KR20130013458A - 발광소자 모듈 및 이를 포함하는 조명시스템 - Google Patents

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Abstract

실시예는 회로기판; 및 상기 회로기판 상에 배치된 복수 개의 발광소자를 포함하고, 상기 복수 개의 발광소자는 적어도 2개의 인자에 따라 MRM(Multi Rank Mixing)된 발광소자 모듈을 제공한다.

Description

발광소자 모듈 및 이를 포함하는 조명시스템{Light emitting device module and lighting system including the same}
실시예는 발광소자 모듈 및 이를 포함하는 조명시스템에 관한 것이다.
반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드나 레이저 다이오드와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하다.
이러한 기술의 발달로 디스플레이 소자뿐만 아니라 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL : Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.
여기서, LED의 구조는 기판 상에 P 전극, 활성층, N 전극이 순차적으로 적층되고, 기판과 N 전극이 와이어 본딩되어 있으므로 전류가 상호 통전될 수 있다.
이때, 기판에 전류를 인가하면, 전류가 P전극과 N전극에 공급되기 때문에, P전극으로부터 활성층으로 정공(+)이 방출되고, N 전극으로부터 활성층으로 전자(-)가 방출된다. 따라서, 활성층에서 정공과 전자가 결합하면서 에너지 준위가 낮아지게 되고, 에너지 준위가 낮아짐과 동시에 방출되는 에너지가 빛의 형태로 발산된다.
발광소자의 제조공정에서 원하는 스펙의 휘도나 광출력 등을 충족하지 못하는 발광소자가 생산될 수 있다. 이러한 발광소자들을 혼합하여, 예를 들면 광출력이 지나치게 높은 발광소자와 지나치게 낮은 발광소자를 함께 사용하는 방법이 있다.
상술한 MRM(Multi Rank Mixing)을 통하여 소정 스펙에 유사한 발광소자를 사용하는 효과를 기대할 수 있으나, 조명장치나 백라이트 유닛 등의 어플리케이션에서 요구하는 엄격한 스펙을 만족하기 어렵다.
실시예는 발광소자의 MRM 효율을 향상시키고자 한다.
실시예는 회로기판; 및 상기 회로기판 상에 배치된 복수 개의 발광소자를 포함하고, 상기 복수 개의 발광소자는 적어도 2개의 인자에 따라 MRM(Multi Rank Mixing)된 발광소자 모듈을 제공한다.
MRM은 상기 발광소자의 파장과 광출력에 따라 이루어질 수 있다.
파장은 5단계로 구비된 Wd(dominant wavelength)일 수 있다.
광출력은 3단계로 구분될 수 있다.
MRM은 전압으로 더 구분되어 이루어질 수 있다.
MRM된 2개의 발광소자가 하나의 발광소자 패키지 내에 배치될 수 있다.
다른 실시예는 상술한 발광소자 모듈을 포함하는 조명시스템을 제공한다.
실시예에 따른 발광소자 모듈은, 2개 또는 3개의 인자에 따라 MRM된 2개의 발광소자가 하나의 발광소자 패키지 내에 배치되거나 발광소자 모듈에서 이웃하여 배치되어, 필요한 스펙에 일치하지 않는 발광소자를 함께 사용할 수 있으며, 특히 복수 개의 인자에 의하여 MRM을 실시하여 소정 스펙을 만족하는 발광소자들을 사용한 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 발광소자 모듈의 사시도이고,
도 2는 도 1의 발광소자 패키지의 일실시예의 단면도이고,
도 3은 도 1의 발광소자 패키지의 다른 실시예의 단면도이고,
도 4는 발광소자의 MRM 방법을 나타낸 도면이고,
도 5는 발광소자 모듈이 배치된 조명장치의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 6은 발광소자 모듈이 배치된 영상표시장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
상기의 실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1은 발광소자 모듈의 사시도이다.
실시예에 따른 발광소자 모듈(200)은 회로기판(210) 등의 기판 상에 복수 개의 발광소자 패키지(100) 어레이가 배치된다.
