KR101974167B1 - 컬러필터를 장착한 ｌｅｄ 모듈 - Google Patents
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Abstract
컬러필터를 장착한 LED 모듈이 개시된다. 컬러필터를 장착한 LED 모듈은 R, G, B LED들, 및/또는 white LED를 하나의 LED 패키지로 단일 LED 칩을 제작하며, 컬러필터를 장착한 단일 LED chip으로 제작하여 제작 비용을 절감하며, 알루미늄을 양극산화하면 알루미늄 표면에 수십 ~ 수백 nm 크기의 세공의 크기와 간격을 갖는 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO, Anodic Aluminum Oxide) 나노 구조 기반의 컬러필터를 장착한 LED 모듈을 제공한다. 컬러필터를 장착한 LED 모듈은 기판; 기판 상에 레드(R), 그린(G), 블루(B) LED들, 및/또는 화이트 LED를 하나의 LED 패키징 된 단일 LED 칩; 상기 단일 LED 칩 위에 구비되는 제1 편광 필름; 상기 제1 편광 필름 위에 구비되는 액정; 상기 액정 위에 구비되는 제2 편광 필름; 및 상기 제1 편광 필름, 상기 액정, 상기 제2 편광 필름 위에 형성된 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터를 포함하며, 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터 위에 은 15 nm, 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO) 200 nm, 은 15 nm가 도포되며, 단일 LED 칩에 소정의 전원이 인가되면, 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO) 층에서 공진이 발생하고 R,G,B 컬러필터를 통해 R,G,B 빛이 발생된다.
Description
본 발명은 컬러필터를 장착한 LED 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 R, G, B LED들, 또는 white LED를 하나의 LED 패키지로 단일 LED 칩을 제작하며, 단일 LED 칩 위에 제1 편광 필름, 액정, 제2 편광 필름과 그 위에 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터를 장착한 단일 LED chip으로 제작하며, R,G,B 컬러필터 상에 알루미늄을 양극산화하면 알루미늄 표면에 수십 ~ 수백 nm 크기의 세공의 크기와 간격을 갖는 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO, Anodic Aluminum Oxide) 나노 구조 기반의 컬러필터를 장착한 LED 모듈에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode)는 다수 캐리어가 전자(electron)인 n형 반도체와 다수 캐리어가 정공(hole)인 p형 반도체를 PN 접합된 광전변환 반도체 소자로써, 화합물 반도체의 특성에 의해 전기 신호를 특정 파장 대역을 갖는 빛으로 변환하여 신호가 출력되며, 마이컴 칩 내장 LED를 구비한 전자 기기, 실내 조명기기, LED 전광판, LED 광고판, 교통신호등, 자동차 전조등 LED에 주로 사용된다.
LED 구동 방식은 DC 구동 회로, AC 구동 회로, LED의 펄스폭 변조(PWM, Pulse Width Modulation)에 의해 광 출력을 변화시켜 광색 및 색온도 제어를 제공하는 펄스 구동 회로(PWM 제어)를 사용하거나 또는 LED는 정전압, 정전류, 역률 제어를 하는 구동 IC가 사용될 수 있다.
LED는 i) 램프 타입 포탄형 LED, ⅱ) 표면실장형(SMD, Surface Mounted Device) 패키지, ⅲ) COB(Chip on Board) 패키지로 분류된다. LED 전광판은 실외에 사용시에 방수 처리된 마이컴 보드에 의해 구동된다.
LED 전광판은 단색과 RGB 3색 또는 풀컬러 LED 전광판이 출시되고 있으며, 면광원의 LED 조명에 의해 광고 이미지가 표시되고, 대형 빌딩, 약국/병원, 호프집/노래방/음식점, 극장 등의 광고판에 주로 사용된다. LED 전광판 구조는 LED Chip RGB(Red, Green, Blue), 즉 Dip Type 또는 SMD Type 소자가 모여 하나의 LED Module 단위가 되고, 다시 매트릭스 구조로 배열하여 하나의 LED Module이 모여 LED 전광판이 제작된다. 기존 LED 전광판은 PCB(Printed Circuit Board) 기판을 사용하며 LED 패키지로 제작된 LED chip이 장착되고, LED chip이 동작 시에 발생하는 발열을 해결하기 위해 PCB 기판 후면에 히트싱크(Heatsink)를 장착하여 사용한다.
이와 관련된 선행기술1로써, 특허 등록번호 10-06471260000에서는 레드(R), 그린(G), 블루(B) 칩(Chip)을 하나의 패키지에 배열하여 RGB 칩으로부터 출력되는 출력 광을 혼색시켜 백색(White) 광을 구현하는 "LED 패키지"가 공개되어 있다. LED 패키지는 레드(R), 그린(G), 블루(B) 칩(Chip)을 하나의 패키지에 배열하여 상기 레드(R), 그린(G), 블루(B) 칩으로부터 출력되는 각각의 광을 혼색시켜 백색(White) 광을 구현하는 LED 패키지에 있어서, 상기 그린(G) 칩으로부터 출력되는 광량을 기준으로 상기 레드(R) 칩과 블루(B) 칩으로부터 출력되는 광량의 비율에 맞게 칩 사이즈가 다르게 변경되어 패키지에 배열됨을 특징으로 하고, 상기 RGB 칩이 하나씩 배열되어 있는 구조에서 레드(R) 칩 또는 블루(B) 칩 중에서 어느 하나의 칩의 크기가 그린(G) 칩의 크기보다 작은 것이 패키지에 배열되는 것을 특징으로 한다. 이는 LED 패키지에 배열하는 RGB 칩의 사이즈를 백색 광을 구현되는데 필요로 하는 광도 값에 맞추어 서로 다르게 함으로써 RGB 칩의 수량을 줄이고, 아울러 필요 이상의 큰 면적의 칩 사용을 방지함으로써 LED 패키지에 대한 재료비를 효과적으로 절감한다.
