KR20070102089A - Light emitting device module and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 일반적인 발광 다이오드 모듈의 구조를 보인 사시도 및 단면도.1 is a perspective view and a cross-sectional view showing a structure of a general light emitting diode module.
도 2는 일반적인 마이크로 렌즈 시트를 적용한 예를 보인 수광소자의 단면도.2 is a cross-sectional view of a light receiving device showing an example in which a general micro lens sheet is applied.
도 3은 본 발명 일 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈 단품의 구조를 보인 사시도.Figure 3 is a perspective view showing the structure of a light emitting diode module unit according to an embodiment of the present invention.
도 4는 도 3의 구조물을 절단한 절단 사시도.4 is a cut perspective view of the structure of FIG. 3;
도 5는 상기 도 3의 단면도.5 is a cross-sectional view of FIG. 3.
도 6은 본 발명 일 실시예의 제조 과정을 보이는 분해 사시도.Figure 6 is an exploded perspective view showing a manufacturing process of an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명 일 실시예의 마이크로 렌즈 시트의 구조를 보인 구성도.Figure 7 is a block diagram showing the structure of a micro lens sheet of an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명 다른 실시예의 제조 과정을 보이는 개념도.8 is a conceptual diagram showing a manufacturing process of another embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명 일 실시예의 마이크로렌즈를 보인 전자 현미경 사진.9 is an electron micrograph showing a microlens of an embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
100: LED 하부 모듈 110: 기판100: LED lower module 110: substrate
111: 미러층 120: LED 소자111: mirror layer 120: LED element
121: 접착층 125: 충진재121: adhesive layer 125: filler
130: 투명 광학 필름 135: 마이크로렌즈130: transparent optical film 135: microlens
140: 대향 투명 광학 필름 150: 실리콘 웨이퍼140: opposing transparent optical film 150: silicon wafer
155: 단위 발광 소자 모듈155: unit light emitting device module
본 발명은 발광 소자 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히, 광학 구조물을 포함하여 발광효율을 높이도록 한 발광 소자 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a light emitting device module and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a light emitting device module including an optical structure to increase the luminous efficiency.
다양한 광원이 개발됨에 따라 다양한 형태의 발광 소자들이 실생활에 사용되고 있는데, 가장 일반적으로는 진공에서 필라멘트를 통해 발광하는 전구로부터 작은 전력으로 다양한 색상의 고휘도 방출광을 생성하는 발광 다이오드에 이르기까지 대단히 많은 종류의 발광 소자들이 다양한 영역에서 사용되고 있다.As various light sources are developed, various types of light emitting devices are used in real life, and most commonly, from light bulbs that emit light through a filament in a vacuum, to light emitting diodes that produce high luminance emission light of various colors with small power. Light emitting devices have been used in various areas.
이 중에서, 발광 다이오드(Light Emitting Diode, 이하 LED라 칭함)는 기본적으로 반도체 PN 접합 다이오드로, 다양한 재료들과 구조들에 대한 연구가 이루어져 점차 다양한 파장별 고휘도 LED가 상용화되고 있으며, 그 빠른 구동 속도와 높은 효율 및 긴 수명을 앞세워 다른 종류의 발광 수단들을 빠르게 대체하고 있다.Among these, light emitting diodes (hereinafter, referred to as LEDs) are basically semiconductor PN junction diodes, and various materials and structures have been studied to commercialize high-brightness LEDs at various wavelengths. It is rapidly replacing other kinds of light emitting means with high efficiency and long life.
특히, LED는 저전압으로 구동이 가능하고 넓은 광각을 가지며 박형으로 대량 생산될 수 있어 여러 종류의 발광 수단, 디스플레이 패널은 물론이고 신호등이나 일반 조명 및 카메라 플래쉬로도 그 활용 영역을 넓혀하고 있다.In particular, LEDs can be driven at low voltage, have a wide wide-angle, and can be mass-produced in a thin form, thereby broadening their application areas to various types of light emitting means, display panels, as well as traffic lights, general lighting, and camera flashes.
이러한 LED를 적용한 다양한 어플리케이션 중에서, 현재 그 수요가 증가하고 있는 카메라 플래쉬는 가장 높은 광 효율을 요구하는 어플리케이션 중 하나이다. 일반적으로 카메라의 플래쉬는 높은 휘도의 순간적인 광 출력이 요구되면서, 휴대 가능한 기기에 적합하도록 제한된 전력으로 동작해야 하므로 한정된 입력 전력에 대해 보다 높은 광출사 효율을 높여야 한다. 또한, 카메라 플래시의 경우 조명 하고자 하는 방사 각 영역이 카메라 렌즈의 시야 각 범위로 집중되도록, 발광 다이오드의 전 방향으로 방사되는 산란 광 방사 특성을 상기 방사 각 범위로 집속하여 조명 영역의 밝기를 증가시키는 것이 바람직하므로, 이러한 광 집속을 위한 광학 수단을 추가한 LED 모듈을 구성한 후 이를 카메라 플래쉬 소자로 사용하고 있다.Among various applications using these LEDs, the camera flash, which is increasing in demand, is one of the applications requiring the highest light efficiency. In general, the flash of the camera requires instantaneous light output of high luminance, and therefore must operate at a limited power to be suitable for portable devices, and thus higher light output efficiency for a limited input power is required. In addition, in the case of a camera flash, the scattering light emission characteristic emitted in all directions of the light emitting diode is concentrated in the emission angle range so that the emission angle area to be illuminated is concentrated in the field of view angle of the camera lens, thereby increasing the brightness of the illumination area. Since it is preferable to construct an LED module in which optical means for converging the light is used, it is used as a camera flash element.
