KR102553628B1 - 발광소자 패키지의 검사 장치 및 제조 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 형태에 따른 검사 장치는, 광변환물질을 함유한 투광성 수지를 포함하는 발광소자 패키지에 특정 색상의 빛을 조사하는 조명부, 상기 투광성 수지 상에서 상기 발광소자 패키지의 이미지를 획득하는 카메라부, 및 상기 카메라부가 획득한 이미지로부터 상기 발광소자 패키지의 색좌표를 계산하여 상기 발광소자 패키지의 불량 여부를 판단하는 제어부를 포함한다.

Description

발광소자 패키지의 검사 장치 및 제조 장치{TEST APPARATUS AND MANUFACTURING APPARATUS OF LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE}
본 발명은 발광소자 패키지의 검사 장치 및 제조 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 반도체 발광소자로서, 형광등 및 백열등과 같은 기존의 광원에 비해 낮은 소모 전력, 긴 수명, 다양한 색의 빛 구현 등에 있어서 장점을 갖는다. 이와 같은 장점에 기반하여, LED는 다양한 조명 기기, 디스플레이 장치의 백 라이트 유닛, 자동차용 헤드 램프 등으로 그 적용분야가 확대되고 있다. LED는 소정의 패키지 몸체 내에 장착되어 발광소자 패키지 형태로 제공될 수 있으며, 발광소자 패키지는 빛의 색상을 조절하고 LED를 보호하기 위하여 광변환물질을 함유하는 투광성 수지를 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 과제 중 하나는, 광변환물질을 함유한 투광성 수지를 분사하는 공정에서, 투광성 수지가 적절하게 분사되는지 여부를 효과적으로 판단할 수 있는 발광소자 패키지의 검사 장치 및 제조 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지의 검사 장치는, 광변환물질을 함유한 투광성 수지를 포함하는 발광소자 패키지에 특정 색상의 빛을 조사하는 조명부, 상기 투광성 수지 상에서 상기 발광소자 패키지의 이미지를 획득하는 카메라부, 및 상기 카메라부가 획득한 이미지로부터 상기 발광소자 패키지의 색좌표를 계산하여 상기 발광소자 패키지의 불량 여부를 판단하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지의 제조 장치는, 발광소자 패키지가 안착되는 지그, 상기 발광소자 패키지에 광변환물질을 함유한 투광성 수지를 도트 단위로 도출하는 수지 분사부, 및 상기 투광성 수지가 토출된 발광소자 패키지에 소정 색상의 빛을 조사하여 이미지를 획득하고, 상기 이미지로부터 소정의 색좌표계에 따른 색좌표를 계산하며, 상기 색좌표계에서 정의되는 기준 영역과 상기 색좌표를 비교하여 상기 투광성 수지의 토출량의 불량 여부를 판단하는 검사 장치를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지의 검사 장치 및 제조 장치는, 광변환물질을 함유한 투광성 수지를 갖는 발광소자 패키지에 소정 색상의 빛을 조사하여 이미지를 획득하고, 획득한 이미지로부터 발광소자 패키지의 색좌표를 계산하여 소정의 기준 영역을 벗어나는지 여부에 따라 투광성 수지가 발광소자 패키지에 적절히 포함되었는지를 판단할 수 있다. 따라서, 고가의 장비 없이 투광성 수지의 분사량 및 투광성 수지에 포함된 광변환물질의 함량의 불량 여부를 효율적으로 판별할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지의 제조 장치를 간단하게 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지의 검사 장치의 외관을 나타낸 사시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지의 제조 장치에 의해 제조될 수 있는 발광소자 패키지를 나타낸 도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지의 검사 장치가 촬영하는 발광소자 패키지의 이미지를 도시한 도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지의 검사 장치가 산출하는 색좌표 값을 나타낸 그래프이다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지의 검사 장치에 의해 생성되는 발광소자 패키지의 이미지를 도시한 도이다.
도 11은 도 10a 내지 도 10c에 도시한 이미지로부터 계산될 수 있는 색좌표 값을 나타낸 그래프이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지의 검사 장치에 의해 산출되는 색좌표 값을 설명하기 위해 제공되는 그래프이다.
도 14 내지 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지에 적용될 수 있는 반도체 발광소자를 나타낸 도이다.
도 20a 및 도 20b는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지를 포함할 수 있는 백색 광원 모듈을 간단하게 나타낸 도이다.
도 21은 도 20a 및 도 20b에 도시한 백색 광원 모듈의 동작을 설명하기 위해 제공되는 CIE 1931 좌표계이다.
도 22는 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지의 투광성 수지에 함유될 수 있는 광변환물질을 설명하기 위해 제공되는 도이다.
도 23 내지 도 31은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지를 포함하는 백라이트 유닛을 설명하기 위해 제공되는 도이다.
도 32는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지를 포함하는 백라이트 유닛이 채용된 디스플레이 장치의 개략적인 분해사시도이다.
도 33 내지 도 35는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지를 포함하는 조명 장치를 나타낸 도이다.
도 36 내지 도 38은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지를 포함하는 조명 네트워크 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 웨이퍼(기판) 등과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상술한 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제1, 제2등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상술한 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 구성 요소가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 이하 실시예들은 하나 또는 복수개를 조합하여 구성할 수도 있다.
이하에서 설명하는 본 발명의 내용은 다양한 구성을 가질 수 있고 여기서는 필요한 구성만을 예시적으로 제시하며, 본 발명 내용이 이에 한정되는 것은 아님을 밝혀둔다
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지의 제조 장치를 간단하게 나타낸 도이다.
우선 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지의 제조 장치(1)는 발광소자 패키지(40)에 투광성 수지를 분사하는 수지 분사부(20) 및 발광소자 패키지(40)가 안착되는 지그(30) 등을 포함할 수 있다. 발광소자 패키지(40)에 분사되는 투광성 수지는 발광소자에서 출력되는 빛의 색상을 조절하기 위한 광변환물질을 포함할 수 있다. 수지 분사부(20)는 도트(dot) 단위로 투광성 수지를 분사하는 디스펜서(21) 및 디스펜서 제어부(22) 등을 포함할 수 있다.
투광성 수지가 분사된 이후, 검사 장치(10)는 투광성 수지가 적절히 분사되었는지 여부를 검사할 수 있다. 검사 장치(10)는 조명부(11)를 이용하여 발광소자 패키지(40)에 빛을 조사하는 한편, 카메라부(12)를 이용하여 발광소자 패키지(40)의 이미지를 획득할 수 있다. 조명부(11)는 특정 색상의 빛을 내는 광원을 가질 수 있으며, 일 실시예로 청색 LED 또는 UV LED 등을 광원으로 포함할 수 있다. 조명부(11)가 내보내는 빛의 색상은, 발광소자 패키지(40)에 포함되는 발광소자가 내보내는 빛의 색상과 실질적으로 동일할 수 있다.
카메라부(12)는 발광소자 패키지(40)를 촬영하여 이미지를 생성할 수 있다. 카메라부(12)가 생성하는 이미지는 광변환물질을 함유한 투광성 수지가 도포된 발광소자 패키지(40)의 상면을 촬영한 이미지일 수 있다. 제어부(13)는 조명부(11) 및 카메라부(12)의 동작을 제어하는 한편, 카메라부(12)가 생성한 이미지로부터 색좌표를 계산할 수 있다. 제어부(13)는 상기 색좌표에 기초하여 투광성 수지가 적절한 양만큼 분사되었는지 여부를 판단할 수 있다.
일 실시예에서 제어부(13)는 디스펜서(21)에서 도트(dot) 단위로 분사되는 량, 즉 도팅(dottting)량이 적절한지 여부를 판단할 수 있다. 제어부(13)는 카메라부(12)가 생성한 이미지로부터 계산된 색좌표가 소정의 기준 영역을 벗어나는 경우, 도팅량이 적절하게 제어되지 못한 것으로 판별할 수 있다. 상기 기준 영역은, 발광소자 패키지(40)가 적절한 양의 투광성 수지 및 광변환물질을 포함하는 경우, 발광소자 패키지(40)에서 실제로 방출되는 빛으로부터 측정되는 색좌표를 포함하는 영역일 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서 검사 장치(10)와 수지 분사부(20)는 하나의 장비로 제공될 수 있다. 즉, 투광성 수지를 발광소자 패키지(40)에 분사하는 공정을 위한 장비에 검사 장치(10)가 결합되어 하나의 장비로 제공될 수 있다. 이때, 제어부(13)와 디스펜서 제어부(22)는 하나의 제어 모듈로 통합될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지의 검사 장치의 외관을 나타낸 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 검사 장치(10)는 조명부(11) 및 카메라부(12)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시한 제어부(13)는 검사 장치(10)의 하우징 내에 장착되어 외관으로는 표시되지 않을 수 있다. 발광소자 패키지(40)는 복수의 행과 열을 따라 배치되어 지그(30) 내에 안착될 수 있다. 조명부(11)와 카메라부(12)는 상하 또는 좌우 방향으로 이동할 수 있도록 지지부(31)에 결합될 수 있다. 조명부(11)와 카메라부(12)는 발광소자 패키지(40)가 배열된 행과 열을 따라 이동하면서 각 발광소자 패키지(40)를 검사할 수 있다.
조명부(11)는 특정 색상의 빛을 내는 광원을 포함할 수 있으며, 서로 인접한 2개 이상의 발광소자 패키지(40)에 동시에 빛을 쏠 수 있다. 카메라부(12)는, 조명부(11)에 의해 빛이 조사되는 발광소자 패키지(40)를 촬영하여 이미지를 생성할 수 있으며, 상기 이미지는 제어부에 의해 분석되어 발광소자 패키지(40)의 불량 여부를 결정하기 위한 데이터로 이용될 수 있다.
제어부는 발광소자 패키지(40)의 이미지에서 검사 영역을 설정하고, 검사 영역에 포함되는 픽셀로부터 R, G, B 각각의 평균값을 계산할 수 있다. 검사 영역은 투광성 수지가 분사된 영역을 포함할 수 있으며, 광변환물질이 존재하는 영역일 수 있다. 제어부는 R, G, B 각각의 평균값을 이용하여 소정의 색좌표계에서 정의되는 색좌표를 산출할 수 있다. 상기 색좌표계는 CIE-L*ab, CIE-L*uv, CIE-L*CH, Yxy 색좌표계 중 적어도 하나일 수 있다.
제어부는 상기 좌표계에서 소정의 기준 영역을 설정하고, R, G, B 각각의 평균값으로부터 산출한 상기 색좌표가 상기 기준 영역을 벗어나는지 여부를 판단하여 발광소자 패키지(40)에 투광성 수지가 적절히 분사되었는지 검사할 수 있다. 투광성 수지가 지나치게 많거나 적게 분사되는 경우, 발광소자 패키지(40)에 포함된 광변환물질의 양이 변함에 따라 카메라부(12)가 촬영한 이미지에서 R, G, B 평균값이 달라질 수 있다. 제어부는 상기 이미지의 R, G, B 평균값에 기초하여 산출한 색좌표가 상기 기준 영역을 벗어나는 경우, 투광성 수지가 지나치게 많거나 적게 분사된 것으로 판정할 수 있다.
일 실시예에서, 카메라부(12)는 상하 또는 좌우로 인접한 2개의 발광소자 패키지(40)를 하나의 이미지로 촬영할 수 있다. 하나의 이미지에 포함된 2개의 발광소자 패키지(40)는 조명부(11)로부터 서로 다른 세기의 빛을 받을 수 있다. 제어부는 하나의 이미지에 포함되는 2개의 발광소자 패키지(40) 각각으로부터 색좌표를 산출할 수 있다. 제어부는, 각 발광소자 패키지(40)로부터 산출한 색좌표를 서로 다른 기준 영역과 비교함으로써 각 발광소자 패키지(40)에 분사된 투광성 수지의 불량 여부를 개별적으로 판정할 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지의 제조 장치에 의해 제조될 수 있는 발광소자 패키지를 나타낸 도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지(100)는 실장 공간(115)을 제공하는 패키지 몸체(110), 실장 공간(115) 내에 배치되는 발광소자(120), 발광소자(120)에 전기 신호를 공급하기 위한 리드 프레임(130) 등을 포함할 수 있다. 리드 프레임(130)은 제1 및 제2 리드 프레임(131, 132)을 포함할 수 있으며, 발광소자(120)와 제1 및 제2 리드 프레임(131, 132) 각각은 와이어(140)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 또는, 도 3 및 도 4에 도시한 실시예와 달리, 발광소자(120)가 플립칩 본딩 방식에 의해 제1 및 제2 리드 프레임(131, 132)과 전기적으로 연결될 수도 있다.
리드 프레임(130)의 일부는 패키지 몸체(110)의 외부로 돌출되어 전기 신호를 공급받기 위한 목적으로 제공될 수 있다. 또한 리드 프레임(130)의 일부는 실장 공간(115) 내에서 노출되어 와이어(140) 또는 플립칩 본딩 등에 의해 발광소자(120)의 전극과 연결될 수 있다. 발광소자(120)를 실장 공간(115) 내에 배치하고, 리드 프레임(130)과 연결한 후, 실장 공간(115)은 광변환물질(155)을 포함하는 투광성 수지(150)로 채워질 수 있다.
