KR20110014133A - 광전 모듈 및 광전 장치 - Google Patents

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Abstract

광전 모듈(1)이 기술되며, 이때 복수 개의 발광다이오드칩(2)은 캐리어(3)상에 배치된다. 발광다이오드칩(2)상에 투명한 실장 안착물(4)이 설치되고, 실장 안착물은 광학 부재(5)의 배치를 위한 역할을 한다. 이를 위해, 실장 안착물(4)의 상측에 구조화부(63)가 형성되고, 광학 부재(5)의 보완적 구조화부가 상기 상기 구조화부에 맞춰질 수 있다. 또한, 실장 안착물(4) 및 광학 부재(5)를 포함한 광전 장치(8)가 기술된다. 예를 들면, 상기와 같은 장치(8)는 자동차 전조등의 구성 요소이다.

Description

광전 모듈 및 광전 장치{OPTOELECTRONIC MODULE AND OPTOELECTRONIC ARRANGEMENT}
예를 들면 자동차 전조등과 같은 프로젝션 장치를 위해 고휘도 및 양호한 소정의 방출 특성을 가진 광원이 필요하다. 발광다이오드들로 구성된 결합물이 사용됨으로써, 고휘도가 얻어질 수 있다. 광학 부재를 이용하면, 광이 집속되고 원하는 입체각 영역으로 유도될 수 있다. 원하는 방출 특성을 얻기 위해, 광학 부재를 가능한 한 발광다이오드와 관련하여 정확하게 배치하고 실장하는 것이 필요하다.
문헌 DE 10 2004 036157 A1, DE 10 2005 020908 A1에는 광학 부재를 포함한 광전 소자가 기술되어 있다.
본 발명의 과제는 광학 부재가 가능한 한 간단히 배치되는 광전 모듈을 제공하는 것이다.
캐리어상에 배치된 적어도 하나의 발광다이오드칩을 포함하는 광전 모듈이 기술된다.
바람직한 실시예에서, 복수 개의 발광다이오드칩은 캐리어상에 배치된다. 이하, 복수 개의 발광다이오드칩을 포함한 광전 모듈이 기술된다. 그러나, 1개의 발광다이오드칩만을 포함하는 광전 모듈이 포함될 수 있다.
예를 들면, 발광다이오드칩은 도체판상에 배치된 표면 실장형 소자로서 형성된다.
캐리어상에서 실장 안착물은 발광다이오드칩에 대해 상대적인 원하는 위치에 고정된다. 바람직하게는, 실장 안착물은 발광 다이오드칩을 적어도 부분적으로 덮는다.
일 실시예에서, 실장 안착물은, 적어도, 가시광의 스펙트럼 영역으로부터의 전자기 복사가 투사(irradiation)되는 영역에서 투과성이다. 이때, 투사 영역이란, 발광 다이오드칩에서 생성된 광이 방출될 때 그 대부분이 통과하는 실장 안착물 영역을 가리킨다. 대부분이란 예를 들면 방출된 광의 적어도 80%, 바람직하게는 적어도 90%이다. 예를 들면, 실장 안착물은 유리와 같은 복사 투과성 물질, 알루미늄질화물 또는 알루미늄산화물과 같이 복사 투과성이면서 특히 투명한 세라믹, 또는 복사 투과성이면서 특히 투명한 플라스틱을 포함한다. 실장 안착물은 이와 같은 복사 투과성 물질로 구성될 수 있다.
다른 실시예에서, 실장 안착물은 광 방출을 위한 개구부를 포함하고, 상기 개구부는 투사 영역에 배치되는 것이 바람직하다. 이 경우, 실장 안착물은 복사 불투과성인 물질, 예를 들면 금속으로 구성될 수 있다.
바람직하게는, 실장 안착물은 열 전도도가 큰 물질을 포함한다. 이를 통해, 발광다이오드칩은 양호하게 냉각될 수 있다.
실장 안착물은 그 상측이 구조화되고, 상기 구조화에 의해 광학 부재를 바람직하게는 발광 다이오드칩의 방출 영역에 배치할 수 있다.
또한, 광학 부재의 하측도 구조화되고, 상기 구조화는 실장 안착물의 구조화에 대해 적어도 일부분에서 보완적으로 형성된다. 광학 부재는 실장을 위해 실장 안착물상에 안착되어, 광학 부재의 구조화부가 실장 안착물의 보완적인 구조화부에 맞춰진다. 이를 통해, 광학 부재는 정학하게 실장 안착물과 관련하여 배치된다. 실장 안착물은 다시 정확하게 발광다이오드칩과 관련하여 배치되므로, 광학 부재는 정확하게 발광다이오드칩과 관련하여 배치된다.