그러나, 기존 기술은 레드(R), 그린(G), 블루(B), 화이트(W) 4개의 LED chip을 각각 사용하며, 제한적인 색상 변화, 백색 LED의 형광체 손실, 고전력 소비, 높은 LED 모듈 패키지 제조 비용, 높은 접합부 온도를 갖는 문제점이 있었다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 R, G, B LED들, 또는 white LED를 하나의 LED 패키지로 단일 LED 칩을 제작하며, 단일 LED 칩 위에 제1 편광 필름, 액정, 제2 편광 필름과 그 위에 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터를 장착한 단일 LED chip으로 제작하며, R,G,B 컬러필터 상에 알루미늄을 양극산화하면 알루미늄 표면에 수십 ~ 수백 nm 크기의 세공의 크기와 간격을 갖는 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO, Anodic Aluminum Oxide) 나노 구조 기반의 컬러필터를 장착한 LED 모듈을 제공한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, 컬러필터를 장착한 LED 모듈은 기판; 상기 기판 상에 레드(R), 그린(G), 블루(B) LED들, 및/또는 화이트 LED를 하나의 LED 패키징 된 단일 LED 칩; 상기 단일 LED 칩의 가로와 세로 크기가 동일하며, 상기 단일 LED 칩 위에 구비되는 제1 편광 필름; 상기 단일 LED 칩의 가로와 세로 크기가 동일하며, 상기 제1 편광 필름 위에 구비되는 액정; 상기 단일 LED 칩의 가로와 세로 크기가 동일하며, 상기 액정 위에 구비되는 제2 편광 필름; 및 상기 제1 편광 필름, 상기 액정, 상기 제2 편광 필름 위에 형성된 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터를 포함하며,
상기 컬러 필터는 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO, Anodic Aluminum Oxide) 나노 구조 기반의 컬러필터를 사용하며, 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터를 구비하며, 컬러 튜너블 필터(CTF, Color Tunable Filter) 인 것을 특징으로 하고,
상기 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터 위에 은(silver) 15 nm, Nanoporous AAO Layer로써 형성된 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO) 200 nm, 은(silver) 15 nm가 각각 국부적으로 적층되며, 단일 LED 칩에 소정의 전원이 인가되면, 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO) 층에서 공진이 발생하고 R,G,B 컬러필터를 통해 R,G,B 빛이 발생된다.
상기 컬러 필터는 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO, Anodic Aluminum Oxide) 나노 구조 기반의 컬러필터를 사용하며, 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터를 구비하며, 컬러 튜너블 필터(CTF, Color Tunable Filter) 인 것을 특징으로 하고,
상기 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터 위에 은(silver) 15 nm, Nanoporous AAO Layer로써 형성된 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO) 200 nm, 은(silver) 15 nm가 각각 국부적으로 적층되며, 단일 LED 칩에 소정의 전원이 인가되면, 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO) 층에서 공진이 발생하고 R,G,B 컬러필터를 통해 R,G,B 빛이 발생된다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 컬러필터를 장착한 LED 모듈은 기판; 상기 기판 상에 레드(R), 그린(G), 블루(B) LED들, 및/또는 화이트 LED를 하나의 LED 패키징 된 단일 LED 칩; 상기 단일 LED 칩의 가로와 세로 크기가 동일하며, 상기 단일 LED 칩 위에 구비되는 제1 편광 필름; 상기 단일 LED 칩의 가로와 세로 크기가 동일하며, 상기 제1 편광 필름 위에 구비되는 액정; 상기 단일 LED 칩의 가로와 세로 크기가 동일하며, 상기 액정 위에 구비되는 제2 편광 필름; 및 상기 제1 편광 필름, 상기 액정, 상기 제2 편광 필름 위에 형성된 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터를 포함하며,
상기 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터 위에 은 15 nm, 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO) 200 nm, 은 15 nm가 각각 국부적으로 적층되며, 단일 LED 칩에 소정의 전원이 인가되면, 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO) 층에서 공진이 발생하고 R,G,B 컬러필터를 통해 R,G,B 빛이 발생되고,
상기 컬러 필터는 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO, Anodic Aluminum Oxide) 나노 구조 기반의 컬러필터를 사용하며, 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터를 구비하며, 컬러 튜너블 필터(CTF, Color Tunable Filter) 인 것을 특징으로 한다.
상기 컬러 필터는 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO, Anodic Aluminum Oxide) 나노 구조 기반의 컬러필터를 사용하며, 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터를 구비하며, 컬러 튜너블 필터(CTF, Color Tunable Filter) 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 컬러필터를 장착한 LED 모듈은 R, G, B, white LED들을 하나의 LED 패키지로 단일 LED 칩을 제작하며, 단일 LED 칩 위에 제1 편광 필름, 액정, 제2 편광 필름과 그 위에 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터를 장착한 단일 LED chip으로 제작하며, R,G,B 컬러필터 상에 알루미늄을 양극산화하면 알루미늄 표면에 수십 ~ 수백 nm 크기의 세공의 크기와 간격을 갖는 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO, Anodic Aluminum Oxide) 나노 구조 기반의 컬러필터를 장착한 LED 모듈을 제작하였다.
