리를 말하고, 길이는 폭에 수직한 방향에 따른 메탈 PCB의 거리를 말한다.
메탈 PCB의 체적은 폭*길이*두께인데 길이는 동일하므로 체적은 폭*두께로 계산할 수 있다. 따라서, 종래 메탈 PCB의 최소 단면적이 4.0mm2이고, 본 발명의 실시예에 따른 메탈 PCB의 단면적은 최소 0.25mm2로 줄어들고, 최종적인 체적도 1/8까지 줄어들게 된다. 결국, LCD 모듈의 두께, 무게와 재료비를 줄일 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10 바텀 섀시 30 하부층
40 고열전도성 절연층 50 상부층
60 발광 다이오드 70 LED 패키지
80 반사 시트 90 도광판
95 패널 가이드 105 탑 섀시
110 바텀 섀시 115 프리즘 시트
120 확산 시트 MP 메탈 PCB
143 반사 시트

Claims (7)

  1. 수평부 및 수직부를 갖는 바텀 섀시,
    상기 바텀 섀시의 수평부 위에 위치하는 메탈 PCB층,
    상기 메탈 PCB층의 상부면 가장자리에 실장되어 있는 발광 다이오드 패키지 그리고
    상기 메탈 PCB층 위에 위치하는 도광판을 포함하고,
    상기 발광 다이오드 패키지에서 발광된 빛은 상기 도광판의 측면을 통해 입사하는 발광 다이오드 백라이트 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 메탈 PCB층의 면적은 상기 발광 다이오드 패키지의 면적의 10배 내지 100배인 발광 다이오드 백라이트 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 메탈 PCB층은
    알루미늄을 포함하는 제1 층,
    상기 제1 층 위에 위치하는 열전도성 절연층 그리고
    상기 열전도성 절연층 위에 위치하는 구리를 포함하는 제2 층을 포함하는 발광 다이오드 백라이트 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 제1 층의 두께는 0.05mm 내지 0.5mm인 발광 다이오드 백라이트 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 바텀 섀시와 상기 제1 층 사이에 방열 시트를 더 포함하는 발광 다이오드 백라이트 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 방열 시트는 폴리머 레진(resin)과 금속 파우더가 혼합되어 형성된 발광 다이오드 백라이트 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 제1 층의 상부면은 표면 처리된 요철을 포함하는 발광 다이오드 백라이트 장치.
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