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KR102551353B1 - 광원 모듈 및 이를 포함하는 백라이트 유닛 - Google Patents

광원 모듈 및 이를 포함하는 백라이트 유닛 Download PDF

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KR102551353B1
KR102551353B1 KR1020160106176A KR20160106176A KR102551353B1 KR 102551353 B1 KR102551353 B1 KR 102551353B1 KR 1020160106176 A KR1020160106176 A KR 1020160106176A KR 20160106176 A KR20160106176 A KR 20160106176A KR 102551353 B1 KR102551353 B1 KR 102551353B1
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light emitting
light
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방재준
신창호
임석호
하명선
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삼성전자 주식회사
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Abstract

본 발명의 기술적 사상에 의한 광원 모듈은, 전원 공급을 위한 커넥터 및 커넥터와 전기적으로 연결되는 제1 연결 패드가 형성된 제1 기판, 상면에 복수의 발광 소자가 실장되고 하면에 발광 소자와 전기적으로 연결되는 제2 연결 패드가 형성된 제2 기판, 및 제1 기판 상에 제2 기판이 복수로 실장되고 제1 연결 패드 및 제2 연결 패드를 전기적으로 연결하는 연결 부재를 포함한다.

Description

광원 모듈 및 이를 포함하는 백라이트 유닛{LIGHT SOURCE MODULE AND BACKLIGHT UNIT HAVING THE SAME}
본 발명은 광원 모듈 및 이를 포함하는 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 장축의 베이스 기판을 이용한 광원 모듈 및 이를 포함하는 백라이트 유닛에 관한 것이다.
발광 소자는 종래의 광원에 비해 긴 수명, 낮은 소비 전력, 빠른 응답 속도, 환경 친화성 등의 장점을 갖는 차세대 광원으로서, 조명 장치, 디스플레이 장치의 백라이트 유닛 등 다양한 제품에서 중요한 광원으로 주목받고 있다. 디스플레이 장치 중에서 액정 디스플레이 장치는 자체 발광 타입이 아니므로 액정 패널에 인접하도록 배치된 백라이트 유닛을 필요로 한다. 백라이트 유닛은 액정층을 향하도록 광을 조사하는데, 다양한 형태의 광원 모듈을 구비할 수 있고, 최근에는 광효율이 높은 발광 소자를 포함하는 광원 모듈을 구비하는 백라이트 유닛이 연구되고 있다. 한편, 디스플레이 장치는 점차 대형화되고 있으며, 이를 위하여 장축의 백라이트 유닛이 요구되고 있다. 또한, 백라이트 유닛의 제조 공정의 용이성을 향상하는 것이 필요하다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 발광 소자를 이용한 광원 모듈 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 발광 소자를 이용한 백라이트 유닛 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예에 따른 광원 모듈은, 전원 공급을 위한 커넥터 및 상기 커넥터와 전기적으로 연결되는 제1 연결 패드가 형성된 제1 기판; 상면에 복수의 발광 소자가 실장되고, 하면에 상기 발광 소자와 전기적으로 연결되는 제2 연결 패드가 형성된 제2 기판; 및 상기 제1 기판 상에 상기 제2 기판이 복수로 실장되고, 상기 제1 연결 패드 및 상기 제2 연결 패드를 전기적으로 연결하는 연결 부재를 포함한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예에 따른 광원 모듈은, 발광 소자가 탑재된 패키지 기판; 전원 공급을 위한 커넥터 및 상기 커넥터와 전기적으로 연결되는 제1 연결 패드가 형성된 제1 기판; 상면에 상기 패키지 기판이 복수로 실장되고, 하면에 상기 발광 소자와 전기적으로 연결되는 제2 연결 패드가 형성된 제2 기판; 및 상기 제1 기판 상에 상기 제2 기판이 복수로 실장되고, 상기 제1 연결 패드 및 상기 제2 연결 패드를 전기적으로 연결하는 연결 부재를 포함한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예에 따른 광원 모듈 제조 방법은, 전원 공급을 위한 커넥터 및 상기 커넥터와 전기적으로 연결되는 제1 연결 패드가 형성된 제1 기판을 준비하는 단계; 상면에 실장 영역 및 하면에 상기 실장 영역과 전기적으로 연결되는 제2 연결 패드가 형성된 제2 기판을 준비하는 단계; 상기 제2 기판의 실장 영역에 복수의 발광 소자를 실장하는 단계; 및 상기 제1 기판 상에 상기 제1 연결 패드와 상기 제2 연결 패드가 전기적으로 연결되도록 상기 제2 기판을 복수로 실장하는 단계를 포함한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예에 따른 백라이트 유닛은, 전원 공급을 위한 커넥터 및 상기 커넥터와 전기적으로 연결되는 제1 연결 패드가 형성된 제1 기판; 상면에 복수의 발광 소자가 실장되고, 하면에 상기 발광 소자와 전기적으로 연결되는 제2 연결 패드가 형성된 제2 기판; 및 상기 제1 기판 상에 상기 제2 기판이 복수로 실장되고, 상기 제1 연결 패드 및 상기 제2 연결 패드를 전기적으로 연결하는 연결 부재를 포함하는 광원 모듈을 포함한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예에 따르면, 장축의 베이스 기판 상에 발광 소자가 탑재된 단축의 인쇄 회로 기판을 복수로 실장함으로써, 낮은 제조 단가 및 높은 제조 효율을 갖는 장축 광원 모듈 및 이를 포함하는 백라이트 유닛을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈의 제1 기판을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈의 제2 기판을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈의 제2 기판의 하면을 나타내는 저면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈의 제2 기판의 상면에 탑재된 발광 소자를 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 광원 모듈에 채용될 수 있는 발광 소자를 나타내는 단면도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 광원 모듈의 제2 기판의 상면에 탑재된 발광 소자를 나타내는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈의 제1 기판의 상면에 제2 기판을 실장하는 모습을 나타내는 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈의 제1 기판의 상면에 제2 기판이 실장된 모습을 나타내는 평면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈의 제1 기판의 상면에 제2 기판이 실장된 모습을 나타내는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈의 제1 기판의 상면에 제2 기판 및 패키지 기판을 실장하는 모습을 나타내는 사시도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈의 제1 기판의 상면에 제2 기판 및 패키지 기판이 실장된 모습을 나타내는 단면도이다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 광원 모듈의 제1 기판의 상면에 제2 기판이 실장된 모습을 나타내는 평면도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈을 포함하는 백라이트 유닛을 나타내는 사시도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈을 포함하는 직하형 백라이트 유닛을 나타내는 단면도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈을 포함하는 직하형 백라이트 유닛의 발광 소자의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈을 포함하는 디스플레이 장치의 분해 사시도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈을 포함하는 바(bar) 타입의 조명 장치를 나타내는 분해 사시도이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈을 포함하는 평판 조명 장치를 나타내는 분해 사시도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈의 제1 기판을 나타내는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 제1 기판(100)은 길이 방향(제1 방향)으로 소정의 길이(L1)를 가지도록 연장된 바(bar) 형상을 가질 수 있다.
본 명세서에서, '상', '상부', '상면', '하', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 발광 소자, 광원 모듈, 백라이트 유닛, 및/또는 조명 장치가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있다.
제1 기판(100)은 기판 상면(110)에 배치되는 제1 실장 영역(120), 상기 제1 실장 영역(120) 내에 배치되는 제1 연결 패드(130), 상기 기판 상면(110)의 양 끝단 부근 중 적어도 하나에 위치하는 커넥터(140)를 포함할 수 있다.
