KR102437786B1 - 발광소자 패키지를 이용한 조명모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수 개의 발광소자 패키지를 포함하는 조명 모듈에 관한 발명이다. 본 발명의 실시예에 따른 조명 모듈은, 회로기판 및 상기 회로기판 상에 배치되는 파장 특성에 따라 MRM(Multi Rank Mixing)된 복수 개의 발광소자 패키지를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 조명 모듈은 단일 발광소자 패키지에 비하여 더 적은 전류로 더 높은 CRI 를 가지는 광원이 될 수 있다.

Description

발광소자 패키지를 이용한 조명모듈{Lighting module using light emitting diode package}
본 발명의 실시예에는 발광소자 패키지를 이용한 조명모듈에 관한 것이다.
발광다이오드(LED: Light Emitting Diode)는 GaAs 계열, AlGaAs 계열, GaN 계열, InGaN 계열 및 InGaAlP 계열 등의 화합물 반도체 재료를 이용하여 발광 원을 구성할 수 있다.
고효율 LED에 대한 시장의 요구가 지속됨에 따라, 활용 가능한 응용분야의 수 또한 증가하고 있다. 매우 큰 규모의 잠재적인 시장이며 매우 흥미로운 응용분야는 가정과 사무실의 일반 일광 조명이다. 고체조명 분야는 조명응용을 위해 고체광원 개발에 관련되어 있다. LED는 본래 단색의 발광소자이다. 그러나 LED를 조명으로 사용하기 위해서는 백색광을 낼 수 있어야 한다.
LED를 이용하여 백색광을 내기 위하여, 다중칩을 이용하는 방법, 단일칩을 이용하는 방법 및 형광체를 이용하는 방법이 있다.
단일칩을 이용하는 방법은 LED 소자의 구조가 복잡해지고 이에 따라 생산 공정이 복잡해지는 단점이 있다. 형광체를 이용하는 방법은, 형광체 특성에 따라 백색광의 품질이 결정되며 고전류 상황에서 품질이 떨어지는 단점이 있다.
따라서, 근래에 서로 다른 주파수 또는 출력 특성을 가지는 다양한 발광 소자를 하나의 기판에 장착하여 백색 광원을 제작하는 방법에 관심이 높아지고 있다.
백색광의 품질은 연색지수(Color Rendering Index:CRI)로 나타낼 수 있다. CRI는 0 에서 100의 값을 가지며, 빛을 받은 물리적 물체의 색을 충실히 나타내는 정도를 나타내며, 태양광을 CRI 100으로 기준한다.
높은 CRI를 얻기 위해서는 광원의 각 파장에 따른 세기가 일정하게 높게 나오는 것이 좋다. 특히 최대치의 1/2에 대응되는 세기의 파장 폭인 반치폭이 넓게 나타날수록 CRI 등급이 높아질 수 있다.
따라서, 복수의 LED를 이용하여 높은 CRI 등급의 조명을 구현할 수 있는 기술의 제공이 요구 된다.
한국공개특허 제2010-0076639호
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 발광소자 패키지를 이용하여 높은 등급의 CRI를 구현하는 조명모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 조명 모듈은, 회로기판 및 상기 회로기판 상에 배치되는 파장 특성에 따라 MRM(Multi Rank Mixing)된 복수 개의 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 특성이 서로 다른 복수의 LED를 이용하여 높은 등급의 CRI를 구현한 조명을 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 조명 모듈의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 발광소자 패키지의 파장에 따른 세기를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 두 발광소자 패키지의 파장 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 도 4의 파장 특성을 이용한 조명 모듈의 파장 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 발광소자 패키지를 이용한 조명 모듈의 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 조명 모듈의 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 조명 모듈(100)은 기판(105) 상에 배치되는 복수 개의 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
예시적으로, 상기 복수 개의 발광소자 패키지는 4개의 발광소자 패키지일 수 있다. 설명의 편의를 위하여 도 1에 도시된 것과 같이 4개의 발광소자 패키지를 가정하지만, 이것을 예시에 불과하며 이에 한정되지 않는다.