회로기판은 메탈 PCB나, FR4, FPCB 등이 사용될 수 있고, 각각의 발광소자 패키지는 도 2 또는 도 3에서 후술하는 바와 같다. 외부에서 전원이 공급되면, 회로 기판(210)으로부터 구동 신호가 발광소자 패키지(100)에 공급되는데, 회로 기판(210) 상에 캐소드(cathode) 배선과 애노드 (anode) 배선이 각각의 발광소자 패키지(100)의 리드 프레임에 연결되어 있다.
상기 복수 개의 발광소자 패키지에 배치된 각각의 발광소자는 MRM(Multi Rank Mixing)될 수 있다. 동일한 제조공정에서 제조된 발광소자라 할지라도 필요한 스펙에 일치하지 않을 수 있는데, 이때 이러한 발광소자를 서로 다른 인자에 따라 혼합하여 사용할 수 있다.
이때, 한 가지 인자에 의하여 각각의 발광소자의 등급(Rank)를 정하는 것 보다, 여러 가지 인자에 의하여 각각의 발광소자의 등급을 정하고 혼합하여 배열하는 것이 유리할 수 있다.
도 2는 도 1의 발광소자 패키지의 일실시예의 단면도이다.
실시예에 따른 발광 소자 패키지는 패키지 바디(110)와, 상기 패키지 바디(110)에 설치된 제1 리드 프레임(121) 및 제2 리드 프레임(122)과, 상기 패키지 바디(110)에 설치되어 상기 제1 리드 프레임(121) 및 제2 리드 프레임(122)과 전기적으로 연결되는 실시예에 따른 발광 소자(140)와, 상기 발광 소자(140)를 포위하는 수지층(160)을 포함한다.
패키지 바디(110)은 폴리프탈아미드(PPA: Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 금속 재질, PSG(photo sensitive glass), 사파이어(Al2O3), 인쇄회로기판(PCB) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 패키지 바디(110)의 상면 형상은 발광 소자(140)의 용도 및 설계에 따라 삼각형, 사각형, 다각형, 및 원형 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 발광 소자(140)가 직사각형 형상으로 형성되어 에지(edge) 타입의 백라이트 유닛(BLU : Backlight Unit)에 사용될 수 있으며, 휴대형 손전등이나 가정용 조명에 적용되는 경우, 패키지 바디(110)는 휴대용 손전등이나 가정용 조명에 내장하기 용이한 크기와 형태로 변경될 수 있다.
그리고, 상기 패키지 바디(110)는 상부가 개방되고, 측면과 바닥으로 이루어진 캐비티(cavity)가 형성된다. 상기 캐비티는 컵 형상, 오목한 용기 형상 등으로 형성될 수 있으며, 상기 캐비티의 내측면은 바닥에 대해 수직하거나 경사질 수 있다. 도시된 바와 같이 패키지 바디(110) 내의 캐비티의 바닥면에 발광소자가 위치하고 있다.
상기 캐비티의 바닥면에 배치된 발광소자(140)는 도전성 접착층(130)과 와이어(150)로 제1,2 리드 프레임(121, 122)에 각각 연결되고 있다.
상기 수지층(160)은 형광체를 포함하는데, 상기 형광체는 제1 파장 영역의 빛에 의하여 여기되어 제2 파장 영역의 빛을 방출한다. 예를 들어 상기 발광소자(140)에서 방출되는 청색광에 의하여 여기되어 황색광을 방출하고, 상기 청색광과 황색광이 작용하여 발광소자 패키지는 백색광을 구현할 수 있다.
도 2에서 하나의 발광소자 패키지마다 하나의 발광소자가 배치되고, 각각의 발광소자가 복수 개의 인자에 의하여 MRM될 수 있다. 도 3의 실시예에서는 하나의 발광소자 패키지 내에 2개의 발광소자가 배치되고, 하나의 발광소자 패키지 내의 2개의 발광소자가 복수 개의 인자에 의하여 MRM되어 있다.
도 3은 도1 의 발광소자 패키지의 다른 실시예의 단면도이다.
