KR20120070278A - 발광모듈 및 발광모듈 제조방법 - Google Patents

발광모듈 및 발광모듈 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발광모듈 및 발광모듈 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 측면은, 회로 기판 및 상기 회로 기판 상에 배치된 복수의 발광소자를 포함하며, 상기 복수의 발광소자의 구동 전압을 평균한 값을 평균 구동 전압(Vf)이라 할 때, 상기 복수의 발광소자 중 적어도 하나의 구동 전압은 상기 Vf보다 작고, 이와 인접한 발광소자 중 적어도 하나의 구동 전압은 상기 Vf보다 큰 것을 특징으로 하는 발광모듈을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예의 경우, 개별 발광소자의 구동 전압 산포에 따라 발생할 수 있는 발광모듈 간의 구동 전압의 편차가 최소화된 발광모듈을 제공할 수 있다.

Description

발광모듈 및 발광모듈 제조방법 {Light emitting module and manufacturing method of the same}
본 발명은 발광모듈 및 발광모듈 제조방법에 관한 것이다.
반도체 발광소자의 일 종인 발광 다이오드(LED)는 전류가 가해지면 p, n형 반도체의 접합 부분에서 전자와 정공의 재결합에 기하여, 다양한 색상의 빛을 발생시킬 수 있는 반도체 장치이다. 이러한 발광 다이오드는 필라멘트에 기초한 발광소자에 비해 긴 수명, 낮은 전원, 우수한 초기 구동 특성, 높은 진동 저항 등의 여러 장점을 갖기 때문에 그 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 특히, 최근에는, 청색 계열의 단파장 영역의 빛을 발광할 수 있는 3족 질화물 반도체가 각광을 받고 있다.
한편, LCD 백라이트에 사용되는 발광모듈의 경우, 종래에는 냉음극 형광 램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp: CCFL)이 사용되었으나, CCFL은 수은 가스를 사용하므로 환경 오염을 유발할 수 있고, 응답속도가 느리며, 색 재현성이 낮을 뿐만 아니라 LCD 패널의 경박단소화에 적절하지 못한 단점을 가졌다. 이에 비해 발광다이오드는 친환경적이며, 응답속도가 수 나노 초로 고속 응답이 가능하여 비디오 신호 스트림에 효과적이고, 임펄시브(Impulsive) 구동이 가능하며, 색 재현성이 100% 이상이고 적색, 녹색, 청색 발광다이오드의 광량을 조정하여 휘도, 색 온도 등을 임의로 변경할 수 있을 뿐만 아니라, LCD 패널의 경박단소화에 적합한 장점들을 가지므로, 최근 백라이트용 발광모듈로서 적극적으로 채용되고 있는 실정이다.
본 발명의 일 목적은 개별 발광소자의 구동 전압 산포에 따라 발생할 수 있는 발광모듈 간의 구동 전압의 편차가 최소화된 발광모듈을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 발광모듈을 효율적으로 제조하는 방법을 제공하는 것에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 측면은,
회로 기판 및 상기 회로 기판 상에 배치된 복수의 발광소자를 포함하며, 상기 복수의 발광소자의 구동 전압을 평균한 값을 평균 구동 전압(Vf)이라 할 때, 상기 복수의 발광소자 중 적어도 하나의 구동 전압은 상기 Vf보다 작고, 이와 인접한 발광소자 중 적어도 하나의 구동 전압은 상기 Vf보다 큰 것을 특징으로 하는 발광모듈을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 복수의 발광소자는 상기 Vf보다 작은 구동 전압을 갖는 것과 상기 Vf보다 큰 구동 전압을 갖는 것이 서로 교대로 배치된 배열을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 복수의 발광소자는 상기 Vf보다 작은 구동 전압을 갖는 2개 이상의 발광소자와 상기 Vf보다 큰 구동 전압을 갖는 1개 이상의 발광소자가 서로 교대로 배치된 배열을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 복수의 발광소자는 상기 Vf보다 작은 구동 전압을 갖는 2개 이상의 발광소자와 상기 Vf보다 큰 구동 전압을 갖는 2개 이상의 발광소자가 서로 교대로 배치된 배열을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 회로 기판은 바 형상을 가지며, 상기 복수의 발광소자는 상기 회로 기판의 길이 방향으로 배열될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면은,
복수의 발광소자를 포함하는 발광소자 그룹을 마련하는 단계와, 상기 발광소자 그룹에 포함된 복수의 발광소자를 구동 전압에 따라 2개 이상의 서브 그룹으로 분류하는 단계 및 상기 2개 이상의 서브 그룹으로 각각 선택된 하나 이상의 발광소자를 회로 기판 상에 교대로 배치하는 단계를 포함하는 발광모듈 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 발광소자 그룹에 포함된 복수의 발광소자의 구동 전압은 정규 분포를 가질 수 있다.
