KR102568411B1 - 발광 모듈 및 조명 장치 - Google Patents

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손언호
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쑤저우 레킨 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드
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Abstract

실시 예에 개시된 발광 모듈은, 회로 기판; 상기 회로 기판 상에 적색을 발광하는 제1발광 소자; 상기 회로 기판 상에 녹색을 발광하는 제2발광 소자; 상기 회로 기판 상에 청색 광을 발광하는 제3발광 소자; 상기 회로 기판 상에 시안(cyan) 색을 발광하는 제4발광 소자; 상기 회로 기판 상에 웜 화이트(warm white) 또는 쿨(cool) 화이트를 발광하는 제5발광 소자를 포함한다.

Description

발광 모듈 및 조명 장치{LIGHT EMITTIGN MODULE AND LIGHTING APPARATUS}
본 발명은 발광 모듈에 관한 것이다.
본 발명은 발광 모듈을 갖는 조명 장치에 관한 것이다.
일반적으로 조명으로 사용되는 백색광의 경우 높은 발광 효율(luminous efficacy)뿐만 아니라 높은 연색 지수(CRI, color rendering index)를 가질 수 있도록 설계되어야 하지만, 높은 발광 효율과 높은 연색 지수는 상충 관계에 있는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 발광 효율을 높이기 위해서는 약 555 nm의 단색 발광이 좋지만 연색 지수를 높이기 위해서는 가시광 영역에 고루 분포되는 넓은 스펙트럼을 가지고 있어야 한다.
한편, 적색이 적녹 대비 측면이나, 색재현성 측면에서 중요함에도 불구하고, 적색에 해당하는 연색 지수인 R9은 일반 연색 지수 또는 평균 연색 지수(통상 Ra로 표기함) 계산에 포함되지 않고 특수 연색 지수로 별도로 취급한다. 또한 적색 발광체의 경우 발광 효율이 낮다는 이유로 큰 관심을 받지 못하고 있다. 일반적으로 시감도가 가장 높은 550 nm 파장을 가진 YAG 형광체를 적용한 백색 LED(light emitting diode)의 경우 적색에 해당하는 R9 값이 낮기 때문에 적색 형광체를 적용하여 연색 지수를 개선하려는 방법이 시도되고 있다. 하지만 형광체는 사람의 눈으로 볼 수 없는 파장 영역을 포함한 넓은 발광 스펙트럼을 가지기 때문에 효율이 감소할 수 있다.
실시 예는 서로 다른 컬러를 적어도 5종 이상의 발광 소자를 갖는 발광 모듈을 제공한다.
실시 예는 서로 다른 적어도 5종의 발광 소자를 이용하여 자연광에 가까운 광으로 조사하는 발광 모듈을 제공한다.
실시 예는 색 온도의 전 영역에서 높은 연색 지수를 갖는 발광 모듈 및 이를 구비한 조명 장치를 제공한다.
실시 예는 고연색성의 광을 제공한 발광 모듈 및 이를 구비한 조명 장치를 제공한다.
실시 예에 따른 발광 모듈은, 회로 기판; 상기 회로 기판 상에 적색을 발광하는 제1발광 소자; 상기 회로 기판 상에 녹색을 발광하는 제2발광 소자; 상기 회로 기판 상에 청색 광을 발광하는 제3발광 소자; 상기 회로 기판 상에 시안(cyan) 색을 발광하는 제4발광 소자; 상기 회로 기판 상에 웜 화이트(warm white) 또는 쿨(cool) 화이트를 발광하는 제5발광 소자를 포함한다.
실시 예는 발광 모듈을 고연색성의 광을 갖는 조명 장치로 제공할 수 있다.
실시 예는 태양광에 유사한 빛을 내는 조명 장치를 제공할 수 있다.
실시 예는 조명 장치에서 넓은 색 온도에서 Ra 및 R9를 90 이상으로 제공할 수 있다.
실시 예는 발광 모듈 및 이를 구비한 조명 장치의 신뢰성이 개선될 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 발광 모듈을 갖는 조명 장치를 나타낸 블록 구성도이다.
도 2는 도 1의 발광 모듈의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 발광 모듈을 갖는 조명 장치의 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 실시 예에 따른 발광 소자 중 어느 하나를 상세하게 나타낸 구성도이다.
도 5는 실시 예에 따른 발광 모듈로부터 방출된 각 발광 소자의 파장 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 6은 실시 예에 따른 발광 모듈로부터 방출된 혼합된 파장 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
<발광 모듈>
이하에서는 도 1 및 도 2를 참고하여 본 발명의 실시 예에 따른 발광 모듈 및 이를 구비한 조명 장치를 설명한다.
도 1은 제1실시 예에 따른 발광 모듈을 갖는 조명 장치를 나타낸 블록 구성도이고, 도 2는 도 1의 발광 모듈의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 조명 장치는 발광 모듈(100), 상기 발광 모듈(100)을 제어하는 제어부(510), 상기 발광 모듈(100)의 제어 정보가 저장된 메모리부(520), 상기 발광 모듈(100)의 구동을 제어하는 드라이버(Driver, 530)를 포함한다.