실시예에 따른 발광소자 패키지(300)는 패키지 몸체(310)에 리드 프레임이 배치될 수 있는데, 리드 프레임은 서로 전기적으로 분리된 제1 리드 프레임(322-1)과 제2 리드 프레임(324-1) 및 제3 리드 프레임(323-1)으로 이루어질 수 있다.
그리고, 2개의 발광소자(332, 334)가 상기 패키지 몸체(310)에 배치되어 상기 제1 리드 프레임(322-1) 및 제2 리드 프레임(324-1) 및 제3 리드 프레임(323-1)과 와이어(352, 354, 356, 358) 본딩될 수 있다.
상기 패키지 몸체(310)에는 캐비티(cavity)가 형성되는데, 상기 발광소자(232, 234)는 상기 캐비티의 바닥면에 배치된다. 구체적으로, 상기 몸체(310)의 상부가 개방되어 측면과 바닥면이 캐비티를 이룰 수 있는데, 상기 캐비티는 2개 이상이 형성될 수 있다. 그리고, 패키지 몸체(310)이 측면에서는 패키지 몸체의 일부가 반사컵(322, 324)을 이루고 있다.
그리고, 상기 발광소자(232, 234) 주변의 패키지 몸체(210)는 경사면을 이루어 광추출 효율을 높일 수 있다. 상기 경사면을 이루는 패키지 몸체(110)의 일부를 제1 반사컵(122)과 제2 반사컵(124)이라 할 수 있다.
그리고, 상기 캐비티 내에는 수지층(360)이 채워지는데, 수지층(360) 내에는 형광체(370)와 필러(미도시)가 포함된다. 도면에서 수지층(360)의 표면이 평탄하게 도시되어 있으나, 가운데가 볼록하거나 오목하게 배치될 수도 있다.
도 4는 발광소자의 MRM 방법을 나타낸 도면이다.
(a)에서는 파장에 따른 MRM을 나타내고 있으며, (b)에서는 광출력에 따른 MRM을 나타내고 있으며, (c)에서는 전압에 따른 MRM을 나타내고 있다.
파장에 따른 MRM은 Wd(dominant wavelength)에 따라서 발광소자를 5개의 등급(W1 내지 W5)로 구분하고, 광출력에 따른 MRM은 발광소자를 3개의 등급(P1 내지 P3)로 구분하고, 전압에 따른 MRM은 발광소자를 2개의 등급(V1과 V2)로 나누고 있다.
파장에 따른 MRM의 구체적인 방법이 아래의 표 1에 도시되어 있다. Wd가 가장 짧은 영역의 발광소자를 W1이라 하고 가장 장파장인 영역의 발광소자를 W5라 하면, 예를 들어 제1 발광소자의 파장에 따른 MRM 등급이 W1 일때 제2 발광소자의 파장에 따른 MRM 등급은 W4, W5 중 어느 하나일 수 있다.
그리고, 상술한 바와 같이 MRM된 제1 발광소자와 제2 발광소자는 발광소자 모듈에서 인접한 발광소자 패키지 내에 각각 배치되거나, 도 3과 같은 구조의 발광소자 패키지에서 하나의 캐비티 내에 2개의 발광소자가 함께 배치될 수 있다.
제1 발광소자 제2 발광소자
W1 W4, W5
W2 W3, W4, W5
W3 W2, W3, W4
W4 W1, W2, W3
W5 W1, W2
광출력에 따른 MRM의 구체적인 방법이 아래의 표 2에 도시되어 있다. 광출력이 가장 큰 발광소자를 P1이라 하고 가장 작은 발광소자를 P2라 하면, 예를 들어 제1 발광소자의 광출력에 따른 MRM 등급이 P1 일때 제2 발광소자의 광출력에 따른 MRM 등급은 P3 일 수 있다.
제1 발광소자 제2 발광소자
P1 P3
P2 P2
P3 P1
그리고, 전압에 따른 MRM은 V1과 V2로 발광소자의 등급을 나눌 수 있으며, 제1 발광소자가 V1의 전압을 가지면 제2 발광소자는 V2의 전압을 가질 수 있다. 상술한 바와 같이 광출력 또는 전압에 의하여 MRM된 제1 발광소자와 제2 발광소자는 발광소자 모듈에서 인접한 발광소자 패키지 내에 각각 배치되거나, 도 3과 같은 구조의 발광소자 패키지에서 하나의 캐비티 내에 2개의 발광소자가 함께 배치될 수 있다.