제1 기판(100)은 회로 기판, 예를 들어, 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB) 또는 변형이 쉬운 플렉서블 인쇄 회로 기판일 수 있고, 에폭시, 트리아진, 실리콘, 및 폴리이미드 등을 함유하는 유기 수지 소재 및 기타 유기 수지 소재로 형성될 수 있다. 또한, 실리콘질화막, AlN, Al2O3 등의 세라믹 소재로 형성되거나, MCPCB, MCCL 등과 같이 금속 및 금속 화합물을 소재로 형성될 수 있다.
상기 제1 기판(100)은 길이 방향(제1 방향)으로 소정의 길이(L1)를 갖는 긴 직사각형 형상의 솔리드 또는 플렉서블 플레이트 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 기판(100)은 자가(Zhaga) 표준 모듈에서 규정하는 규격에 부합하는 구조를 가질 수 있다.
또한, 전기적 연결 부분들, 예를 들어, 제1 연결 패드(130) 및 커넥터(140)를 제외하고 상기 기판 상면(110) 전체에 절연층이 형성되어 상부 보호층의 역할을 수행할 수 있다.
한편, 상기 제1 기판(100)은 한쪽 면에만 배선을 형성한 단면 회로 기판일 수 있다. 즉, 상기 기판 상면(110)에만 제1 연결 패드(130) 및 커넥터(140)를 위한 배선을 형성하고, 제1 기판(100)의 하면에는 배선이 형성되지 않을 수 있다. 상기 제1 기판(100)으로 단면 회로 기판을 사용하는 경우, 양면 회로 기판을 사용하는 경우에 비하여 제조 단가 면에서 경제적으로 유리할 수 있다. 단면 회로 기판의 제작에 드는 비용이 양면 회로 기판의 제작에 드는 비용보다 저렴하기 때문이다.
제1 기판(100)은 앞서 설명한 기판의 구조나 재질 등에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제1 기판(100)은 방열 특성의 향상을 위하여 금속 재질로 형성될 수도 있다.
제1 기판(100)은 길이 방향(제1 방향)으로 복수의 제1 실장 영역(120)을 포함할 수 있다. 제1 실장 영역(120)은 제1 기판(100)의 길이 방향(제1 방향)을 따라, 기판 상면(110)에 복수로 존재할 수 있다. 각각의 제1 실장 영역(120)은 양 끝단 부근에 위치하는 제1 연결 패드(130)를 포함할 수 있다. 제1 실장 영역(120)은 후술하는 제2 기판(200, 도 2 참조)이 실장될 영역으로, 도면에서와 같이 구획선으로 구분되어 있거나, 또는 구획선으로 구분되어 있지 않을 수도 있다.
커넥터(140)는 외부와 전기 신호를 주고 받거나, 전원을 공급받기 위한 것으로서 상기 기판 상면(110)의 양 끝단 부근에 적어도 하나가 형성될 수 있다. 도면에는 커넥터(140)가 한쪽에만 형성된 모습을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 양 끝단 부근 모두에 각각 형성될 수도 있다. 커넥터(140)는 각각의 제1 실장 영역(120)의 제1 연결 패드(130)를 통하여 후술하는 발광 소자(300, 도 4 참조)에 전원을 공급하기 위한 외부 연결 단자로서 역할을 수행할 수 있다. 커넥터(140)는 양극 전원과 연결되는 양극 커넥터(140p) 및 음극 전원과 연결되는 음극 커넥터(140n)로 구성될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 제1 기판(100)은 백라이트 유닛의 광원 모듈의 기판으로서 작용할 수 있다. 이 경우, 제1 기판(100)은 백라이트 유닛의 광원 모듈로서 백라이트 유닛에 장착되기 위하여 체결부(150)를 포함할 수 있고, 상기 체결부(150)는 예를 들어, 제1 기판(100)의 측면 부분에 복수의 홈 형태로 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈의 제2 기판을 나타내는 사시도이다.
도 2를 참조하면, 제2 기판(200)은 길이 방향(제1 방향)으로 소정의 길이(L2)를 가지도록 연장된 바(bar) 형상을 가질 수 있다.
제2 기판(200)은 기판 상면(210)에 배치되는 제2 실장 영역(220), 상기 제2 실장 영역(220) 내에 배치되는 상부 연결 패드(230)를 포함할 수 있다.
제2 기판(200)은 회로 기판, 예를 들어, 인쇄 회로 기판을 이용할 수 있다. 상기 제2 기판(200)이 인쇄 회로 기판인 경우, 바디층은 통상적으로 열경화성 수지 등의 고분자 물질, FR-4(Flame Retardant 4), BT(Bismaleimide Triazine), ABF(Ajinomoto Build up Film) 등의 에폭시계 수지 또는 페놀 수지 등을 일정 두께로 압축하여 박형으로 형성하고, 양면에 동박(copper foil)을 입힌 후, 패터닝을 통해 전기적 신호의 전달 경로인 배선 패턴을 형성함으로써 구현될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 제2 기판(200)은 바디층을 관통하는 비아(via)를 통하여 기판 상면(210) 및 기판 하면(215, 도 3 참조)에 형성된 배선 패턴이 전기적으로 서로 연결될 수 있고, 전기적 연결 부분들, 예를 들어, 연결 패드 및 외부 연결 부재들을 제외하고 바디층의 하부면 및 상부면 전체에 솔더 레지스트가 도포되어 하부 보호층 및 상부 보호층이 구현될 수 있다.
한편, 상기 제2 기판(200)은 양쪽 면에 배선을 형성한 양면 인쇄 회로 기판(double layer PCB)일 수 있다. 즉, 기판 상면(210)에는 발광 소자(300, 도 4 참조)와의 전기적 연결을 위한 상부 연결 패드(230)를 위한 배선을 형성하고, 기판의 하면(215)에는 제1 기판(100)과의 전기적 연결을 위한 제2 연결 패드(240, 도 3 참조)를 위한 배선이 형성될 수 있다.
또한, 프레프레그(prepreg)라는 절연체를 이용하여 동박의 층수를 3층 이상으로 형성할 수 있고, 형성된 동박의 층수에 따라 3개 이상의 배선층을 형성함으로써, 다층 배선의 인쇄 회로 기판이 구현될 수도 있다. 물론, 상기 제2 기판(200)이 앞서 설명한 인쇄 회로 기판의 구조나 재질 등에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제2 기판(200)은 MCPCB, MPCB, FPCB 등을 이용할 수 있다.
제2 기판(200)은 단축의 인쇄 회로 기판으로서, 길이 방향(제1 방향)으로 소정의 길이(L2)를 가질 수 있다. 상기 제2 기판(200)의 길이(L2)는 상기 제1 기판(100)의 길이(L1)보다 작다. 설명의 편의를 위하여, 제2 기판(200)의 폭 및 두께와 상기 제1 기판(100)의 폭 및 두께가 각각 서로 다른 것으로 도시하고 있으나, 제2 기판(200)의 폭 및 두께는 상기 제1 기판(100)의 폭 및 두께와 각각 실질적으로 동일할 수 있다.
제2 기판(200)은 복수의 제2 실장 영역(220)을 포함할 수 있다. 제2 실장 영역(220)은 제2 기판(200)의 길이 방향을 따라, 기판 상면(210)에 복수로 존재할 수 있다. 각각의 제2 실장 영역(220)은 양 끝단 부근에 위치하는 상부 연결 패드(230)를 포함할 수 있다. 제2 실장 영역(220)은 후술하는 발광 소자(300)가 실장될 영역으로, 도면에서와 같이 구획선으로 구분되어 있거나, 또는 구획선으로 구분되어 있지 않을 수도 있다. 후술하겠지만, 상기 구획선은 돌출부(410, 도 9 참조)로 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈의 제2 기판의 하면을 나타내는 저면도이다.
