KR20120045638A - 발광 모듈 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20120045638A
KR20120045638A KR1020100107296A KR20100107296A KR20120045638A KR 20120045638 A KR20120045638 A KR 20120045638A KR 1020100107296 A KR1020100107296 A KR 1020100107296A KR 20100107296 A KR20100107296 A KR 20100107296A KR 20120045638 A KR20120045638 A KR 20120045638A
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Abstract

본 발명은 발광 모듈에 대한 것으로, 상기 발광 모듈은 복수의 발광소자 패키지를 지지하는 회로기판; 상기 회로기판 위에 배치되며, 제1 랭크의 광을 발광하는 제1 발광소자 패키지; 상기 제1 랭크와 혼합되어 타겟 색도를 생성하는 제2 랭크의 광을 발광하는 제2 발광소자 패키지; 및 상기 제1 발광소자 패키지 및 상기 제2 발광소자 패키지 사이에 배치되며, 상기 제1 랭크와 상기 제2 랭크 사이의 제3 랭크의 광을 발광하는 제3 발광소자 패키지를 포함한다. 따라서, 복수의 발광소자 패키지가 서로 다른 랭크를 가질 때, 타겟 색도가 포함되는 랭크 이외의 발광소자 패키지를 서로 조합하여 상기 타겟 색도를 형성함으로써 발광소자 패키지의 사용 수율을 개선시켜 줄 수 있다.

Description

발광 모듈 및 그 제조방법{LIGHT EMITTING MODULE AND FABRICATION METHOD THEREOF}
실시예는 발광 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)는 GaAs 계열, AlGaAs 계열, GaN 계열, InGaN 계열 및 InGaAlP 계열 등의 화합물 반도체 재료를 이용하여 발광 원을 구성할 수 있다.
이러한 발광 다이오드는 패키지화되어 다양한 색을 방출하는 발광 장치로 이용되고 있으며, 발광 장치는 칼라를 표시하는 점등 표시기, 문자 표시기 및 영상 표시기 등의 다양한 분야에 광원으로 사용되고 있다.
실시예는 복수개의 발광소자 패키지가 멀티 색도 랭크를 갖는 발광 모듈 및 그 제조방법을 제공한다.
실시예는 멀티 색도 랭크를 갖는 복수개의 발광소자 패키지를 이용하여 타켓 색도의 범위 내로 배치하는 발광 모듈 및 그 제조방법을 제공한다.
실시예는 복수의 발광소자 패키지를 지지하는 회로기판; 상기 회로기판 위에 배치되며, 제1 랭크의 광을 발광하는 제1 발광소자 패키지; 상기 제1 랭크와 혼합되어 타겟 색도를 생성하는 제2 랭크의 광을 발광하는 제2 발광소자 패키지; 및 상기 제1 발광소자 패키지 및 상기 제2 발광소자 패키지 사이에 배치되며, 상기 제1 랭크와 상기 제2 랭크 사이의 제3 랭크의 광을 발광하는 제3 발광소자 패키지를 포함한다.
한편 실시예는 발광소자 패키지의 광 특성을 CIE Lxy 색 공간의 산포로 생성하는 단계; 상기 CIE Lxy 공간에서 상기 산포를 세분화한 랭크별 색차 범위를 설정하여 다수개의 랭크를 구성하는 단계; 상기 랭크 중 타켓 색도에 근접한 랭크 조합을 선택하여 상기 조합된 랭크의 제1 발광소자 패키지 및 제2 발광소자 패키지를 선택하는 단계; 상기 제1 발광소자 패키지 및 제2 발광소자 패키지의 색좌표 차를 연산하는 단계; 상기 색좌표가 0.01 이상이면 상기 제1 발광소자 패키지와 상기 제2 발광소자패키지 사이의 색좌표를 가지는 제3 발광소자 패키지를 선택하는 단계; 그리고 상기 제3 발광소자 패키지를 상기 제1 발광소자 패키지와 상기 제2 발광소자 패키지 사이에 배치하는 단계를 포함한다.
실시예는 복수의 발광소자 패키지가 서로 다른 랭크를 가질 때, 타겟 색도가 포함되는 랭크 이외의 발광소자 패키지를 서로 조합하여 상기 타겟 색도를 형성함으로써 발광소자 패키지의 사용 수율을 개선시켜 줄 수 있다. 한편, 조합된 복수의 발광소자 패키지의 색도차와 광도차를 제한하며, 상기 발광소자 패키지 사이의 거리를 제어하여 복수의 발광소자 패키지의 조합으로 타겟 색도가 생성될 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도1의 발광 모듈을 Ⅰ-Ⅰ'으로 절단한 단면도이다.
도 3은 도 2의 발광 모듈의 확대 단면도이다.
도 4는 실시예에 따른 발광소자 패키지의 랭크를 나타내는 xy색도도이다.
도 5는 도 1의 발광 모듈의 다른 배치를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 발광 모듈의 제1 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 7은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 밝기 레벨에 따른 랭크를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 발광 모듈의 제2 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 9는 제2 실시예에 따른 발광 모듈을 나타내는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 발광 모듈이 적용된 백라이트 유닛의 분해사시도이다.
도 11은 본 발명의 발광 모듈이 적용된 조명 장치의 사시도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 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 실시예에 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.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
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.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광 모듈을 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 발광 모듈을 Ⅰ-Ⅰ'으로 절단한 단면도이며, 도 3은 도 2의 발광 모듈의 확대 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 발광모듈(300)은 회로기판(200) 및 상기 회로기판(200) 위에 발광소자 패키지(100)를 포함한다.
