KR20150084557A - 차량용 조명 시스템 - Google Patents

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KR20150084557A
KR20150084557A KR1020140004685A KR20140004685A KR20150084557A KR 20150084557 A KR20150084557 A KR 20150084557A KR 1020140004685 A KR1020140004685 A KR 1020140004685A KR 20140004685 A KR20140004685 A KR 20140004685A KR 20150084557 A KR20150084557 A KR 20150084557A
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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 차량 외부에서 입사되는 광을 감지하여 센싱 신호를 생성하는 센서모듈과, 상기 센싱 신호에 기초하여 셔터 동작 신호 및 점등 동작 신호를 생성하는 제어모듈과, 상기 셔터 동작 신호에 의해 개방과 폐쇄 동작을 반복하는 셔터글래스 및 상기 점등 동작 신호에 제1 휘도와 제2 휘도를 교번하여 방출하는 광원부가 구비된 헤드램프 모듈 을 포함하고, 상기 제어모듈은 상기 셔터글래스의 개폐 동작에 동기하여 상기 광원부가 제1 휘도와 제2 휘도를 교번하여 방출하도록 상기 셔터 동작 신호 및 점등 동작 신호를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 조명 시스템을 제공한다.

Description

차량용 조명 시스템 {LIGHTING SYSTEM FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 조명 시스템에 관한 것이다.
차량 주행 시 운전자의 시야 확보는 안전문제와 밀접 관련된 사항에 해당한다. 특히, 야간 주행 시 자기차량의 운전자는 반대 차선을 주행 중인 상대 차량의 헤드램프에서 방출되거나, 동일 차선을 주행 중인 뒷차량의 헤드램프에서 방출되어 백미러로 반사되는 광에 의해 시야에 방해를 받을 수 있으며, 이는 안전사고의 원인이 될 수 있다. 따라서, 당 기술분야에서는 상대차량의 헤드램프 등에 의한 시야 방해를 저감하고, 안전운전을 도모할 수 있는 차량용 조명 시스템의 연구 및 개발이 요청되고 있다.
본 발명의 일 실시예는, 차량 운전자의 적절한 시야를 확보함으로써 운전의 안전성을 도모할 수 있는 차량용 조명 시스템을 제공한다.
다만, 본 발명의 목적은 이에만 제한되는 것은 아니며, 명시적으로 언급하지 않더라도 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 차량 외부에서 입사되는 광을 감지하여 센싱 신호를 생성하는 센서모듈과, 상기 센싱 신호에 기초하여 셔터 동작 신호 및 점등 동작 신호를 생성하는 제어모듈과, 상기 셔터 동작 신호에 의해 개방과 폐쇄 동작을 반복하는 셔터글래스 및 상기 점등 동작 신호에 제1 휘도와 제2 휘도를 교번하여 방출하는 광원부가 구비된 헤드램프 모듈을 포함하고, 상기 제어모듈은 상기 셔터글래스의 개폐 동작에 동기하여 상기 광원부가 제1 휘도와 제2 휘도를 교번하여 방출하도록 상기 셔터 동작 신호 및 점등 동작 신호를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 조명 시스템을 제공한다.
상기 제어모듈은 상기 셔터 동작 신호 및 점등 동작 신호를 생성하는 신호 생성부와, 상기 셔터 동작 신호 및 점등 동작 신호의 듀티비와 주기를 결정하는 연산부를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 센싱 신호는 감지된 광의 조도에 대응되는 정보를 포함하고, 상기 연산부는 상기 센싱 신호로부터 상기 감지된 광의 조도값을 도출하고 도출된 결과에 기초하여 상기 셔터 동작 신호 및 점등 동작 신호의 듀티비와 주기를 결정할 수 있다.
아울러, 상기 센싱 신호는 감지된 광의 조도에 대응하는 구형파 신호를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제어모듈은 상기 센싱 신호가 하이레벨 및 로우레벨일 때 상기 셔터글래스를 각각 폐쇄 및 개방시키는 셔터 동작 신호를 생성할 수 있다.
이 경우, 상기 연산부는 상기 센싱 신호의 듀티비와 주기를 도출하고, 도출된 결과에 기초하여 상기 셔터 동작 신호 및 점등 동작 신호의 듀티비와 주기를 결정할 수 있다.
여기서, 상기 셔터글래스는 상기 셔터 동작 신호가 로우레벨 및 하이레벨일 때 각각 개방 및 폐쇄되고, 상기 광원부는 상기 점등 동작 신호가 로우레벨 및 하이레벨일 때 각각 제1 휘도 및 상기 제1 휘도보다 높은 휘도값을 갖는 제2 휘도를 방출하며, 상기 연산부는 상기 셔터 동작 신호가 상기 센싱 신호와 동일한 듀티비와 주기를 갖고, 상기 점등 동작 신호가 상기 센싱 신호와 상보적인 듀티비를 갖되 동일한 주기를 갖도록 상기 셔터 동작 신호 및 점등 동작 신호의 듀티비와 주기를 결정할 수 있다.