상기 발광소자 패키지는, 발광소자와 상기 발광소자에 형광체가 덧붙여진 패키지일 수 있다. 상기 발광소자 패키지는, 외부로 백색광을 방출할 수 있다.
상기 4개의 발광소자 패키지는, 제1 발광소자 패키지(110), 제2 발광소자 패키지(120), 제3 발광소자 패키지(130) 및 제4 발광소자 패키지(140)를 포함할 수 있다.
제1 발광소자 패키지(110)와 제2 발광소자 패키지(120)는 d1 간격으로 나란히 배치될 수 있다. 제3 발광소자 패키지(130)는 제1 발광소자 패키지(110)의 아래에 d4 간격으로 배치될 수 있다. 제4 발광소자 패키지(140)는 제3 발광소자 패키지(130)의 측면으로 d3 간격을 형성하면서 제2 발광소자 패키지(120)의 아래 방향으로 d2의 간격으로 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 d1, d2, d3 및 d4는 모두 250 내지 300 [um]의 간격으로 배치가 될 수 있지만, 이것은 예시에 불과하며 이에 한정되지 않는다.
상기 복수의 발광소자 패키지는, 파장 특성에 따라 MRM(Multi Rank Mixing)될 수 있다. 본 발명에서는, 파장 특성 중에서 최대의 세기를 나타내는 파장값인 주파장(dominant wavelength) 값을 바탕으로, 상기 복수의 발광소자 패키지를 MRM 할 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 4개의 발광소자 패키지는 복수의 주파장 값에 따라서 MRM된 것일 수 있다. 예를 들어, 제1 주파장과 상기 제1 주파장보다는 짧은 제2 주파장의 값을 바탕으로 MRM될 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 상기 4 개의 발광소자 패키지는 상기 제1 주파장과 제2 주파장에 의해서 MRM 된 것으로 가정하고 설명하지만, 이것은 예시에 불과하며 이에 한정되지 않는다.
제1 발광소자 패키지(110), 제2 발광소자 패키지(120), 제3 발광소자 패키지(130) 및 제4 발광소자 패키지(140) 중에서 적어도 하나의 발광소자 패키지는 제1 주파장의 파장 특성을 가지며, 나머지 발광소자 패키지는 제2 주파장의 파장 특성을 가질 수 있다.
예를 들어, 제1 발광소자 패키지(110)가 제1 주파장 특성을 가지면, 제2 발광소자 패키지(120), 제3 발광소자 패키지(130) 및 제4 발광소자 패키지(140)는 제2 주파장 특성을 가질 수 있다. 이것은 예시에 불과하며 이에 한정되지 않는다.
주파장 특성이 서로 다른 복수 개의 발광소자 패키지를 배치함으로써, 단일 발광소자 패키지 대비 같은 전력일 때 더 높은 광속을 방출할 수 있고, 더 높은 CRI 등급을 획득할 수 있다.
일반적으로, 단일 발광소자 패키지는 더 높은 광속을 방출하기 위하여 더 높은 전류를 공급하면 파장 특성에서 반치폭이 줄어들게 되어 CRI 등급이 낮아진다.
그러나, 본 발명의 실시예와 같이 복수의 발광소자 패키지를 사용하며, 각 발광소자 패키지에는 더 낮은 전류를 공급하여 상기 높은 광속을 방출할 수 있으며, 더 낮은 전류가 공급되었기 때문에 CRI 등급은 더 높을 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 발광소자 패키지(200)는 패키지 바디(210)와, 패키지 바디(210)에 설치된 제1 리드 프레임(221) 및 제2 리드 프레임(222)과, 패키지 바디(210)에 설치되어 상기 제1 리드 프레임(121) 및 제2 리드 프레임(122)과 전기적으로 연결되는 발광소자(240)와, 발광소자(240)를 포위하는 수지층(260)을 포함한다.
