KR101562774B1

KR101562774B1 - 발광모듈

Info

Publication number: KR101562774B1
Application number: KR1020090015387A
Authority: KR
Inventors: 이상민
Original assignee: 서울반도체 주식회사
Priority date: 2009-02-24
Filing date: 2009-02-24
Publication date: 2015-10-22
Also published as: KR20100098463A

Abstract

여기에서는 PCB와 상기 PCB 상에 배열되는 LED 광원들을 포함하는 발광모듈이 개시되며, 발광모듈의 LED 광원들은, 청색 LED칩과 황색 형광체의 조합으로 각각 이루어진 복수의 백색광원들과, 청색 LED칩과 적색 형광체의 조합으로 각각 이루어진 복수의 적색광원들을 포함한다.

백색광, CRI, 웜화이트, LED, 형광체, 조합, 적색광원, 백색광원, 모듈

Description

발광모듈{LIGHT EMITTING MODULE}

본 발명은 조명기구 내지 백라이트유닛(BLU; Back Light Unit)에 이용되는 발광모듈에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 복수의 백색광원과 복수의 적색광원을 포함하는 발광모듈에 관한 것이다.

LED를 이용하는 조명장치 또는 백라이트 유닛의 개발이 증가하고 있다. LED는 기본적으로 p형과 n형 반도체 접합으로 이루어져 있으며, 전압 인가시 전자와 정공의 결합으로 반도체의 밴드갭에 해당하는 에너지를 빛의 형태로 발하는 발광 반도체를 이용하는 소자이다.

적색, 녹색, 청색의 3원색 LED들을 이용하여 백색광을 만드는 백색 발광장치가 공지되어 있다. 그와 같은 백색 발광장치는, 회로 구성이 복잡하고, 3원색 LED들 사이의 거리 차에 의해 균일한 백색광의 구현이 어려우며, 경제성도 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 3원색 LED를 이용하는 방식은 연색성이 안 좋은 문제점이 있다.

도 11은 종래 백색 발광장치의 풀 컬러를 CIE1931 색도좌표 다이아그램에 도시한 것으로, 도 11을 참조하면, NTSC 규격이 사용했던 3원색의 색좌표를 나타내 는 삼각형이 표시되어 있고, 그 삼각형 내에서 적색(R),녹색(G),청색(B) LED들에 인가되는 전류에 의한 좌표의 기울기 변화에 따라 백색 영역의 광이 구현될 수 있다. 이때, 백색 영역은 흑체 복사 곡선(BBL curve; Black Body Locus curve)을 따라 나타나되, 그 흑체 복사 곡선의 기울기는 가로축과 세로축인 xy를 기준으로 ∞로부터 약 4000K 까지 증가하다가 약 4000K를 지나면서 감소하는 양상을 갖는다. 따라서, 적색, 청색, 녹색 LED만으로는 위 흑체 복사 곡선을 따르는 연색성 좋은 광(특히, 웜화이트 광)을 구현하지 못한다.

한편, 청색 LED와 황색 형광체의 조합을 이용하여 백색광을 만드는 백색 발광장치가 또한 공지되어 있는데, 그러한 종래의 백색 발광장치는, 회로 구성이 간단하고 가격이 저렴한 이점을 갖지만, 연색성이 떨어짐은 물론이고, 장파장에서의 낮은 광 세기로 인해 색재현성 또한 크게 떨어진다.

또한, 여기 파장이 다른 적색 및 녹색 형광체와 청색 LED칩의 조합에 의해 백색광을 만드는 발광장치도 종래에 공지되어 있다. 이러한 백색 발광장치는, 청색, 녹색, 적색 피크 파장을 가지므로, 일종의 황색 형광체를 이용하는 발광장치에 비해 연색성이나 색재현성이 좋다. 그러나, 그와 같은 발광장치는 하나의 봉지재 내에 이종의 형광체가 서로 격리됨 없이 위치되기 때문에, 광손실이 크며, 형광체의 효율성 또한 떨어지는 문제점이 있다.

이에 대해, 종래에는, 상대적으로 부족한 적색광을 보충하고, 연색성을 좋게 하기 위한 일환으로, 기존의 백색 발광장치에 적색 LED칩을 추가한 하이브리드(hybrid) 타입 발광모듈이 제안된 바 있다. 그러나, 그러한 하이브리드 타입 발광모듈은, 열에 취약한 적색 LED칩의 이용 및 그것의 열화 현상으로 인하여, 화이트 밸런스를 맞추는데 어려움이 있었고, 이에 따라, 양산화 내지 실용화 되지 못하였다.