도 3을 참조하면, 제2 기판(200)의 기판 하면(215)에는 제1 기판(100, 도 1 참조)과 전기적으로 연결될 수 있도록 제2 연결 패드(240)가 형성될 수 있다.
앞서 살핀 바와 같이, 상기 제2 기판(200)은 양쪽 면에 배선을 형성한 양면 인쇄 회로 기판일 수 있고, 제2 기판(200)의 기판 하면(215)에도 배선이 형성되어 외부와 연결될 수 있다.
제2 연결 패드(240)는 상기 제1 기판(100)의 제1 연결 패드(130, 도 1 참조)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 연결 패드(240)는 양극 전원과 전기적으로 연결되는 제2 양극 연결 패드(240p) 및 음극 전원과 전기적으로 연결되는 제2 음극 연결 패드(240n)로 구성될 수 있다. 상기 제2 연결 패드(240) 상에는 솔더볼 또는 솔더 범프와 같은 제2 연결 부재(250, 도 8 참조)가 형성될 수 있다.
제2 연결 패드(240)는 금(Au), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al)과 같은 금속층일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 연결 패드(240)는 구리(Cu)를 포함하는 도전성 물질일 수 있다. 이 경우, 상기 제2 연결 패드(240)를 구성하는 구리(Cu)는 공기 중에 노출되면 표면에 산화막이 형성되어 솔더링(soldering)을 방해하므로, 솔더볼 또는 솔더 범프가 제2 기판(200)의 상기 제2 연결 패드(240)에 제대로 실장되지 않을 수 있다. 따라서 상기 제2 연결 패드(240)에 솔더볼 또는 솔더 범프가 결함 없이 실장되기 위해서는 상기 제2 연결 패드(240)에 산화막을 방지하기 위한 표면 처리를 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈의 제2 기판의 상면에 탑재된 발광 소자를 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 4를 참조하면, 제2 기판(200)의 기판 상면(210)에 구획된 제2 실장 영역(220) 내에 발광 소자(300)가 실장될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 발광 소자(300)는 복수로 구비되어 상기 제2 기판(200)의 기판 상면(210) 상에 일렬로, 일정한 간격으로 이격되어 배열될 수 있다. 다른 실시예에서, 발광 소자(300)는 복수의 열로 배열될 수 있다. 또는 발광 소자(300)는 일자형, 곡선형 또는 소정 패턴으로 배열될 수 있다.
발광 소자(300)는 상기 제2 기판(200)에 구비되는 상부 연결 패드(230, 도 2 참조)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 발광 소자(300)는 외부에서 인가되는 구동 전원에 의해 소정 파장의 광을 발생시키는 발광 소자라면 어느 것이나 이용 가능하다. 상기 발광 소자(300)는 후술하는 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명하는 발광 소자를 포함할 수 있다.
상기 발광 소자(300)의 자세한 내용은 후술하도록 한다. 상기 발광 소자(300)는 함유되는 물질 또는 형광체에 따라서 청색광, 녹색광 또는 적색광을 발광할 수 있으며, 백색광, 자외광 등을 발광할 수도 있다.
도면에는 각각의 제2 실장 영역(220)에 하나의 발광 소자(300)가 실장된 것을 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 각각의 제2 실장 영역(220)에 복수의 발광 소자(300)가 실장될 수도 있다. 또는, 하나의 제2 실장 영역(220)에 모든 발광 소자(300)가 실장될 수도 있다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 광원 모듈에 채용될 수 있는 발광 소자를 나타내는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 발광 소자(300)는 지지 기판(301) 상에 순차적으로 적층된 제1 도전형 반도체층(310), 활성층(330), 제2 도전형 반도체층(320), 제1 전극 패드(340a), 및 제2 전극 패드(340b)를 포함할 수 있다.
지지 기판(301) 상에 적층되는 복수의 제1 도전형 반도체층(310)은 n형 불순물이 도핑된 n형 질화물 반도체층일 수 있다. 그리고 복수의 제2 도전형 반도체층(320)은 p형 불순물이 도핑된 p형 질화물 반도체층일 수 있다. 다만, 실시 형태에 따라서 제1 및 제2 도전형 반도체층(310, 320)은 위치가 바뀌어 적층될 수도 있다. 이러한 제1 및 제2 도전형 반도체층(310, 320)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x＜1, 0≤y＜1, 0≤x+y＜1)을 가지며, 예를 들어, GaN, AlGaN, InGaN, AlInGaN 등의 물질이 이에 해당될 수 있다.
제1 및 제2 도전형 반도체층(310, 320) 사이에 배치되는 활성층(330)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출한다. 활성층(330)은 제1 및 제2 도전형 반도체층(310, 320)의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 도전형 반도체층(310, 320)이 GaN계 화합물 반도체인 경우, 활성층(330)은 GaN의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 InGaN계 화합물 반도체를 포함할 수 있다.
또한, 활성층(330)은 양자 우물층과 양자 장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자 우물(Multiple Quantum Wells) 구조, 예를 들어, InGaN/GaN 구조가 사용될 수도 있다. 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 활성층(330)은 단일 양자 우물 구조(Single Quantum Well)가 사용될 수도 있다.
상기 발광 소자(300)는 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(310, 320)과 각각 전기적으로 연결하는 제1 및 제2 전극 패드(340a, 340b)를 구비할 수 있다. 그리고 플립칩 본딩(Flip-chip Bonding) 방식을 통한 칩 온 보드(Chip On Board) 타입의 구조를 구현하기 위해 상기 제1 및 제2 전극 패드(340a, 340b)는 상기 발광 소자(300)의 일면에서 동일한 방향을 향해 노출 및 배치될 수 있다. 여기서, 상기 발광 소자(300)의 일면은 상기 발광 소자(300)가 제2 기판(200, 도 4 참조) 상에 실장되는 실장면으로 정의될 수 있다.
도 6을 참조하면, 발광 소자(300-1)는 지지 기판(301) 상에 반도체 적층 구조체를 포함한다. 상기 반도체 적층 구조체는 제1 도전형 반도체층(310), 활성층(330), 및 제2 도전형 반도체층(320)을 포함할 수 있다.
상기 발광 소자(300-1)는 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(310, 320)에 각각 전기적으로 연결된 제1 및 제2 전극 패드(340a, 340b)를 포함한다. 상기 제1 전극 패드(340a)는 제2 도전형 반도체층(320) 및 활성층(330)을 관통하여 제1 도전형 반도체층(310)과 전기적으로 연결된 도전성 비아(340ax) 및 상기 도전성 비아(340ax)에 연결된 전극 연장부(340ay)를 포함할 수 있다.
도전성 비아(340ax)는 절연층(350)에 의해 둘러싸여 활성층(330) 및 제2 도전형 반도체층(320)과 전기적으로 분리될 수 있다. 도전성 비아(340ax)는 반도체 적층 구조체가 식각된 영역에 배치될 수 있다. 도전성 비아(340ax)는 접촉 저항이 낮아지도록 개수, 형상, 피치 또는 제1 도전형 반도체층(310)과의 접촉 면적 등을 적절히 설계할 수 있다. 또한, 도전성 비아(340ax)는 반도체 적층 구조체 상에 행과 열을 이루도록 배열됨으로써 전류 흐름을 개선시킬 수 있다. 상기 제2 전극 패드(340b)는 제2 도전형 반도체층(320) 상의 오믹 콘택층(340bx) 및 전극 연장부(340by)를 포함할 수 있다.