광변환물질(155)은 형광체 또는 양자점(Quantum Dot)과 같이 발광소자(120)가 방출하는 빛에 의해 다른 파장의 빛을 내는 물질일 수 있다. 투광성 수지(150)는 우수한 빛 투과율을 갖는 물질로서 광변환물질(155)을 함유한 형태로 분사되어 실장 공간(115)을 채울 수 있다. 또한, 투광성 수지(150)는 실장 공간(115)에서 노출되는 발광소자(120), 리드 프레임(130), 와이어(140) 등을 보호할 수 있다.
예를 들어, 청색 빛을 내는 발광소자(120)를 실장 공간(115)에 마련하고, 청색 빛에 의해 여기되어 노란색 빛을 내는 광변환물질(155)을 투광성 수지(150)에 포함시킴으로써, 백색 빛을 내는 발광소자 패키지(100)를 구현할 수 있다. 이때, 투광성 수지(150)가 지나치게 많이 또는 적게 분사되는 경우, 발광소자 패키지(100)가 원하는 색상의 빛을 구현하지 못할 수 있다. 따라서, 투광성 수지(150)가 적절한 양만큼 발광소자 패키지(100)에 분사되는지 여부를 검사하기 위한 장치가 필요할 수 있다.
앞서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 검사 장치(10)는 발광소자 패키지(100)에 소정 색상의 빛을 조사하는 조명부(11), 발광소자 패키지(100)의 이미지를 촬영하는 카메라부(12) 및 제어부(13)를 포함하며, 검사 장치(10)는 투광성 수지(150)를 분사하는 장치와 하나의 장비로 구현될 수 있다. 따라서, 투광성 수지(150)를 발광소자 패키지(100)에 분사하고 곧바로 투광성 수지(150)의 분사량을 검사함으로써, 투광성 수지(150) 및 광변환물질(155)의 분사량이 적절한지 여부를 자공정에서 검출할 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시한 실시예에 따른 발광소자 패키지(100)는, 도 1에 도시한 제조 장치(1)에 의해 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 제조 장치(1)는 디스펜서(21)를 이용하여 패키지 몸체(110)의 실장 공간(115)에 광변환물질(155)을 함유한 투광성 수지(150)를 분사할 수 있다. 투광성 수지(150)는 디스펜서(21)에 의해 도트 단위로 분사될 수 있으며, 제조 장치(1)는 검사 장치(10)를 이용하여 디스펜서(21)가 분사한 투광성 수지(150)의 도팅 높이(dotting height)가 적절히 제어되었는지 여부를 검사할 수 있다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지의 검사 장치에 의해 생성되는 발광소자 패키지의 이미지를 도시한 도이다.
도 5 내지 도 7의 실시예에서, 발광소자 패키지(100A, 100B, 100C)는 청색 LED를 발광소자(120)로 포함할 수 있으며, 청색 빛을 받아 노란색 빛을 여기하는 광변환물질(155A, 155B, 155C)을 포함할 수 있다. 한편, 검사 장치(10)는 발광소자(120)와 동일한 색상의 빛을 내는 조명부(11)를 포함할 수 있다. 즉, 도 5 내지 도 7에 도시한 실시예에 따른 이미지는, 청색 빛을 내는 조명부(11)가 빛을 조사하는 동안 카메라부(12)가 획득한 이미지일 수 있다. 발광소자(120)가 UV LED를 포함하는 경우, 조명부(11)는 UV 파장 대역의 빛을 내보내는 광원을 포함할 수 있다.
도 5는 투광성 수지(150A)가 정상적으로 분사된 제1 발광소자 패키지(100A)의 이미지일 수 있다. 한편, 도 6 및 도 7은 투광성 수지(150B, 150C)가 비정상적으로 분사된 제2 및 제3 발광소자 패키지(100B, 100C)의 이미지일 수 있다. 도 5 내지 도 7을 참조하면, 카메라부(12)가 촬영한 제1 내지 제3 발광소자 패키지(100A, 100B, 100C)의 이미지에는 패키지 본체(110), 발광소자(120) 및 리드 프레임(130) 등이 표시될 수 있으며, 투광성 수지(150A, 150B, 150C) 및 그 내에 포함되는 광변환물질(155A, 155B, 155C)이 나타날 수 있다. 제2 발광소자 패키지(100B)는 제1 발광소자 패키지(100A)보다 적은 양의 광변환물질(155B)을 포함할 수 있으며, 제3 발광소자 패키지(100C)는 제1 발광소자 패키지(100A)보다 많은 양의 광변환물질(155C)을 포함할 수 있다.
카메라부(12)가 제1 내지 제3 발광소자 패키지(100A, 100B, 100C)의 이미지를 획득하면, 제어부(13)는 이미지에서 소정의 검사 영역(160)을 설정할 수 있다. 검사 영역(160)은 제1 내지 제3 발광소자 패키지(100A, 100B, 100C)를 상부에서 볼 때 광변환물질(155A, 155B, 155C)가 집중적으로 분포한 영역일 수 있다. 도 5 내지 도 7을 참조하면, 제1 내지 제3 발광소자 패키지(100A, 100B, 100C) 각각에 대해 검사 영역(160)은 동일하게 적용될 수 있다.
제어부(13)는 검사 영역(160)에 포함되는 픽셀들의 RGB 평균값을 계산할 수 있다. 이미지는 복수의 픽셀로 구성되며, 각 픽셀은 RGB 값을 가질 수 있다. 제어부(13)는 검사 영역(160) 내에 포함되는 픽셀들의 RGB 평균값을 계산하고, RGB 평균값을 이용하여 검사 영역(160)의 색좌표를 산출할 수 있다.
검사 영역(160)의 색좌표는 종래에 알려진 다양한 공식에 따라 R, G, B 평균값으로부터 계산될 수 있다. 일 실시예로, 제어부(13)는 검사 영역(160)에 포함되는 픽셀의 RGB 평균값을 이용하여 XYZ 색좌표계에 따른 색좌표를 계산할 수 있다. 필요에 따라, 제어부(130)는 XYZ 색좌표계에 따른 색좌표를 Yxy 색좌표계, CIE-L*ab 색좌표계, CIE-L*uv 색좌표계 등 다른 색좌표계에 따른 색좌표로 변환할 수 있다.
제어부(13)는 변환한 색좌표를 소정의 기준 영역과 비교하여 제1 내지 제3 발광소자 패키지(100A, 100B, 100C)의 불량 여부를 판단할 수 있다. 도 5 내지 도 7에 각각 도시된 이미지를 비교하면, 제2 발광소자 패키지(100B)에서는 검사 영역(160) 내에서 상대적으로 적은 양의 광변환물질(155B)을 포함하며, 광변환물질(155B)이 거의 존재하지 않는 이상 영역(170)을 가질 수도 있다. 또한, 제3 발광소자 패키지(100C)는 검사 영역(160) 내에 상대적으로 많은 양의 광변환물질(155C)을 포함할 수 있다. 광변환물질(155B, 155C) 함유량의 차이로 인해, 도 5 내지 도 7의 이미지 각각의 검사 영역(160)에서 계산되는 색좌표는 서로 다른 값을 가질 수 있다. 이하, 도 8 및 도 9를 참조하여 설명하기로 한다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지의 검사 장치에 의해 산출되는 색좌표를 나타낸 그래프이다.
도 8 및 도 9는 모두 Yxy 색좌표계에 따른 그래프일 수 있으나, 이와 달리 다른 색좌표계에 따른 그래프가 적용될 수도 있다. 도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 검사 장치(10)에 의해 산출되는 색좌표는 투광성 수지(150A, 150B, 150C) 및 투광성 수지(150A, 150B, 150C)에 포함되는 광변환물질(155A, 155B, 155C)의 양에 따라 서로 다른 값을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 투광성 수지(150A, 150B, 150C) 및 광변환물질(155A, 155B, 155C)의 양은 디스펜서(21)에서 분사되는 도팅량에 따라 결정될 수 있다.
우선 도 8을 참조하면, 제1 발광소자 패키지(100A)로부터 제어부(13)가 생성한 색좌표는 제1 영역(A1)에 포함될 수 있다. 색좌표가 제1 영역(A1)에 포함되는 경우, 제어부(13)는 제1 발광소자 패키지(100A)가 적절한 양의 투광성 수지(150A) 및 광변환물질을 포함하는 것으로 판정할 수 있다. 즉, 색좌표가 제1 영역(A1)에 포함되면, 제어부(13)는 제1 발광소자 패키지(100A)를 양품으로 결정할 수 있다.
다음으로, 제2 발광소자 패키지(100B)로부터 제어부(13)가 생성한 색좌표는, 제2 영역(A2)에 포함될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 제2 발광소자 패키지(100B)는, 제1 발광소자 패키지(100A)보다 적은 양의 광변환물질(155B)을 가질 수 있다. 즉, 디스펜서(21)가 정상 범위보다 낮은 도팅량으로 투광성 수지(150B)를 분사하는 경우에 제2 발광소자 패키지(100B)가 제조될 수 있다.
한편, 제3 발광소자 패키지(100B)로부터 제어부(13)가 생성한 색좌표는, 제3 영역(A3)에 포함될 수 있다. 도 7의 실시예에 도시한 바와 같이, 제3 발광소자 패키지(100C)는, 제1 발광소자 패키지(100A)보다 많은 양의 광변환물질(155C)을 가질 수 있다. 즉, 디스펜서(21)가 정상 범위보다 큰 도팅량으로 투광성 수지(150C)를 분사함으로써 제3 발광소자 패키지(100C)가 제조될 수 있다.
발광소자(120)가 청색 LED를 포함하고, 광변환물질이 청색 빛에 의해 여기되어 노란색 빛을 내는 경우, 제2 발광소자 패키지(100B)를 촬영한 이미지에서는 청색 성분이, 제3 발광소자(100C)를 촬영한 이미지에서는 노란색 성분이 더 강하게 나타날 수 있다. 따라서, 제2 발광소자 패키지(100B)의 이미지로부터 계산된 색좌표는, 제1 발광소자 패키지(100A)의 이미지로부터 계산된 색좌표보다 작은 x, y 값을 가질 수 있다. 반면, 제3 발광소자 패키지(100C)의 이미지로부터 계산된 색좌표는, 제1 발광소자 패키지(100A)의 이미지로부터 계산된 색좌표보다 큰 x, y 값을 가질 수 있다
결과적으로, 제2 발광소자 패키지(100B)의 이미지에서 계산된 색좌표는, 도 7에 도시한 Yxy 색좌표계에서 제2 영역(A2)에 위치할 수 있으며, 제3 발광소자 패키지(100C)의 이미지에서 계산된 색좌표는, 도 7에 도시한 Yxy 색좌표계에서 제3 영역(A3)에 위치할 수 있다. 따라서, 제어부(13)는 각 발광소자 패키지(100A, 100B, 100C)를 촬영한 이미지로부터 계산된 색좌표의 x, y 값을 기준 영역인 제1 영역(A1)의 x, y 값과 비교하여 광변환물질(155A, 155B, 155C)의 과부족을 판단할 수 있다.
도 9에 도시한 그래프는, 도 8에 도시한 실시예보다 상대적으로 약한 출력을 갖는 조명부(11)를 이용하여 획득한 제1 내지 제3 발광소자 패키지(100A, 100B, 100C)의 이미지로부터 계산된 색좌표의 그래프일 수 있다. 제1 내지 제3 발광소자 패키지(100A, 100B, 100C) 각각에 청색 LED가 발광소자(120)로 포함되고, 조명부(11) 역시 청색 빛을 내보내는 경우를 가정하면, 조명부(11)의 광출력이 낮아짐에 따라 동일한 제1 내지 제3 발광소자 패키지(100A, 100B, 100C)에서 계산되는 색좌표가 더 작은 x 값 및 더 큰 y 값을 가질 수 있다. 이는 Yxy 색좌표계를 가정하였을 때의 결과이며, 색좌표계가 바뀌는 경우 색좌표의 이동 경향은 바뀔 수 있다.
즉, 제1 발광소자 패키지(100A)에 상대적으로 약한 광출력을 갖는 조명부(11)로 빛을 쬔 후 색좌표를 계산하면, 도 9에 도시한 그래프의 제1 영역(B1)에 포함되는 색좌표를 얻을 수 있다. 유사하게, 제2 및 제3 발광소자 패키지(100B, 100C)에 상대적으로 약한 광출력을 갖는 조명부(11)로 빛을 조사하여 색좌표를 계산하면, 도 8에 도시한 그래프의 제2 및 제3 영역(B2, B3)에 포함되는 색좌표를 얻을 수 있다. 따라서, 제어부(13)는 조명부(11)의 광출력에 기초하여 색좌표와 비교되는 기준 영역(A1, B1)을 서로 다르게 설정할 수 있다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지의 검사 장치에 의해 생성되는 발광소자 패키지의 이미지를 도시한 도이다. 한편, 도 11은 도 10a 내지 도 10c에 도시한 이미지로부터 계산될 수 있는 색좌표 값을 나타낸 그래프이다.