따라서, 본 발명의 기술적 과제는, 백색광원들에 청색 LED칩과 적색 형광체의 조합으로 적색광을 발하는 적색광원들을 더하여, 연색성, 색재현성, 색 균일성 등이 모두 향상된 발광모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따라, PCB(Printed Circuit Board)와 상기 PCB 상에 배열되는 LED 광원들을 포함하는 발광모듈이 제공되며, 상기 LED 광원들은, 복수의 백색광원들과, 청색 LED칩과 적색 형광체의 조합으로 각각 이루어진 복수의 적색광원들을 포함한다. 여기에서, 발광모듈은 백라이트유닛 내지 일반 조명기구 등에 적용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 LED 광원들 각각은 LED칩과 형광체를 포함하는 LED 패키지가 상기 PCB 상에 실장되어 이루어질 수 있다. 다른 실시예에 따라, 상기 LED 광원들 각각은, LED칩이 상기 PCB 상에 실장된 후, 그 LED칩이 형광체에 의해 덮여 형성될 수 있다. 또 다른 실시예에 따라, 상기 LED 광원들 중 몇몇은 LED칩과 형광체를 포함하는 LED 패키지가 상기 PCB 상에 실장되어 이루어지고, 상기 LED 광원들 중 나머지는, LED칩이 상기 PCB 상에 실장된 후, 그 LED칩 위로 형광체가 덮여져 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 상기 복수의 백색광원들 각각은 대응되는 적색광원과 함께 상기 PCB 상에 실장된 복수의 LED 패키지 각각에 포함되며, 각각의 LED 패키지 내에는 상기 백색광원과 상기 적색광원이 광적으로 서로 독립되어 있을 수 있다. 이때, 상기 백색광원과 상기 적색광원은 상기 LED 패키지의 캐비티를 나누는 격벽에 의해 분리되어 있을 수 있다. 더 구체적으로는, 상기 복수의 LED 패키지 각각은 상기 백색광원과 상기 적색광원이 수용되는 캐비티를 한정하는 외벽과, 상기 백색광원과 상기 적색광원을 분리시키는 격벽을 포함하되, 상기 외벽은 도광판 또는 광학 패널과 접하고 상기 격벽은 상기 도광판 또는 상기 광학 패널과 이격된다.

바람직하게는, 상기 복수의 백색광원들 각각은 연속적인 복수의 정다각형 배열의 꼭지점들에 위치하고, 상기 복수의 적색광원들 각각은 상기 정다각형 배열 각각의 중심에 위치한다. 더 바람직하게는, 상기 정다각형 배열은 정육각형 배열일 수 있다.

바람직하게는, 상기 백색광원들 각각의 광은 CIE 색도도 상의 색좌표 (0.29, 0.45), (0.33, 0.37), (0.52, 0.47), (0.45, 0.54)로 정해지는 사각형의 영역 내에 있고, 상기 적색광원들 각각의 광은 CIE 색도도 상의 색좌표 (0.36, 0.34), (0.44, 0.2), (0.67, 0.32), (0.55, 0.44)로 정해지는 사각형의 영역 내에 있다.

바람직하게는, 상기 백색광원들은 상기 적색광원과 함께 또는 단독으로 발광할 수 있다. 또한, 상기 백색광원들과 상기 적색광원들에 의해 만들어진 광의 색온 도는 2500K~4500일 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 백색광원들 각각의 청색 LED칩은 복수의 발광셀을 포함하는 멀티셀형 LED칩일 수 있다. 이때, 상기 멀티셀형 LED칩은 교류 전원에 의해 동작되는 AC LED칩일 수 있다. 이때, 상기 백색광원들 중 적어도 하나는 지연형광체를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 백색 광원들 각각은, 청색 LED칩과 500 내지 600nm 범위의 피크 파장을 갖는 1종 이상의 형광체를 조합하여 이루어지는 것이 바람직하다. 대안적으로, 상기 백색 광원들 각각의 형광체는, 황색 형광체와, 녹색 및 앰버 형광체의 조합과, 녹색, 앰버 및 적색 형광체의 조합 중에서 선택될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따라, PCB와 상기 PCB 상에 배열되는 LED 광원들을 포함하는 발광모듈이 제공되되, 상기 LED 광원들은, 400 내지 480nm 범위의 피크 파장을 갖는 청색 LED칩과, 500 내지 600nm 범위의 피크 파장을 갖는 1종 이상의 형광체의 조합으로 이루어진 복수의 백색광원과; 400 내지 480nm 범위의 피크 파장을 갖는 청색 LED칩과, 600nm보다 큰 피크 파장을 갖는 1종 이상의 형광체의 조합으로 이루어진 복수의 적색광원을 포함한다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 백색광원들, 특히, 청색 LED칩과 500 내지 600nm 범위의 피크 파장을 갖는 1종 이상의 형광체를 포함하는 백색광원들로부터 나온 백색광에 적색광원들에서 나온 적색광을 보충함으로서, 색재현성 및 연색성 좋은 백색광, 특히, 웜화이트 광을 얻을 수 있다. 이때, 적색광원이 열에 취약한 적색 LED칩 대신에 청색 LED칩을 이용하므로, 열화에 의한 화이트 밸런스 저하가 없다. 본 명세서에서, 용어, '백색광'은 웜화이트 광을 포함하는 더 넓은 범위의 백색광으로 정의된다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광모듈이 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 발광모듈(10)은 PCB(100)와, 상기 PCB(100) 상에 배열된 복수의 LED 광원들(W, R)을 포함한다. 상기 PCB(100)는 다수의 전극 패턴들(미도시함)을 상면에 구비한다. 상기 PCB(100)는 상기 LED 광원들(W, R)에 전력을 공급할 수 있는 전극 패턴 또는 회로를 구비하는 것으로 족하며, 전극 패턴 또는 회로가 형성되는 기재의 재질이나 구조는 다양하게 변형될 수 있는 것이다.