이 경우, 상기 복수의 발광소자는 상기 복수의 발광소자의 평균 구동 전압을 기준으로 2개의 서브 그룹으로 분류될 수 있다.
또한, 상기 복수의 발광소자는 상기 복수의 발광소자의 평균 구동 전압보다 작은 값 및 큰 값을 기준으로 3개의 서브 그룹으로 분류될 수 있다.
또한, 상기 정규 분포의 평균값은 상기 발광모듈에 포함된 복수의 발광소자의 평균 구동 전압과 동일할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 2개 이상의 서브 그룹으로 각각 선택된 하나 이상의 발광소자를 회로 기판 상에 교대로 배치하는 단계는 상기 회로 기판의 적어도 일부 영역에서 서로 동일한 상기 서브 그룹에 속한 2개 이상의 상기 발광소자가 서로 인접하도록 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예의 경우, 개별 발광소자의 구동 전압 산포에 따라 발생할 수 있는 발광모듈 간의 구동 전압의 편차가 최소화된 발광모듈을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예의 경우, 상기와 같은 발광모듈을 효율적으로 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광모듈을 설명하기 위한 것으로서, 도 1은 상부에서 바라본 개략적인 평면도이며, 도 2는 개략적인 사시도에 해당한다.
도 3 및 도 5는 구동 전압에 따른 발광소자의 분포 예를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광모듈을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 6 내지 8은 본 발명의 다른 측면에 따른 백라이트 유닛을 나타내는 개략적인 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광모듈을 설명하기 위한 것으로서, 도 1은 상부에서 바라본 개략적인 평면도이며, 도 2는 개략적인 사시도에 해당한다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광모듈(100)의 경우, 회로 기판(101) 및 복수의 발광소자 발광소자(102A, 102B)를 포함하는 구조이며, 따로 도시하지는 않았으나, 외부와 전기 신호를 주고 받기 위한 커넥터를 더 포함할 수 있을 것이다. 회로 기판(101)은 일 방향(즉, 길이 방향)으로 길게 연장된 형상, 즉, 바(bar) 형상을 가질 수 있으며, 당 기술 분야에서 사용되는 회로 기판, 예컨대, PCB, MCPCB, MPCB, FPCB 등을 이용할 수 있다. 이 경우, 회로 기판(101)은 그 표면과 내부 등에 배선 패턴(미 도시)을 구비하며, 상기 배선 패턴은 발광소자(102A, 102B)와 전기적으로 연결된다.
발광소자(102A, 102B)는 전기 신호 인가 시 빛을 방출하는 소자라면 어느 것이나 사용될 수 있으며, 바람직하게는 발광 다이오드(LED)가 이용될 수 있을 것이다. 본 실시 형태의 경우, 발광소자(102A, 102B)는 복수 개 구비되며, 서로 전기적으로 연결된다. 또한, 회로 기판(101)이 바 형상일 경우, 도 1에 도시된 것과 같이, 복수의 발광소자(102A, 102B)는 회로 기판(101)의 길이 방향을 따라 배열될 수 있다. 이 경우, 발광소자(102A, 102B)는 칩 상태로 회로 기판(101) 상에 실장될 수도 있으며(소위, COB 구조), 패키지화되어 실장될 수도 있는 등 실장 방식에 제한은 특별히 없다 할 것이다. 또한, 따로 도시하지는 않았으나, 발광소자(102A, 102B)는 다양한 방식, 예를 들어, 도전성 와이어를 이용하거나 플립칩 본딩 등을 이용하여 회로 기판(101)의 배선 패턴과 연결될 수 있다.
