KR102378761B1 - 일체형 발광 패키지 및 이를 이용한 차량용 램프 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예들은 광추출 효율 및 방열 효과가 우수한 일체형 발광 패키지에 대한 발명으로, 복수의 발광유닛; 상기 복수의 발광유닛 상부에 배치되는 일체형 광변환기판; 및 상기 복수의 발광유닛 사이 및 상기 복수의 발광유닛과 상기 일체형 광변환기판 사이에 마련되는 접착부재를 포함한다.

Description

일체형 발광 패키지 및 이를 이용한 차량용 램프{Unified light emitting Package and automobile lamp using the same}
본 발명의 실시예는 광추출 효율을 향상시킨 일체형 발광 패키지에 대한 것이다.
최근 이용되는 LED 등과 같은 발광소자의 경우 에너지 효율 측면에 광추출 효율이 중요한 연구사항으로 대두되고 있다.
또한, LED 칩 내부 에너지 전환 비율은 약 15% 이하로서 나머지 약 85%의 전기 에너지는 열 에너지로 전환되어 소비되고 있어 열 방출이 매우 중요하다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 종래에는 TiO2와 같은 금속 입자를 사용하고 있으나 내부 전기적 방전 및 부분 방전이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예들은 상술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 광추출 효율 및 방열 효과가 우수한 일체형 발광 패키지를 제공할 수 있도록 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시예에서는, 복수의 발광유닛; 상기 복수의 발광유닛 상부에 배치되는 일체형 일체형 광변환 기판; 및 상기 복수의 발광유닛들 사이 및 상기 발광유닛과 상기 일체형 광변환 기판 사이에 마련되는 접착부재를 포함하는 일체형 발광 패키지를 제공할 수 있도록 한다.
또한, 상기 일체형 발광 패키지는 차량용 램프에 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명의 일체형 발광 패키지는 복수의 발광유닛들 사이에 접착부재를 적용하여 광추출 효율을 향상 시키는 효과가 있다.
또한, 상기 접착부재에 BN 등과 같은 세라믹 소재를 더욱 포함하므로서, 광추출 효율을 더욱 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 일체형 발광 패키지의 방열 효율을 향상 시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 일체형 발광 패키지의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 발명의 실시예에 따른 일체형 발광 패키지를 적용한 차량용 램프의 구조를 도시한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일체형 발광 패키지(100)는 복수의 발광유닛(200); 상기 복수의 발광유닛(200) 상부에 배치되는 일체형 광변환기판(300) 및 상기 복수의 발광유닛들 사이 및 상기 복수의 발광유닛과 상기 일체형 광변환기판 사이에 마련되는 접착부재(400)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 일체형 광변환기판(300)은 도 1에 도시된 바와 같이 복수의 발광유닛의 상부에 적층되는 하나의 일체형 광변환기판(300)일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 일체형 광변환기판(300)은 내부에 형광물질을 포함하여 구성될 수 있으며, 다양한 광투과성 소재의 기판이 적용될 수 있으나, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 세라믹기판을 적용할 수 있다.
상기 일체형 광변환기판(300)에 포함되는 형광물질은 외부의 발광유닛(200), 이를테면 다양한 발광유닛의 여기광을 형광물질을 매개로 변환광으로 변환시킬 수 있도록 하는 인형광물질을 포함하여 구성될 수 있다. 구체적으로는, 황색 형광체, 녹색 형광체 및 적색 형광체 중 적어도 하나 이상을 포함한다. 상기 황색 형광체는 청색광(430nm ~ 480nm)에 응답하여 540nm부터 585nm 범위에서 주 파장을 갖는 광을 방출한다. 상기 녹색형광체는 청색광(430nm ~ 480nm)에 응답하여 510nm부터 535nm 범위에서 주 파장을 갖는 광을 방출한다. 상기 적색 형광체는 청색광(430nm ~ 480nm)에 응답하여 600nm 부터 650nm 범위에서 주 파장을 갖는 광을 방출한다. 상기 황색 형광체는 실리케이트계 또는 야그계의 형광체일 수 있고, 상기 녹색 형광체는 실리케이트계, 나이트라이드계 또는 설파이드계 형광체일 수 있고, 상기 적색 형광체는 나이트라이드계 또는 설파이드계 형광체일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 발광유닛(200) 사이 및 복수의 발광유닛(200)과 일체형 광변환기판(300) 사이에는 접착부재(400)가 마련되어, 접착부재(400)를 매개로 복수의 발광유닛(200) 및 일체형 광변환기판은 접착되는 구조일 수 있다. 종래에는 복수의 발광유닛과 개별의 광변환기판이 접착부재를 매개로 개별적으로 접착된 구조를 가지고 있었으며, 개별적인 발광유닛 사이에 공기 갭(air gap)이 형성되어 있는 구조였다. 이러한 종래의 구조는 개별적인 발광유닛에서 발하는 광이 옆으로 새어 광의 손실을 야기하는 원인이 되었다.