이와 달리, 상기 셔터글래스는 상기 셔터 동작 신호가 로우레벨 및 하이레벨일 때 각각 폐쇄 및 개방되고, 상기 광원부는 상기 점등 동작 신호가 로우레벨 및 하이레벨일 때 각각 제1 휘도 및 상기 제1 휘도보다 높은 휘도값을 갖는 제2 휘도를 방출하며, 상기 연산부는 상기 셔터 동작 신호 및 점등 동작 신호가 상기 센싱 신호와 상보적인 듀티비를 갖되 동일한 주기를 갖도록 상기 셔터 동작 신호 및 점등 동작 신호의 듀티비와 주기를 결정할 수 있다.
한편, 상기 제어모듈은, 상기 셔터글래스가 폐쇄 상태일 때 상기 광원부가 제1 휘도를 방출하고, 상기 셔터글래스가 개방 상태일 때 상기 광원부가 상기 제1 휘도보다 높은 휘도값을 갖는 제2 휘도를 방출하도록, 상기 셔터 동작 신호 및 점등 동작 신호를 제어할 수 있다.
상기 센싱 신호는 감지된 광의 조도에 대응되는 정보를 포함하고, 상기 제어모듈은 상기 센싱 신호로부터 감지된 광의 조도값을 도출하는 연산부와, 상기 도출된 조도값과 기준값을 비교하는 비교부를 포함하며, 상기 제어모듈은 상기 감지된 광의 조도값이 기준값 이하인 경우 상기 셔터글래스를 개방시키는 셔터 동작 신호를 생성할 수 있다.
상기 셔터글래스는 차량의 전면유리에 장착될 수 있다.
또한, 상기 셔터글래스는 차량의 탑승자가 착용 가능한 안경형태로 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 서로 동기화된 제1 구형파 신호와 제2 구형파 신호를 생성하는 제어모듈과, 차량 탑승자의 시야각 내에 배치되고 상기 제1 구형파 신호에 의해 개폐되는 셔터글래스 및 상기 제2 구형파 신호에 의해 제1 휘도와 제2 휘도를 교번하여 방출하는 광원부가 구비된 헤드램프 모듈을 포함하는 차량용 조명 시스템을 제공한다.
여기서, 차량의 외부에서 입사되는 광을 감지하며, 상기 감지된 광의 조도에 대응되는 센싱 신호를 생성하여 상기 제어모듈에 전달하는 센서모듈을 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 센싱 신호는 소정의 듀티비와 주기를 갖는 제3 구형파 신호이고, 상기 제어모듈은 상기 제3 구형파 신호와 동기화된 제1 및 제2 구형파 신호를 생성할 수 있다.
덧붙여, 상기한 과제의 해결 수단은 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 차량 운전 시 상대 차량의 조명 등에 의한 영향을 최소화하고 적절한 시야를 확보하여 운전의 안전성이 확보될 수 있다.
다만, 본 발명의 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 효과는 아래의 기재로부터 당업자에게 보다 쉽게 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 조명 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 조명 시스템에 구비된 제어모듈을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 조명 시스템에 구비된 제어모듈의 동작을 설명하는 데에 제공되는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 조명 시스템의 구현개념을 개략적으로 설명하기 위한 도이다.
도 5a 내지 도 6b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 조명 시스템의 동작 방식을 설명하기 위한 신호 파형을 도시한 도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 조명 시스템에 구비된 제어모듈을 나타낸 블록도이다.
도 8은 도 1에서 변형된 실시형태에 따른 차량용 조명 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 9는 도 8의 실시형태에 따른 차량용 조명 시스템의 동작 방식을 설명하기 위한 신호 파형을 도시한 도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 조명 시스템이 적용된 차량의 내부를 개략적으로 나타낸 도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 조명 시스템의 헤드램프 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 12 내지 도 16은 본 발명의 일 실시형태에 따른 헤드램프 모듈에 채용될 수 있는 발광 다이오드를 예시적으로 설명하기 위한 도이다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 일 실시형태에 따른 헤드램프 모듈에 채용될 수 있는 발광 다이오드를 발광 다이오드 패키지 형태로 구현한 예를 설명하기 위한 도이다.