상술한 바와 같이 2개 또는 3개의 인자에 따라 MRM된 2개의 발광소자가 하나의 발광소자 패키지 내에 배치되거나 발광소자 모듈에서 이웃하여 배치되면, 필요한 스펙에 일치하지 않는 발광소자라도 함께 사용할 수 있으며, 특히 복수 개의 인자에 의하여 MRM을 실시하여 소정 스펙을 만족하는 발광소자들을 사용한 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자 모듈의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 소자 모듈, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또한, 실시예들에 기재된 발광소자 모듈은 영상표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로 등을 포함할 수 있다.
도 5은 발광소자 모듈이 배치된 조명장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 조명장치는 광을 투사하는 광원(600)과 상기 광원(600)이 내장되는 하우징(400)과 상기 광원(600)의 열을 방출하는 방열부(500) 및 상기 광원(600)과 방열부(500)를 상기 하우징(400)에 결합하는 홀더(700)를 포함하여 이루어진다.
상기 하우징(400)은 전기 소켓(미도시)에 결합되는 소켓 결합부(410)와, 상기 소켓결합부(410)와 연결되고 광원(600)이 내장되는 몸체부(420)를 포함한다. 몸체부(420)에는 하나의 공기유동구(430)가 관통하여 형성될 수 있다.
상기 하우징(400)의 몸체부(420) 상에 복수 개의 공기유동구(430)가 구비되어 있는데, 상기 공기유동구(430)는 하나의 공기유동구로 이루어지거나, 복수 개의 유동구를 도시된 바와 같은 방사상 배치 이외의 다양한 배치도 가능하다.
상기 광원(600)은 회로 기판(610) 상에 복수 개의 상술한 발광소자 패키지(650)가 구비되어 발광 소자 모듈을 이룬다. 상기 회로 기판(610)은 상기 하우징(400)의 개구부에 삽입될 수 있는 형상일 수 있으며, 후술하는 바와 같이 방열부(500)로 열을 전달하기 위하여 열전도율이 높은 물질로 이루어질 수 있다.
상기 광원의 하부에는 홀더(700)가 구비되는데 상기 홀더(700)는 프레임과 또 다른 공기 유동구를 포함할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나 상기 광원(100)의 하부에는 광학 부재가 구비되어 상기 광원(100)의 발광소자 패키지(150)에서 투사되는 빛을 확산, 산란 또는 수렴시킬 수 있다.
도 6은 발광소자 패키지가 배치된 영상표시장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 영상표시장치(800)는 광원 모듈과, 바텀 커버(810) 상의 반사판(820)과, 상기 반사판(820)의 전방에 배치되며 상기 광원모듈에서 방출되는 빛을 영상표시장치 전방으로 가이드하는 도광판(840)과, 상기 도광판(840)의 전방에 배치되는 제1 프리즘시트(850)와 제2 프리즘시트(860)와, 상기 제2 프리즘시트(860)의 전방에 배치되는 패널(870)과 상기 패널(870)의 전반에 배치되는 컬러필터(880)를 포함하여 이루어진다.
광원 모듈은 회로 기판(830) 상의 상술한 발광소자 패키지(835)를 포함하여 이루어지며 상술한 바와 같다.
상기 바텀 커버(810)는 영상표시장치(800) 내의 구성 요소들을 수납할 수 있다. 상기 반사판(820)은 본 도면처럼 별도의 구성요소로 마련될 수도 있고, 상기 도광판(840)의 후면이나, 상기 바텀 커버(810)의 전면에 반사도가 높은 물질로 코팅되는 형태로 마련되는 것도 가능하다.
여기서, 반사판(820)은 반사율이 높고 초박형으로 사용 가능한 소재를 사용할 수 있고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephtalate; PET)를 사용할 수 있다.