패키지 바디(210)은 폴리프탈아미드(PPA: Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 금속 재질, PSG(photo sensitive glass), 사파이어, 인쇄회로기판(PCB) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 패키지 바디(210)의 상면 형상은 발광소자(240)의 용도 및 설계에 따라 삼각형, 사각형, 다각형, 및 원형 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 발광소자(240)가 직사각형 형상으로 형성되어 에지(edge) 타입의 백라이트 유닛(BLU : Backlight Unit)에 사용될 수 있으며, 휴대형 손전등이나 가정용 조명에 적용되는 경우, 패키지 바디(210)는 휴대용 손전등이나 가정용 조명에 내장하기 용이한 크기와 형태로 변경될 수 있다.
그리고, 상기 패키지 바디(210)는 상부가 개방되고, 측면과 바닥으로 이루어진 캐비티(cavity)가 형성된다. 상기 캐비티는 컵 형상, 오목한 용기 형상 등으로 형성될 수 있으며, 상기 캐비티의 내측면은 바닥에 대해 수직하거나 경사질 수 있다. 도시된 바와 같이 패키지 바디(210) 내의 캐비티의 바닥면에 발광소자가 위치하고 있다.
상기 캐비티의 바닥면에 배치된 발광소자(240)는 도전성 접착층(230)과 와이어(250)로 제1,2 리드 프레임(221, 222)에 각각 연결되고 있다.
수지층(260)은 형광체를 포함하는데, 상기 형광체는 제1 파장 영역의 빛에 의하여 여기되어 제2 파장 영역의 빛을 방출한다. 예를 들어 상기 발광소자(240)에서 방출되는 청색광에 의하여 여기되어 황색광을 방출하고, 상기 청색광과 황색광이 작용하여 발광소자 패키지는 백색광을 구현할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 발광소자 패키지의 파장에 따른 세기를 나타낸 그래프이다.
도 3에 도시된 그래프는, 일반적인 발광소자 패키지의 예시적인 파장 특성을 나타내는 그래프이다.
일반적으로 형광체가 사용되지 않은, 발광소자 패키지는 도 3에 도시된 것과 같이 특정 파장의 세기가 강하기 때문에 단색 광원이다. 도 3은 파란색 영역의 파장 세기가 제일 강한 청색 계열의 발광소자 패키지이다.
이러한 발광소자 패키지의 발광 표면에 형광체를 위치시키면, 청색광을 흡수하고 상기 청색광에 의해 여기된 황색광을 방출하므로써, 전체적으로 백색광이 최종적으로 상기 발광소자 패키지에 의해서 발광될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 두 발광소자 패키지의 파장 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 454.3 [nm]의 제1 주파장을 가지는 파장 특성 그래프(420)과 444.7 [nm]의 제2 주파장을 가지는 파장 특성 그래프(410)이 도시되어 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 도 4의 파장 특성을 이용한 조명 모듈의 파장 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 도 4의 상기 제1 주파장과 상기 제2 주파장을 바탕으로 MRM된 4개의 발광소자 패키지가 배치된 조명 모듈의 파장 특성이 도시되어 있다.
제1 조합 그래프(510)은, 상기 제2 주파장을 가지는 3개의 발광소자 패키지와 상기 제1 주파장을 가지는 1개의 발광소재 패키지를 MRM한 조명 모듈의 파장 특성을 나타낸다.
제2 조합 그래프(520)은, 상기 제2 주파장을 가지는 2개의 발광소자 패키지와 상기 제1 주파장을 가지는 2개의 발광소재 패키지를 MRM한 조명 모듈의 파장 특성을 나타낸다.
제3 조합 그래프(510)은, 상기 제2 주파장을 가지는 1개의 발광소자 패키지와 상기 제1 주파장을 가지는 3개의 발광소재 패키지를 MRM한 조명 모듈의 파장 특성을 나타낸다.