도 19는 CIE 1931 좌표계이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 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 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 조명 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시형태에 따른 차량용 조명 시스템은 센싱 신호(SS)를 생성하는 센서모듈(110)과, 상기 센싱 신호(SS)에 기초하여 셔터 동작 신호(GS) 및 점등 동작 신호(HS)를 생성하는 제어모듈(120)과, 상기 셔터 동작 신호(GS)에 의해 개방과 폐쇄 동작을 반복하는 셔터글래스(130) 및 상기 점등 동작 신호(HS)에 의해 제1 휘도와 제2 휘도를 교번하여 방출하는 광원부가 구비된 헤드램프 모듈(140)을 포함한다.
상기 센서모듈(110)은 차량 외부에서 입사되는 광을 감지하여 센싱 신호(SS)를 생성하기 위해 제공되는 것으로, 상기 센싱 신호(SS)는 상기 감지된 광의 조도에 대응되는 정보를 포함할 수 있다. 상기 센서모듈(110)은 예를 들면 포토다이오드와 같은 수광소자를 포함할 수 있으며, 상대차량의 헤드램프에서 방출되는 광이나 차량 외부의 광으로부터 운전자가 느끼는 조도와 유사한 조도를 감지할 수 있도록 운전자의 시각기관 근처에 위치할 수 있다.
상기 셔터글래스(130)는 차량 탑승자, 예컨대 차량 운전자의 시야각 내에 배치되며, 개방과 폐쇄의 반복 동작에 의해 광투과 및 광차단을 교대함으로써, 상대차량의 헤드램프 등에서 방출되는 광에 의한 운전자의 눈부심 현상을 저감할 수 있다. 이를 보다 개념적으로 설명하면, 특정 조도로 인식되는 특정 광에 대해 셔터글래스(130)가 50%의 듀티비로 개방과 폐쇄를 반복하는 경우, 운전자가 인식하는 상기 특정 광의 평균 조도는 상기 특정 조도의 1/2이 될 수 있다. 상기 셔터글래스(130)는 운전자가 개방과 폐쇄를 육안으로 인지할 수 없도록 예를 들면 초당 20회 이상 개방과 폐쇄 동작을 반복할 수 있다.
이에 제한되는 것은 아니지만, 상기 셔터글래스(130)는 두 개의 투명한 도전막과 그 사이에 위치하는 액정층을 포함하여 구현될 수 있으며, 인가되는 셔터 동작 신호(GS)에 의해 액정 물질이 회전하고, 그 회전에 의해 셔터가 개방되거나 폐쇄될 수 있다. 이 경우, 상기 셔터 동작 신호(GS)는 구형파 형태를 갖는 제1 구형파 신호일 수 있으며, 상기 셔터글래스(130)는 상기 셔터 동작 신호(GS)가 로우레벨일 때 개방되고, 하이레벨일 때 폐쇄되도록 구현될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니므로 상기 셔터 동작 신호(GS)가 로우레벨일 때 폐쇄되고, 하이레벨일 때 개방되도록 구현될 수도 있다.
상기 헤드램프 모듈(140)은 광원부를 구비하며, 상기 광원부는 점등 동작 신호(HS)에 의해 제1 휘도와 제2 휘도를 교번하여 방출하도록 구현될 수 있다. 본 명세서에서, 상기 제2 휘도는 제1 휘도 보다 높은 휘도값을 갖는 것으로 정의하며, 상기 제1 휘도는 휘도가 0인 상태, 즉, 광원부가 오프상태인 경우도 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
상기 점등 동작 신호(HS)는 상기 광원부가 제1 휘도와 제2 휘도를 교번하여 방출하도록 제어하며, 이 경우, 상기 점등 동작 신호(HS)는 구형파 형태를 갖는 제2 구형파 신호일 수 있다. 여기서, 상기 광원부는 상기 점등 동작 신호(HS) 로우레벨일 때 제1 휘도를 방출하고, 하이레벨일 때 상기 제2 휘도를 방출하도록 구현될 수 있다. 이 경우, 구형파에 의해 제어가 용이하도록, 상기 광원부는 발광 다이오드를 이용하여 구현될 수 있다. 이하, 보다 구체적인 헤드램프 모듈(140)의 실시형태는 도 11과 관련된 설명에서 후술하기로 하고, 이하에서는 도 1에 도시된 다른 구성요소에 대해 설명하기로 한다.
상기 제어모듈(120)은 셔터 동작 신호(GS) 및 점등 동작 신호(HS)를 생성하며, 상기 셔터글래스(130)의 개폐 동작에 동기하여 상기 광원부가 제1 휘도와 제2 휘도를 교번하여 방출하도록 상기 셔터 동작 신호(GS) 및 점등 동작 신호(HS)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어모듈(120)은 상기 셔터글래스(130)가 폐쇄 상태일 때 상기 광원부가 제1 휘도를 방출하고, 상기 셔터글래스(130)가 개방 상태일 때 상기 광원부가 상기 제2 휘도를 방출하도록 상기 셔터 동작 신호(GS)와 점등 동작 신호(HS)를 제어할 수 있다. 상기 제어모듈(120)은 셔터 동작 신호(GS)와 점등 동작 신호(HS)로서, 서로 동기화된 제1 구형파 신호와 제2 구형파 신호를 생성하는 것으로도 이해될 수 있다.