도 1은 현재 일반적으로 카메라 플래쉬 소자로 사용되고 있는 전형적인 LED 모듈의 분해 사시도 및 단면도를 보인 것으로, 도시된 바와 같이 하나의 LED 소자(20)를 일부 영역이 제거되어 캐비티(cavity)를 형성한 기판(10)의 상기 캐비티 영역 하부면에 장착하고, 그 상부 전면에 LED 소자(20)의 발광 영역에 대응하는 돔형 볼록 렌즈(30)를 더 부가하여 구성된다. 상기 LED 소자(20)가 형성되는 캐비티는 경사를 가지며, 상기 캐비티 내부 표면에는 측면광을 전면으로 반사시키기 위한 금속 미러층이 더 형성될 수 있다. 상기 LED 소자(20)의 하부에 형성되어야 하는 전극 배선의 구조등은 자명하므로 생략하였다.FIG. 1 is an exploded perspective view and a cross-sectional view of a typical LED module which is generally used as a camera flash device. As shown in FIG. 1, a substrate is formed by removing a portion of a
상기 구조에서, 상기 돔형 볼록 렌즈(30)는 상기 LED 소자(20)의 광축에 정렬하여 접합되는데, 도시한 바와 같이 집광 특성을 높이기 위해서 일정한 높이(H)로 형성될 필요가 있다. 이러한 돔형 볼록 렌즈(30)의 두께(H)는 일반적으로 기판(10)의 두께 이상이므로 LED 모듈 전체의 두께가 증가하여 소자의 소형화가 제한 되게 된다. 또한, 각각의 LED 모듈 제조시 정확한 광축으로 상기 돔형 볼록 렌즈(30)를 정렬해야 하므로 제조 수율이 낮아지게 된다.In the above structure, the
상기한 바와 같은 종래 기술에 대비한 본 발명 실시예의 목적은 실리콘 서브 마운트에 형성한 광경로 구조물 내부에 발광 소자를 배치하고, 그 상부 전면에 적어도 2개 이상의 요철 구조가 이차원 배열된 투명 광학 시트를 형성하도록 함으로써, 두께 증가를 줄이면서 방출광의 내부 전반사를 억제하여 방출광의 효율을 높일 수 있도록한 발광 소자 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다. An object of the embodiment of the present invention as compared to the prior art as described above is to place a light emitting device inside the optical path structure formed on the silicon sub-mount, and at least two or more uneven structures on the upper front of the transparent optical sheet The present invention provides a light emitting device module and a method of manufacturing the same, which reduce the thickness increase and suppress total internal reflection of emitted light to increase the efficiency of emitted light.
본 발명 다른 실시예의 목적은 복수의 투명한 반구형 마이크로 렌즈를 투명 광학 필름에 이차원 배열시켜 하부에 형성되는 LED의 내부 전반사를 억제하여 모든 방출광이 전면으로 방출되도록 함으로써, 방출광의 효율을 높일 수 있도록 한 발광 소자 모듈을 제공하는 것이다. An object of another embodiment of the present invention is to arrange a plurality of transparent hemispherical micro-lenses on a transparent optical film to suppress the total internal reflection of the LED formed at the bottom so that all the emitted light is emitted to the front, thereby improving the efficiency of the emitted light It is to provide a light emitting device module.
본 발명 또다른 실시예의 목적은 기판 상에 경사진 측면을 가지는 캐비티를 형성하고, 해당 경사면에 반사층을 형성한 후 그 내부에 하나 이상의 발광 소자를 배치한 후 굴절율 정합용 충진제로 상기 캐비티를 채우도록 하며, 그 상부에 복수의 마이크로 렌즈 배열 시트를 구비하도록 함으로써, 발광소자의 전면광 및 측면광을 최대한 전면으로 방출할 수 있도록 한 발광 소자 모듈을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to form a cavity having an inclined side surface on the substrate, to form a reflective layer on the inclined surface and to place one or more light emitting elements therein to fill the cavity with a refractive index matching filler. In addition, by providing a plurality of micro lens array sheet on the upper portion, to provide a light emitting device module capable of emitting the front light and side light of the light emitting device to the full front.
본 발명 또다른 실시예의 목적은 육각형 최밀집 구조로 마이크로 반원형 렌즈를 배치 구성한 광학 시트를 LED 하부 모듈의 상부에 배치함으로써, 내부 전반사를 최대한 억제하도록 한 발광 소자 모듈을 제공하는 것이다. It is another object of the present invention to provide a light emitting device module which suppresses total internal reflection as much as possible by arranging an optical sheet including a micro semicircular lens arranged in a hexagonal closest structure on an upper part of an LED lower module.