실장 안착물을 이용하면, 광학 부재를 정확하고 기술적으로 간단하게 배치할 수 있다. 특히, 광전 모듈은 고객에게 공급하는 방식에 따라 간단하게, 차후에 원하는 광학 부재를 구비할 수 있다.
일 변형예에서, 구조화는, 실장 안착물과 관련한 광학 부재의 위치가 회전축을 중심으로 한 회전을 제외하고 확정되도록 이루어진다. 이 경우, 구조화는 예를 들면 회전 대칭을 포함한다.
다른 변형예에서, 실장 안착물의 구조화는 광학 부재의 위치 및 특히 회전축과 관련한 상기 광학 부재의 배향을 명확하게 확정된다.
광전 모듈의 실시예에서, 광학 부재는 실장 안착물에 고정된다.
광학 부재는 예를 들면 접착제를 이용하여 실장 안착물에 고정될 수 있다. 바람직하게는, 접착제는 투명하고 광학 부재의 굴절률 및 실장 안착물의 굴절률에 맞춰진 굴절률을 가진다. 이는 특히, 실장 안착물이 투사 영역에서 광학 부재와 연결되는 경우에 중요하다.
다른 실시예에서, 광학 부재는 실장 안착물이 아니라 예를 들면 캐리어에 고정된다. 이 경우, 실장 안착물은 위치 보조부로서의 기능과 관련하여 이상적으로 형성될 수 있는데, 상기 실장 안착물이 더 이상 광학 부재의 고정을 위해 적합해야 할 필요가 없기 때문이다.
실장 안착물의 상측은 다양한 방식으로 구조화될 수 있다. 예를 들면, 실장 안착물의 상측에 돌출부가 위치한다.
바람직하게는, 적합한 광학 부재는 상기 돌출부에 대해 보완적으로 형성되는 함몰부를 포함한다. 광학 부재의 배치를 위해, 광학 부재는 간단한 방식으로 실장 안착물상에 꽂히고, 돌출부가 함몰부안에 맞춰진다.
예를 들면, 실장 안착물의 돌출부는 스터드형(stud-shaped)으로 형성된다.
바람직하게는, 광학 부재에 틈새가 위치하고, 상기 틈새는 실장 안착물의 스터드에 대애 보완적으로 배치 및 형성된다. 광학 부재는 실장 안착물상에 안착될 수 있어서, 스터드와 틈새 사이의 플러그 결합이 제공된다. 이러한 방식으로, 광학 부재는 정확하게 래터럴(lateral)로 발광다이오드칩과 관련하여 배치될 수 있다.
돌출부는 예를 들면 원형 또는 직사각형 횡단면을 포함한다. 돌출부는 브리지형으로 형성될 수 있거나 십자형 횡단면을 포함할 수 있다.
실장 안착물의 다른 실시예에서, 실장 안착물의 상측에 함몰부가 삽입된다. 예를 들면, 함몰부는 틈새형으로 형성된다. 적합한 광학 부재는 그 하측에서 스터드형 돌출부를 포함한다. 실장 안착물의 구조화 및 광학 부재의 구조화는 함몰부 및 돌출부의 조합으로 구성될 수 있다.
다른 실시예에서, 함몰부는 실장 안착물을 관통하여 안내되고, 개구부를 형성한다. 바람직하게는, 개구부는 실장 안착물의 투사 영역에 위치하여, 발광다이오드칩에서 생성된 광이 상기 개구부를 통해 방출될 수 있다.
다른 실시예에서, 실장 안착물의 구조화는 평탄부(plateau)를 포함한다. 평탄부란 개념은 주변에 비해 돌출되거나 함몰되어 있으며 실장 안착물의 상측의 대부분을 수용하는 평편한 면을 가리킨다. 예를 들면, 평탄부는 실장 안착물의 상측의 면의 1/3을 수용한다. 바람직하게는, 평탄부는 실장 안착물의 투사 영역에 형성된다.
바람직하게는, 광학 부재도 마찬가지로, 실장 안착물의 평탄부에 보완적으로 형성되는 평탄부를 포함한다.
또한, 광전 장치도 기술되며, 상기 광전 장치는 실장 안착물 및 광학 부재를 구비한 광전 모듈을 포함한다. 광학 부재는 실장 안착물의 구조화부에 맞춰지고, 발광다이오드칩과 관련하여 배치된다.
바람직한 실시예에서, 광학 부재와 실장 안착물 사이에서 형상 맞춤 접촉이 있다.