상기 LED 광원들은 복수의 백색광원(W)들과 복수의 적색광원(R)들을 포함한다. 본 실시예에서, 상기 백색광원(W)들은, 청색 LED칩과 황색 형광체에 의해 백색 광을 생성하며, 상기 적색광원(R)들은 청색 LED칩과 적색 형광체에 의해 적색광을 생성한다. 백색광원(W)들은 기본광으로서의 백색광을 생성하고, 상기 적색광원(R)들은 상기 백색광의 CRI를 조절하는 역할을 한다. 따라서, 백색광원(W)들의 개수가 적색광원(R)들의 개수에 비해 많으며, 바람직하게는, 백색광원: 적색광원의 개수 비는 2:1 내지 7:1인 것이 바람직하다.

상기 LED 광원들은 적색광원(R)들 각각으로부터 발생된 적색광이 해당 적색광원(R)과 인접해 있는 백색광원(W)들에 대하여 균일하게 혼합되도록 배열되는 것이 바람직하다.

이를 위해, 도 1에 도시된 실시예에서는, 상기 백색광원(W)들이 PCB(100) 상에서 일점쇄선으로 표시한 정육각형(A1)의 꼭지점에 위치하도록 배열된다. 그리고, 그 정육각형의 배열들은 사방으로 연속해 있다. 또한, 적색광원(R)들 각각은 백색광원(W)들이 6개의 꼭지점을 점유하고 있는 해당 정육각형 배열의 중심에 위치한다. 따라서, 해당 적색광원(R)으로부터 생성된 적색광은 그와 일정한 거리로 인접해 있는 모든 백색광원(W)으로부터 생성된 백색광과 혼합되어 상대적으로 부족한 적색광을 보충하고, 더 나아가, 백색광의 CRI를 조절할 수 있다. 이때, 백색광원(W)들에 의해 한정된 작은 정육각형(A1) 배열은 적색광원(R)들에 의해 한정된 큰 정육각형(A2; 이점쇄선으로 표시됨) 배열 내에 위치한다는 것을 또한 알 수 있다. 대안적으로, 백색광원(W)들이 정육각형 외의 다른 정다각형 배열의 꼭지점에 위치하고, 해당 적색광원(R)이 그 정다각형 배열의 중심에 위치할 수도 있다. 또한, 해당 적색광원(R)이 그와 인접하는 복수의 백색광원(W)들에 일정 거리로 이격되어 배 치되는 것도 고려될 수 있다. 도 1에 도시된 것과 같은 배열의 발광모듈은 조명기구에도 적용 가능하지만, 백라이트유닛, 특히, 직하형 백라이트 유닛에 매우 적합하다.

도 2는 도 1의 I-I를 따라 취해진 단면도이다.

도 2를 참조하면, 백색광원(W)은 청색 LED칩(112)과 황색 형광체(114)를 포함하는 LED 패키지가 PCB(100) 상에 실장되어 이루어진다. 또한, 적색광원(R)은 청색 LED칩(122)과 적색 형광체(124)를 포함하는 LED 패키지가 PCB(100) 상에 실장되어 이루어진다.

이때, LED 패키지들 각각은, 캐비티가 형성된 리플렉터(110, 120)들을 구비하며, 상기 리플렉터(110, 120)들의 캐비티 바닥에는 LED칩들(112, 122)이 각각 부착된다. 리플렉터(110, 120)는 리드단자들(미도시됨)을 구비하며, 그 리드단자들 각각은 각 리플렉터(110, 120) 내에서 상기 LED칩(112, 122) 각각에 전기적으로 연결된다. 상기 형광체(114, 124)는 상기 LED칩(112, 122)들을 각각 덮도록 형성된다. 투광성의 봉지재(111, 121)는 LED칩(112, 122)과 형광체(114, 124)가 있는 리플렉터(110, 120) 각각의 캐비티를 메우도록 형성된다. 위와 같은 LED 패키지들이 PCB(100) 상에 실장되어, 결과적으로, 전술한 백색광원(W)과 적색광원(R)이 준비된다. 이때, LED 패키지들의 리드단자들이 PCB(100) 상의 전극 패턴들과 전기적으로 연결된다.