도 10a 내지 도 10c를 참조하면, 발광소자 패키지(200)는 패키지 본체(210), 발광소자(220), 리드 프레임(230), 와이어(240) 및 투광성 수지(250) 등을 포함할 수 있다. 도 10a 내지 도 10c에 도시한 제1 내지 제3 이미지(200A, 200B, 200C)는 모두 동일한 발광소자 패키지(200)를 촬영한 이미지이며, 조명부(11)로부터 서로 다른 세기의 빛이 조사되는 동안 촬영된 이미지일 수 있다. 일 실시예로, 제1 이미지(200A)는, 제2 및 제3 이미지(200B, 200C)보다 약한 빛이 조사되는 동안 촬영된 이미지이며, 제3 이미지(200C)는 제1 및 제2 이미지(200A, 200B)보다 강한 빛이 조사되는 동안 촬영된 이미지일 수 있다. 또는, 제1 이미지(200A)가 가장 적은 시간 동안 빛이 조사되고, 제3 이미지(200C)가 가장 긴 시간 동안 빛이 조사되며 촬영된 이미지일 수 있다.
도 11을 참조하면, 제1 내지 제3 영역(C1, C2, C3) 각각에 포함된 색좌표는, 제1 내지 제3 이미지(200A, 200B, 200C)로부터 산출된 색좌표일 수 있다. 즉, 상대적으로 강한 세기의 빛을 조사하면서 촬영된 제3 이미지(200C)의 색좌표는, 제1 및 제2 이미지(200A, 200B)의 색좌표보다 상대적으로 큰 x 값과 작은 y 값을 가질 수 있다. 따라서, 제어부(13)는, 조명부(11)의 광출력이 큰 경우, 각 이미지(200A, 200B, 200C)에서 계산된 색좌표와 비교되는 기준 영역의 x 값을 높이고 y 값을 낮출 수 있다. 반대로, 조명부(11)의 광출력이 작은 경우에는, 각 이미지(200A, 200B, 200C)에서 계산된 색좌표와 비교되는 기준 영역의 x 값을 높이고 y 값을 낮출 수 있다.
예를 들어, 검사 장치(10)가 서로 인접하게 배치된 2개 이상의 발광소자 패키지(200)에 동시에 빛을 조사하여 이미지를 획득한 경우, 각 발광소자 패키지(200)가 받는 빛의 양은 각 발광소자 패키지(200)의 위치에 따라 서로 다를 수 있다. 이 경우, 제어부(13)는 동시에 이미지를 획득한 발광소자 패키지(200)에, 서로 다른 기준 영역을 적용하여 각 발광소자 패키지(200)의 불량 여부를 개별적으로 판단할 수 있다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지의 검사 장치에 의해 산출되는 색좌표 값을 설명하기 위해 제공되는 그래프이다. 이하, 설명의 편의를 위하여 도 2를 함께 참조하여 설명하기로 한다.
우선 도 12 및 도 13에 도시한 색좌표계는 Yxy 색좌표계일 수 있다. Yxy 색좌표계는, 색온도에 따라 복수의 공간(P-W)으로 분류될 수 있다. 우선 도 12의 그래프를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 검사 장치(10)가 발광소자 패키지(40)를 촬영하여 획득한 색좌표(I1-I3)와, 동일한 발광소자 패키지(40)에 실제로 전원을 공급하여 측정한 색좌표(T1-T3)가 도시되어 있다. 도 12에 도시한 그래프에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 검사 장치(10)가 발광소자 패키지(40)로부터 획득한 색좌표(I1-I3)는, 발광소자 패키지(40)에 전원을 공급하여 측정한 색좌표(T1-T3)와 다를 수 있다. 따라서, 이를 보정하기 위한 프로세스가 추가될 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(13)는, 발광소자 패키지(40)의 이미지로부터 획득한 색좌표(I1-I3)의 x, y 값 각각에 소정의 계수를 곱하여 실제 색좌표(T1-T3)와 유사한 값으로 보정할 수 있다. 이때, 제어부(13)가 색좌표(I1-I3)에 반영하는 각각의 계수는, x, y 값에 따라 다를 수 있으며, 색좌표(I1-I3)가 포함되는 공간(P-W)의 색온도, 및 발광소자 패키지(40)의 이미지 촬영 시에 빛을 조사하는 조명부(40)의 광출력 등에 따라 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 공간 Q, R, W 각각에 대한 상기 계수는 다음의 표 1과 같을 수 있다. 표 1과 같이 소정의 계수를 반영하여 이미지로부터 획득한 색좌표(I1-I3)를 보정함으로써, 도 13에 도시한 바와 같이 실제 색좌표(T1-T3)와 유사한 보정 색좌표(I1`-I3`)를 계산할 수 있다.
구간 Q R W
CIEx 0.918XIQ=XTQ 0.913XIR=XTR 1.080XIW=XTW
CIEy 0.757YIQ=YTQ 0.770YIR=YTR 0.880YIW=YTW
도 14 내지 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지에 적용될 수 있는 반도체 발광소자를 나타낸 도이다.
우선 도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자(300)는 기판(310), 제1 도전형 반도체층(320), 활성층(330) 및 제2 도전형 반도체층(340)을 포함할 수 있다. 또한, 제1 도전형 반도체층(320) 상에는 제1 전극(350)이 형성될 수 있으며, 제2 도전형 반도체층(340) 상에는 제2 전극(360)이 형성될 수 있다. 제2 전극(360)과 제2 도전형 반도체층(340) 사이에는 선택적으로 오믹 컨택층이 더 마련될 수도 있다.
우선, 기판(310)은 다양한 실시예에 따라 절연성, 도전성 또는 반도체 기판 중 적어도 하나가 선택될 수 있다. 기판(310)은, 예를 들어, 사파이어, SiC, Si, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN일 수 있다. GaN 물질의 에피성장을 위해서 동종 기판인 GaN 기판을 기판(310)으로 선택할 수 있으며, 이종 기판으로는 사파이어, 실리콘 카바이드(SiC) 기판 등이 주로 사용될 수 있다. 이종 기판을 사용할 때는 기판 물질과 박막 물질 사이의 격자상수의 차이로 인해 전위(dislocation) 등 결함이 증가할 수 있으며, 기판 물질과 박막 물질 사이의 열팽창계수의 차이로 인해 온도 변화시 휨이 발생하고, 휨은 박막의 균열(crack)의 원인이 될 수 있다. 상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 기판(310)과 GaN계인 제1 도전형 반도체층(320) 사이에 버퍼층(310A)을 배치할 수 있다.
이종 기판상에 GaN을 포함하는 제1 도전형 반도체층(320)을 성장시킬 때, 기판 물질과 박막 물질 사이의 격자 상수의 불일치로 인해 전위(dislocation) 밀도가 증가하고, 열팽창 계수 차이로 인해 균열(crack) 및 휨이 발생할 수 있다. 상기와 같은 전위 및 균열을 방지하기 위한 목적으로 기판(310)과 제1 도전형 반도체층(320) 사이에 버퍼층(310A)을 배치할 수 있다. 버퍼층(310A)은 활성층 성장시 기판의 휘는 정도를 조절해 웨이퍼의 파장 산포를 줄일 수도 있다.
버퍼층(310A)은 AlxInyGa1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1), 특히 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, 또는 InGaNAlN를 사용할 수 있으며, 필요에 따라 ZrB2, HfB2, ZrN, HfN, TiN 등의 물질도 사용할 수 있다. 또한, 복수의 층을 조합하거나, 조성을 점진적으로 변화시켜 사용할 수도 있다.
Si 기판은 GaN와 열팽창 계수 차이가 크기 때문에, 실리콘 기판에 GaN계 박막 성장시, 고온에서 GaN 박막을 성장시킨 후, 상온으로 냉각시 기판과 박막 간의 열팽창 계수의 차이에 의해 GaN 박막에 인장응력이 가해져 균열이 발생하기 쉽다. 균열을 막기 위한 방법으로 성장 중에 박막에 압축 응력이 걸리도록 성장하는 방법을 이용해 인장응력을 보상할 수 있다. 또한, 실리콘(Si)은 GaN과의 격자 상수 차이로 인해, 결함 발생 가능성도 크다. Si 기판을 사용하는 경우는 결함 제어뿐만 아니라 휨을 억제하기 위한 응력 제어를 동시에 해줘야 하기 때문에 복합 구조의 버퍼층(11a)을 사용할 수 있다.
버퍼층(310A)을 형성하기 위해 먼저 기판(310) 상에 AlN 층을 형성할 수 있다. Si와 Ga 반응을 막기 위해 Ga을 포함하지 않은 물질을 사용할 수 있으며, AlN 뿐만 아니라 SiC 등의 물질도 사용할 수 있다. AlN층은 Al 소스와 N 소스를 이용하여 400? 내지 1300? 사이의 온도에서 성장할 수 있으며, 필요에 따라, 복수의 AlN 층 사이에 GaN 중간에 응력을 제어하기 위한 AlGaN 중간층을 삽입할 수 있다.
제1 및 제2 도전형 반도체층(320, 340)은 각각 n형 및 p형 불순물이 도핑된 반도체로 이루어질 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니고 반대로 각각 p형 및 n형 반도체층이 될 수도 있을 것이다. 예를 들어, 제1 및 제2 도전형 반도체층(320, 340)은 3족 질화물 반도체, 예컨대, AlxInyGa1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 물론, 이에 한정되지 않으며, AlGaInP계열 반도체나 AlGaAs계열 반도체와 같은 물질도 이용될 수 있을 것이다.
한편, 제1 및 제2 도전형 반도체층(320, 340)은 단층 구조로 이루어질 수 있지만, 이와 달리, 필요에 따라 서로 다른 조성이나 두께 등을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 도전형 반도체층(320, 340)은 각각 전자 및 정공의 주입 효율을 개선할 수 있는 캐리어 주입층을 구비할 수 있으며, 또한, 다양한 형태의 초격자 구조를 구비할 수도 있다.
제1 도전형 반도체층(320)은 활성층(330)과 인접한 부분에 전류 확산층을 더 포함할 수도 있다. 상기 전류 확산층은 서로 다른 조성을 갖거나, 서로 다른 불순물 함량을 갖는 복수의 InxAlyGa(1-x-y)N층이 반복해서 적층되는 구조 또는 절연 물질 층이 부분적으로 형성될 수 있다.
제2 도전형 반도체층(340)은 활성층(330)과 인접한 부분에 전자 차단층을 더 포함할 수 있다. 상기 전자 차단층은 복수의 서로 다른 조성의 InxAlyGa(1-x-y)N를 적층한 구조 또는 AlyGa(1-y)N로 구성된 1층 이상의 층을 가질 수 있으며, 활성층(330)보다 밴드갭이 커서 제2 도전형 반도체층(340)으로 전자가 넘어가는 것을 방지한다.
일 실시예에서, 제1, 제2 도전형 반도체층(320, 340)과 활성층(330)은 MOCVD 장치를 사용하여 제조될 수 있다. 제1, 제2 도전형 반도체층(320, 340)과 활성층(330)을 제조하기 위해, 성장 기판(310)을 설치한 반응 용기 내에 반응 가스로 유기 금속 화합물 가스(예, 트리메틸 갈륨(TMG), 트리메틸 알루미늄(TMA) 등)와 질소 함유 가스(암모니아(NH3) 등)을 공급하고, 기판의 온도를 900? 내지 1100?의 고온으로 유지하고, 기판상에 질화 갈륨계 화합물 반도체를 성장하면서, 필요에 따라 불순물 가스를 공급해, 질화 갈륨계 화합물 반도체를 언도프, n형, 또는 p형으로 적층할 수 있다. n형 불순물로는 Si이 잘 알려져 있고, p형 불순물으로서는 Zn, Cd, Be, Mg, Ca, Ba 등이 있으며, 주로 Mg, Zn가 사용될 수 있다.
또한, 제1 및 제2 도전형 반도체층(320, 340) 사이에 배치된 활성층(330)은 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조, 예컨대, 질화물 반도체일 경우, GaN/InGaN 구조가 사용될 수 있으며, 다만, 단일 양자우물(SQW) 구조를 사용할 수도 있을 것이다. 제1 또는 제2 전극(350, 360)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함할 수 있다. 도 14에 도시한 발광소자(300)는 에피 업(Epi-Up) 구조를 가지며, 따라서 발광소자 패키지 내에서 회로 기판에 포함되는 회로 패턴과 와이어 등을 통해 연결될 수 있다.