상기 발광 모듈(100)은, 광원부(440) 및 상기 광원부(440)의 외측에 복수의 열 감지 소자(5,5A)를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 광원부(440)는 예를 들면, 서로 다른 피크 파장을 발광하는 적어도 5종의 발광 소자들을 포함할 수 있다. 상기 광원부(440)는 예를 들면, 적어도 5종류의 컬러를 발광하는 발광 소자들을 포함할 수 있다. 상기 광원부(440)는 예를 들면, 제1 내지 제5발광 소자(411,412,413,414,415)를 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제5발광 소자(411,412,413,414,415) 각각은 하나 또는 복수로 배치될 수 있으며, 예컨대, 제1,2,3,4 또는 제5발광 소자(411,412,413,414,415) 중 적어도 하나 또는 2개 이상이 하나 또는 복수로 배치될 수 있으며, 이하 설명의 편의를 위해 제1 내지 제5발광 소자(411,412,413,414,415)로 설명하기로 한다.
상기 제1 내지 제5발광 소자(411,412,413,414,415)는 각각 독립적으로 구동할 수 있다. 상기 제1 내지 제5발광 소자(411,412,413,414,415)는 적어도 서로 다른 5종류의 컬러를 발광할 수 있다. 상기 제1 내지 제4발광 소자(411,412,413,414,415) 중 적어도 하나 또는 모두는 복수개가 직렬로 연결될 수 있다.
상기 제1발광 소자(411)는 적색 광을 발광하며, 상기 제2발광 소자(412)는 녹색 광을 발광하며, 상기 제3발광 소자(413)는 청색 광을 발광하며, 상기 제4발광 소자(414)는 시안(cyan) 색의 광을 발광하며, 상기 제5발광 소자(415)는 백색 광을 발광할 수 있다. 상기 제1 내지 제5발광 소자(411,412,413,414,415)는 가시광 스펙트럼 상에서 430nm 내지 670nm 범위 예컨대, 450nm 내지 630nm의 범위 내에서 발광할 수 있다.
도 2 및 도 5와 같이, 상기 제1발광 소자(411)는, 가시광 스펙트럼 상의 630nm 이하의 적색 광 예컨대, 626nm 내지 630nm 범위의 피크 파장을 발광할 수 있다. 상기 제2발광 소자(412)는 가시광 스펙트럼 상의 녹색 광 예컨대, 530nm 내지 560nm 범위의 피크 파장을 발광할 수 있다. 상기 제3발광 소자(413)는 가시광 스펙트럼 상의 청색 광 중에서 장 파장인 450nm 이상 예컨대, 예컨대 455nm 내지 472nm 범위의 피크(peak) 파장을 발광할 수 있다. 상기 제3발광 소자(413)는 가시광 스펙트럼 상의 청색 광 중에서 장 파장인 450nm 이상 예컨대, 예컨대 455nm 내지 472nm 범위의 피크(peak) 파장을 발광할 수 있다. 상기 제4발광 소자(414)는 가시광 스펙트럼 상의 시안 색 광 예컨대, 예컨대 490nm 내지 520nm 범위의 피크(peak) 파장을 발광할 수 있다. 상기 제5발광 소자(415)는 백색 광 중에서 예컨대, 웜 화이트(warm white) 또는 쿨 화이트의 색 온도를 가질 수 있으며, 예컨대 3000K 이하의 웜 화이트를 갖는 백색 광을 발광할 수 있다. 상기 제5발광 소자(415)는 Ra가 80 이상 예컨대, 80 내지 90 일 수 있다.
상기 제1발광 소자(411)는 하나 또는 복수 개일 수 있으며, 복수개인 경우 서로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 상기 제1발광 소자(411)는 적색을 발광하는 하나 또는 복수의 적색 발광 칩으로 구현되거나, 적색 형광체를 갖는 패키지로 구현될 수 있다. 상기 적색 형광체를 갖는 패키지는 UV 발광 칩과 적색 형광체로 구현되거나, 청색 발광 칩 및 적색 형광체를 포함할 수 있다.
상기 제2발광 소자(412)는 하나 또는 복수 개일 수 있으며, 복수개인 경우 서로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 상기 제2발광 소자(412)는 녹색을 발광하는 하나 또는 복수의 녹색 발광 칩으로 구현되거나, 녹색 형광체를 갖는 패키지로 구현될 수 있다. 상기 녹색 형광체를 갖는 패키지는 UV 발광 칩과 녹색 형광체를 포함하거나, 청색 발광 칩과 녹색 형광체를 포함할 수 있다.
상기 제3발광 소자(413)는 하나 또는 복수 개일 수 있으며, 복수개인 경우 서로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 상기 제2발광 소자(412)는 청색을 발광하는 하나 또는 복수의 발광 칩으로 구현되거나, 청색 형광체를 갖는 패키지로 구현될 수 있다. 상기 청색 형광체를 갖는 패키지는 UV 발광 칩과 청색 형광체를 포함 수 있다.
상기 제4발광 소자(414)는 하나 또는 복수 개일 수 있으며, 복수개인 경우 서로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 상기 제4발광 소자(414)는 시안 색을 발광하는 하나 또는 복수의 발광 칩으로 구현되거나, 시안 형광체를 갖는 패키지로 구현될 수 있다. 상기 시안 형광체를 갖는 패키지는 UV 발광 칩과 시안 형광체를 포함하거나, 청색 발광 칩과 시안 형광체를 포함 수 있다.