양극산화알루미늄 산화물(AAO) 나노 구조 기반의 하나의 단일 LED 칩에 장착된 컬러필터를 장착한 LED 모듈은 LED 단일 칩 공정을 사용하여 레드(R), 그린(G), 블루(B), 화이트 LED들을 하나의 단일 LED 칩으로 제작하여 낮은 제작 비용, 무제한적인 색상 변화, 형광체 손실이 낮으며, 저 전력 소비, 낮은 LED 모듈 패키지 제조 비용, 낮은 접합부 온도를 특징으로 하며, 다양한 LED 응용 분야로 확대가 가능하다.
도 1은 레드(R), 그린(G), 블루(B), 화이트(W) 4개의 LED 칩을 각각 사용하는 기존 기술과 본 발명의 양극산화알루미늄 산화물(AAO, Anodic Aluminum Oxide) 나노 구조 기반의 컬러필터를 장착한 LED 모듈과 비교한 도면이다.
도 2는 양극산화알루미늄 산화물(AAO) 나노 구조 기반의 컬러필터 개발과, 컬러필터를 장착한 LED 모듈 개발 스펙을 보인 도면이다.
도 3은 본 발명의 제안 기술(양극산화알루미늄 산화물(AAO) 나노 구조 기반의 컬러필터를 장착한 LED 모듈)과 관련 기업의 유사 기술을 LED 칩 수, 제작 비용, 색상변화, 소비전력, LED 패키지 비용, 접합부 온도를 비교한 도면이다.
도 4는 편광 스위치 방식을 결합한 양극산화알루미늄 산화물(AAO) 나노 구조 기반의 컬러필터를 장착한 LED 모듈의 제조 공정을 보인 도면이다.
도 5는 패키징 된 LED 크기를 보인 도면이다.
도 6은 기판 상에 패키징 된 LED의 박싱 계획을 보인 도면이다.
도 7은 기판 상에 패키징 된 중심부의 화이트 LED와 그 상부와 하부에 구비된 (+), (-) 전극선과, 중심부 좌우측에 각각 R,G,B 전극선(좌측 3)과 접지선(우측 3)을 보인 도면이다.
도 8은 기판 상에 레드(R), 그린(G), 블루(B), 화이트 LED들을 하나의 LED 패키징 된 단일 LED 칩 상에 구비되는 편광 필름, 액정, 편광 필름을 보인 도면이다.
도 9는 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터의 크기를 보인 도면이다.
도 10은 기판 상에 레드(R), 그린(G), 블루(B), 화이트 LED들을 하나의 LED 패키징 된 단일 LED 칩과, 그 단일 LED 칩 위에 형성된 제1 편광 필름, 액정, 제2 편광 필름 층 위에 형성된 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터를 보인 도면이다.
도 11은 제작된 기판 상에 레드(R), 그린(G), 블루(B), 화이트 LED들을 하나의 LED 패키징 된 단일 LED 칩의 전선을 연결하고, 5V~7V의 전원 인가하여 LED light를 비춘 실시예 도면이다.
도 12는 기판 상에 1영역-레드(R), 2영역-그린(G), 3영역-블루(B), LED 패키지의 기울기를 갖는 요철 형태의 비아-홀의 중심부 정사각형에 구비되는 화이트 LED를 하나의 LED 패키징 된 단일 LED 칩 위에 형성되는 제1 편광 필름, 액정, 제2 편광 필름이 구비되며, 액정의 크기(20mm x 4mm, 20mm x 8mm)의 실시예를 보인 도면이다.
도 13은 SiO2 기판 상에 1영역-레드(R), 2영역-그린(G), 3영역-블루(B), LED 패키지의 기울기를 갖는 요철 형태의 비아-홀의 중심부 정사각형에 구비되는 화이트 LED를 하나의 LED 패키징 된 단일 LED 칩과, 그 단일 LED 칩 위에 형성되는 제1 편광 필름, 액정, 제2 편광 필름이 구비되며, 그 위에 R,G,B 컬러필터가 구비되고 은(silver) 15 nm, AAO 200 nm, 은(silver) 15 nm가 도포되며, 단일 LED 칩에 소정의 전원이 인가되면, 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO) 층에서 공진이 발생하고 R,G,B 컬러필터를 통해 R,G,B 빛을 발생을 보인 도면이다.
도 14는 테스트를 위한 Ultrathin AAO 템플릿을 보인 도면이다.
도 15는 기판 상에 레드(R), 그린(G), 블루(B), 화이트(W) LED들을 하나의 LED 패키징 된 단일 LED 칩과, 그 단일 LED 칩 위에 형성된 제1 편광 필름, 액정, 제2 편광 필름 층 위에 형성된 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터 및 AAO 공정 최적화, PCB 제작과 SMPS 기술, 하우징 및 2차 패키징 기술 개발 주요 프로세스를 보인 도면이다.
도 16은 광학부 설계, LED 모듈 개발, 컬러필터 개발, 컬러필터를 장착한 LED 모듈의 특성 평가 및 보완 부분으로 분류된 개발 구조와 핵심 기술 보인 도면이다.