다음으로 도 15를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자(400)는 지지 기판(410), 제1 및 제2 도전형 반도체층(420, 440), 활성층(430), 제1 및 제2 전극(450, 460) 등을 포함할 수 있다. 도 15에 도시한 실시예에 따른 발광소자(400)는 플립칩 본딩에 의해 발광소자 패키지의 회로 기판에 부착될 수 있다. 활성층(430)에서 생성되는 빛이 상부로 방출되어야 하므로, 지지 기판(410)은 투광성을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
또한, 활성층(430)에서 생성되어 하부로 진행하는 빛을 반사시킬 수 있도록, 제2 전극(460)은 전기 전도성 및 반사율이 우수한 물질로 형성될 수 있다. 일 실시예로, 제2 전극(460)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
다음으로 도 16을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자(500)가 도시되어 있다. 도 16에 도시한 실시예에 따른 발광소자(500)는, 제1 도전형 반도체층(520), 활성층(530) 및 제2 도전형 반도체층(540), 제1 도전형 반도체층(520)에 부착되는 제1 전극(550) 및 제2 도전형 반도체층(560)에 부착되는 제2 전극(560) 등을 포함할 수 있다. 제2 전극(560)의 하면에는 도전성 기판(510)이 배치될 수 있으며, 도전성 기판(510)은 발광소자 패키지를 구성하기 위한 회로 기판 등에 직접 실장될 수 있다. 발광소자 패키지 내에서 도전성 기판(510)은 회로 기판에 직접 실장되고, 제1 전극(550)은 와이어 등을 통해 회로 기판의 회로 패턴과 전기적으로 연결될 수 있다.
앞서 설명한 다른 반도체 발광소자(300, 400)들과 마찬가지로, 제1 도전형 반도체층(520)과 제2 도전형 반도체층(540)은 각각 n형 질화물 반도체 및 p형 질화물 반도체를 포함할 수 있다. 한편, 제1, 제2 도전형 반도체층(520, 540) 사이에 배치되는 활성층(530)은, 서로 다른 조성의 질화물 반도체층이 교대로 적층되는 다중 양자 우물(MQW) 구조를 가질 수 있으며, 선택적으로 단일 양자 우물(SQW) 구조를 가질 수도 있다.
제1 전극(550)은 제1 도전형 반도체층(520)의 상면에 배치되며, 제2 전극(560)은 제2 도전형 반도체층(540)의 하면에 배치될 수 있다. 도 16에 도시한 발광소자(30)의 활성층(33)에서 전자-정공 재결합에 의해 생성되는 빛은 제1 전극(550)이 배치되는 제1 도전형 반도체층(520)의 상면으로 방출될 수 있다. 따라서, 활성층(530)에서 생성되는 빛을 제1 도전형 반도체층(520)의 상면 방향으로 반사시킬 수 있도록, 제2 전극(560)은 높은 반사율을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 제2 전극(560)은 Ag, Al, Ni, Cr, Cu, Au, Pd, Pt, Sn, Ti, W, Rh, Ir, Ru, Mg, Zn 또는 이들을 포함하는 합금물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다음으로 도 17을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광소자(600)는 제1 도전형 반도체층(620), 제2 도전형 반도체층(640), 그 사이에 위치하는 활성층(630), 제1 및 제2 도전형 반도체층(620, 640)에 각각 연결되는 제1 및 제2 전극(650, 660)을 포함한다. 본 실시예에서, 제1 및 제2 전극(650, 660)은 제1, 제2 도전형 반도체층(620, 640)과 활성층(630)을 사이에 두고 마주하는 면에 각각 배치될 수 있다. 제2 전극(660) 상에는 지지 기판(610)이 본딩층(610A)에 의해 부착되어 발광소자(600)를 지지할 수 있다.
본 실시예에 따른 발광소자(600)는 제2 전극(660)과 관련된 전극 요소로서 연결 전극(connecting electrode: 670)을 추가적으로 포함할 수 있다. 연결 전극(670)은 제1, 제2 도전형 반도체층(620, 640)과 활성층(630)의 적어도 일부 영역을 제거하여 형성된 관통홀(H)을 통해 제2 전극(660)과 연결될 수 있다. 관통홀(H)에 의해 제2 전극(660)의 적어도 일부 영역이 노출될 수 있으며, 상기 노출된 영역에서 제2 전극(660)과 연결 전극(670)이 서로 연결될 수 있다. 연결 전극(670)은 관통홀(H)의 측벽을 따라 형성될 수 있으며, 연결 전극(670)과 관통홀(H)의 측벽 사이에는 연결 전극(670)과 활성층(630) 및 제1 도전형 반도체층(620)이 서로 전기적으로 연결되는 것을 방지하기 위해 절연층(670A)이 마련될 수 있다.
상기와 같은 전극구조는 제1 및 제2 도전형 반도체층(620, 640)이 각각 n형 및 p형 질화물 반도체층인 형태에서 더욱 효율적으로 적용될 수 있다. p형 질화물 반도체층은 n형 질화물 반도체층보다 콘택 저항이 크므로, 오믹 콘택을 구하는 것이 어려울 수 있다. 그러나, 도 17에 도시한 실시예에서는, 제2 전극(660)을 지지 기판(610)의 전면에 걸쳐서 배치하므로, 제2 도전형 반도체층(640)과 제2 전극(660) 사이의 콘택 면적을 충분히 확보함으로써 p형 질화물 반도체층과 오믹 콘택을 확보할 수 있다.
한편, 도 17에 도시한 실시예에 따른 발광소자(600)는 지지 기판(610)의 방향으로 광이 방출되는 플립칩 구조일 수 있다. 즉, 제1 전극(650)과 연결 전극(670)은 솔더 범프(680) 등을 통해 회로 기판(690)의 회로 패턴(690A)과 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서 제1 전극(650)은 오믹 콘택 특성뿐만 아니라 높은 반사율을 갖는 전극물질을 포함할 수 있다. 제2 전극(660) 및 지지 기판(610)은 높은 투광성을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(650)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함할 수 있다. 제2 전극(660)은 Ni/Au와 같은 투광성 금속 또는 ITO와 같은 투명 전도성 산화물 또는 질화물일 수 있다. 지지 기판(610)은 글래스 기판 또는 투광성 폴리머 수지로 이루어진 기판일 수 있다.
연결 전극(670)은 절연층(670A)에 의해 제1 도전형 반도체층(620) 및 활성층(630)과 전기적으로 절연될 수 있다. 도 17에 도시된 바와 같이, 절연층(670A)은 관통홀(H)의 측벽을 따라 형성될 수 있다. 또한 절연막(670A)은 제1, 제2 도전형 반도체층(620, 640) 및 활성층(630)의 측면에 형성되어 발광소자(600)를 위한 패시베이션층으로 제공될 수 있다. 절연층(670A)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함할 수 있다.
다음으로 도 18을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자(700)가 개시되어 있다. 발광소자(700)는 기판(710)의 일면 상에 순차적으로 적층되는 제1 도전형 반도체층(720), 활성층(730), 제2 도전형 반도체층(740)과, 제1 및 제2 전극(750, 760)을 포함할 수 있다. 또한, 발광소자(700)는 절연부(770)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 전극(750, 760)은 각각 컨택 전극(750A, 760A)과 연결 전극(750B, 760B)을 포함할 수 있으며, 절연부(770)에 의해 노출되는 컨택 전극(750A, 760A)의 일부 영역이 연결 전극(750B, 760B)과 연결될 수 있다.
제1 컨택 전극(750A)은 제2 도전형 반도체층(740) 및 활성층(730)을 관통하여 제1 도전형 반도체층(720)과 접속된 도전성 비아로 제공될 수 있다. 제2 컨택 전극(760A)은 제2 도전형 반도체층(740)과 접속될 수 있다. 도전성 비아는 하나의 발광소자 영역에 복수 개 형성될 수 있다.
제1 및 제2 도전형 반도체층(720, 740) 상에 도전성 오믹 물질을 증착하여 제1 및 제2 컨택 전극(750A, 760A)을 형성할 수 있다. 제1 및 제2 컨택 전극(750A, 760A)은 Ag, Al, Ni, Cr, Cu, Au, Pd, Pt, Sn, Ti, W, Rh, Ir, Ru, Mg, Zn 또는 이들을 포함하는 합금물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 제2 컨택 전극(760A)은 활성층(730)에서 생성되어 발광소자(700)의 하부로 방출되는 빛을 반사시키는 역할을 할 수 있다.
절연부(770)는 제1 및 제2 컨택 전극(750A, 760A)의 적어도 일부를 노출시키는 오픈 영역을 구비하며, 제1 및 제2 연결 전극(750B, 760B)은 제1 및 제2 컨택 전극(750A, 760A)과 각각 연결될 수 있다. 절연부(770)는 SiO2 및/또는 SiN CVD 공정을 통해 500℃ 이하에서 0.01㎛ ~ 3㎛ 두께로 증착될 수 있다. 제1 및 제2 전극(750, 760)은 발광소자 패키지에 플립칩 형태로 실장될 수 있다.
제1, 제2 전극(750, 760)은 절연부(770)에 의하여 서로 전기적으로 분리될 수 있다. 절연부(770)는 전기적으로 절연 특성을 갖는 물질이면 어느 것이나 사용할 수 있지만, 발광소자(700)의 광 추출 효율 저하를 방지하기 위해 광흡수율이 낮은 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, SiO2, SiOxNy, SixNy 등의 실리콘 산화물, 실리콘 질화물을 이용할 수 있을 것이다. 필요에 따라, 광투과성 물질 내에 광 반사성 필러를 분산시켜 광반사 구조를 형성할 수 있다.
기판(710)은 서로 대향하는 제1 및 제2 면을 가질 수 있으며, 제1 및 제2 면 중 적어도 하나에는 요철 구조가 형성될 수도 있다. 기판(710)의 일면에 형성될 수 있는 요철 구조는 기판(710)의 일부가 식각되어 기판(710)과 동일한 물질로 이루어지거나, 기판(710)과 다른 이종 물질로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 기판(710)과 제1 도전형 반도체층(720)의 계면에 요철 구조를 형성함으로써, 활성층(730)으로부터 방출된 광의 경로가 다양해 질 수 있으므로, 빛이 반도체층 내부에서 흡수되는 비율이 감소하고 광 산란 비율이 증가하여 광 추출 효율이 증대될 수 있다. 또한, 기판(710)과 제1 도전형 반도체층(720) 사이에는 버퍼층이 마련될 수도 있다.
다음으로 도 19를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자(800)는 나노 발광구조물을 갖는 발광소자(800)일 수 있다. 발광소자(60)는 제1 도전형 반도체 물질을 포함하는 베이스층(820`), 베이스층(820`) 상에 마련되어 복수의 개구부를 제공하는 마스크층(870), 마스크층(870)이 제공하는 개구부에 형성되는 나노 코어(820)를 포함할 수 있다. 나노 코어(820) 상에는 활성층(830) 및 제2 도전형 반도체층(840)이 마련될 수 있다. 나노 코어(820), 활성층(830), 및 제2 도전형 반도체층(840)은 나노 발광구조물을 제공할 수 있다.
제2 도전형 반도체층(840) 상에는 제2 컨택 전극(861)이 마련될 수 있으며, 제2 컨택 전극(861)의 일면에는 제2 연결 전극(862)이 마련될 수 있다. 제2 컨택 전극(861)과 제2 연결 전극(862)은 제2 전극(860)으로 제공될 수 있다. 제2 전극(860)의 일면에는 지지 기판(810)이 부착될 수 있으며, 지지 기판(810)은 전도성 또는 절연성 기판일 수 있다. 지지 기판(810)이 전도성을 갖는 경우, 지지 기판(810)은 발광소자 패키지의 회로 기판에 직접 실장될 수 있다. 제1 도전형 반도체 물질을 포함하는 베이스층(820`) 상에는 제1 전극(850)이 마련될 수 있다. 제1 전극(850)은 발광소자 패키지의 회로 기판에 포함되는 회로 패턴과 와이어 등으로 연결될 수 있다.
도 20a 및 도 20b는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지를 포함할 수 있는 백색 광원 모듈을 간단하게 나타낸 도이다. 한편, 도 21은 도 20a 및 도 20b에 도시한 백색 광원 모듈의 동작을 설명하기 위해 제공되는 CIE 1931 좌표계이다.
도 20a 및 도 20b에 도시된 백색 광원 모듈은 각각 회로 기판 상에 탑재된 복수의 발광 소자 패키지를 포함할 수 있다. 하나의 백색 광원 모듈에 탑재된 복수의 발광소자 패키지는 동일한 파장의 빛을 발생시키는 동종(同種)의 패키지로도 구성될 수 있으나, 본 실시예와 같이, 서로 상이한 파장의 빛을 발생시키는 이종(異種)의 패키지로 구성될 수도 있다.
도 20a를 참조하면, 백색 광원 모듈은 색온도 4000K 와 3000K인 백색 발광 소자 패키지(`40`, `30`)와 적색 발광 소자 패키지(赤)를 조합하여 구성될 수 있다. 상기 백색 광원 모듈은 색온도 3000K-4000K 범위로 조절 가능하고 연색성 Ra도 95-100 범위인 백색광을 제공할 수 있다.