예를 들면, 실장 안착물의 돌출 평탄부와 그에 보완적으로 형성된 광학 부재의 함몰 평탄부사이의 형상 맞춤 접촉이 이루어진다.
이에 대해 대안적으로, 광학 부재와 실장 안착물간의 형상 맞춤 접촉은 평탄부 영역의 외부에 형성될 수 있다. 예를 들면, 광학 부재는 평탄부 영역의 외부 영역에서 실장 안착물 또는 캐리어에 고정된다.
형상 맞춤 접촉에 의해, 실장 안착물과 광학 부재간의 경계면에서 광의 반사가 가능한 한 낮게 유지되어야 한다. 일 실시예에서, 실장 안착물은 형상 맞춤 접촉의 영역에서 광학 부재와 고정식으로 결합된다. 예를 들면, 이를 위해 투명 접착제가 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 포개어져 배치된 실장 안착물의 영역과 광학 부재 영역들 사이에 간극, 예를 들면 공기갭이 위치한다.
예를 들면, 이와 같은 갭은 실장 안착물의 투사 영역에 제공될 수 있다. 이 경우, 광학 부재는 투사 영역의 외부에 위치한 영역에서 실장 안착물에 고정되는 것이 바람직하다. 이때의 이점은, 방출된 광에 대해 투명하지 않은 물질이 소자들의 결합을 위해 사용될 수 있다는 것이다.
실장 안착물의 구조화는 예를 들면 식각, 모래 분사 또는 밀링(milling)에 의해 삽입된다.
바람직한 실시예에서, 구조화는 실장 안착물이 캐리어에 고정되기 전에 삽입된다. 이때의 이점은, 광전 모듈의 손상 위험 없이 가공이 수행될 수 있다는 것이다. 이를 통해, 실장 안착물은 캐리어에 고정되어, 상기 실장 안착물이 적합한 방식으로 발광다이오드칩과 관련하여 배치된다.
바람직하게는, 실장 안착물의 하측에 리세스가 형성되고, 상기 리세스는 발광다이오드칩을 수용하는 역할을 한다.
마찬가지로, 이러한 리세스는 식각, 모래분사 또는 밀링에 의해 삽입될 수 있다.
상기 실시예의 이점은, 실장 안착물이 발광다이오드칩상에 직접 실장될 수 있고, 이때 예를 들면 간격 유지체와 같은 다른 결합 부재가 필요하지 않다는 것이다.
기술된 광전 모듈은 예를 들면 투광기의 광원으로서, 예를 들면 자동차 전조등의 광원으로서 또는 프로젝션 시스템 또는 디스플레이 시스템의 광원으로 사용될 수 있다.
이하, 광전 모듈 및 그 유리한 형성예는 개략적이고 축척에 맞지 않은 도면에 의거하여 설명된다.
도 1은 캐리어상에 도포된 실장 안착물의 경사 평면도이다.
도 2a는 실장 안착물을 포함한 광전 모듈의 개략적 단면도이다.
도 2b는 실장 안착물을 포함한 광전 모듈의 경사 평면도이다.
도 3a는 광학 부재가 안착되고 실장 안착물을 포함한 광전 모듈의 개략적 단면도이다.
도 3b는 광학 부재가 안착되고 실장 안착물을 포함한 광전 모듈의 개략적 단면도이다.
도 4는 광학 부재가 안착되고 실장 안착물을 포함한 광전 모듈을 위한 다른 실시예의 개략적 단면도이다.
도 5a 내지 5d는 다양한 구조화부를 포함한 실장 안착물의 개략적 평면도이다.
도 1에서 복수 개의 발광다이오드칩(2)이 배치된 캐리어(3)를 확인할 수 있다. 발광다이오드칩(2)은 도전로(31)를 이용하여 전기 접촉될 수 있다. 캐리어(3)는 예를 들면 세라믹 또는 임의의 다른 적합한 물질로 구성된다.
캐리어(3)상에 투명한 실장 안착물(4)이 도포된다. 실장 안착물은 하측에서 리세스(41)를 포함하고, 상기 리세스에 발광다이오드칩(2)이 수용될 수 있다. 실장 안착물(4)은 2개의 대향된 측면에서 외부를 향하여 개구되어 있어서, 주변과의 공기 교환이 시작될 수 있다. 그러나, 실장 안착물(4)은 발광다이오드칩(2)이 완전히 봉지되고 공기 교환이 시작될 수 없도록 형성될 수도 있다. 이때의 이점은, 발광 다이오드칩(2)이 외부 영향에 대해 더욱 양호하게 보호된다는 것이다. 실장 안착물(4)은 예를 들면 캐리어(3)상에 접착된다.