상기 발광모듈(300)은 회로기판(200) 위에 복수의 발광소자 패키지(100)가 소정 간격으로 배열된 구조로서, 상기 복수의 발광소자 패키지(100)는 1열 또는 그 이상의 열로 배열될 수 있으며, 서로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 이러한 기술적 특징은 실시예의 기술적 범위 내에서 변경될 수 있다.
상기 회로기판(200)은 지지 플레이트(210), 복수의 절연층(220, 230) 및 회로 패턴과 연결되어 있는 복수의 단자(232,234)를 포함한다.
상기 회로기판(200)의 지지 플레이트(210)는 상기 회로기판(200)의 베이스로서, 방열 플레이트로 기능할 수 있으며, 열전도성이 높은 구리, 알루미늄, 은, 또는 금을 포함하는 합금으로 형성될 수 있다.
상기 지지 플레이트(210)는 두께를 1mm ± 0.5mm 정도로 형성될 수 있으며, 이러한 두께로 한정하지는 않는다.
상기 지지 플레이트(210) 위에 상기 지지 플레이트(210)와 상기 회로 패턴을 절연하기 위한 제1 절연층(220)이 형성되어 있다.
상기 제1 절연층(220)은 에폭시계 또는 폴리 이미드계 수지를 포함하며, 내부에 고형 성분, 예를 들어, 필러 또는 유리 섬유 등이 분산되어 있을 수 있다.
상기 제1 절연층(220) 위에 회로 패턴(도시하지 않음)이 형성되어 있으며, 상기 회로 패턴의 일부는 발광소자 패키지(100)와 접촉하는 전극단자(232, 234)를 형성한다.
상기 제1 절연층(220) 위에 상기 회로 패턴을 매립하며, 상기 전극단자(232, 234)를 개방하는 제2 절연층(230)이 형성되어 있다. 상기 제2 절연층(230)은 솔더 레지스트로 형성될 수 있다.
상기 제1 절연층(220)은 인접한 두 층 사이를 접착시켜 주는 접착 부재로 기능할 수 있다. 또한, 상기 각 층과 각 층 사이에는 접착제를 이용하여 접착시켜 줄 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 또한, 상기 회로 패턴에는 압착 성형 공정에 의해 상기 제1 절연층(220)의 물질이 전극단자(232,234) 주위에 형성될 수 있다.
실시예는 설명의 편의를 위해 1층의 회로 패턴과 2층의 절연층(220, 230)을 배치한 구조이나, 이러한 적층 구조로 한정하지는 않는다. 또한 상기 회로 패턴 두께는 20~50um 사이이며, 제1 절연층(220)의 두께는 80~120um 정도로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 회로 패턴은 제1 절연층(220)과 부착되어 있는 동박층을 식각하여 형성할 수 있으며, 이와 달리 Cu, Al, Ti, Mg 중 선택되는 물질의 합금을 이용하여 식각 또는 도금으로 형성될 수 있다. 상기 회로 패턴은 바람직하게 Cu를 이용하여 구현할 수 있으며, 상기 Cu의 표면에는 다른 물질이 더 코팅될 수 있고 실시예의 기술적 범위 내에서 변경될 수 있다.
상기 발광소자 패키지(100)와 선택적으로 연결되는 전극단자(232,234)는 내부 회로 패턴에 따라 선택적인 회로로 구성될 수 있다.
상기 전극단자(232,234)는 극성이 다른 제1 전극단자(232) 및 제2 전극단자(234)로 구분될 수 있으며, 상기 제1 전극단자(232)는 하나 또는 복수로 이루어지고, 상기 제2 전극단자(234)는 하나 또는 복수로 이루어질 수 있다. 상기 제1 전극단자(232) 및 상기 제2 전극단자(234)는 서로 이격되며, 그 간격은 상기 발광소자 패키지(100)의 길이(한 변의 폭) 내에 배치될 수 있다.
한편, 상기 발광소자 패키지(100)는 몸체부(110)와, 상기 몸체부(110)에 설치된 제1 리드전극(111), 제2 리드전극(113) 및 상기 몸체부(110)에 설치되어 상기 제1 리드전극(111) 및 제2 리드전극(113)과 전기적으로 연결되는 발광소자(130)와, 상기 발광소자(130)를 포위하는 몰딩 부재(155)를 포함한다.
상기 몸체부(110)는 상부에 반사컵 내측의 캐비티(150) 영역을 구비하고, 그 바닥면에 제1, 제2 리드 전극(111, 113)의 일단이 배치되고, 상기 발광소자(130)와 몰딩 부재(155)를 배치한 구조이다.
상기 제1 리드전극(111) 및 제2 리드전극(113)은 서로 이격되어 있으며, 제1 리드전극(111)은 상기 제2 리드전극(113)보다 넓은 면적을 가지며, 상기 제1 리드전극(111) 위에 상기 발광소자(130)이 부착되어 있다.
상기 몸체부(110)는 실리콘 재료, 세라믹 재료, 수지 재료 중에서 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 예컨대, 실리콘(silicon), 실리콘 카바이드(silicon carbide : SiC), 질화 알루미늄(aluminum nitride ; AlN), 폴리프탈아마이드(poly phthal amide : PPA), 고분자액정(Liquid Crystal Polymer : LCP) 중 적어도 한 재질로 이루어질 수 있으며, 이에 한정하지는 않는다. 또한 상기 패키지 몸체(110)는 적어도 하나의 기판을 이용한 구조물로 형성될 수 있으며, 이러한 패키지 몸체(110)의 형상이나 구조물에 대해 한정하지는 않는다.
상기 몸체부(110)의 상부에는 컵 형상의 개구부를 갖는 캐비티(150)가 형성된다. 상기 캐비티(150)의 표면은 다각형으로 형성될 수 있으며, 이러한 형상은 변경될 수 있다.