도 7을 참조하면, 발광 소자(300-2)는 지지 기판(301), 상기 지지 기판(301) 상에 형성된 제1 도전형 베이스층(302), 상기 제1 도전형 베이스층(302) 상에 형성된 복수의 나노 발광 구조물(360), 절연층(303) 및 충진부(304)를 포함할 수 있다.
나노 발광 구조물(360)은 제1 도전형 반도체 코어(361)와 상기 제1 도전형 반도체 코어(361)의 표면에 쉘층으로 순차적으로 형성된 활성층(362) 및 제2 도전형 반도체층(363)을 포함한다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예에서, 나노 발광 구조물(360)은 코어-쉘(core-shell) 구조로서 예시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 피라미드 구조와 같은 다른 구조를 가질 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체 베이스층(302)은 나노 발광 구조물(360)의 성장면을 제공하는 층일 수 있다. 상기 절연층(303)은 나노 발광 구조물(360)의 성장을 위한 오픈 영역을 제공하며, 실리콘산화막, 실리콘질화막 또는 실리콘산질화막과 같은 유전체 물질일 수 있다.
상기 충진부(304)는 나노 발광 구조물(360)을 구조적으로 안정화시킬 수 있으며, 빛을 투과 또는 반사하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 충진부(304)가 투광성 물질을 포함하는 경우, 충진부(304)는 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리콘산질화막, 탄성 수지, 실리콘(silicone), 에폭시 수지, 고분자 또는 플라스틱과 같은 투명한 물질로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 충진부(304)가 반사성 물질을 포함하는 경우, 충진부(304)는 PPA(polyphthalamide) 등의 고분자 물질에 고반사성을 가진 금속 분말 또는 세라믹 분말이 사용될 수 있다. 고반사성 세라믹 분말은, TiO2, Al2O3, Nb2O5, Al2O3 및 ZnO로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다. 또한, 고반사성 금속이 사용될 수도 있으며. 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)과 같은 금속일 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극 패드(340a, 340b)는 나노 발광 구조물(360)의 상면에 배치될 수 있다. 상기 제1 전극 패드(340a)는 제1 도전형 반도체 베이스층(302)의 노출된 상면에 위치하고, 제2 전극 패드(340b)는 나노 발광 구조물(360) 및 충진부(304)의 상부에 형성되는 오믹 콘택층(340bx) 및 전극 연장부(340by)를 포함할 수 있다. 이와 달리, 오믹 콘택층(340bx) 및 전극 연장부(340by)는 일체로 형성될 수도 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 광원 모듈의 제2 기판의 상면에 탑재된 발광 소자를 나타내는 단면도이다.
도 8을 참조하면, 제2 기판(200)의 기판 상면(210) 상에 상부 연결 패드(230)와 발광 소자(300)를 제1 연결 부재(370)를 통하여 전기적으로 연결되도록 실장하고, 상기 제2 기판(200)의 기판 하면(215)의 제2 연결 패드(240) 상에 제2 연결 부재(250)를 형성한 모습을 나타낸다.
상기 발광 소자(300)는 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(310, 320)과 각각 전기적으로 연결하는 전극 패드(340a, 340b)를 구비할 수 있다. 상기 발광 소자(300)는 플립칩 본딩 방식으로 상기 전극 패드(340a, 340b)와 상기 상부 연결 패드(230)를 연결하는 제1 연결 부재(370), 예를 들어, 솔더볼 또는 솔더 범프를 통해 상기 제2 기판(200) 상에 실장되어 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 기판(200)의 단면을 살펴보면, 상부 연결 패드(230)가 비아(235) 위에 오버랩(overlap)되고, 제2 연결 부재(250)가 위치하는 제2 연결 패드(240)가 비아(235) 아래에 오버랩되는 양면 인쇄 회로 기판의 단면이다. 자세히 설명하면, 절연층에 상부 연결 패드(230), 비아(235) 및 제2 연결 패드(240)가 순차적으로 적층된 구조이다. 상기 상부 연결 패드(230) 및 제2 연결 패드(240)는 비아(235)에 의해 서로 전기적으로 연결된다. 또한, 상부 연결 패드(230) 및 제2 연결 패드(240)는 연결 부분만을 노출시킨 후, 솔더 레지스트에 의해 각각 덮여있다. 상기 제2 연결 패드(240)의 노출 영역은 표면 처리가 수행된 후, 솔더볼 또는 솔더 범프와 같은 제2 연결 부재(250)가 부착되는 영역이고, 상기 상부 연결 패드(230)의 노출 영역은 표면 처리가 수행된 후, 솔더볼 또는 솔더 범프와 같은 제1 연결 부재(370)가 부착되는 영역이다.
상기 제1 연결 부재(370)의 크기는 상기 제2 연결 부재(250)의 크기보다 작을 수 있다. 따라서 상기 상부 연결 패드(230)의 노출 영역은 상기 제2 연결 패드(240)의 노출 영역보다 작을 수 있다. 비록 노출 영역의 크기에서 차이가 있다고 하더라도, 상기 상부 연결 패드(230) 및 상기 제2 연결 패드(240)는 동일한 기능을 수행할 수 있다.
한편, 도면에서는 2개의 금속층이 존재하는 인쇄 회로 기판을 예시적으로 설명하였으나, 상기 금속층의 개수는 필요에 따라 3층 또는 4층 이상의 다층으로 좀 더 복잡한 구조를 지닐 수도 있다.
도 9를 참조하면, 발광 소자(300)와 제2 기판(200) 사이의 공간을 채우도록 돌출부(410) 및 수지부(420)를 형성한 모습을 나타낸다.
상기 수지부(420)는 수지에 고열전도성 필러(filler) 또는 고광반사 필러를 함유하여 이루어지거나, 수지에 고열전도성 필러 및 고광반사 필러가 함유되어 이루어질 수 있다. 그리고 언더필(underfill) 공정을 통해 발광 소자(300)와 제2 기판(200) 사이의 공간을 채우도록 형성될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 제2 기판(200)의 기판 상면(210)에는 상기 수지부(420)가 형성되는 영역을 정의하는 돌출부(410)가 더 구비될 수 있다. 따라서, 언더필을 통해 발광 소자(300)와 제2 기판(200) 사이의 공간을 채우는 수지부(420)는 외부로 흘러넘치지 않고 상기 돌출부(410)에 의해 제한된 영역 내에서 형성될 수 있다. 상기 수지부(420)가 상기 돌출부(410) 밖으로 유출되지 않도록, 상기 돌출부(410)의 시작 부분과 끝 부분이 맞닿도록 형성할 수 있다. 즉, 상기 돌출부(410)는 폐곡선으로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 돌출부(410)는 제2 실장 영역(220, 도 3 참조)을 구획하는 역할을 할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈의 제1 기판의 상면에 제2 기판을 실장하는 모습을 나타내는 사시도이다.
도 10을 참조하면, 광원 모듈을 제조하기 위하여, 회로 배선이 형성된 제1 기판(100)의 기판 상면(110) 상에 발광 소자(300)를 탑재한 복수의 제2 기판(200)을 표면 실장 기술(Surface Mounting Technology) 방식으로 상기 제1 기판(100)의 길이 방향을 따라 실장하는 모습을 나타낸다.
