KR20150019838A

KR20150019838A - 조명 장치

Info

Publication number: KR20150019838A
Application number: KR20130097208A
Authority: KR
Inventors: 조석현
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2013-08-16
Filing date: 2013-08-16
Publication date: 2015-02-25
Also published as: US20150048759A1

Abstract

본 발명에 따른 조명 장치는, 하우징; 및 상기 하우징의 일면 상에 탈부착이 가능하게 고정되는 복수의 광원 모듈;을 포함하고, 상기 복수의 광원 모듈은 상기 하우징의 중심을 관통하는 중심축을 기준으로 방사상으로 분할되며, 인접한 각 광원 모듈의 일부면이 결합되어 상기 조명 장치의 외부 형태를 정의하는 것을 특징으로 한다.

Description

조명 장치{LIGHTING DEVICE}

본 발명은 조명 장치에 관한 것이다.

기존에 조명용 광원으로 사용되던 전구를 대체하여 보다 소비 전력이 낮고 수명이 긴 발광다이오드(LED)를 광원으로 사용하는 LED 램프가 보급되고 있다.

그러나, 발광다이오드의 발광 특성상 전구와 같은 광지향각 배광을 구현하기가 쉽지가 않다는 문제가 있다. 또한, 1600lm(루멘)급 고출력 조명 장치에서는 자연 냉각을 통해 충분한 냉각 성능을 확보할 수 없었다. 이를 극복하기 위해 일부 조명 장치에서는 냉각팬을 별도로 구비하여 강제 냉각을 통해 방열 효율을 향상시키고 있다. 그러나, 냉각팬이 차지하는 공간만큼 조명 장치의 사이즈가 증가하게 되어 ANSI 규격을 초과해버리는 문제가 발생한다.

또한, 고출력을 위해 사용되는 복수의 LED 중 일부에서 고장이 발생하는 경우 조명 장치 전체를 교체해야 하는 단점이 있어서 비용이 증가한다는 문제가 발생한다. 이 때문에 전구를 LED 램프로 대체하는데 있어서 어려움이 있다.

이에, 당 기술분야에서는 종래의 자연 냉각의 제한적인 방열 효율을 극복하여 방열 효율을 극대화함으로써 광원의 수명을 증대시키고, 광 출력을 향상시킬 수 있는 조명 장치가 요구되고 있다.

또한, 고출력에 따른 방열 효율을 향상시키면서 조명 장치가 ANSI 규격 범위내의 사이즈를 갖도록 하는 조명 장치도 요구되고 있다.

다만, 본 발명의 목적은 이에만 제한되는 것은 아니며, 명시적으로 언급하지 않더라도 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 이에 포함된다고 할 것이다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치는, 하우징; 및 상기 하우징의 일면 상에 탈부착이 가능하게 고정되는 복수의 광원 모듈;을 포함하고, 상기 복수의 광원 모듈은 상기 하우징의 중심을 관통하는 중심축을 기준으로 방사상으로 분할되며, 인접한 각 광원 모듈의 일부면이 결합되어 외부 형태를 정의할 수 있다.

상기 복수의 광원 모듈은 상기 하우징과의 사이에 공기 흐름을 위한 유로를 구비할 수 있다.

상기 복수의 광원 모듈은 각각 상기 하우징과 마주하는 면에 상기 하우징에 체결되는 슬라이더를 구비할 수 있다.

상기 복수의 광원 모듈은 상기 슬라이더의 돌출된 일면을 통해 상기 하우징과 선접촉하며, 상기 하우징과의 사이에 개재되는 상기 슬라이더에 의해 상기 하우징과 이격되어 상기 유로를 형성할 수 있다.

상기 광원 모듈은, 서로 대향하는 제1면과 제2면을 가지며, 상기 제2면에는 상기 제1면을 향해 함몰되되 바닥면과, 상기 바닥면을 향해 상기 제2면에서 경사진 경사면과, 상기 바닥면의 양측 가장자리에서 각각 연장되어 상기 경사면의 양측 가장자리와 연결되는 한 쌍의 측벽에 의해 형성된 공간으로 정의된 리세스를 구비하는 프레임; 상기 프레임의 바닥면에 놓이는 광원; 및 상기 광원을 덮는 커버;를 포함할 수 있다.

상기 한 쌍의 측벽은 다음의 조건식을 만족할 수 있다.

조건식: θ = 360°/n

여기서, 상기 중심축과 상기 한 쌍의 측벽의 가상의 연장선의 교점을 꼭짓점으로 할 경우, 'θ'는 상기 꼭짓점을 기준으로 하는 상기 한 쌍의 측벽이 이루는 각, 'n'은 상기 광원 모듈의 개수이다.

상기 하우징은 상기 일면에 상기 중심축을 따라 돌출된 고정부를 더 포함하고, 상기 고정부의 측면 둘레에는 상기 슬라이더가 체결되는 복수의 슬롯이 구비될 수 있다.

상기 복수의 슬롯은 각각 상기 고정부의 개방된 끝단에서 상기 일면까지 연장되어 형성되며, 상기 고정부의 측면 둘레를 따라서 서로 이격되어 상기 중심축에 평행하게 배열될 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치는, 고정부를 가지는 하우징; 및 상기 고정부의 중심을 관통하는 중심축을 기준으로 방사상으로 분할되며, 각각 상기 고정부에 길이 방향을 따라서 탈부착이 가능하게 체결되어 상기 고정부를 둘러싸는 구조로 구비되는 복수의 광원 모듈;을 포함하고, 인접한 각 광원 모듈의 일부면이 결합되어 외부 형태를 정의할 수 있다.

상기 복수의 광원 모듈은 각각 상기 하우징과 마주하는 하면 중앙에 상기 하우징을 향해 돌출되고 상기 고정부의 길이 방향을 따라서 연장된 슬라이더를 구비하며, 상기 슬라이더의 돌출된 끝단은 부분적으로 상기 고정부의 측면 둘레를 따라 형성된 복수의 슬롯에 체결될 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 종래의 전구와 거의 동등한 광지향각 배광을 구현할 수 있는 조명 장치가 제공될 수 있다.

또한, 고출력 조명 장치의 냉각 구조를 ANSI 규격 범위 내의 사이즈를 갖도록 구현함으로써 자연 냉각의 제한적인 방열 효율을 극복하여 충분한 냉각 성능을 확보할 수 있는 조명 장치가 제공될 수 있다.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 조명 장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1의 조명 장치에서 하우징을 개략적으로 나타내는 측면도 및 평면도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 1의 조명 장치에서 광원 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4의 광원 모듈에서 프레임을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 1의 조명 장치에서 공기가 유로를 따라 흐르는 상태를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 1의 조명 장치의 배광 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 8은 도 1의 조명 장치에서 광원 모듈의 다른 실시 형태를 개략적으로 나타내는 사시도 및 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시 형태에 따른 조명 장치에 채용될 수 있는 기판의 일 실시 형태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 10은 상기 기판의 다른 실시 형태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 11은 상기 도 10의 변형예에 따른 기판을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 12 내지 도 15는 상기 기판의 또 다른 다양한 실시 형태를 각각 개략적으로 나타내는 단면도들이다.
도 16은 본 발명의 다양한 실시 형태에 따른 조명 장치에 채용가능한 발광소자(LED 칩)의 일 예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 17은 도 16의 발광소자(LED 칩)의 다른 예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 18은 도 16의 발광소자(LED 칩)의 또 다른 예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 19는 본 발명의 다양한 실시 형태에 따른 조명 장치에 채용가능한 발광소자(LED 칩)로서 실장용 기판에 실장된 LED 칩의 예를 나타내는 단면도이다.
도 20은 CIE 1931 좌표계이다.
도 21은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 시스템을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 22는 도 21에 도시된 조명 시스템의 조명부의 상세 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 23은 도 21에 도시된 조명 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 24는 도 21에 도시된 조명 시스템을 개략적으로 구현한 사용 예시도이다.
도 25는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 조명 시스템의 블록도이다.
도 26은 본 발명의 지그비 신호의 포맷도이다.
도 27은 본 발명의 센싱 신호 분석부 및 동작 제어부의 설명도이다.
도 28은 본 발명의 무선 조명 시스템의 동작 흐름도이다.
도 29는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 조명 시스템의 구성 요소를 간략히 도시한 블록도이다.
도 30은 조명 시스템의 제어방법을 도시한 흐름도이다.
도 31은 또 다른 실시 형태에 따른 조명 시스템의 제어방법을 도시한 흐름도이다.
도 32는 또 다른 실시 형태에 따른 조명 시스템의 제어방법을 도시한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 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. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치를 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 조명 장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다..

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치(10)는 고정부(110)가 구비된 하우징(100), 상기 고정부(110)를 통해 상기 하우징(100)에 체결되는 복수의 광원 모듈(200)을 포함하여 구성될 수 있다.

하우징(100)은 조명 장치(10)의 기본 몸체에 해당하는 것으로 일면(101), 상기 일면(101)과 대향하는 타면(102) 및 상기 일면(101)과 타면(102) 사이를 연결하는 외측면(103)을 갖는다. 상기 일면(101)과 타면(102)은 각각 상기 하우징(100)의 중심을 관통하는 중심축(X)을 향해 돌출된 구조로 경사지게 형성될 수 있다. 그리고, 상기 외측면(103)에는 공기 순환을 위한 오목부(104)가 상기 중심축(X)에 평행하게 그 측면 둘레를 따라서 일정 간격으로 형성될 수 있다.

구체적으로, 도 2 및 도 3에서 도시하는 바와 같이, 상기 하우징(100)의 상기 일면(101)에는 고정부(110)가 구비되고, 상기 타면(102)에는 외부 전원과의 연결을 위한 단자부(120)가 구비될 수 있다. 그리고, 상기 고정부(110)가 구비된 상기 일면(101)에는 상기 고정부(110)에서 외측면(103)을 향하는 복수의 홈(105)이 방사상으로 연장되어 구비될 수 있다.

상기 하우징(100)은, 예를 들어, 폴리카보네이트(PC)를 사용하여 사출성형하는 방식으로 형성될 수 있다.

상기 고정부(110)는 상기 일면(101) 중앙에서 돌출되어 상기 중심축(X)을 따라 소정 길이만큼 연장된 파이프 형상의 구조를 가지며, 상기 고정부(110)의 측면에는 그 둘레를 따라서 복수의 슬롯(111)이 형성될 수 있다.

상기 복수의 슬롯(111)은 각각 상기 고정부(110)의 개방된 끝단에서 그 반대편인 상기 일면(101)까지 상기 고정부(110)의 길이 방향을 따라 연장된 구조로 형성되며, 상기 고정부(110)의 측면 둘레를 따라서 서로 이격되어 상기 중심축(X)에 평행하게 배열될 수 있다.

상기 고정부(110)는 상기 하우징(100)과 일체로 형성되어 상기 일면(101)에 구비되거나, 별개로 형성되어 상기 일면(101)에 조립되는 방식으로 구비될 수 있다.

한편, 상기 하우징(100)의 상기 일면(101)에 구비된 상기 복수의 홈(105)은 상기 복수의 슬롯(111)과 각각 연결된다. 따라서, 상기 복수의 슬롯(111)과 복수의 홈(105)은 서로 대응되는 개수로 구비될 수 있다. 그리고, 상기 하우징(100)의 외측면(103)에 구비되는 상기 오목부(104)는 상기 슬롯과 슬롯 사이의 영역에 각각 위치하도록 배치될 수 있다.

상기 단자부(120)는, 예를 들어 소켓에 탈부착이 가능하게 체결 및 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 단자부(120)는 전기 전도성을 갖는 물질, 예컨대, 금속 재질로 이루어질 수 있다. 본 실시 형태에서는 상기 단자부(120)가 스크류(screw) 체결 방식의 나사산이 형성된 에디슨 타입(Edison type)의 구조를 갖는 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.

한편, 상기 하우징(100) 내에는 전원공급장치(PSU), 센서장치 등의 각종 전자장치가 내장될 수 있다.

복수의 광원 모듈(200)은 상기 복수의 슬롯(111)에 체결되는 슬라이더()를 통해 각각 상기 고정부(110) 둘레를 따라서 상기 하우징(100)의 상기 일면(101) 상에 탈부착이 가능하게 체결되며, 일반 전구(light bulb)와 같은 배광을 구현할 수 있다.

구체적으로, 상기 복수의 광원 모듈(200)은 상기 중심축(X)을 기준으로 상기 고정부(110)의 측면 둘레를 따라서 방사상으로 균등하게 분할되어 파이프 형상의 상기 고정부(110)를 둘러싸는 구조로 구비될 수 있다. 그리고, 상기 분할된 복수의 광원 모듈(200) 사이에는 소정 간격의 갭(gap)(201)이 존재할 수 있다.

본 실시 형태에서는 상기 복수의 광원 모듈(200)이 6개로 균등하게 분할되어 구비되는 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 복수의 광원 모듈(200)은 2개, 3개, 4개 등의 개수로 다양하게 분할될 수 있다.

각각의 광원 모듈(200)은 상기 하우징(100)과 마주하는 하면에 상기 하우징(100)을 향해 돌출된 슬라이더(210)를 구비하며, 상기 슬라이더(210)가 상기 고정부(110)의 길이 방향을 따라서 상기 슬롯(111)에 슬라이딩되며 끼워지는 방식을 통해 상기 하우징(100)에 탈부착이 가능하게 체결될 수 있다.

상기 슬라이더(210)는 상기 광원 모듈(200)의 하면 중앙에서 소정 길이만큼 돌출되고, 상기 고정부(110)의 길이 방향을 따라서 연장되는 플레이트 형상으로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 슬라이더(210)는 전체적으로 상기 슬롯(111)의 간격과 대응되는 두께로 형성될 수 있다.

