KR20080040299A - 광 출사모듈 - Google Patents

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Abstract

광이용 효율이 향상된 광 출사모듈이 개시된다. 광 출사모듈은 복수의 점광원들 및 구동전원을 인가하는 기판을 포함한다. 각 점광원은 제1 색광을 발광하는 제1 발광칩, 제2 색광을 발광하는 제2 발광칩 및 제3 색광을 발광하는 제3 발광칩을 포함한다. 제1 발광칩, 제2 발광칩 및 제3 발광칩 중 적어도 하나의 발광칩은 동일한 조건으로는 혼색에 의한 백색광을 얻기 위해 필요한 출광량을 충족시키지 못할 수 있다. 적어도 하나의 발광칩의 발광면적을 다른 발광칩들의 발광면적보다 크게 하여, 필요한 출광량을 충족시킬 수 있다. 따라서, 발광칩의 불필요한 발광면적을 삭제할 수 있어 광 출사모듈의 광 이용효율이 향상된다.
발광다이오드, 효율, 백색광, 사이즈, 발광면적

Description

광 출사모듈{LIGHT EMITTING MODULE}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 출사모듈의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 광 출사모듈을 I-I' 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 출사모듈의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 출사모듈의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 출사모듈의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 출사모듈의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 출사모듈의 평면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 광 출사모듈을 I-I' 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 출사모듈의 평면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 출사모듈의 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 200 : 광 출사모듈 7, 207 : 기판
5, 205 : 점광원 10 : 제1 발광칩
20 : 제2 발광칩 30 : 제3 발광칩
R1 : 적색 발광칩 G1 : 녹색 발광칩
B1 : 청색 발광칩
본 발명은 광 출사모듈에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 백색광을 얻기 위한 광이용 효율이 향상된 광 출사모듈에 관한 것이다.
일반적으로 표시장치는 광량이 부족한 곳에서도 영상을 표시하기 위해 표시패널로 광을 제공하는 백라이트 어셈블리를 포함한다. 백라이트 어셈블리에 사용되는 광원으로는 냉음극선관 형광램프가 대표적이지만, 소비 전력량이 작고, 부피 및 무게가 가벼운 장점을 갖는 발광다이오드(Light Emitting Diode; LED)가 또한 사용되고 있다. 발광다이오드의 효율이 매년 크게 향상되고 있어, 발광다이오드는 차세대 액정표시장치용 백라이트 어셈블리의 광원으로서 적용이 유력해 지고 있다.
액정표시장치가 영상을 표시하기 위해서는 백라이트 어셈블리는 백색광을 출사하는 것이 바람직하다. 액정표시장치가 표시하는 영상의 색재현성을 높이기 위해서는 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue) 발광다이오드에서 출사된 적색광, 녹색광 및 청색광을 혼색하여 원하는 백색광을 만드는 것이 바람직하다. 이러한 백색광이 액정을 통과하며 광량이 조절되며, 액정을 통과한 백색광이 컬러필터를 통과하여 각 화소의 색이 발현된다.
발광다이오드의 광-전기효율은 적용된 발광칩의 구조 및 패키징 방법에 따라 약간의 차이가 있지만, 적색광, 녹색광 및 청색광의 파장이 각각 약 625(nm), 525(nm) 및 455(nm)일 수 있다. 이 경우, 동일한 조건, 예를 들어, 단위 소비전 력(1W) 및 단위 발광면적의 조건에서 적색, 녹색 및 청색 발광다이오드는 각각 40 (lm/W), 45 (lm/W) 및 10 (lm/W)의 출광량을 갖는다.
따라서, 광량을 기준으로 대체로 3:6:1의 비율로 적색광, 녹색광 및 청색광이 혼색되어 백색광이 형성될 경우, 단위 소비전력 및 단위 발광면적의 조건에서 적색 발광다이오드 및 청색 발광다이오드는 각각 30(lm)의 적색광 및 10(lm)의 청색광을 출사할 수 있지만, 녹색 발광다이오드는 45(lm) 밖에 출사할 수 없다. 그 결과, 백색광을 형성하기 위한 녹색광량이 부족하게 된다. 이 경우, 부족한 녹색광량을 증가시키기 위해 R, G, G, B 배열로 2 개의 녹색 발광다이오드가 사용되기도 한다.
한편, 발광다이오드의 광-전기효율은 부족한 출광량을 충족시키기 위하여 지속적으로 향상되고 있다. 또한, 발광다이오드의 광-전기효율의 향상뿐만 아니라 색재현성을 향상시키기 위해서는, 특히, 청색광의 파장을 현재의 455(nm)에서 450(nm)에 근접시키는 것이 바람직한 것으로 알려져 있다. 청색광의 파장을 450(nm) 또는 그 이하로 할 경우, 백색광을 형성하기 위한 청색광량이 부족할 것으로 예측된다. 기술발전 추이에 따라서는 백색광을 형성하기 위한 적색광량이 부족할 수도 있다.