다른 실시예에서, 백색 광원 모듈은, 백색 발광소자 패키지만으로 구성되되, 일부 패키지는 다른 색온도의 백색광을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 20b에 도시된 바와 같이, 색온도 2700K인 백색 발광 소자 패키지(`27`)와 색온도 5000K인 백색 발광 소자 패키지(`50`)를 조합하여 색온도 2700K-5000K 범위로 조절 가능하고 연색성 Ra가 85-99인 백색광을 제공할 수 있다. 여기서, 각 색온도의 발광 소자 패키지 수는 주로 기본 색온도 설정 값에 따라 개수를 달리할 수 있다. 예를 들어, 기본 설정 값이 색온도 4000K 부근의 조명장치라면 4000K에 해당하는 패키지의 개수가 색온도 3000K 또는 적색 발광 소자 패키지 개수보다 많도록 할 수 있다.
이와 같이, 이종의 발광 소자 패키지는 청색 발광 소자에 황색, 녹색, 적색 또는 오렌지색의 형광체를 조합하여 백색광을 발하는 발광 소자와 보라색, 청색, 녹색, 적색 또는 적외선 발광 소자 중 적어도 하나를 포함하도록 구성하여 백색광의 색온도 및 연색성(Color Rendering Index: CRI)을 조절하도록 할 수 있다. 상술한 백색 광원 모듈은 다양한 형태의 조명 장치에 광원으로서 채용될 수 있다.
단일 발광소자 패키지에서는, 발광소자인 LED 칩의 파장과 형광체의 종류 및 배합비에 따라, 원하는 색의 광을 결정하고, 백색광일 경우에는 색온도와 연색성을 조절할 수 있다.
예를 들어, LED 칩이 청색광을 발광하는 경우, 황색, 녹색, 적색 형광체 중 적어도 하나를 포함한 발광 소자 패키지는 형광체의 배합비에 따라 다양한 색온도의 백색광을 발광하도록 할 수 있다. 이와 달리, 청색 LED 칩에 녹색 또는 적색 형광체를 적용한 발광 소자 패키지는 녹색 또는 적색광을 발광하도록 할 수 있다. 이와 같이, 백색광을 내는 발광 소자 패키지와 녹색 또는 적색광을 내는 패키지를 조합하여 백색광의 색온도 및 연색성을 조절하도록 할 수 있다. 또한, 보라색, 청색, 녹색, 적색 또는 적외선을 발광하는 발광 소자 중 적어도 하나를 포함하도록 구성할 수도 있다.
이 경우, 조명 장치는 연색성을 나트륨(Na)등에서 태양광 수준으로 조절할 수 있으며, 또한 색온도를 1500K에서 20000K 수준으로 다양한 백색광을 발생시킬 수 있으며, 필요에 따라서는 보라색, 청색, 녹색, 적색, 오렌지색의 가시광 또는 적외선을 발생시켜 주위 분위기 또는 기분에 맞게 조명 색을 조절할 수 있다. 또한, 식물 성장을 촉진할 수 있는 특수 파장의 광을 발생시킬 수도 있다.
청색 발광 소자에 황색, 녹색, 적색 형광체 및/또는 녹색, 적색 발광 소자의 조합으로 만들어지는 백색광은 2개 이상의 피크 파장을 가지며, 도 21에 도시된 바와 같이, CIE 1931 좌표계의 (x, y) 좌표가 (0.4476, 0.4074), (0.3484, 0.3516), (0.3101, 0.3162), (0.3128, 0.3292), (0.3333, 0.3333)을 잇는 선분 영역 내에 위치할 수 있다. 또는, 선분과 흑체 복사 스펙트럼으로 둘러싸인 영역에 위치할 수 있다. 백색광의 색온도는 1500K ~ 20000K 사이에 해당한다. 도 21에서 상기 흑체 복사 스펙트럼 하부에 있는 점E(0.3333, 0.3333) 부근의 백색광은 상대적으로 황색계열 성분의 광이 약해진 상태로 사람이 육안으로 느끼기에는 보다 선명한 느낌 또는 신선한 느낌을 가질 수 있는 영역의 조명 광원으로 사용 될 수 있다. 따라서 상기 흑체 복사 스펙트럼 하부에 있는 점E(0.3333, 0.3333) 부근의 백색광을 이용한 조명 제품은 식료품, 의류 등을 판매하는 상가용 조명으로 효과가 좋다.
도 22는 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지의 투광성 수지에 함유될 수 있는 광변환물질을 설명하기 위해 제공되는 도이다.
파장 변환 물질은 발광소자로부터 방출되는 빛의 파장을 변환하기 위한 물질로서, 형광체 및/또는 양자점과 같은 다양한 물질이 사용될 수 있다
일 실시예에서, 파장 변환 물질에 적용되는 형광체는 다음과 같은 조성식 및 컬러(color)를 가질 수 있다.
산화물계: 황색 및 녹색 Y3Al5O12:Ce, Tb3Al5O12:Ce, Lu3Al5O12:Ce
실리케이트계: 황색 및 녹색 (Ba,Sr)2SiO4:Eu, 황색 및 등색 (Ba,Sr)3SiO5:Ce
질화물계: 녹색 β-SiAlON:Eu, 황색 La3Si6N11:Ce, 등색 α-SiAlON:Eu, 적색 CaAlSiN3:Eu, Sr2Si5N8:Eu, SrSiAl4N7:Eu, SrLiAl3N4:Eu, Ln4 -x(EuzM1 -z)xSi12- yAlyO3 +x+ yN18 -x-y (0.5≤x≤3, 0<z<0.3, 0<y≤4) - 식 (1)
단, 식 (1) 중, Ln은 IIIa 족 원소 및 희토류 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 한 종의 원소이고, M은 Ca, Ba, Sr 및 Mg로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 한 종의 원소일 수 있다.
플루오라이트(fluoride)계: KSF계 적색 K2SiF6:Mn4 +, K2TiF6:Mn4 +, NaYF4:Mn4 +, NaGdF4:Mn4+, K3SiF7:Mn4 +
형광체 조성은 기본적으로 화학양론(stoichiometry)에 부합하여야 하며, 각 원소들은 주기율표상에서 해당 원소가 포함되는 족 내의 다른 원소로 치환이 가능하다. 예를 들어 Sr은 알카리토류(II)족의 Ba, Ca, Mg 등으로, Y는 란탄계열의 Tb, Lu, Sc, Gd 등으로 치환이 가능하다. 또한, 활성제인 Eu 등은 원하는 에너지 준위에 따라 Ce, Tb, Pr, Er, Yb 등으로 치환이 가능하며, 활성제 단독 또는 특성 변형을 위해 부활성제 등이 추가로 적용될 수 있다.
특히, 플루오라이트계 적색 형광체는 고온/고습에서의 신뢰성 향상을 위하여 각각 Mn을 함유하지 않는 불화물로 코팅되거나 형광체 표면 또는 Mn을 함유하지 않는 불화물 코팅 표면에 유기물 코팅을 더 포함할 수 있다. 상기와 같은 플루어라이트계 적색 형광체의 경우 기타 형광체와 달리 40nm 이하의 반치폭을 구현할 수 있기 때문에, UHD TV와 같은 고해상도 TV에 활용될 수 있다.
아래 표 2는 주파장이 440~460nm인 청색 LED 칩 또는 주파장이 380~440nm인 UV LED 칩을 사용하는 발광소자 패키지에 있어서, 각 응용분야별로 적용될 수 있는 형광체의 종류를 나타낸 것이다.
용도 형광체 용도 형광체
LED TV BLU β-SiAlON:Eu2 +
(Ca, Sr)AlSiN3:Eu2 +
La3Si6N11:Ce3 +
K2SiF6:Mn4 +
SrLiAl3N4:Eu Ln4 -x(EuzM1 -z)xSi12- yAlyO3 +x+ yN18 -x-y(0.5≤x≤3, 0<z<0.3, 0<y≤4)
K2TiF6:Mn4 +
NaYF4:Mn4 +
NaGdF4:Mn4 +
K3SiF7:Mn4 + 		Side View
(Mobile, Note PC)		 Lu3Al5O12:Ce3 +
Ca-α-SiAlON:Eu2 +
La3Si6N11:Ce3 +
(Ca, Sr)AlSiN3:Eu2 +
Y3Al5O12:Ce3 +
(Sr, Ba, Ca, Mg)2SiO4:Eu2 +
K2SiF6:Mn4 +
SrLiAl3N4:Eu
Ln4 -x(EuzM1 -z)xSi12- yAlyO3 +x+ yN18 -x-y(0.5≤x≤3, 0<z<0.3, 0<y≤4)
K2TiF6:Mn4 +
NaYF4:Mn4 +
NaGdF4:Mn4 +
K3SiF7:Mn4 +
조명 Lu3Al5O12:Ce3 +
Ca-α-SiAlON:Eu2 +
La3Si6N11:Ce3 +
(Ca, Sr)AlSiN3:Eu2 +
Y3Al5O12:Ce3 +
K2SiF6:Mn4 +
SrLiAl3N4:Eu
Ln4 -x(EuzM1 -z)xSi12- yAlyO3 +x+ yN18 -x-y(0.5≤x≤3, 0<z<0.3, 0<y≤4)
K2TiF6:Mn4 +
NaYF4:Mn4 +
NaGdF4:Mn4 +
K3SiF7:Mn4 + 		전장
(Head Lamp, etc.)		 Lu3Al5O12:Ce3 +
Ca-α-SiAlON:Eu2 +
La3Si6N11:Ce3 +
(Ca, Sr)AlSiN3:Eu2 +
Y3Al5O12:Ce3 +
K2SiF6:Mn4 +
SrLiAl3N4:Eu
Ln4 -x(EuzM1 -z)xSi12- yAlyO3 +x+ yN18 -x-y(0.5≤x≤3, 0<z<0.3, 0<y≤4)
K2TiF6:Mn4 +
NaYF4:Mn4 +
NaGdF4:Mn4 +
K3SiF7:Mn4 +
한편, 파장 변환 물질은 형광체를 대체하거나 형광체와 혼합하기 위한 목적으로 제공되는 양자점(Quantum Dot, QD)을 포함할 수 있다.
도 22는 양자점의 단면 구조를 나타내는 도이다. 양자점은 III-V 또는 II-VI화합물 반도체를 포함하는 코어(Core)-쉘(Shell)구조를 가질 수 있다. 예를 들면, CdSe, InP 등과 같은 코어(core) 및 ZnS, ZnSe 등과 같은 쉘(shell)을 가질 수 있다. 또한, 양자점은 코어 및 쉘의 안정화를 위한 리간드(ligand)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 코어 직경은 1 ~ 30nm, 일 실시예에서는 3 ~ 10nm일 수 있다, 쉘의 두께는 0.1 ~ 20nm, 일 실시예에서는 0.5 ~ 2nm일 수 있다.
양자점은 사이즈에 따라 다양한 컬러를 구현할 수 있으며, 특히 형광체 대체 물질로 사용되는 경우에는 적색 또는 녹색 형광체로 사용될 수 있다. 양자점을 이용하는 경우, 좁은 반치폭(예, 약 35nm)을 구현할 수 있다.
파장 변환 물질은 봉지재에 함유된 형태로 제공되거나, 또는 필름형상으로 미리 제조되어 LED 칩 또는 도광판과 같은 광학 장치의 표면에 부착될 수도 있다. 필름 형상으로 미리 제조되는 파장 변환 물질을 이용하는 경우, 균일한 두께를 갖는 파장 변환 물질을 용이하게 구현할 수 있다.
도 23 내지 도 31은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지를 포함하는 백라이트 유닛을 설명하기 위해 제공되는 도이다.
도 23을 참조하면, 백라이트 유닛(1000)은 도광판(1040) 및 도광판(1040) 양측면에 제공되는 광원모듈(1010)을 포함할 수 있다. 또한, 백라이트 유닛(1000)은 도광판(1040)의 하부에 배치되는 반사판(1020)을 더 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 백라이트 유닛(1000)은 에지형 백라이트 유닛일 수 있다.
실시예에 따라, 광원모듈(1010)은 도광판(1040)의 일 측면에만 제공되거나, 다른 측면에 추가적으로 제공될 수도 있다. 광원모듈(1010)은 인쇄회로기판(1001) 및 인쇄회로기판(1001) 상면에 실장된 복수의 광원(1005)을 포함할 수 있다. 복수의 광원(1005)은 본 발명의 실시예에서 설명한 검사 장치 및 제조 장치 등을 이용하여 제조되는 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
도 24는 직하형 백라이트 유닛의 일 실시예를 나타낸다.
도 24를 참조하면, 백라이트 유닛(1100)은 광확산판(1140) 및 광확산판(1140) 하부에 배열된 광원모듈(1110)을 포함할 수 있다. 또한, 백라이트 유닛(1100)은 광확산판(1140) 하부에 배치되며, 광원모듈(1110)을 수용하는 바텀케이스(1160)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 백라이트 유닛(1100)은 직하형 백라이트 유닛일 수 있다.
광원모듈(1110)은 인쇄회로기판(1101) 및 인쇄회로기판(1101) 상면에 실장된 복수의 광원(1105)을 포함할 수 있다. 복수의 광원(1105)은 본 발명의 실시예에서 설명한 검사 장치 및 제조 장치 등을 이용하여 제조되는 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
도 25는 직하형 백라이트 유닛에 있어서, 광원의 배치의 일 예를 나타낸다.