상기 슬라이더(210)의 돌출된 끝단은 부분적으로 상기 고정부(110)의 슬롯(111)에 체결되고, 나머지 부분은 상기 하우징(100)의 일면(101)에 형성된 홈(105)에 끼워질 수 있다. 따라서, 상기 광원 모듈(200)은 상기 슬라이더(210)를 통해 상기 하우징(100)에 안정적으로 고정 및 지지될 수 있다.

이와 같이, 본 실시 형태에 따른 광원 모듈(200)은 슬라이더(210)를 통해 하우징의 고정부(110)에 형성된 슬롯(111)에 슬라이딩 방식으로 용이하게 체결될 수 있어서 광원 모듈(200)의 조립성을 확보할 수 있는 효과를 갖는다.

한편, 상기 복수의 광원 모듈(200)이 상기 하우징(100)의 고정부(110)에 체결된 상태에서 상기 고정부(110)의 개방된 끝단에 체결되는 마개부(300)를 더 포함할 수 있다. 상기 마개부(300)는 상기 고정부(110)의 개방된 끝단에 탈부착이 가능하게 끼워져 상기 복수의 광원 모듈(200)이 상기 슬롯(111)에서 저절로 빠지나오지 않도록 고정시킨다.

이하에서는 도 2, 도 4 및 도 5를 참조하여 상기 광원 모듈에 대해 구체적으로 설명한다. 도 2는 도 1의 조명 장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도이고, 도 4a 및 도 4b는 도 1의 조명 장치에서 광원 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이며, 도 5는 도 4의 광원 모듈에서 프레임을 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 2 및 도 4에서 도시하는 바와 같이, 상기 광원 모듈(200)은 프레임(220), 상기 프레임(220) 상에 실장되는 광원(230), 상기 광원(230)을 덮는 커버(240)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 프레임(220)은 서로 대향하는 제1면(221)과 제2면(222)을 가지며, 상기 제2면(222)에는 상기 제1면(221)을 향해 함몰된 컵 구조의 리세스(223)를 구비한다. 상기 리세스(223)는 그 바닥면을 향해 상기 제2면(222)에서 하향 경사진 경사면(224)과, 상기 바닥면의 양측 가장자리에서 각각 연장되어 상기 경사면(224)의 양측 가장자리와 연결되는 한 쌍의 측벽(225)에 의해 형성된 공간으로 정의될 수 있다. 따라서, 상기 리세스(223)는 사각형의 바닥면이 상기 경사면(224)과 한 쌍의 측벽(225)에 의해 3면으로 둘러싸인 부분 개방된 구조를 가질 수 있다.

상기 한 쌍의 측벽(225)은 각각 상면이 상기 제2면(222)의 상부로 돌출된 곡면을 가지도록 형성될 수 있다. 그리고, 상기 한 쌍의 측벽(225)의 상면과 상기 제2면(222)은 추후 설명하는 커버(240)와 함께 상기 광원 모듈(200)이 상기 하우징(100)에 체결된 상태에서 상기 조명 장치(10)의 외부 형태를 정의할 수 있다.

한편, 도 5에서와 같이, 상기 한 쌍의 측벽(225)은 소정 각도로 벌어져 상기 바닥면에 대해 경사지게 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 한 쌍의 측벽(225)은 다음의 조건식을 만족하는 구조로 형성될 수 있다.

조건식: θ = 360°/n

여기서, 상기 중심축(X)과 상기 한 쌍의 측벽(225)의 가상의 연장선의 교점을 꼭짓점으로 할 경우, 'θ'는 상기 꼭짓점을 기준으로 하는 상기 한 쌍의 측벽(225)이 이루는 각, 'n'은 상기 광원 모듈(200)의 개수를 의미한다.

예를 들어, 도 1에서와 같이 광원 모듈(200)의 개수가 6개인 경우(n=6), 상기 한 쌍의 측벽(225)은 60도의 각도(θ=60°)로 벌어진 구조로 구비될 수 있다. 따라서, 상기 복수의 광원 모듈(200)은 상기 중심축(X)을 기준으로 방사상으로 균일하게 분할될 수 있다.

상기 프레임(220)의 상기 제1면(221)은 상기 하우징(100)과 마주하는 상기 광원 모듈(200)의 하면으로 정의될 수 있다. 그리고, 상기 제1면(221)의 중앙에는 상기 슬라이더(210)가 길이 방향으로 수직하게 돌출되어 구비될 수 있다.

상기 슬라이더(210)와 프레임(220)은 일체로 이루어질 수 있으며, 열 방출을 위해 알루미늄(Al)과 같은 금속 재질로 형성될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 따라서, 상기 프레임(220)은 광원(230)을 지지하는 고정 구조물로서 기능 외에 히트 싱크로서 기능을 수행할 수 있다.

한편, 도 6에서 도시하는 바와 같이, 상기 슬라이더(210)를 통해 상기 하우징(100)에 체결되는 상기 복수의 광원 모듈(200)은 상기 슬라이더(210)의 돌출된 끝단면을 통해 상기 하우징(100)과 선접촉한다. 즉, 상기 복수의 광원 모듈(200)은 상기 하우징(100)과의 사이에 개재되는 상기 슬라이더(210)에 의해 상기 하우징(100)과 소정 간격으로 이격된 상태로 상기 슬라이더(210)에 지지되어 상기 하우징(100)에 고정된다.

그리고, 상기 복수의 광원 모듈(200)의 하면과 상기 하우징(100)의 표면 사이에는 이와 같이 이격된 간격에 의해 형성되는 공간으로 정의되는 유로(F)가 마련될 수 있다. 상기 유로(F)는 외부의 공기(A)가 상기 조명 장치(10)를 상기 중심축(X)을 따라 수직하게 관통하여 유동할 수 있도록 한다. 그리고, 연속적인 공기 순환을 통해 상기 광원 모듈(200) 및 상기 하우징(100)에서 발생되는 열을 외부로 방출시킬 수 있다.

특히, 상기 하우징(100)과 상기 광원 모듈(200)은 얇은 두께를 갖는 상기 슬라이더(210)에 의해 부분적으로 접촉하고 있기 때문에 상기 하우징(100)의 표면과 광원 모듈(200)의 하면은 대부분 상기 유로(F)에 노출되는 구조를 갖는다. 또한, 상기 유로(F)를 가로지르며 노출되는 상기 슬라이더(210)는 일종의 방열 핀(heat dissipation fin)으로서 기능을 할 수 있다. 또한, 상기 유로(F)는 상기 분할된 복수의 광원 모듈(200) 사이에 구비되는 갭(gap)(201)과 연결되어 공기는 방사상으로도 흐를 수 있다. 따라서, 자연 냉각을 통한 조명 장치(10)의 방열 효율을 극대화시킬 수 있다.

상기 광원(230)은 상기 리세스(223)의 바닥면에 놓일 수 있다. 상기 광원(230)은 기판(231)과, 상기 기판(231) 상에 놓이는 복수의 발광소자(232)를 포함할 수 있다.

상기 기판(231)은 일반적인 FR4 타입의 인쇄회로기판(PCB)일 수 있고, 에폭시, 트리아진, 실리콘, 및 폴리이미드 등을 함유하는 유기 수지 소재 및 기타 유기 수지 소재로 형성되거나, 실리콘 나이트라이드, AlN, Al₂O₃ 등의 세라믹 소재, 또는 금속 및 금속화합물을 소재로 하여 형성될 수 있으며, MCPCB, MCCL 등을 포함할 수 있다.

상기 기판(231)에는 상기 복수의 발광소자(232)가 실장되어 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 상기 복수의 발광소자(232)는 소정 간격으로 이격되어 상기 기판(231)의 길이 방향을 따라서 배열될 수 있다.

상기 발광소자(232)는 외부에서 인가되는 전원에 의해 소정 파장의 빛을 발생시키는 광전소자라면 어느 것이나 이용 가능하며, 대표적으로, 성장 기판 상에 반도체층을 에피텍셜 성장시킨 반도체 발광다이오드(LED)를 포함할 수 있다. 상기 발광소자(232)는 함유되는 물질에 따라서 청색 광, 녹색 광 또는 적색 광을 발광할 수 있으며, 백색 광을 발광할 수도 있다.

이에 한정하는 것은 아니나, 예를 들면 상기 발광소자(232)는 n형 반도체층 및 p형 반도체층과 이들 사이에 배치된 활성층의 적층 구조를 가질 수 있다. 또한, 여기서 상기 활성층은 단일 또는 다중 양자우물구조로 이루어진 In_xAl_yGa₁ _-x- _yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)을 포함하는 질화물 반도체로 구성될 수 있다.

상기 발광소자(232)는 다양한 구조의 LED 칩 또는 이러한 LED 칩을 포함하는 다양한 형태의 LED 패키지가 사용될 수 있다. 상기 기판(231)과 발광소자(232)에 대해서는 추후 상세하게 설명한다.

상기 커버(240)는 상기 광원(230)을 덮어 보호하도록 상기 프레임(220)에 체결될 수 있다. 도 1 및 도 2에서와 같이, 상기 커버(240)는 상기 한 쌍의 측벽(225)의 돌출된 곡면과 대응되는 형상을 가질 수 있으며, 상기 한 쌍의 측벽(250) 사이에 배치되어 상기 리세스(223)를 덮는 구조로 체결될 수 있다.

상기 커버(240)는 투광성을 갖는 수지 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 아크릴(acrylic) 등을 포함할 수 있다. 또한, 글라스 재질로 이루어질 수도 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.

상기 커버(240)에는 광분산 물질이 대략 3% 내지 15% 사이의 범위 내에서 함유될 수 있다. 상기 광분산 물질로는, 예를 들어, SiO₂, TiO₂ 및 Al₂O₃로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 광분산 물질이 3%보다 적게 함유되는 경우에는 광이 충분히 분산되지 않아 광분산 효과를 기대할 수 없다는 문제가 발생한다. 그리고, 광분산 물질이 15% 이상 함유되는 경우에는 상기 커버(240)를 통해 외부로 방출되는 광량이 감소하게 되어 광추출 효율이 저하되는 문제가 발생한다.

상기 커버(240)에는 광분산 물질 이외에도 파장변환 물질이 함유되거나 코팅되어 구비될 수 있다. 파장변환 물질로는, 예를 들어 형광체가 사용될 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 복수의 광원 모듈(200)과 이러한 광원 모듈(200)이 슬라이딩 방식으로 탈부착 가능하게 조립되는 하우징(100)으로 구성되는 조명 장치(10)는 점광원인 LED를 사용하여 종래의 전구와 같은 광지향각 배광을 구현할 수 있다.

도 7에서는 배광 분포 해석에 따른 배광 곡선을 개략적으로 나타내고 있다. 도시하는 바와 같이 배광 분포는 ±135°도에서 평균광도차 +10%/-15% 수준으로 광지향각 배광 기준(±20%)을 충분히 만족하는 것을 확인할 수 있다.

또한, 도 6에서와 같이, 하우징(100)과 광원 모듈(200) 사이에 냉각을 위한 유로(F)를 구비함으로써 ANSI 규격(예를 들어, ANSI A21) 내에서 대략 1600lm(루멘)급과 같은 고출력 조명 장치에서도 충분한 냉각 성능을 확보할 수 있다.

도 8a 및 도 8b를 참조하여 상기 광원 모듈의 다른 실시 형태에 대해 설명한다. 도 8a 및 도 8b에서 도시하는 실시 형태에 따른 광원 모듈은 슬라이더를 제외하고 상기 도 1 내지 도 6에서 도시하는 광원 모듈의 실시 형태와 기본적인 구조는 실질적으로 동일하다.

도 8a 및 도 8b에서 도시하는 바와 같이, 상기 광원 모듈(200')은 제1면(201)에 슬라이더(210')가 구비되고 제2면(202)에는 리세스(223)가 구비되는 프레임(220)과, 상기 프레임(220)의 상기 리세스(223) 바닥면에 놓이는 광원(230)과, 상기 광원(230)을 덮는 커버(240)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 리세스(223)가 구비된 프레임(220), 광원(230) 및 커버(240)의 구조는 상기 도 2에 도시된 프레임, 광원 및 커버와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.

도 8에서 도시하는 바와 같이, 상기 슬라이더(210')는 상기 프레임(220)의 제1면(201) 중앙에서 상기 고정부(110)의 길이 방향을 따라 수직하게 연장되어 구비될 수 있다. 그리고, 상기 슬라이더(210')의 양 측면에는 복수의 돌출부(211)가 구비될 수 있다.

상기 복수의 돌출부(211)는 상기 유로(F) 내에 노출되어 상기 슬라이더(210')의 상기 유로(F)를 통과하는 공기와의 접촉 면적을 증가시킨다. 따라서, 보다 많은 열이 공기를 통해 외부로 방출될 수 있어서 방열 효율을 향상시킬 수 있다.

이하에서는 앞서 설명한 광원(230)에 채용될 수 있는 다양한 기판 구조에 대해 설명한다.

도 9에서 도시하는 바와 같이, 상기 기판(1100)은 일면에 소정의 회로 패턴(1111,1112)이 형성된 절연 기판(1110), 상기 회로 패턴(1111,1112)과 접촉되게 상기 절연 기판(1110)에 형성되며 상기 발광소자(232)에서 발생하는 열을 방출하기 위한 상부열확산판(1140), 상기 절연 기판(1110)의 타면에 형성되며 상기 상부열확산판(1140)에 의해 전달되는 열을 외부로 전달하기 위한 하부열확산판(1160)을 포함하며, 상기 상부열확산판(1140)과 하부열확산판(1160)은 상호간의 열전도가 이루어질 수 있도록 상기 절연 기판(1110)을 관통하며 내벽이 도금처리된 적어도 하나의 관통공(1150)에 의해 연결될 수 있다.

상기 절연 기판(1110)은 세라믹 또는 에폭시 수지 계열인 FR4 코어 위에 동박을 입히고, 식각공정을 통해 회로 패턴(1111,1112)이 형성될 수 있다. 상기 기판의 하면에는 절연물질로 얇게 코팅처리되어 절연박막(1130)이 형성될 수 있다.