본 실시 형태의 경우, 복수의 발광소자(102A, 102B)는 서로 구동 전압, 즉, 순방향 전압 특성이 서로 다른 것을 포함하며, 더욱 구체적으로는 서로 구동 전압이 다른 발광소자(102A, 102B)가 회로 기판(101) 상에 서로 교대로 배치된다. 발광소자(102A, 102B)를 구동 전압에 따라 배치함으로써 발광모듈(100)을 제작하는 과정을 도 3을 참조하여 상세히 설명하면, 도 3은 구동 전압에 따른 발광소자의 분포 예를 나타내는 그래프이다. 발광모듈(100)에 실장 하기 전 단계에서, 복수의 발광소자가 제조되며 이 중 적절한 개수(본 실시 형태에서는 12개)의 발광소자를 선택하여 회로 기판(101)에 실장한다. 이 경우, 복수의 발광소자는 구동 전압이 모두 동일하지 않으며, 도 3에 도시된 것과 같이 정규 분포와 유사한 구동 전압 분포를 갖는다. 따라서, 이러한 정규 분포에서 임의로 발광소자를 선택하여 얻어진 발광모듈(100)의 경우, 다른 발광모듈과 비교하여 전체 구동 전압의 편차가 발생할 수 ㅇ있. 예를 들어, 평균 구동 전압이 3V이며, 최소 구동 전압 및 최대 구동 전압이 각각 2V 및 3V인 분포에서, 12개의 발광소자를 임의로 선택하여 발광모듈을 제작하는 경우를 고려하면, 발광모듈의 구동 전압은 약 36V가 되며, 최소 구동 전압 및 최대 구동 전압은 각각 약 32V 및 40V가 되어 발광모듈 간에 발생할 수 있는 전압 편차는 약 8V가 된다.
본 실시 형태에서는 발광모듈 간에 발생하는 이러한 구동 전압의 편차를 최소화하기 위하여 모듈에 실장되기 전 상태의 복수의 발광소자를 구동 전압에 따라 2개 이상의 서브 그룹으로 분류하였다(도 1 내지 3의 실시 형태에서는 2개의 서브 그룹). 즉, 구동 전압의 정규 분포에서 평균 구동 전압을 기준으로 2개의 서브 그룹(A, B)으로 나누어 각 서브 그룹(A, B)에 포함된 발광소자(102A, 102B)를 교대로 배치하였으며, 이에 따라 발광모듈 간의 구동 전압 편차를 줄일 수 있다. 예를 들어, 상술한 예에서, 평균 구동 전압인 3V를 기준으로 2 ~ 3V의 구동 전압을 갖는 발광소자(102A)를 A 그룹으로 하고, 3 ~ 4V의 구동 전압을 갖는 발광소자(102B)를 B 그룹으로 설정할 경우, 발광모듈(100)의 전체 구동 전압은 약 36V가 되며, 최소 구동 전압 및 최대 구동 전압은 각각 약 33V 및 39V가 되어 발광모듈 간에 발생할 수 있는 전압 편차는 약 6V로 감소될 수 있다. 즉, 구동 전압에 따라 발광소자들을 서브 그룹으로 분류하지 않은 상기의 경우(임의 선택)와 비교하여 평균적인 구동 전압은 동일하지만, 모듈 간 전압 차이가 약 2V 정도 감소될 수 있다. 이에 따라, 복수의 발광모듈(100)을 구비하는 백라이트 유닛(도 6 내지 8의 실시 형태 참조)이나 조명 장치 등에 있어서, 각 발광모듈(100)의 휘도가 균일해질 수 있으며, 나아가, 발광모듈(100)을 구동하는 회로에 인가되는 전류의 크기를 낮추어 소비 전력을 줄일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 발광모듈(100)의 경우, 정규 분포의 구동 전압 분포를 갖는 발광소자 그룹을 2개의 서브 그룹(A, B)으로 나누어 이로부터 각각 선택된 발광소자(102A, 102B)를 교대로 배치한다. 이러한 배치 구조를 따를 경우, 복수의 발광소자(102A, 102B)의 전체 구동 전압을 평균한 값, 즉, 12개의 발광소자의 구동 전압을 모두 더하여 이를 구동 전압으로 나눈 값(즉, 발광모듈의 평균 구동 전압)과 비교하여 제1 발광소자(102A)의 구동 전압은 상기 평균 구동 전압보다 작으며, 제1 발광소자(102A)와 인접 배치된 제2 발광소자(102B)의 구동 전압은 상기 평균 구동 전압보다 크다.