도 2a는 실장 안착물(4)이 안착된 광전 모듈(1)의 개략적 단면도이다. 이 실시예에서, 실장 안착물(4)은 발광다이오드칩(2)을 완전히 덮는다. 이를 통해, 발광다이오드칩(2)은 기계적 손상으로부터 보호된다.
도 2b는 캐리어(3)상에 고정된 실장 안착물(4)을 포함한 광전 모듈(1)의 개략적 경사 평면도이다. 광전 모듈(4)은 평탄부(63)를 구비한 원형 돌출부(61)를 포함하고, 상기 돌출부상에는 그에 대응되는 함몰부를 가진 광학 부재가 꽂힐 수 있다. 이러한 실시예에서, 발광다이오드칩(2)은 실장 안착물(4) 및 캐리어(3)로부터 완전히 둘러싸여, 외부 영향으로부터 보호된다.
도 3a는 광학 부개(5)가 도포된 실장 안착물(4)을 포함한 광전 모듈(1)을 도시한다. 실장 안착물(4)은 평탄형 돌출부(61)를 포함한다. 이에 대해 보완적으로, 광학 부재(5)의 하측에 그에 대응되는 함몰부(62)가 형성된다. 광학 부재(5)는 실장 안착물(4)과 고정식으로 결합되어야 하므로, 예를 들면 광학 부재(5) 및 실장 안착물(4)의 평탄형 영역(62, 63)상에 투명 접착제가 도포된다. 평탄형 영역(63)은 실장 안착물의 투사 영역에 배치되므로, 바람직하게는 투명 접착제가 사용된다.
도 3b는 광학 부재(5)가 고정된 광전 모듈(1)을 도시한다. 광학 부재(5)는 실장 안착물(4)상에 안착되어, 돌출부(61)가 보완적인 함몰부(62)에 맞춰진다. 평탄부(63)의 영역에서 실장 안착물(4)과 광학 부재(5)간의 형상 맞춤 접촉이 이루어진다. 이 실시예에서, 광학 부재(5)는 평탄부 영역(63)에서 실장 안착물(4)과 고정식으로 결합되고, 예를 들면 투명 접착제를 이용한다.
도 4는 실장 안착물(4) 및 그에 고정된 광학 부재(5)를 포함한 광전 모듈(1)을 도시한다. 광전 모듈(1)은 도 3b의 광전 모듈(1)에 따라 형성되나, 다른 광학 부재(5)가 장착된다. 광학 부재(5)의 하측은 평탄부(63)의 영역에서 광학 부재(5)와 실장 안착물(4)간의 간극(7)이 있도록 구조화된다. 광학 부재(5)와 실장 안착물(4)사이의 형상 맞춤 접촉은 평탄부(63)의 외부에 위치한 실장 안착물(4)의 영역에서 이루어진다. 예를 들면, 광학 부재(5)는 형상 맞춤 접촉의 영역에서 접착제를 이용하여 실장 안착물(4)과 고정식으로 결합된다.
도 5a 내지 5d에는 실장 안착물(4)의 구조화를 위한 다양한 가능성이 도시되어 있다. 해칭 영역은 비해칭 영역에 비해 각각 함몰되어 있다.
도 5a에 도시된 실장 안착물(4)은 평탄부(63)를 구비한 원형 돌출부(61)를 포함한다. 바람직하게는, 광학 부재는 보완적 함몰부를 포함하고, 예를 들면 도 3b 및 도 4에 도시된 바와 같이 실장 안착물(4)상에 안착한다. 돌출부(61)는 평탄부(63)에 대해 수직인 회전축과 관련하여 회전 대칭으로 형성된다. 이러한 회전 대칭에 의해, 광학 부재(4)의 위치는 상기 회전축을 중심으로 한 회전을 제외하고 확정된다. 회전 대칭 구조화는, 특히, 광학 부재(4)가 마찬가지로 회전 대칭으로 형성된 경우에 중요하다. 이 경우, 회전축을 중심으로 한 광학 부재(4)의 회전은 발광다이오드칩(2)과 관련한 광학 부재(4)의 정렬에 아무런 영향을 미치지 못한다.
도 5b에는 직사각형 횡단면의 돌출부(61)를 구비한 실장 안착물(4)이 도시되어 있다. 이를 위해 적합한 광학 부재는 보완적인 함몰부를 포함한다. 직사각형 돌출부(61)가 평탄부(63)에 대해 수직인 회전축과 관련하여 180°만큼의 회전하면 본래 위치에 옮겨질 수 있으므로, 광학 부재의 배치는 상기 회전축을 중심으로 하는 180°의 회전을 제외하고 확정된다.