종래에는 대체로 발광면적이 동일한 적색, 녹색 및 청색 발광다이오드를 사용하여 백색광을 얻어왔다. 그러나, 전술한 바와 같이, 발광다이오드들의 광-전기효율이 지속적으로 향상되고 있어, 발광면적이 동일한 적색, 녹색 및 청색 발광다이오드를 사용할 경우, 적색, 녹색 및 청색 발광다이오드 중 적어도 하나는 백색광 형성을 위해 필요한 발광면적보다 작은 발광면적을 가지거나 큰 발광면적을 가질 수 있다. 이 것은 백라이트 모듈의 광이용 효율이 저하됨을 의미한다. 따라서, 발광다이오드의 광-전기효율과 백색광을 위해 요구되는 발광다이오드의 발광면적을 고려하여 백라이트 모듈을 설계할 필요가 있다.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 발광칩들의 발광면적을 다르게 하여 효율적으로 백색광을 얻는 광 출사모듈을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 실시예에 따른 광 출사모듈은 복수의 점광원들 및 기판을 포함한다. 각 점광원은 제1 색광을 발광하는 제1 발광칩, 제2 색광을 발광하는 제2 발광칩 및 제3 색광을 발광하는 제3 발광칩을 포함한다. 기판에는 점광원들이 배치되며, 기판은 점광원들에 구동전원을 인가한다. 제1 발광칩, 제2 발광칩 및 제3 발광칩 중 동일한 조건으로는 혼색에 의한 백색광을 얻기 위해 필요한 출광량을 충족시키지 못하는 적어도 하나의 발광칩을 제한 발광칩으로 정의한다. 제한 발광칩은 필요한 출광량을 충족시키는 다른 발광칩보다 큰 발광면적을 가져, 필요한 광량을 충족시킨다.
일 실시예에서, 제1 발광칩, 제2 발광칩 및 제3 발광칩은 단위 소비전력 및 단위 발광면적당 각각 L1, L2 및 L3의 출광량을 갖는다. 제1 색광, 제2 색광 및 제3 색광이 x : y : z의 비율로 혼색되어 백색광이 되는 경우, 제한 발광칩은 x/L1, y/L2, 및 z/L3 중 가장 큰 값에 대응하는 발광칩이다. 제1 발광칩의 발광면적, 제2 발광칩의 발광면적 및 제3 발광칩의 발광면적의 크기 순서는 x/L1, y/L2 및 z/L3의 크기 순서를 따르는 것이 바람직하다. 제한 발광칩의 발광면적은 나머지 발광칩들의 발광면적의 2배 내지 5배일 수 있다. 제1 발광칩은 적색광을 출사하는 적색 발광칩을 포함하고, 제2 발광칩은 녹색광을 출사하는 녹색 발광칩을 포함하고, 제3 발광칩은 청색광을 출사하는 청색 발광칩을 포함할 수 있다. 백색광을 위한 혼색의 비율은 x : y : z = 2.91 내지 3.09 : 5.82 내지 6.18 : 0.97 내지 1.03일 수 있다.
제한 발광칩이 청색 발광칩인 경우, 적색광의 파장(λ1), 녹색광의 파장(λ2) 및 청색광의 파장(λ3)은 각각 λ1 = 619 내지 631(nm), λ2 = 518 내지 530(nm) 및 λ3 = 446 내지 455(nm)일 수 있다. 적색 발광칩, 녹색 발광칩 및 청색 발광칩의 단위 소비전력당 및 단위 발광면적당 출광량은 각각 L1 = 237내지 239 루멘(lumen), L2 = 541 내지 546(lm) 및 L3 = 19.8 내지 20(lm)일 수 있다. 청색 발광칩의 발광면적은 적색 발광칩의 발광면적 또는 녹색 발광칩의 발광면적보다 2배 내지 5배일 수 있다. 이 경우, 적색 발광칩의 발광면적 및 녹색 발광칩의 발광면적은 동일하거나 서로 다를 수 있다. 이와 다르게, 점광원은 복수의 청색 발광칩들을 포함할 수 있다. 이 경우, 점광원은 2 개의 청색 발광칩들을 포함하며, 각 청색 발광칩은 적색 발광칩 및 녹색 발광칩과 동일한 발광면적을 가질 수 있다.
다른 실시예에서, 제한 발광칩은 녹색 발광칩일 수 있다. 이 경우, 적색광의 파장(λ1), 녹색광의 파장(λ2) 및 청색광의 파장(λ3)은 각각 λ1 = 619 내지 631(nm), λ2 = 518 내지 530(nm) 및 λ3 = λ3 = 450.5 내지 460(nm)일 수 있다. 적색 발광칩, 녹색 발광칩 및 청색 발광칩의 단위 소비전력당 및 단위 발광면적당 출광량은 각각 L1 = 39.6 내지 40.4 루멘(lumen), L2 = 44.6 내지 45.4(lm) 및 L3 = 9.9 내지 10.1(lm)일 수 있다. 녹색 발광칩의 발광면적은 적색 발광칩의 발광면적 및 청색 발광칩의 발광면적의 2배 내지 5배일 수 있다. 적색 발광칩의 발광면적 및 청색 발광칩의 발광면적은 동일하거나 서로 다를 수 있다.