표면 실장 기술은 플럭싱(fluxing) 공정, 마운팅(mounting) 공정, 리플로우(reflow) 공정, 및 언더필 공정을 포함할 수 있다. 상기 제2 기판(200)의 제2 연결 패드(240, 도 12 참조)에 형성된 제2 연결 부재(250, 도 12 참조)에 플럭싱 공정을 통하여 플럭스를 도포한다. 플럭스가 도포된 제2 연결 부재(250)를 포함하는 제2 기판(200)을 제1 기판(100) 상에 마운팅 공정을 통하여 실장한다. 마운팅 공정 시, 제2 연결 부재(250)를 제1 기판(100)의 기판 상면(110)에 존재하는 제1 연결 패드(130)와 정확히 연결하며, 제1 실장 영역(120) 내에 제2 기판(200)이 실장될 수 있도록 한다.
각각의 제2 기판(200)을 제1 기판(100) 상에 실장한 후, 리플로우 공정을 통하여 상기 제2 연결 부재(250)가 상기 제1 연결 패드(130)와 화학적으로 결합할 수 있도록 한다. 리플로우 공정은 상기 제2 연결 부재(250)를 구성하는 물질의 용융점 이상으로 상기 제2 연결 부재(250)를 가열하는 공정을 포함할 수 있다. 리플로우 공정을 통해, 상기 제2 연결 부재(250)는 제1 연결 패드(130)와 금속간 화합물(Intermetallic Compound)을 형성하여 더욱 안정적인 결합을 이룰 수 있다.
표면 실장 기술 방식을 이용하여 제2 기판(200)을 제1 기판(100) 상에 실장하므로, 일반적으로 사용되는 본딩 와이어 방식 또는 전선을 이용한 연결 방식에 비하여 실장 공차를 줄일 수 있다. 또한, 반도체 제조에 사용되는 표면 실장 장비를 통하여 제조 작업이 이루어질 수 있으므로, 제조 효율을 높이고 불량률을 낮출 수 있다.
도면에는 제2 기판(200)을 제1 기판(100) 상에 하나씩 차례대로 실장하는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 복수의 제2 기판(200)을 제1 기판(100)에 한 번에 실장할 수도 있다. 또한, 제1 기판(100)에 3개의 제2 기판(200)이 실장되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 2개 또는 4개 이상의 제2 기판(200)이 실장될 수도 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈의 제1 기판의 상면에 제2 기판이 실장된 모습을 나타내는 평면도이다.
도 11을 참조하면, 제1 기판(100)의 기판 상면(110)에 발광 소자(300)가 탑재된 제2 기판(200)이 상기 제1 기판(100)의 길이 방향을 따라 실장되어 장축의 광원 모듈을 형성한 모습을 나타낸다.
본 발명에 따른 기술적 사상의 실시예는 발광 소자(300)가 칩 형태로 단축의 양면 인쇄 회로 기판인 제2 기판(200) 상에 플립칩 본딩 방식으로 실장되고, 상기 제2 기판(200)이 장축의 제1 기판(100) 상에 표면 실장 방식으로 실장되어 구성된 장축 광원 모듈이다.
TV, 모니터, 터치 패널 등의 디스플레이 장치는 점점 대형화되고 있으며, 이에 따라, 시장에서는 고광량 및 고효율의 광원 모듈 및 백라이트 유닛이 요구되고 있다. 또한, 조명 장치에도 발광 소자의 응용이 확대됨에 따라 대면적의 선발광 또는 면발광이 요구되고 있다.
대형 디스플레이 장치 또는 대형 조명 장치의 부품으로서 사용되기 위하여, 발광 소자가 다수 실장된 장축의 광원 모듈을 적용하는 것이 제조 효율 측면에서 유리하나, 현재의 표면 실장 공정을 진행할 수 있는 공정 장비는 장축의 광원 모듈을 제조하기에는 정밀도가 낮고, 이를 대체하여 장축의 광원 모듈을 제조하기 위한 공정 장비를 제작하기에는 많은 비용이 소요되는 문제가 있다. 즉, 현재의 표면 실장 공정을 진행할 수 있는 공정 장비를 이용하여 단축의 광원 모듈을 제조하는 것은 가능하지만, 장축의 광원 모듈을 제조하는 것은 공정상 어려움이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 기술적 사상의 실시예는 장축의 베이스 기판을 이용하여 복수의 단축의 광원 모듈을 연장하여, 실질적으로 장축의 광원 모듈과 동일한 효과를 기대할 수 있다. 또한, 현재의 표면 실장 공정을 진행할 수 있는 공정 장비를 그대로 이용하여 장축의 광원 모듈의 제작이 가능하므로, 고광량 및 고효율의 광원 모듈 및 백라이트 유닛을 제조 단가를 낮추어 제작할 수 있다.
또한, 일반적으로 사용되는 본딩 와이어 방식 또는 전선을 이용한 연결 방식에 비하여 제조 효율을 높일 수 있으며, 반도체 제조에 사용되는 표면 실장 장비를 사용하여 실장 공차를 줄일 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈의 제1 기판의 상면에 제2 기판이 실장된 모습을 나타내는 단면도이다.
도 12를 참조하면, 플립칩 본딩 방식으로 제2 기판(200) 상에 실장된 발광 소자(300) 및 표면 실장 기술 방식으로 제1 기판(100) 상에 상기 제1 기판(100)의 길이 방향을 따라 실장된 제2 기판(200)을 나타내다.
발광 소자(300)는 제1 기판(100)이 배치된 방향과 반대 방향으로 광을 조사할 수 있다. 각각의 발광 소자(300)는 개별적으로 작동하도록 제1 기판(100) 및 제2 기판(200)에 내부 배선을 병렬적으로 구성할 수 있고, 동일한 제2 기판(200)에 실장된 발광 소자(300)는 동시에 작동하도록 제1 기판(100) 및 제2 기판(200)에 내부 배선을 구성할 수 있고, 모든 발광 소자(300)가 동시에 작동하도록 제1 기판(100) 및 제2 기판(200)에 내부 배선을 구성할 수 있다.
외부 전원인 양극(+)과 연결되는 양극 커넥터(140p) 및 음극(-)과 연결되는 음극 커넥터(140n)를 포함하는 커넥터(140)는 제1 기판(100)의 한쪽 끝단에 인접하여 형성될 수 있고, 또는 양극 커넥터(140p) 및 음극 커넥터(140n)는 서로 다른 끝단에 인접하여 형성될 수도 있다. 또한, 상기 내부 배선의 구조 및 광원 모듈이 장착될 디스플레이 장치에 따라 상기 커넥터(140)의 구조 및 위치는 달라질 수 있다.
제1 기판(100) 및 제2 기판(200)에 형성되는 내부 배선의 구조에 따라, 상기 제1 기판(100)의 두께(H1) 및 제2 기판(200)의 두께(H2)는 달라질 수 있다. 또한, 제1 기판(100) 및 제2 기판(200)을 구성하는 재질에 따라 각각의 두께(H1, H2)는 달라질 수 있다.
또한, 제1 기판(100) 및 제2 기판(200)에 형성되는 내부 배선의 구조에 따라, 제1 연결 패드(130) 및 제2 연결 패드(240)의 개수 및 위치는 달라질 수 있다. 도면에는 각각의 제2 기판(200)에 두 개의 제2 연결 패드(240)를 도시하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
일부 실시예들에 있어서, 제1 기판(100)과 제2 기판(200)의 사이 및 제2 연결 패드(240)의 사이를 채우는 절연 물질(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 절연 물질은 수지에 고열전도성 필러가 함유되어 이루어질 수 있다. 그리고 언더필 공정을 통해 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 사이의 공간을 채우도록 형성될 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈의 제1 기판의 상면에 제2 기판 및 패키지 기판을 실장하는 모습을 나타내는 사시도이다.
