KR20120081315A - 복수의 형광체 플레이트를 이용한 발광소자 모듈 및 이를 이용한 디스플레이 장치 - Google Patents

복수의 형광체 플레이트를 이용한 발광소자 모듈 및 이를 이용한 디스플레이 장치 Download PDF

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김도환
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Abstract

복수개의 칩을 개별 구동하거나 동시 구동하여 다양한 색상 및 백색을 구현할 수 있는 복수의 형광체 플레이트를 이용한 발광소자 모듈 및 이를 이용한 디스플레이 장치를 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 모듈은 여기광원을 방출시키는 복수개의 발광소자 칩, 서로 다른 형광체를 이용하여 조합된 복수개의 형광체 플레이트, 그리고, 상기 복수개의 발광소자 칩에 전류를 인가하는 전류부를 포함하고, 상기 복수개의 형광체 플레이트는 상기 복수개의 발광소자 칩에 대응되도록 구비되어 상기 발광소자 칩 상에 각각 형성되고, 상기 전류부에 의해 상기 복수개의 발광소자 칩은 개별 또는 동시 구동한다. 이와 같은 구성에 의하면, 복수개의 형광체 플레이트를 이용하여 백색 및 다양한 색상을 구현할 수 있다.

Description

복수의 형광체 플레이트를 이용한 발광소자 모듈 및 이를 이용한 디스플레이 장치{LIGHT-EMITTING DEVICE MODULE USING MULTIPLE PHOSPHOR PLATE AND DISPLAY DEVICE USING THE SAME}
복수의 형광체 플레이트를 이용한 발광소자 모듈 및 이를 이용한 디스플레이 장치를 개시한다. 보다 구체적으로, 복수개의 칩을 개별 구동하거나 동시 구동하여 다양한 색상 및 백색을 구현할 수 있는 복수의 형광체 플레이트를 이용한 발광소자 모듈 및 이를 이용한 디스플레이 장치를 개시한다.
조명장치로서 일상생활에 있어 상용 교류 전원을 이용한 형광등 및 백열전구가 일반적으로 가장 많이 사용되고 있다. 특히, 전력 효율이 우수하고 그 조도가 더 많이 확보되는 형광등이 더 많이 사용되고 있다. 조명장치의 경우, 전원이 공급되고 조명 설치가 용이한 장소에 필요한 경우 어떠한 곳에라도 설치가 가능하다. 시간이 지날수록 조명에 대한 수요가 많아지고 그 적용분야가 많아짐에 따라, 전체적인 소비전력에 따른 부하는 나날이 늘어가고 실정에 있으므로 전력소비를 감소시키기 위한 노력이 다각적으로 행해지고 있다.
이러한 조명장치로 LED 가 각광받고 있다. LED는 휴대폰의 키패드 조명, 카메라 플래시 및 소형 LCD 백라이트에 적용되면서 그 응용 범위가 크게 넓어지고 있으며, 옥외용 총천연색 대형 전광판, 교통신호등, 자동차 계기판, 항만, 공항, 고층 빌딩의 경고 및 유도등과 같은 다양한 곳에서 LED가 사용되고 있다.
이렇게 LED를 이용한 조명장치의 경우 일반적으로 형광체 페이스트를 LED 칩 위에 도포하는 방법을 이용한다. 이때, 기존의 실리콘과 형광체를 믹싱하여 LED 패키지에 도포하는 방식은 형광체의 침전과 실리콘의 영향으로 쉽게 그 효율이 떨어지는 경향이 있었다.
즉, 도 1을 참고하면, 종래에는 LED 패키지(10)내에 실리콘과 형광체를 함께 믹싱한 후에 이러한 형광체 페이스트를 도포하였다. 이 경우, LED 칩(11)에서 발광되는 여기광원(13)이 형광체 페이스트(12)를 통과하면서, 백색광(14)으로 전환되었다. 그러나 이 경우 한 층으로 도포된 형광체 페이스트의 효율이 떨어지는 경우에는 전체적인 백색 발광효율이 떨어지는 경향이 있다.
따라서, 복수의 형광체 페이스트를 이용하여 다양한 색상을 구현하면서도 고출력의 백색광을 구현하는 발광모듈의 개발이 요구된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수개의 형광체 플레이트를 이용하여 백색 및 다양한 색상을 구현할 수 있는 복수의 형광체 플레이트를 이용한 발광소자 모듈 및 이를 이용한 디스플레이 장치가 제공된다.
또한, 적색, 황색, 그리고 녹색의 형광체 플레이트를 각각 복수개의 칩에 배치하여 칩의 개별구동에 의해 원하는 발광색을 얻을 수 있는 복수의 형광체 플레이트를 이용한 발광소자 모듈 및 이를 이용한 디스플레이 장치가 제공된다.
또한, 복수개의 칩을 동시 구동하여 고출력의 백색광을 얻을 수 있는 복수의 형광체 플레이트를 이용한 발광소자 모듈 및 이를 이용한 디스플레이 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 모듈은 여기광원을 방출시키는 복수개의 발광소자 칩, 서로 다른 형광체를 이용하여 조합된 복수개의 형광체 플레이트, 그리고, 상기 복수개의 발광소자 칩에 전류를 인가하는 전류부를 포함하고, 상기 복수개의 형광체 플레이트는 상기 복수개의 발광소자 칩에 대응되도록 구비되어 상기 발광소자 칩 상에 각각 형성되고, 상기 전류부에 의해 상기 복수개의 발광소자 칩은 개별 또는 동시 구동한다.
일측에 따르면, 상기 형광체 플레이트는 녹색형광체 플레이트, 황색형광체 플레이트, 및 적색형광체 플레이트로 구성될 수 있다.