상기 제어모듈(120)에 대해서는 도 2와 도3을 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 도 1의 실시형태에 따른 차량용 조명 시스템에 구비된 제어모듈(120)을 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 상기 제어모듈(120)은 상기 셔터 동작 신호(GS) 및 점등 동작 신호(HS)를 생성하는 신호 생성부(125)와, 상기 셔터 동작 신호(GS) 및 점등 동작 신호(HS)의 듀티비와 주기를 결정하는 연산부(123)를 포함할 수 있다. 상기 제어모듈(120)은 상기 센서모듈(110)과 통신하기 위한 유/무선 통신부(121)를 구비하고, 상기 유/무선 통신부(121)로부터 센싱 신호(SS)를 수신할 수 있다. 상기 유/무선 통신부(121)는 무선통신 방식을 이용할 수 있으며, 예를 들면 Zigbee, UWB, WLAN, Bluetooth, 적외선 통신, RFID 중 적어도 하나의 방식을 이용할 수 있다.
상기 제어모듈(120)은 자기차량에 대한 정보를 저장하기 위한 메모리(127)를 포함할 수 있다. 자기차량에 대한 정보는 예를 들면 셔터 동작 신호(GS) 및 점등 동작 신호(HS)가 나타낼 수 있는 전압레벨이나 전류레벨의 값 등일 수 있다.
도 3을 함께 참조하여 상기 제어모듈(120)의 동작을 설명하면, 본 실시형태에 따른 제어모듈(120)은 상기 유/무선 통신부(121)로부터 센싱 신호(SS)를 수신한다(S10). 상기 센싱 신호(SS)는 감지된 광의 조도에 대응되는 정보를 포함할 수 있다. 감지된 광의 형태에 따라, 상기 센싱 신호(SS)는 구형파 형태를 갖는 제3 구형파 신호일 수 있다.
이후, 상기 연산부(123)는 상기 센싱 신호(SS)에 포함된 감지된 광의 조도에 대응되는 정보, 예컨대 감지된 광의 조도값과, 센싱 신호(SS)의 듀티비 및 주기 중 적어도 하나를 도출하며(S20), 도출된 결과에 기초하여 셔터 동작 신호(GS) 및 점등 동작 신호(HS)의 듀티비와 주기를 결정한다(S30). 이때, 상기 연산부(123)는 상기 셔터 동작 신호(GS)와 점등 동작 신호(HS)가 서로 동기화되도록 각각의 듀티비와 주기를 결정할 수 있다.
다음으로, 상기 신호 생성부(125)는 상기 연산부(123)에서 결정된 각각의 듀티비와 주기에 따라 서로 동기화된 셔터 동작 신호(GS) 및 점등 동작 신호(HS)를 생성할 수 있다(S40).
이하, 도 4와 함께 도 5a를 참조하여 본 실시형태에 따른 차량용 조명 시스템의 구현개념과 효과에 대해서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 4는 본 실시형태에 따른 차량용 조명 시스템의 구현개념을 개략적으로 설명하기 위한 도면이고, 도 5a는 동작 방식을 설명하기 위한 신호 파형을 도시한 도면이다.
우선, 도 4를 참조하면, 자기차량(1)의 운전자는 반대 차선을 주행 중인 상대차량(2)의 헤드램프에서 방출되는 광(La)이나, 동일 차선을 주행 중인 뒷차량(3)의 헤드램프에서 방출되어 백미러로 반사되는 광(Lb)에 의해 시야 방해를 받을 수 있으며, 이는 안전사고의 원인이 될 수 있다.
이에, 본 실시형태에 따른 차량용 조명 시스템은 센서모듈(110)을 구비하며, 상기 센서모듈(110)은 차량의 외부에서 입사되는 광, 예컨대 상대차량(2)의 헤드램프에서 방출되는 광(La)을 감지하여 센싱 신호(SS)를 생성한다.
본 실시형태에서, 상기 센싱 신호(SS)는 도 5a에 도시된 것과 같이 감지된 광의 조도에 대응되는 정보로서, 감지된 광의 조도값을 포함할 수 있으며, 여기서 상기 조도값은 상기 센싱 신호(SS)의 크기(A)에 대응될 수 있다.