도시된 바와 같이, 상기 형광체(114, 124)들은 상기 봉지재의 형성 전에 실리콘 또는 에폭시 등과 같은 액상 또는 겔상 수지에 혼합되어, 상기 LED칩(112, 122) 상에 도팅 방식으로 형성될 수 있으며, 그와 달리, 전기 영동법에 의해, 수지 없이 단독으로 LED칩을 덮도록 형성될 수도 있다.

또한, 상기 형광체들은 봉지재의 상면에 형성된 코팅층 또는 2차 몰딩된 물질 내에 입자의 형태로 포함될 수도 있고, 봉지재의 상면에 부착된 필름 내에 입자의 형태로 포함될 수도 있다. 또한, 상기 형광체들은 봉지재 내에 넓게 산재되어 위치할 수도 있다. 또한, 전술한 리플렉터 대신에 리드단자 패턴을 구비한 기판 또는 그와 유사한 기능의 부품을 포함하는 다른 종류의 LED 패키지가 이용될 수도 있다.

본 실시예에서는, 상기 백색광원(W)은 청색 LED칩(112)과 황색 형광체(114)의 조합에 의해 이루어지고, 상기 적색광원(R)은 청색 LED칩(122)과 적색 형광체(124)의 조합에 의해 이루어진다. 백색광원(W) 내 청색 LED칩들(112)의 발광 피크 파장 범위는 대략 400~480nm일 수 있으며, 적색광원(R) 내 청색 LED칩(122)의 발광 피크 파장 범위도 대략 400~480nm일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 백색광원(W) 내 청색 LED칩(112)과 짝을 이루는 형광체(114)로 황색 형광체가 바람직하게 이용되지만, 용도에 따라, 황색 형광체 외에, 예를 들면, 앰버 형광체와 녹색 형광체의 조합, 또는, 앰버 형광체, 녹색 형광체 및 적색 형광체 조합 등이 이용될 수 있다. 백색광원 내 형광체로, 적색 형광체를 부분적으로 이용하는 등, 파장범위에 상관 없이 다양한 형광체가 이용될 수 있지만, 상기 백색광원(W) 내 이용될 수 있는 1종 이상의 형광체는 500~600nm의 피크 파장 범위 내에 있는 것이 가장 좋다.

적색광원(R) 내 적색 형광체(124)는 600nm보다 큰 피크 파장 범위를 갖는 것이 바람직하다.

본 실시예에서, 상기 백색광원(W)은 청색 LED칩(112)에 의한 청색광과 황색 형광체(114)에 의한 황색광의 혼합에 의해 백색 또는 황백색(yellowish white)의 기본광을 생성한다. 이때, 청색 LED칩(112)으로부터 발생한 청색광 일부는 황색 형광체(114)를 여기시키며, 이에 의해, 황색 형광체(114)는 황색광을 발한다. 그리고, 상기 청색 LED칩(112)으로부터 발생한 청색광의 나머지는 상기 황색 형광체(114)를 피하여 그대로 진행한다. 이에 따라, 상기 백색광원(W)은 상기 황색광과 상기 청색광의 혼합에 의해 백색 또는 황백색의 기본광을 생성할 수 있다.

그러나, 위와 같은 기본광은 적색광이 부족하고 연색성도 떨어지므로, 적색광의 보충과 CRI의 조절이 요구된다. 상기 적색광원(R)은 상기 백색광원(W)으로부터 나온 기본광에 혼합되는 적색광을 생성한다. 이때, 상기 적색광원(R)은 자신의 청색 LED칩(122)이 발한 청색광과, 그 청색광에 의해 여기된 적색 형광체(124)가 발한 적색광의 혼합에 의해 적색광을 발한다. 이때의 적색광은 적색에 가까운 핑크색 광도 포함하는 것으로 정의한다.

도 3에 도시된 CIE 1931 색도도 상에서 상기 백색광원(W)에 의한 기본광의 색좌표 범위는 흑체복사곡선으로부터 가능한 멀리, 즉, CIE 1931 색도도의 Y 좌표값이 크게 정해지는 것이 좋다. 하지만, 상기 기본광의 색좌표 범위는, 색좌표 범위가 거의 고정된 적색광원(R)으로부터의 적색광인 CRI 조절광에 의해, 흑체복사곡선 부근으로 당겨질 수 있는 정도로 정해지는 것이 바람직하다.

상기 백색광원(W)에 의해 생성된 백색광, 즉, 기본광은 CIE 색도도 상의 색좌표 (0.29, 0.45), (0.33, 0.37), (0.52, 0.47), (0.45, 0.54)로 정해지는 사각형의 제1 영역 내에 있게 정해지고, 상기 적색광원(R)에 의해 생성되는 CRI 조절광은 CIE 색도도 상의 색좌표 (0.36, 0.34), (0.44, 0.2), (0.67, 0.32), (0.55, 0.44)로 정해지는 사각형의 제2 영역 내에 있게 정해진다. 이때, 상기 백색광원(W)과 상기 적색광원(R)에 의해 얻어지는 광은, 쿨화이트 광이 아닌 웜화이트 광으로, 흑체복사곡선 부근에 있다. 얻어진 웜화이트 광의 색온도 범위는 대략 2500K 내지 4500K, 가장 바람직하게는 2500K 내지 3500K일 수 있다.