본 실시 형태에 따른 직하형 백라이트 유닛(1200)은 기판(1201)상에 배열된 복수의 광원(1205)을 갖추어 구성된다. 복수의 광원(1205)은 본 발명의 실시예에서 설명한 검사 장치 및 제조 장치 등을 이용하여 제조되는 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
광원(1205)들의 배열 구조는 행과 열로 배열된 매트릭스 구조로서 각각의 행과 열은 지그재그 형태를 갖는다. 이는, 복수의 광원(1205)이 일직선상에 행과 열로 배열된 제1 매트릭스의 내부에 동일한 형태의 제2 매트릭스가 배치된 구조로 해석될 수 있으며, 상기 제1 매트릭스에 포함된 인접한 4개의 광원(1205)이 이루는 사각형의 내부에 상기 제2 매트릭스의 각 광원(1205)이 위치하는 것으로 이해될 수 있다.
다만, 도 25에 도시한 실시예에 따른 백라이트 유닛(1200)에 있어서 휘도의 균일성 및 광효율을 보다 향상시키기 위해 필요에 따라서는, 제1 및 제2 매트릭스는 그 배치 구조 및 간격을 서로 다르게 할 수도 있다. 또한, 이러한 복수의 광원 배치 방법 외에, 휘도 균일도를 확보할 수 있도록 인접한 광원간의 거리(S1, S2)를 최적화할 수 있다.
이와 같이, 광원(1205)들로 구성된 행과 열을 일직선상에 배치하지 않고, 지그재그로 배치함에 따라, 동일한 발광 면적에 대하여 약 15% ~ 25% 정도 광원(1205)의 수를 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 26은 직하형 백라이트 유닛의 다른 실시예를 나타낸다.
도 26을 참조하면, 본 실시예에 따른 백라이트 유닛(1300)은 광학시트(1320) 및 광학시트(1320) 하부에 배열된 광원모듈(1310)을 포함할 수 있다.
광학시트(1320)는 확산시트(1321), 집광시트(1322), 보호시트(1323) 등을 포함할 수 있다. 광학시트(1320)에 포함되는 시트(1321-1323)의 구성 및 배열 순서는 도 26에 도시된 것과 같이 한정되지 않으며, 다양하게 변형될 수 있다.
광원모듈(1310)은 회로 기판(1311), 회로 기판(1311) 상에 실장된 복수의 광원부(1312)를 포함할 수 있다. 복수의 광원부(1312)는, 본 발명의 실시예에서 설명한 검사 장치 및 제조 장치 등을 이용하여 제조되는 발광소자 패키지를 포함할 수 있으며, 광원 상에는 광원으로부터 방출되는 빛의 경로를 조절하는 광학 부재가 마련될 수 있다.
광학 부재는, 굴절을 통해 광의 지향각을 조절할 수 있으며, 특히 광원(1312)의 빛을 넓은 영역으로 확산시키는 광지향각 렌즈가 주로 사용될 수 있다. 이러한 광학 부재가 부착된 광원부(1312)는 더 넓은 광 분포를 갖게 되기 때문에 백라이트, 평판 조명 등에 광원모듈이 사용되는 경우, 동일 면적당 필요한 광원부(1312)의 개수를 절약할 수 있다.
도 27은 도 26에 도시한 광원부(1312)를 확대 도시한 도이다.
도 27을 참조하면, 복수의 광원부(1312) 각각은, 발광소자 패키지를 포함하는 광원(1314) 및 광학 부재(1313)를 포함할 수 있다. 광학 부재(1313)는 광원(1314) 상에 배치되는 바닥면(1313a)과, 광원(1314)의 빛이 입사되는 입사면(1313b)과, 빛이 외부로 방출되는 출사면(1313c)을 포함할 수 있다.
바닥면(1313a)은 광원(1314)의 광축(Z)이 지나는 중앙에 출사면(1313c) 방향으로 함몰된 홈부(1313d)가 구비될 수 있다. 홈부(1313d)는 그 표면이 상기 광원(1314)의 광이 입사되는 입사면(1313b)으로 정의될 수 있다. 즉, 입사면(1313b)은 홈부(1313d)의 표면을 이룰 수 있다.
바닥면(1313a)은 입사면(1313b)과 연결되는 중앙 영역이 광원(1314)으로 부분적으로 돌출되어 전체적으로 비평판형 구조를 가질 수 있다. 즉, 바닥면(1313a) 전체가 평평한 일반적인 구조와 달리 홈부(1313d) 둘레를 따라서 부분적으로 돌출된 구조를 가질 수 있다. 바닥면(1313a)에는 복수의 지지부(1313f)가 구비될 수 있으며, 광원 부재(1313)가 회로 기판(1311) 상에 장착되는 경우 광원 부재(1313)를 고정 및 지지할 수 있다.
출사면(1313c)은 바닥면(1313a)과 연결되는 테두리로부터 상부 방향(광출사 방향)으로 돔 형태로 돌출되며, 광축(Z)이 지나는 중앙이 홈부(1313d)를 향해 오목하게 함몰되어 변곡점을 가지는 구조를 가질 수 있다.
출사면(1313c)에는 광축(Z)에서 상기 테두리 방향으로 복수의 요철부(1313e)가 주기적으로 배열될 수 있다. 복수의 요철부(1313e)는 상기 광학소자(1313)의 수평 단면 형상에 대응하는 링 형상을 가질 수 있으며, 광축(Z)을 기준으로 동심원을 이룰 수 있다. 그리고, 광축(Z)을 중심으로 출사면(1313c)의 표면을 따라 주기적인 패턴을 이루며 방사상으로 확산되는 구조로 배열될 수 있다.
복수의 요철부(1313e)는 각각 일정한 주기(pitch)(P)로 이격되어 패턴을 이룰 수 있다. 이 경우, 복수의 요철부(1313e) 사이의 주기(P)는 0.01mm 내지 0.04mm 사이의 범위를 가질 수 있다. 복수의 요철부(1313e)는 광학 부재(1313)를 제조하는 과정에서 발생할 수 있는 미세한 가공 오차로 인하여 광학 부재들 간의 성능의 차이를 상쇄할 수 있으며, 이를 통해 광 분포의 균일도를 향상시킬 수 있다.
도 28은 직하형 백라이트 유닛의 또 다른 실시예를 나타낸다.
도 28을 참조하면, 백라이트 유닛(1400)은 회로기판(1401) 상에 광원(1405)이 실장되며, 그 상부에 배치된 하나 이상의 광학 시트(1406)를 구비한다. 광원(1405)은 본 발명의 실시예에서 설명한 검사 장치 및 제조 장치 등을 이용하여 제조되는 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
본 실시예에 채용된 회로기판(1401)은 메인 영역에 해당되는 제1 평면부(1401a)와 그 주위에 배치되어 적어도 일부가 꺾인 경사부(1401b)와, 경사부(1401b)의 외측인 회로 기판(1401)의 모서리에 배치된 제2 평면부(1401c)를 가질 수 있다. 제1 평면부(1401a) 상에는 제1 간격(d1)에 따라 광원(1405)이 배열되며, 경사부(1401b) 상에도 제2 간격(d2)으로 하나 이상의 광원(1405)이 배열될 수 있다. 제1 간격(d1)은 제2 간격(d2)과 동일할 수 있다. 경사부(1401b)의 폭(또는 단면에서는 길이)는 제1 평면부(1401a)의 폭보다 작으며 제2 평면부(1401c)의 폭에 비해서는 길게 형성될 수 있다. 또한, 제2 평면부(1401c)에도 필요에 따라 적어도 하나의 광원(1405)이 배열될 수 있다.
경사부(1401b)의 기울기는 제1 평면부(1401a)를 기준으로 0°보다는 크며 90°보다는 작은 범위 안에서 적절하게 조절할 수 있다. 회로기판(1401)은 이러한 구조를 취함으로써 광학 시트(1406)의 가장자리 부근에서도 균일한 밝기를 유지할 수 있다.
도 29 내지 도 31의 백라이트 유닛들(1500, 1600, 1700)은 파장변환부(1550, 1650, 1750)가 광원(1505, 1605, 1705)에 배치되지 않고, 광원(1505, 1605, 1705)의 외부에서 백라이트 유닛들(1500, 1600, 1700) 내에 배치되어 빛을 변환시킬 수 있다.
도 29를 참조하면, 백라이트 유닛(1500)은 직하형 백라이트 유닛으로, 파장변환부(1550), 파장변환부(1550)의 하부에 배열된 광원모듈(1510) 및 광원모듈(1510)을 수용하는 바텀케이스(1560)를 포함할 수 있다. 또한, 광원모듈(1510)은 인쇄회로기판(1501) 및 인쇄회로기판(1501) 상면에 실장된 복수의 광원(1505)을 포함할 수 있다.
본 실시예의 백라이트 유닛(1500)에서는, 바텀케이스(1560) 상부에 파장변환부(1550)가 배치될 수 있다. 따라서, 광원모듈(1510)로부터 방출되는 빛의 적어도 일부가 파장변환부(1550)에 의해 파장 변환될 수 있다. 파장변환부(1550)는 별도의 필름으로 제조되어 적용될 수 있으나, 도시되지 않은 광 확산판과 일체로 결합된 형태로 제공될 수 있다.
도 30 및 도 31을 참조하면, 백라이트 유닛(1600, 1700)은 에지형 백라이트 유닛으로, 파장변환부(1650, 1750), 도광판(1640, 1740), 도광판(1640, 1740)의 일 측에 배치되는 반사부(1620, 1720) 및 광원(1605, 1705)을 포함할 수 있다.
광원(1605, 1705)에서 방출되는 빛은 반사부(1620, 1720)에 의해 도광판(1640, 1740)의 내부로 안내될 수 있다. 도 30의 백라이트 유닛(1600)에서, 파장변환부(1650)는 도광판(1640)과 광원(1605)의 사이에 배치될 수 있다. 도 31의 백라이트 유닛(1700)에서, 파장변환부(1750)는 도광판(1740)의 광 방출면 상에 배치될 수 있다.
도 29 내지 도 31에서의 파장변환부(1550, 1650, 1750)에는 통상적인 형광체가 포함될 수 있다. 특히, 광원으로부터의 열 또는 수분에 취약한 양자점의 특성을 보완하기 위하여 양자점 형광체를 사용하는 경우, 도 29 내지 도 31에 개시된 파장변환부(1550, 1650, 1750) 구조를 백라이트 유닛(1500, 1600, 1700)에 활용할 수 있다.
도 32는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지를 포함하는 백라이트 유닛이 채용된 디스플레이 장치의 개략적인 분해사시도이다.
도 32를 참조하면, 디스플레이 장치(2000)는, 백라이트 유닛(2100), 광학시트(2200) 및 액정 패널과 같은 화상 표시 패널(2300)을 포함할 수 있다.
백라이트 유닛(2100)은 바텀케이스(2110), 반사판(2120), 도광판(2140) 및 도광판(2140)의 적어도 일 측면에 제공되는 광원모듈(2130)을 포함할 수 있다. 광원모듈(2130)은 인쇄회로기판(2131) 및 광원(2132)을 포함할 수 있다. 특히, 광원(2105)은 본 발명의 실시예에서 설명한 검사 장치 및 제조 장치 등을 이용하여 제조되는 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
광학시트(2200)는 도광판(2140)과 화상 표시 패널(2300)의 사이에 배치될 수 있으며, 확산시트, 프리즘시트 또는 보호시트와 같은 여러 종류의 시트를 포함할 수 있다.
화상 표시 패널(2300)은 광학시트(2200)를 출사한 빛을 이용하여 영상을 표시할 수 있다. 화상 표시 패널(2300)은 어레이 기판(2320), 액정층(2330) 및 컬러 필터 기판(2310)을 포함할 수 있다. 어레이 기판(2320)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(2310)은 투명기판, 컬러 필터 및 공통 전극을 포함할 수 있다. 상기 컬러 필터는 백라이트 유닛(2100)으로부터 방출되는 백색광 중 특정 파장의 빛을 선택적으로 통과시키기 위한 필터들을 포함할 수 있다. 액정층(2330)은 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극 사이에 형성된 전기장에 의해 재배열되어 광투과율을 조절할 수 있다. 광투과율이 조절된 빛은 컬러 필터 기판(2310)의 컬러 필터를 통과함으로써 영상을 표시할 수 있다. 화상 표시 패널(2300)은 영상 신호를 처리하는 구동회로 유닛 등을 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 디스플레이 장치(2000)에 따르면, 상대적으로 작은 반치폭을 가지는 청색광, 녹색광 및 적색광을 방출하는 광원(2132)을 사용하므로, 방출된 빛이 컬러 필터 기판(2310)을 통과한 후 높은 색순도의 청색, 녹색 및 적색을 구현할 수 있다.
도 33 내지 도 35는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지를 포함하는 조명 장치를 나타낸 도이다.