도 2는 양극산화알루미늄 산화물(AAO) 나노 구조 기반의 컬러필터 개발과, 컬러필터를 장착한 LED 모듈 개발 스펙을 보인 도면이다.
도 3은 본 발명의 제안 기술(양극산화알루미늄 산화물(AAO) 나노 구조 기반의 컬러필터를 장착한 LED 모듈)과 관련 기업의 유사 기술을 LED 칩 수, 제작 비용, 색상변화, 소비전력, LED 패키지 비용, 접합부 온도를 비교한 도면이다.
도 4는 편광 스위치 방식을 결합한 양극산화알루미늄 산화물(AAO) 나노 구조 기반의 컬러필터를 장착한 LED 모듈의 제조 공정을 보인 도면이다.
도 5는 패키징 된 LED 크기를 보인 도면이다.
도 6은 기판 상에 패키징 된 LED의 박싱 계획을 보인 도면이다.
도 7은 기판 상에 패키징 된 중심부의 화이트 LED와 그 상부와 하부에 구비된 (+), (-) 전극선과, 중심부 좌우측에 각각 R,G,B 전극선(좌측 3)과 접지선(우측 3)을 보인 도면이다.
도 8은 기판 상에 레드(R), 그린(G), 블루(B), 화이트 LED들을 하나의 LED 패키징 된 단일 LED 칩 상에 구비되는 편광 필름, 액정, 편광 필름을 보인 도면이다.
도 9는 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터의 크기를 보인 도면이다.
도 10은 기판 상에 레드(R), 그린(G), 블루(B), 화이트 LED들을 하나의 LED 패키징 된 단일 LED 칩과, 그 단일 LED 칩 위에 형성된 제1 편광 필름, 액정, 제2 편광 필름 층 위에 형성된 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터를 보인 도면이다.
도 11은 제작된 기판 상에 레드(R), 그린(G), 블루(B), 화이트 LED들을 하나의 LED 패키징 된 단일 LED 칩의 전선을 연결하고, 5V~7V의 전원 인가하여 LED light를 비춘 실시예 도면이다.
도 12는 기판 상에 1영역-레드(R), 2영역-그린(G), 3영역-블루(B), LED 패키지의 기울기를 갖는 요철 형태의 비아-홀의 중심부 정사각형에 구비되는 화이트 LED를 하나의 LED 패키징 된 단일 LED 칩 위에 형성되는 제1 편광 필름, 액정, 제2 편광 필름이 구비되며, 액정의 크기(20mm x 4mm, 20mm x 8mm)의 실시예를 보인 도면이다.
도 13은 SiO2 기판 상에 1영역-레드(R), 2영역-그린(G), 3영역-블루(B), LED 패키지의 기울기를 갖는 요철 형태의 비아-홀의 중심부 정사각형에 구비되는 화이트 LED를 하나의 LED 패키징 된 단일 LED 칩과, 그 단일 LED 칩 위에 형성되는 제1 편광 필름, 액정, 제2 편광 필름이 구비되며, 그 위에 R,G,B 컬러필터가 구비되고 은(silver) 15 nm, AAO 200 nm, 은(silver) 15 nm가 도포되며, 단일 LED 칩에 소정의 전원이 인가되면, 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO) 층에서 공진이 발생하고 R,G,B 컬러필터를 통해 R,G,B 빛을 발생을 보인 도면이다.
도 14는 테스트를 위한 Ultrathin AAO 템플릿을 보인 도면이다.
도 15는 기판 상에 레드(R), 그린(G), 블루(B), 화이트(W) LED들을 하나의 LED 패키징 된 단일 LED 칩과, 그 단일 LED 칩 위에 형성된 제1 편광 필름, 액정, 제2 편광 필름 층 위에 형성된 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터 및 AAO 공정 최적화, PCB 제작과 SMPS 기술, 하우징 및 2차 패키징 기술 개발 주요 프로세스를 보인 도면이다.
도 16은 광학부 설계, LED 모듈 개발, 컬러필터 개발, 컬러필터를 장착한 LED 모듈의 특성 평가 및 보완 부분으로 분류된 개발 구조와 핵심 기술 보인 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 발명의 구성 및 동작을 상세하게 설명한다.
본 발명의 컬러필터를 장착한 LED 모듈은 R, G, B, white LED들을 하나의 LED 패키지로 단일 LED 칩을 제작하며, 단일 LED 칩 위에 제1 편광 필름, 액정, 제2 편광 필름과 그 위에 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터를 장착한 단일 LED chip으로 제작하며, R,G,B 컬러필터 상에 알루미늄을 양극산화하면 알루미늄 표면에 수십 ~ 수백 nm 크기의 세공의 크기와 간격을 갖는 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO, Anodic Aluminum Oxide) 나노 구조 기반의 컬러필터를 장착한 LED 모듈을 제작한다.
도 1은 레드(R), 그린(G), 블루(B), 화이트(W) 4개의 LED 칩을 각각 사용하는 기존 기술과 본 발명의 양극산화알루미늄 산화물(AAO) 나노 구조 기반의 컬러필터를 장착한 LED 모듈과 비교한 도면이다.
기존 기술은 레드(R), 그린(G), 블루(B), 화이트(W) 4개의 LED chip을 각각 사용하며, 제한적인 색상 변화, 백색 LED의 형광체 손실, 고전력 소비, 높음 모듈 패키지 비용, 높은 접합부 온도를 갖는다.