일측에 따르면, 상기 여기광원은 청색(blue)광원 또는 자외선 광원을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는 제1항의 발광소자 모듈을 포함하고, 전원을 공급받아 디스플레이부로 빛을 발산시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수개의 형광체 플레이트를 이용하여 백색 및 다양한 색상을 구현할 수 있다.
보다 자세하게, 적색, 황색, 그리고 녹색의 형광체 플레이트를 각각 복수개의 칩에 배치하여 칩의 개별구동에 의해 원하는 발광색을 얻을 수 있다. 따라서, 필요에 따라 별도의 발광소자를 구비할 필요 없이, 하나의 발광소자 모듈에서 다양한 발광색을 얻을 수 있는 것이다.
또한, 복수개의 칩을 동시 구동하여 고출력의 백색광을 얻을 수 있다. 복수의 칩을 결합하여 백색광을 발광시킴으로 인해 보다 높은 출력의 백색광을 얻을 수 있는 것이다.
도 1은 종래의 LED 패키지가 백색 광원을 얻는 것을 설명하기 위해 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 형광체 플레이트를 이용한 발광소자 모듈을 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 도 2의 발광소자 모듈의 형광체 플레이트의 구성을 변형한 예를 개략적으로 도시한 도면,
도 4는 도 3의 발광소자 모듈에서 하나의 발광소자 칩에만 전류가 인가된 경우를 설명하기 위한 도면, 그리고,
도 5는 도 3의 발광소자 모듈에서 복수의 발광소자 칩에 동시적으로 전류가 인가된 경우를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 모듈(100)은 광원이 필요한 모든 분야에 활용될 수 있다. 이러한 발광소자 모듈(100)은 복수개가 직렬 또는 병렬로 연결되어 사용될 수 있다.
상기 발광소자 모듈(100)은 발광소자 칩(110), 형광체 플레이트(120), 그리고 전류부(130)를 포함한다. 보다 자세한 설명을 위해 도 2 및 도 3을 제시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 형광체 플레이트를 이용한 발광소자 모듈(100)을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 발광소자 모듈(100)의 형광체 플레이트의 구성을 변형한 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
발광소자 칩(110)은 발광소자를 포함한다. 발광소자는 빛을 낼 수 있는 다양한 발광체를 포함한다. 이러한 발광소자는 엘이디(LED)를 포함할 수 있다.
한편 발광소자로 LED가 사용되는 경우에는 LED는 GaN 계열의 엘이디 등이 사용될 수 있다. 그리고 이러한 LED는 p 전극 및 n 전극이 모두 상부면에 형성된 수평형 구조나, p 전극 및 n 전극이 상, 하부면에 각각 형성된 수직형 구조 등으로 이루어질 수 있다.
발광소자 칩(110)은 복수개 형성된다. 이러한 발광소자 칩(110)은 제 1 발광소자 칩(111), 제 2 발광소자 칩(112), 그리고 제 3 발광소자 칩(113)을 포함한다. 다만, 발광소자 칩(110)의 개수는 위에서 예시한 것처럼 3개로 한정하는 것은 아니며, 필요와 용도에 따라 다양한 개수가 가능하다.
제 1 내지 제 3 발광소자(111, 112, 113)는 서로 같은 종류의 발광소자를 이용하여 빛을 발광시킬 수 있고, 서로 다른 종류의 발광소자를 사용하여도 무관하다.
제 1 내지 제 3 발광소자(111, 112, 113)는 발광소자 모듈(100)의 중심을 기준으로 원주방향으로 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 발광소자 모듈(100)의 중심을 원주방향으로 둘러싼 채 배치될 수 있다. 이는 후술하는 복수의 발광소자 칩(110)이 모두 구동하는 경우에 고출력의 백색광을 낼 수 있는 효과적인 배치이다.
한편, 도 3의 도시와 같이, 제 4 발광소자(114)가 더 구비되는 경우에는 4개의 발광소자가 발광소자 모듈(100)의 중심을 원주방향으로 둘러싼 채 배치될 수 있다.
발광소자 칩(110)은 여기광원을 방출한다. 이때, 여기광원(excitation source)이란 펌프광원(pump source)이라고도 한다. 이때, 일반적으로 바닥 상태(ground state) 또는 안정 상태(steady state)에 있는 전자나 분자를 진동 등의 다양한 양자 역학적 상태 또는 기계적인 충격 등으로 들뜨게 만드는 것을 여기(excitation)라 한다. 특히, 빛을 이용하여 여기할 때, 여기 시 사용되는 광원이 여기광원이며 증폭기 등의 특정 장치에 사용되는 여기광원을 좁은 뜻으로 펌프광원이라고도 한다.
여기광원으로는 청색(blue)광원 또는 자외선 광원이 사용될 수 있다. 용도 또는 주위 환경에 따라 다양한 여기광원이 선택 사용될 수 있다.
형광체 플레이트(120)는 발광소자 칩(110)상에 형성된다. 형광체 플레이트(120)는 실리콘 소재와 함께 혼합되어 발광소자 칩(110)상에 도포될 수 있다. 이러한 형광체 플레이트(120)는 복수의 발광소자 칩(110)에 대응하여 복수개 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 하나의 발광소자 칩(110)상에는 그에 대응하는 하나의 형광체 플레이트(120)가 도포되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 형광체란 염료, 반도체 등의 파장 변환 물질 중 하나로써, 전자선, X-선, 자외선 등의 에너지를 흡수한 후 흡수한 에너지의 일부를 가시광선으로 방출하는 물질로 예시한다.