상기 제5발광 소자(415)는 하나 또는 복수 개일 수 있으며, 복수개인 경우 서로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 상기 제5발광 소자(415)는 하나 또는 복수의 청색 발광 칩과 적색 형광체, 녹색 형광체 또는 황색 형광체 중 적어도 하나를 갖는 패키지로 구현되거나, UV 발광 칩과, 적색/녹색/청색 형광체를 갖는 패키지로 구현될 수 있다. 상기 제5발광 소자(415)는 예컨대 청색 발광 칩과 황색 형광체를 포함하거나, 청색 발광 칩과, 녹색 형광체 및 황색 형광체를 포함할 수 있다.
실시 예는 백색의 낮은 색 온도의 광을 발광하는 제5발광 소자(415)와, 적색, 녹색, 청색 및 시안 색을 각각 발광하는 서로 다른 제1,2,3,4 발광 소자(411,412,413,414)를 포함하는 발광 모듈(400)을 제공할 수 있다.
상기 제1 내지 제5발광 소자(411,412,413,414, 415)는 도 2와 같이, 회로 기판(410)의 서로 다른 영역에 위치하게 된다. 상기 회로 기판(410) 상에서 제3발광 소자(413)는 제1 및 제4발광 소자(411,414) 사이의 영역 또는/및 제2발광 소자(412) 및 제5발광 소자(415) 사이의 영역에 배치될 수 있다. 상기 광원부(440) 내에서 파장이 가장 짧은 제3발광 소자(413)를 광원부(440)의 센터 예컨대, 발광 소자들(411,412,414, 415)의 센터 영역에 배치할 수 있다. 상기 제1 내지 제3발광 소자(411,412,413)는 서로 인접한 영역에 위치될 수 있다. 이에 따라 상기 광원부(440)를 통해 방출된 광들은 소정 공간 이내에서 서로 혼색될 수 있다. 상기 제1 내지 제5발광 소자(411,412,413,414, 415)를 갖는 광원부(440)의 영역은 상기 회로 기판(410) 상에서 직경 또는 너비가 30mm 이내의 영역 내에 배치될 수 있으며 상기 광원부(440)의 영역이 상기 범위를 초과할 경우 회로 기판(410) 및 이를 구비한 모듈 사이즈가 증가되는 문제가 있다.
상기 열 감지 소자(450)는 회로 기판(410)의 회로 패턴의 배선부에 연결되어, 발광 소자(411,412,413,414,415) 중 적어도 하나로부터 전도된 온도 예컨대, 제1발광 소자(411)로부터 전도된 온도를 감지할 수 있다. 상기 열 감지 소자(450)는 온도에 따라 저항 값이 변하는 가변저항인 써미스터(thermistor)일 수 있다. 상기 열 감지 소자(450)는 온도가 상승함에 따라 비저항이 작아지는 NTC(negative temperature coefficient)일 수도 있다. 다른 예로서, 상기 열 감지 소자(450)는 PTC(positive temperature coefficient)일 수 있다.
상기 열 감지 소자(450)는 상기 제1발광 소자(411)에 인접한 영역에 배치되며, 감지된 온도를 제어부(510)로 전달하게 된다.
상기 제어부(510)는 상기 광원부(440)에서 출사된 백색 광이 미리 설정된 CCT를 가지는 백색 광이 되도록 제 1내지 제5전류 제어 신호(D1,D2,D3,D4,D5)를 드라이버(530)의 제1 내지 제5구동부(531,532,533,534,535)에 전달하게 된다.
상기 제1 내지 제5전류 제어 신호(D1,D2,D3,D4,D5)는 미리 설정된 CCT를 가지는 백색 광이 출사되도록 하는 제1 내지 제5발광 소자(411,412,413,414,415)에 대한 입력 전류의 세기 값이 될 수 있다. 상기 제1 내지 제5전류 제어 신호(D1,D2,D3,D4,D5)는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation: PWM) 신호, 진폭 변조 신호 또는 아날로그 형태의 신호일수 있으며, 본 실시예에서는 PWM 신호로 한정하여 설명하기로 한다.
상기 발광 모듈(100)의 제1발광 소자(411)는, 드라이버(530)의 제1구동부(531)의 제1전류 신호(I1)에 의해 구동되며, 상기 제2발광 소자(412)는 드라이버(530)의 제2구동부(532)의 제2전류 신호(I2)에 의해 구동되며, 상기 제3발광 소자(413)는 드라이버(530)의 제3구동부(533)의 제3전류 신호(I3)에 의해 구동되며, 상기 제4발광 소자(414)는 드라이버(530)의 제4구동부(534)의 제4전류 신호(I4)에 의해 구동되며, 상기 제5발광 소자(415)는 드라이버(530)의 제5구동부(535)의 제5전류 신호(I5)에 의해 구동될 수 있다.
상기 발광 모듈(100)은 상기 드라이버(530)의 제1 내지 제5전류 신호(I1, I2, I3, I4, I5)에 의해 제 1내지 제5발광 소자(411,412,413,414,415)가 구동될 수 있다. 상기 발광 모듈(100)은 선택적으로 구동되는 제1내지 제5발광 소자(411,412,413,414,415)에 의해 적색, 녹색, 청색, 시안 또는 백색 광이 발광되거나 미리 설정된 CCT를 가지는 백색 광이 출사될 수 있다.