이러한, 광 출사모듈에 의하면, 백색광을 얻기 위해 부족한 출광량을 갖는 발광칩의 출광량을 증가시키고, 불필요한 발광면적을 삭제할 수 있어 광 출사모듈의 광 이용효율이 향상된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
광 출사모듈
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 출사모듈의 평면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 광 출사모듈을 I-I' 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 광 출사모듈(1)은 복수의 점광원(5)들 및 기판(7)을 포함한다.
각 점광원(5)은 제1 발광칩(10), 제2 발광칩(20) 및 제3 발광칩(30)을 포함한다. 제1 발광칩(10), 제2 발광칩(20) 및 제3 발광칩(30)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 개별적으로 패키징되어 있다.
제1 발광칩(10)은 발광체(11), 방열체(13), 하우징(15), 보호막(17), 전원입력단자(18) 및 전원출력단자(19)를 포함할 수 있다. 발광체(11)는, 예를 들어, P-N 접합 다이오드일 수 있다. 발광체(11)는 방열체(13) 상에 배치되어 있다. 방열체(13) 및 발광체(11)는 하우징(15)에 수납되어 있다. 보호막(17)은 발광체(11)를 커버하여 보호한다. 전원입력단자(18) 및 전원출력단자(19)는 각각 발광체(11)에 전기적으로 연결되어 있다.
제2 발광칩(20) 및 제3 발광칩(30)도 제1 발광칩(10)과 동일한 구조를 갖는다.
기판(7)은 제1 발광칩(10), 제2 발광칩(20) 및 제3 발광칩(30)에 구동전원을 인가한다. 기판(7)은 메탈코어 인쇄회로기판 또는 일반 인쇄회로기판일 수 있다. 기판(7)에는 제1 발광칩(10), 제2 발광칩(20) 및 제3 발광칩(30)들의 전원입력단자(18) 및 전원출력단자(19)에 전기적으로 연결되는 다수의 배선들이 형성될 수 있다. 기판(7)에는 배선들을 외부로부터 절연시키는 절연층이 더 형성될 수 있다.
기판(7)은 외부의 인버터로부터 구동전원을 인가 받을 수 있다. 구동전원이 인가됨에 따라, 제1 발광칩(10), 제2 발광칩(20) 및 제3 발광칩(30)은 각각 제1 색광, 제2 색광 및 제3 색광을 발광한다.
광 출사모듈(1)은 액정표시장치의 백라이트 광원으로 사용될 수 있다. 광 출사모듈(1)은 직하형 백라이트 어셈블리 및 에지형 백라이트 어셈블리 모두에 적용될 수 있다. 액정표시장치는 백색광을 이용하여 영상을 표시한다. 액정표시장치가 표시하는 영상의 색재현성을 높이기 위해서는 단색광인 상기 제1 색광, 제2 색광 및 제3 색광을 혼색하여 원하는 백색광을 만드는 것이 바람직하다.
액정표시장치는 상기 제1 색광, 제2 색광 및 제3 색광을 혼색시켜 백색광을 형성시키는 광학부재를 포함할 수 있다. 이러한 백색광이 액정을 통과하며 광량이 조절되며, 액정을 통과한 백색광이 컬러필터를 통과하여 각 화소의 색이 발현된다.
상기 제1 색광, 제2 색광 및 제3 색광이 광량을 기준으로 소정의 비율, 예를 들어, x : y : z 의 비율로 혼색되어 액정표시장치용 백색광이 형성된다. 백색광을 얻기 위해 상기 x : y : z 의 비율에 따라 요구되는 상기 제1 색광, 제2 색광 및 제3 색광의 광량을 필요 혼색광량으로 정의한다.
일반적으로, 발광칩의 출광량은 발광면적 및 소비전력에 영향을 받는다. 단위 발광면적당 소비전력을 일정하게 하면 발광면적과 출광량은 정비례한다. 한편, 일정한 발광면적에서 소비전력을 증가시키면 출광량은 증가하다가 최고 출광량에서 포화된다. 또한, 동일한 발광면적당 소비전력 및 발광면적(이하, '동일한 조건'으로 칭함)에서는 발광칩의 출광량은 발광색에 따라 서로 다를 수 있다.
따라서, 상기 동일한 조건에서는 제1 발광칩(10), 제2 발광칩(20) 및 제3 발광칩(30) 중 적어도 하나는 상기 필요 혼색광량을 충족시키지 못할 수 있다. 제1 발광칩(10), 제2 발광칩(20) 및 제3 발광칩(30) 중 상기 동일한 조건에서 상기 필요 혼색광량을 충족시키지 못하는 발광칩을 제한 발광칩으로 정의한다.
상기 필요 혼색광량을 충족시키기 위해, 발광칩의 광-전기효율을 향상시키고 여러 가지 설계 파라이터들을 최적화할 수 있다. 그러나, 발광칩의 발광면적을 증가시켜 상기 필요 혼색광량을 충족시킬 수도 있다.
본 실시예에서, 제3 발광칩(30)이 제한 발광칩이다. 이 경우, 제3 발광칩(30)의 발광면적을, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 발광칩(10) 및 제2 발광칩(20)의 발광면적보다 크게 하면, 제3 발광칩(30)은 상기 필요 혼색광량을 충족시킬 수 있다.