이에 본 발명의 실시예에서는 복수의 발광유닛(200) 사이에 접착부재(400)를 매개하여 광의 손실을 줄이고 광속을 향상시킬 수 있게 되었다. 접착부재(400)는 굴절률 1.4 내지 1.6의 레진 소재를 적용할 수 있으며, 바람직하게는 실리콘 레진수지를 적용할 수 있다. 실리콘 레진 수지는 메틸 실리콘 또는 페닐 실리콘 수지를 적용할 수 있다. 이러한 메틸 실리콘 또는 페닐 실리콘 수지는 고굴절을 가지고 있어 개별의 발광 유닛(200) 사이에서 발하는 광의 추출 효율을 상승시킬 수 있을 뿐만 아니라, 내열성이 우수하여 안정한 발광 패키지를 형성할 수 있게 한다. 또한, 접착부재 내에 포함되는 세라믹 파우더(401)의 안정적인 분산성을 확보할 수 있게 하며, 세라믹 파우더(401)와 복합화 되어 더욱 우수한 광추출 효율 및 방열 효과를 달성할 수 있게 한다.
하기 [표 1]은 본 발명의 실시예에 따른 일체형 발광패키지(100)의 광속 및 색좌표를 테스트한 결과이다. 테스트는 한 개의 발광유닛과 본 발명의 실시예인 복수의 발광유닛으로 구분하여 진행하였으며, 복수의 발광유닛 사이에 접착부재가 없을 경우(비교예)와 있을 경우(실시예)로 나누어 진행하였다.
구분 광속(lm) 색좌표 Cx 색좌표 Cy Rank
한개의 발광유닛 1599 0.3319 0.3512 AG
일체형 발광유닛 2개 발광유닛 발광유닛간 접착부재가
없을때(비교예)		 1594 0.3321 0.3544 AG
발광유닛간 접착부재가
있을때(실시예)		 1661 0.3323 0.3565 AG
3개 발광유닛 발광유닛간 접착부재가
없을때(비교예)		 1597 0.3319 0.3512 AG
발광유닛간 접착부재가
있을때(실시예)		 1655 0.3346 0.3544 AG
4개 발광유닛 발광유닛간 접착부재가
없을때(비교예)		 1595 0.3319 0.3512 AG
발광유닛간 접착부재가
있을때(실시예)		 1652 0.333 0.3529 AG
상기 [표 1]의 테스트 결과를 보면, 복수개의 발광유닛 사이에 접착부재가 있을 경우에 광속이 향상하는 것을 알 수 있다. 즉, 발광유닛 사이에서 손실되는 광을 접착부재에 의해서 상방향으로 유도하므로 광속도가 향상되고, 이로 인해 광추출 효과 및 광이용 효율이 향상된다.
본 발명의 실시예에서는 접착부재(400) 내에 세라믹 파우더(401)를 더욱 포함할 수 있다. 세라믹 파우더(401)는 AlN, Al2O3, BN, SiC 및 BeO 파우더 중 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
세라믹 파우더(401)는 높은 열전도도 및 절연성을 가지고 있어, 종래에 사용되던 TiO2 등과 같은 금속입자에 비해 저가이며, 절연성을 가지고 있어 금속입자에 의해 발생하던 전기 방전등의 문제점을 해결할 수 있게 되었다.
접착부재(400) 및 세라믹 파우더(401)의 복합화로 인해서 발광유닛(200)에서 발하는 광의 속도를 증가시켜 광추출 효율을 향상 시킬 수 있으며, 세라믹 파우더(401)의 방열 기능에 의해 발광유닛(200)에서 발생하는 열을 분산 또는 외부로 추출할 수 있게 되었다.