도 5c에 도시된 실장 안착물(4)에서, 함몰부(62)는 원형 틈새의 형태로 형성된다. 바람직하게는, 광학 부재는 보완적으로 배치된 스터드를 포함하고, 상기 스터드는 틈새(62)안으로 삽입될 수 있다. 여기서도, 스터드형 함몰부(62)의 형태를 가진 구조화는 회전축과 관련하여 180°의 회전에 의해 서로 상대방의 위치에 옮겨질 수 있다. 따라서, 이 경우에도 적합한 광학 부재(5)가 2개의 서로 다른 방식으로 실장 안착물(4)상에 안착될 수 있다.
도 5d에 도시된 실장 안착물(4)의 경우, 원형의 길쭉한 틈새(62)가 형성된다. 이러한 구조화는 0°보다 크고 360°보다 작은 각도만큼의 회전에 의해 본래 위치에 옮겨질 수 없다. 따라서, 광학 부재(5)의 위치는 명료하게 확정된다.
대안적 실시예에서, 도 5a 내지 5d에 도시된 해칭 영역은 돌출부를, 해칭되지 않은 영역은 함몰부이다.
본 발명은 실시예에 의거한 설명에 의하여 상기 실시예에 한정되지 않고, 각 새로운 특징 및 특징들의 각 조합을 포함한다. 이는, 특히, 특허 청구 범위에서의 특징들의 각 조합을 포함하고, 비록 이러한 특징 또는 이러한 조합이 그 자체로 명백하게 특허 청구 범위 또는 실시예에 기술되지 않더라도 그러하다.
본 특허 출원은 독일 특허 출원 10 2008 025921.7 및 10 2008 039147.6의 우선권을 청구하고, 그 공개 내용은 참조로 포함된다.

Claims (15)

  1. 캐리어(3)상에 배치된 적어도 하나의 발광다이오드칩(2); 및
    상기 캐리어(3)에 고정되며 상기 발광다이오드칩(2)을 적어도 부분적으로 덮는 실장 안착물(4)
    을 포함하고,
    이때 상기 실장 안착물(4)은 상기 실장 안착물의 상측에서 구조화부(6)를 포함하고, 상기 구조화부에 의해 광학 부재(5)가 배치될 수 있는 것을 특징으로 하는 광전 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 실장 안착물(4)의 하측에는 상기 발광다이오드칩(2)의 수용을 위한 리세스(41)가 형성되는 것을 특징으로 하는 광전 모듈.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 실장 안착물(4)은 상기 발광다이오드칩(2)을 완전히 덮는 것을 특징으로 하는 광전 모듈.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실장 안착물(4)은 상기 발광다이오드칩(2)을 완전히 덮고, 측면에서도 완전히 둘러싸는 것을 특징으로 하는 광전 모듈.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실장 안착물(4)의 상측에 적어도 하나의 돌출부(61), 특히 스터드형 돌출부가 형성되는 것을 특징으로 하는 광전 모듈.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실장 안착물(4)의 상측에 함몰부(62), 특히 틈새형 함몰부가 형성되는 것을 특징으로 하는 광전 모듈.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실장 안착물(4)의 상측에 개구부가 위치하는 것을 특징으로 하는 광전 모듈.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조화부(61)는 평탄부(63)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 모듈.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 평탄부(63)는 상기 실장 안착물(4)의 투사 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 광전 모듈.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실장 안착물(4)과 적어도 하나의 발광 다이오드칩(2)간의 간극은 가스, 특히 공기로 채워지는 것을 특징으로 하는 광전 모듈.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 따른 광전 모듈; 및
    실장 안착물(4)상에 안착된 광학 부재(5)
    를 포함하고,
    상기 광학 부재(5)는 상기 실장 안착물(4)의 구조화부(6)에 적어도 부분적으로 맞춰진 구조화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 실장 안착물(4)과 상기 광학 부재(5) 사이에서 상기 실장 안착물(4)의 투사 영역에는 면형 접촉이 형성되는 것을 특징으로 하는 광전 장치.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 실장 안착물(4)과 상기 광학 부재(5) 사이에서 투사 영역에는 간극이 위치하는 것을 특징으로 하는 광전 장치.
  14. 청구항 11 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 부재(5)는 상기 실장 안착물(4)에 고정되는 것을 특징으로 하는 광전 장치.
  15. 청구항 11 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 부재(5)는 캐리어(3)에 고정되는 것을 특징으로 하는 광전 장치.
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