복수개의 형광체 플레이트(120)는 제 1 형광체 플레이트(121), 제 2 형광체 플레이트(122), 그리고 제 3 형광체 플레이트(123)를 포함한다. 이때 형광체 플레이트(120)의 개수는 발광소자 칩(110)과 마찬가지로 3개로 한정하는 것이 아니라, 필요와 용도에 따라 그 개수를 달리할 수 있다.
제 1 형광체 플레이트(121)는 녹색 형광체 플레이트로 구성된다. 그리고 제 2 형광체 플레이트(122)는 황색 형광체 플레이트로 구성된다. 그리고 제 3 형광체 플레이트(123)는 적색 형광체 플레이트로 구성된다.
이러한 복수개의 형광체 플레이트(120)는 발광소자 모듈(100)의 중심을 기준으로 원주방향으로 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 발광소자 칩(110)상에 형성된 체로 발광소자 모듈(100)의 중심을 원주방향으로 둘러싼 채 배치될 수 있다.
한편, 도 3의 도시와 같이, 제 4 형광체 플레이트(124)가 더 구비되는 경우에는 4개의 형광체 플레이트가 발광소자 모듈(100)의 중심을 원주방향으로 둘러싼 채 배치될 수 있다.
형광체 플레이트의 형광체 조합방법에 대하여 설명한다. 청색(blue)광원을 여기광원으로 이용하는 경우에는 각각의 형광체 플레이트의 형광체는 산화물, 황화물, 질화물, 나노사이즈의 반도체물질 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 하나만이 포함될 수 있고, 복수개가 조합을 이루어 포함될 수도 있다. 이때, 산화물은 규산염(silicate) 또는 붕산염(borate)을 포함한다. 그리고 질화물은 산질화물(oxyniride)을 포함한다.
자외선 광원을 여기광원으로 이용하는 경우에는 각각의 형광체는 산화물(규산염(silicate) 또는 붕산염(borate)을 포함), 황화물, 질화물(산질화물(oxyniride)을 포함), 나노사이즈의 반도체물질 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
이렇게 복수개의 형광체 플레이트(120)가 각각 녹색, 황색, 적색의 형광체를 포함함으로써, 복수개의 발광소자 칩이 개별구동 하는 경우에는 녹색, 황색, 적색 등의 원하는 다양한 색상을 구현할 수 있다.
이러한 형광체 플레이트(120)는 형광체와 실리콘을 혼합(mixing)하여 수십~수백 마이크로미터의 두께로 틀에 넣어 경화시키는 방법으로 제조된다.
전류부(130)는 발광소자 칩(110)에 전류를 인가하는 역할을 한다. 이러한 전류부(130)는 외부 전원과 이어지는 전선(131) 및 발광소자 칩(110)과 연결되어 전원의 선택적인 공급 및 단속에 관여하는 스위치(132)를 포함한다.
스위치(132)는 복수의 발광소자 칩(110) 사이에 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 스위치(132)는 발광소자 모듈(100)의 중심에 위치하는 것으로 예시하고, 이러한 스위치(132)를 중심으로 발광소자 칩(110) 및 형광체 플레이트(120)가 원주방향으로 스위치(132)를 둘러싸면서 배치되는 것으로 예시한다.
도 4의 도시와 같이, 스위치(132)는 복수의 발광소자 칩(110)에 개별적으로 전원을 공급할 수 있다. 따라서, 복수개의 발광소자 칩(110) 중 원하는 발광소자 칩(110)만에 전원을 공급할 수 있다. 즉, 제 1 형광체 플레이트(121)를 통과한 빛은 녹색이 되고, 제 2 형광체 플레이트(122)를 통과한 빛은 황색이 되며, 제 3 형광체 플레이트(123)를 통과한 빛은 적색이 된다. 이로 인해, 각각의 발광소자 칩(110)에 대응되어 도포된 형광체 플레이트(120)의 고유의 발광색을 구현할 수 있다. 다만, 여기광원이 청색광원인 경우 황색 형광체 플레이트를 통과한 빛은 백색을 나타낼 수 있다.
한편, 도 5의 도시와 같이, 스위치(132)는 복수의 발광소자 칩(110)에 동시적으로 전원을 공급할 수 있다. 따라서, 복수의 발광소자 칩(110)이 동시에 발광하고, 그에 대응되는 복수의 형광체 플레이트(120)를 통과하면서 발광소자 모듈(100)내에서 빛의 혼합 및 확산이 이루어 지면서 고출력의 백색광을 구현할 수 있다.
결과적으로, 복수의 발광소자 칩(110)에 개별적으로 또는 동시적으로 전원을 공급함으로 인해 다양한 발광색을 구현할 수 있고, 고출력의 백색광을 구현할 수 있다.
이러한 발광소자 모듈(100)은 전원을 공급받아 디스플레이부로 빛을 발산시키는 다양한 디스플레이 장치에 적용될 수 있다. 예를 들어, 휴대폰의 키패드 조명, 카메라 플래시, 또는 LCD 백라이트에 적용될 수 있다. 뿐만 아니라 전광판, 교통신호등, 자동차 계기판, 항만, 공항, 고층 빌딩의 경고 및 유도등 등의 디스플레이 장치에 사용될 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 종래의 LED 패키지 100: 발광소자 모듈
110: 발광소자 칩 111: 제 1 발광소자 칩
112: 제 2 발광소자 칩 113: 제 3 발광소자 칩
120: 형광체 플레이트 121: 제 1 형광체 플레이트
122: 제 2 형광체 플레이트 123: 제 3 형광체 플레이트
130: 전류부 131: 전선
132: 스위치