이와 달리, 본 발명의 양극산화알루미늄 산화물(AAO) 나노 구조 기반의 하나의 LED 칩에 장착된 컬러필터를 장착한 LED 모듈은 LED 단일 칩 공정을 사용하여 레드(R), 그린(G), 블루(B) LED들, 및/또는 화이트 LED를 하나의 단일 LED 칩으로 제작하여 낮은 제작 비용, 무제한적인 색상 변화, 형광체 손실이 낮으며, 저 전력 소비, 낮은 모듈 패키지 비용, 낮은 접합부 온도를 특징으로 한다.
도 2는 양극산화알루미늄 산화물(AAO) 나노 구조 기반의 컬러필터 개발과, 컬러필터를 장착한 LED 모듈 개발 스펙을 보인 도면이다.
LED 모듈은 레드(R), 그린(G), 블루(B) LED들, 및/또는 화이트 LED들을 하나의 단일 LED 칩으로 제작된다.
양극산화알루미늄 산화물(AAO) 나노 구조 기반의 컬러필터는 LED 파장 조절 측정(465nm, 560 nm, 615 nm), Polarization Angle(0°, 90°), 높은 전송 효율(70%)를 갖는다.
컬러필터를 장착한 LED 모듈은 조명 효율(70~80 lm), 조도(Luminous Indensity)(120-140 lm/W), 주 파장(465nm, 560 nm, 615 nm), 145° 화각, 1 ~ 1.3W 전력 소비, Tunable Colors(Blue, Green 및 Red), 색온도(Color Temperature) 2700 K+/-145를 개발한다.
컬러 필터는 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터를 구비하며, 컬러 튜너블 필터(CTF, Color Tunable Filter)를 사용한다.
도 3은 본 발명의 제안 기술(양극산화알루미늄 산화물(AAO) 나노 구조 기반의 컬러필터를 장착한 LED 모듈)과 관련 기업의 유사 기술을 LED 칩 수, 제작 비용, 색상변화, 소비전력, LED 패키지 비용, 접합부 온도를 비교한 도면이다.
도 4는 편광 스위치 방식을 결합한 양극산화알루미늄 산화물(AAO) 나노 구조 기반의 컬러필터를 장착한 LED 모듈의 제조 공정을 보인 도면이다.
본 발명의 컬러필터를 장착한 LED 모듈은
기판; 상기 기판 상에 레드(R), 그린(G), 블루(B) LED들, 및/또는 화이트 LED를 하나의 LED 패키징 된 단일 LED 칩;
상기 단일 LED 칩의 가로와 세로 크기가 동일하며, 상기 단일 LED 칩 위에 구비되는 제1 편광 필름; 상기 단일 LED 칩의 가로와 세로 크기가 동일하며, 상기 제1 편광 필름 위에 구비되는 액정; 상기 단일 LED 칩의 가로와 세로 크기가 동일하며, 상기 액정 위에 구비되는 제2 편광 필름; 및
상기 제1 편광 필름, 상기 액정, 상기 제2 편광 필름 위에 형성된 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터를 포함한다.
상기 컬러 필터는 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO, Anodic Aluminum Oxide) 나노 구조 기반의 컬러필터를 사용하며, 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터를 구비하며, 컬러 튜너블 필터(CTF, Color Tunable Filter) 인 것을 특징으로 하고,
상기 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터 위에 은(silver) 15 nm, Nanoporous AAO Layer로써 형성된 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO) 200 nm, 은(silver) 15 nm가 각각 국부적으로 적층되며, 단일 LED 칩에 소정의 전원이 인가되면, 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO) 층에서 공진이 발생하고 R,G,B 컬러필터를 통해 R,G,B 빛이 발생된다.
상기 컬러 필터는 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO, Anodic Aluminum Oxide) 나노 구조 기반의 컬러필터를 사용하며, 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터를 구비하며, 컬러 튜너블 필터(CTF, Color Tunable Filter) 인 것을 특징으로 하고,
상기 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터 위에 은(silver) 15 nm, Nanoporous AAO Layer로써 형성된 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO) 200 nm, 은(silver) 15 nm가 각각 국부적으로 적층되며, 단일 LED 칩에 소정의 전원이 인가되면, 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO) 층에서 공진이 발생하고 R,G,B 컬러필터를 통해 R,G,B 빛이 발생된다.
기판은 실리콘(Si) 기판을 실시예를 들어 설명하였지만, 이에 한정하지 않는다.
기판은 실리콘(Si) 기판, SiO2 기판, 알루미늄(Al) 기판, GaAs 기판, 또는 플라스틱 기판 중 어느 하나의 기판을 사용한다.
예를 들면, 단일 LED 칩은 실리콘 기판에 레이저 드릴링(Laser drilling)을 사용하여 비아-홀(via-hole)을 형성하며, e-beam evaporator에 의해 비아-홀을 채우며(Via-hole filling by e-beam evaporator), solder bump,Flip Chip mounting, Heat bondind에 의해 LED 패키지의 중심부 직사각형 구조에 기울기를 갖는 요철 형태의 비아-홀(4면의 반사판을 갖는 비아-홀)의 중심부 정사각형 크기에 화이트 LED가 배치된다.
기판 상에 형성된 단일 LED 칩 위에, 제1 편광 필름, 상기 액정, 상기 제2 편광 필름 층이 형성되고, 그 층 위에 형성된 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터(CTF, Color TunableFilter)가 본딩되며(bonding CTF), R,G,B, White LED의 전극선과 접지선을 와이어 본딩(wire bonding)하여 제작된다.