본 발명 또다른 실시예의 목적은 기판에 캐비티를 형성하고, 그 내부에 LED를 배치한 후 굴절율을 정합하기 위해 충진재로 상기 캐비티를 채우며, 이때 상기 충진재에 LED의 방사 파장을 천이시키는 인광 재료를 혼합하거나 별도의 인광층으로 적층시킴으로써, 원하는 색상의 설정이 용이한 고효율 발광 소자 모듈을 제공하는 것이다. An object of another embodiment of the present invention is to form a cavity in a substrate, place an LED therein, and then fill the cavity with a filler to match the refractive index, wherein the filler is mixed with a phosphorescent material to shift the emission wavelength of the LED. Or by stacking in a separate phosphorescent layer, to provide a high-efficiency light emitting device module that can easily set the desired color.
본 발명의 또다른 실시예의 목적은 LED 모듈의 방사영역에 렌즈의 높이와 반경이 동일하도록 형성한 반원형 마이크로 렌즈가 2개 이상 이차원 배치되도록 형성한 마이크로 렌즈 배열 시트를 LED 하부 모듈 상에 적용함으로써, 출사효율을 극대화 한 발광 소자 모듈을 제공하는 것이다. An object of another embodiment of the present invention is to apply a microlens array sheet formed on the LED lower module by applying two or more two-dimensional semi-circular micro-lens formed in the radiation region of the LED module so that the height and radius of the lens are the same, It is to provide a light emitting device module that maximizes emission efficiency.
본 발명의 또다른 실시예의 목적은 투명 광학 필름 상에 LED 소자의 크기보다 작은 반원형 마이크로 렌즈들을 이차원 배열한 마이크로 렌즈 광학 시트를 마련하고, 이를 LED를 내부에 배치한 절단 전의 모듈 기판 구조물 전면에 접합 또는 합착한 후, 상기 모듈 기판 구조물에 정의된 각 단위 모듈 단위로 절단하도록 함으로써, 별도의 정렬 없이도 낮은 두께의 고효율 발광 다이오드 모듈을 대량 생산할 수 있도록 한 발광 소자 모듈 제조 방법을 제공하는 것이다.It is an object of another embodiment of the present invention to provide a microlens optical sheet having two-dimensional array of semicircular microlenses smaller than the size of an LED element on a transparent optical film, and bonding it to the front surface of a module substrate structure before cutting in which the LEDs are placed inside. Or after bonding, by cutting to each unit module unit defined in the module substrate structure, to provide a light emitting device module manufacturing method that can mass-produce a high-efficiency light emitting diode module of low thickness without a separate alignment.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 모듈은 광경로를 정의하는 구조를 구비한 기판과; 상기 기판의 광경로 구조에 적용된 발광 소자와; 상기 기판의 광경로 상에 형성되어 내부 전반사를 억제하기 위한 복수의 요철구조가 형성된 투명 광학 필름을 포함한다.In order to achieve the above object, a light emitting device module according to an embodiment of the present invention includes a substrate having a structure defining an optical path; A light emitting device applied to the optical path structure of the substrate; It includes a transparent optical film formed on the optical path of the substrate is formed with a plurality of uneven structure for suppressing total internal reflection.
본 발명 다른 실시예에 따른 발광 소자 모듈은 일부 영역에 캐비티가 형성된 기판과; 상기 기판의 캐비티 내부에 배치되는 발광 소자와; 상기 발광 소자가 형성된 캐비티 상부에 형성되며, 상기 캐비티 영역에 대해 2개 이상의 마이크로 렌즈 구조물이 이차원 배치된 투명 마이크로 렌즈 배열 시트를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a light emitting device module, including: a substrate having a cavity formed in a partial region; A light emitting element disposed inside the cavity of the substrate; The light emitting device includes a transparent micro lens array sheet formed on an upper part of the cavity in which two or more micro lens structures are disposed in two dimensions with respect to the cavity area.
또한, 본 발명 또 실시예에 따른 발광 소자 모듈 제조 방법은 기판 상에 광경로 구조물을 형성하는 단계와; 상기 기판 상의 광경로 구조물 내부에 발광 소자를 배치하는 단계와; 상기 발광 소자가 형성된 광경로 구조물 상부에 상기 발광 소자의 발광면 이하의 크기를 가지는 복수의 투명 요철 구조물이 이차원 배열된 투명 광학 시트를 정렬 없이 접합 혹은 합착하는 단계를 포함한다.In addition, the method of manufacturing a light emitting device module according to the present invention comprises the steps of forming an optical path structure on the substrate; Disposing a light emitting device inside the light path structure on the substrate; Bonding or bonding the transparent optical sheets on which the plurality of transparent concave-convex structures having a size smaller than or equal to the light emitting surface of the light emitting element are formed on the light path structure on which the light emitting element is formed without alignment.
상기 같은 본 발명을 첨부한 도면 및 실시예를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.When described in detail with reference to the accompanying drawings and embodiments of the present invention as follows.