구체적으로 설명하면, 제1 발광칩(10), 제2 발광칩(20) 및 제3 발광칩(30)은 단위 소비전력 및 단위 발광면적당 각각 L1, L2 및 L3의 출광량으로 상기 제1 색광, 제2 색광 및 제3 색광을 출사한다. 따라서, 발광면적당 소비전력이 동일하고, 발광면적의 비율이 1/L1 : 1/L2 : 1/L3과 동일하다면, 제1 발광칩(10), 제2 발광칩(20) 및 제3 발광칩(30)은 동일한 광량으로 각각 상기 제1 색광, 제2 색광 및 제3 색광을 출사한다.
따라서, 발광면적당 소비전력이 동일하고 발광면적의 비율이 x/L1 : y/L2 : z/L3과 동일하다면, 상기 제1 색광, 제2 색광 및 제3 색광의 광량의 비율은 x : y : z 와 동일한 것은 자명하다. 따라서, x/L1 : y/L2 : z/L3을 백색광을 얻기 위한 필요 발광면적비로 정의한다.
제한 발광칩은 x/L1, y/L2 및 z/L3 중 가장 큰 값에 대응하는 발광칩이다. 본 실시예에서는 x/L1 < y/L2 < z/L3의 관계식이 성립하며, 따라서, 전술한 바와 같이 제3 발광칩(30)이 제한 발광칩이 된다.
제1 발광칩(10), 제2 발광칩(20) 및 제3 발광칩(30)의 발광면적의 크기 순서는, 도 1에 도시된 바와 같이, x/L1, y/L2 및 z/L3의 크기 순서를 따른다. 바람직하게는 발광면적의 비율이 x/L1 : y/L2 : z/L3과 동일하다.
발광칩의 광-전기효율에 따라 달라지지만, 대체로 제3 발광칩(30)의 발광면적은 제2 발광칩(20) 및 제2 발광칩(20)의 발광면적의 2배 내지 5배인 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 출사모듈의 평면도이다.
도 3을 참조하면, 광 출사모듈(100)은 복수의 점광원(105)들 및 기판(107)을 포함한다.
광 출사모듈(100)은 점광원(105)을 제외하고는 도 1 및 도 2에 도시된 광 출사모듈(1)과 실질적으로 동일하다. 각 점광원(105)은 제1 발광칩(110), 제2 발광칩(120) 및 제3 발광칩(130)을 포함한다. 점광원(105)은 발광칩의 발광면적을 제외하고는 도 1 및 도 2에 도시된 점광원(5)과 실질적으로 동일하다.
본 실시예에서도 제3 발광칩(130)은 제한 발광칩이며, 제3 발광칩(130)의 발광면적은 제1 발광칩(110) 및 제2 발광칩(120)의 발광면적의 2배 내지 5배일 수 있다. 본 실시예에서는 x/L1 = y/L2 또는 x/L1 > y/L2 또는 x/L1 < y/L2의 관계식이 성립할 수 있다. x/L1과 y/L2의 차이가 크지 않다면, 제1 발광칩(110) 및 제2 발광칩(120)의 발광면적은, 도 3에 도시된 바와 같이, 동일하거나 거의 비슷한 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 출사모듈의 평면도이다.
도 4를 참조하면, 광 출사모듈(200)은 복수의 점광원(205)들 및 기판(207)을 포함한다.
각 점광원(205)은 적색광을 출사하는 적색 발광칩(R1), 녹색광을 출사하는 녹색 발광칩(G1) 및 청색광을 출사하는 청색 발광칩(B1)을 포함한다. 광 출사모듈(200)은 적색 발광칩(R1)이 도 1에 도시된 제1 발광칩(10)에 대응하고, 녹색 발광칩(G1)이 제2 발광칩(20)에 대응하고, 청색 발광칩(B1)이 제3 발광칩(30)에 대응하는 것을 제외하고는 도 1 및 도 2에 도시된 광 출사모듈(1)과 실질적으로 동일하다.
액정표시장치의 백라이트 광으로서의 백색광은 상기 적색광, 녹색광 및 청색광이 대략 x : y : z = 3 : 6 : 1의 비율로 혼색되어 형성될 수 있다. 약 3 퍼센트의 오차를 고려하면, 본 실시예에서, x : y : z = 2.91 내지 3.09 : 5.82 내지 6.18 : 0.97 내지 1.03일 수 있다.
한편, 발광칩의 광-전기효율이 지속적으로 향상되고, 색재현성 향상을 위해 청색광의 파장을 455(nm)에서 450(nm)에 근접시키면 발광칩은 다음과 같은 특성을 가질 수 있다.
상기 적색광의 파장(λ1), 녹색광의 파장(λ2) 및 청색광의 파장(λ3)은 대략 λ1=625(nm), λ2=525(nm) 및 λ3=450(nm)이며, 상기 동일한 조건, 즉 단위 소비전력당 및 단위 발광면적당 적색 발광칩(R1), 녹색 발광칩(G1) 및 청색 발광칩(B1)의 출광량은 대략 L1=239(lm), L2=546(lm), L3=20(lm)일 수 있다.