상기 드라이버(530)의 제1내지 제4구동부(531,532,533,534,535)는 상기 제어부(510)의 제1내지 제5전류 제어 신호(D1,D2,D3,D4,D5) 예컨대, PWM 신호에 상응하는 구동 전류를 생성하여, 상기 제1 내지 제5발광 소자(411,412,413,414,415)로 출력한다.
상기 메모리부(520)에는 룩업 테이블(Look up table)(522)이 저장된다. 상기 메모리부(520)는 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)일 수 있다. 상기 룩업 테이블(522)에는 발광 모듈(100)로부터 감지된 온도별 미리 설정된 CCT를 가지는 백색 광이 출사되도록 상기 제1 내지 제5발광 소자(411,412,413,414,415)의 입력 전류의 세기 값이 저장되어 있다.
상기 제어부(510)는 상기 메모리부(520)의 룩업 테이블(522)를 참조하여 미리 설정된 CCT별 기준이 되는 백색 광으로 보상 또는 출사되도록, 제1내지 제5발광 소자(411,412,413,414,415)의 입력 전류의 세기 값에 상응하는 제1내지 제5전류 제어 신호(D1,D2,D3,D4,D5)를 드라이버(530)로 출력하게 된다. 이러한 상기 룩업 테이블(522)에는 구동 모드 또는 사용자의 선택에 따라 요구되는 CCT에 대응되는 기준 전류 값의 비(Ratio)가 미리 저장된다. 상기 기준 전류 값들이 비는 설계자에 의해 미리 측정된 실험 데이터일 수 있다.
다른 예로서, 상기 룩업 테이블(522)에는 상기 발광 모듈(100)의 온도 특성에 따른 색도 변화를 보상할 수 있는 입력 전류의 세기 값이 저장될 수 있다. 즉, 상기 룩업 테이블(522)에는 온도 변화에 따라 상기 제1 내지 제5발광 소자(411,412,413,414,415)로부터 방출된 백색 광이 미리 설정된 CCT별 기준이 되는 백색 광으로 보상하기 위해 입력 전류의 세기 값이 저장될 수 있다.
상기 발광 모듈(100)로부터 방출된 백색 광은 온도가 상승함에 따라 색 좌표의 이동이 발생될 수 있다. 이에 따라 제어부(510)는 상기 발광 모듈(100)의 열 감지 소자(5)로부터 감지된 온도 데이터에 따른 입력 전류의 값을 메모리부(520)의 룩업 테이블(522)을 참조하여 검출한 후, 상기 드라이버(530)로 제1 내지 제5전류 제어 신호(D1,D2,D3,D4,D5)를 전달하여 제어하게 된다.
실시 예에 따른 발광 모듈(100)로부터 방출된 백색 광은 서로 다른 5종의 광원을 이용하여, 도 6과 같이, 넓은 색 온도 영역 예컨대 웜(warm) 화이트, 쿨(cool) 화이트, 및 뉴트럴(Neutral) 화이트로 조명할 수 있어, 자연 광에 가까운 빛을 구현할 수 있다.
태양광을 보면, 일출 또는 일몰 시 색 온도는 2500K 이하를 나타내고 주광(Day light)에서는 6000K 이상이므로, 자연 광에 가까운 조명을 구현하기 위해서는, 조명 장치의 색 온도가 2700K 내지 5700K의 범위를 벗어나는 넓은 범위에서의 색 온도 구현이 필요하며, 연색 지수가 높아야 한다. 실시 예에 따른 발광 모듈(100)로부터 방출된 백색 광의 색 온도는 2500K 내지 8000K 범위를 가질 수 있으며, 상기 2500K 내지 8000K의 색 온도의 영역에서 연색 지수(Ra) 및 적색 연색 지수(R9)가 모두 90 이상일 수 있으며, 예컨대 Ra는 95 이상이며 상기 R9는 90이상일 수 있다.
실시 예는 도 6과 같이, 백색 광의 색 온도 영역을 웜 화이트, 뉴트럴, 및 쿨 화이트의 영역으로 넓게 제공하되, 연색 지수(Ra)와 적색 연색 지수(R9)가 모두 90 이상인 발광 모듈을 제공함으로써, 인간의 생리와 감성에 영향을 주는 것을 최소화할 수 있다. 실시 예에 따른 발광 모듈은, 높은 광 효율을 가지므로, 연색성 지수만을 높여 백색 광을 구현할 경우 광 효율이 낮아지는 문제를 해결할 수 있다. 실시 예에 따른 발광 모듈은, 자연광에 가까운 연색성을 가지므로, 황색 광을 사용한 경우 낮은 색 온도 영역에서 CRI 값이 낮은 문제를 해결할 수 있다. 실시 예에 따른 발광 모듈은, 색 온도 2500K 내지 8000K의 영역에서 Ra 95/R9 90 이상을 만족하게 되므로, 청색 광을 사용하지 않을 경우 높은 색 온도 영역에서 CRI 값이 낮아지는 문제를 해결할 수 있다.
표 1은 실시 예에 따른 발광 모듈로부터 방출된 백색 광의 색 온도에 따른 CRI(Ra)를 나타낸 것이다.