LED 모듈은 상기 기판 상에 LED 패키징 기술을 사용하여 그린(G), 블루(B), 화이트 LED들을 하나의 단일 LED 칩으로 제작되며, 기판 상에 패키징 된 중심부의 화이트 LED와 그 상부와 하부에 구비된 (+), (-) 전극선과, 중심부 좌우측에 R,G,B 전극선과 접지선을 각각 와이어 본딩한다.
상기 컬러 필터는 양극산화알루미늄 산화물(AAO, Anodic Aluminum Oxide) 나노 구조 기반의 컬러필터를 사용하며, 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터를 구비하며, 편광 스위칭 방식을 결합한 컬러 튜너블 필터(CTF, Color Tunable Filter)인 것을 특징으로 한다.
상기 컬러 필터는 465nm, 560 nm, 615 nm의 LED 파장 조절 측정, 0°, 90°의 Polarization Angle, 70%의 전송 효율를 갖는 것을 특징으로 한다.
도 5는 패키징 된 LED 크기를 보인 도면이다.
도 6은 기판 상에 패키징 된 LED의 박싱 계획을 보인 도면이다.
도 7은 기판 상에 패키징 된 중심부의 화이트 LED와 그 상부와 하부에 구비된 (+), (-) 전극선과, 중심부 좌우측에 각각 R,G,B 전극선(좌측 3)과 접지선(우측 3)을 보인 도면이다.
도 8은 기판 상에 레드(R), 그린(G), 블루(B), 화이트 LED들을 하나의 LED 패키징 된 단일 LED 칩 상에 구비되는 편광 필름, 액정, 편광 필름을 보인 도면이다.
본 발명의 컬러필터를 장착한 LED 모듈은
기판;
상기 기판 상에 레드(R), 그린(G), 블루(B) LED들, 및/또는 화이트 LED를 하나의 LED 패키징 된 단일 LED 칩;
상기 단일 LED 칩의 가로와 세로 크기가 동일하며, 상기 단일 LED 칩 위에 구비되는 제1 편광 필름(Polarizing Film); 상기 단일 LED 칩의 가로와 세로 크기가 동일하며, 상기 제1 편광 필름 위에 구비되는 액정(Liquid Crystal); 상기 단일 LED 칩의 가로와 세로 크기가 동일하며, 상기 액정 위에 구비되는 제2 편광 필름(Polarizing Film); 및
상기 제1 편광 필름, 상기 액정, 상기 제2 편광 필름 층 위에 형성된 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터를 포함한다.
제1,2 편광 필름은 i) 하이 콘트라스트 선형 편광필름(High Contrast Linear Polarize Film), ⅱ) 가시화된 선형 편광 라미네이티드 필름(Visible Linear Polarize Laminated Film, ⅲ) 그레이 편광 필름(Gray Polarize Film)의 특징을 구비한다.
예를 들면, 단일 LED 칩은 실리콘 기판에 레이저 드릴링(Laser drilling)을 사용하여 비아-홀(via-hole)을 형성하며, e-beam evaporator에 의해 비아-홀을 채우며(Via-hole filling by e-beam evaporator), solder bump, Flip Chip mounting, Heat bondind에 의해 LED 패키지의 중심부 직사각형 구조에 기울기를 갖는 요철 형태의 비아-홀(4면의 반사판을 갖는 비아-홀)의 중심부 정사각형 크기에 화이트 LED가 배치된다.
기판 상에 형성된 단일 LED 칩 위에, 제1 편광 필름, 상기 액정, 상기 제2 편광 필름 층이 형성되고, 그 층 위에 형성된 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터(CTF, Color Tunable Filter)가 본딩되며(bonding CTF), R,G,B, White LED의 전극선과 접지선을 와이어 본딩(wire bonding)하여 제작된다.
도 9는 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터의 크기를 보인 도면이다.
도 10은 기판 상에 레드(R), 그린(G), 블루(B), 화이트 LED들을 하나의 LED 패키징 된 단일 LED 칩과, 그 단일 LED 칩 위에 형성된 제1 편광 필름, 액정, 제2 편광 필름, 그 층 위에 형성된 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터를 보인 도면이다.
도 11은 제작된 기판 상에 레드(R), 그린(G), 블루(B) LED들, 및/또는 화이트 LED를 하나의 LED 패키징 된 단일 LED 칩의 전선을 연결하고, 5V~7V의 전원 인가하여 LED light를 비춘 실시예 도면이다.
도 12는 기판 상에 1영역-레드(R), 2영역-그린(G), 3영역-블루(B), LED 패키지의 기울기를 갖는 요철 형태의 비아-홀의 중심부 정사각형에 구비되는 화이트 LED를 하나의 LED 패키징 된 단일 LED 칩 위에 형성되는 제1 편광 필름, 액정, 제2 편광 필름이 구비되며, 액정의 크기(20mm x 4mm, 20mm x 8mm)의 실시예를 보인 도면이다.
액정은 DC-DC 전원 컨버터와 소형 액정 구동 회로(DDI, display driver IC)를 더 구비하여 사용된다.