상기 적색광원(R)과 상기 백색광원(W)은, 서로 다른 LED 패키지들에 속함으로써, 완전히 분리되어 있다. 또한, 상기 적색광원(R)과 상기 백색광원(W)이 함께 동작되어 따뜻한 느낌을 주는 웜화이트 광을 만들 수도 있고, 백색광원(W)만이 동작되어 쿨화이트 광을 만들 수도 있다.

이상적으로는(ideally), 적색광원(R)의 청색 LED칩(122)으로부터 발생한 모든 광이 적색 형광체(124)와 작용할 수 있지만, 실제로는, 청색 LED칩(122)으로부터 나온 청색광 일부는 그대로 외부로 방출된다. 그러나, 그와 같은 적색광원(R)의 청색광이 파장 변환됨 없이 외부로 나온다 하더라도, 그것이 백색광원(W)에서 황색 형광체(114)에 의해 파장 변환된 황색광과 혼합되므로, 적색광원(R)으로부터 청색광 방출을 엄격하게 제한하지 않아도 된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 모듈을 설명하기 위한 평면도이고, 도 5는 도 4의 II-II를 따라 취해진 단면도이다. 도 4와 도 5를 참조하면, 백 색광원(W)들과 적색광원(R)들 모두 LED칩들(112, 122)이 PCB(100) 상에 실장된 후, 해당 LED칩(112, 122)들이 형광체(114, 124)에 의해 덮여 형성된다. 형광체(114, 124)로 LED칩(112, 122)을 덮는 방법으로는 예를 들면, 형광체(114, 124)들이 각각 혼합된 액상 수지들을 해당 LED칩(112, 122) 위에 도팅하는 방법이 있을 수 있다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, LED 광원들 중 몇몇 광원들, 즉, 백색광원(W)은 청색 LED칩(112)과 황색 형광체(114)를 포함하는 LED 패키지가 상기 PCB(100) 상에 실장되어 이루어지고, 상기 LED 광원들 중 나머지 광원들, 즉, 적색광원(R)들은 청색 LED칩(122)이 상기 PCB(100) 상에 실장된 후, 그 청색 LED칩(122) 위로 적색 형광체(124)가 예를 들면 도팅 방식으로 덮여져 형성되어 이루어진다. 반대로, 적색광원(R)이 LED 패키지 구조로 PCB(100) 상에 실장되고, 백색광원(W)은 청색 LED칩이 PCB 상에 실장된 후 황색 형광체가 덮여 이루어질 수도 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 멀티셀형 LED칩을 포함하는 발광모듈을 도시한다.

도 7을 참조하면, 본 실시예의 발광모듈은, 앞선 실시예와 마찬가지로, 청색 LED칩(112)과 황색 형광체(114)를 갖는 백색광원(W)들과, 다른 청색 LED칩(122)과 적색 형광체(124)를 갖는 적색광원(R)들 포함한다. 상기 적색광원(R)들 각각의 주변에는 복수의 백색광원(W)들이 배치된다. 본 실시예에 따르면, 백색광원(W)에서 발생한 백색 또는 황백색의 기본광이 그 주변에 위치한 적색광원(R)으로부터 생성된 CRI-혼합광과 한쪽으로 치우침 없이 골고루 혼합될 수 있다. 이에 따라, 상기 조합들은 색 편차 없는 보다 균일한 웜화이트 광을 만들어낼 수 있다.

이때, 상기 백색광원(W)의 청색 LED칩(112)은 복수의 발광셀들을 포함하는 멀티셀형 LED칩인 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 상기 멀티셀형 LED칩은 교류 전류에 의해 동작되는 AC LED칩이다. 도 7의 확대도에는 멀티셀형 LED칩의 구조가 예시적으로 도시되어 있다. 이를 참조하면, 상기 멀티셀형 LED 칩은 기판(112-1)과, 그 기판(112-1) 상에 반도체층들의 성장에 의해 형성된 복수의 발광셀(C₁, C₂,..., C_n-1, C_n)을 포함한다. 이때, 배선들(W₁, W₂,..., W_n-1, W_n)에 의해 복수의 발광셀 (C₁, C₂,..., C_n-1, C_n)들이 직렬로 연결되며, 그들 발광셀 각각은 기판(112-1) 또는 그 위의 버퍼층(도시를 생략함) 상에 차례로 형성된 n형 반도체층(1121), 활성층(1122) 및 p형 반도체층(1123)을 포함한다. 이때, p형 반도체층(1123) 상에는 투명전극층(112-2)이 형성될 수 있다. 또한, n형 반도체층(1121)의 일부 영역에서 활성층(1122) 및 p형 반도체층(1123) 일부가 제거되어, 그 n형 반도체층(1121)의 일부 영역에는 예를 들면, 이웃하는 발광셀의 p형 반도체층과 배선에 의해 연결될 수 있는 전극이 제공될 수 있다.