도 10에서는 상기 기판의 다른 실시 형태를 도시하고 있다. 도 10에서 도시하는 바와 같이, 상기 기판(1200)은 제1 금속층(1210) 상에 형성된 절연층(1220) 및 상기 절연층(1220) 상에 형성된 제2 금속층(1230)을 포함할 수 있다. 상기 기판(1200)의 적어도 일측 단부에는 상기 절연층(1220)을 노출시키는 단차 영역(R)이 형성될 수 있다.

상기 제1 금속층(1210)은 발열 특성이 좋은 재료로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 알루미늄(Al), 철(Fe) 등의 금속 또는 합금으로 형성될 수 있으며, 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다. 상기 절연층(1220)은 기본적으로 절연 특성을 지닌 재료로 형성될 수 있으며, 무기질 또는 유기질 물질을 사용하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 절연층(1220)은 에폭시계 절연 수지로 형성될 수 있으며, 열전도성을 향상시키기 위해 알루미늄(Al) 분말 등의 금속 분말이 포함된 형태로 사용될 수 있다. 상기 제2 금속층(1230)은 통상 구리(Cu) 박막으로 형성할 수 있다.

도 10에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 금속 기판은 절연층(1220)의 일측 단부의 노출된 영역의 거리, 즉 절연 거리는 절연층(1220)의 두께보다 크도록 형성될 수 있다. 본 명세서에서 절연 거리라 함은 제1 금속층(1210) 및 제2 금속층(1230) 사이의 절연층(1220)이 노출된 영역의 거리를 의미한다. 그리고, 금속 기판의 상방에서 관찰한 경우 절연층(1220)의 노출된 영역의 폭을 노출폭(W1)이라 한다. 도 10의 R 영역은 금속 기판 제조 과정에서 연삭 공정 등에 의해 제거된 영역으로, 제2 금속층(1230)의 표면으로부터 하방으로 h만큼의 깊이만큼 제거되어 절연층(1220)이 W1의 노출폭만큼 노출되어 단차 구조를 나타내고 있다. 만일 금속 기판의 단부가 제거되지 않은 상태인 경우 절연 거리는 절연층(1220)의 두께(h1+h2)이며, 단부의 일부분이 제거됨으로써 대략 W1 만큼의 절연 거리를 더 확보할 수 있다. 이에 따라 금속 기판의 내전압 실험을 실시하는 경우, 단부에서의 두 금속층(1210,1230)의 접촉 가능성을 최소화할 수 있는 구조를 지닌 금속 기판을 제공할 수 있다.

도 11에서는 상기 도 10의 변형예에 따른 금속 기판의 구조를 개략적으로 나타내고 있다. 도 11을 참조하면, 상기 금속 기판(1200')은 제1 금속층(1210') 상에 형성된 절연층(1220') 및 상기 절연층(1220') 상에 형성된 제2 금속층(1230')을 포함한다. 그리고, 상기 절연층(1220')과 제2 금속층(1230')은 소정 경사 각도(δ1)로 제거된 영역을 포함하고 있으며, 제1 금속층(1210')에도 소정 경사 각도(δ1)로 제거된 영역이 포함될 수 있다.

여기서, 경사 각도(δ1)는 절연층(1220') 및 제2 금속층(1230')의 계면과 절연층(1220')의 단부가 이루는 각도를 나타내며, 절연층(1220')의 두께를 고려하여 원하는 절연 거리(I)를 확보할 수 있도록 선택될 수 있다. 경사 각도(δ1)는 0 < δ1 < 90 (degree) 범위에서 선택될 수 있다. 경사 각도(δ1)가 커질수록 절연 거리(I) 및 절연층(1220')의 노출 영역의 폭(W2)은 커지게 되므로, 보다 큰 절연 거리를 확보하기 위해서 경사 각도(δ1)는 작도록 선택될 수 있으며, 예를 들어 0 < δ1 ≤ 45 (degree) 범위에서 선택될 수 있다.

도 12에서는 상기 기판의 또 다른 실시 형태를 개략적으로 나타내고 있다. 도 12를 참조하면, 상기 기판(1300)은 메탈 지지기판(1310)상에 절연층(1321) 및 상기 절연층(1321) 상에 적층된 동박(1322)으로 이루어진 레진코팅동박막(Resin Coated Copper, RCC)(1320)을 적층하여 형성되며, 상기 렌진코팅동박막(1320)의 일부를 제거하여 상기 발광소자(232)가 장착될 수 있는 적어도 하나의 홈이 형성될 수 있다. 이러한 금속 기판은 발광소자(232)의 하부영역에서 렌진코팅동박막(1320)을 제거하여 발광소자(232)가 직접 메탈 지지기판(1310)에 접촉되는 구조를 가지기 때문에 발광소자(232)로부터 발생된 열이 메탈 지지기판(1310)에 바로 전달되게 되어 방열 성능이 향상된다. 발광소자(232)는 솔더링(1340,1341)을 통해 전기적으로 연결 또는 고정될 수 있다. 동박(1322)의 상측에는 액상 PSR로 이루어진 보호층(1330)이 형성될 수 있다.

도 13에서는 상기 기판의 또 다른 실시 형태를 개략적으로 나타내고 있다. 본 실시 형태에 따른 기판은 열방출 특성이 우수하고, 제조 비용이 낮은 양극산화 금속 기판을 포함한다. 도 13을 참조하면, 양극산화 금속 기판(1400)은 금속 플레이트(1410), 상기 금속 플레이트(1410) 상에 형성된 양극산화막(1420), 상기 양극산화막(1420) 상에 형성된 전기적 배선(1430)을 포함할 수 있다.

상기 금속 플레이트(1410)는 비교적 저가로 손쉽게 얻을 수 있는 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금일 수 있으며, 그 밖에도 양극산화가 가능한(anodisable) 다른 금속으로 이루어질 수 있는바, 예컨대, 티타늄, 마그네슘 등의 재료가 가능하다.

알루미늄을 양극산화(anodizing) 처리하여 얻은 알루미늄 양극산화막(Al2O3)(1420)도 약 10 내지 30W/mK의 비교적 높은 열전달 특성을 갖는다. 따라서, 양극산화 금속 기판은 종래의 폴리머 기판의 PCB 또는 MCPCB 등에 비하여 보다 우수한 열 방출 특성을 나타내게 된다.

도 14에서는 상기 기판의 또 다른 실시 형태를 개략적으로 나타내고 있다. 도 14에서 도시하는 바와 같이, 상기 기판(1500)은 메탈기판(1510)에 도포된 절연수지(1520)와, 상기 절연수지(1520)에 형성된 회로패턴(1530)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 절연수지(1520)는 200㎛ 이하의 두께를 가질 수 있으며, 고상의 필름형태로 상기 메탈기판(1510)에 라미네이션(lamination) 되거나, 액상 형태로 스핀코팅이나 블레이드를 이용한 주조방식으로 도포될 수 있다. 또한, 상기 회로패턴(1530)은 상기 절연수지(1520)에 음각된 회로패턴의 문양에 구리 등의 금속 물질이 충전되어 형성될 수 있다. 발광소자(232)는 상기 회로패턴(1530)과 전기적으로 연결되도록 실장될 수 있다.

한편, 상기 기판은 변형이 자유로운 연성회로기판(FPCB)을 포함할 수 있다. 도 15에서 도시하는 바와 같이, 상기 기판(1600)은 하나 이상의 관통구(1611)가 형성되는 연성회로기판(1610), 상기 연성회로기판(1610)이 안착되는 지지 기판(1620)을 포함하며, 상기 관통구(1611)에는 상기 발광소자(232)의 저면과 상기 지지 기판(1620)의 상면을 결합시키는 방열 접착제(1640)가 구비될 수 있다. 여기서, 상기 발광소자(232)의 저면은 칩 패키지의 저면, 또는 상면에 칩이 실장된 리드 프레임의 저면 또는 메탈 블록일 수 있다. 상기 연성회로기판(1610)에는 회로 배선(1630)이 형성되어 있어 상기 발광소자(232)와 전기적으로 연결될 수 있다.

이와 같이, 연성회로기판(1610)을 사용하여 두께 및 중량 감소를 통해 슬림화 및 경량화가 가능해지고, 제조원가가 절감되며, 방열 접착제(1640)에 의해 발광소자(232)가 지지 기판(1620)에 직접 접합되게 되어 발광소자(232)에서 발생되는 열의 방열 효율을 증대시킬 수 있다.

상술한 기판은 평평하고 납작한 플레이트 형상으로 형성될 수 있다. 다만, 상기 기판의 사이즈와 구조는 본 실시 형태에 따른 광원 모듈이 사용될 장치, 예를 들어, 조명 장치의 구조에 대응하여 다양하게 변형될 수 있다.

이하에서는 상술한 광원의 발광소자로 채용될 수 있는 다양한 LED 칩 및 LED 패키지를 설명한다.

<발광소자 - 제1 예>

도 16은 LED 칩으로서의 발광소자의 일 예를 개략적으로 나타내는 측단면도이다.

도 16에 도시된 바와 같이, 발광소자(2000)는 성장 기판(2001) 상에 형성된 발광 적층체(L)를 포함할 수 있다. 상기 발광 적층체(L)는 제1 도전형 반도체층(2004), 활성층(2005) 및 제2 도전형 반도체층(2006)을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 도전형 반도체층(2006) 상에는 오믹 컨택층(2008)이 형성될 수 있으며, 상기 제1 도전형 반도체층(2004) 및 오믹 컨택층(2008)의 상면에는 각각 제1 및 제2 전극(2009a,2009b)이 형성될 수 있다.

본 명세서에서, '상부', '상면', '하부, '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 발광소자가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있을 것이다.

이하, 발광소자의 주요 구성요소에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다.

[기판]

발광소자를 구성하는 기판은 에피 성장을 위한 성장용 기판이다. 상기 기판(2001)으로는 필요에 따라 절연성, 도전성 또는 반도체 기판이 사용될 수 있다. 예를 들어, 사파이어, SiC, Si, MgAl₂O₄, MgO, LiAlO₂, LiGaO₂, GaN일 수 있다. GaN 물질의 에피성장을 위해서는 동종 기판인 GaN 기판이 좋으나, GaN 기판은 그 제조상의 어려움으로 생산단가가 높은 문제가 있다.

이종 기판으로는 사파이어, 실리콘 카바이드(SiC) 기판 등이 주로 사용되고 있으며, 가격이 비싼 실리콘 카바이드 기판에 비해 사파이어 기판이 더 많이 활용되고 있다. 이종 기판을 사용할 때는 기판 물질과 박막 물질 사이의 격자상수의 차이로 인해 전위(dislocation) 등 결함이 증가한다. 또한, 기판 물질과 박막 물질 사이의 열팽창계수의 차이로 인해 온도 변화시 휨이 발생하고, 휨은 박막의 균열(crack)의 원인이 된다. 기판(2001)과 GaN계인 발광 적층체(L) 사이의 버퍼층(2002)을 이용해 이러한 문제를 감소시킬 수도 있다.

상기 기판(2001)은 발광 적층체(L)의 성장 전 또는 후에 LED 칩의 광 또는 전기적 특성을 향상시키기 위해 칩 제조 과정에서 완전히 또는 부분적으로 제거되거나 패터닝하는 경우도 있다.

예를 들어, 사파이어 기판인 경우는 레이저를 기판을 통해 반도체층과의 계면에 조사하여 기판을 분리할 수 있으며, 실리콘이나 실리콘 카바이드 기판은 연마/에칭 등의 방법에 의해 제거할 수 있다.

또한, 상기 기판 제거시에는 다른 지지 기판을 사용하는 경우가 있으며 지지기판은 원 성장 기판의 반대쪽에 LED 칩의 광효율을 향상시키기 위해서, 반사 금속을 사용하여 접합하거나 반사구조를 접합층의 중간에 삽입할 수 있다.

기판 패터닝은 기판의 주면(표면 또는 양쪽면) 또는 측면에 발광 적층체의 성장 전 또는 후에 요철 또는 경사면을 형성하여 광 추출 효율을 향상시킨다. 패턴의 크기는 5nm ~ 500㎛ 범위에서 선택될 수 있으며 규칙 또는 불규칙적인 패턴으로 광 추출 효율을 좋게 하기 위한 구조면 가능하다. 모양도 기둥, 산, 반구형, 다각형 등의 다양한 형태를 채용할 수 있다.

상기 사파이어 기판의 경우, 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 및 a측 방향의 격자상수가 각각 13.001Å과 4.758Å이며, C(0001)면, A(1120)면, R(1102)면 등을 갖는다. 이 경우, 상기 C면은 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 성장용 기판으로 주로 사용된다.

상기 기판(2001)의 다른 물질로는 Si 기판을 들 수 있으며, 대구경화에 보다 적합하고 상대적으로 가격이 낮아 양산성이 향상될 수 있다. (111)면을 기판면으로 갖는 Si 기판이 GaN와의 격자상수의 차이가 17% 정도로 격자 정수의 차이로 인한 결정 결함의 발생을 억제하는 기술이 필요하다. 또한, 실리콘과 GaN 간의 열팽창률의 차이는 약 56% 정도로, 이 열팽창률 차이로 인해서 발생한 웨이퍼 휨을 억제하는 기술이 필요하다. 웨이퍼 휨으로 인해, GaN 박막의 균열을 가져올 수 있고, 공정 제어가 어려워 동일 웨이퍼 내에서 발광 파장의 산포가 커지는 등의 문제를 발생시킬 수 있다.

상기 실리콘(Si) 기판은 GaN계 반도체에서 발생하는 빛을 흡수하여 발광소자의 외부 양자 효율이 낮아지므로, 필요에 따라 상기 기판을 제거하고 반사층이 포함된 Si, Ge, SiAl, 세라믹, 또는 금속 기판등의 지지 기판을 추가로 형성하여 사용한다.