주파장 세기의 50% 세기일 때 파장의 폭인 반치폭은 제3 조합 그래프(510)이 가장 크다. 따라서, 가장 반치폭이 큰 제3 조합 그래프(510)가 가리키는 MRM 조합이 가장 CRI 등급이 높을 수 있다.
도 5에 나타난 것을 예시에 불과하며, 이에 한정되지 않는다.
도 5를 참조하면, 주파장의 특성의 조합이 달라지면, 다른 파장 특성의 조명 모듈이 될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 다른 주파장 특성의 발광모듈 패키지를 이용하여 다르게 MRM 하면, 다른 파장 특성의 조명 모듈이 될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 발광소자 패키지를 이용한 조명 모듈의 평면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 복수의 발광소자 패키지는 어느 한 방향으로 나란히 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 조명모듈(600)은 제1 발광소자 패키지(110), 제2 발광소자 패키지(120), 제3 발광소자 패키지(130) 및 제4 발광소자 패키지(140)를 포함할 수 있다.
제2 발광소자 패키지(120)는 제1 발광소자 패키지(110)의 어느 한 방향에 d5 간격으로 나란히 배치될 수 있다. 제3 발광소자 패키지(130)는 제2 발광소자 패키지(120)의 상기 방향에 d6 간격으로 나란히 배치될 수 있다. 제4 발광소자 패키지(140)는 제3 발광소자 패키지(130)의 상기 방향에 d7 간격으로 나란히 배치될 수 있다.
상기 d5, d6 및 d7는 모두 동일한 250 내지 300 [um] 일 수 있지만, 이것은 예시에 불과하며 이에 한정되지 않는다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 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 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100 : 조명 모듈
110 : 제1 발광소자 패키지 120 : 제2 발광소자 패키지
130 : 제3 발광소자 패키지 140 : 제4 발광소자 패키지

Claims (7)

  1. 조명모듈에 있어서,
    회로기판; 및
    상기 회로기판 상에 배치되는 파장 특성에 따라 MRM(Multi Rank Mixing)된 복수 개의 발광소자 패키지를 포함하고,
    상기 파장 특성은 주파장(dominant wavelength)의 값에 의해 구별되며,
    상기 복수 개의 발광소자 패키지 중 일부는 제1 주파장의 파장 특성을 가지고, 상기 복수 개의 발광소자 패키지 중 나머지 일부는 상기 제1 주파장보다 짧은 제2 주파장의 파장 특성을 가지며,
    상기 조명모듈로부터 출력된 광의 반치폭은 상기 복수 개의 발광소자 패키지 중 어느 하나로부터 출력된 광의 반치폭보다 큰 조명모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파장은 454.3nm이고, 상기 제2 주파장은 444.7nm인 조명모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파장의 파장 특성을 가지는 발광소자 패키지의 개수는 상기 제2 주파장의 파장 특성을 가지는 발광소자 패키지의 개수보다 많으며,
    상기 제1 주파장 및 상기 제2 주파장은 400nm 내지 500nm의 파장 범위 내에 있는 조명모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 발광소자 패키지는 어느 한 방향으로 나란히 일정한 간격으로 배치되는 제1 발광소자 패키지, 제2 발광소자 패키지, 제3 발광소자 패키지 및 제4 발광소자 패키지를 포함하는 조명모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 발광소자 패키지는 제1 발광소자 패키지, 제2 발광소자 패키지, 제3 발광소자 패키지 및 제4 발광소자 패키지를 포함하고,
    상기 제1 발광소자 패키지와 상기 제2 발광소자 패키지는 250 내지 300 [um] 의 간격으로 나란히 배치되고,
    상기 제3 발광소자 패키지는 상기 제1 발광소자 패키지의 아래에 250 내지 300 [um] 의 간격으로 배치되며,
    상기 제4 발광소자 패키지는 상기 제3 발광소자 패키지의 측면 및 상기 제2 발광소자 패키지의 아래 방향으로 250 내지 300 [um]의 간격으로 배치된 조명모듈.
  6. 삭제
  7. 삭제
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