CCT(K) 2500 2700 3000 4000 5000 5700 6500 7000 8000
CRI(Ra) 95.1 95.4 95.8 96.5 96.5 97.0 97.3 96.2 95.6
실시 예에 따른 발광 모듈(100)에서 제3발광 소자(413)의 피크 파장이 청색에서 장 파장인 450nm 이상 예컨대, 455nm 이상을 발광할 수 있다.
표 2는 실시 예에 따른 발광 모듈로부터 방출된 백색 광의 색 온도에 따른 CRI(Ra)를 나타낸 것으로, 청색 피크 파장을 장 파장을 사용한 경우(BH)의 CRI와 단 파장을 사용한 경우(BL)의 CRI를 비교한 것이다. CRI 값은 소수점 이하를 반 올림한 값이다.
CCT(K) 2500 2700 3000 4000 5000 5700 6500 7000 8000
CRI(Ra)-BH 95 95 96 96 97 97 97 96 96
CRI(Ra)-BL 93 94 94 93 92 94 92 93 93
표 2와 같이, 청색 광이 단파장 예컨대, 450nm 미만인 경우 백색 광의 CRI 값은 95 미만으로 나타남을 알 수 있고, 청색 광이 장 파장 예컨대, 455nm 이상인 경우 백색 광의 CRI 값이 95 이상으로 나타남을 알 수 있다. 실시 예에 따른 발광 모듈은 넓은 대역의 CCT와 높은 CRI 값을 모두 만족하기 위해, 장 파장의 청색 광을 이용할 수 있다.
여기서, 웜 화이트(Warm White)와 쿨 화이트(Cool White)를 동시에 사용하여 각각의 광원에 인가되는 전류 량을 달리 하여 발광하는 빛의 세기를 조절하면 색 온도는 BBL(Black Body Locus)와 유사한 추세를 가지면서 변할 수 있다. 하지만, 구현 하고자 하는 색 온도의 범위와 동시에 높은 CRI 값을 가지기 위해서는 위해서는 비교적 장파장 대역의 피크 파장을 갖는 청색 광을 사용하여야 하지만, 웜 화이트와 쿨 화이트를 동시에 사용할 경우 두 백색 광원에 포함되어 있는 청색 영역의 성분 때문에 장파장 대역의 피크 파장을 갖는 청색 광원을 사용 할 수 없다. 즉, 두 백색 광원에 포함되어 있는 청색에 모두 장 파장의 피크 파장을 사용할 경우 색 좌표나 색 온도가 벗어나는 문제가 있다. 실시 예는 웜 화이트 또는 쿨 화이트 중 어느 하나를 발광하는 제5발광 소자(415)와, 다른 컬러의 제1내지 제4발광 소자(411,412,413,414)을 조합하여, 높은 연색 지수 및 넓은 색 온도를 갖는 발광 모듈을 제공할 수 있다. 상기 제5발광 소자(415)는 웜 화이트로 구현될 수 있다.
도 2를 참조하면, 발광 모듈(100)은 제1 내지 제5발광 소자(411,412,413,414,415) 및 열 감지 소자(450)가 지지 부재 예컨대, 회로 기판(410) 상에 배치될 수 있다. 상기 회로 기판(410)은 수지 계열의 PCB, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
도 3은 도 2의 발광 모듈을 갖는 조명 장치의 예이다.
도 3을 참조하면, 조명 장치는 회로 기판(410)의 광원부(440)의 둘레에 배치된 반사 부재(465)를 포함한다. 상기 광원부(440)는 실시 예에 개시된 제1 내지 제5발광 소자(411,412,413,414,415)를 포함할 수 있으며, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 반사 부재(465)는 회로 기판(410) 상에 부착될 수 있다. 상기 회로 기판(410)에는 상기 반사 부재(465)의 고정을 위해 복수의 홀이나 돌기를 포함할 수 있다. 상기 반사 부재(465)는 광원부(440)로부터 방출된 광을 반사할 수 있다. 상기 반사 부재(465)는 광원부(440)로부터 방출된 광을 반사하는 반사면을 가질 수 있다. 상기 반사 부재(465)는 회로 기판(410)과 실질적으로 수직을 이룰 수도 있고, 또는 회로 기판(410)의 상면과 예각의 각도를 이룰 수도 있다. 상기 반사면은 광을 용이하게 반사할 수 있는 재료로 코팅 또는 증착된 것일 수 있다.
상기 반사 부재(465)는 수지 재료 또는 금속 재료를 포함할 수 있다. 상기 수지 재료는 플라스틱 재질, 실리콘 또는 에폭시와 같은 수지 재료를 포함한다. 상기 반사부재(465)는 실리콘 또는 에폭시와 같인 수지 재질을 포함하며, 내부에 금속 산화물이 첨가될 수 있다. 상기 금속 산화물은 상기 몰딩 부재의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는 물질로서, 예컨대 TIO2, Al2O3, 또는 SiO2를 포함한다. 상기 금속 산화물은 상기 반수 부재 내에 5wt% 이상으로 첨가될 수 있으며, 입사된 광에 대해 50% 이상 예컨대, 78% 이상의 반사율을 나타낸다.