약 1 퍼센트의 오차를 고려하면, λ1 = 619 내지 631(nm), λ2 = 518 내지 530(nm) 및 λ3 = 444 내지 455(nm)이고, 적색 발광칩(R1), 녹색 발광칩(G1) 및 청색 발광칩(B1)의 단위 소비전력당 및 단위 면적당 출광량은 각각 L1 = 237내지 239(lm), L2 = 541 내지 546(lm) 및 L3 = 19.8 내지 20(lm)일 수 있다.
x : y : z = 3 : 6 : 1로 두고, 필요 발광면적비를 계산하면, x/L1 : y/L2 : z/L3 = 12.6 : 11.0 : 50.0 임을 알 수 있다. 따라서, 50.0의 값에 대응하는 청색 발광칩(B1)이 제한 발광칩이 된다.
따라서, 발광칩의 광-전기효율이 증가해도 동일한 사이즈의 발광칩을 사용하면, 광 출사모듈(200)에 공급된 소비전력에 대해 얻을 수 있는 백색광량은 청색 발광칩(B1)의 광-전기효율에 크게 의존한다. 또한, 적색 발광칩(R1) 및 녹색 발광칩(G1)의 발광면적은 필요 이상으로 큰 것이 된다.
청색 발광칩(B1)의 발광면적을 적색 발광칩(R1) 및 녹색 발광칩(G1)보다 크게 하여 청색광의 상기 필요 혼색광량을 충족시킬 수 있다. 또한, 적색 발광칩(R1) 및 녹색 발광칩(G1)의 발광면적 중 불필요한 부분을 크게 감소시킬 수 있어 광 출사모듈(200)의 전체적인 광이용 효율이 향상된다.
또한, 적색 발광칩(R1)은 12.6의 값에 대응하고, 녹색 발광칩(G1)은 11.0의 값에 대응한다. 따라서, 적색 발광칩(R1)의 발광면적은 녹색 발광칩(G1)의 발광면적보다 큰 것이 바람직하다.
이와 다른 실시예에서, 12.6과 11.0의 차이는 크지 않으므로, 적색 발광칩(R1)의 발광면적과 녹색 발광칩(G1)의 발광면적이 동일할 수 있다. 이와 또 다른 실시예에서, 적색 발광칩(R1)의 광-전기효율이 더욱 향상된다면 녹색 발광칩(G1)의 발광면적은 적색 발광칩(R1)의 발광면적보다 클 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 출사모듈의 평면도이다.
도 5를 참조하면, 광 출사모듈(500)은 복수의 점광원(505)들 및 기판(507)을 포함한다.
광 출사모듈(500)은 점광원(505)을 제외하고는 도 4에 도시된 광 출사모듈(200)과 실질적으로 동일하다.
각 점광원(505)은 적색 발광칩(R4), 녹색 발광칩(G4) 및 2 개의 청색 발광칩(B4)을 포함한다. 본 실시예에서, 각 발광칩의 광-전기효율은 도 4에서 제시된 각 발광칩의 광-전기효율과 동일하다. 따라서, 청색 발광칩(B4)이 제한 발광칩이 되며, 상기 동일한 조건에서는 백색광을 위한 청색광의 광량이 부족하게 된다.
본 실시예에서, 적색 발광칩(R4), 녹색 발광칩(G4) 및 청색 발광칩(B4)의 발광면적은 서로 동일하다. 점광원(505)은 2 개의 청색 발광칩(B4)을 포함한다. 따라서, 청색광이 출사되는 발광면적은 상기 적색광 및 녹색광이 출사되는 발광면적의 2배이다.
필요 발광면적비는 x/L1 : y/L2 : z/L3 = 12.6 : 11.0 : 50.0과 같다. 따라서, 청색광의 발광면적은 상기 적색광 및 녹색광의 발광면적의 4배 이상이 필요함을 알 수 있다. 따라서, 발광면적당 소비전력을 동일하게 하면, 청색 발광칩(B4)이 두 개이더라도 청색광의 광량이 부족함을 알 수 있다. 이 경우, 청색 발광칩(B4)의 발광면적당 소비전력을 적색 발광칩(R4) 및 녹색 발광칩(G4)의 발광면적당 소비전력보다 크게 하여, 백색광을 형성하기 위해 필요한 청색광량을 얻을 수 있다.
이와 다른 실시예에서, 하나의 청색 발광칩(B4)의 발광면적을 적색 발광칩(R4) 및 녹색 발광칩(G4)의 발광면적보다 4배 이상 크게 하고, 발광면적당 소비전력을 동일하게 하여 필요한 청색광량을 얻을 수도 있다.
이와 다른 실시예에서, 하나의 점광원(505)에 3개 이상의 청색 발광칩(B4)을 포함시키고, 적색 발광칩(R4), 녹색 발광칩(G4) 및 청색 발광칩(B4)의 발광면적당 소비전력을 동일하게 하여 필요한 청색광량을 얻을 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 출사모듈의 평면도이다.