[버퍼층]

상기 Si 기판과 같이 이종 기판상에 GaN 박막을 성장시킬 때, 기판 물질과 박막 물질 사이의 격자 상수의 불일치로 인해 전위(dislocation) 밀도가 증가하고, 열팽창 계수 차이로 인해 균열(crack) 및 휨이 발생할 수 있다. 발광 적층체(L)의 전위 및 균열을 방지하기 위한 목적으로 기판(2001)과 발광 적층체(L) 사이에 버퍼층(2002)을 배치시킨다. 버퍼층(2002)은 활성층 성장시 기판의 휘는 정도를 조절해 웨이퍼의 파장 산포를 줄이는 기능도 한다.

상기 버퍼층(2002)은 Al_xIn_yGa₁ _-x- _yN (0≤x≤1, 0≤y≤1), 특히 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, 또는 InGaNAlN를 사용할 수 있으며, 필요에 따라 ZrB₂, HfB₂, ZrN, HfN, TiN 등의 물질도 사용할 수 있다. 또한, 복수의 층을 조합하거나, 조성을 점진적으로 변화시켜 사용할 수도 있다.

Si 기판은 GaN와 열팽창 계수 차이가 크기 때문에, 실리콘 기판에 GaN계 박막 성장시, 고온에서 GaN 박막을 성장시킨 후, 상온으로 냉각시 기판과 박막 간의 열팽창 계수의 차이에 의해 GaN 박막에 인장응력이 가해져 균열이 발생하기 쉽다. 균열을 막기 위한 방법으로 성장 중에 박막에 압축 응력이 걸리도록 성장하는 방법을 이용해 인장응력을 보상한다.

실리콘(Si)은 GaN과의 격자 상수 차이로 인해, 결함 발생 가능성도 크다. Si 기판을 사용하는 경우는 결함 제어뿐만 아니라 휨을 억제하기 위한 응력 제어를 동시에 해줘야 하기 때문에 복합 구조의 버퍼층을 사용한다.

예를 들어, 먼저 기판(2001) 상에 AlN를 형성한다. Si와 Ga 반응을 막기 위해 Ga을 포함하지 않은 물질을 사용하는 것이 좋다. AlN 뿐만 아니라 SiC 등의 물질도 사용할 수 있다. Al 소스와 N 소스를 이용하여 400 ~ 1300℃ 사이의 온도에서 성장시킨다. 필요에 따라, 복수의 AlN 층 사이에 GaN 중간에 응력을 제어하기 위한 AlGaN 중간층을 삽입할 수 있다.

[발광 적층체]

3족 질화물 반도체의 다층 구조를 구비하는 발광 적층체(L)를 보다 자세히 설명하면, 제1 및 제2 도전형 반도체층(2004, 2006)은 각각 n형 및 p형 불순물이 도핑된 반도체로 이루어질 수 있다.

다만, 이에 제한되는 것은 아니고 반대로 각각 p형 및 n형 반도체층이 될 수도 있을 것이다. 예를 들어, 제1 및 제2 도전형 반도체층(2004, 2006)은 3족 질화물 반도체, 예컨대, Al_xIn_yGa_1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 물론, 이에 한정되지 않으며, AlGaInP계열 반도체나 AlGaAs계열 반도체와 같은 물질도 이용될 수 있을 것이다.

한편, 제1 및 제2 도전형 반도체층(2004, 2006)은 단층 구조로 이루어질 수 있지만, 이와 달리, 필요에 따라 서로 다른 조성이나 두께 등을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 도전형 반도체층(2004, 2006)은 각각 전자 및 정공의 주입 효율을 개선할 수 있는 캐리어 주입층을 구비할 수 있으며, 또한, 다양한 형태의 초격자 구조를 구비할 수도 있다.

상기 제1 도전형 반도체층(2004)은 활성층(2005)과 인접한 부분에 전류 확산층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 전류 확산층은 서로 다른 조성을 갖거나, 서로 다른 불순물 함량을 갖는 복수의 In_xAl_yGa_(1-x-y)N층이 반복해서 적층되는 구조 또는 절연 물질 층이 부분적으로 형성될 수 있다.

상기 제2 도전형 반도체층(2006)은 활성층(2005)과 인접한 부분에 전자 차단층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 전자 차단층은 복수의 서로 다른 조성의 In_xAl_yGa_(1-x-y)N를 적층한 구조 또는 Al_yGa_(1-y)N로 구성된 1층 이상의 층을 가질 수 있으며, 활성층(2005)보다 밴드갭이 커서 제2 도전형(p형) 반도체층(2006)으로 전자가 넘어가는 것을 방지한다.

상기 발광 적층체(L)는 MOCVD 장치를 사용하며, 제조방법으로는 성장 기판(2001)을 설치한 반응 용기 내에 반응 가스로 유기 금속 화합물 가스(예, 트리메틸 갈륨 (TMG), 트리메틸 알루미늄(TMA) 등)와 질소 함유 가스(암모니아(NH3) 등)을 공급하고, 기판의 온도를 900℃∼1100℃의 고온으로 유지하고, 기판상에 질화 갈륨계 화합물 반도체를 성장하면서, 필요에 따라 불순물 가스를 공급해, 질화 갈륨계 화합물 반도체를 언도프, n형, 또는 p형으로 적층한다. n형 불순물로는 Si이 잘 알려져 있고, p형 불순물로서는 Zn, Cd, Be, Mg, Ca, Ba 등이 있으며, 주로 Mg, Zn가 사용된다.

또한, 제1 및 제2 도전형 반도체층(2004, 2006) 사이에 배치된 활성층(2005)은 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조, 예컨대, 질화물 반도체일 경우, GaN/InGaN 구조가 사용될 수 있으며, 다만, 단일 양자우물(SQW) 구조를 사용할 수도 있을 것이다.

[오믹 컨택층 및 제1 및 제2 전극]

상기 오믹 컨택층(2008)은 불순물 농도를 상대적으로 높게 해서 오믹 컨택 저항을 낮추어 소자의 동작 전압을 낮추고 소자 특성을 향상시킬 수 있다. 상기 오믹 컨택층(2008)은 GaN, InGaN, ZnO, 또는 그래핀층으로 구성될 수 있다.

제1 또는 제2 전극(2009a, 2009b)으로는 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함할 수 있으며, Ni/Ag, Zn/Ag, Ni/Al, Zn/Al, Pd/Ag, Pd/Al, Ir/Ag. Ir/Au, Pt/Ag, Pt/Al, Ni/Ag/Pt 등과 같이 2층 이상의 구조로 채용될 수 있다.

도 16에 도시된 LED 칩은 하나의 예로 제1 및 제2 전극이 광추출면과 동일한 면을 향하고 있는 구조이나 광추출면과 반대 방향으로 되는 플립칩 구조, 제1 전극 및 제2 전극을 상호 반대되는 면에 형성한 수직구조, 전류 분산의 효율 및 방열 효율을 높이기 위한 구조로 칩에 여러 개의 비아를 형성하여 전극 구조를 채용한 수직수평 구조등 다양한 구조로 구현될 수 있다.

<발광소자 - 제2 예>

고출력을 위한 대면적 발광소자를 제조하는 경우, 전류분산의 효율과 방열 효율을 위한 구조로 도 32에 도시된 LED 칩이 있을 수 있다.

도 17에 도시된 바와 같이, LED 칩(2100)은 제1 도전형 반도체층(2104), 활성층(2105), 제2 도전형 반도체층(2106), 제2 전극층(2107), 절연층(2102), 제1 전극층(2108) 및 기판(2101)을 포함한다. 이때 제1 전극층(2108)은 제1 도전형 반도체층(2104)에 전기적으로 접속하기 위하여 제2 도전형 반도체층(2106) 및 활성층(2105)과는 전기적으로 절연되어 제1 전극층(2108)의 일면으로부터 제1 도전형 반도체층(2104)의 적어도 일부 영역까지 연장된 하나 이상의 콘택 홀(H)을 포함한다. 상기 제1 전극층(2108)은 본 실시예에서 필수적인 구성요소는 아니다.

상기 콘택홀(H)은 제1 전극층(2108)의 계면에서부터 제2 전극층(2107), 제2 도전형 반도체층(2106) 및 활성층(2105)을 통과하여 제1 도전형 반도체층(2104) 내부까지 연장된다. 적어도 활성층(2105) 및 제1 도전형 반도체층(2104)의 계면까지는 연장되고, 바람직하게는 제1 도전형 반도체층(2104)의 일부까지 연장된다. 다만, 콘택홀(H)은 제1 도전형 반도체층(2104)의 전기적 연결 및 전류분산을 위한 것이므로 제1 도전형 반도체층(2104)과 접촉하면 목적을 달성하기 때문에 제1 도전형 반도체층(2104)의 외부표면까지 연장될 필요는 없다.

제2 도전형 반도체층(2106)과 접속되도록 형성된 제2 전극층(2107)은, 광 반사 기능과 제2 도전형 반도체층(2106)과 오믹 컨택 기능을 고려하여 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질 중에서 선택하여 사용될 수 있으며, 스퍼터링이나 증착 등의 공정을 이용할 수 있다.

상기 콘택홀(H)은 상기 제1 도전형 반도체층(2104)에 연결되도록 제2 전극층(2107), 제2 도전형 반도체층(2106) 및 활성층(2105)을 관통하는 형상을 갖는다. 이러한 콘택홀(H)은 식각 공정, 예컨대, ICP-RIE 등을 이용하여 실행될 수 있다.

상기 콘택홀(H)의 측벽과 상기 제2 전극층(2107)의 하면을 덮도록 절연층(2102)을 형성한다. 이 경우, 상기 콘택홀(H)에 의해 제1 도전형 반도체층(2104)은 적어도 일부가 노출될 수 있다. 상기 절연층(2102)은 SiO₂, SiO_xN_y, Si_xN_y과 같은 절연 물질을 증착시켜 형성될 수 있다. 상기 절연층(2102)은 CVD 공정을 통해 500℃ 이하에서 대략 0.01㎛ ~ 3㎛ 두께로 증착할 수 있다.

상기 콘택홀(H)에는 도전 물질이 충전되어 형성된 도전성 비아를 포함한 제1 전극층(2108)이 형성된다. 상기 도전성 비아는 하나의 발광소자 영역에 복수개 형성될 수 있다. 복수의 비아가 제1 도전형 반도체층(2104)과 접촉하는 영역의 평면 상에서 차지하는 면적은 발광소자 영역의 면적의 1% 내지 5%의 범위가 되도록 비아 개수 및 접촉 면적이 조절될 수 있다. 비아의 제1 도전형 반도체층(2104)과 접촉하는 영역의 평면상의 반경은, 예를 들어, 5㎛ 내지 50㎛의 범위일 수 있으며, 비아의 개수는 발광소자 영역의 넓이에 따라 발광소자 영역당 1개 내지 50개일 수 있다. 상기 비아는 발광소자 영역의 넓이에 따라 다르지만 바람직하게는 3개 이상이 좋으며, 각 비아 간의 거리는 100㎛ 내지 500㎛ 범위의 행과 열을 가지는 매트릭스 구조일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 150㎛ 내지 450㎛ 범위일 수 있다. 각 비아간의 거리가 100㎛보다 작으면 비아의 개수가 증가하게 되고, 상대적으로 발광면적이 줄어들어 발광효율이 작아지며, 거리가 500㎛보다 커지면 전류 확산이 어려워 발광효율이 떨어지는 문제가 있을 수 있다. 콘택홀(H)의 깊이는 제2 도전형 반도체층 및 활성층의 두께에 따라 다르나 대략 0.5㎛ 내지 5.0㎛의 범위일 수 있다.

이어 제1 전극층(2108)의 하부에 기판(2101)을 형성한다. 이러한 구조에서, 기판(2101)은 제1 도전형 반도체층(2104)과 접속되는 도전성 비아에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 기판(2101)은 이에 한정되지는 않으나 Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se, GaAs, SiAl, Ge, Sic, AlN, Al₂O₃, GaN, AlGaN 중 어느 하나를 포함하는 물질로 이루어질 수 있으며, 도금, 스퍼터링, 증착 또는 접착 등의 공정으로 형성될 수 있다.

상기 콘택홀(H)은 접촉 저항이 낮아지도록 개수, 형상, 피치, 제1 및 제2 도전형 반도체층(2104, 2106)과의 접촉 면적 등이 적절히 조절될 수 있으며, 행과 열을 따라 다양한 형태로 배열됨으로써 전류 흐름이 개선될 수 있다. 이때, 상기 제2 전극층(2107)은 상기 제2 도전형 반도체층(2106)과 접촉하는 계면 중 일부가 노출된 영역, 즉 노출 영역(E)을 적어도 하나 이상 구비할 수 있다. 상기 노출 영역(E) 상에는 외부 전원을 상기 제2 전극층(2107)에 연결하기 위한 전극패드부(2109)를 구비할 수 있다.

이와 같이, 도 33에 도시된 LED칩(2100)은, 서로 대향하는 제1 및 제2 주면을 가지며, 각각 상기 제1 및 제2 주면을 제공하는 제1 및 제2 도전형 반도체층(2104, 2106)과 그 사이에 형성된 활성층(2105)을 갖는 발광 구조체와, 상기 제2 주면으로부터 상기 활성층(2105)을 지나 상기 제1 도전형 반도체층(2104)의 일 영역에 연결된 콘택홀(H)과, 상기 발광 구조체의 제2 주면 상에 형성되며 상기 제1 도전형 반도체층(2104)의 일 영역에 상기 콘택홀(H)을 통해 연결된 제1 전극층(2108)과, 상기 발광 구조체의 제2 주면 상에 형성되며 상기 제2 도전형 반도체층(2106)에 연결된 제2 전극층(2107)을 포함하는 것으로 설명될 수 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2 전극층(2108, 2107) 중 어느 하나가 상기 발광 구조체의 측방향으로 인출된 구조를 가질 수 있다.

