KR20130066072A - 발광 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 세로방향보다 가로방향으로 더 긴 광원영역과 광원영역 인근의 주변영역이 정의된 베이스; 광원영역에 실장된 복수의 p-n 접합 발광소자; 그리고 형광체를 포함하며, 복수의 p-n 접합 발광소자를 밀폐하도록 광원영역에 형성된 봉지제;로서, 세로방향보다 가로방향이 더 긴 형상을 갖는 봉지제;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 모듈에 관한 것이다.

Description

발광 모듈{LIGHT EMITTING MODULE}
본 개시는 전체적으로 발광 모듈에 관한 것으로, 특히 형광체를 포함하는 봉지제의 형상을 변경하여 발광 효율이 향상된 발광 모듈에 관한 것이다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
일반적으로 LED(Light Emitting Diode)는 주로 표면실장소자(surface mount device; SMD) 방식으로 패키지화되어, 어레이 형태로 인쇄 회로 기판(printed circuit board; PCB)에 실장되어 사용되고 있다.
LED 패키지는 프레임 및 전극으로 사용되는 리드전극에 발광칩을 다이어태칭하고, 발광칩과 리드전극을 와이어본딩한 다음, 몰딩수지를 리드전극과 일체화시켜 캐비티를 구비하는 패키지 본체를 성형하여 제조하였다.
그러나 이러한 LED 패키지는 반사부가 되는 캐비티로 인해 발광칩에서 발생된 빛의 지향각을 넓히는데 한계가 있고, 하나의 패키지를 제조하는데 소요되는 비용이 크기 때문에 제조원가를 낮추는데 문제점이 있었다.
이에 따라 도 1과 같이 LED칩을 직접 인쇄회로기판에 다이본딩(Die Bonding)하고 금속와이어를 매개로 와이어본딩(Wire Bonding)하여 전기적 연결을 하는 COB(Chip On Board)형 Multi 발광 모듈이 사용되고 있다.
도 2에는 기판에 COB 방식으로 실장된 다수의 LED칩(3)들이 수지 재질의 봉지제(5)에 의해 덮인 COB형 Multi 발광 모듈이 나타나 있다. 발광 모듈이 내는 빛이 태양광에 가깝도록 즉, High CRI(color rendering index)를 달성하기 위해 블루칩(Blue Chip)이 사용되며, 봉지제(5)에는 옐로형광체(Yellow Phosphor) 및 적색 형광체(Red Phosphor)가 포함된다.
발광 모듈의 광속 향상을 위해서는 발광칩의 발광 효율 향상과 형광체의 적절한 선택 등이 중요하지만 이에는 한계가 있고, 발광칩의 개수를 증가시키는 것도 발광 모듈의 사이즈 및 비용 증가 등의 문제가 있다. 따라서 발광 모듈의 발광 효율 향상을 위한 또 다른 방법이 필요하다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 세로방향보다 가로방향으로 더 긴 광원영역과 광원영역 인근의 주변영역이 정의된 베이스; 광원영역에 실장된 복수의 p-n 접합 발광소자; 그리고 형광체를 포함하며, 복수의 p-n 접합 발광소자를 밀폐하도록 광원영역에 형성된 봉지제;로서, 세로방향보다 가로방향이 더 긴 형상을 갖는 봉지제;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 모듈이 제공된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 종래의 발광 모듈의 일 예를 나타내는 사진,
도 2는 종래의 발광 모듈의 일 예를 나타내는 도면,
도 3은 본 개시에 따른 발광 모듈의 일 예를 나타내는 도면,
도 4는 도 3에 도시된 발광 모듈을 A-A 선을 따라 절단한 단면을 나타내는 도면,
도 5는 도 3에 도시된 발광 모듈의 p-n 접합 발광소자 및 회로부의 일 예를 나타내는 도면,
도 6은 도 5에 도시된 p-n 접합 발광소자의 일 예를 나타내는 도면.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).
도 3은 본 개시에 따른 발광 모듈의 일 예를 나타내는 도면이며, 도 4는 도 3에 도시된 발광 모듈을 A-A 선을 따라 절단한 단면을 나타내는 도면이다.
발광 모듈(300)은 베이스(310), p-n 접합 발광소자(100; 도 5 참조), 회로부(330) 및 봉지제(370)를 포함한다.