상기 센싱 신호(SS)가 생성되면, 상기 제어모듈(120)은 유/무선 통신부(121)로부터 상기 센싱 신호(SS)를 수신하며, 연산부(123)에서는 상기 감지된 광의 조도값을 도출한다. 상기 제어모듈(120)은 도출된 결과에 기초하여 자기차량(1) 운전자의 눈부심 현상이 저감되도록 셔터 동작 신호(GS)를 생성한다.
구체적으로, 셔터 동작 신호(GS)가 로우레벨일 때 개방되고, 셔터 동작 신호(GS)가 하이레벨일 때 폐쇄되는 형태의 셔터글래스(130)를 기준으로 설명하면, 상기 연산부(123)는 감지된 광의 조도값이 큰 경우 셔터글래스(130)가 상대적으로 오프(off)되는 시간이 길도록 셔터 동작 신호(GS)의 듀티비(D1)와 주기(T1)를 결정한다. 이때, 상기 연산부(123)는 상기 셔터 동작 신호(GS)가 큰 듀티비(D1)를 갖도록 결정할 수 있다.
반대로, 감지된 광의 조도값이 작은 경우 상기 연산부(123)는 셔터글래스(130)가 상대적으로 오프(off)되는 시간이 짧도록 셔터 동작 신호(GS)의 듀티비(D1) 및 주기(T1)를 결정한다. 이때에는, 상기 연산부(123)는 상기 셔터 동작 신호(GS)가 작은 듀티비(D1)를 갖도록 결정할 수 있다.
또한, 상기 제어모듈(120)은 상기 셔터 동작 신호(GS)와 동기화된 점등 동작 신호(HS)를 생성한다.
구체적으로, 상기 연산부(123)는 상기 셔터 동작 신호(GS)가 로우레벨일 때 상기 점등 동작 신호(HS)가 하이레벨이 되고, 셔터 동작 신호(GS)가 하이레벨일 때 상기 점등 동작 신호(HS)가 로우레벨이 되도록, 상기 점등 동작 신호(HS)의 듀티비(D2) 및 주기(T2)를 결정할 수 있다.
이에 따라, 상기 광원부는 상기 셔터글래스(130)가 폐쇄 상태일 때 제1 휘도를 방출하고, 상기 셔터글래스(130)가 개방 상태일 때 상기 제1 휘도보다 높은 휘도값을 갖는 제2 휘도를 방출하게 된다.
즉, 자기차량(1)의 운전자는 셔터글래스(130)가 광투과 및 광차단을 교대함에 따라 상대챠량(2)의 헤드램프에서 방출되는 광(La)에 의한 영향을 적게 받게되되, 상대차량(2)의 헤드램프에서 방출되는 광 이외에도, 주변의 광에 대한 인식률이 함께 낮아짐으로써 전반적으로 시야가 어두워지는 문제가 발생할 수 있는데, 본 실시형태에 따르면, 자기차량(1)의 헤드램프 모듈(140)이 셔터글래스(130)의 개폐 동작에 동기하여 서로 다른 휘도를 교번하여 방출하므로, 셔터글래스(130)의 개폐 동작에도 불구하고 전반적으로 시야가 어두워지는 문제가 최소화될 수 있다.
이 경우, 상기 헤드램프 모듈(140)에서 방출되는 광이 자기차량(1)의 운전자가 소망하는 휘도로 인식되기 위해, 상기 제2 휘도는 소망하는 휘도보다 높은 휘도값을 가질 수 있다. 이를 위해, 예를 들면 광원부가 소망하는 휘도를 방출하는 전압값이 D라고 할 때, 상기 점등 동작 신호(HS)의 하이레벨이 갖는 전압값은 D보다 큰 전압값(B)을 가질 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니지만, 개념적으로 설명하면 광원부에 12V의 정전압이 인가될 때 소망하는 휘도가 방출된다고 하면, 상기 점등 동작 신호(HS)의 로우레벨 및 하이레벨에서의 전압값은 각각 6V 및 18V이고, 제1 휘도와 제2 휘도가 교번하여 방출되면서 소망하는 휘도로 인식될 수 있다. 이때, 자기차량(1)의 운전자가 플리커링을 인식할 수 없도록 상기 제1 휘도와 제2 휘도는 예를 들면 초당 20회 이상 교번하여 방출될 수 있다.
본 실시형태에 의하면, 자기차량(1)의 운전자는 상대차량(2)의 헤드램프에서 방출되는 광(La)에 의한 영향을 적게 받으며 자기차량(1)의 헤드램프에 기하여 적절한 시야를 확보할 수 있다.
한편, 본 실시형태에서 상기 셔터 동작 신호(GS)와 점등 동작 신호(HS)가 상보적으로 출력되는 것으로 도시되었으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니라 할 것이다.