한편, 본 실시 형태에서는 서로 다른 서브 그룹(A, B)으로부터 선택된 발광소자(102A, 102B)를 각각 1개씩 교대로 배치하고 있으며, 발광모듈(100) 내에서의 휘도 균일도 측면에서 이러한 배치 방식 바람직할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 필요에 따라, 서로 다른 서브 그룹(A, B)으로부터 선택된 발광소자(102A, 102B)를 각각 2개 이상씩 교대로 배치할 수도 있을 것이며, AABBAABB…를 예로 들 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 구동 전압의 정규 분포에서 평균값을 기준으로 서브 그룹(A, B)을 분류하였으나, 반드시 평균값을 기준으로 해야하는 것은 아니며, 실시 형태에 따라서는 평균값이 아닌 다른 값을 서브 그룹의 분류 기준으로 선택할 수도 있을 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광모듈을 개략적으로 나타낸 평면도이다. 도 5는 구동 전압에 따른 발광소자의 분포 예를 나타내는 그래프이다. 도 4를 참조하면, 본 실시 형태에 따른 발광모듈(200)의 경우, 앞선 실시 형태와 같이, 회로 기판(201) 및 복수의 발광소자 발광소자(202A, 202B, 202C)를 포함하는 구조이다. 본 실시 형태에서는 도 5에 도시된 것과 같이, 정규 분포의 구동 전압을 3개의 서브 그룹(A, B, C)으로 분류하며, 이로부터 선택된 발광소자(202A, 202B, 202C)를 이용하여 발광모듈(200)를 제작한다. 예를 들어, 2 ~ 2.7V의 구동 전압을 갖는 발광소자(102A)를 A 그룹으로 하고, 2.7 ~ 3.3V의 구동 전압을 갖는 발광소자(102B)를 B 그룹으로 하며, 3.3 ~ 4.0V의 구동 전압을 갖는 발광소자(102C)를 C 그룹으로 설정할 경우를 고려한다. 상기 3개의 서브 그룹(A, B, C)으로부터 발광소자를 각각 선택하여, 도 4에 도시된 것과 같이 ABACABAC…의 방식으로 배열할 경우, 발광모듈(200)의 전체 구동 전압은 약 36V가 되며, 최소 구동 전압 및 최대 구동 전압은 각각 약 33V 및 38V가 되어 발광모듈 간에 발생할 수 있는 전압 편차는 약 5V로 감소될 수 있다. 즉, 구동 전압을 서브 그룹으로 나누지 않은 경우와 비교하여 모듈의 평균 구동 전압은 동일하지만, 모듈 간 전압 차이가 약 3V 정도 더욱 감소될 수 있다.
한편, 본 실시 형태에서는 ABACABAC…의 배열 방식을 사용하고 있으나, 3개의 서브 그룹(A, B, C)으로 나눌 경우의 배열 방식은 다양하게 변형될 수 있을 것이며, ABAB, BCBC 등의 배열을 예로 들 수 있다. 또한, 서브 그룹(A, B, C) 중 적어도 하나의 그룹으로부터 선택된 발광소자를 연속적으로 2개 이상 배열할 수도 있을 것이다(예를 들어, ABBC의 배열).
상술한 방식으로 얻어진 발광모듈은 백라이트 유닛이나 조명 장치 등 다양한 분야에서 이용될 수 있다. 백라이트 유닛으로 이용되는 예를 설명하면, 도 6 내지 8은 본 발명의 다른 측면에 따른 백라이트 유닛을 나타내는 개략적인 평면도이다. 우선, 도 6의 백라이트 유닛은 도 1의 실시 형태에서 설명한 발광모듈이 4개 구비되며, 도광판(301)의 각 측면에 배치되어 발광소자(102A, 102B)는 도광판(301)으로 빛을 방출하는 소위, 에지 타입 또는 사이드 뷰 타입 방식이다. 이 경우, 따로 도시하지는 않았으나, 발광모듈에 연결되어 발광모듈의 휘도를 조절하는 구동 드라이버가 구비될 수 있으며, 구동 드라이버는 각 발광모듈에 개별적으로 연결되거나 2개 이상의 발광모듈의 휘도를 동시에 조절할 수도 있을 것이다.