베이스(310)는 인쇄회로기판일 수 있으며, 다양한 타입의 기판이 채택될 수 있다. 예를 들어, 베이스(310)는 세라믹 기판, FR4 기판 또는 금속기판 등이 될 수 있다. 금속기판이 경우 베이스(310)는 예를 들어 금속층(311), 절연층(313), 전원 전달부(도시되지 않음) 및 반사층(315)을 포함한다. 절연층(313)은 금속층(311) 위에 형성되며, 전원전달부는 절연층(313)에 의해 절연되는 배선을 구비하며 p-n 접합 발광소자(100)와 전기적으로 연결된다. 반사층(315)은 예를 들어 절연층(313) 표면에 광반사율이 우수한 화이트 잉크가 도포되어 형성된다.
발광 모듈(300)은 단독으로 혹은 다수 개가 배열된 형태로 전구 또는 가로등과 같은 조명 장치에 사용된다. 발광 모듈(300)은 조명장치에 설치가 편리하도록 작은 판 형태를 가질 수 있으며, 예를 들어, 사각 형상을 가진다. 발광 모듈(300)은 복수의 p-n 접합 발광소자(100)가 봉지제(370)에 의해 밀폐된 multi chip 발광 모듈이다. 발광 모듈(300)은 조명장치 등에 설치되어 사용되므로 크기가 제한될 수 있다. 본 개시에서는 발광 모듈(300)의 한정된 사이즈를 발광 효율 향상을 위해 효과적으로 사용하는 구성을 개시한다.
베이스(310)에는 복수의 p-n 접합 발광소자(100)가 배치되는 광원영역(303)과 광원영역(303) 옆의 주변영역(305)이 정의된다. 광원영역(303)은 세로방향(D1)보다 가로방향(D2)으로 더 길며, 주변영역(305)은 광원영역(303)의 세로방향(D1) 양측에 위치한다. 주변영역(305)에는 후술될 회로부(330)가 구비된다. 주변영역(305)의 코너에는 발광 모듈(300)을 조명장치 등의 물체에 고정하는데 사용되는 체결홀(317)이 형성되어 있다.
도 5는 도 3에 도시된 발광 모듈의 p-n 접합 발광소자 및 회로부의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 6은 도 5에 도시된 p-n 접합 발광소자의 일 예를 나타내는 도면이다.
p-n 접합 발광소자(100)는 칩(chip) 자체로 베이스(310)에 실장되며, COB(Chip On Board) 방식이 적용된다. 복수의 p-n 접합 발광소자(100)가 광원영역(303)에 세로방향(D1) 및 가로방향(D2) 사각 형태로 실장되어 있다. 복수의 p-n 접합 발광소자(100)가 군을 이루며 배열되는 방식은 직사각, 정사각 또는 곡선형 외곽을 가지도록 여러 가지로 변경될 수 있다.
p-n 접합 발광소자(100)는 LED(Light Emitting Diode)를 그 대표적인 예로 하며, 이외에도 LD(Laser Diode) 등을 예로 들 수 있다. LED인 경우, p-n 접합 발광소자(100)는 사파이어 기판(10), 사파이어 기판(10) 위에 순차로 적층된 버퍼층(20), n형 반도체층(30)(예; n형 GaN층), 활성층(40), p형 반도체층(50)(예; p형 GaN층) 및 투광성 전도막(60)을 포함하며, n형 반도체층(30) 위에 위치한 n측 패드전극(80) 및 투광성 전도막(60) 위에 위치한 p측 패드전극(70)을 포함한다. P측 패드전극(70) 및 n측 패드전극(80)에는 와이어(75, 85)가 본딩되어 있고, 와이어(75, 85)에 의해 각 열의 p-n 접합 발광소자(100)는 직렬연결될 수 있다. 활성층(40)에서 발생된 광은 p-n 접합 발광소자(100)의 상측으로 나오며 일부의 광은 p-n 접합 발광소자(100)의 측면으로 나온다.
LED의 타입 및 LED가 베이스(310)에 전기적으로 연결되는 방식은 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, LED가 도 6에 도시된 것과 다르게 수직형인 경우, LED의 전극이 베이스(310)에 직접 전기적으로 접촉된다.
회로부(330)는 주변영역(305)에 구비되며 외부로부터 공급된 전원을 p-n 접합 발광소자(100)에 전달한다. 회로부(330)는 전원과 복수의 p-n 접합 발광소자(100)의 전기적 연결을 위한 다수의 접속부를 포함하거나 전원의 제어에 관련된 회로소자를 포함할 수 있다. 베이스(310)에는 면적을 효율적으로 활용하기 위해 주변영역(305)을 광원영역(303)의 옆에 구비하며, 도 5에는 주변영역(305)이 베이스(310)의 세로방향(D1) 양측 가장자리에 마련되어 있다. 베이스(310)가 일 예로 대략 정사각 형상을 가지며 주변영역(305)이 세로방향(D1) 양측 가장자리에 구비되므로 광원영역(303)은 가로방향(D2)으로 긴 직사각 형상을 가진다. 본 개시에서는 이러한 광원영역(303)을 활용하여 봉지제(370)의 형태를 통상적인 경우와 다르게 변경함으로써 발광 효율을 향상한다.