도 6을 참조하면, 광 출사모듈(600)은 복수의 점광원(605)들 및 기판(607)을 포함한다.
광 출사모듈(600)은 점광원(605)을 제외하고는 도 4에 도시된 광 출사모듈(200)과 실질적으로 동일하다. 점광원(605)은 적색 발광칩(R5), 녹색 발광칩(G5) 및 청색 발광칩(B5)을 포함한다. 발광칩들은 광-전기효율 및 발광면적을 제외하고는 도 4에 도시된 점광원(205)과 실질적으로 동일하다.
본 실시예에서, 백색광은 적색광, 녹색광 및 청색광이 대략 x : y : z = 3 : 6 : 1의 비율로 혼색되어 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 각 발광칩은 현재 일반적으로 알려진 광-전기효율을 갖는다. 각 발광칩은 대략 다음과 같은 특성을 갖는다.
상기 적색광의 파장(λ1), 녹색광의 파장(λ2) 및 청색광의 파장(λ3)은 대략 λ1=625(nm), λ2=525(nm) 및 λ3=455(nm)이며, 상기 동일한 조건, 즉 단위 소비전력당 및 단위 발광면적당 적색 발광칩(R5), 녹색 발광칩(G5) 및 청색 발광칩(B5)의 출광량은 대략 L1 = 40(lm), L2 = 45(lm), L3 = 10(lm)일 수 있다.
광의 파장 및 출광량은 적용된 발광칩의 구조 및 패키징 방법에 따라 약간 차이가 있을 수 있다. 1 퍼센트의 오차를 고려하면, λ1 = 619 내지 631(nm), λ2 = 518 내지 530(nm) 및 λ3 = 450.5 내지 460 (nm)일 수 있다. 단위 소비전력당 및 단위 발광면적당 출광량은 대략 L1 = 39.6 내지 40.4(lm), L2 = 44.6 내지 45.4(lm) 및 L3 = 9.9 내지 10.1(lm) 일 수 있다.
x : y : z = 3 : 6 : 1로 두고, 필요 발광면적비를 계산하면, x/L1 : y/L2 : z/L3 = 75 : 133 : 100 임을 알 수 있다. 따라서, 133의 값에 대응하는 녹색 발광칩(G5)이 제한 발광칩이 된다. 따라서, 녹색 발광칩(G5)의 발광면적을 적색 발광칩(R5) 및 녹색 발광칩(G5)보다 약 2배 이상 크게 하여, 녹색광의 필요 혼색광량이 충족될 수 있다. 또한, 적색 발광칩(R5) 및 청색 발광칩(B5)의 발광면적이 필요 이상으로 크지 않게 할 수 있어 광 출사모듈(600)의 전체적인 광이용 효율이 향상된다.
적색 발광칩(R5)은 75의 값에 대응하고, 청색 발광칩(B5)은 100의 값에 대응한다. 따라서, 청색 발광칩(B5)의 발광면적은, 도 6에 도시된 바와 같이, 적색 발광칩(R5)의 발광면적보다 큰 것이 바람직하다.
이와 다른 실시예에서, 적색 발광칩(R5)의 발광면적과 청색 발광칩(B5)의 발광면적이 동일할 수 있다. 이와 또 다른 실시예에서, 청색 발광칩(B5)의 광-전기효율이 더욱 향상된다면 적색 발광칩(R5)의 발광면적은 청색 발광칩(B5)의 발광면적보다 클 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 출사모듈의 평면도이다. 도 8은 도 7에 도시된 광 출사모듈을 I-I' 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 광 출사모듈(800)은 복수의 점광원(805)들 및 기 판(807)을 포함한다.
광 출사모듈(800)은 점광원(805)을 제외하고는 도 4에 도시된 광 출사모듈(200)과 실질적으로 동일하다.
점광원(805)은 적색 발광칩(R7), 녹색 발광칩(G7), 청색 발광칩(B7), 방열체(813), 하우징(815), 보호막(817), 전원입력단자(818) 및 전원출력단자(819)를 포함할 수 있다.
적색 발광칩(R7), 녹색 발광칩(G7) 및 청색 발광칩(B7)은 하나의 하우징(815)에 패키징되어 있다. 적색 발광칩(R7), 녹색 발광칩(G7) 및 청색 발광칩(B7)은 방열체(813) 상에 배치되어 있다. 적색 발광칩(R7), 녹색 발광칩(G7), 청색 발광칩(B7) 및 방열체(813)는 하우징(815)에 수납되어 있다. 보호막(817)은 적색 발광칩(R7), 녹색 발광칩(G7) 및 청색 발광칩(B7)을 커버하여 보호한다. 전원입력단자(818) 및 전원출력단자(819)는 각각 적색 발광칩(R7), 녹색 발광칩(G7) 및 청색 발광칩(B7)에 전기적으로 연결되어 있다. 따라서, 점광원(805)은 3개의 전원입력단자(818) 및 3 개의 전원출력단자(819)를 포함한다.