도 13은 SiO2 기판 상에 1영역-레드(R), 2영역-그린(G), 3영역-블루(B), LED 패키지의 기울기를 갖는 요철 형태의 비아-홀의 중심부 정사각형에 구비되는 화이트 LED를 하나의 LED 패키징 된 단일 LED 칩과, 그 단일 LED 칩 위에 형성되는 제1 편광 필름, 액정, 제2 편광 필름이 구비되며, 그 위에 R,G,B 컬러필터가 구비되고 R,G,B 컬러필터 위에 은(silver) 15 nm, AAO 200 nm, 은(silver) 15 nm가 도포되며, 단일 LED 칩에 소정의 전원이 인가되면, 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO) 층에서 공진이 발생하고 R,G,B 컬러필터를 통해 R,G,B 빛을 발생을 보인 도면이다.
컬러필터를 장착한 ＬＥＤ 모듈은
기판;
기판;
상기 기판 상에 레드(R), 그린(G), 블루(B) LED들, 및/또는 화이트 LED를 하나의 LED 패키징 된 단일 LED 칩;
상기 단일 LED 칩의 가로와 세로 크기가 동일하며, 상기 단일 LED 칩 위에 구비되는 제1 편광 필름;
상기 단일 LED 칩의 가로와 세로 크기가 동일하며, 상기 제1 편광 필름 위에 구비되는 액정;
상기 단일 LED 칩의 가로와 세로 크기가 동일하며, 상기 액정 위에 구비되는 제2 편광 필름; 및
상기 제1 편광 필름, 상기 액정, 상기 제2 편광 필름 위에 형성된 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터를 포함하며,
상기 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터 위에 은(silver) 15 nm, Nanoporous AAO Layer로써 형성된 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO) 200 nm, 은(silver) 15 nm가 각각 국부적으로 적층되며, 단일 LED 칩에 소정의 전원이 인가되면, 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO) 층에서 공진이 발생하고 R,G,B 컬러필터를 통해 R,G,B 빛이 발생된다.
상기 기판은 실리콘(Si) 기판, SiO2 기판, 알루미늄(Al) 기판, GaAs 기판, 또는 플라스틱 기판 중 어느 하나의 기판을 사용한다.
상기 단일 LED 칩은 상기 기판 상에 LED 패키징 기술을 사용하여 그린(G), 블루(B), 화이트 LED들을 하나의 단일 LED 칩으로 제작되며, 기판 상에 패키징 된 요철 형태의 중심부의 직사각형 부분에 구비되는 화이트 LED와 그 상부와 하부에 구비된 (+), (-) 전극선과, 중심부 좌우측에 R,G,B 전극선과 접지선을 각각 와이어 본딩된다.
상기 컬러 필터는 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO, Anodic Aluminum Oxide) 나노 구조 기반의 컬러필터를 사용하며, 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터를 구비하며, 편광 스위칭 방식을 결합한 컬러 튜너블 필터(CTF, Color Tunable Filter)인 것을 특징으로 한다.
상기 컬러필터를 장착한 LED 모듈은 70~80 lm의 조명 효율, 120-140 lm/W의 조도(Luminous Indensity), 465nm, 560 nm, 615 nm의 주 파장, 145° 화각, 1 ~ 1.3W 전력 소비, Tunable Colors(Blue, Green 및 Red), 2700 K+/-145 색온도를 갖는다.
도 14는 테스트를 위한 Ultrathin AAO 템플릿을 보인 도면이다.
도 15는 기판 상에 레드(R), 그린(G), 블루(B), 화이트(W) LED들을 하나의 LED 패키징 된 단일 LED 칩과, 그 단일 LED 칩 위에 형성된 제1 편광 필름, 액정, 제2 편광 필름 층 위에 형성된 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터 및 AAO 공정 최적화, PCB 제작과 SMPS 기술, 하우징 및 2차 패키징 기술 개발 주요 프로세스를 보인 도면이다.
도 16은 광학부 설계, LED 모듈 개발, 컬러필터 개발, 컬러필터를 장착한 LED 모듈의 특성 평가 및 보완으로 분류된 개발 구조와 핵심 기술 보인 도면이다.
광학부 설계는 컬러필터를 장착한 LED 모듈의 광학계 모델링/실험 검증, 광부품 구조 최적화, 양극산화알루미늄 나노 구조 시뮬레이션 최적화 과정을 포함한다.
컬러 필터 공정은 양극산화알루미늄 나노 구조 분석, 양극산화알루미늄 나노 프로 사이즈 및 두께 최적화, LCD 액정 투입 및 분석, 형광체 코팅 과정을 포함한다.
LED 모듈 개발은 실리콘 이칭 공정, 양극산화알루미늄 구조 생성, 기울어진 요철 형태의 반사판 각도 최적화 과정을 포함한다.