하나의 배선(W₁)은 하나의 발광셀(C₁)의 n형 반도체층(1121)과 그 발광셀에 이웃하는 다른 발광셀(C₂)의 p형 반도체층(1123)의 전극 사이를 연결한다. 또한, 상기 복수의 발광셀들로 된 직렬 어레이는 동일 PCB 상의 다른 발광셀들의 직렬 어레이와 역병렬로 연결될 수 있다.

상기 멀티셀형 LED칩(112)은, 위에서 설명한 바와 같이, 기판 상에 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층 등을 성장시키고, 그 반도체층들을 여러개의 발광셀들(C₁, C₂,... C_n-1, C_n)로 분리한 후, 그 발광셀들을 직병렬로 연결하여 만들어질 수 있다. 그와 달리, 상기 AC LED칩 미리 만들어지는 복수의 LED칩을 서브마운트 상에 실장한 후, 그 서브마운트에 실장된 복수의 LED칩들을 직병렬로 연결하여 만들어질 수도 있다. 그와 같은 경우, 상기 서브마운트의 재료로는 AlN, Si, Cu, Cu-W, Al₂O₃, SiC, Ceramic 등이 이용될 수 있다. 또한, 필요에 따라서는, 서브마운트와 각 LED칩 사이를 절연하는 재료를 그들 사이에 개재시킬 수 있다.

또한, 상기 백색광원(W)은, 도시하지는 않았지만, 지연형광체를 포함하는 층, 즉, 지연형광체층을 포함할 수 있다. 상기 지연형광체층은, 교류에 의해 동작되는 멀티셀형 청색 LED칩(112)의 플리커링 현상을 저감하기 위해 제공되며, 예를 들면, 백색광원(W)을 덮고 있는 봉지재(111)의 상면에 형성될 수 있다.

대안적으로, 교류 전원에 연결되어 사용되는 LED칩의 셀들은, 전류의 방향에 따라 온/오프를 반복하므로, 광이 깜박거리는 플리커링(flickering) 현상이 발생한다. 이때, 적색광원(R)의 청색 LED칩으로 DC LED칩(122)을 이용하고, 이 DC LED칩(122)을 직류 전원에 연결하면, 위의 플리커링 현상을 줄일 수 있을 것이다. 또한, 위의 플리커링 현상 또는 THD(Total Harmonic Distortion) 현상을 더 개선하기 위해, AC LED 또는 그것의 동작회로에, 소자 또는 IC 형태로 안티-플리커링 회로부 및/또는 안티-THD(Total Harmonic Distortion) 회로부를 회로적으로 연결하는 것이 바람직하다. 또한, 전술한 AC LED 및/또는 DC LED의 온도 변화에 따라, 상기 AC LED로 흐르는 전류를 다르게 제어하는 전류 조절부를 상기 AC LED의 동작 회로에 연결시킬 수 있다.

지연형광체는, 예를 들면, 미국특허 US5,770,111호, 미국특허 US5,839,718호, 미국특허 US5,885,483호, US6,093,346호, US6,267,911호 등에 개시된 규산염, 알루민산염, 황화물 형광체 등일 수 있으며, 예컨대, (Zn,Cd)S:Cu, SrAl2O4:Eu,Dy,(Ca,Sr)S:Bi, ZnSiO4:Eu, (Sr,Zn,Eu,Pb,Dy)Oㆍ(Al,Bi)2O3, m(Sr,Ba)Oㆍn(Mg,M)Oㆍ2(Si,Ge)O2:Eu,Ln (여기서, 1.5≤m≤3.5, 0.5≤n≤1.5, M은 Be, Zn 및 Cd로 이루어진 일군으로부터 선택된 적어도 하나의 원소, Ln은 Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, KLu, B, Al, Ga, In, Tl, Sb, Bi, As, P, Sn, Pb, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Cr 및 Mn으로 이루어진 일군으로부터 선택된 적어도 하나의 원소) 등일 수 있다.

지연형광체의 잔광 시간은 1msec 이상일 수 있으며, 8msec 이상이면 더욱 바람직하다. 지연형광체의 잔광 시간 상한은, 발광장치의 용도에 따라 달라질 수 있는 것으로, 특별히 제한되지는 않지만 10시간 이하인 것이 바람직하다.

도 8에는 조명기구용으로 적합한 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광모듈의 단면도가 도시되어 있다.