<발광소자 - 제3 예>

LED를 이용한 조명 장치는 방열 특성이 개선된 특징을 제공하고 있으나, 전체적인 방열 성능 측면에서 볼 때에, 조명 장치에 채용되는 LED 칩 자체를 발열량이 적은 LED 칩으로 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 요건을 만족하는 LED 칩으로서, 나노 구조체를 포함한 LED 칩(이하, "나노 LED 칩"이라 함)이 사용될 수 있다.

이러한 나노 LED 칩으로 최근에 개발된 코어(core)/셀(shell)형 나노 LED 칩이 있으며, 특히, 결합 밀도가 작아서 상대적으로 열 발생이 작을 뿐만 아니라, 나노 구조체를 활용하여 발광면적을 늘려 발광 효율을 높일 수 있으며, 비극성 활성층을 얻을 수 있어 분극에 의한 효율저하를 방지할 수 있으므로, 드랍(droop)특성을 개선할 수 있다.

도 18에는 광원 모듈에 채용될 수 있는 LED 칩의 또 다른 예로서 나노 LED 칩이 예시되어 있다.

도 18에 도시된 바와 같이, 나노 LED 칩(2200)은 기판(2201) 상에 형성된 다수의 나노 발광 구조체(N)를 포함한다. 본 예에서 나노 발광 구조체(N)는 코어-셀(core-shell) 구조로서 로드 구조로 예시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 피라미드 구조와 같은 다른 구조를 가질 수 있다.

상기 나노 LED 칩(2200)은 기판(2201) 상에 형성된 베이스층(2202)을 포함한다. 상기 베이스층(2202)은 나노 발광 구조체(N)의 성장면을 제공하는 층으로서 제1 도전형 반도체층일 수 있다. 상기 베이스층(2202) 상에는 나노 발광 구조체(N)(특히, 코어) 성장을 위한 오픈영역을 갖는 마스크층(2203)이 형성될 수 있다. 상기 마스크층(2203)은 SiO₂ 또는 SiN_x와 같은 유전체 물질일 수 있다.

상기 나노 발광 구조체(N)는 오픈영역을 갖는 마스크층(2203)을 이용하여 제1 도전형 반도체층을 선택 성장시킴으로써 제1 도전형 나노 코어(2204)를 형성하고, 상기 나노 코어(2204)의 표면에 쉘층으로서 활성층(2205) 및 제2 도전형 반도체층(2206)을 형성한다. 이로써, 나노 발광 구조체(N)는 제1 도전형 반도체층이 나노 코어가 되고, 나노 코어를 감싸는 활성층(2205) 및 제2 도전형 반도체층(2206)이 쉘층이 되는 코어-쉘(core-shell) 구조를 가질 수 있다.

본 예에 따른 나노 LED 칩(2200)은 나노 발광 구조체(N) 사이에 채워진 충전물질(2207)을 포함한다. 상기 충전물질(2207)은 나노 발광 구조체(N)를 구조적으로 안정화시키고, 광학적으로 개선하기 위하여 필요에 따라 채용될 수 있다. 상기 충전물질(2207)은 이에 한정되지는 않으나, SiO₂와 같은 투명한 물질로 형성될 수 있다. 상기 나노 발광 구조체(N) 상에는 제2 도전형 반도체층(2206)에 접속되도록 오믹 콘택층(2208)이 형성될 수 있다. 상기 나노 LED 칩(2200)은 제1 도전형 반도체층으로 이루어진 상기 베이스층(2202)과 상기 오믹 콘택층(2208)에 각각 접속된 제1 및 제2 전극(2209a,2209b)을 포함한다.

나노 발광 구조체(N)의 직경, 성분 및 도핑농도 중 적어도 하나를 달리 구현하여 단일한 소자에서 2 이상의 다른 파장의 광을 방출할 수 있다. 다른 파장의 광을 적절히 조절하여 단일 소자에서 형광체를 사용하지 않고도 백색 광을 구현할 수 있으며, 이러한 소자와 함께 다른 LED 칩을 결합하거나 또는 형광체와 같은 파장변환 물질을 결합하여 원하는 다양한 색깔의 광 또는 색온도가 다른 백색 광을 구현할 수 있다.

<발광소자 - 제4 예>

도 19에는 조명 장치에 채용될 수 있는 광원으로서, 실장 기판(2320) 상에 실장된 LED 칩(2310)을 갖는 반도체 발광소자(2300)가 도시되어 있다.

도 19에 도시된 반도체 발광소자(2300)는 실장 기판(2320)과 실장 기판(2320)에 탑재된 LED 칩(2310)을 포함한다. 상기 LED 칩(2310)은 앞서 설명된 예와 다른 LED 칩으로 제시되어 있다.

상기 LED 칩(2310)은 기판(2301)의 일면 상에 배치된 발광 적층체(L)와, 상기 발광 적층체(L)를 기준으로 상기 기판(2301) 반대 측에 배치된 제1 및 제2 전극 (2308a,2308b)을 포함한다. 또한, 상기 LED 칩(2310)은 상기 제1 및 제2 전극(2308a,2308b)을 덮도록 형성되는 절연부(2303)를 포함한다.

상기 제1 및 제2 전극(2308a, 2308b)은 제1 및 제2 전기연결부(2309a,2309b)에 의해 전기적으로 연결된 제1 및 제2 전극 패드(2319a,2319b)를 포함할 수 있다.

상기 발광 적층체(L)는 제1 도전형 반도체층(2304), 활성층(2305) 및 제2 도전형 반도체층(2306)을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극(2308a)은 상기 제2 도전형 반도체층(2306) 및 활성층(2305)을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층(2304)과 접속된 도전성 비아로 제공될 수 있다. 상기 제2 전극(2308b)는 제2 도전형 반도체층(2306)과 접속될 수 있다.

상기 도전성 비아는 하나의 발광소자 영역에 복수개 형성될 수 있다. 복수의 비아들이 제1 도전형 반도체층(2304)과 접촉하는 영역의 평면상에서 차지하는 면적은 발광소자 영역의 면적의 1% 내지 5%의 범위가 되도록 비아의 개수 및 접촉 면적이 조절될 수 있다. 비아의 제1 도전형 반도체층(2304)과 접촉하는 영역의 평면상의 반경은, 예를 들어, 5㎛ 내지 50㎛의 범위일 수 있으며, 비아의 개수는 발광소자 영역의 넓이에 따라, 발광소자 영역 당 1개 내지 50개일 수 있다. 상기 비아는 발광소자 영역의 넓이에 따라 다르지만 바람직하게는 3개 이상이 좋으며, 각 비아간의 거리는 100㎛ 내지 500㎛ 범위의 행과 열을 가지는 매트릭스 구조일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 150㎛ 내지 450㎛ 범위일 수 있다. 각 비아간의 거리가 100㎛ 보다 작으면 비아의 개수가 증가하게 되고 상대적으로 발광면적이 줄어들어 발광 효율이 작아지며, 거리가 500㎛보다 커지면 전류 확산이 어려워 발광 효율이 떨어지는 문제가 있을 수 있다. 비아의 깊이는 제2 도전형 반도체층(2306) 및 활성층(2305)의 두께에 따라 다르나 0.5㎛ 내지 5㎛의 범위일 수 있다.

상기 발광 적층체(L) 상에 도전성 오믹 물질을 증착하여 상기 제1 및 제2 전극(2308a,2308b)을 형성한다. 상기 제1 및 제2 전극(2308a,2308b)은 Ag, Al, Ni, Cr, Cu, Au, Pd, Pt, Sn, Ti, W, 꼬 Ir, Ru, Mg, Zn 또는 이들을 포함하는 합금물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제2 전극(2308b)은 제2 도전형 반도체층(2306)을 기준으로 적층된 Ag층의 오믹 전극일 수 있다. 상기 Ag 오믹 전극은 광의 반사층의 역할도 한다. 상기 Ag층 상에 선택적으로 Ni, Ti, Pt, W의 단일층 혹은 이들의 합금층이 교대로 적층될 수 있다. 구체적으로 Ag층 상에 Ni/Ti층, TiW/Pt층 혹은 Ti/W층이 적층되거나 또는 이들 층이 교대로 적층될 수 있다.

상기 제1 전극(2308a)은 제1 도전형 반도체층(2304)을 기준으로 Cr층이 적층되고, 상기 Cr층 상에 Au/Pt/Ti층이 순서대로 적층되거나, 혹은 제2 도전형 반도체층(2306)을 기준으로 Al층이 적층되고, 상기 Al층 상에 Ti/Ni/Au층이 순서대로 적층될 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극(2308a,2308b)은 오믹 특성 또는 반사 특성을 향상시키기 위해 상기 실시예 외에 다양한 재료 또는 적층 구조를 적용할 수 있다.

상기 절연부(2303)는 상기 제1 및 제2 전극(2308a,2308b)의 적어도 일부를 노출시키도록 오픈 영역을 구비하며, 상기 제1 및 제2 전극 패드(2319a,2319b)는 상기 제1 및 제2 전극(2308a,2308b)과 접속될 수 있다. 상기 절연부(2303)는 SiO2 및/또는 SiN CVD 공정을 통해 500℃ 이하에서 0.01㎛ ~ 3㎛ 두께로 증착될 수 있다.

상기 제1 및 제2 전극(2308a,2308b)은 서로 동일한 방향으로 배치될 수 있으며, 후술할 바와 같이, 리드 프레임 등에 소위, 플립 칩(flip-chip) 형태로 실장될 수 있다.

특히, 상기 제1 전극(2308a)은 상기 제2 도전형 반도체층(2304) 및 활성층(2305)을 관통하여 상기 발광 적층체(L) 내부에서 상기 제1 도전형 반도체층(2304)에 연결된 도전성 비아를 갖는 제1 전기연결부(2309a)와 접속될 수 있다.

도전성 비아와 상기 제1 전기 연결부(2309a)는 접촉 저항이 낮아지도록 개수, 형상, 피치, 제1 도전형 반도체층(2304)과의 접촉 면적 등이 적절히 조절될 수 있으며, 상기 도전성 비아와 상기 제1 전기 연결부(2309a)는 행과 열을 이루어 배열됨으로써 전류 흐름이 개선될 수 있다.

다른 한편의 전극구조는, 상기 제2 도전형 반도체층(2306) 상에 직접 형성되는 제2 전극(2308b)과 그 상부에 형성되는 제2 전기연결부(2309b)를 포함할 수 있다. 상기 제2 전극(2308b)은 상기 제2 도전형 반도체층(2306)과의 전기적 오믹을 형성하는 기능 외에 광 반사 물질로 이루어짐으로써 도 19에 도시된 바와 같이, LED 칩(2310)을 플립칩 구조로 실장된 상태에서, 활성층(2305)에서 방출된 빛을 기판(2301) 방향으로 효과적으로 방출시킬 수 있다. 물론, 주된 광방출 방향에 따라, 상기 제2 전극(2308b)은 투명 전도성 산화물과 같은 광투과성 도전 물질로 이루어질 수도 있다.

상기 설명된 2개의 전극구조는 절연부(2303)에 의하여 서로 전기적으로 분리될 수 있다. 절연부(2303)는 전기적으로 절연 특성을 갖는 물질이면 어느 것이나 사용할 수 있지만, 광흡수율이 낮은 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, SiO₂, SiO_xN_y, Si_xN_y 등의 실리콘 산화물, 실리콘 질화물을 이용할 수 있을 것이다. 필요에 따라, 광투과성 물질 내에 광 반사성 필러를 분산시켜 광반사 구조를 형성할 수 있다.

상기 제1 및 제2 전극패드(2319a, 2319b)는 각각 제1 및 제2 전기연결부(2309a,2309b)와 접속되어 LED 칩(2310)의 외부 단자로 기능할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 전극 패드(2319a, 2319b)는 Au, Ag, Al, Ti, W, Cu, Sn, Ni, Pt, Cr, NiSn, TiW, AuSn 또는 이들의 공융 금속일 수 있다. 이 경우에, 실장 기판(2320)에 실장시 공융 금속을 이용하여 접합될 수 있으므로, 플립 칩 본딩 시 일반적으로 요구되는 별도의 솔더 범프를 사용하지 않을 수 있다. 솔더 범프를 이용하는 경우에 비하여 공융 금속을 이용한 실장 방식에서 방열 효과가 더욱 우수한 장점이 있다. 이 경우, 우수한 방열 효과를 얻기 위하여 제1 및 제2 전극 패드(2319a, 2319b)는 넓은 면적을 차지하도록 형성될 수 있다.

상기 기판(2301) 및 상기 발광 적층체(L)는 반대되는 설명이 없는 한, 도 16을 참조하여 설명된 내용을 참조하여 이해될 수 있다. 또한, 구체적으로 도시하지는 않았으나, 상기 발광 적층체(L)와 기판(2301) 사이에는 버퍼층(미도시)이 형성될 수 있으며, 버퍼층은 질화물 등으로 이루어진 언도프 반도체층으로 채용되어, 그 위에 성장되는 발광구조물의 격자 결함을 완화할 수 있다.

상기 기판(2301)은 서로 대향하는 제1 및 제2 주면을 가질 수 있으며, 상기 제1 및 제2 주면 중 적어도 하나에는 요철 구조가 형성될 수 있다. 상기 기판(2301)의 일면에 형성된 요철 구조는 상기 기판(2301)의 일부가 식각되어 상기 기판과 동일한 물질로 이루어질 수 있으며, 상기 기판(2301)과 다른 이종 물질로 구성될 수도 있다.

본 예와 같이, 상기 기판(2301)과 상기 제1 도전형 반도체층(2304)의 계면에 요철 구조를 형성함으로써, 상기 활성층(2305)으로부터 방출된 광의 경로가 다양해 질 수 있으므로, 빛이 반도체층 내부에서 흡수되는 비율이 감소하고 광 산란 비율이 증가하여 광 추출 효율이 증대될 수 있다.