도 2는 본 발명 일 실시예에 적용되는 마이크로 렌즈 배열시트의 특징을 설명하기 위한 기존의 마이크로 렌즈 배열 시트 적용예를 보인 단면도이며, 도 3 내지 도 5는 본 발명 일 실시예를 통해 형성한 발광 소자 모듈의 사시도, 절단 사시도 및 단면도를 보인 것이다. Figure 2 is a cross-sectional view showing an example of applying a conventional micro lens array sheet for explaining the characteristics of the micro lens array sheet applied to an embodiment of the present invention, Figures 3 to 5 is the light emission formed through the embodiment of the present invention A perspective view, a cut perspective view, and a cross-sectional view of the device module are shown.
먼저, 도 3 내지 도 5에 도시한 본 발명 일 실시예에 따른 발광 소자 모듈의 구조는 단일 모듈의 개별적인 구조를 보인 것으로, 발광 소자(120)가 형성된 발광 소자 하부 모듈(100)의 전면에 복수의 마이크로 렌즈들(135)이 밀집되어 배치된 투명 광학 필름(130)이 적용된 것을 알 수 있을 것이다. 즉, 본 실시예의 특징은 단일 발광 소자 모듈의 광 방출면에 상기 발광 소자의 발광면보다 작은 크기를 가지 는 마이크로 렌즈들을 적어도 2개 이상 이차원 배치함으로써, 소자의 높이를 줄이면서도 전면 방출되는 광의 효율은 개선할 수 있도록 하는 것이다. First, the structure of the light emitting device module according to an embodiment of the present invention shown in Figures 3 to 5 shows a separate structure of a single module, a plurality of the front surface of the light emitting device
상기 구조는 도시된 마이크로 렌즈(135), 즉 투명한 요철 구조가 형성된 투명한 광학 필름(130)을 광 방출면에 형성함으로써 상기 요철 구조에 의해 발광 소자가 방출하는 광의 내부 전반사를 억제하도록 하여 전면 방출광의 효율을 높이고자 하는 광학적 수단이 부가된 발광 소자 모듈 구조인 것이다.The structure is such that the
이렇게 상기 발광 소자(120)가 방출하는 광의 경로 상에 복수의 투명한 요철 구조인 마이크로 렌즈들(135)이 배치된 본 발명의 실시예에 대비되는 종래 마이크로 렌즈 배열 시트를 적용한 광학 모듈이 도 2에 도시되어 있다. Thus, an optical module employing a conventional microlens array sheet in contrast to an embodiment of the present invention in which a plurality of transparent
상기 도 2에 도시된 종래의 마이크로 렌즈 배열 시트(60)를 적용한 광학 모듈(40)은 수광소자인 영상 센서(CCD 혹은 포토 다이오드 등)이다. 이는 제한된 수광 시간 내에 경계면 수광 왜곡을 방지하면서 많은 양의 광을 획득하기 위해 구성된 것으로, 비록 마이크로 렌즈를 밀집 배치한 것 처럼 보이는 마이크로 렌즈 배열 시트(60)를 이용하고 있으나, 실제로는 개별 수광 소자(50)마다 돔형 렌즈(60)가 하나씩 배치된 구조를 축소 배열한 것과 같다. 즉, 센서의 크기가 작기 때문에 마이크로 렌즈 배열 시트(60)를 적용했을 뿐이며, 그 구조는 도 1에 도시한 단일 돔형 렌즈를 구비한 발광 다이오드 모듈과 동일한 것이다. 해당 구조에서, 마이크로렌즈의 크기는 수광단위 셀 영역의 크기에 대응되도록 구성하므로, 광축에 대한 정밀한 정렬이 필요한 구성이며, 이는 도 3내지 도 5에 도시된 본원 발명과 유사한 투명 광학 필름을 적용한 광소자 모듈처럼 보이지만, 본원과는 기술적 사상 자체가 상이한 것이라는데 주의한다.The
이제, 도 4및 도 5에 도시된 본 발명 일 실시예에 따라 구성된 발광 소자 모듈을 구체적인 예를 들어 설명하도록 한다. Now, a light emitting device module constructed according to an exemplary embodiment of the present invention illustrated in FIGS. 4 and 5 will be described with reference to specific examples.