상기 캐비티(150)의 측면은 외측으로 경사지게 형성될 수 있으며, 상기 측면을 통해 입사되는 광을 개구 방향으로 반사시켜 준다.
상기 제1 리드전극(111), 제2 리드전극(113)은 리드 프레임 또는 도금층으로 구현될 수 있으며 전기적으로 서로 분리되고, 상기 발광소자(130)에 전원을 제공한다. 또한, 상기 제1 리드전극(111) 및 제2 리드전극(113)은 상기 발광소자(130)에서 발생된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 발광소자(130)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 역할을 할 수도 있다.
상기 제1 리드전극(111) 및 상기 제2 리드전극(113)의 일부는 상기 몸체부(110)의 하부에 배치되며, 상기 제1 리드전극(111)은 상기 회로기판(200)의 제1 전극단자(232) 위에 본딩되고, 상기 제2 리드전극(113)은 상기 회로기판(200)의 제2 전극단자(234)에 본딩된다.
상기 발광소자(130)는 상기 몸체부(110)의 제1 리드전극(111) 위에 설치되며, 상면이 와이어(131)를 통해 상기 제2 리드전극(113)과 전기적으로 연결될 수 있다.
즉, 상기 발광소자(130)는 수직형 발광소자로서, 하면이 제1 리드전극(111)과 전기적으로 연결되어 있고, 상면의 전극이 제2 리드전극(113)과 와이어(131)를 통해 전기적으로 연결되어 있다.
상기 발광소자(130)는 와이어 방식뿐만 아니라, 다이 본딩 방식, 플립 칩 본딩 방식 등을 선택적으로 이용하여 연결할 수 있으며, 이러한 연결 방식에 대해 한정하지는 않는다.
상기 몰딩부재(155)는 실리콘 또는 에폭시로 구현될 수 있으며, 상기 발광소자(130)를 포위하여 상기 발광소자(130)를 보호할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(155)에는 형광체가 포함되어 상기 발광소자(130)에서 방출된 광에 따라 빛을 발광함으로써 발광소자(130)로부터의 광과 형광체로부터의 여기광이 혼합되어 상기 발광소자 패키지(300)의 발광 색을 결정한다.
이때, 상기 발광소자 패키지(100)는 수용하는 발광소자(130)의 발광색 및 몰딩 부재(155) 내에 포함되는 형광체의 종류에 따라 서로 다른 색을 발광할 수 있다.
상기 발광소자(130)는 3족과 5족의 화합물 반도체 예컨대 AlInGaN, InGaN, GaN, GaAs, InGaP, AllnGaP, InP, InGaAs 등의 계열의 반도체 중에서 선택적으로 포함할 수 있다.
또한 상기 발광소자 패키지(300)의 발광소자(130)는 청색 LED, 황색 LED, 녹색 LED, 적색 LED, UV LED, 호박색 LED 또는 청-녹색 LED 등일 수 있으며, 상기 몰딩 부재(155) 내에 포함되는 형광체는 황화물계, 질화물계 또는 산화물계 형광체일 수 있으며, 상기 발광소자(130)와 형광체의 조합에 따라 상기 발광소자 패키지(100)의 발광색이 결정된다.
따라서, 상기 발광소자 패키지(100)는 타겟 색도의 빛을 발광하기 위하여 발광소자(130)와 상기 형광체를 선택하여 조합한다.
그러나, 복수의 발광소자 패키지(100)는 상기 발광소자(130), 상기 형광체의 양, 상기 형광체와 몰딩 부재(155)를 형성하는 수지물의 배합 등에 따라 색도 랭크(Rank)가 서로 다를 수 있다.
상기 발광 모듈(300)은 서로 다른 색도 랭크를 가지는 복수의 발광소자 패키지(100)를 회로 기판(200)에 배열하여, 타겟 색도의 빛을 발광한다.
즉, 상기 발광 모듈(300)은 복수의 발광소자 패키지(100)가 멀티 색도 랭크(이하, 멀티 랭크로 약칭함)로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 복수개의 발광소자 패키지(100)는 단일 랭크가 아닌 멀티 랭크(예: 청색)를 발광하며, 이러한 멀티 랭크의 발광소자 패키지(100)를 조합하여 타켓 색도를 만들 수 있다.
상기 단일 랭크라 함은, 예를 들어 설명하면 복수의 발광소자 패키지(100)가 청색을 발광하는 경우, 기존의 발명에서는 450~455nm의 발광소자 패키지(100)를 1nm로 소팅하게 되면, 450,451,452,453,454,455nm 파장을 갖는 5개의 랭크가 발생하는데, 실질적으로 하나의 제품(BLU set 및 LED Array Module)에 사용되는 발광소자 패키지(100)는 동일한 파장의 랭크를 사용하게 된다. 즉, 단일 제품에 사용되는 것은 5개중 1개의 랭크만 이용하여 발광소자 패키지(100)를 구성하게 된다.
여기서, 상기 랭크는 발광소자 패키지(100)의 광 특성을 색좌표 또는 파장 등의 기준으로 세분화하여 분류되는 영역이거나, 발광소자 패키지(100)의 광 특성을 색도 또는/및 휘도 등의 기준으로 세분화한 영역일 수 있다.
도 1 내지 도 2의 발광소자 패키지(100)가 청색 광을 발광할 때, 각각의 청색 발광소자 패키지(100)가 451~455nm 파장의 칩을 각 1nm로 소팅할 경우 5개의 랭크가 발생하는데, 5개의 랭크 중 적어도 3개 이상의 랭크로 각 발광소자 패키지(100)를 구성함으로써, 각 발광소자 패키지(100) 간에는 청색의 파장이 다른 멀티 랭크로 구성될 수 있다.