구체적으로, 상기 요철 구조는 규칙 또는 불규칙적인 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 상기 요철을 이루는 이종 물질은 투명 전도체나 투명 절연체 또는 반사성이 우수한 물질을 사용할 수 있다. 투명 절연체로는 SiO₂, SiN_x, Al₂O₃, HfO, TiO₂ 또는 ZrO와 같은 물질을, 투명 전도체는 ZnO나 첨가물(Mg, Ag, Zn, Sc, Hf, Zr, Te, Se, Ta, W, Nb, Cu, Si, Ni, Co, Mo, Cr, Sn)이 함유된 인듐 산화물(Indum Oxide) 등과 같은 투명 전도성 산화물(TCO)을, 반사성 물질로는 Ag, Al 또는 굴절율이 서로 다른 다층막 구조의 DBR을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 기판(2301)은 상기 제1 도전형 반도체층(2304)으로부터 제거될 수 있다. 기판 제거에는 레이저를 이용한 LLO(Laser Lift Off) 공정 또는 식각, 연마 공정을 사용할 수 있다. 또한, 기판이 제거된 제1 도전형 반도체층의 표면에 요철을 형성할 수 있다.

도 19에 도시된 바와 같이, 상기 LED 칩(2310)은 실장 기판(2320)에 탑재되어 있다. 상기 실장 기판(2320)은 기판 본체(2311) 상면 및 하면에 각각 상부 및 하부 전극층(2312b,2312a)이 형성되고, 상기 상부 및 하부 전극층(2312b,2312a)을 연결하도록 상기 기판 본체(2311)를 관통하는 비아(2313)를 포함한다. 상기 기판 본체(2311)는 수지, 세라믹 또는 금속일 수 있으며, 상기 상부 또는 하부 전극층(2312b,2312a)은 Au, Cu, Ag, Al과 같은 금속층일 수 있다.

물론, 상술된 LED 칩(2310)이 탑재되는 기판은 도 19에 도시된 실장 기판(2320)의 형태에 한정되지 않으며, LED 칩(2310)을 구동하기 위한 배선 구조가 형성된 기판이라면 어느 것이나 적용 가능하다. 예를 들어, 상기 도 9 내지 도 15의 기판 중 어느 하나이거나, 한 쌍의 리드 프레임을 갖는 패키지 본체에 LED 칩이 실장된 패키지 구조로도 제공될 수 있다.

<발광소자의 기타 예>

상술된 LED 칩 외에도 다양한 구조의 LED 칩이 사용될 수 있다. 예를 들어, LED 칩의 금속-유전체 경계에 표면 플라즈몬 폴라리톤(surface-plasmon polaritons: SPP)을 형성시켜 양자우물 엑시톤과 상호작용 시킴으로써 광추출 효율을 크게 개선시킨 LED 칩도 유용하게 사용될 수 있다.

한편, 발광소자(232)는 청색 LED에 황색, 녹색, 적색 또는 오렌지색의 형광체를 조합하여 백색 광을 발하는 발광소자와 보라색, 청색, 녹색, 적색 또는 적외선 발광소자 중 적어도 하나를 포함하게 구성할 수 있다. 이 경우, 발광소자(232)는 연색성(CRI)을 나트륨(Na)등(연색지수 40)에서 태양광(연색지수 100) 수준으로 조절할 수 있으며, 또한 색 온도를 1500K에서 120000K 수준으로 다양한 백색 광을 발생시킬 수 있으며, 필요에 따라서는 보라색, 청색, 녹색, 적색, 오렌지색의 가시광 또는 적외선을 발생시켜 주위 분위기 또는 기분에 맞게 조명 색을 조절할 수 있다. 또한, 식물 성장을 촉진할 수 있는 특수 파장의 광을 발생시킬 수도 있다.

상기 청색 LED에 황색, 녹색, 적색 형광체 및/또는 녹색, 적색 LED의 조합으로 만들어지는 백색광은 2개 이상의 피크 파장을 가지며, 도 20에서 도시하는 CIE 1931 좌표계의 (x, y)좌표가 (0.4476, 0.4074), (0.3484, 0.3516), (0.3101, 0.3162), (0.3128, 0.3292), (0.3333, 0.3333)을 잇는 선분 상에 위치할 수 있다. 또는 상기 선분과 흑체 복사 스펙트럼으로 둘러싸인 영역에 위치할 수 있다. 상기 백색광의 색 온도는 2000K ~ 20000K사이에 해당한다.

형광체는 다음과 같은 조성식 및 컬러(color)를 가질 수 있다.

산화물계 : 황색 및 녹색 Y3Al5O12:Ce, Tb3Al5O12:Ce, Lu3Al5O12:Ce

실리케이트계 : 황색 및 녹색 (Ba,Sr)2SiO4:Eu, 황색 및 등색 (Ba,Sr)3SiO5:Ce

질화물계 : 녹색 β-SiAlON:Eu, 황색 L3Si6O11:Ce, 등색 α-SiAlON:Eu, 적색 CaAlSiN3:Eu, Sr2Si5N8:Eu, SrSiAl4N7:Eu

플루오라이트(fluoride)계 : KSF계 적색 K2SiF6:Mn4+

형광체 조성은 기본적으로 화학양론(Stoichiometry)에 부합하여야 하며, 각 원소들은 주기율표상 각 족들 내 다른 원소로 치환이 가능하다. 예를 들어 Sr은 알카리토류(II)족의 Ba, Ca, Mg 등으로, Y는 란탄계열의 Tb, Lu, Sc, Gd 등으로 치환이 가능하다. 또한, 활성제인 Eu 등은 원하는 에너지 준위에 따라 Ce, Tb, Pr, Er, Yb 등으로 치환이 가능하며, 활성제 단독 또는 특성 변형을 위해 부활성제 등이 추가로 적용될 수 있다.

또한, 형광체 대체 물질로 양자점(Quantum Dot, QD) 등의 물질들이 적용될 수 있으며, LED에 형광체와 QD를 혼합 또는 단독으로 사용될 수 있다.

QD는 CdSe, InP 등의 코어(Core)(3 ~ 10nm)와 ZnS, ZnSe 등의 셀(Shell)(0.5 ~ 2nm) 및 Core, Shell의 안정화를 위한 리간드(ligand)의 구조로 구성될 수 있으며, 사이즈에 따라 다양한 컬러를 구현할 수 있다.

아래 표 1은 청색 LED(440 ~ 460nm)를 사용한 백색 발광소자의 응용분야별 형광체 종류이다.

용도	형광체
LED TV BLU	β-SiAlON:Eu2+ (Ca, Sr)AlSiN3:Eu2+ L3Si6O11:Ce3+ K2SiF6:Mn4+
조명	Lu3Al5O12:Ce3+ Ca-α-SiAlON:Eu2+ L3Si6N11:Ce3+ (Ca, Sr)AlSiN3:Eu2+ Y3Al5O12:Ce3+ K2SiF6:Mn4+
Side View (Mobile, Note PC)	Lu3Al5O12:Ce3+ Ca-α-SiAlON:Eu2+ L3Si6N11:Ce3+ (Ca, Sr)AlSiN3:Eu2+ Y3Al5O12:Ce3+ (Sr, Ba, Ca, Mg)2SiO4:Eu2+ K2SiF6:Mn4+
전장 (Head Lamp, etc.)	Lu3Al5O12:Ce3+ Ca-α-SiAlON:Eu2+ L3Si6N11:Ce3+ (Ca, Sr)AlSiN3:Eu2+ Y3Al5O12:Ce3+ K2SiF6:Mn4+

상기 형광체 또는 양자점의 도포 방식은 크게 발광소자에 뿌리는 방식, 막 형태로 덮는 방식, 필름 또는 세라믹 형광체 등의 시트 형태를 부착하는 방식 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.

뿌리는 방식으로는 디스펜싱(dispensing), 스프레이 코팅(spray coating)등이 일반적이며, 디스펜싱은 공압 방식과 스크류(screw), 리니어 타입(linear type) 등의 기계적(mechanical) 방식을 포함한다. 제팅(jetting) 방식으로 미량 토출을 통한 도팅량 제어 및 이를 통한 색좌표 제어도 가능하다. 웨이퍼 레벨 또는 발광소자 상에 스프레이 방식으로 형광체를 일괄 도포하는 방식은 생산성 및 두께 제어가 용이할 수 있다.

발광소자 위에 막 형태로 직접 덮는 방식은 전기영동, 스크린 프린팅(screen printing) 또는 형광체의 몰딩 방식으로 적용될 수 있으며, 칩 측면의 도포 유무 필요에 따라 해당 방식의 차이점을 가질 수 있다.

발광 파장이 다른 2종 이상의 형광체 중 단파장에서 발광하는 광을 재흡수 하는 장파장 발광 형광체의 효율을 제어하기 위하여 발광 파장이 다른 2종 이상의 형광체층을 구분할 수 있으며, 칩과 형광체 2종 이상의 파장 재흡수 및 간섭을 최소화하기 위하여 각 층 사이에 DBR(ODR) 층을 포함할 수 있다. 균일 도포막을 형성하기 위하여 형광체를 필름 또는 세라믹 형태로 제작 후 칩 위에 부착(attach)할 수 있다.

광 효율, 배광 특성에 차이점을 주기 위하여 리모트(remote) 형식으로 광변환 물질을 위치할 수 있으며, 이때 광변환 물질은 내구성, 내열성에 따라 투광성 고분자, 유리등의 물질 등과 함께 위치할 수 있다.

형광체 도포 기술은 발광소자에서 광특성을 결정하는 가장 큰 역할을 하게 되므로, 형광체 도포층의 두께, 형광체의 균일 분산등의 제어 기술들이 다양하게 연구되고 있다.

QD 또한 형광체와 동일한 방식으로 발광소자에 위치할 수 있으며, 유리 또는 투광성 고분자 물질 사이에 위치하여 광변환을 할 수도 있다.

한편, 상술된 LED를 이용한 조명 장치는 그 용도에 따라 크게 실내용(indoor) 과 실외용(outdoor)으로 구분될 수 있다. 실내용 LED 조명 장치는 주로 기존 조명 대체용(Retrofit)으로 램프, 형광등(LED-tube), 평판형 조명장치가 여기에 해당되며 실외용 LED 조명장치는 가로등, 보안등, 투광등, 경관등, 신호등 등이 해당된다.

또한, LED를 이용한 조명 장치는 차량용 내외부 광원으로 활용 가능하다. 내부 광원으로는 차량용 실내등, 독서등, 계기판의 각종 광원등으로 사용 가능하며, 차량용 외부 광원으로 전조등, 브레이크등, 방향지시등, 안개등, 주행등 등 모든 광원에 사용 가능하다.

아울러, 로봇 또는 각종 기계 설비에 사용되는 광원으로 LED 조명 장치가 적용될 수 있다. 특히, 특수한 파장대를 이용한 LED 조명은 식물의 성장을 촉진시키고, 감성 조명으로서 사람의 기분을 안정시키거나 병을 치료할 수도 있다.

도 21 내지 도 24를 참조하여 상술한 조명 장치를 채용한 조명 시스템을 설명한다. 본 실시 형태에 따른 조명 시스템은 주변 환경(예를 들어, 온도 및 습도)에 따라 색온도를 자동적으로 조절 가능하며, 단순한 조명의 역할이 아니라 인간의 감성을 충족시킬 수 있는 감성 조명으로써 조명 장치를 제공할 수 있다.

도 21은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 시스템을 개략적으로 나타내는 블록도이다.

도 21을 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 시스템(10000)은 센싱부(10010), 제어부(10020), 구동부(10030) 및 조명부(10040)를 포함할 수 있다.

센싱부(10010)는 실내 또는 실외에 설치될 수 있으며, 온도센서(10011) 및 습도센서(10012)를 구비하여 주변의 온도 및 습도 중 적어도 하나의 공기 조건을 측정한다. 그리고, 상기 센싱부(10010)는 전기적으로 접속된 상기 제어부(10020)로 상기 측정한 공기 조건, 즉 온도 및 습도를 전달한다.

제어부(10020)는 측정된 공기의 온도 및 습도를 사용자에 의해 미리 설정된 공기 조건(온도 및 습도 범위)과 비교하고, 그 비교 결과, 상기 공기 조건에 상응하는 조명부(10040)의 색온도를 결정한다. 상기 제어부(10020)는 상기 구동부(10030)와 전기적으로 접속되며, 상기 결정된 색온도로 상기 조명부(10040)를 구동할 수 있도록 상기 구동부(10030)를 제어한다.

조명부(10040)는 상기 구동부(10030)에서 공급하는 전원에 따라 동작한다. 상기 조명부(10040)는 상기 도 1 내지 도 8에서 도시한 조명 장치를 적어도 하나 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 조명부(10040)는 도 22에서 도시하는 바와 같이, 서로 다른 색온도를 갖는 제1 조명 장치(10041) 및 제2 조명 장치(10042)로 구성될 수 있으며, 각 조명 장치(10041, 10042)는 동일한 백색광을 발광하는 복수의 발광소자를 구비할 수 있다.

제1 조명 장치(10041)는 제1 색온도의 백색광을 방출하며, 제2 조명 장치(10042)는 제2 색온도의 백색광을 방출하며, 제1 색온도가 제2 색온도보다 낮을 수 있다. 또는, 반대로 제1 색온도가 제2 색온도보다 높을 수도 있다. 여기서, 상대적으로 색온도가 낮은 백색은 따뜻한 백색에 해당하고, 상대적으로 색온도가 높은 백색은 차가운 백색에 해당한다. 이러한 제1 및 제2 조명 장치(10041, 10042)에 전원이 공급되면, 각각 제1 및 제2 색온도를 갖는 백색광을 방출하고, 각 백색광은 서로 혼합되어 제어부(10020)에서 결정된 색온도를 갖는 백색광을 구현할 수 있다.