도 13을 참조하면, 패키지 기판(300p) 상에 발광 소자(300)가 탑재되고, 상기 패키지 기판(300p)이 실장된 제2 기판(200)이 제1 기판(100)의 기판 상면(110)에 상기 제1 기판(100)의 길이 방향을 따라 실장되어 장축의 광원 모듈을 형성한 모습을 나타낸다.
본 발명에 따른 기술적 사상의 실시예는 발광 소자(300)가 패키지 기판(300p) 상에 탑재된 패키지 형태로 단축의 양면 인쇄 회로 기판인 제2 기판(200) 상에 본딩 방식으로 실장되고, 상기 제2 기판(200)이 장축의 제1 기판(100) 상에 표면 실장 방식으로 실장되어 구성된 장축 광원 모듈이다.
일부 실시예들에 있어서, 장축의 광원 모듈 제조 방법은 발광 소자(300)가 패키지 기판(300p) 상에 탑재되는 제1 단계, 상기 패키지 기판(300p)이 제2 기판(200) 상에 실장되는 제2 단계, 상기 제2 기판(200)이 제1 기판(100) 상에 실장되는 제3 단계를 포함할 수 있다. 즉, 발광 소자(300)는 3개의 기판(100, 200, 300p)을 적층하여 형성된 구조체 상에 실장될 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈의 제1 기판의 상면에 제2 기판 및 패키지 기판이 실장된 모습을 나타내는 단면도이다.
도 14를 참조하면, 제2 기판(200) 상에 실장된 발광 소자(300)를 포함하는 패키지 기판(300p) 및 표면 실장 기술 방식으로 제1 기판(100) 상에 상기 제1 기판(100)의 길이 방향을 따라 실장된 제2 기판(200)을 나타내다.
각각의 발광 소자(300)는 패키지 기판(300p)의 반사컵 내에 실장되고, 패키지 기판(300p) 상에 상기 발광 소자(300)를 봉지하는 파장 변환부(380)를 포함할 수 있다. 파장 변환부(380)에는 필요에 따라 형광체 및/또는 양자 점(quantum dot)과 같은 파장 변환 물질이 함유될 수 있다.
구체적으로, 양자 점은 화합물 반도체를 이용하여 코어-쉘 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, CdSe, InP 등과 같은 코어 및 ZnS, ZnSe 등과 같은 쉘을 가질 수 있다. 또한, 상기 양자 점은 코어 및 쉘의 안정화를 위한 리간드(ligand)를 포함할 수 있다. 상기 양자 점은 사이즈에 따라 다양한 컬러를 구현할 수 있으며, 특히 형광체 대체 물질로 사용되는 경우에는 적색 또는 녹색 형광체로 사용될 수 있다.
앞서 도 12에서 설명한 내용과 실질적으로 동일한 내용은 여기서는 설명을 생략하도록 한다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 광원 모듈의 제1 기판의 상면에 제2 기판이 실장된 모습을 나타내는 평면도이다.
도 15를 참조하면, 제1 방향으로 소정의 길이(L3) 및 제2 방향으로 소정의 길이(L4)를 가진 제1 기판(100-1)의 상면에 발광 소자(300)가 탑재된 제2 기판(200)이 상기 제1 기판(100-1)의 제1 방향 및 제2 방향을 따라 일정한 간격으로 실장된 모습을 나타낸다.
제1 기판(100-1)의 한쪽 끝단 부근에만 제2 방향을 따라 커넥터(140)들이 배치될 수 있다. 각각의 커넥터(140)는 각각의 열에 제1 방향으로 실장된 복수의 제2 기판(200)에 외부 전원을 공급하는 외부 연결 단자로서 역할을 수행할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 커넥터(140)들은 하나의 내부 배선으로 연결될 수 있으며, 이 경우, 모든 발광 소자(300)들은 동시에 작동될 수 있다. 커넥터(140)는 양극 전원과 연결되는 양극 커넥터(140p) 및 음극 전원과 연결되는 음극 커넥터(140n)로 구성될 수 있다.
일반적으로 면발광 백라이트 유닛 및 평판 조명 장치의 제조에 있어서, 복수의 광원 모듈을 각각 연결하여 하우징하는 방식이 사용될 수 있다. 그러나 제조 효율이 낮고, 복수의 광원 모듈에 전원을 공급하기 위한 배선을 따로 형성해야 하는 문제점이 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예에서, 소정의 면적을 가지는 제1 기판(100-1) 상에 단축의 광원 모듈을 복수로 실장하여, 하나의 면발광 광원 모듈을 제조할 수 있다.
제1 기판(100-1)의 형상 및 실장되는 제2 기판(200)의 개수에 차이가 있으나, 앞서 설명한 제1 기판(100, 도 11 참조)을 포함하는 장축의 광원 모듈과 동일하거나 유사하므로 여기서는 중복되는 설명을 생략하도록 한다.
도 16을 참조하면, 제1 방향으로 소정의 길이(L5) 및 제2 방향으로 소정의 길이(L4)를 가진 제1 기판(100-2)의 상면에 발광 소자(300)가 탑재된 제2 기판(200)이 상기 제1 기판(100-2)의 제1 방향 및 제2 방향을 따라 일정한 간격으로 실장되고, 제1 기판(100-2)의 양 끝단 부근 모두에 제2 방향을 따라 커넥터(140)가 배치된 모습을 나타낸다.
커넥터(140)는 양극 전원과 연결되는 양극 커넥터(140p) 및 음극 전원과 연결되는 음극 커넥터(140n)로 구성될 수 있다.
또는, 각각의 커넥터(140)는 일부 제2 기판(200)과 연결되도록 내부 배선을 연결할 수 있다. 즉, 도면에서 좌측의 커넥터(140)는 좌측에 실장된 제2 기판(200)과 연결되고, 우측의 커넥터(140)는 우측에 실장된 제2 기판(200)과 연결될 수 있다. 이 경우, 발광 소자(300)의 일부만을 작동할 수 있으므로, 필요에 따라, 광원을 조절하여 사용할 수 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈을 포함하는 백라이트 유닛을 나타내는 사시도이다.
도 17을 참조하면, 백라이트 유닛(1000)은 도광판(1040) 및 도광판(1040) 양 측면에 제공되는 광원 모듈(1010)을 포함할 수 있다. 또한, 백라이트 유닛(1000)은 도광판(1040)의 하부에 배치되는 반사판(1020)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈(1010)을 포함하는 백라이트 유닛(1000)은 에지형 백라이트 유닛일 수 있다. 광원 모듈(1010)은 도광판(1040)의 일 측면에만 제공되거나, 다른 측면에 추가적으로 제공될 수도 있다.
상기 광원 모듈(1010)은 앞서 도 1 내지 도 16을 참조하여 설명한 바와 같이, 제1 기판(100), 제2 기판(200), 및 발광 소자(300)를 포함할 수 있다. 상기 발광 소자(300)는 앞서 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명한 발광 소자일 수 있다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈을 포함하는 직하형 백라이트 유닛을 나타내는 단면도이다.
도 18을 참조하면, 백라이트 유닛(1100)은 광 확산판(1140) 및 광 확산판(1140) 하부에 배열된 광원 모듈(1110)을 포함할 수 있다. 또한, 백라이트 유닛(1100)은 광 확산판(1140) 하부에 배치되며, 광원 모듈(1110)을 수용하는 하우징(1160)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈(1110)을 포함하는 백라이트 유닛(1100)은 직하형 백라이트 유닛일 수 있다.