앞서 설명한 바와 같이, 발광모듈을 제조함에 있어서, 구동 전압의 크기에 따라 서브 그룹으로 나누어 발광소자를 선택함으로써 서로 다른 발광모듈 간의 구동 전압 차이가 최소화될 수 있으므로, 본 실시 형태와 같이, 복수의 발광모듈을 이용하는 백라이트 유닛(300)의 경우, 전체 휘도가 균일해지며, 구동하는 회로에 인가되는 전류의 크기를 낮추어 소비 전력을 줄일 수 있을 것이다. 이 경우, 본 실시 형태에서는 도 1에서 설명한 ABAB 배열 방식의 발광모듈이 채용된 백라이트 유닛(300)을 설명하고 있으나, 도 4의 실시 형태나 관련하여 설명한 다른 배열 방식의 발광모듈을 이용할 수도 있으며, 이는 도 7 및 도 8의 백라이트 유닛의 경우에도 마찬가지라 할 것이다.
한편, 도 6의 실시 형태에서는 발광소자(102A, 102B)의 상면으로부터 빛이 방출되는 방식을 설명하고 있으나, 회로 기판(101)이 배치 방식은 변형될 수 있을 것이다. 구체적으로, 도 7의 변형된 실시 형태에 따른 백라이트 유닛(300`)에서와 같이, 발광소자(102A, 102B)의 측면이 주된 광 방출면이 되도록 회로 기판(101)을 배치할 수도 있을 것이다. 또한, 도 6 및 도 7의 실시 형태에서는 발광모듈을 에지 타입의 백라이트 유닛을 설명하고 있으나, 도 8의 실시 형태와 같이, 직하형 또는 탑뷰 방식의 백라이트 유닛(400)으로 이용될 수도 있을 것이다. 즉, 유닛 기판(401) 기판 상에 복수의 발광모듈을 실장하여 유닛 기판(401) 상부로 빛이 방출되도록 할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
101: 회로 기판 102A, 102B: 발광소자
A, B, C: 서브 그룹 301, 401: 도광판

Claims (11)

  1. 회로 기판; 및
    상기 회로 기판 상에 배치된 복수의 발광소자;를 포함하며,
    상기 복수의 발광소자의 구동 전압을 평균한 값을 평균 구동 전압(Vf)이라 할 때, 상기 복수의 발광소자 중 적어도 하나의 구동 전압은 상기 Vf보다 작고, 이와 인접한 발광소자 중 적어도 하나의 구동 전압은 상기 Vf보다 큰 것을 특징으로 하는 발광모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 발광소자는 상기 Vf보다 작은 구동 전압을 갖는 것과 상기 Vf보다 큰 구동 전압을 갖는 것이 서로 교대로 배치된 배열을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 발광소자는 상기 Vf보다 작은 구동 전압을 갖는 2개 이상의 발광소자와 상기 Vf보다 큰 구동 전압을 갖는 1개 이상의 발광소자가 서로 교대로 배치된 배열을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 발광소자는 상기 Vf보다 작은 구동 전압을 갖는 2개 이상의 발광소자와 상기 Vf보다 큰 구동 전압을 갖는 2개 이상의 발광소자가 서로 교대로 배치된 배열을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 회로 기판은 바 형상을 가지며, 상기 복수의 발광소자는 상기 회로 기판의 길이 방향으로 배열된 것을 특징으로 하는 발광모듈.
  6. 복수의 발광소자를 포함하는 발광소자 그룹을 마련하는 단계;
    상기 발광소자 그룹에 포함된 복수의 발광소자를 구동 전압에 따라 2개 이상의 서브 그룹으로 분류하는 단계; 및
    상기 2개 이상의 서브 그룹으로 각각 선택된 하나 이상의 발광소자를 회로 기판 상에 교대로 배치하는 단계;
    를 포함하는 발광모듈 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 발광소자 그룹에 포함된 복수의 발광소자의 구동 전압은 정규 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 발광모듈 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 발광소자는 상기 복수의 발광소자의 평균 구동 전압을 기준으로 2개의 서브 그룹으로 분류되는 것을 특징으로 하는 발광모듈 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 발광소자는 상기 복수의 발광소자의 평균 구동 전압보다 작은 값 및 큰 값을 기준으로 3개의 서브 그룹으로 분류되는 것을 특징으로 하는 발광모듈 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 정규 분포의 평균값은 상기 발광모듈에 포함된 복수의 발광소자의 평균 구동 전압과 동일한 것을 특징으로 하는 발광모듈 제조방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 2개 이상의 서브 그룹으로 각각 선택된 하나 이상의 발광소자를 회로 기판 상에 교대로 배치하는 단계는 상기 회로 기판의 적어도 일부 영역에서 서로 동일한 상기 서브 그룹에 속한 2개 이상의 상기 발광소자가 서로 인접하도록 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광모듈 제조방법.
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