이러한 방식으로, 서로 보색 관계에 있는 각 발광소자 패키지(100)의 파장을 1nm로 소팅하여 각각 5개의 랭크로 만들 수 있으며, 이러한 랭크들의 발광소자 패키지를 조합하여 발광 모듈를 구현할 수 있다.
다시 말하면, 서로 다른 랭크를 갖는 발광소자 패키지(100)를 복수개 조합하여 CIE Lxy 영역에서의 색도도 분포에 존재하도록 배치할 수 있다.
예를 들면, 5개의 멀티 랭크의 청색의 발광소자 패키지(100)가 제조된 경우, 타켓 CIE Lxy가 청색광을 453nm 파장으로 이용한 경우에는 453nm 파장 이외의 발광소자 패키지(100)는 사용하지 못한다.
반면, 본 발명의 실시예는 복수의 랭크의 발광소자 패키지(100)를 조합하여, 타켓 색도 영역을 만들 있다. 즉, 타켓 색도를 기준으로 서로 대칭 구조 및/또는 서로 보색 관계에 있는 발광소자 패키지(100)를 서로 혼용함으로써, 타켓 색도 영역을 만들 수 있다. 이는 멀티 랭크의 발광소자의 조합이라고 정의할 수 있다.
이때, 서로 다른 랭크의 발광소자 패키지(100)를 조합할 때 기준 색좌표 분포에 속한 랭크와 기준 색좌표 분포에 벗어난 랭크(또는 인접한 랭크)들도 포함할 수 있으며, 발광소자 패키지(100)를 구현할 때 상기 각 패키지(100)의 구성은 서로 대칭되는 랭크의 패키지들로 조합하거나, 서로 보색 관계에 있는 랭크들의 패키지들로 조합하여 구성하여, 도 4와 같은 타켓 색도의 센터랭크(8) 내에 존재하는 발광 모듈을 제공할 수 있다.
실시예는 복수개의 발광소자 패키지(100)를 멀티 랭크로 구성함으로써, 발광소자 패키지(100)의 사용 수율을 개선시켜 줄 수 있다.
이하에서는 도 4 및 도 5를 참고하여, 본 발명에 따른 랭크 분류를 설명한다.
도 4는 실시예에 따른 발광소자 패키지의 랭크를 나타내는 xy색도도이고, 도 5는 실시예에 따른 발광소자 패키지의 밝기 레벨에 따른 랭크를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 복수의 발광소자 패키지(100)의 광 특성(광도 및 색도 등)을 측정하면, CIEx 및 CIEy 좌표 상에서 사각 블록 내에 광범위하게 산포하게 된다. 이는 제조 과정 중 발광소자 패키지(100)가 멀티 랭크를 갖도록 제조됨으로써, 색좌표 상에서 광범위한 영역에 분포하게 된다.
상기 산포된 사각 블록은 백색의 발광소자 패키지(100)의 색좌표를 나타낼 수 있으며, 사각 블록 내에 예를 들어, 5개의 발광소자 패키지(100)(A1, A2, B, C1, C2)는 CIEx에서 XA1, XA2, XB, XC2, XC1은 각각 0.25, 0.26, 0.265, 0.270, 0.275일 수 있으며, CIEy에서 YA2, YA1, YB, YC1, YC2는 각각 0.220, 0.235, 0.245, 0.255, 0.265일 수 있다.
상기 사각 블록을 복수의 랭크로 분류하는 기준은 색 좌표 차이로 분류하는 것으로, 발광소자 패키지(100)의 광 산포 특성을 측정하여 얻어진 전체 산포 블록에 대해 휘도와 색도의 범위를 세분화하여 다수개의 랭크들로 분류하게 된다. 상기 산포된 사각블록 중에서 유사 색으로 재현할 수 있는 영역(Target CIE Lxy 영역)이 센터랭크(8)가 되고, 상기 센터랭크(8) 주변으로 복수의 랭크(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15)가 정의된다.
따라서, 상기 발광소자 패키지(100)(A1, A2, B, C1, C2)는 상기 색좌표가 포함되는 랭크로 분류된다.
본 발명의 멀티 랭크는 전체 사각 블록의 랭크(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15)들 중 서로 다른 랭크의 발광소자 패키지(100)를 조합하여 구성할 수 있다. 이는 기존의 단일 랭크를 사용하는 것 보다는, 패키지(100)의 사용 수율이 개선될 수 있다.
상기 멀티 랭크의 조합은 서로 보색 관계의 랭크1/랭크15, 랭크3/랭크13의 패키지들(A1/C1, A2/C2)을 조합할 수 있으며, 이웃한 랭크의 조합, 예를 들어, 랭크1/랭크2, 랭크13/랭크14의 조합일 수 있다.
이러한 멀티 랭크로 조합하는 기준은 색도 및/또는 휘도를 모두 고려하여 CIE Lxy에 의한 임계 색차 범위 내를 하나의 하나의 랭크로 설정할 수 있다.
이때, 상기 선택된 조합의 두 랭크의 발광소자 패키지(100) 사이에 CIEx 또는 CIEy의 좌표 차가 0.01 이상인 경우, 상기 선택된 두 랭크 사이의 랭크를 함께 선택하여 조합한다.
예를 들어, 상기 조합된 두 랭크가 랭크1/랭크15인 경우, 상기 랭크1과 랭크15의 발광소자 패키지(A1, C1)의 CIEx의 차는 0.025이다. 따라서, 양 랭크의 좌표차가 0.01 이상이므로 양 랭크 사이의 값을 가지는 랭크 8에 속하는 발광소자 패키지(B)를 함께 조합한다.