봉지제(370)는 예를 들어 에폭시 등의 수지 및 수지에 분산된 형광체를 포함한다. 봉지제(370)는 복수의 p-n 접합 발광소자(100)를 밀폐한다. 백색광을 만드는 경우 형광체는 p-n 접합 발광소자(100)가 청색칩이면 황색 형광체를 포함한다. 그 외에도 형광체는 적색 또는 녹색 형광체를 포함할 수 있다.
본 개시에서 봉지제(370)는 세로방향(D1)보다 가로방향(D2)으로 길게 형성되며, 예를 들어, 도 5에 도시된 것과 같이, 가로방향(D2)의 장축을 가지는 타원 형상을 가진다. 여기서 타원은 수학적으로 엄밀한 타원만을 의미하는 것이 아니고 원형이 아니라 일측으로 더 길게 형성되며 라운드진 외곽을 가지는 형상을 포함한다. 이와 다르게 봉지제(370)는 가로방향(D2)으로 뻗는 직선형 변과 직선형 변을 연결하는 라운드진 변을 구비하여 트랙형으로 형성되는 경우도 포함한다.
전술한 것과 같이 복수의 p-n 접합 발광소자(100)는 가로 및 세로로 사각 형상으로 구비되며 p-n 접합 발광소자(100)와 봉지제(370)의 외곽과의 거리는 p-n 접합 발광소자(100)의 배열형태에 따라 달라진다. 예를 들어 p-n 접합 발광소자(100)와 봉지제(370)의 외곽과의 거리는 세로방향(D1)보다 가로방향(D2)이 더 길 수 있다. 이와 다르게 복수의 p-n 접합 발광소자(100)는 세로방향(D1)보다 가로방향(D2)의 길이를 더 증가하여 직사각 형태로 배열될 수도 있으며, p-n 접합 발광소자(100)와 봉지제(370)의 외곽과의 거리는 가로방향(D2)보다 세로방향(D1)이 더 길 수도 있다.
복수의 p-n 접합 발광소자(100)는 주어진 광원영역(303)을 효율적으로 활용하기 위해 이외에도 다양한 형태로 배치될 수 있다. 어떠한 경우에도 봉지제(370)는 복수의 p-n 접합 발광소자(100)를 밀폐하며 세로방향(D1)보다 가로방향(D2)으로 더 길게 형성되어 주어진 광원영역(303)을 더 많이 활용할 수 있도록 형성된다.
이와 같이 봉지제(370)를 단순히 p-n 접합 발광소자(100)를 덮는 원형으로 형성하지 않고 타원형으로 형성하면 동일한 개수의 p-n 접합 발광소자(100) 및 입력전력에 대해 광량이 증가함을 확인하였다. 아래의 표 1은 는 동일한 개수의 p-n 접합 발광소자(100)와 동일한 입력전력에 대해 동일한 광원영역(303)에 원형으로 봉지제(370)를 형성한 경우와 타원형으로 형성한 경우를 비교 실험한 결과를 나타낸다.
IF
[mA]		 VF
[V]		 Power
[W]		 Luminous flux [lm] CCT
[K]		 Ra Efficacy
[lm/W]
원형
봉지제		 80 259 20.72 1687 3038 81 84
타원형 봉지제 80 256.3 20.50 1939 2865 84 94
상기 표 1에서 IF(Forward Current) 순방향 전류를, VF(Forward Voltage)는 순방향 전압을, Luminous flux는 광속을, CCT(Correlated Color Temperature)는 상관 색온도를, CRI(Ra; Color Rendering Index) 연색성을 각각 의미한다.
상기 표 1에 나타난 것과 같이, IF, VF 및 Power가 거의 동일할 때, 타원형 봉지제(370)의 경우 원형 봉지제와 비교하여 CRI가 약 3 증가하고 CCT가 약 173 [K]만큼 감소함에도 불구하고 Luminous flux가 약 252 [lm]만큼 대폭 증가하는 것을 확인하였다. 그 결과 발광 효율이 약 10% 로 현저히 상승한 것을 확인하였다.
이와 같이 본 개시에 따른 발광 모듈(300)에서 봉지제(370)는 타원형으로 형성되어서 발광 효율이 향상되며, 한정된 광원영역(303)을 원형 봉지제보다 더 효율적으로 사용할 수 있다.