우선 도 33을 참조하면, 평판 조명 장치(3000)는 광원모듈(3010), 전원공급장치(3020) 및 하우징(3030)을 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 광원모듈(3010)은 발광소자 어레이를 광원으로 포함할 수 있고, 전원공급장치(3020)는 발광소자 구동부를 포함할 수 있다.
광원모듈(3010)은 발광소자 어레이를 포함할 수 있고, 전체적으로 평면 현상을 이루도록 형성될 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 발광소자 어레이는 발광소자 및 발광소자의 구동정보를 저장하는 컨트롤러를 포함할 수 있다. 발광소자 어레이는 서로 직렬 또는 병렬로 연결되는 복수의 발광소자 패키지를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 광원모듈(3010)은, 본 발명의 실시예에서 설명한 검사 장치 및 제조 장치 등을 이용하여 제조되는 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
전원공급장치(3020)는 광원모듈(3010)에 전원을 공급하도록 구성될 수 있다. 하우징(3030)은 광원모듈(3010) 및 전원공급장치(3020)가 내부에 수용되도록 수용 공간이 형성될 수 있고, 일측면에 개방된 육면체 형상으로 형성되나 이에 한정되는 것은 아니다. 광원모듈(3010)은 하우징(3030)의 개방된 일측면으로 빛을 발광하도록 배치될 수 있다.
도 34는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치로서 바(bar) 타입의 램프를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
구체적으로, 조명 장치(4100)는 방열 부재(4110), 커버(4120), 광원 모듈(4130), 제1 소켓(4140) 및 제2 소켓(4150)을 포함한다. 방열 부재(4110)의 내부 또는/및 외부 표면에 다수개의 방열 핀(4111, 4112)이 요철 형태로 형성될 수 있으며, 방열 핀(4111, 4112)은 다양한 형상 및 간격을 갖도록 설계될 수 있다. 방열 부재(4110)의 내측에는 돌출 형태의 지지대(4113)가 형성되어 있다. 지지대(4113)에는 광원 모듈(4130)이 고정될 수 있다. 방열 부재(4110)의 양 끝단에는 걸림 턱(4114)이 형성될 수 있다.
커버(4120)에는 걸림 홈(4121)이 형성되어 있으며, 걸림 홈(4121)에는 방열 부재(4110)의 걸림 턱(4114)이 후크 결합 구조로 결합될 수 있다. 걸림 홈(4121)과 걸림 턱(4114)이 형성되는 위치는 서로 바뀔 수도 있다.
광원 모듈(4130)은 발광소자 어레이를 포함할 수 있다. 광원 모듈(4130)은 인쇄회로기판(4131), 광원(4132) 및 컨트롤러(4133)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 컨트롤러(4133)는 광원(4132)의 구동 정보를 저장할 수 있다. 인쇄회로기판(4131)에는 광원(4132)을 동작시키기 위한 회로 배선들이 형성되어 있다. 또한, 광원(4132)을 동작시키기 위한 구성 요소들이 포함될 수도 있다. 한편 광원(4132)은, 본 발명의 실시예에서 설명한 검사 장치 및 제조 장치 등을 이용하여 제조되는 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
제1, 제2 소켓(4140, 4150)은 한 쌍의 소켓으로서 방열 부재(4110) 및 커버(4120)로 구성된 원통형 커버 유닛의 양단에 결합되는 구조를 갖는다. 예를 들어, 제1 소켓(4140)은 전극 단자(4141) 및 전원 장치(4142)를 포함할 수 있고, 제2 소켓(4150)에는 더미 단자(4151)가 배치될 수 있다. 또한, 제1 소켓(4140) 또는 제2 소켓(4150) 중의 어느 하나의 소켓에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수 있다. 예를 들어, 더미 단자(4151)가 배치된 제2 소켓(4150)에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수 있다. 다른 예로서, 전극 단자(4141)가 배치된 제1 소켓(4140)에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수도 있다.
도 35는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치로서 벌브형 램프를 간략하게 나타내는 분해 사시도이다.
구체적으로, 조명 장치(4200)는 소켓(4210), 전원부(4220), 방열부(4230), 광원모듈(4240) 및 광학부(4250)를 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 광원모듈(4240)은 발광소자 어레이를 포함할 수 있고, 본 발명의 실시예에서 설명한 검사 장치 및 제조 장치 등을 이용하여 제조되는 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
소켓(4210)은 기존의 조명 장치와 대체 가능하도록 구성될 수 있다. 조명 장치(4200)에 공급되는 전력은 소켓(4210)을 통해서 인가될 수 있다. 도시된 바와 같이, 전원부(4220)는 제1 전원부(4221) 및 제2 전원부(4222)로 분리되어 조립될 수 있다. 방열부(4230)는 내부 방열부(4231) 및 외부 방열부(4232)를 포함할 수 있고, 내부 방열부(4231)는 광원모듈(4240) 및/또는 전원부(4220)와 직접 연결될 수 있고, 이를 통해 외부 방열부(4232)로 열이 전달되게 할 수 있다. 광학부(4250)는 내부 광학부 및 외부 광학부를 포함할 수 있고, 광원모듈(4240)이 방출하는 빛을 고르게 분산시키도록 구성될 수 있다. 광학부(4250)는 반사판으로 제공되어 광원 모듈(4240)로부터 방출된 빛이 측면 및 후방으로 고르게 퍼지도록 할 수 있다.
광학부(4250)의 상부에는 통신 모듈(4260)이 장착될 수 있으며, 통신 모듈(4260)을 통하여 홈-네트워크(home-network) 통신을 구현할 수 있다. 예를 들어, 통신 모듈(4260)은 지그비(Zigbee), 와이파이(WiFi) 또는 라이파이(LiFi)를 이용한 무선 통신 모듈일 수 있으며, 스마트폰 또는 무선 컨트롤러를 통하여 조명 장치의 온(on)/오프(off), 밝기 조절 등과 같은 가정 내외에 설치되어 있는 조명을 컨트롤 할 수 있다. 또한 가정 내외에 설치되어 있는 조명 장치의 가시광 파장을 이용한 라이파이 통신 모듈을 이용하여 TV, 냉장고, 에어컨, 도어락, 자동차 등 가정 내외에 있는 전자 제품 및 자동차 시스템의 컨트롤을 할 수 있다. 광학부(4250)와 통신 모듈(4260)은 커버부(4270)에 의해 커버될 수 있다.
도 36 내지 도 38은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지를 포함하는 조명 네트워크 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
우선, 도 36은 실내용 조명 제어 네트워크 시스템을 설명하기 위한 개략도이다. 본 실시예에 따른 네트워크 시스템(5000)은 LED 등의 발광소자를 이용하는 조명 기술과 사물인터넷(IoT) 기술, 무선 통신 기술 등이 융합된 복합적인 스마트 조명-네트워크 시스템일 수 있다. 네트워크 시스템(5000)은, 다양한 조명 장치 및 유무선 통신 장치를 이용하여 구현될 수 있으며, 센서, 컨트롤러, 통신수단, 네트워크 제어 및 유지 관리 등을 위한 소프트웨어 등에 의해 구현될 수 있다.
네트워크 시스템(5000)은 가정이나 사무실 같이 건물 내에 정의되는 폐쇄적인 공간은 물론, 공원, 거리 등과 같이 개방된 공간 등에도 적용될 수 있다. 네트워크 시스템(5000)은, 다양한 정보를 수집/가공하여 사용자에게 제공할 수 있도록, 사물인터넷 환경에 기초하여 구현될 수 있다. 이때, 네트워크 시스템(5000)에 포함되는 LED 램프(5200)는, 주변 환경에 대한 정보를 게이트웨이(5100)로부터 수신하여 LED 램프(5200) 자체의 조명을 제어하는 것은 물론, LED 램프(5200)의 가시광 통신 등의 기능에 기초하여 사물인터넷 환경에 포함되는 다른 장치들(5300~5800)의 동작 상태 확인 및 제어 등과 같은 역할을 수행할 수도 있다.
도 36을 참조하면, 네트워크 시스템(5000)은, 서로 다른 통신 프로토콜에 따라 송수신되는 데이터를 처리하기 위한 게이트웨이(5100), 게이트웨이(5100)와 통신 가능하도록 연결되며 LED 발광소자를 포함하는 LED 램프(5200), 및 다양한 무선 통신 방식에 따라 게이트웨이(5100)와 통신 가능하도록 연결되는 복수의 장치(5300~5800)를 포함할 수 있다. 사물인터넷 환경에 기초하여 네트워크 시스템(5000)을 구현하기 위해, LED 램프(5200)를 비롯한 각 장치(5300~5800)들은 적어도 하나의 통신 모듈을 포함할 수 있다. 일 실시예로, LED 램프(5200)는 WiFi, 지그비(Zigbee), LiFi 등의 무선 통신 프로토콜에 의해 게이트웨이(5100)와 통신 가능하도록 연결될 수 있으며, 이를 위해 적어도 하나의 램프용 통신 모듈(5210)을 가질 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 네트워크 시스템(5000)은 가정이나 사무실 같이 폐쇄적인 공간은 물론 거리나 공원 같은 개방적인 공간에도 적용될 수 있다. 네트워크 시스템(5000)이 가정에 적용되는 경우, 네트워크 시스템(5000)에 포함되며 사물인터넷 기술에 기초하여 게이트웨이(5100)와 통신 가능하도록 연결되는 복수의 장치(5300~5800)는 가전 제품(5300), 디지털 도어록(5400), 차고 도어록(5500), 벽 등에 설치되는 조명용 스위치(5600), 무선 통신망 중계를 위한 라우터(5700) 및 스마트폰, 태블릿, 랩톱 컴퓨터 등의 모바일 기기(5800) 등을 포함할 수 있다.
네트워크 시스템(5000)에서, LED 램프(5200)는 가정 내에 설치된 무선 통신 네트워크(Zigbee, WiFi, LiFi 등)를 이용하여 다양한 장치(5300~5800)의 동작 상태를 확인하거나, 주위 환경/상황에 따라 LED 램프(5200) 자체의 조도를 자동으로 조절할 수 있다. 또한 LED 램프(5200)에서 방출되는 가시광선을 이용한 LiFi 통신을 이용하여 네트워크 시스템(5000)에 포함되는 장치들(5300~5800)을 컨트롤 할 수도 있다.
우선, LED 램프(5200)는 램프용 통신 모듈(5210)을 통해 게이트웨이(5100)로부터 전달되는 주변 환경, 또는 LED 램프(5200)에 장착된 센서로부터 수집되는 주변 환경 정보에 기초하여 LED 램프(5200)의 조도를 자동으로 조절할 수 있다. 예를 들면, 텔레비젼(5310)에서 방송되고 있는 프로그램의 종류 또는 화면의 밝기에 따라 LED 램프(5200)의 조명 밝기가 자동으로 조절될 수 있다. 이를 위해, LED 램프(5200)는 게이트웨이(5100)와 연결된 램프용 통신 모듈(5210)로부터 텔레비전(5310)의 동작 정보를 수신할 수 있다. 램프용 통신 모듈(5210)은 LED 램프(5200)에 포함되는 센서 및/또는 컨트롤러와 일체형으로 모듈화될 수 있다.
예를 들어, TV프로그램에서 방영되는 프로그램 값이 휴먼드라마일 경우, 미리 셋팅된 설정 값에 따라 조명도 거기에 맞게 12000K 이하의 색 온도, 예를 들면 5000K로 낮아지고 색감이 조절되어 아늑한 분위기를 연출할 수 있다. 반대로 프로그램 값이 개그프로그램인 경우, 조명도 셋팅 값에 따라 색 온도가 5000K 이상으로 높아지고 푸른색 계열의 백색조명으로 조절되도록 네트워크 시스템(5000)이 구성될 수 있다.
또한, 가정 내에 사람이 없는 상태에서 디지털 도어록(5400)이 잠긴 후 일정 시간이 경과하면, 턴-온된 LED 램프(5200)를 모두 턴-오프시켜 전기 낭비를 방지할 수 있다. 또는, 모바일 기기(5800) 등을 통해 보안 모드가 설정된 경우, 가정 내에 사람이 없는 상태에서 디지털 도어록(5400)이 잠기면, LED 램프(5200)를 턴-온 상태로 유지시킬 수도 있다.
LED 램프(5200)의 동작은, 네트워크 시스템(5000)과 연결되는 다양한 센서를 통해 수집되는 주변 환경에 따라서 제어될 수도 있다. 예를 들어 네트워크 시스템(5000)이 건물 내에 구현되는 경우, 빌딩 내에서 조명과 위치센서와 통신모듈을 결합, 건물 내 사람들의 위치정보를 수집하여 조명을 턴-온 또는 턴-오프하거나 수집한 정보를 실시간으로 제공하여 시설관리나 유휴공간의 효율적 활용을 가능케 한다. 일반적으로 LED 램프(5200)와 같은 조명 장치는, 건물 내 각 층의 거의 모든 공간에 배치되므로, LED 램프(5200)와 일체로 제공되는 센서를 통해 건물 내의 각종 정보를 수집하고 이를 시설관리, 유휴공간의 활용 등에 이용할 수 있다.