따라서, 선택된 랭크1/랭크15의 조합은 랭크1/랭크15/랭크8로 변경된다.
이때, 상기 선택된 랭크의 발광소자 패키지(A1, C1, B)는 도 2와 같이 배열된다.
즉, 상기 발광소자 패키지(100)는 랭크 1에 속하는 발광소자 패키지(A1)와 랭크15에 속하는 발광소자 패키지(C1) 사이에 랭크 8에 속하는 발광소자 패키지(B)가 배치된다. 상기와 같은 패키지(100)의 배열이 반복되면서 이웃한 3개의 발광소자 패키지(A1, B, C1)가 발광하는 랭크의 빛이 서로 혼합되어 타겟 색도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광모듈의 다른 배치를 나타낸 것이다.
도 5를 참고하면, 제1 실시예에 따른 발광모듈은 선택된 랭크 1의 발광소자 패키지(A1)와 랭크 15의 발광소자 패키지(C1)가 반복하여 배치되며, 상기 랭크 1 및 랭크 15의 발광소자 패키지(A1, C1) 사이에 랭크 8의 발광소자 패키지(B)가 배치된다.
따라서, 상기 발광 모듈(300)은 랭크 8를 가지는 발광소자 패키지(B)가 열을 번갈아가며 배치됨으로써 발광하는 랭크의 빛이 양 쪽의 발광소자 패키지(A1, C1)와 혼합될 수 있다.
이하 구체적으로 발광 모듈(300)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 발광 모듈의 제1 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 6을 참조하면, 발광 모듈의 제조가 시작되면(S100), 제조가 완료되어 있는 복수의 발광소자 패키지(100)의 광 특성 예컨대, 휘도 및 색도를 측정한다(S110).
상기 측정된 휘도 및 색도에 따라 CIE Lxy 색 공간에서 복수의 발광소자 패키지(100)의 색좌표 산포를 생성하게 된다(S120).
상기 CIE(Commission International de I'Eclairage) Lxy 색 공간은 빛의 3 원색인 적색, 녹색, 청색을 X,Y,Z의 3차원 공간에서 X와 Y를 각각 X축과 Y축으로 하여 도표된 만든 것이 색도도이다. 예컨대, 멀티 랭크의 각 발광소자 패키지의 광 산포를 표시하게 된다. 상기 L은 밝기를 나타내는 축이며, xy는 색도도를 x와 y의 2차원 평면 좌표로 나타낸다.
다음으로, 색좌표 산포를 소정 범위로 분할하여 도 4와 같이 복수의 랭크를 구성한다(S130).
상기 소정 범위는 X, Y 좌표에서의 균일한 면적을 가질 수 있다.
상기 분류된 랭크 중에서 센터랭크(8)는 유사 색으로 재현될 수 있는 타겟 색도(예컨대: 청색) 영역의 센터랭크(8)이며, 상기 센터랭크(8)를 중심으로 그 둘레에는 주변 랭크들이 배치될 수 있다. 상기 센터랭크(8) 및 주변 랭크들은 멀티 랭크를 위한 가용 랭크(1~7,9~15)로 정의될 수 있다.
상기 발광소자 패키지(100)들의 랭크가 구성되면, 상기 구성된 랭크 중에서 멀티 랭크의 발광소자 패키지(100)를 조합하여 타겟 색도와 근접한 빛을 발광할 수 있는 랭크 조합을 구성한다(S140).
상기 랭크의 조합은 타겟 색도의 랭크를 중심으로 서로 대칭 영역의 랭크일 수 있으며, 센터 랭크(8)의 일부를 경유하는 주변 랭크들일 수 있다.
상기와 같은 랭크 구성을 통해 멀티 랭크의 발광소자 패키지(100)를 조합하여 목표로 하는 타켓 색도를 구현할 수 있는데, 이때, 선택된 두 랭크 사이의 CIE x 또는 CIE y의 좌표 차가 0.01 이상인 경우를 추출한다(S150).
상기와 같이 CIE 좌표 상에서 각 좌표의 차가 0.01 이상인 경우, 각 발광모듈(300)의 최소소비전력에 따라 각 모듈에 인가되는 전류가 달라지면, 각 발광소자 패키지(100)의 발광소자(130)가 발광하는 입광각이 서로 달라진다.
이때, 상기 전류 값이 작아 입광각이 작아지는 경우, 이웃한 발광소자 패키지 (100) 사이에 발광된 빛의 혼합이 발생하지 않아 멀티 랭크의 혼합에 의한 타겟 색도와 다른 색감의 빛이 발광된다.
따라서, 본 발명과 같이 상기 CIE 좌표 상에서 각 좌표의 차가 0.01 이상인 경우의 멀티 랭크는 양 랭크 사이에 중간 랭크를 가지는 발광소자 패키지(S160)를 함께 조합한다(S160).
이때, 상기 중간 랭크는 선택된 두 랭크 사이의 좌표값을 가지는 중간 랭크일 수 있으며, 타겟 색도를 가지는 랭크일 수 있다.
다음으로, 도 2 및 도 5와 같이, 상기와 같이 선택된 멀티 랭크의 복수의 발광소자 패키지(100)에서 상기 중간 랭크의 발광소자 패키지(100)를 양 랭크 사이에 위치하도록 배치함으로써(S170) 발광 모듈(300)을 형성할 수 있다(S180).
이와 같이, 멀티 랭크를 가지는 복수의 발광소자 패키지(100)를 배열하면서, 양 랭크의 좌표 차를 고려하여 좌표 차가 임계값보다 큰 경우, 중간 랭크를 물리적으로 양 랭크의 발광소자 패키지(100) 사이에 배치함으로써 멀티 랭크의 복수의 발광소자 패키지로부터 타겟 색도의 광을 발광할 수 있다.