이하, 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 봉지제는 라운드진 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 발광 모듈.
(2) 봉지제는 가로방향의 장축을 가지는 타원형으로 구비된 것을 특징으로 하는 발광 모듈.
(3) p-n 접합 발광소자는 COB(Chip On Board) 방식으로 베이스에 실장된 것을 특징으로 하는 발광 모듈.
(4) 복수의 p-n 접합 발광소자는 가로 및 세로로 배열되어 사각 형태로 구비된 것을 특징으로 하는 발광 모듈.
(5) 봉지제의 외곽과 p-n 접합 발광소자와의 거리는 세로방향보다 가로방향이 더 긴 것을 특징으로 하는 발광 모듈.
(6) 주변영역에 구비되어 외부로부터 베이스에 인가된 전원을 p-n 접합 발광소자에 공급하는 것에 관련된 회로부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 모듈.
(7) 베이스는 금속층; 금속층 위에 형성된 절연층; 절연층에 의해 절연되며 복수의 p-n 접합 발광소자와 전기적으로 연결된 전원전달부; 그리고 절연층 표면에 형성된 광반사층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 모듈.
(8) 베이스에는 주변영역에 체결홀이 구비된 것을 특징으로 하는 발광 모듈.
(9) 베이스는 광원영역보다 정사각에 더 가까운 형상을 가지며, 봉지제는 세로방향보다 가로방향으로 더 길고 라운드진 형상으로 구비되고, p-n 접합 발광소자는 COB(Chip On Board) 방식으로 가로 및 세로로 사각 형태로 베이스에 실장되며, 주변영역에 구비되어 외부로부터 베이스에 인가된 전원을 p-n 접합 발광소자에 공급하는 것에 관련된 회로부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 모듈.
본 개시에 따른 발광 모듈에 의하면 발광 효율이 향상된 발광 모듈이 제공된다.
100 : p-n 접합 발광소자 300 : 발광 모듈
310 : 베이스 317 : 체결홀
330 : 회로부 370 : 봉지제
D1 : 세로방향 D2 : 가로방향

Claims (10)

  1. 세로방향보다 가로방향으로 더 긴 광원영역과 광원영역 인근의 주변영역이 정의된 베이스;
    광원영역에 실장된 복수의 p-n 접합 발광소자; 그리고
    형광체를 포함하며, 복수의 p-n 접합 발광소자를 밀폐하도록 광원영역에 형성된 봉지제;로서, 세로방향보다 가로방향이 더 긴 형상을 갖는 봉지제;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    봉지제는 라운드진 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 발광 모듈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    봉지제는 가로방향의 장축을 가지는 타원형으로 구비된 것을 특징으로 하는 발광 모듈.
  4. 청구항 1에 있어서,
    p-n 접합 발광소자는 COB(Chip On Board) 방식으로 베이스에 실장된 것을 특징으로 하는 발광 모듈.
  5. 청구항 1에 있어서,
    복수의 p-n 접합 발광소자는 가로 및 세로로 배열되어 사각 형태로 구비된 것을 특징으로 하는 발광 모듈.
  6. 청구항 1에 있어서,
    봉지제의 외곽과 p-n 접합 발광소자와의 거리는 세로방향보다 가로방향이 더 긴 것을 특징으로 하는 발광 모듈.
  7. 청구항 1에 있어서,
    주변영역에 구비되어 외부로부터 베이스에 인가된 전원을 p-n 접합 발광소자에 공급하는 것에 관련된 회로부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 모듈.
  8. 청구항 1에 있어서,
    베이스는
    금속층;
    금속층 위에 형성된 절연층;
    절연층에 의해 절연되며 복수의 p-n 접합 발광소자와 전기적으로 연결된 전원전달부; 그리고
    절연층 표면에 형성된 광반사층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 모듈.
  9. 청구항 1에 있어서
    베이스에는 주변영역에 체결홀이 구비된 것을 특징으로 하는 발광 모듈.
  10. 청구항 1에 있어서,
    베이스는 광원영역보다 정사각에 더 가까운 형상을 가지며,
    봉지제는 세로방향보다 가로방향으로 더 길고 라운드진 형상으로 광원영역에 구비되고, p-n 접합 발광소자는 COB(Chip On Board) 방식으로 가로 및 세로로 사각 형태로 베이스에 실장되며,
    주변영역에 구비되어 외부로부터 베이스에 인가된 전원을 p-n 접합 발광소자에 공급하는 것에 관련된 회로부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 모듈.
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