한편, LED 램프(5200)와 이미지센서, 저장장치, 램프용 통신 모듈(5210) 등을 결합함으로써, 건물 보안을 유지하거나 긴급상황을 감지하고 대응할 수 있는 장치로 활용할 수 있다. 예를 들어 LED 램프(5200)에 연기 또는 온도 감지 센서 등이 부착된 경우, 화재 발생 여부 등을 신속하게 감지함으로써 피해를 최소화할 수 있다. 또한 외부의 날씨나 일조량 등을 고려하여 조명의 밝기를 조절, 에너지를 절약하고 쾌적한 조명환경을 제공할 수도 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 네트워크 시스템(5000)은 가정, 오피스 또는 건물 등과 같이 폐쇄적인 공간은 물론, 거리나 공원 등의 개방적인 공간에도 적용될 수 있다. 물리적 한계가 없는 개방적인 공간에 네트워크 시스템(5000)을 적용하고자 하는 경우, 무선 통신의 거리 한계 및 각종 장애물에 따른 통신 간섭 등에 따라 네트워크 시스템(5000)을 구현하기가 상대적으로 어려울 수 있다. 각 조명 기구에 센서와 통신 모듈 등을 장착하고, 각 조명 기구를 정보 수집 수단 및 통신 중개 수단으로 사용함으로써, 상기와 같은 개방적인 환경에서 네트워크 시스템(5000)을 좀 더 효율적으로 구현할 수 있다. 이하, 도 37을 참조하여 설명한다.
도 37은 개방적인 공간에 적용된 네트워크 시스템(6000)의 일 실시예를 나타낸다. 도 37을 참조하면, 본 실시예에 따른 네트워크 시스템(6000)은 통신 연결 장치(6100), 소정의 간격마다 설치되어 통신 연결 장치(6100)와 통신 가능하도록 연결되는 복수의 조명 기구(6200, 6300), 서버(6400), 서버(6400)를 관리하기 위한 컴퓨터(6500), 통신 기지국(6600), 통신 가능한 상기 장비들을 연결하는 통신망(6700), 및 모바일 기기(6800) 등을 포함할 수 있다.
거리 또는 공원 등의 개방적인 외부 공간에 설치되는 복수의 조명 기구(6200, 6300) 각각은 스마트 엔진(6210, 6310)을 포함할 수 있다. 스마트 엔진(6210, 6310)은 빛을 내기 위한 발광소자, 발광소자를 구동하기 위한 구동 드라이버 외에 주변 환경의 정보를 수집하는 센서, 및 통신 모듈 등을 포함할 수 있다. 상기 통신 모듈에 의해 스마트 엔진(6210, 6310)은 WiFi, Zigbee, LiFi 등의 통신 프로토콜에 따라 주변의 다른 장비들과 통신할 수 있다.
일례로, 하나의 스마트 엔진(6210)은 다른 스마트 엔진(6310)과 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 이때, 스마트 엔진(6210, 6310) 상호 간의 통신에는 WiFi 확장 기술(WiFi Mesh)이 적용될 수 있다. 적어도 하나의 스마트 엔진(6210)은 통신망(6700)에 연결되는 통신 연결 장치(6100)와 유/무선 통신에 의해 연결될 수 있다. 통신의 효율을 높이기 위해, 몇 개의 스마트 엔진(6210, 6310)을 하나의 그룹으로 묶어 하나의 통신 연결 장치(6100)와 연결할 수 있다.
통신 연결 장치(6100)는 유/무선 통신이 가능한 액세스 포인트(access point, AP)로서, 통신망(6700)과 다른 장비 사이의 통신을 중개할 수 있다. 통신 연결 장치(6100)는 유/무선 방식 중 적어도 하나에 의해 통신망(6700)과 연결될 수 있으며, 일례로 조명 기구(6200, 6300) 중 어느 하나의 내부에 기구적으로 수납될 수 있다.
통신 연결 장치(6100)는 WiFi 등의 통신 프로토콜을 통해 모바일 기기(6800)와 연결될 수 있다. 모바일 기기(6800)의 사용자는 인접한 주변의 조명 기구(6200)의 스마트 엔진(6210)과 연결된 통신 연결 장치(6100)를 통해, 복수의 스마트 엔진(6210, 6310)이 수집한 주변 환경 정보를 수신할 수 있다. 상기 주변 환경 정보는 주변 교통 정보, 날씨 정보 등을 포함할 수 있다. 모바일 기기(6800)는 통신 기지국(6600)을 통해 3G 또는 4G 등의 무선 셀룰러 통신 방식으로 통신망(6700)에 연결될 수도 있다.
한편, 통신망(6700)에 연결되는 서버(6400)는, 각 조명 기구(6200, 6300)에 장착된 스마트 엔진(6210, 6310)이 수집하는 정보를 수신함과 동시에, 각 조명 기구(6200, 6300)의 동작 상태 등을 모니터링할 수 있다. 각 조명 기구(6200, 6300)의 동작 상태의 모니터링 결과에 기초하여 각 조명 기구(6200, 6300)를 관리하기 위해, 서버(6400)는 관리 시스템을 제공하는 컴퓨터(6500)와 연결될 수 있다. 컴퓨터(6500)는 각 조명 기구(6200, 6300), 특히 스마트 엔진(6210, 6310)의 동작 상태를 모니터링하고 관리할 수 있는 소프트웨어 등을 실행할 수 있다.
스마트 엔진(6210, 6310)이 수집한 정보를 사용자의 모바일 기기(6800)로 전달하기 위해 다양한 통신 방식이 적용될 수 있다. 도 37을 참조하면, 스마트 엔진(6210, 6310)과 연결된 통신 연결 장치(6100)를 통해, 스마트 엔진(6210, 6310)이 수집한 정보가 모바일 기기(6800)로 전송되거나, 또는 스마트 엔진(6210, 6310)과 모바일 기기(6800)가 직접 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 스마트 엔진(6210, 6310)과 모바일 기기(6800)는 가시광 무선통신(LiFi)에 의해 서로 직접 통신할 수 있다. 이하, 도 38을 참조하여 설명한다.
도 38은 가시광 무선통신에 의한 조명 기구(6200)의 스마트 엔진(6210)과 모바일 기기(6800)의 통신 동작을 설명하기 위한 블록도이다. 도 38을 참조하면, 스마트 엔진(6210)은 신호 처리부(6211), 제어부(6212), LED 드라이버(6213), 광원부(6214), 센서(6215) 등을 포함할 수 있다. 스마트 엔진(6210)과 가시광 무선통신에 의해 연결되는 모바일 기기(6800)는, 제어부(6801), 수광부(6802), 신호처리부(6803), 메모리(6804), 입출력부(6805) 등을 포함할 수 있다.
가시광 무선통신(LiFi) 기술은 인간이 눈으로 인지할 수 있는 가시광 파장 대역의 빛을 이용하여 무선으로 정보를 전달하는 무선통신 기술이다. 이러한 가시광 무선통신 기술은 가시광 파장 대역의 빛, 즉 상기 실시예에서 설명한 발광 패키지로부터의 특정 가시광 주파수를 이용한다는 측면에서 기존의 유선 광통신기술 및 적외선 무선통신과 구별되며, 통신 환경이 무선이라는 측면에서 유선 광통신 기술과 구별된다. 또한, 가시광 무선통신 기술은 RF 무선통신과 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 통신기능을 동시에 얻을 수 있다는 융합 기술로서의 특징을 가지고 있다.
도 38을 참조하면, 스마트 엔진(6210)의 신호 처리부(6211)는, 가시광 무선통신에 의해 송수신하고자 하는 데이터를 처리할 수 있다. 일 실시예로, 신호 처리부(6211)는 센서(6215)에 의해 수집된 정보를 데이터로 가공하여 제어부(6212)에 전송할 수 있다. 제어부(6212)는 신호 처리부(6211)와 LED 드라이버(6213) 등의 동작을 제어할 수 있으며, 특히 신호 처리부(6211)가 전송하는 데이터에 기초하여 LED 드라이버(6213)의 동작을 제어할 수 있다. LED 드라이버(6213)는 제어부(6212)가 전달하는 제어 신호에 따라 광원부(6214)를 발광시킴으로써, 데이터를 모바일 기기(6800)로 전달할 수 있다.
모바일 기기(6800)는 제어부(6801), 데이터를 저장하는 메모리(6804), 디스플레이와 터치스크린, 오디오 출력부 등을 포함하는 입출력부(6805), 신호 처리부(6803) 외에 데이터가 포함된 가시광을 인식하기 위한 수광부(6802)를 포함할 수 있다. 수광부(6802)는 가시광을 감지하여 이를 전기 신호로 변환할 수 있으며, 신호 처리부(6803)는 수광부에 의해 변환된 전기 신호에 포함된 데이터를 디코딩할 수 있다. 제어부(6801)는 신호 처리부(6803)가 디코딩한 데이터를 메모리(6804)에 저장하거나 입출력부(6805) 등을 통해 사용자가 인식할 수 있도록 출력할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
1: 제조 장치
10: 검사 장치
11: 조명부
12: 카메라부
13: 제어부
40, 100: 발광소자 패키지

Claims (10)

  1. 광변환물질을 함유한 투광성 수지를 포함하는 발광소자 패키지에 특정 색상의 빛을 조사하는 조명부;
    상기 투광성 수지 상에서 상기 발광소자 패키지의 이미지를 획득하는 카메라부; 및
    상기 카메라부가 획득한 이미지로부터 상기 발광소자 패키지의 색좌표를 계산하고, 상기 색좌표를 소정의 기준 영역과 비교하여 상기 발광소자 패키지의 불량 여부를 판단하는 제어부; 를 포함하며,
    상기 색좌표 및 상기 기준 영역은 Yxy 색좌표계에서 정의되며,
    상기 제어부는, 상기 조명부의 광출력에 기초하여 상기 기준 영역을 설정하고, 상기 조명부의 광출력이 높을수록 상기 기준 영역의 x 값을 증가시키고 y 값을 감소시키며, 상기 조명부의 광출력이 낮을수록 상기 기준 영역의 x 값을 감소시키고 y 값을 증가시키는 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 색좌표가 상기 기준 영역을 벗어나면 상기 발광소자 패키지를 불량으로 판정하는 검사 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 색좌표가 상기 기준 영역을 정의하는 상한 값보다 크면, 상기 투광성 수지가 함유하는 상기 광변환물질의 양이 과다한 것으로 판단하고,
    상기 색좌표가 상기 기준 영역을 정의하는 하한 값보다 작으면, 상기 투광성 수지가 함유하는 상기 광변환물질의 양이 부족한 것으로 판단하는 검사 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 이미지에서 소정의 검사 영역을 설정하고, 상기 검사 영역 내에 포함되는 픽셀들의 R, G, B 값을 이용하여 상기 색좌표를 계산하는 검사 장치.
  6. 발광소자 패키지가 안착되는 지그;
    상기 발광소자 패키지에 광변환물질을 함유한 투광성 수지를 도트 단위로 도출하는 수지 분사부; 및
    상기 투광성 수지가 토출된 발광소자 패키지에 소정 색상의 빛을 조사하여 이미지를 획득하고, 상기 이미지로부터 소정의 색좌표계에 따른 색좌표를 계산하며, 상기 색좌표계에서 정의되는 기준 영역과 상기 색좌표를 비교하여 상기 투광성 수지의 토출량의 불량 여부를 판단하는 검사 장치; 를 포함하며,
    상기 색좌표계는 Yxy 색좌표계이며,
    상기 검사 장치는, 상기 발광소자 패키지에 상기 빛을 조사하는 조명부의 광출력에 기초하여 상기 기준 영역을 설정하고, 상기 조명부의 광출력이 높을수록 상기 기준 영역의 x 값을 증가시키고 y 값을 감소시키며, 상기 조명부의 광출력이 낮을수록 상기 기준 영역의 x 값을 감소시키고 y 값을 증가시키는 발광소자 패키지의 제조 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 수지 분사부는, 상기 발광소자 패키지에 상기 투광성 수지를 도팅(dotting)하는 디스펜서를 포함하며,
    상기 검사 장치는 상기 색좌표가 상기 기준 영역을 벗어나면, 상기 투광성 수지의 도팅 높이(dotting height)가 불량인 것으로 판단하는 발광소자 패키지의 제조 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 검사 장치는, 상기 색좌표가 상기 기준 영역의 상한값보다 크면, 상기 투광성 수지의 도팅 높이가 과다한 것으로 판단하고,
    상기 색좌표가 상기 기준 영역의 하한값보다 작은 경우, 상기 투광성 수지의 도팅 높이가 부족한 것으로 판단하는 발광소자 패키지의 제조 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    복수의 발광소자 패키지가 복수의 행과 열을 따라 상기 지그에 안착되며,
    상기 검사 장치는 상기 복수의 발광소자 패키지 중에서 서로 인접한 제1 및 제2 발광소자 패키지의 이미지를 동시에 촬영하며, 상기 제1 및 제2 발광소자 패키지 각각의 이미지로부터 계산한 색좌표를 서로 다른 기준 영역과 비교하는 발광소자 패키지의 제조 장치.


  10. 삭제
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