이때, 각 발광소자 패키지(100) 사이의 거리(d1)는 약 7mm 이하일 수 있으며, 바람직하게는 5mm 이하를 충족하여야 발광소자 패키지(100) 사이에 빛의 혼합이 원활이 진행된다.
한편, 실시예는 색에 대한 멀티 랭크의 조합뿐만 아니라, 밝기의 레벨을 세분화한 밝기 랭크를 조합하여 발광 모듈을 구성할 수도 있다.
도 7은 도 7은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 밝기 레벨에 따른 랭크를 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명의 발광 모듈의 제2 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 발광 모듈의 제조가 시작되면(S200), 복수의 발광소자 패키지(100)의 광 특성을 측정한다(S210). 다음으로, 도 6과 같이 상기 측정된 휘도 및 색도에 따라 CIE Lxy 색 공간에서 복수의 발광소자 패키지(100)의 색좌표 산포를 생성하게 된다(S220).
다음으로, 소정범위로 상기 색좌표 산포를 분할하여 랭크를 구성한다(S230).
이때, 상기 발광소자 패키지(100)의 밝기에 따른 랭크 구성은 도 7과 같이 다단계로 구분할 수 있다. 상기 발광소자 패키지(100)의 밝기 레벨은 최고 레벨이 100이고, 최저 레벨을 70이라 할 때, 70~100 사이의 30 개의 레벨을 일정 단계(예: 3단계)로 세분화하여 나눌 수 있다. 예컨대, 상기 밝기 레벨을 3단계(L-1,L-2,L-3)로 나눌 경우, 상기 3단계의 밝기 레벨은 멀티 랭크와 조합될 수 있다.
다시 말하면, 도 7과 같이 3단계로 분류된 밝기 레벨(L-1,L-2,L-3)과 도 4와 같이 15개로 분류되어 있는 CIE Lxy의 색도 랭크의 조합으로 3차원의 45개의 랭크가 존재할 수 있다.
다음으로, 상기 색도에 대한 랭크 및 상기 밝기 레벨을 모두 고려하여 기준 컬러에 근접한 랭크의 조합을 구성한다(S240).
이때, 도 6과 같이 CIE Lxy의 좌표차가 0.01 이상인 멀티 랭크 조합 또는 상기 밝기 레벨의 차가 20% 이상인 멀티 랭크 조합을 추출한다(S250).
상기 밝기 레벨의 차가 20% 이상인 경우, 광도 차의 중간 값을 가지는 중간 랭크의 발광소자 패키지(100)를 선택한다(S260). 상기 선택된 중간 랭크의 발광소자 패키지(B)는 상기 조합된 멀티 랭크와 밝기 레벨 차가 20%이내를 충족한다.
다음으로, 도 5와 같이, 상기 센터랭크의 발광소자 패키지(B)가 상기 멀티 랭크의 발광소자 패키지(A1, C1) 사이에 배치되어 이웃한 발광소자 패키지(A1, B, C1) 사이의 밝기 차가 20% 이내를 충족하도록 배치하고(S270), 제조를 종료한다(S280).
상기와 같이 배치된 발광모듈(300)은 이웃한 발광소자 패키지(100)의 밝기 차가 20% 이내를 충족하면서, 색좌표차가 0.01 이내를 충족하므로, 소정 광 출력이 보장되어 이웃한 발광소자 패키지(100)가 발광하는 빛과 혼합이 가능하여 타겟 색도를 발광할 수 있다.
도 9는 제2 실시예에 따른 발광소자 패키지를 나타낸 도면이다.
도 9의 실시예를 설명함에 있어서, 도 1 및 도 3과 동일한 부분에 대해서는 중복 설명은 생략하기로 한다.
도 9를 참조하면, 발광모듈(300A)은 회로 기판(200) 위에 복수의 발광소자 패키지(100)를 포함한다.
상기 발광소자 패키지(100)는 복수개의 발광소자(130A, 130B) 및 형광체가 첨가된 수지물(155)을 포함한 구성이다. 상기 발광소자(130A, 130B)는 서로 다른 색을 발광할 수 있으며, 예를 들어, 상기 발광소자(130A, 130B)는 청색, 적색 또는 녹색 발광 다이오드일 수 있다.
또는, 상기 발광소자 패키지는 동일한 색을 발광하는 복수의 발광소자(130A, 130B)를 포함하며, 에를 들어, 복수의 청색 발광소자(130A, 130B)를 포함하고, 상기 형광체로 황색 또는 청색/적색 형광체를 포함할 수 있다.
상기 발광소자 패키지(100)는 복수의 발광소자(130A, 130B)로부터 조사되는 광이 상기 형광체의 발광과 혼합하여 특정한 색을 발광한다.
상기의 발광소자 패키지(100)는 발광소자(130A, 130B)와 형광체의 조합을 이용하여 백색 발광소자 패키지(100)를 구현할 수 있다. 상기 형광체은 상기 발광소자(130A, 130B)에서 발광된 광과 다른색 광을 방출한다. 또한 실시예에서는 발광소자(130A, 130B)와 형광체의 조합은 다양하게 변경하여 백색 발광을 구현할 수 있으며, 이에 한정하지는 않는다.
상술한 실시예에 따른 발광 모듈(300, 300A)은 백라이트 유닛, 지시 장치, 램프, 가로등과 같은 조명 시스템으로 기능할 수 있다.
이하에서는 도 10 및 도 11을 참고하여 본 발명의 적용예를 설명한다.