구체적으로, 상기 연산부(123)는 상기 센싱 신호의 크기(A)가 기 설정된 값보다 크다고 판단되는 경우, 셔터 동작 신호(GS)의 듀티비를 증가시킬 수 있다. 예컨대, 도 5a에 도시된 것과 같이, 셔터 동작 신호(GS)의 듀티비가 D1에서 D1a로 되도록 결정할 수 있다. 이때, 상기 연산부(123)는 점등 동작 신호(HS)의 듀티비를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 점등 동작 신호(HS)의 듀티비가 D2에서 D2a로 되도록 결정할 수 있다. 이에 따라, 셔터 동작 신호(GS)와 점등 동작 신호(HS)는 상보적으로 출력되지 않고 온 듀티가 일부 중첩될 수 있다.
이는, 본 실시형태의 제어모듈(120)이 셔터 동작 신호(GS)와 점등 동작 신호(HS)를 동기화 시키되, 자기차량(1) 운전자의 눈부심이 크다고 판단됨에 따라, 셔터 동작 신호(GS)의 듀티비를 증가(D1→ D1a)시킴으로써 셔터글래스(130)가 오프(Off)되는 시간을 늘리고, 자기차량(1) 운전자의 눈부심 현상을 저감하는 것으로 이해될 수 있다.
여기서, 상기 제어모듈(120)은 셔터글래스(130)가 오프(Off)되는 시간이 상대적으로 길어지는 것에 대응하여, 점등 동작 신호(HS)의 듀티비를 증가(D2→ D2a)시킴으로써 자기차량(1)의 헤드램프에 기한 적절한 시야를 확보하도록 할 수 있다.
도 5b는 도 5a에서 변형된 동작 방식을 설명하기 위한 신호 파형을 도시한다.
도 5b의 실시형태에서는, 상기 셔터 동작 신호(GS)가 로우레벨일 때 폐쇄되고, 셔터 동작 신호(GS)가 하이레벨일 때 개방되는 형태의 셔터글래스(130)를 채용한 점을 제외하고는 도 5a의 실시형태와 동일하다.
구체적으로, 상기 연산부(123)는 감지된 광의 조도값이 큰 경우 셔터글래스(130)가 상대적으로 오프(off)되는 시간이 길도록 셔터 동작 신호(GS)의 듀티비(D1')를 작게 설정할 수 있고, 반대로 감지된 광의 조도값이 작은 경우 상기 셔터글래스(130)가 상대적으로 오프(off)되는 시간이 짧도록 셔터 동작 신호(GS)의 듀티비(D1')를 크게 설정할 수 있다. 물론, 상기 듀티비(D1')를 변경하는 방식 이외에도, 상기 셔터 동작 신호(GS)의 주기(T1')를 변경시키는 방식으로 제어할 수도 있다.
아울러, 상기 연산부(123)는 상기 셔터 동작 신호(GS)가 각각 로우레벨 및 하이레벨일 때 상기 점등 동작 신호(HS)도 동일하게 로우레벨 및 하이레벨이 되도록 상기 점등 동작 신호(HS)의 듀티비(D2') 및 주기(T2')를 결정할 수 있다.
이에 따라, 상기 광원부는 상기 셔터글래스(130)가 폐쇄 상태일 때 제1 휘도를 방출하고, 상기 셔터글래스(130)가 개방 상태일 때 제2 휘도를 방출하게 되며, 자기차량의 운전자가 적절한 시야 확보할 수 있는 환경을 제공할 수 있다.
한편, 본 실시형태에서 상기 셔터 동작 신호(GS)와 점등 동작 신호(HS)가 상보적으로 출력되는 것으로 도시되었으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니라 할 것이다.
구체적으로, 상기 연산부(123)는 상기 센싱 신호의 크기(A)가 기 설정된 값보다 크다고 판단되는 경우, 셔터 동작 신호(GS)의 듀티비를 증가시킬 수 있다. 예컨대, 도 5a에 도시된 것과 같이, 셔터 동작 신호(GS)의 듀티비가 D1에서 D1a로 되도록 결정할 수 있다. 이때, 상기 연산부(123)는 점등 동작 신호(HS)의 듀티비를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 점등 동작 신호(HS)의 듀티비가 D2에서 D2a로 되도록 결정할 수 있다. 이에 따라, 셔터 동작 신호(GS)와 점등 동작 신호(HS)는 상보적으로 출력되지 않고 온 듀티가 일부 중첩될 수 있다.
이는, 본 실시형태의 제어모듈(120)이 셔터 동작 신호(GS)와 점등 동작 신호(HS)를 동기화 시키되, 자기차량(1) 운전자의 눈부심이 크다고 판단됨에 따라, 셔터 동작 신호(GS)의 듀티비를 증가(D1→ D1a)시킴으로써 셔터글래스(130)가 오프(Off)되는 시간을 늘리고, 자기차량(1) 운전자의 눈부심 현상을 저감하는 것으로 이해될 수 있다.