상기 광원 모듈(1110)은 앞서 도 1 내지 도 16을 참조하여 설명한 바와 같이, 제1 기판(100), 제2 기판(200), 및 발광 소자(300)를 포함할 수 있다. 상기 발광 소자(300)는 앞서 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명한 발광 소자일 수 있다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈을 포함하는 직하형 백라이트 유닛의 발광 소자의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 19를 참조하면, 직하형 백라이트 유닛(1200)에 있어서 발광 소자(300)의 배치를 나타낸다. 상기 발광 소자(300)는 앞서 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명한 발광 소자일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈을 포함하는 직하형 백라이트 유닛(1200)은 제1 기판(100-1) 상에 발광 소자(300)들이 탑재된 복수의 제2 기판(200)들로 구성될 수 있다. 발광 소자(300)를 포함하는 제2 기판(200)의 배열 구조는 행과 열로 배열된 매트릭스 구조로서 각각의 행과 열은 지그재그 형태를 갖는다. 4개의 발광 소자(300)들은 상기 제2 기판(200) 상에 동일한 형태로 배치하되, 제2 기판(200)들로 구성된 행과 열을 일직선상에 배치하지 않는 구조로서 이해될 수 있다.
상기 직하형 백라이트 유닛(1200)에 있어서, 휘도의 균일성 및 광효율을 보다 향상시키기 위하여, 상기 제2 기판(200)은 배치 구조 및 간격을 서로 다르게 할 수도 있다. 또한, 이러한 발광 소자(300)들의 배치 방법 외에, 휘도의 균일성을 확보할 수 있도록 인접한 발광 소자 간의 거리(S1, S2)를 최적화할 수 있다. 이와 같이, 발광 소자(300)를 포함하는 제2 기판(200)으로 구성된 행과 열을 일직선상에 배치하지 않고 지그재그로 배치함에 따라, 동일한 발광 면적에 대하여 약 15% 내지 25% 정도 발광 소자의 수를 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈을 포함하는 디스플레이 장치의 분해 사시도이다.
도 20을 참조하면, 일반적으로 디스플레이 장치(2000)는 백라이트 유닛(2100), 광학 시트(2200) 및 액정 패널과 같은 화상 표시 패널(2300)을 포함할 수 있다. 또한, 백라이트 유닛(2100)은 하우징(2110), 반사판(2120), 도광판(2140) 및 도광판(2140)의 적어도 하나의 측면에 제공되는 광원 모듈(2130)을 포함할 수 있다.
상기 광원 모듈(2130)은 앞서 도 1 내지 도 16을 참조하여 설명한 바와 같이, 제1 기판(100), 제2 기판(200), 및 발광 소자(300)를 포함할 수 있다. 특히, 발광 소자(300)는 도광판(2140)에 인접한 측면으로 실장된 사이드-뷰 타입일 수 있다. 상기 발광 소자(300)는 앞서 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명한 발광 소자일 수 있다.
광학 시트(2200)는 시트, 프리즘 시트 또는 보호 시트와 같은 여러 종류의 시트를 포함할 수 있다.
화상 표시 패널(2300)은 광학 시트(2200)를 출사한 광을 이용하여 영상을 표시할 수 있다. 화상 표시 패널(2300)은 어레이 기판(2310), 액정층(2320), 및 컬러 필터 기판(2330)을 포함할 수 있다. 어레이 기판(2310)은 매트릭스 형태로 배치된 화소 전극들, 상기 화소 전극에 구동 전압을 인가하는 박막 트랜지스터들 및 상기 박막 트랜지스터들을 작동시키기 위한 신호 라인들을 포함할 수 있다.
컬러 필터 기판(2330)은 투명 기판, 컬러 필터 및 공통 전극을 포함할 수 있다. 상기 컬러 필터는 백라이트 유닛(2100)으로부터 방출되는 백색광 중 특정 파장의 광을 선택적으로 통과시키기 위한 필터들을 포함할 수 있다. 액정층(2320)은 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극 사이에 형성된 전기장에 의해 재배열되어 광 투과율을 조절할 수 있다. 광 투과율이 조절된 광은 컬러 필터 기판(2330)의 상기 컬러 필터를 통과함으로써 영상을 표시할 수 있다. 화상 표시 패널(2300)은 영상 신호를 처리하는 구동 회로 유닛 등을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예의 광원 모듈(2130)을 포함하는 디스플레이 장치(2000)는, 상대적으로 작은 반치폭을 가지는 청색광, 녹색광 및 적색광을 방출하는 발광 소자(300)를 사용하여, 방출된 광이 컬러 필터 기판(2330)을 통과한 후 높은 색순도의 청색, 녹색 및 적색을 구현하도록 할 수 있다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈을 포함하는 바(bar) 타입의 조명 장치를 나타내는 분해 사시도이다.
도 21을 참조하면, 조명 장치(3000)는 방열 부재(3001), 커버(3027), 광원 모듈(3021), 제1 소켓(3005), 및 제2 소켓(3023)을 포함할 수 있다.
방열 부재(3001)의 내부 및/또는 외부 표면에 복수의 방열 핀(3009, 3015)이 요철 형태로 형성될 수 있으며, 방열 핀(3009, 3015)은 다양한 형상 및 간격을 갖도록 설계될 수 있다. 방열 부재(3001)의 내측에는 돌출 형태의 지지대(3013)가 형성되어 있다. 지지대(3013)에는 광원 모듈(3021)이 고정될 수 있다. 방열 부재(3001)의 양 끝단에는 걸림 턱(3011)이 형성될 수 있다.
커버(3027)에는 걸림 홈(3029)이 형성되어 있으며, 걸림 홈(3029)에는 방열 부재(3001)의 걸림 턱(3011)이 후크 결합 구조로 결합될 수 있다. 걸림 홈(3029)과 걸림 턱(3011)이 형성되는 위치는 서로 바뀔 수도 있다.
광원 모듈(3021)은 앞서 도 1 내지 도 16을 참조하여 설명한 바와 같이, 제1 기판(100), 제2 기판(200), 및 발광 소자(300)를 포함할 수 있다. 상기 광원 모듈(3021)은 추가적으로 컨트롤러(3017)를 더 포함할 수 있다. 컨트롤러(3017)는 제1 기판(100) 상에 배치될 수 있다. 컨트롤러(3017)는 발광 소자(300)의 구동 정보를 저장할 수 있다. 제1 기판(100)에는 발광 소자(300)를 작동시키기 위한 회로 배선들이 형성되어 있다. 또한, 발광 소자(300)를 작동시키기 위한 구성 요소들이 포함될 수도 있다. 상기 발광 소자(300)는 앞서 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명한 발광 소자일 수 있다.
제1 및 제2 소켓(3005, 3023)은 한 쌍의 소켓으로서 방열 부재(3001) 및 커버(3027)로 구성된 원통형 커버 유닛의 양단에 결합되는 구조를 갖는다. 예를 들어, 제1 소켓(3005)은 전극 단자(3003) 및 전원 장치(3007)를 포함할 수 있고, 제2 소켓(3023)에는 더미 단자(3025)가 배치될 수 있다.
또한, 제1 소켓(3005) 또는 제2 소켓(3023) 중의 어느 하나의 소켓에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 더미 단자(3025)가 배치된 제2 소켓(3023)에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수 있다. 다른 실시예에서, 전극 단자(3003)가 배치된 제1 소켓(3005)에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수도 있다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈을 포함하는 평판 조명 장치를 나타내는 분해 사시도이다.
도 22를 참조하면, 조명 장치(3100)는 면 광원 타입의 구조를 가질 수 있으며, 광원 모듈(3110), 하우징(3120), 커버(3130) 및 히트 싱크(3140)를 포함할 수 있다.