도광판(840)은 발광소자 패키지 모듈에서 방출되는 빛을 산란시켜 그 빛이 액정 표시 장치의 화면 전영역에 걸쳐 균일하게 분포되도록 한다. 따라서, 도광판(840)은 굴절률과 투과율이 좋은 재료로 이루어지는데, 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate; PMMA), 폴리카보네이트(PolyCarbonate; PC), 또는 폴리에틸렌(PolyEthylene; PE) 등으로 형성될 수 있다. 그리고, 도광판이 생략되어 반사시트(820) 위의 공간에서 빛이 전달되는 에어 가이드 방식도 가능하다.
상기 제1 프리즘 시트(850)는 지지필름의 일면에, 투광성이면서 탄성을 갖는 중합체 재료로 형성되는데, 상기 중합체는 복수 개의 입체구조가 반복적으로 형성된 프리즘층을 가질 수 있다. 여기서, 상기 복수 개의 패턴은 도시된 바와 같이 마루와 골이 반복적으로 스트라이프 타입으로 구비될 수 있다.
상기 제2 프리즘 시트(860)에서 지지필름 일면의 마루와 골의 방향은, 상기 제1 프리즘 시트(850) 내의 지지필름 일면의 마루와 골의 방향과 수직할 수 있다. 이는 광원 모듈과 반사시트로부터 전달된 빛을 상기 패널(870)의 전방향으로 고르게 분산하기 위함이다.
본 실시예에서 상기 제1 프리즘시트(850)과 제2 프리즘시트(860)가 광학시트를 이루는데, 상기 광학시트는 다른 조합 예를 들어, 마이크로 렌즈 어레이로 이루어지거나 확산시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 또는 하나의 프리즘 시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 등으로 이루어질 수 있다.
상기 패널(870)은 액정 표시 패널(Liquid crystal display)가 배치될 수 있는데, 외에 광원을 필요로 하는 다른 종류의 디스플레이 장치가 구비될 수 있다.
상기 패널(870)은, 유리 바디 사이에 액정이 위치하고 빛의 편광성을 이용하기 위해 편광판을 양 유리바디에 올린 상태로 되어있다. 여기서, 액정은 액체와 고체의 중간적인 특성을 가지는데, 액체처럼 유동성을 갖는 유기분자인 액정이 결정처럼 규칙적으로 배열된 상태를 갖는 것으로, 상기 분자 배열이 외부 전계에 의해 변화되는 성질을 이용하여 화상을 표시한다.
영상표시장치에 사용되는 액정 표시 패널은, 액티브 매트릭스(Active Matrix) 방식으로서, 각 화소에 공급되는 전압을 조절하는 스위치로서 트랜지스터를 사용한다.
상기 패널(870)의 전면에는 컬러 필터(880)가 구비되어 상기 패널(870)에서 투사된 빛을, 각각의 화소마다 적색과 녹색 및 청색의 빛만을 투과하므로 화상을 표현할 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 300 : 발광소자 패키지 110 : 패키지 몸체
121, 121 : 제1,2 리드 프레임 130 : 도전성 접착층
140 : 발광소자 150 : 와이어
160, 360 : 수지층 200 : 광원 모듈
210 : 회로기판 370 : 형광체
400 : 하우징 500 : 방열부
600 : 광원 700 : 홀더
800 : 표시장치 810 : 바텀 커버
820 : 반사판 830 : 회로 기판 모듈
840 : 도광판 850,860 : 제1,2 프리즘 시트
870 : 패널 880 : 컬러필터

Claims (7)

  1. 회로기판; 및
    상기 회로기판 상에 배치된 복수 개의 발광소자를 포함하고,
    상기 복수 개의 발광소자는 적어도 2개의 인자에 따라 MRM(Multi Rank Mixing)된 발광소자 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 MRM은 상기 발광소자의 파장과 광출력에 따라 이루어진 발광소자 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 파장은 5단계로 구비된 Wd(dominant wavelength)인 발광소자 모듈.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 광출력은 3단계로 구분된 발광소자 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 MRM은 전압으로 더 구분되어 이루어진 발광소자 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 MRM된 2개의 발광소자가 하나의 발광소자 패키지 내에 배치된 발광소자 모듈.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 발광소자 모듈을 포함하는 조명시스템.
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