여기서, 상기 제어모듈(120)은 셔터글래스(130)가 오프(Off)되는 시간이 상대적으로 길어지는 것에 대응하여, 점등 동작 신호(HS)의 듀티비를 증가(D2→ D2a)시킴으로써 자기차량(1)의 헤드램프에 기한 적절한 시야를 확보하도록 할 수 있다.
도 6a는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 조명 시스템의 동작 방식을 설명하기 위한 신호 파형을 도시한다.
도 6a를 참조하면, 본 실시형태에 따른 차량용 조명 시스템은 센서모듈(110)을 구비하고 있으며, 상기 센서모듈(110)은 차량의 외부에서 입사되는 광, 예컨대 상대차량(2)의 헤드램프에서 방출되는 광(La)을 감지하여 센싱 신호(SS)를 생성한다.
본 실시형태에서, 상기 센싱 신호(SS)는 도 6a에 도시된 것과 같이 감지된 광의 조도에 대응되는 구형파 형태의 제3 구형파 신호를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 감지된 광은 서로 다른 휘도가 교번하여 방출된 것이며, 이는 예컨대 상대차량(2)이 본 실시형태의 차량용 조명 시스템에 따른 헤드램프 모듈(140)을 구비한 것으로도 이해될 수 있다. 이에 따라, 상기 센싱 신호(SS)는 감지된 광의 조도값이 높을 때 하이레벨을 나타내고, 조도값이 낮을 때 로우레벨을 나타내는 구형파 형태를 가질 수 있다.
상기 센싱 신호(SS)가 생성되면, 상기 제어모듈(120)은 유/무선 통신부(121)로부터 상기 센싱 신호(SS)를 수신하며, 연산부(123)는 상기 센싱 신호(SS)의 듀티비(Dd)와 주기(Td)를 도출하고, 상기 도출된 결과에 기초하여 자기차량 운전자의 눈부심 현상이 저감되도록 셔터 동작 신호(GS)를 결정한다.
구체적으로, 상기 셔터 동작 신호(GS)가 로우레벨일 때 개방되고, 셔터 동작 신호(GS)가 하이레벨일 때 폐쇄되는 형태의 셔터글래스(130)를 기준으로 설명하면, 상기 연산부(123)는 상기 셔터 동작 신호(GS)가 상기 센싱 신호(SS)와 동일한 듀티비(D3)와 주기(T3)를 갖도록 결정한다. 이는, 상기 셔터 동작 신호(GS)가 상기 센싱 신호(SS)와 동기화된 것으로도 이해될 수 있다.
이에 따라, 상기 신호 생성부(125)는 상기 센싱 신호(SS)가 하이레벨일 때(감지된 광의 조도값이 높을 때) 셔터글래스(130)를 폐쇄시키고, 로우레벨일 때(감지된 광의 조도값이 높지 않을 때) 셔터글래스(130)를 개방시키는 셔터 동작 신호(GS)를 생성하게 된다. 이 경우, 자기차량(1)의 운전자는 셔터글래스(130)가 광투과와 광차단을 교대함에 따라 상대차량(2)의 헤드램프에서 방출되는 광에 의한 영향을 적게 받을 수 있다.
아울러, 상기 제어모듈(120)은 상기 셔터 동작 신호(GS)와 동기화된 점등 동작 신호(HS)를 생성한다.
본 실시형태에서, 상기 연산부(123)는 상기 셔터 동작 신호(GS)가 로우레벨일 때 상기 점등 동작 신호(HS)가 하이레벨이 되고, 셔터 동작 신호(GS)가 하이레벨일 때 상기 점등 동작 신호(HS)가 로우레벨이 되도록 상기 점등 동작 신호(HS)의 듀티비(D4) 및 주기(T4)를 결정할 수 있다. 이는 상기 점등 동작 신호(HS)가 상기 센싱 신호(SS)와 상보적인 듀티비를 갖되 동일한 주기를 갖도록 결정하는 것으로도 이해될 수 있으며, 이러한 과정으로 인해, 상기 센싱 신호(SS)와 셔터 동작 신호(GS) 및 점등 동작 신호(HS)는 각각 서로 동기화 되었다고 볼 수 있다.
이에 따르면, 자기차량(1)의 헤드램프 모듈이 셔터글래스(130)의 개폐 동작에 동기하여 서로 다른 휘도를 교번하여 방출하므로, 셔터글래스(130)의 개폐 동작에도 불구하고 전반적으로 시야가 어두워지는 문제를 최소화할 수 있다.
도 6b는 도 6a에서 변형된 동작 방식을 설명하기 위한 신호 파형을 도시한다.