상기 반사 부재(465)가 금속 재료인 경우, 상기 회로 기판(410)의 알루미늄(Al), 은(Ag), 알루미늄 합금 또는 은 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 반사 부재(465)의 높이는 상기 광원부(440)로부터 방출된 광이 혼색될 수 있는 높이로 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 반사 부재(465)의 높이는 색감 차이를 최소화하기 위해 반사 부재(465)의 하부 너비보다 크게 배치될 수 있다. 상기 반사부재(465)의 높이가 낮은 경우광 반사효율이나 광 추출 효율이 저하되어 색감 차이나 휘도 저하가 발생될 수 있다. 여기서, 열 감지 소자(도 2의 450)는 상기 반사 부재(465)의 내측 또는 외측에 배치될 수 있다.
상기 발광 모듈은 상기 회로 기판(410) 상에 배치되며 상기 반사 부재(465) 내에 배치된 투광성 부재(467)를 포함할 수 있다. 상기 투광성 부재(467)는 실리콘, 에폭시와 같은 투명한 수지 재질을 포함한다. 상기 투광성 부재(467) 내에는 형광체가 첨가되지 않을 수 있다. 다른 예로서, 상기 투광성 부재(467) 내에는 다른 예로서, 확산제, 산란제 또는 형광체 중 적어도 하나가 첨가될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 투광성 부재(467)는 상기 회로 기판(10)의 상면 및 상기 반사 부재(465)의 내 측면에 접촉될 수 있다. 상기 투광성 부재(467)의 두께는 상기 반사 부재(465)의 높이와 같거나 높을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 투광성 부재(467)의 상면은 볼록한 면, 오목한 면, 또는 평탄한 면 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 투광성 부재(467)의 상부 너비는 하부 너비보다 넓게 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
이러한 발광 모듈은 광원부(440)로부터 방출된 광이 혼색되어 백색 광이 방출되며, 상기 반사 부재(465)로부터 반사되며, 상기 반사 부재(465) 내의 혼합 공간에서 혼합된 후 상기 투광성 부재(467)를 통해 외부로 출사될 수 있다. 상기 반사 부재(465) 내에 배치된 투광성 부재(467)는 형성하지 않을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시 예에 따른 발광 모듈은 상기 회로 기판(410) 아래에 배치된 방열체(468)를 포함한다. 상기 방열체(468)는 광원부(440)가 배치되는 상면을 가질 수 있다. 여기서, 상기 상면은 평평한 일면일 수도 있고, 소정의 굴곡을 갖는 면일 수도 있다. 상기 방열체(468)의 두께는 상기 회로 기판(410)의 두께보다 두껍게 배치될 수 있다. 상기 방열체(468)의 두께는 상기 투광성 부재(467)의 두께보다 얇게 배치될 수 있다.
상기 방열체(468)는 방열핀(468A)을 가질 수 있다. 상기 방열핀(468A)은 방열체(468)의 일 측에서 외측방향으로 돌출 또는 연장된 것일 수도 있다. 상기 방열핀(468A)은 상기 회로기판(410)이 배치된 면의 반대측 방향으로 복수개가 돌출될 수 있다. 상기 방열핀(468A)은 방열체(468)의 방열 면적을 넓혀, 발광 모듈의 방열 효율을 개선시켜 줄 수 있다. 상기 방열핀(468A)은 측 단면이 원 기둥 형상, 다각 기둥 형상이거나, 외측 방향으로 갈수록 점차 두께가 얇은 형상을 갖는 기둥 형상일 수 있다.
상기 방열체(468)는 열 방출 효율이 뛰어난 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 상기 방열체(468)의 재질은 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 3과 같이, 실시 예에 따른 발광 모듈을 갖는 조명 장치는, 상기 회로 기판(410) 및 반사부재(465) 상에 광학 부재(469)를 포함한다. 상기 광학 부재(469)는 확산 시트(diffusion sheet), 수평 및 수직 프리즘 시트(horizontal/vertical prism sheet), 및 휘도 강화 시트(brightness enhanced sheet) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 또는/및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 임의의 영역으로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다.
상기 광학 부재(469)는 상기 투광성 부재(467)가 존재하는 경우, 상기 투광성 부재(467) 상에 접촉될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 투광성 부재(467)는 상기 광학 부재(469)가 쳐지는 것을 지지할 수 있다.
상기 광학 부재(469)의 너비 또는 면적은 하나의 발광 모듈 상에 배치된 구조로 설명하였으나, 실시 예에 따른 발광 모듈이 복수개 배열될 때, 복수의 발광 모듈 상에 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
이러한 광원부(440)로부터 방출된 광은 혼색되어 백색 광이 방출되며, 상기 반사 부재(465)로부터 반사되며, 상기 반사 부재(465) 내의 혼합 공간에서 혼합된 후 상기 광학 부재(469)를 통해 외부로 출사될 수 있다.
<발광 소자>
도 4는 실시 예에 따른 발광 소자가 회로 기판에 배치된 예를 나타낸 도면이다. 상기 발광 소자는 제1 내지 제5발광 소자 중 어느 하나일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 4를 참조하면, 발광 모듈은, 회로 기판(10) 및 상기 회로 기판(10) 상에 발광 소자(40)를 포함한다. 상기 발광 소자(40)는 실시 예에 개시된 광원부의 발광 소자 예컨대, 제1 내지 제5발광 소자 중 어느 하나일 수 있다.