구체적으로, 제1 색온도가 제2 색온도보다 낮을 경우, 제어부(10020)에서 결정된 색온도가 상대적으로 높게 결정되면, 제1 조명 장치(10041)의 광량을 감소시키고, 제2 조명 장치(10042)의 광량을 증가시켜 혼합된 백색광이 상기 결정된 색온도가 되도록 구현할 수 있다. 반대로, 결정된 색온도가 상대적으로 낮게 결정되면, 제1 조명 장치(10041)의 광량을 증가시키고, 제2 조명 장치(10042)의 광량을 감소시켜 혼합된 백색광이 상기 결정된 색온도가 되도록 구현할 수 있다. 이때, 각 조명 장치(10041, 10042)의 광량은 전원을 조절하여 전체 발광소자의 광량을 조절하는 것에 의해 구현되거나, 구동되는 발광소자 수를 조절하는 것에 의해 구현될 수 있다.

도 23은 도 21에 도시된 조명 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 23을 참조하면, 먼저 사용자가 제어부(10020)를 통해 온도 및 습도 범위에 따른 색온도를 설정한다(S10). 설정된 온도 및 습도 데이터는 제어부(10020)에 저장된다.

일반적으로 색온도가 6000K 이상이면 청색 등의 체감적으로 시원한 느낌의 색상을 연출할 수 있으며, 색온도가 4000K 이하이면, 적색 등의 체감적으로 따뜻한 느낌의 색상을 연출할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는 사용자가 제어부(10020)를 통해 온도 및 습도가 20도 및 60%를 넘는 경우, 조명부(10040)의 색온도가 6000K 이상으로 점등되도록 설정하고, 온도 및 습도가 10도 ~ 20도 및 40% ~ 60%인 경우, 조명부(10040)의 색온도가4000 ~ 6000K 사이로 점등되도록 설정하고, 온도 및 습도가 10도 이하 및 40% 이하인 경우, 조명부(10040)의 색온도가 4000K 이하로 점등되도록 설정한다.

다음으로, 센싱부(10010)는 주변의 온도 및 습도 중 적어도 하나의 조건을 측정한다(S20). 센싱부(10010)에서 측정된 온도 및 습도는 제어부(10020)로 전달된다.

이어서, 제어부(10020)는 센싱부(10010)로부터 전달된 측정값과 설정값을 비교한다(S30). 여기서, 측정값은 센싱부(10010)에서 측정한 온도 및 습도 데이터이며, 설정값은 사용자가 제어부(10020)에 미리 설정하여 저장된 온도 및 습도 데이터이다. 즉, 제어부(10020)는 상기 측정된 온도 및 습도와 미리 설정된 온도 및 습도를 비교한다.

비교결과, 측정값이 설정값 범위를 만족하는지 판단한다(S40). 측정값이 설정값 범위를 만족하면 현재 색온도를 유지하고, 다시 온도 및 습도를 측정한다(S20). 한편, 측정값이 설정값 범위를 만족하지 못할 경우, 측정값에 해당하는 설정값을 검출하고, 이에 해당하는 색온도를 결정한다(S50). 그리고, 제어부(10020)는 결정한 색온도로 조명부(10040)가 구동되도록 구동부(10030)를 제어한다.

그러면, 구동부(10030)는 상기 결정된 색온도가 되도록 조명부(10040)를 구동한다(S60). 즉, 구동부(10030)는 결정된 색온도를 구동하기 위해 필요한 전원을 조명부(10040)에 공급한다. 이로써, 조명부(10040)는 주변의 온도 및 습도에 따라 사용자가 미리 설정한 온도 및 습도에 해당하는 색온도로 조절될 수 있다.

이로써, 조명 시스템은 주변의 온도 및 습도 변화에 따라 자동적으로 실내 조명부의 색온도를 조절할 수 있으며, 이로써 자연 환경 변화에 따라 달라지는 인간의 감성을 충족시킬 수 있고, 또한, 심리적 안정감을 줄 수 있다.

도 24는 도 21에 도시된 조명 시스템을 개략적으로 구현한 사용 예시도이다. 도 24에 도시된 바와 같이, 조명부(10040)는 실내 조명등으로써 천장에 설치될 수 있다. 이때, 센싱부(10010)는 실외의 외기 온도 및 습도를 측정하기 위해, 별도의 개별 장치로 구현되어 외부 벽에 설치될 수 있다. 그리고, 제어부(10020)는 사용자의 설정 및 확인이 용이하도록 실내에 설치될 수 있다. 하지만, 본 발명의 조명 시스템은 이에 한정되는 것은 아니며, 인테리어 조명을 대신하여 벽에 설치되거나, 스탠드등과 같이 실내외에서 사용할 수 있는 조명등에 모두 적용될 수 있다.

도 25 내지 도 28을 참조하여 상술한 조명 장치를 사용한 조명 시스템의 다른 실시 형태를 설명한다. 본 실시 형태에 따른 조명 시스템은 감시 대상 위치의 모션 및 조도를 검출하여 정해진 제어를 자동적으로 수행할 수 있는 조명 시스템을 제공할 수 있다.

도 25는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 조명 시스템의 블록도이다.

도 25를 참조하면, 본 실시 형태에 따른 조명 시스템(10000')은 무선 센싱 모듈(10100) 및 무선 조명 제어 장치(10200)를 포함한다.

무선 센싱 모듈(10100)은 모션을 센싱하는 모션 센서(10110)와, 조도를 센싱하는 조도 센서(10120)와, 상기 모션 센서(10110)로부터의 모션 센싱 신호와, 상기 조도 센서(10120)로부터의 조도 센싱 신호를 포함하여 기설정된 통신 규약에 따르는 무선 신호를 생성하여 송신하는 제1 무선 통신부를 포함할 수 있다. 상기 제1 무선 통신부는, 기설정된 지그비 통신 규약에 따르는 지그비 신호를 생성하여 송신하는 제1 지그비 통신부(10130)로 이루어질 수 있다.

무선 조명 제어 장치(10200)는, 상기 제1 무선 통신부로부터의 무선 신호를 수신하여 센싱 신호로 복원하는 제2 무선 통신부와, 상기 제2 무선 통신부로부터의 센싱 신호를 분석하는 센싱 신호 분석부(10220)와, 상기 센싱 신호 분석부(10220)의 분석 결과에 따라 미리 정해진 제어를 수행하는 동작 제어부(10230)를 포함할 수 있다. 상기 제2 무선 통신부는 상기 제1 지그비 통신부로부터의 지그비 신호를 수신하여 센싱 신호로 복원하는 제2 지그비 통신부(10210)로 이루어질 수 있다.

도 26은 본 발명의 지그비 신호의 포맷도이다.

도 26을 참조하면, 상기 제1 지그비 통신부(10130)의 지그비 신호는, 통신 채널을 규정하는 채널정보, 무선망을 규정하는 무선망 식별정보(PAN_ID), 대상 디바이스를 지정하는 디바이스 주소 및 상기 모션 및 조도 신호를 포함하는 센싱 데이터로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제2 지그비 통신부(10210)의 지그비 신호는, 통신 채널을 규정하는 채널정보, 무선망을 규정하는 무선망 식별정보(PAN_ID), 대상 디바이스를 지정하는 디바이스 주소 및 상기 모션 및 조도 신호를 포함하는 센싱 데이터로 이루어질 수 있다.

상기 센싱 신호 분석부(10220)는, 상기 제2 지그비 통신부(10210)로부터의 센싱신호를 분석하여, 센싱된 모션 및 조도에 따라 복수의 조건중에서 만족하는 조건을 찾아내도록 이루어질 수 있다.

이때, 상기 동작 제어부(10230)는, 상기 센싱 신호 분석부(10220)에서 기설정된 복수의 조건에 따른 복수의 제어를 설정하고, 상기 센싱 신호 분석부(10220)에서 찾아낸 조건에 해당되는 제어를 수행하도록 이루어질 수 있다.

도 27은 본 발명의 센싱 신호 분석부 및 동작 제어부의 설명도이다. 도 27을 참조하면, 예를 들어, 상기 센싱 신호 분석부(10220)가, 상기 제2 지그비 통신부(10210)로부터의 센싱 신호를 분석하여, 센싱된 모션 및 조도에 따라 제1, 제2 및 제3 조건(조건1, 조건2, 조건3)중에서 만족하는 조건을 찾아내도록 이루어질 수 있다.

이때, 상기 동작 제어부(10230)는, 상기 센싱 신호 분석부(10220)에서 기설정된 제1, 제2 및 제3 조건(조건1, 조건2, 조건3)에 따른 제1, 제2, 제3 제어(제어1, 제어2, 제어3)를 설정하고, 상기 센싱 신호 분석부(10220)에서 찾아낸 조건에 해당되는 제어를 수행하도록 이루어질 수 있다.

도 28은 본 발명의 무선 조명 시스템의 동작 흐름도이다.

도 28에서, S110은 본 발명의 모션센서(10110)가 모션을 검출하는 과정이다. S120은 본 발명의 조도센서(10120)가 조도를 검출하는 과정이다. S200은 지그비 신호의 송수신 과정으로, 이는 상기 제1 지그비 통신부(10130)가 지그비 신호를 송신하는 과정과 상기 제2 지그비 통신부(10210)가 지그비 신호를 수신하는 과정을 포함한다. S220은 본 발명의 센싱 신호 분석부(10220)가 센싱 신호를 분석하는 과정이다. S230은 본 발명의 동작 제어부(10230)가 정해진 제어를 수행하는 과정이다. 그리고, S240은 시스템 종료를 판단하는 과정이다.

도 25 내지 도 28을 참조하여, 본 발명의 무선 센싱 모듈, 무선 조명 제어 장치의 작동에 대해 설명한다.

먼저 도 25, 도 26 및 도 28을 참조하여 본 발명에 따른 무선 조명 시스템의 무선 센싱 모듈(10100)에 대해 설명하면, 본 발명에 따른 무선 센싱 모듈(10100)은 조명이 설치된 장소에 설치되어, 현재 조명의 조도를 검출하고, 조명 주변의 사람의 움직임을 검출한다.

즉, 상기 무선 센싱 모듈(10100)의 모션 센서(10110)는, 사람을 감지할 수 있는 적외선 센서 등으로 이루어져, 모션을 센싱하여 제1 지그비 통신부(10130)에 제공한다(도 43의 S110). 상기 무선 센싱 모듈(10100)의 조도 센서(10120)는 조도를 센싱하여 제1 지그비 통신부(10130)에 제공한다(S120).

이에 따라, 상기 제1 지그비 통신부(10130)는, 상기 모션 센서(10110)로부터의 모션 센싱 신호와, 상기 조도 센서(10120)로부터의 조도 센싱 신호를 포함하여 기설정된 통신 규약에 따르는 지그비 신호를 생성하여 무선으로 송신한다(S130).

도 26을 참조하면, 상기 제1 지그비 통신부(10130)의 지그비 신호는, 통신 채널을 규정하는 채널정보, 무선망을 규정하는 무선망 식별정보(PAN_ID), 대상 디바이스를 지정하는 디바이스 주소 및 센싱 데이터를 포함할 수 있고, 상기 센싱 데이터는 모션값 및 조도값을 포함한다.

다음, 도 25 내지 도 28을 참조하여 본 발명에 따른 무선 조명 시스템의 무선 조명 제어 장치(10200)에 대해 설명하면, 본 발명에 따른 무선 조명 제어 장치(10200)는 상기 무선 센싱 모듈(10100)로부터의 지그비 신호에 포함된 조도값 및 모션값에 따라 미리 정해진 동작을 제어할 수 있다.

즉, 본 발명의 무선 조명 제어 장치(10200)의 제2 지그비 통신부(10210)는, 상기 제1 지그비 통신부(10130)로부터의 지그비 신호를 수신하여 지그비 신호에서 센싱신호를 복원하여 센싱 신호 분석부(10220)에 제공한다(도 28의 S210).

도 25를 참조하면, 상기 센싱 신호 분석부(10220)는, 상기 제2 지그비 통신부(10210)로부터의 센싱 신호에 포함된 조도값 및 모션값을 분석하여 분석결과를 동작 제어부(10230)에 제공한다(도 28의 S220).

이에 따라, 상기 동작 제어부(10230)는, 상기 센싱 신호 분석부(10220)의 분석 결과에 따라 미리 정해진 제어를 수행할 수 있다(S230).

상기 센싱 신호 분석부(10220)는, 상기 제2 지그비 통신부(10210)로부터의 센싱 신호를 분석하여, 센싱된 모션 및 조도에 따라 복수의 조건중에서 만족하는 조건을 찾아낼 수 있다. 이때, 상기 동작 제어부(10230)는, 상기 센싱 신호 분석부(10220)에서 기설정된 복수의 조건에 따른 복수의 제어를 설정하고, 상기 센싱 신호 분석부(10220)에서 찾아낸 조건에 해당되는 제어를 수행할 수 있다.

도 27을 참조하여 예를 들어 설명하면, 상기 센싱 신호 분석부(10220)가, 상기 제2 지그비 통신부(10210)로부터의 센싱 신호를 분석하여, 센싱된 모션 및 조도에 따라 제1, 제2 및 제3 조건(조건1, 조건2, 조건3)중에서 만족하는 조건을 찾아낼 수 있다.

이때, 상기 동작 제어부(10230)는, 상기 센싱 신호 분석부(10220)에서 기설정된 제1, 제2 및 제3 조건(조건1, 조건2, 조건3)에 따른 제1, 제2, 제3 제어(제어1, 제어2, 제어3)를 설정하고, 상기 센싱 신호 분석부(10220)에서 찾아낸 조건에 해당되는 제어를 수행할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 조건(조건1)은 현관에 모션이 있고, 현관 조도가 어둡지 않을 때이면, 상기 제1 제어는 기설정된 램프를 모두 오프(Off)시킬 수 있다. 상기 제2 조건(조건2)은 현관에 모션이 있고, 현관 조도가 어두울 때이면, 상기 제2 제어는 기설정된 램프중 일부(현관의 램프 일부와 거실의 램프 일부)를 온(On)시킬 수 있다. 그리고, 상기 제3 조건(조건3)은 현관에 모션이 있고, 현관 조도가 아주 어두울 때이면, 상기 제3 제어는 기설정된 램프 모두를 온시킬 수 있다.