도 4 및 도 5에 도시된 구조는 발광 소자 하부 모듈과 광학 필름으로 구성되어 있다. 먼저, 실리콘 혹은 세라믹 기판(110)의 표면에 광경로 구조물의 일종인 경사를 가진 캐비티를 형성하고, 그 내부에 발광소자의 일종인 LED 소자(120)를 배치한 것으로 기본적인 LED 하부 모듈(100)을 구성한다. 이때 상기 광 경로 구조를 가진 기판을 서브마운트라 칭하기도 한다. 여기서, 상기 LED 소자(120)가 배치될 기판(110)의 캐비티 하부 영역에는 상기 LED 소자(120)에 전력을 제공하기 위한 전극이 형성될 수 있다. 이러한 전극과 관련된 구조는 상기 LED 소자(120)를 전면 방출형으로 구성하고 그 상부에 노출되는 한쌍의 전극을 와이어 본딩으로 연결하도록 하거나, LED 소자(120)를 수직형 구조로 구성하고 그 하부 전극은 상기 기판(110) 상에 마련한 전극과 연결시키고 그 상부 전극은 와이어 본딩으로 외부와 연결하도록 하는 등의 LED 소자(120) 적용 방식에 따라 상이할 수 있으나, 도시된 바와 같이 투명 마이크로렌즈(135)가 배치된 투명 광학 필름(130)을 광경로 상부에 형성할 것이므로 상기 LED 소자(120)는 후면 발광형이면서 플립칩 본딩이 가능하도록 구성된 것을 사용하고, 그에 따라 전극도 상기 광경로 내부에 배치되면서 외부로 연장될 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.4 and 5 is composed of a light emitting element lower module and an optical film. First, a cavity having an inclination, which is a kind of light path structure, is formed on the surface of the silicon or
상기 기판(110) 상에 형성되는 캐비티는 당연히 장착될 LED 소자(120) 보다는 하부 면적이 넓어야 한다. 그리고, 그 깊이는 LED 소자(120)의 높이 보다 깊도 록 구성하는 것이 바람직하다. 상기 LED 소자(120)와 상기 기판(110)(혹은 기판(110) 상에 형성되는 전극(미도시))은 접착층(121)에 의해 접착되며 이는 도전성인 것이 바람직하다. 또한, 경우에 따라서 상기 캐비티 영역 내에 배치되는 발광 소자는 하나 이상일 수도 있다는 것에 주의한다.The cavity formed on the
상기 발광소자로 예를 든 LED 소자(120)는 전후면 및 측면으로 광을 방출하기 때문에 출사광을 상기 형성된 광경로 방향으로 집중하기 위해서 상기 캐비티 영역은 경사진 측면을 가지도록 구성하는 것이 바람직하며, 상기 경사진 측면 및 캐비티 하부면에 광을 반사시키기 위해 반사도가 높은 반사층(111)을 더 형성할 수 있다. 상기 반사층(111)을 금속으로 구성할 경우, 상기 LED 소자(120)에 외부 전력을 제공하는 전극은 동일한 재료를 성막한 후 한번의 패터닝 공정을 통해 일괄적으로 구성될 수도 있다.Since the
상기 반사층(111)을 가진 광경로 구조물(캐비티)에 장착된 LED 소자(120)는 그 방출되는 광을 대부분 전면으로 제공하게 되지만, 상기 LED 소자(120)로부터 방출되는 광의 일부는 소자를 벗어나는 순간 외부 공간인 공기와의 굴절율 차이에 의해 출사되는 평탄한 표면을 벗어나지 못하게 된다. 즉, 굴절율 차가 큰 두 매질 간의 임계각(critical angle) 이상으로 발광되는 산란광 성분은 외부로 방출되지 못하고 내부 전반사(total internal reflection)로 손실되어 광 출사 효율을 낮추게 되는 것이다. The
따라서, 이를 해결하기 위해서 본 실시예에서는 상기 도시된 바와 같은 발광 소자(120)의 발광 면적보다 작은 크기의 마이크로 렌즈(135)를 가진 투명 광학 필 름(130)을 내부 전반사를 방지하기 위한 목적으로 적용하도록 하며, 이때의 상기 마이크로 렌즈(135) 높이(h)는 수~수십㎛가 되도록 하고, 그 폭은 수~수백㎛가 되도록 한다.Accordingly, in order to solve this problem, in the present embodiment, the transparent
상기 발광 소자(120)의 내부 전반사를 억제하기 위해 상기 투명 광학 필름(130)을 효과적으로 상기 발광 소자(120)의 광 경로상에 적용하기 위해 상기 투명 광학 필름(130)과 상기 LED 소자(120) 사이의 이격 영역에서의 굴절을 방지하기 위해 해당 영역, 즉 LED 소자(120)와 상기 투명 광학 필름(130) 사이의 광 경로를 굴절율 정합을 위한 충진재(125)로 채워 광이 직접 공기중으로 방출되지 않도록 한다. 하지만, 상기 광 경로 구조에 적용된 LED 소자(120)가 상기 투명 광학 필름(130)과 직접 발광면에서 접촉하는 경우, 상기 LED 소자(120)의 광 경로가 전면방향으로 제한된 종류라면 상기 충진재(125)를 생략할 수 있으나, 측면광이 발생하는 경우에는 상기 충진재(125)를 적용하는 것이 바람직하다. 상기 충진재(125)는 에폭시 등의 투명 수지나 투명 유전체가 사용될 수 있다.The transparent
따라서, 상기 충진재(125)에 의해 실제 LED 소자(120)에서 방출되는 광은 굴절율 차이 없이 상기 투명 광학 필름(130)에 도달하며, 상기 투명 광학 필름(130) 상에 형성된 마이크로 렌즈(135)를 통해 굴절되면서 출사되어 굴절율 차이가 큰 공기 중으로 광이 진행하더라도 내부 전반사에 이를 정도로 큰 임계각이 발생되지 않도록 함으로써, 방출 효율이 높아지게된다. 따라서, 상기 투명 광학 필름(130) 상에 형성되는 미세 구조들은 반드시 마이크로 렌즈(135)의 형상을 가지지 않아도 되며, 다양한 다각면체의 구조를 가질 수도 있다. 예를 들어, 삼각형 폴리콘으로 정 의될 수 있는 다면체 구조나, 다각뿔 구조, 다각뿔 구조에서 상부가 절단된 형태, 상하부 면적이 상이한 육면체 이상의 다면체등을 포괄하는 다양한 형태의 요철구조를 적용한다 할지라도 상기 내부 전반사를 다소 줄일 수 있기 때문에 효율 향상을 기대할 수 있으며, 그 크기가 균일하지 않아도 상기 방출 효율을 높일 수 있다. 하지만, 그 효율을 최대한 높이면서 집광 효과도 제공하기 위해서는 타원형에 가깝게 형성되는 마이크로 렌즈 형태를 가지도록 형성하는 것이 바람직하다.Therefore, the light emitted from the