상기 회로 기판(410)의 패드(P1,P2)는 상기 발광 소자(40)와 접합 부재(98,99)에 의해 전기적으로 연결된다. 상기 회로 기판(410)은 금속층을 갖는 메탈 코아 PCB이거나, 수지 재질의 기판이거나, 플렉시블 기판일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 회로 기판(410)은 예컨대, 금속층(L1), 절연층(L2), 배선층(L4) 및 보호층(L3)을 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 배선층(L4)은 패드(P1,P2)를 구비하게 된다.
상기 발광 소자(40)는 몸체(90), 복수의 전극(92, 93), 발광 칩(94), 본딩 부재(95), 및 몰딩 부재(97)를 포함할 수 있다.
상기 몸체(90)는 절연 재질, 투광성 재질, 전도성 재질 중에서 선택될 수 있으며, 예컨대 폴리프탈아미드(PPA: Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 금속 재질, PSG(photo sensitive glass), 사파이어(Al2O3), 실리콘, 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC), 폴리머 계열, 플라스틱 계열과 같은 인쇄회로기판(PCB) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 몸체(90)는 폴리프탈아미드(PPA: Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘 또는 에폭시 재질 중에서 선택될 수 있다. 상기 몸체(90)의 형상은 위에서 볼 때, 다각형, 원형, 또는 곡면을 갖는 형상을 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 몸체(90)는 캐비티(91)를 포함할 수 있으며, 상기 캐비티(91)는 상부가 개방되며, 그 둘레는 경사진 면으로 형성될 수 있다. 상기 캐비티(91)의 바닥에는 복수의 전극(92,93) 예컨대, 2개 또는 3개 이상이 배치될 수 있다. 상기 복수의 전극(92,93)은 상기 캐비티(91)의 바닥에서 서로 이격될 수 있다. 상기 캐비티(91)의 너비는 하부가 넓고 상부가 좁게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 전극(92,93)은 금속 재질, 예를 들어, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 단일 금속층 또는 다층 금속층으로 형성될 수 있다.
상기 복수의 전극(92,93) 사이의 간극부는 절연 재질로 형성될 수 있으며, 상기 절연 재질은 상기 몸체(50)와 동일한 재질이거나 다른 절연 재질일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 칩(94)은 상기 복수의 전극(92,93) 중 적어도 하나의 위에 배치되고, 본딩 부재(95)로 본딩되거나, 플립 본딩될 수 있다. 상기 본딩 부재(95)는 은(Ag) 포함하는 전도성 페이스트 재질일 수 있다.
상기 복수의 전극(92,93)은 접합 부재(98,99)를 통해 회로 기판(10)의 배선층(L4)의 패드(P1,P2)에 전기적으로 연결된다.
상기 발광 칩(94)은 가시광선 대역부터 자외선 대역의 범위 중에서 선택적으로 발광할 수 있으며, 예컨대 적색 LED 칩, 청색 LED 칩, 녹색 LED 칩, 시안 LED 칩, 엘로우 그린(yellow green) LED 칩, UV LED 칩, 화이트(white) LED 칩 중에서 어느 하나일 수 있다. 상기 발광 칩(94)은 III족-V족 또는/및 II족-VI족 원소의 화합물 반도체를 포함한다. 상기 발광 칩(94)은 수평형 전극 구조를 갖는 칩 구조로 배치하였으나, 두 전극이 상/하로 배치된 수직형 전극 구조를 갖는 칩 구조로 배치할 수 있다. 상기 발광 칩(94)은 와이어(96)와 같은 전기적인 연결 부재에 의해 복수의 전극(92,93)과 전기적으로 연결된다.
상기 발광 소자(40)는 적색 광을 발광하는 제1발광 소자일 수 있으며, 상기 제1발광 소자는 상기 발광 칩(94)이 적색 LED 칩으로 이루어지거나, UV LED 칩과 적색 형광체 또는 청색 LED 칩 및 적색 형광체를 포함할 수 있다.
상기 발광 소자(40)는 녹색 광을 발광하는 제2발광 소자일 수 있으며, 상기 제2발광 소자는 상기 발광 칩(94)이 녹색 LED 칩으로 이루어지거나, UV LED 칩과 녹색 형광체 또는 청색 LED 칩과 녹색 형광체를 포함할 수 있다.
상기 발광 소자(40)는 청색 광을 발광하는 제3발광 소자일 수 있으며, 상기 제3발광 소자는 상기 발광 칩(94)가 청색 LED 칩으로 이루어지거나, UV LED 칩과 청색 형광체를 포함할 수 있다.
상기 발광 소자(40)는 시안 색 광을 발광하는 제4발광 소자일 수 있으며, 상기 제4발광 소자는 상기 발광 칩(94)이 시안 색 LED 칩으로 이루어지거나, UV LED 칩과 시안 형광체 또는 청색 LED 칩과 시안 형광체를 포함할 수 있다.
상기 발광 소자(40)는 웜 화이트를 발광하는 제5발광 소자일 수 있으며, 상기 제5발광 소자는 상기 발광 칩(94)이 청색 LED 칩과 황색 형광체로 이루어지거나, 청색, 녹색 및 적색 LED 칩으로 구현되거나, 청색 LED 칩과 적색 형광체 및 적색 형광체를 포함할 수 있다.