이와 달리, 상기 제1, 제2 및 제3 제어는 램프를 온 또는 오프 시키는 동작 이외에도 미리 설정하기에 따라 다양하게 적용될 수 있으며, 예를 들면, 여름에 램프와 에어콘 동작이나 겨울에 램프와 난방 동작에 연계될 수도 있다.

도 29 내지 도 32를 참조하여 상술한 조명 장치를 사용한 조명 시스템의 또 다른 실시 형태를 설명한다.

도 29는 본 실시 형태에 따른 조명 시스템의 구성 요소를 간략히 도시한 블록도이다. 본 실시 형태에 따른 조명 시스템(10000'')은 모션센서부(11000), 조도센서부(12000), 조명부(13000), 제어부(14000)를 포함할 수 있다.

모션센서부(11000)는 자체의 움직임을 감지한다. 조명 시스템은, 예컨대 컨테이너 또는 자동차와 같이 움직임을 갖는 물체에 부착될 수 있는데, 모션센서부(11000)는 이러한 움직이는 물체의 자체 움직임을 감지한다. 자체 움직임이 감지되면 제어부(14000)에 신호를 출력하고 조명 시스템은 활성화된다. 모션센서부(11000)는 가속도 센서 또는 지자기 센서 등을 포함할 수 있다.

조도센서부(12000)는 광센서의 일종으로 주위환경의 조도를 측정한다. 조도센서부(12000)는 모션센서부(11000)에서 자체움직임을 감지한 경우 제어부(14000)에서 출력하는 신호에 따라 활성화된다. 조명 시스템은 야간 작업이나 어두운 환경에서 조명을 밝혀 작업자에게 주위를 환기시키고, 야간 운전중인 운전자에게 가시거리를 확보하게 해주므로 자체움직임이 있는 경우라도 일정 이상의 조도가 확보된 경우(주간인 경우) 조명을 밝힐 필요가 없다. 또한, 주간의 경우라도 비가 오는 날씨에는 주위의 조도가 낮아 작업자에게 컨테이너의 이동을 알릴 필요가 있으므로 조명부의 발광이 필요하다. 따라서, 조도센서부(12000)에서 측정되는 조도값에 따라 조명부(13000)의 발광이 결정된다.

조도센서부(12000)에서 주위환경의 조도를 측정하여 측정값을 후술하는 제어부(14000)에 출력한다. 한편, 조도값이 설정값 이상인 경우 조명부(13000)의 발광이 불필요하므로 전체 시스템은 종료된다.

조명부(13000)는 조도센서부(12000)에서 측정한 조도값이 설정값 이하를 나타내는 경우 발광한다. 작업자는 조명부(13000)의 발광을 인식하여 컨테이너 등의 이동을 인식하게 된다. 이러한 조명부(13000)는 상술한 조명 장치가 채용될 수 있다.

또한, 조명부(13000)는 외부환경의 조도값에 따라 발광세기를 조절할 수 있다. 조도값이 낮은 경우 발광의 세기를 크게 하고, 조도값이 상대적으로 큰 경우 발광세기를 낮게 하여 전력의 낭비를 방지한다.

제어부(14000)는 상술한 모션센서부(11000), 조도센서부(12000), 조명부(13000)를 전체적으로 제어한다. 모션센서부(11000)에서 자체의 움직임을 감지하고 신호를 제어부에 출력하면, 제어부(14000)는 조도센서부(12000)에 작동신호를 출력하고, 조도센서부(12000)에서 측정한 조도값을 받아 조명부(13000)의 발광 여부를 결정한다.

도 30은 조명 시스템의 제어방법을 도시한 흐름도이다. 이하, 이를 참조하여 조명 시스템의 제어방법을 설명한다.

먼저, 자체 움직임을 감지하여 동작신호를 출력한다(S310). 모션센서부(11000)에서 조명 시스템이 장착된 컨테이너 또는 자동차의 움직임을 감지하고, 자체 움직임이 감지된 경우 동작신호를 출력한다. 동작신호는 전체 전원을 활성화시키는 신호로 볼 수 있다. 즉 자체 움직임이 감지된 경우 모션센서부(11000)는 동작신호를 제어부(14000)에 출력한다.

다음, 상기 동작신호에 따라 외부환경의 조도를 측정하고 조도값을 출력한다(S320). 동작신호가 제어부(14000)에 인가되면, 제어부(14000)는 조도센서부(12000)에 신호를 출력하고, 그에 따라 조도센서부(12000)는 외부환경의 조도를 측정한다. 그리고 조도센서부(12000)는 외부환경의 조도값을 다시 제어부(14000)에 출력한다. 그 후, 조도값에 따라 발광 여부를 결정하여 발광한다.

우선, 조도값과 설정값을 비교,판단한다(S330). 제어부(14000)에 조도값이 입력되면, 제어부(14000)는 미리 저장되어있는 설정값과 비교하여 조도값이 설정값보다 작은 값을 갖는지 판단한다. 여기서 설정값은 조명의 발광여부를 결정하는 값으로, 예를 들면 해가지기 시작하여 작업자 또는 운전자의 눈으로 사물을 식별하기 어렵거나, 실수를 일으킬 수 있는 조도값에 해당하는 값이라고 볼 수 있다.

조도센서부(12000)에서 측정한 조도값이 설정값보다 큰 경우라면 조명의 발광이 불필요한 상태이므로 제어부(14000)는 전체 시스템을 종결한다.

반면에 조도값이 설정값보다 작은 경우라면 조명의 발광이 필요한 상태이므로 제어부(14000)는 조명부(13000)에 신호를 출력하고 조명부(13000)는 발광하게 된다(S340).

도 31은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 조명 시스템의 제어방법을 도시한 흐름도이다. 이하, 이를 참조하여 조명 시스템의 제어방법을 설명하기로 한다. 다만, 도 30을 참조하여 설명한 조명 시스템의 제어방법과 동일한 절차에 대한 설명은 생략하기로 한다.

도 31에 도시된 것과 같이, 본 실시 형태에 따른 조명 시스템의 제어방법은 외부환경의 조도값에 따라 조명의 발광 세기를 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상술한 것과 같이, 조도센서부(12000)에서 조도값을 제어부(14000)에 출력한다(S320). 조도값이 설정값보다 작은 경우(S330), 제어부(14000)는 조도값의 범위를 판단한다(S340-1). 제어부(14000)에는 조도값의 범위가 세분화되어 입력되어있고, 제어부(14000)는 측정된 조도값의 범위를 판단한다.

다음, 조도값의 범위가 판단되면 제어부(14000)는 조명발광의 세기를 결정하고(S340-2) 그에 따라 조명부(13000)는 발광하게 된다(S340-3). 조명발광의 세기는 조도값에 따라 세분화될 수 있는데, 조도값은 날씨, 시간, 주위환경에 따라 달라지므로, 그에 따라 조명발광의 세기도 조절될 수 있다. 조도값의 범위에 따라 발광세기를 조절함으로써 전원의 낭비를 방지할 수 있고, 작업자에게 주의를 환기시킬 수 있다.

도 32는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 조명 시스템의 제어방법을 도시한 흐름도이다. 이하, 이를 참조하여 조명 시스템의 제어방법을 설명하기로 한다. 다만, 도 30 및 도 31을 참조하여 설명한 조명 시스템의 제어방법과 동일한 절차에 대한 설명은 생략하기로 한다.

본 실시 형태에 따른 조명 시스템의 제어방법은 조명부(13000)의 발광이 발생하면, 자체 움직임이 유지되는지 여부를 판단하여 발광유지 여부를 결정하는 단계(S350)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

우선, 조명부(13000)에서 발광이 시작되면 발광의 종료를 조명 시스템이 장착된 컨테이너 또는 자동차의 움직임 여부에 의해 결정될 수 있다. 이는 컨테이너의 움직임이 종결된 경우 작업이 종료한 것으로 판단할 수 있고, 또는 자동차가 횡단보도에서 일시 정지의 경우 조명의 발광을 중단하여 상대방에 대한 운전방해를 방지할 수 있다.

그리고, 컨테이너가 이동되거나, 자동차가 다시 이동하면 재차 모션센서부(11000)가 작동하여 다시 조명부(14000)의 발광이 시작될 수 있다.

이러한 발광유지 여부의 결정은 모션센서부(11000)에서 자체 움직임이 감지되는지 여부에 따라 결정된다. 모션센서부(11000)에서 자체 움직임이 계속 감지되면, 다시 조도를 측정하고 발광의 유지 여부가 결정된다. 한편 자체 움직임이 감지되지 않으면 시스템을 종료한다.

LED를 이용한 상술한 조명 장치는 제품 형태, 장소 및 목적에 따라 광학 설계가 변할 수 있다. 예컨대, 상술한 감성 조명과 관련하여 조명의 색, 온도, 밝기 및 색상을 컨트롤하는 기술 외에 스마트폰과 같은 휴대기기를 활용한 무선(원격) 제어 기술을 이용하여 조명을 제어하는 기술을 들 수 있다.

또한, 이와 더불어 LED 조명 장치와 디스플레이 장치들에 통신 기능을 부가하여 LED 광원의 고유 목적과 통신 수단으로서의 목적을 동시에 달성하고자 하는 가시광 무선통신 기술도 가능하다. 이는 LED 광원이 기존의 광원들에 비해 수명이 길고 전력 효율이 우수하며 다양한 색 구현이 가능할 뿐만 아니라 디지털 통신을 위한 스위칭 속도가 빠르고 디지털 제어가 가능하다는 장점을 갖고 있기 때문이다.

가시광 무선통신 기술은 인간이 눈으로 인지할 수 있는 가시광 파장 대역의 빛을 이용하여 무선으로 정보를 전달하는 무선통신 기술이다. 이러한 가시광 무선통신 기술은 가시광 파장 대역의 빛을 이용한다는 측면에서 기존의 유선 광통신기술 및 적외선 무선통신과 구별되며, 통신 환경이 무선이라는 측면에서 유선 광통신 기술과 구별된다.

또한, 가시광 무선통신 기술은 RF 무선통신과 달리 주파수 이용 측면에서 규제 또는 허가를 받지 않고 자유롭게 이용할 수 있다는 편리성과 물리적 보안성이 우수하고 통신 링크를 사용자가 눈으로 확인할 수 있다는 차별성을 가지고 있으며, 무엇보다도 광원의 고유 목적과 통신기능을 동시에 얻을 수 있다는 융합 기술로서의 특징을 가지고 있다.

이상에서 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

10... 조명 장치 100... 하우징
110... 고정부 111... 슬롯
120... 단자부 200... 광원 모듈
210... 슬라이더 220... 프레임
230... 광원 240... 커버

Claims

조명 장치에 있어서,
하우징; 및
상기 하우징의 일면 상에 탈부착이 가능하게 고정되는 복수의 광원 모듈;을 포함하고,
상기 복수의 광원 모듈은 상기 하우징의 중심을 관통하는 중심축을 기준으로 방사상으로 분할되며, 인접한 각 광원 모듈의 일부면이 결합되어 상기 조명 장치의 외부 형태를 정의하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 광원 모듈은 상기 하우징과의 사이에 공기 흐름을 위한 유로를 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제2항에 있어서,
상기 복수의 광원 모듈은 각각 상기 하우징과 마주하는 면에 상기 하우징에 체결되는 슬라이더를 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제3항에 있어서,
상기 복수의 광원 모듈은 상기 슬라이더의 돌출된 일면을 통해 상기 하우징과 선접촉하며, 상기 하우징과의 사이에 개재되는 상기 슬라이더에 의해 상기 하우징과 이격되어 상기 유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제1항에 있어서, 상기 광원 모듈은,
서로 대향하는 제1면과 제2면을 가지며, 상기 제2면에는 상기 제1면을 향해 함몰되되 바닥면과, 상기 바닥면을 향해 상기 제2면에서 경사진 경사면과, 상기 바닥면의 양측 가장자리에서 각각 연장되어 상기 경사면의 양측 가장자리와 연결되는 한 쌍의 측벽에 의해 형성된 공간으로 정의된 리세스를 구비하는 프레임;
상기 프레임의 바닥면에 놓이는 광원; 및
상기 광원을 덮는 커버;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제5항에 있어서,
상기 한 쌍의 측벽은 다음의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
조건식: θ = 360°/n
여기서, 상기 중심축과 상기 한 쌍의 측벽의 가상의 연장선의 교점을 꼭짓점으로 할 경우, 'θ'는 상기 꼭짓점을 기준으로 하는 상기 한 쌍의 측벽이 이루는 각, 'n'은 상기 광원 모듈의 개수임.
제3항에 있어서,
상기 하우징은 상기 일면에 상기 중심축을 따라 돌출된 고정부를 더 포함하고, 상기 고정부의 측면 둘레에는 상기 슬라이더가 체결되는 복수의 슬롯이 구비된 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제7항에 있어서,
상기 복수의 슬롯은 각각 상기 고정부의 개방된 끝단에서 상기 일면까지 연장되어 형성되며, 상기 고정부의 측면 둘레를 따라서 서로 이격되어 상기 중심축에 평행하게 배열된 것을 특징으로 하는 조명 장치.
고정부를 가지는 하우징; 및
상기 고정부의 중심을 관통하는 중심축을 기준으로 방사상으로 분할되며, 각각 상기 고정부에 길이 방향을 따라서 탈부착이 가능하게 체결되어 상기 고정부를 둘러싸는 구조로 구비되는 복수의 광원 모듈;을 포함하고,
인접한 각 광원 모듈의 일부면이 결합되어 외부 형태를 정의하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제9항에 있어서,
상기 복수의 광원 모듈은 각각 상기 하우징과 마주하는 하면 중앙에 상기 하우징을 향해 돌출되고 상기 고정부의 길이 방향을 따라서 연장된 슬라이더를 구비하며,
상기 슬라이더의 돌출된 끝단은 부분적으로 상기 고정부의 측면 둘레를 따라 형성된 복수의 슬롯에 체결되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.