적색광, 녹색광 및 청색광이 x : y : z의 비율로 혼색되어 백색광이 형성된다. 또한, 단위 소비전력당 및 단위 발광면적당 적색 발광칩(R7), 녹색 발광칩(G7) 및 청색 발광칩(B7)의 출광량은 각각 L1, L2 및 L3이다. 필요 발광면적비 = x/L1 : y/L2 : z/L3의 관계식이 성립된다.
본 실시예에서, z/L3 > x/L1 및 z/L3 > y/L2 의 관계식이 성립된다. 따라서, z/L3에 대응하는 청색 발광칩(B7)이 제한 발광칩이며, 상기 동일한 조건에서는 청 색광의 광량이 부족하다.
따라서, 청색 발광칩(B7)의 발광면적을 적색 발광칩(R7) 및 녹색 발광칩(G7)의 발광면적보다 크게, 예를 들어, 약 2배 내지 5배 크게 하여 청색광의 상기 필요 혼색광량을 충족시킬 수 있다. 적색 발광칩(R7) 및 녹색 발광칩(G7)의 발광면적은 동일하거나 서로 다를 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 출사모듈의 평면도이다.
도 9를 참조하면, 광 출사모듈(900)은 복수의 점광원(905) 및 기판(907)을 포함한다.
광 출사모듈(900)은 점광원(905)을 제외하고는 도 5에 도시된 광 출사모듈(500)과 실질적으로 동일하다.
점광원(905)은 적색 발광칩(R8), 녹색 발광칩(G8) 및 2 개의 청색 발광칩(B8)들을 포함한다.
점광원(905)은 적색 발광칩(R8), 녹색 발광칩(G8) 및 2 개의 청색 발광칩(B8)들이 하나의 하우징에 패키징된 점을 제외하고는 도 5에 도시된 점광원(505)과 실질적으로 동일하다. 적색 발광칩(R8), 녹색 발광칩(G8) 및 2 개의 청색 발광칩(B8)들이 하나의 하우징에 패키징된 구조는 도 8에 도시된 패키징 구조와 실질적으로 동일하다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 출사모듈의 단면도이다.
도 10을 참조하면, 광 출사모듈(1000)은 복수의 점광원(1005)들 및 기판(1007)을 포함한다.
각 점광원(1005)은 적색 발광칩(R9), 녹색 발광칩(G9), 청색 발광칩(B9) 및 보호막(1017)을 포함할 수 있다. 광 출사모듈(1000)은 적색 발광칩(R9), 녹색 발광칩(G9) 및 청색 발광칩(B9)이 하우징에 의해 패키징되지 않고, 기판(1007) 상에 직접 실장된 점을 제외하고는 도 4에 도시된 광 출사모듈(200)과 실질적으로 동일하다.
기판(1007)은 금속층(1051), 절연층(1053) 및 배선(1055)을 포함할 수 있다. 금속층(1051)은 발광칩들로부터 발생된 열을 용이하게 외부로 방출시킨다. 절연층(1053)은 금속층(1051) 상에 형성되어 있으며, 배선(1055)은 전원입력부(1056) 및 전원출력부(1058)를 포함할 수 있다. 배선(1055)은 절연층(1053)에 의해 절연되어 있으며, 전원입력부(1056) 및 전원출력부(1058)는 절연층(1053)의 외부로 노출될 수 있다.
적색 발광칩(R9), 녹색 발광칩(G9) 및 청색 발광칩(B9)은 각각 발광체 및 발광체에 연결된 입력단자 및 출력단자를 포함할 수 있다. 발광체는 상기 적색광 또는 녹색광 또는 청색광을 발광하며, 입력단자 및 출력단자는 솔더링 등의 방식으로 각각 전원입력부(1056) 및 전원출력부(1058)에 연결되어 있다.
본 실시예에서, 도 4에 도시된 광 출사모듈(200)과 같이, 청색 발광칩(B9)이 제한 발광칩이다. 따라서, 상기 동일한 조건에서는 백색광을 얻기 위한 청색광이 부족하다.
도 10에서 청색 발광칩(B9)의 발광면적은 적색 발광칩(R9) 및 녹색 발광칩(G9)의 발광면적보다 크다. 청색 발광칩(B9)의 발광면적은 적색 발광칩(R9) 및 녹색 발광칩(G9)의 발광면적의 약 2배 내지 5배일 수 있다. 적색 발광칩(R9) 및 녹색 발광칩(G9)의 발광면적은 동일하거나 서로 다를 수 있다.