상기 발광 소자(40)는 LED 칩이 하나 또는 2개 이상일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 칩(94)은 상기 캐비티(91) 내에 하나 또는 2개 이상이 배치될 수 있으며, 2개 이상의 발광 칩은 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 캐비티(91)에는 수지 재질의 몰딩 부재(97)가 형성될 수 있다. 상기 몰딩 부재(97)은 실리콘 또는 에폭시와 같은 투광성 재질을 포함하며, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 상기 몰딩 부재(97)의 상면은 플랫한 형상, 오목한 형상, 볼록한 형상 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 예를 들면 상기 몰딩 부재(97)의 표면은 오목한 곡면 또는 볼록한 곡면으로 형성될 수 있으며, 이러한 곡면은 발광 칩(94)의 광 출사면이 될 수 있다.
상기 몰딩 부재(97)는 실리콘 또는 에폭시와 같은 투명한 수지 재질 내에 상기 발광 칩(94) 상으로 방출되는 빛의 파장을 변환하기 위한 형광체를 포함할 수 있으며, 상기 형광체는 YAG, TAG, Silicate, Nitride, Oxy-nitride 계 물질 중에서 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 형광체는 적색 형광체, 황색 형광체, 녹색 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 몰딩 부재(97)는 형광체를 갖지 않을 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 몰딩 부재(97) 상에 광학 렌즈(미도시)가 결합될 수 있으며, 상기 광학 렌즈는 굴절률이 1.4 이상 1.7 이하인 투명 재료를 이용할 수 있다. 또한, 상기 광학렌즈는, 굴절률이 1.49인 폴리메타크릴산메틸(PMMA), 굴절률이 1.59인 폴리카보네이트(PC), 에폭시 수지(EP)의 투명 수지 재료나 투명한 글래스(Glass)에 의해 형성될 수 있다.
실시 예에 개시된 발광 모듈 또는/및 이를 갖는 조명 장치는 실내등, 실외등, 가로등, 자동차 램프, 이동 또는 고정장치의 전조등 또는 후미등, 지시등와 같은 장치를 포함한다.
실시 예에 개시된 발광 모듈 또는/및 이를 갖는 조명 장치는 표시 장치에 적용될 수 있다. 상기 표시 장치는 액정 표시 패널과 같은 패널의 후방에서 광을 조사하는 모듈이나 유닛으로 제공될 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
400: 발광 모듈
410: 회로 기판
411: 제1발광 소자
412: 제2발광 소자
413: 제3발광 소자
414: 제4발광 소자
415: 제5발광 소자
440: 광원부
450: 열 감지 소자
465: 반사 부재
467: 투광성 부재
469: 광학 부재
510: 제어부
520: 메모리부
530: 드라이버

Claims (12)

  1. 회로 기판;
    상기 회로 기판 상에 적색 광을 발광하는 제1발광 소자;
    상기 회로 기판 상에 녹색 광을 발광하는 제2발광 소자;
    상기 회로 기판 상에 청색 광을 발광하는 제3발광 소자;
    상기 회로 기판 상에 시안(cyan)색 광을 발광하는 제4발광 소자;
    상기 회로 기판 상에 웜 화이트(warm white) 또는 쿨(cool) 화이트 광을 발광하는 제5발광 소자를 포함하는 발광 모듈로서,
    상기 제3발광 소자는 상기 제1, 2, 4, 5 발광 소자들의 센터 영역에 배치되며,
    상기 제3발광 소자는 상기 발광 모듈에서 가장 짧은 파장을 가지며, 455nm 이상의 피크 파장을 갖는 청색 광을 발광하며,
    상기 제1 내지 제5발광 소자로부터 방출된 광은 백색 광으로 혼합되며, 상기 백색 광은 색 온도 2500K 내지 8000K의 영역에서 연색 지수가 95 이상이며, 적색 연색 지수가 90 이상인, 발광 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1발광 소자는 630nm 이하의 피크 파장을 가진 적색 광을 발광하며,
    상기 제2발광 소자는 560nm 이하의 피크 파장을 가진 녹색 광을 발광하며,
    상기 제3발광 소자는 455nm 내지 472nm의 피크 파장을 가진 청색 광을 발광하며,
    상기 제4발광 소자는 490nm 내지 520nm 범위의 피크 파장을 가진 시안색 광을 발광하는 발광 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제5발광 소자는 색온도 3000K 이하를 포함하는 발광 모듈.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1발광 소자는 적어도 하나의 적색 발광 칩 또는 적색 형광체를 포함하며,
    상기 제2발광 소자는 청색 발광 칩 및 녹색 형광체를 포함하며,
    상기 제3발광 소자는 적어도 하나의 청색 발광 칩을 포함하며,
    상기 제4발광 소자는 시안 색 발광 칩을 포함하며,
    상기 제5발광 소자는 청색 발광 칩과, 녹색 형광체, 적색 형광체 및 황색 형광체 중 적어도 하나를 포함하는 발광 모듈.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제5발광 소자로부터 방출된 백색 광의 연색 지수는 95 이상이며,
    상기 제1 내지 제5발광 소자 중 적어도 하나는 복수 개로 배치되며,
    상기 제1 내지 제5발광 소자의 둘레에 배치된 반사 부재를 갖는 발광 모듈.

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