일반적으로 단일 발광 소자를 사용하는 경우, 해당 발광 소자는 그 자체적으로 백색광을 방출하는 것이 어려우며, 필요에 따라 원하는 색상의 광을 제공 위해서는 원하는 방출광의 파장을 제공하도록 설계된 다양한 종류의 발광 소자들을 구비해야 하므로, 이를 인광재료를 통한 광 파장의 천이를 통해 달성할 수 있다. 따라서, 이러한 인광재료를 상기 충진재(125)에 혼합하면 방출되는 광 파장을 용이하게 천이시킬 수 있어, 다양한 출력 색상을 결정할 수 있게 된다. 혹은 상기 인광재료를 박막 형태로 상기 충진재(125)와 상기 투명 광학 필름(130) 사이에 적용할 수도 있으며, 상기 투명 광학 필름(130)의 하부에 형성할 수도 있다. 그리고, 경우에 따라서는 상기 발광 소자(120)와 상기 충진재(125) 사이에도 인광 재료를 포함하는 박막을 형성할 수 있다.In general, when a single light emitting device is used, it is difficult for the light emitting device to emit white light by itself, and in order to provide light of a desired color as required, it is necessary to have various kinds of light emitting devices designed to provide a wavelength of a desired emission light. Therefore, this can be achieved through the transition of the light wavelength through the phosphorescent material. Therefore, when the phosphorescent material is mixed with the
예를 들어, 청색광을 출력하는 단일 발광 소자를 광 경로 상에 배치하고, 이를 인광재료가 포함된 충진재로 채우면 파장 천이에 의해 백색광에 가까운 출력광을 생성할 수 있으며, 그 외의 고휘도 발광 소자를 적용하고 인광재료를 더 적용함으로써, 원하는 색상으로 천이된 고휘도 발광 소자 모듈을 형성할 수도 있다. 그 외에, 백색광을 얻기 위해 상기 광 경로 상에 청색, 녹색, 적색의 파장을 가지는 복수의 발광 소자들을 배치할 수도 있고, 모듈의 크기가 큰 경우 동일한 파장을 가지는 복수의 발광 소자들을 배치할 수도 있으므로 본 발명의 실시예는 발광 소자의 종류나 배치 숫자로 제한되지 않는다.For example, when a single light emitting device that outputs blue light is disposed on an optical path and filled with a filler including phosphorescent material, output light close to white light may be generated by wavelength transition, and other high brightness light emitting devices may be applied. By further applying a phosphorescent material, it is possible to form a high-brightness light emitting device module transitioned to a desired color. In addition, in order to obtain white light, a plurality of light emitting devices having wavelengths of blue, green, and red may be disposed on the optical path, and when the size of the module is large, a plurality of light emitting devices having the same wavelength may be disposed. Embodiments of the present invention are not limited to the type or arrangement of light emitting elements.
도 6은 도 3내지 도 5에 도시한 발광 소자 모듈의 간단한 조립 과정을 보인 분해 사시도로서, 도시한 바와 같이 발광 소자 하부 모듈(100) 상에 마이크로 렌즈(135) 배열이 형성된 투명 광학 필름(130)을 접합(bonding)이나 합착(laminating)을 통해 형성하는 과정을 보인 것이다. 상기 투명 광학 필름(130)에 형성된 상이 마이크로 렌즈(135)는 하부의 광 경로상에 배치된 발광 소자(120)의 발광면 보다 작은 크기를 가지며, 단일 광 경로 상에 2개 이상이 2차원 적인 배열로 배치되어야 하는데, 이러한 2차원 배열로는 간단한 직교 배열, 마름모 배열, 육각 배열등이 가능하며, 특히 육각 최밀집 구조(hexagonal closely packed)로 형성하는 경우 하부면은 균일한 크기의 육각형인 반구형 마이크로 렌즈 구조들을 렌즈 간 간극 없이 형성할 수 있게 되며, 이를 완전 채움률(full-fill factor)을 가진다고 칭한다. 상기 투명 광학 필름(130)을 상기 발광소자 하부 모듈(100)과 접합 또는 합착하기 위해 사용되는 고정용 접착물로 충진재(125)와 동일하거나 유사한 굴절율을 가지는 투명 광학 접착제(예를 들어 에폭시 등의 수지)가 사용될 수 있다.FIG. 6 is an exploded perspective view illustrating a simple assembly process of the light emitting device module illustrated in FIGS. 3 to 5. As illustrated, the transparent