이상에서 상세하게 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 광 출사모듈이 포함하는 적색 발광칩, 녹색 발광칩 및 청색 발광칩은 광-전기효율 및 백색광을 위한 혼색비율에 적합한 발광면적을 갖는다. 따라서, 발광칩이 필요 혼색광량을 얻기 위한 발광면적보다 작거나, 필요 이상으로 큰 발광면적을 갖는 것이 방지된다. 그 결과, 소비전력에 대한 백색광의 출사량으로 정의될 수 있는 광 출사모듈의 광이용 효율이 향상된다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (17)

  1. 제1 색광을 발광하는 제1 발광칩, 제2 색광을 발광하는 제2 발광칩 및 제3 색광을 발광하는 제3 발광칩을 포함하는 복수의 점광원들; 및
    상기 점광원들이 배치되며, 상기 점광원들에 구동전원을 인가하는 기판을 포함하며,
    상기 제1 발광칩, 제2 발광칩 및 제3 발광칩 중 동일한 조건으로는 혼색에 의한 백색광을 얻기 위해 필요한 출광량을 충족시키지 못하는 적어도 하나의 제한 발광칩은 상기 필요한 출광량을 충족시키는 다른 발광칩보다 큰 발광면적을 가져, 상기 필요한 광량을 충족시키는 것을 특징으로 하는 광 출사모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 발광칩, 제2 발광칩 및 제3 발광칩은 단위 소비전력 및 단위 발광면적당 각각 L1, L2 및 L3의 출광량을 갖고, 상기 제1 색광, 제2 색광 및 제3 색광이 x : y : z의 비율로 혼색되어 상기 백색광이 되는 경우,
    상기 제한 발광칩은 x/L1, y/L2, 및 z/L3 중 가장 큰 값에 대응하는 발광칩인 것을 특징으로 하는 광 출사모듈.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 발광칩의 발광면적, 제2 발광칩의 발광면적 및 제3 발광칩의 발광면적의 크기 순서는 상기 x/L1, y/L2 및 z/L3의 크기 순서를 따르는 것을 특징으로 하는 광 출사모듈.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 발광칩의 발광면적 : 상기 제2 발광칩의 발광면적 : 상기 제3 발광칩의 발광면적은 상기 x/L1 : 상기 y/L2 : 상기 z/L3 와 동일한 것을 특징으로 하는 광 출사모듈.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제한 발광칩의 발광면적은 나머지 발광칩들의 발광면적의 2배 내지 5배인 것을 특징으로 하는 광 출사모듈.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 발광칩은 적색광을 출사하는 적색 발광칩을 포함하고, 상기 제2 발광칩은 녹색광을 출사하는 녹색 발광칩을 포함하고, 상기 제3 발광칩은 청색광을 출사하는 청색 발광칩을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 출사모듈.
  7. 제6항에 있어서, 상기 x : y : z = 2.91 내지 3.09 : 5.82 내지 6.18 : 0.97 내지 1.03인 것을 특징으로 하는 광 출사모듈.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제한 발광칩이 상기 청색 발광칩인 것을 특징으로 하는 광 출사모듈.
  9. 제8항에 있어서, 상기 적색광의 파장(λ1), 녹색광의 파장(λ2) 및 청색광의 파장(λ3)은 각각 λ1 = 619 내지 631 나노미터(nm), λ2 = 518 내지 530 나노미터 및 λ3 = 446 내지 455 나노미터이고,
    상기 적색 발광칩, 녹색 발광칩 및 청색 발광칩의 단위 소비전력당 및 단위 발광면적당 출광량은 각각 상기 L1 = 237내지 239 루멘(lumen), 상기 L2 = 541 내지 546 루멘 및 상기 L3 = 19.8 내지 20 루멘인 것을 특징으로 하는 광 출사모듈.
  10. 제8항에 있어서, 상기 청색 발광칩의 발광면적은 상기 적색 발광칩의 발광면적 또는 녹색 발광칩의 발광면적보다 2배 내지 5배인 것을 특징으로 하는 광 출사모듈.
  11. 제10항에 있어서, 상기 적색 발광칩의 발광면적 및 녹색 발광칩의 발광면적은 동일하거나 서로 다른 것을 특징으로 하는 광 출사모듈.
  12. 제8항에 있어서, 상기 점광원은 복수의 상기 청색 발광칩들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 출사모듈.
  13. 제12항에 있어서, 상기 점광원은 2 개의 상기 청색 발광칩들을 포함하며, 각 상기 청색 발광칩은 상기 적색 발광칩 및 녹색 발광칩과 동일한 발광면적을 갖는 것을 특징으로 하는 광 출사모듈.
  14. 제7항에 있어서, 상기 제한 발광칩이 상기 녹색 발광칩인 것을 특징으로 하는 광 출사모듈.
  15. 제14항에 있어서, 상기 적색광의 파장(λ1), 녹색광의 파장(λ2) 및 청색광의 파장(λ3)은 각각 λ1 = 619 내지 631 나노미터, λ2 = 518 내지 530 나노미터 및 λ3 = 450.5 내지 460 나노미터이고,
    상기 적색 발광칩, 녹색 발광칩 및 청색 발광칩의 단위 소비전력당 및 단위 발광면적당 출광량은 각각 상기 L1 = 39.6 내지 40.4 루멘, 상기 L2 = 44.6 내지 45.4 루멘 및 상기 L3 = 9.9 내지 10.1 루멘인 것을 특징으로 하는 광 출사모듈.
  16. 제14항에 있어서, 상기 녹색 발광칩의 발광면적은 상기 적색 발광칩의 발광면적 및 청색 발광칩의 발광면적의 2배 내지 5배인 것을 특징으로 하는 광 출사모듈.
  17. 제16항에 있어서, 상기 적색 발광칩의 발광면적 및 청색 발광칩의 발광면적은 동일하거나 서로 다른 것을 특징으로 하는 광 출사모듈.
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