특성 평가 및 보완은 컬러필터를 장착한 LED 모듈의 시제품 특성 평가, 문제점 파악 및 성능 보완 과정을 포함하여, 컬러필터를 장착한 LED 모듈의 제품 특성을 향상시키게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
AAO: 다공성 양극산화알루미늄 산화물(Anodic Aluminum Oxide)
CTF: 컬러 튜너블 필터(Color Tunable Filter)
CTF: 컬러 튜너블 필터(Color Tunable Filter)
Claims (11)
- 기판;
상기 기판 상에 레드(R), 그린(G), 블루(B) LED들, 및/또는 화이트 LED를 하나의 LED 패키징 된 단일 LED 칩;
상기 단일 LED 칩의 가로와 세로 크기가 동일하며, 상기 단일 LED 칩 위에 구비되는 제1 편광 필름;
상기 단일 LED 칩의 가로와 세로 크기가 동일하며, 상기 제1 편광 필름 위에 구비되는 액정;
상기 단일 LED 칩의 가로와 세로 크기가 동일하며, 상기 액정 위에 구비되는 제2 편광 필름; 및
상기 제1 편광 필름, 상기 액정, 상기 제2 편광 필름 위에 형성된 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터를 포함하며,
상기 컬러 필터는 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO, Anodic Aluminum Oxide) 나노 구조 기반의 컬러필터를 사용하며, 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터를 구비하며, 컬러 튜너블 필터(CTF, Color Tunable Filter) 인 것을 특징으로 하고,
상기 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터 위에 은(silver) 15 nm, Nanoporous AAO Layer로써 형성된 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO) 200 nm, 은(silver) 15 nm가 각각 국부적으로 적층되며, 단일 LED 칩에 소정의 전원이 인가되면, 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO) 층에서 공진이 발생하고 R,G,B 컬러필터를 통해 R,G,B 빛이 발생되는, 컬러필터를 장착한 LED 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 기판은
실리콘(Si) 기판, SiO2 기판, 알루미늄(Al) 기판, GaAs 기판, 또는 플라스틱 기판 중 어느 하나의 기판을 사용하는, 컬러필터를 장착한 LED 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 단일 LED 칩은 상기 기판 상에 LED 패키징 기술을 사용하여 그린(G), 블루(B), 화이트 LED들을 하나의 단일 LED 칩으로 제작되며, 기판 상에 패키징 된 중심부의 화이트 LED와 그 상부와 하부에 구비된 (+), (-) 전극선과, 중심부 좌우측에 R,G,B 전극선과 접지선을 각각 와이어 본딩되는, 컬러필터를 장착한 LED 모듈. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 컬러 필터는
465nm, 560 nm, 615 nm의 LED 파장 조절 측정, 0°, 90°의 Polarization Angle, 70%의 전송 효율를 갖는, 컬러필터를 장착한 LED 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 컬러필터를 장착한 LED 모듈은 70~80 lm의 조명 효율, 120-140 lm/W의 조도(Luminous Indensity), 465nm, 560 nm, 615 nm의 주 파장, 145° 화각, 1 ~ 1.3W 전력 소비, Tunable Colors(Blue, Green 및 Red), 2700 K+/-145 색온도를 갖는, 컬러필터를 장착한 LED 모듈. - 기판;
상기 기판 상에 레드(R), 그린(G), 블루(B) LED들, 및/또는 화이트 LED를 하나의 LED 패키징 된 단일 LED 칩;
상기 단일 LED 칩의 가로와 세로 크기가 동일하며, 상기 단일 LED 칩 위에 구비되는 제1 편광 필름;
상기 단일 LED 칩의 가로와 세로 크기가 동일하며, 상기 제1 편광 필름 위에 구비되는 액정;
상기 단일 LED 칩의 가로와 세로 크기가 동일하며, 상기 액정 위에 구비되는 제2 편광 필름; 및
상기 제1 편광 필름, 상기 액정, 상기 제2 편광 필름 위에 형성된 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터를 포함하며,
상기 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터 위에 은 15 nm, Nanoporous AAO Layer로써 형성된 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO) 200 nm, 은 15 nm가 각각 국부적으로 적층되며, 단일 LED 칩에 소정의 전원이 인가되면, 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO) 층에서 공진이 발생하고 R,G,B 컬러필터를 통해 R,G,B 빛이 발생되며,
상기 컬러 필터는 다공성 양극산화알루미늄 산화물(AAO, Anodic Aluminum Oxide) 나노 구조 기반의 컬러필터를 사용하며, 레드(R), 그린(G), 블루(B) 컬러필터를 구비하며, 컬러 튜너블 필터(CTF, Color Tunable Filter) 인 것을 특징으로 하는 컬러필터를 장착한 LED 모듈. - 제8항에 있어서,
상기 기판은
실리콘(Si) 기판, SiO2 기판, 알루미늄(Al) 기판, GaAs 기판, 또는 플라스틱 기판 중 어느 하나의 기판을 사용하는, 컬러필터를 장착한 LED 모듈. - 제8항에 있어서,
상기 단일 LED 칩은 상기 기판 상에 LED 패키징 기술을 사용하여 그린(G), 블루(B), 화이트 LED들을 하나의 단일 LED 칩으로 제작되며, 기판 상에 패키징 된 중심부의 화이트 LED와 그 상부와 하부에 구비된 (+), (-) 전극선과, 중심부 좌우측에 R,G,B 전극선과 접지선을 각각 와이어 본딩되는, 컬러필터를 장착한 LED 모듈. - 삭제
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| KR20150094308A (ko) * | 2014-02-11 | 2015-08-19 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광소자 모듈 |
| KR101578874B1 (ko) * | 2009-06-09 | 2015-12-28 | 서울반도체 주식회사 | 편광 광원 및 형광체 필터를 채택한 액정 디스플레이 |
| KR20180019621A (ko) * | 2018-02-06 | 2018-02-26 | 펭 치아 유니버시티 | 표면 플라즈몬 구조 층의 신속한 형성 방법 |
-
2018
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Patent Citations (3)
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| 특허 등록번호 10-06471260000 (등록일자 2006년 11월 10일), "엘이디 패키지(LED package)" , 럭스피아 주식회사 |
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