도 7a 내지 도 7c는 상기 마이크로 렌즈 구조를 보인 사시도, 평면도 및 측면도로서, 도시한 경우는 균일한 크기를 가지는 반원형 마이크로 렌즈(135)를 하부면이 6각형 최밀집 구조가 되도록 투명 광학 필름(130) 상에 형성한 경우를 보인 것으로 도시한 바와 같이 간극 없는 밀집형 구조를 확인할 수 있다. 이러한 간극 없는 밀집형 2차원 배열에 의해 내부 전반사되는 발광소자의 출사광량이 최대 효율로 줄어들게 되므로 상기 구조가 가장 효율적으로 방출광 효율을 높일 수 있는 2차원 배치 구조가 된다. 이때, 상기 마이크로 렌즈(135)와 투명 광학 필름(130)은 동일한 재질로 이루어질 수 있다.7A to 7C are perspective views, plan views, and side views of the microlens structure. In this case, the
이러한 경우라도 상기 각 마이크로 렌즈(135)의 높이에 따라 실질적인 집광성능이나 광효율에 차이가 발생하게 되는데, 이론적으로 가장 좋은 구면 마이크로 렌즈(135)의 높이(h)는 상기 마이크로 렌즈(135) 폭의 절반(d/2)즉, 평면도 상에서 볼 경우 상기 각 렌즈의 반경이 되는 경우 최대의 출사 효율을 얻을 수 있게 된다. 또한, 도시된 바와 같이 비록 하부면은 다각형 구조를 가지더라도 그 상부 돌출부가 구형으로 형성되면 출사광의 반사각이 정면 방향을 기준으로 집속되는 효과가 있어 방출광이 전면으로 모여 정면 영역에 대한 광량을 증가시킬 수 있게 된다. 그렇지만, 이러한 광의 집속을 위해 하부에 형성될 발광소자와 별도의 정렬을 실시할 필요는 없다.Even in this case, a difference in actual light collecting performance or light efficiency occurs depending on the height of each
즉, 단일 광경로 상의 광 방출면에 수~수십개의 마이크로 렌즈 혹은 다양한 형상의 요철부를 구성하는 경우 각각의 렌즈 혹은 돌출부들에 대한 광각 정렬은 실제 무의미해지므로 도시된 마이크로 렌즈(135), 혹은 다양한 요철부를 가진 투명 광학 필름(130)을 상기 발광 소자 하부 모듈(100)의 면적보다 더 크게 형성한 후 이를 임의대로 자르고,이를 상기 발광 소자 하부 모듈(100)의 상부면에 접합 또는 합착하면 되기 때문에 정렬 과정이 필요 없고, 투명 광학 필름(130)의 제조 및 적 용에도 유리해진다. That is, when constituting several to several dozen micro lenses or irregularities of various shapes on the light emitting surface on a single optical path, the wide-angle alignment of each lens or protrusions becomes practically meaningless. Since the transparent
이는 도 8에 도시한 방식의 제조 과정처럼 적용될 수 도 있는데, 도 8은 발광소자 하부 모듈(100)을 형성하기 위한 기판(110)으로 실리콘 기판을 이용하는 경우를 보인 것으로, 실리콘 웨이퍼(150) 상에 복수의 광경로를 비롯한 전극이나 반사막과 같은 구조물을 형성한 후 발광 소자를 배치하고, 그 상부에 일괄적으로 상기 실리콘 웨이퍼(150)의 크기에 대응되는 요철 구조가 형성된 대형 투명 광학 필름(140)을 한번에 접합 또는 합착하고, 각 개별 모듈 크기로 상기 전체 구조물을 절단(일명 다이싱)함으로써, 임의의 위치에서 절단된 단위 투명 광학 필름(130) 및 단위 발광소자 하부 모듈(100)로 이루어진 단위 발광 소자 모듈(155)을 대량 제조할 수 있게 된다. 이 경우에도 상기 대형 투명 광학 필름(140)과 실리콘 웨이퍼(150)의 광각에 따른 정렬은 요구되지 않으며, 단순한 위치 정렬만 요구된다.This may be applied as a manufacturing process of the method shown in FIG. 8, wherein FIG. 8 illustrates a case where a silicon substrate is used as the
도 9는 상기 마이크로 렌즈가 최밀집 형태로 배치된 투명 광학 필름의 현미경 사진으로, 상기 마이크로 렌즈를 포함하는 투명 광학 필름의 두께는 수~수십㎛정도가 적당하며, 최대 100㎛를 넘지 않도록 할 경우 발광소자 모듈의 두께를 기판 두께 정도로 억제하면서도 광량을 높이고 광의 방사각을 조절할 수 있는 발광 소자 모듈을 제공할 수 있다. 그리고, 경우에 따라서는 인광재료의 혼합에 의해 발광 색상도 조절할 수 있어 활용성이 높다.9 is a micrograph of the transparent optical film in which the microlenses are arranged in the closest dense form, and the thickness of the transparent optical film including the microlenses is suitably about several to several tens of micrometers, and the maximum thickness is not greater than 100 micrometers. It is possible to provide a light emitting device module that can suppress the thickness of the light emitting device module to the thickness of the substrate while increasing the amount of light and adjusting the emission angle of the light. In addition, in some cases, the light emission color can be adjusted by mixing the phosphorescent material, so that the utility is high.