바람직한 실시예로 세라믹 파우더(401)는 BN 파우더일 수 있다. BN 파우더는 접착부재 100중량 기준으로, 10 내지 40 중량부로 포함될 수 있다. 10 중량부 미만일 경우에는 광추출 효율이 급격히 떨어지는 문제가 있으며, 40 중량부를 초과할 경우에는 광추출 효율이 떨어지며, 방열 기능의 효과 상승이 미비해 진다. 즉, BN 파우더가 접착부재 100중량 대비10 내지 40 중량부일때, 광추출 효율 및 방열 효율이 모두 우수하게 나타난다.
하기 [표 2]는 BN 파우더 함량에 따른 광속, 즉 광추출 향상을 테스트한 결과이다.
BN 함량(중량부) 광속(lm) 색좌표 Rank
5 1,570 AG
10 1,645 AG
15 1,651 AG
20 1,656 AG
25 1,639 AG
30 1,549 AG
상기 [표 2]와 같이, BN 파우더 함량이 10 내지 40 중량부일 때 광추출 효율이 임계적 변동을 나타내고 있음을 알 수 있다. 또한, BN 파우더 함량이 10 내지 40 중량부일 때 방열 기능도 함께 극대화됨을 확인 하였다. 이는 최적의 BN 파우더의 함량에 따라 뭉침현상 및 분산력이 좌우되어 광추출 효율 및 방열 기능에 영향을 미치는 것으로 예상된다.
BN 파우더의 평균 직경은 10 내지 30㎛가 바람직하다. 10㎛ 미만일 경우에는 BN 파우더의 뭉침현상이 심해지는 문제가 있으며, 30㎛를 초과할 경우에는 광추출 효율이 미비해 진다.
하기 [표 3]은 BN 파우더 직경에 따른 광속, 즉 광추출 향상을 테스트한 결과이다.
BN 입도 사이즈(㎛) D50 기준 광속(lm) 색좌표 Rank
5 1,550 AG
10 1,657 AG
20 1,662 AG
30 1,645 AG
40 1,540 AG
상기 [표 3]과 같이, BN 파우더 직경에 따라 광추출 효율이 임계적 변동을 나타내고 있음을 알 수 있다. 이는 상기에서 언급한 바와 같이 최적의 BN 파우더 직경에 따라 뭉침현상 및 분산력이 좌우되어 광추출 효율 및 방열 기능에 영향을 미치는 것으로 예상된다.
본 발명의 실시예에서는 상기 복수의 발광유닛(200)의 개수는 특별히 제한되는 것은 아니나, 접착부재(400)의 손쉬운 적용, 생산성등을 고려할 때 2개 내지 4개의 발광유닛을 일체화하는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 일체형 발광 패키지(100)가 차량용 헤드램프에 적용된 구조의 개념도를 도시한 것이다.
복수의 발광 유닛(200)에서 출사한 광이 일체형광변환기판(300)에서 변환되어 일부의 변환광이 리플렉터(500)로 진행하며, 일체형 발광 패키지(100)쪽으로 변환되어 진행하는 변환광은 리플렉터(500)로 회귀하여 출사(X)되는바, 광의 집중도를 향상시키며 광변환 효율을 높일 수 있는 차량용 램프로 구현될 수 있게 된다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 일체형 발광 패키지
200 : 발광 유닛
300 : 광변환기판
400 : 접착부재
401 : 세라믹 파우더
500 : 리플렉터

Claims (9)

  1. 리플렉터; 및
    상기 리플렉터의 일면에 광이 출사되는 발광 패키지를 포함하고,
    상기 발광 패키지는,
    복수개의 발광유닛;
    상기 복수개의 발광유닛 상부에 배치되는 광변환기판; 및
    상기 복수개의 발광유닛 사이에 배치된 제1 영역 및 상기 복수개의 발광유닛과 상기 광변환기판 사이에 배치되는 제2 영역을 갖는 접착부재를 포함하고,
    상기 접착부재는 실리콘 레진을 포함하며,
    상기 복수개의 발광유닛 사이에 배치된 상기 제1 영역의 접착부재는 BN 파우더를 포함하며, 상기 BN파우더의 중량은 상기 제1 영역의 접착부재 100중량 기준 10 내지 40중량부로 포함되며, 직경은 10 내지 30 ㎛인 차량 램프.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 실리콘 레진은 메틸 실리콘 또는 페닐 실리콘인 차량 램프.
  3. 청구항 1항 또는 2항에 있어서,
    상기 접착부재의 광속은 1,549 내지 1,645lm인 차량 램프.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 접착부재의 굴절률은 1.4 내지 1.6인 차량 램프.
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