도 8을 참조하면, 베이스부(210)와 반사부(220)로 구성된 프레임을 포함한다. 상기 베이스부(210) 상에는 PCB(100)가 설치되며, 상기 PCB(100) 상에는 패키지 구조를 갖는 복수의 적색광원(R)들과 복수의 백색광원(W)들이 설치된다. 앞선 실시예들에서와 마찬가지로, 백색광원(W)들 각각은 청색 LED칩(112)과 황색 형광체(114)를 포함하고, 적색광원(R)들 각각은 다른 청색 LED칩(122)와 적색 형광체(124)를 포함한다. 이때, 상기 백색광원(W) 및/또는 적색광원(R)의 청색 LED칩이 AC LED칩일 수 있는데, 이 경우, 상기 베이스부(210) 또는 상기 PCB(100)에는 안티-플리커링 회로부(152) 및/또는 안티 THD 회로부(154)가 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 방열시스템, 안정기, 드라이버 및/또는 구동회로 등의 다양한 부품이 제공된 회로(156)가 상기 베이스부(210) 또는 상기 PCB(100)에 제공될 수 있다. 또한, 상기 반사부(220)는, AC LED칩을 이용하는 경우에 한해, 지연형광체(193)가 형성될 수 있다.

도 9는 백라이트유닛, 특히, 에지형 백라이트유닛에 적합한 구조의 발광모듈을 설명하기 위한 단면도이다.

도 9를 참조하면, 발광모듈 및 그 발광모듈과 함께 백라이트유닛의 일부를 구성하는 도광판(30)이 도시되어 있다.

도 9를 참조하면, 도광판(30)의 측면에 발광모듈(10)이 위치한다. 상기 발광모듈(10)은, 앞선 실시예들과 마찬가지로, PCB(100)과, 복수의 백색광원(W)과, 복수의 적색광원(R)을 포함한다. 그리고, 백색광원(W)과 적색광원(R)은 각각이 쌍을 이루면서 PCB(100) 상에 실장된 LED 패키지(1000)들 각각에 통합되어 있다.

상기 LED 패키지는(1000)은 백색광원(W)과 적색광원(R)을 모두 내부에 수용하기 위한 외벽(132)을 포함한다. 또한, 상기 외벽(132)에 의해 한정된 캐비티에는 백색광원(W)과 적색광원(R)을 분리하여 수용하기 위한 격벽(134)이 형성된다. 상기 격벽(134)의 높이는 상기 외벽(132)의 높이보다 낮으며, 따라서, 백색광원(W)에서 생성된 백색 또는 황백색의 기본광과 적색광원(R)에서 생성된 적색광이 혼합될 수 있는 영역이 도광판(30)의 측면에 인접하게 제공한다.

상기 격벽(134)의 좌측에는 백색광원의 제1 청색 LED칩(112)이 위치하며, 상기 제1 청색 LED칩(112)을 덮도록, 황색 형광체(114)가 포함된 평평한 제1 형광수지층이 상기 격벽(134) 이하의 높이로 형성된다. 또한, 상기 격벽(134)의 우측에는, 제2 청색 LED칩(122)이 위치하며, 상기 제2 청색 LED(122)를 덮도록, 적색 형광체(124)가 포함된 평평한 제2 형광수지층이 상기 격벽(134) 이하의 높이로 형성된다. 또한, 상기 제 1 형광수지층과 상기 제2 형광수지층을 덮도록 투명수지층(T)이 형성된다. 상기 투명수지층(T)은 전술한 LED 패키지의 외벽(132)과 같은 높이를 가져서 상기 도광판(30)의 측면에 접해 있다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 백라이트유닛용 발광모듈을 설명하기 위한 단면도이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 발광모듈(10)은, 앞선 실시예와 마찬가지로, 외벽(132)보다 작은 격벽(134)을 포함하는 LED 패키지(1000)를 포함한다. 상기 격벽(134)에 의해, 백색광원(W)과 적색광원(R)이 서로 독립되게 배치된다. 단, 앞선 실시예와 다른 점은, 상기 형광체를 포함하는 수지들의 형상이 반구형이라는 것과 앞선 실시예의 투명수지층(T; 도 9 참조)이 생략된 것이다. 이때, 형광체(112, 114)가 각각 포함된 백색 및 적색 광원의 반구형 형광 수지부들은 상기 외벽(132)의 높이보다 낮은 높이를 갖는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광모듈을 도시한 평면도로서, LED 광원들의 배열을 보여주는 도면.

도 2는 도 1의 I-I를 따라 취해진 단면도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 발광모듈의 백색광원과 적색광원이 만드는 광의 영역을 CIE1931 색도도에 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 모듈을 설명하기 위한 평면도.

도 5는 도 4의 II-II를 따라 취해진 단면도.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광모듈을 도시한 단면도.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 멀티셀형 LED칩을 포함하는 발광모듈을 설명하기 위한 도면.

도 8은 조명기구용으로 적합한 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광모듈을 도시한 단면도.

도 9는 에지형 백라이트유닛에 적합한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광모듈을 설명하기 위한 단면도.

도 10은 에지형 백라이트 유닛에 적합한 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 모듈을 설명하기 위한 단면도.

도 11은 일반적인 백색 발광장치의 풀 컬러를 보여주는 CIE1931 색도도.