상기한 바와 같이 본 발명 실시예에 따른 발광 소자 모듈 및 그 제조 방법은 실리콘 서브 마운트에 형성한 광경로 구조물 내부에 발광 소자를 배치하고, 그 상 부 전면에 적어도 2개 이상의 요철 구조가 이차원 배열된 투명 광학 시트를 형성하도록 함으로써, 두께 증가를 줄이면서 방출광의 내부 전반사를 억제하여 방출광의 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.As described above, the light emitting device module and the method of manufacturing the same according to the exemplary embodiment of the present invention may include a light emitting device disposed in an optical path structure formed on a silicon sub-mount, and at least two uneven structures on the front surface thereof may be two-dimensionally arranged. By forming the transparent optical sheet, it is possible to suppress the total internal reflection of the emitted light while reducing the thickness increase, thereby increasing the efficiency of the emitted light.
본 발명 실시예에 따른 발광 소자 모듈은 복수의 투명한 반구형 마이크로 렌즈를 투명 광학 필름에 이차원 배열시켜 하부에 형성되는 LED 등과 같은 발광소자의 내부 전반사를 억제하여 모든 방출광이 전면으로 방출되도록 함으로써, 방출광의 효율을 높이고 광의 방사각을 전면으로 집중시킬 수 있는 효과가 있다.The light emitting device module according to the embodiment of the present invention emits light by emitting all emitted light to the front surface by suppressing total internal reflection of a light emitting device such as an LED formed at the bottom by arranging a plurality of transparent hemispherical micro lenses on a transparent optical film. There is an effect to increase the efficiency of the light and to concentrate the emission angle of the light to the front.
본 발명 실시예에 따른 발광 소자 모듈은 기판 상에 경사진 측면을 가지는 캐비티를 형성하고, 해당 경사면에 반사층을 형성한 후 그 내부에 하나 이상의 LED 소자를 배치한 후 굴절율 정합용 충진제로 상기 캐비티를 채우도록 하며, 그 상부에 복수의 마이크로 렌즈 배열 시트를 구비하도록 함으로써, LED의 전면광 및 측면광을 내부 전반사 없이 최대한 전면으로 방출시킬 수 있는 효과가 있다.The light emitting device module according to an embodiment of the present invention forms a cavity having an inclined side surface on the substrate, forms a reflective layer on the inclined surface, and then arranges one or more LED elements therein to fill the cavity with a refractive index matching filler. By filling and having a plurality of micro lens array sheet on the top, there is an effect that the front light and side light of the LED can be emitted to the front as possible without total internal reflection.
본 발명 실시예에 따른 발광 소자 모듈은 육각형 최밀집 구조로 마이크로 반원형 렌즈를 구성한 광학 시트를 LED 하부 모듈의 상부에 배치함으로써, 내부 전반사를 최대한 억제하고 집광 영역을 조절할 수 있는 효과가 있다.The light emitting device module according to the embodiment of the present invention has an effect of suppressing total internal reflection and adjusting the light converging region by disposing the optical sheet constituting the micro semicircular lens in the hexagonal dense structure on the upper part of the LED lower module.
본 발명 실시예에 따른 발광 소자 모듈 및 그 제조 방법은 기판에 광경로를 형성하고, 그 내부에 LED를 배치한 후 굴절율을 정합하기 위해 충진재로 상기 캐비티를 채우며, 이때 상기 충진재에 LED의 방사 파장을 천이시키는 인광 재료를 혼합하거나 별도의 인광층으로 적층시킴으로써, 원하는 색상의 설정이 용이한 고효율 발광 소자 모듈을 용이하게 제공할 수 있는 효과가 있다.A light emitting device module and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention form an optical path on a substrate, and place an LED therein, and then fill the cavity with a filler to match the refractive index, wherein the filler has an emission wavelength of the LED. By mixing the phosphorescent material that transitions or by laminating in a separate phosphorescent layer, there is an effect that can easily provide a high-efficiency light emitting device module that can easily set the desired color.
본 발명 실시예에 따른 발광 소자 모듈 제조 방법은 투명 광학 필름 상에 LED 소자의 크기보다 작은 반원형 마이크로 렌즈들을 이차원 배열한 마이크로 렌즈 광학 시트를 마련하고, 이를 LED를 내부에 배치한 절단 전의 모듈 기판 구조물 전면에 접합 또는 합착한 후, 상기 모듈 기판 구조물에 정의된 각 단위 모듈 단위로 절단하도록 함으로써, 별도의 정렬 없이도 낮은 두께의 고효율 발광 다이오드 모듈을 낮은 비용과 높은 수율로 대량 생산할 수 있는 효과가 있다.The method of manufacturing a light emitting device module according to an embodiment of the present invention provides a microlens optical sheet having two-dimensional arrays of semicircular microlenses smaller than the size of an LED element on a transparent optical film, and a module substrate structure before cutting in which the LEDs are disposed. After bonding or bonding to the front surface, by cutting each unit module unit defined in the module substrate structure, there is an effect that can mass-produce a low-efficiency high-efficiency light emitting diode module with low cost and high yield without a separate alignment.
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