도 10은 본 발명에 따른 발광 모듈를 포함하는 백라이트 유닛을 설명하는 사시도이다.
다만, 도 10의 백라이트 유닛(1100)은 조명 시스템의 한 예이며, 이에 한정되지 않는다.
도 10을 참조하면, 백라이트 유닛(1100)은, 바텀 커버(1140), 이 바텀 커버(1140) 내에 배치된 광 가이드 부재(1120), 이 광가이드 부재(1120)의 적어도 일 측면 또는 하면에 배치된 발광 모듈(1110)을 포함할 수 있다. 또한, 광가이드 부재(1120) 아래에는 반사 시트(1130)가 배치될 수 있다.
바텀 커버(1140)는 광가이드 부재(1120), 발광 모듈(1110) 및 반사 시트(1130)가 수납될 수 있도록 상면이 개구된 박스(box) 형상으로 형성될 수 있으며, 금속 또는 수지로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
발광 모듈(1110)은, 기판(700)에 탑재된 복수의 발광소자 패키지(600)를 포함할 수 있다. 복수의 발광소자 패키지(600)는 광가이드 부재(1120)에 빛을 제공한다.
도시된 것처럼, 발광 모듈(1110)은 바텀 커버(1140)의 내측면들 중 적어도 어느 하나에 배치될 수 있으며, 이에 따라 광가이드 부재(1120)의 적어도 하나의 측면으로 빛을 제공할 수 있다.
다만, 발광 모듈(1110)은 바텀 커버(1140) 내에서 광가이드 부재(1120)의 아래에 배치되어, 광가이드 부재(1120)의 밑면을 향해 빛을 제공할 수도 있다. 이는 백라이트 유닛(1100)의 설계에 따라 다양하게 변형 가능하다.
광가이드 부재(1120)는 바텀 커버(1140) 내에 배치될 수 있다. 광가이드 부재(1120)는 발광 모듈(1110)으로부터 제공받은 빛을 면광원화하여, 표시 패널(도시하지 않음)로 가이드할 수 있다.
이러한 광가이드 부재(1120)는, 예를 들어, 도광판(light guide panel, LGP) 일 수 있다. 이 도광판을 예를 들어, 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethyl metaacrylate, PMMA)와 같은 아크릴 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 고리형 올레핀 공중합체(COC), 폴리카보네이트(poly carbonate, PC), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나로 형성될 수 있다.
이 광가이드 부재(1120)의 상측에 광학 시트(1150)이 배치될 수 있다.
이 광학 시트(1150)는, 예를 들어, 확산 시트, 집광 시트, 휘도 상승 시트 및 형광 시트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 시트(1150)이 확산 시트, 집광 시트, 휘도 상승 시트, 형광 시트가 적층되어 형성될 수 있다. 이 경우, 확산 시트(1150)는 발광 모듈(1110)에서 출사된 광을 고르게 확산시켜주고, 이 확산된 광이 집광 시트에 의해 표시 패널(도시하지 않음)로 집광될 수 있다. 이때, 집광 시트로부터 출사되는 광은 랜덤하게 편광된 광이다. 휘도 상승 시트는 집광 시트로부터 출사된 광의 편광도를 증가시킬 수 있다. 집광 시트는, 예를 들어, 수평 또는/및 수직 프리즘 시트일 수 있다. 그리고 휘도 상승 시트는, 예를 들어, 조도 강화 필름(dual brightness enhancement film) 일 수 있다. 또한, 형광 시트는 형광체가 푸함된 투광성 플레이트 또는 필름일 수 있다.
광가이드 부재(1120)의 아래에는 반사 시트(1130)가 배치될 수 있다. 반사 시트(1130)는 광가이드 부재(1120)의 하면을 통해 방출되는 빛을 광가이드 부재(1120)의 출사면을 향해 반사할 수 있다. 이 반사 시트(1130)는 반사율이 좋은 수지, 예를 들어, PET, PC, 폴리비닐클로라이드(poly vinyl chloride), 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 11은 본 발명에 따른 발광 장치를 포함하는 조명 시스템을 설명하는 도면이다. 다만, 도 11의 조명 시스템(1200)은 조명 시스템의 한 예이며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 11을 참조하면, 조명 시스템(1200)은, 케이스 몸체(1210), 이 케이스 몸체(1210)에 설치된 발광 모듈(1230), 케이스 몸체(1210)에 설치되며 외부 전원으로부터 전원을 제공받는 연결 단자(1220)를 포함할 수 있다.
케이스 몸체(1210)는 방열 특성이 양호한 물질로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어 금속 또는 수지로 형성될 수 있다.
발광 모듈(1230)은, 기판(700) 및 이 기판(700)에 탑재되는 적어도 하나의 발광소자 패키지(600)를 포함할 수 있다.
상기 기판(700)은 도 1 내지 도 9에 도시되어 있는 회로 기판(200)일 수 있다.
또한, 기판(700)은 빛을 효율적으로 반사하는 물질로 형성되거나, 표면이 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등으로 형성될 수 있다.
기판(700) 상에는 적어도 하나의 발광소자 패키지(600)가 탑재될 수 있다.
발광소자 패키지(600)는 각각 적어도 하나의 발광소자(LED: Light Emitting Diode)를 포함할 수 있다. 발광소자는 적색, 녹색, 청색 또는 백색의 유색 빛을 각각 발광하는 유색 발광소자 및 자외선(UV, UltraViolet)을 발광하는 UV 발광소자를 포함할 수 있다.