상기 광원 모듈(3110)은 앞서 도 1 내지 도 16을 참조하여 설명한 바와 같이, 제1 기판(100, 100-1, 100-2), 제2 기판(200), 및 발광 소자(300)를 포함할 수 있다. 상기 광원 모듈(3110)은 복수의 제1 기판(100)들로 구성되거나, 또는 단수의 제1 기판(100-1, 100-2)으로 구성될 수 있다.
하우징(3120)은 상기 광원 모듈(3110)이 탑재되는 바닥면(3124)과 상기 바닥면(3124) 둘레에서 연장되는 측면(3125)을 포함하여 박스형 구조를 가질 수 있다. 하우징(3120)은 상기 광원 모듈(3110)에서 발생되는 열을 외부로 방출시킬 수 있도록 열전도율이 우수한 재질, 예를 들어, 금속 재질로 이루어질 수 있다.
상기 하우징(3120)의 바닥면(3124)에는 히트 싱크(3140)가 삽입되어 체결되는 홀(미도시)이 상기 바닥면(3124)을 관통하여 형성될 수 있다. 그리고 상기 바닥면(3124)에 탑재되는 상기 광원 모듈(3110)은 부분적으로 상기 홀과 체결될 수 있다.
커버(3130)는 광원 모듈(3110)을 덮을 수 있도록 하우징(3120)의 측면(3125)에 체결된다. 그리고 전체적으로 편평한 구조를 가질 수 있다.
히트 싱크(3140)는 하우징(3120)의 하면(3126)을 통해 상기 홀에 체결될 수 있다. 그리고 상기 홀을 통해 상기 광원 모듈(3110)과 접촉하여 상기 광원 모듈(3110)의 열을 외부로 방출할 수 있다. 방열 효율의 향상을 위해 상기 히트 싱크(3140)는 복수의 방열 핀(3141)을 구비할 수 있다. 상기 히트 싱크(3140)는 상기 하우징(3120)과 같이 열전도율이 우수한 재질로 이루어질 수 있다.
앞서 조명 장치에 대하여 살펴본 바와 같이, 광원 모듈을 이용한 조명 장치는 용도에 따라 크게 실내용 및 실외용으로 구분될 수 있다. 실내용 조명 장치는 주로 기존 조명 대체용으로 벌브형 램프, 형광등, 평판형 조명 장치 등이 여기에 해당되며, 실외용 조명 장치는 가로등, 보안등, 투광등, 경관등, 신호등 등이 해당된다.
또한, 광원 모듈을 이용한 조명 장치는 차량용 내부 및/또는 외부 광원으로 활용 가능하다. 내부 광원으로는 차량용 실내등, 독서등, 계기판의 각종 광원 등으로 사용 가능하며, 차량용 외부 광원으로 전조등, 브레이크등, 방향지시등, 안개등, 주행등 등 모든 광원에 사용 가능하다.
아울러, 로봇 또는 각종 기계 설비에 사용되는 광원으로 광원 모듈을 이용한 조명 장치가 적용될 수 있다. 특히, 특수한 파장대를 이용한 조명 장치는 식물의 성장을 촉진시키고, 감성 조명으로서 사람의 기분을 안정시키거나 병을 치료할 수도 있다.
광원 모듈을 이용한 조명 장치는 제품 형태, 장소 및 목적에 따라 광학 설계가 변할 수 있다. 감성 조명과 관련하여 조명의 색, 온도, 밝기 및 색상을 컨트롤하는 기술 및 스마트폰과 같은 휴대기기를 활용한 무선 제어 기술을 이용하여 조명 제어가 가능하다.
또한, 이와 더불어 광원 모듈을 이용한 조명 장치와 디스플레이 장치에 통신 기능을 부가하여 발광 소자의 고유 목적과 통신 수단으로서의 목적을 동시에 달성하고자 하는 가시광 무선 통신 기술도 가능하다. 이는 발광 소자가 기존의 광원들에 비해 수명이 길고 전력 효율이 우수하며 다양한 색 구현이 가능할 뿐만 아니라 디지털 통신을 위한 스위칭 속도가 빠르고 디지털 제어가 가능하다는 장점을 갖고 있기 때문이다.
가시광 무선 통신 기술은 인간이 눈으로 인지할 수 있는 가시광 파장 대역의 빛을 이용하여 무선으로 정보를 전달하는 무선 통신 기술이다. 이러한 가시광 무선 통신 기술은 가시광 파장 대역의 빛을 이용한다는 측면에서 기존의 유선 광통신기술 및 적외선 무선 통신과 구별되며, 통신 환경이 무선이라는 측면에서 유선 광통신 기술과 구별된다.
또한, 가시광 무선 통신 기술은 RF 무선 통신과 달리 주파수 이용 측면에서 규제 또는 허가를 받지 않고 자유롭게 이용할 수 있다는 편리성과 물리적 보안성이 우수하고 통신 링크를 사용자가 눈으로 확인할 수 있다는 차별성을 가지고 있으며, 무엇보다도 광원의 고유 목적과 통신 기능을 동시에 얻을 수 있다는 융합 기술로서의 특징을 가지고 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100, 100-1, 100-2: 제1 기판
200: 제2 기판
300, 300-1, 300-2: 발광 소자
1000, 1100, 1200: 백라이트 유닛
2000: 디스플레이 장치
3000, 3100: 조명 장치

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  11. 발광 소자가 탑재된 패키지 기판;
    전원 공급을 위한 커넥터 및 상기 커넥터와 전기적으로 연결되는 제1 연결 패드가 형성된 제1 기판;
    상면에 상기 패키지 기판이 복수로 실장되고, 하면에 상기 발광 소자와 전기적으로 연결되는 제2 연결 패드가 형성된 제2 기판; 및
    상기 제1 기판 상에 상기 제2 기판이 복수로 실장되고, 상기 제1 연결 패드 및 상기 제2 연결 패드를 전기적으로 연결하는 연결 부재를 포함하는 광원 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 패키지 기판 상에 상기 발광 소자를 덮는 파장 변환 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 파장 변환 물질은 형광체 또는 양자 점(quantum dot)인 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1 기판은 상기 커넥터 및 상기 제1 연결 패드가 동일한 면에 형성되는 단면 인쇄 회로 기판이고,
    상기 제2 기판은 양면 인쇄 회로 기판인 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제2 기판은 상기 제1 기판 상에 표면 실장 기술 방식으로 실장되는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  16. 발광 소자가 탑재된 패키지 기판;
    전원 공급을 위한 커넥터 및 상기 커넥터와 전기적으로 연결되는 제1 연결 패드가 형성된 제1 기판;
    상면에 상기 패키지 기판이 복수로 실장되고, 하면에 상기 발광 소자와 전기적으로 연결되는 제2 연결 패드가 형성된 제2 기판; 및
    상기 제1 기판 상에 상기 제2 기판이 복수로 실장되고, 상기 제1 연결 패드 및 상기 제2 연결 패드를 전기적으로 연결하는 연결 부재를 포함하는 광원 모듈을 포함하는 백라이트 유닛.
  17. 제16항에 있어서,
    광이 입사되어 외부로 방출되는 도광판을 더 포함하고,
    상기 광원 모듈은 상기 도광판의 적어도 일 측면에 배치되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  18. 제16항에 있어서,
    광을 확산시키는 광 확산판을 더 포함하고,
    상기 광원 모듈은 상기 광 확산판의 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 제1 기판은 상기 커넥터 및 상기 제1 연결 패드가 동일한 면에 형성되는 단면 인쇄 회로 기판이고,
    상기 제2 기판은 양면 인쇄 회로 기판인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 제2 기판은 상기 제1 기판 상에 표면 실장 기술 방식으로 실장되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
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