Claims (8)

  1. 여기광원을 방출시키는 복수개의 발광소자 칩;
    서로 다른 형광체를 이용하여 조합된 복수개의 형광체 플레이트; 및
    상기 복수개의 발광소자 칩에 전류를 인가하는 전류부;
    를 포함하고, 상기 복수개의 형광체 플레이트는 상기 복수개의 발광소자 칩에 대응되도록 구비되어 상기 발광소자 칩 상에 각각 형성되고, 상기 전류부에 의해 상기 복수개의 발광소자 칩은 개별 또는 동시 구동하는 발광소자 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 형광체 플레이트는 녹색형광체 플레이트, 황색형광체 플레이트, 및 적색형광체 플레이트로 구성되는 발광소자 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 여기광원은 청색(blue)광원 또는 자외선 광원을 포함하는 발광소자 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 형광체 플레이트의 형광체는 규산염 또는 붕산염을 포함하는 산화물, 황화물, 산질화물을 포함하는 질화물, 나노사이즈의 반도체물질 중 적어도 하나를 포함하는 발광소자 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 형광체 플레이트는 형광체와 실리콘을 혼합하여 수십~수백 마이크로미터의 두께로 틀에 넣어 경화되는 발광소자 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 발광소자 칩을 동시에 구동하는 경우에 백색광이 발현되는 발광소자 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 형광체 플레이트는 상기 발광소자 모듈의 중심을 원주방향으로 둘러싼 채 배치되는 발광소자 모듈.
  8. 제1항의 발광소자 모듈을 포함하고, 전원을 공급받아 디스플레이부로 빛을 발산시키는 디스플레이 장치.
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