Claims

PCB와 상기 PCB 상에 배열되는 LED 광원들을 포함하는 발광모듈로서, 상기 LED 광원들은,

복수의 백색광원들; 및

청색 LED칩과 적색 형광체의 조합으로 각각 이루어진 복수의 적색광원들을 포함하며,

상기 복수의 백색광원들과 상기 복수의 적색광원들의 개수비는 2:1 내지 7:1이며,

상기 복수의 백색광원들 각각은 연속적인 복수의 정육각형 배열의 꼭지점들에 위치하고, 상기 복수의 적색광원들 각각은 상기 정육각형 배열 각각의 중심에 위치하는 것을 특징으로 하는 발광모듈.
청구항 1에 있어서, 상기 LED 광원들 각각은 LED칩과 형광체를 포함하는 LED 패키지가 상기 PCB 상에 실장되어 이루어진 것을 특징으로 하는 발광모듈.
청구항 1에 있어서, 상기 LED 광원들 각각은, LED칩이 상기 PCB 상에 실장된 후, 그 LED칩이 형광체에 의해 덮여 형성된 것을 특징으로 하는 발광모듈.
청구항 1에 있어서, 상기 LED 광원들 중 몇몇은 LED칩과 형광체를 포함하는 LED 패키지가 상기 PCB 상에 실장되어 이루어지고, 상기 LED 광원들 중 나머지는 LED칩이 상기 PCB 상에 실장된 후 그 LED칩 위로 형광체가 덮여져 형성된 것을 특징으로 하는 발광모듈.
삭제
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 백색광원들 각각의 광은 CIE 색도도 상의 색좌표 (0.29, 0.45), (0.33, 0.37), (0.52, 0.47), (0.45, 0.54)로 정해지는 사각형의 영역 내에 있고, 상기 적색광원들 각각의 광은 CIE 색도도 상의 색좌표 (0.36, 0.34), (0.44, 0.2), (0.67, 0.32), (0.55, 0.44)로 정해지는 사각형의 영역 내에 있는 것을 특징으로 하는 발광모듈.
청구항 1에 있어서, 상기 백색광원들은 상기 적색광원과 함께 또는 단독으로 발광 가능한 것을 특징으로 하는 발광모듈.
청구항 1에 있어서, 상기 복수의 백색광원들 각각은 대응되는 적색광원과 함께 상기 PCB 상에 실장된 복수의 LED 패키지 각각에 포함되며, 각각의 LED 패키지 내에는 상기 백색광원과 상기 적색광원이 광적으로 서로 독립되어 있는 것을 특징으로 하는 발광모듈.
청구항 9에 있어서, 상기 백색광원과 상기 적색광원은 상기 LED 패키지의 캐비티를 나누는 격벽에 의해 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 발광모듈.
청구항 1에 있어서, 상기 백색광원들과 상기 적색광원들에 의해 만들어진 광의 색온도는 2500K~4500K인 것을 특징으로 하는 발광모듈.
청구항 1에 있어서, 상기 백색광원들 각각의 청색 LED칩은 복수의 발광셀을 포함하는 멀티셀형 LED칩인 것을 특징으로 하는 발광모듈.
청구항 12에 있어서, 상기 멀티셀형 LED칩은 교류 전원에 의해 동작되는 AC LED칩인 것을 특징으로 하는 발광모듈.
청구항 13에 있어서, 상기 백색광원들 중 적어도 하나는 지연형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광모듈.
청구항 9에 있어서, 상기 복수의 LED 패키지 각각은 상기 백색광원과 상기 적색광원이 수용되는 캐비티를 한정하는 외벽과, 상기 백색광원과 상기 적색광원을 분리시키는 격벽을 포함하되, 상기 외벽은 도광판 또는 광학 패널과 접하고 상기 격벽은 상기 도광판 또는 상기 광학 패널과 이격된 것을 특징으로 하는 발광모듈.
청구항 1에 있어서, 상기 백색 광원들 각각은, 청색 LED칩과 500 내지 600nm 범위의 피크 파장을 갖는 1종 이상의 형광체를 조합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 발광모듈.
청구항 1에 있어서, 상기 백색 광원들 각각은, 청색 LED칩과 그와 짝을 이루는 형광체의 조합으로 이루어지되, 상기 백색 광원들 각각의 형광체는, 황색 형광체와, 녹색 및 앰버 형광체의 조합과, 녹색, 앰버 및 적색 형광체의 조합 중 어느 하나로 선택된 것임을 특징으로 하는 발광모듈.
청구항 1에 있어서,

상기 복수의 백색광원들은 400 내지 480nm 범위의 피크 파장을 갖는 청색 LED칩과, 500 내지 600nm 범위의 피크 파장을 갖는 1종 이상의 형광체의 조합으로 이루어지고,

상기 복수의 적색광원들은 400 내지 480nm 범위의 피크 파장을 갖는 청색 LED칩과, 600nm보다 큰 피크 파장을 갖는 1종 이상의 형광체의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광모듈.