발광 모듈(1230)은 색감 및 휘도를 얻기 위해 다양한 발광소자의 조합을 가지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 고 연색성(CRI)을 확보하기 위해 백색 발광소자, 적색 발광소자 및 녹색 발광소자를 조합하여 배치할 수 있다. 또한, 발광 모듈(1230)에서 방출되는 광의 진행 경로 상에는 형광 시트가 더 배치될 수 있으며, 형광 시트는 상기 발광 모듈(1230)에서 방출되는 광의 파장을 변화시킨다. 예를 들어, 발광 모듈(1230)에서 방출되는 광이 청색 파장대를 갖는 경우 형광 시트에는 황색 형광체가 포함될 수 있으며, 발광 모듈(1230)에서 방출된 광은 상기 형광 시트를 지나 최종적으로 백색광으로 보여지게 된다.
연결 단자(1220)는 발광 모듈(1230)와 전기적으로 연결되어 전원을 공급할 수 있다. 도 9에 도시된 것에 따르면, 연결 단자(1220)는 소켓 방식으로 외부 전원에 돌려 끼워져 결합되지만, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 연결 단자(1220)는 핀(pin) 형태로 형성되어 외부 전원에 삽입되거나, 배선에 의해 외부 전원에 연결될 수도 있는 것이다.
상술한 바와 같은 조명 시스템은 상기 발광 모듈에서 방출되는 광의 진행 경로 상에 광가이드 부재, 확산 시트, 집광 시트, 휘도 상승 시트 및 형광 시트 중 적어도 어느 하나가 배치되어, 원하는 광학적 효과를 얻을 수 있다.
도 10 및 도 11에서 설명하는 백라이트 유닛(1100) 및 조명 시스템(1200)은 본 발명의 도 1 내지 도 9에서 설명하고 있는 발광 모듈(300, 300A)를 포함함으로써 우수한 수율을 확보할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
발광 모듈 300, 300A
회로 기판 200
발광소자 패키지 100
발광소자 130

Claims (17)

  1. 복수의 발광소자 패키지를 지지하는 회로기판;
    상기 회로기판 위에 배치되며, 제1 랭크의 광을 발광하는 제1 발광소자 패키지;
    상기 제1 랭크와 혼합되어 타겟 색도를 생성하는 제2 랭크의 광을 발광하는 제2 발광소자 패키지; 및
    상기 제1 발광소자 패키지 및 상기 제2 발광소자 패키지 사이에 배치되며, 상기 제1 랭크와 상기 제2 랭크 사이의 제3 랭크의 광을 발광하는 제3 발광소자 패키지를 포함하는 발광 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 발광소자 패키지와 상기 제2 발광소자 패키지의 CIE x 또는 CIE y 좌표는 0.01 이상 차이나는 발광 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 발광소자 패키지는 이웃한 상기 발광소자 패키지와 밝기 차가 20% 이하인 발광 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 발광소자 패키지는 상기 타켓 색도가 포함되는 센터 랭크로부터 서로 보색 방향의 색도 랭크를 갖는 발광 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 발광소자 패키지는 이웃한 상기 발광소자 패키지와 거리가 5mm 이하인 발광 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제3 발광소자 패키지의 제3 랭크는 상기 타겟 색도가 포함되는 센터 랭크인 발광 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제3 발광소자 패키지는 상기 제1 또는 제2 발광소자 패키지와 번갈아가며배치되는 발광 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 발광소자 패키지는
    패키지 몸체, 상기 패키지 몸체의 일측에 형성되며, 적어도 하나의 발광 다이오드가 배치된 캐비티; 상기 캐비티에 상기 발광 다이오드가 전기적으로 연결된 복수의 전극을 포함하는 발광 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 캐비티에 형광체가 첨가된 수지물을 포함하는 발광 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 발광소자 패키지 및 제2 발광소자 패키지는 서로 다른 밝기를 가지는 발광 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 발광소자 패키지는 청색 LED 또는 삼색(RED/BLUE/GREEN) LED를 포함하는 발광 모듈.
  12. 발광소자 패키지의 광 특성을 CIE Lxy 색 공간의 산포로 생성하는 단계;
    상기 CIE Lxy 공간에서 상기 산포를 세분화하여 다수개의 랭크를 구성하는 단계;
    상기 랭크 중 타켓 색도에 근접한 랭크 조합을 선택하여 상기 조합된 랭크의 제1 발광소자 패키지 및 제2 발광소자 패키지를 선택하는 단계;
    상기 제1 발광소자 패키지 및 제2 발광소자 패키지의 색좌표 차를 연산하는 단계;
    상기 색좌표 차가 0.01 이상이면 상기 제1 발광소자 패키지와 상기 제2 발광소자 패키지 사이의 색좌표를 가지는 제3 발광소자 패키지를 선택하는 단계; 그리고
    상기 제3 발광소자 패키지를 상기 제1 발광소자 패키지와 상기 제2 발광소자 패키지 사이에 배치하는 단계
    를 포함하는 발광 모듈의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제3 발광소자 패키지를 선택하는 단계는 이웃한 상기 제1 또는 제2 발광소자 패키지와 밝기 차가 20% 이하인 제3 발광소자 패키지를 선택하는 발광 모듈의 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 발광소자 패키지의 랭크는 타켓 색도가 포함되는 센터 랭크로부터 서로 보색 방향의 색도 랭크를 선택하는 발광 모듈의 제조 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 발광소자 패키지를 이웃한 상기 발광소자 패키지와 거리가 5mm 이하를 충족하도록 배치하는 발광 모듈의 제조 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 제3 발광소자 패키지를 상기 타겟 색도가 포함되는 센터 랭크에서 선택하는 발광 모듈의 제조 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 제3 발광소자 패키지를 상기 제1 또는 제2 발광소자 패키지와 번갈아가며배치하는 발광 모듈의 제조 방법.
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