도 6b의 실시형태는, 상기 셔터 동작 신호(GS)가 로우레벨일 때 폐쇄되고, 셔터 동작 신호(GS)가 하이레벨일 때 개방되는 형태의 셔터글래스(130)를 채용한 점을 제외하고는 도 6a의 실시형태와 동일하다.
본 실시형태의 경우, 상기 연산부(123)는 상기 센싱 신호(SS)의 듀티비(Dd)와 주기(Td)를 도출하고, 상기 도출된 결과에 기초하여 자기차량(1) 운전자의 눈부심 현상이 최소화되도록, 상기 상기 셔터 동작 신호(GS)가 상기 센싱 신호(SS)와 동일한 주기(T3')를 갖되 상보적인 듀티비(D3')를 갖도록 결정할 수 있다.
아울러, 상기 연산부(123)는 점등 동작 신호(HS)가 상기 셔터 동작 신호(GS)와 동일한 주기(T4') 및 듀티비(D4') 갖도록 결정하여, 자기차량(1)의 운전자가 적절한 시야 확보할 수 있는 환경을 제공할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 조명 시스템에 구비된 제어모듈(120')을 나타낸 블록도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시형태에 따른 제어모듈(120')은 유/무선 통신부(121), 연산부(123), 메모리(127) 및 신호 생성부(125)를 포함하며, 도 2에서 도시된 제어모듈(120)과 다르게, 비교부(129)를 더 포함한다. 이하, 도 2에서 설명된 것과 동일하게 적용될 수 있는 사항에 대해서는 제외하고, 달라진 부분에 대해서만 설명하기로 한다.
본 실시형태에서, 상기 유/무선 통신부(121)는 센서모듈(110)로부터 센싱 신호(SS)를 전달받을 수 있다. 여기서, 상기 센싱 신호(SS)는 감지된 광의 조도에 대응되는 정보를 포함할 수 있으며, 연산부(123)는 상기 센싱 신호(SS)로부터 상기 감지된 광의 조도에 대응되는 정보를 도출할 수 있다.
상기 비교부(129)는 상기 도출된 결과에 기초하여 감지된 광의 조도값과 기준값을 비교하며, 비교 결과 감지된 광의 조도값이 기준값 이하인 경우 상기 제어모듈(120')은 셔터글래스(130)를 개방시키는 셔터 동작 신호(GS)를 생성하도록 구현될 수 있다.
즉, 본 실시형태에서, 상기 제어모듈(120')은 상대차량(2)의 헤드램프 등에 의한 시야 방해가 크지 않은 것으로 판단하여, 셔터글래스(130)가 개폐동작을 반복하지 않고 개방된 상태를 유지하도록 제어하는 것으로 이해될 수 있다.
도 8은 도 1에서 변형된 실시형태에 따른 차량용 조명 시스템을 나타낸 블록도이고, 도 9는 도 8의 실시형태에 따른 차량용 조명 시스템의 동작 방식을 설명하기 위한 신호 파형을 도시한 도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시형태에 따른 차량용 조명 시스템은 센서모듈(110), 제어모듈(120), 헤드램프 모듈(140) 및 셔터글래스(130)를 포함한다. 이하에서는, 도 1에서 설명된 것과 동일하게 적용될 수 있는 사항에 대해서는 제외하고, 달라진 부분을 위주로 설명하기로 한다.
본 실시형태에서, 상기 센서모듈(110)은 제1 센서부(111)와 제2 센서부(112)를 포함한다. 상기 제1 및 제2 센서부(111, 112)는 각각 차량 외부에서 입사되는 광을 감지하여 제1 및 제2 센싱 신호(SS1, SS2)를 생성한다.
상기 제1 및 제2 센서부(111, 112)는 서로 다른 위치에 배치될 수 있으며, 예를 들면 제1 센서부(111)는 차량의 좌측에, 제2 센서부(112)는 차량 우측에 배치될 수 있다.
또한, 제1 센서부(111)는 차량의 전방에서 입사되는 광을 감지하도록 배치되되, 제2 센서부(112)는 차량의 후방에서 입사되어 백미러를 통해 반사되는 광을 감지하도록 백미러 인접영역에 배치될 수 있다. 이 경우, 예를 들면 상기 제1 센싱 신호(SS1)는 반대 차선을 주행 중인 상대차량(2)의 헤드램프에서 방출된 광(La)의 조도에 대응하며, 제2 센싱 신호(SS2)는 동일 차선을 주행 중인 뒷차량(3)의 헤드램프에서 방출된 광(Lb)의 조도에 대응하는 신호일 수 있다.
이하, 도 9를 참조하여 도 8의 실시형태에 따른 차량용 조명 시스템의 동작 방식의 일 예를 설명하기로 한다.
도 9를 참조하면, 상기 제1 및 제2 센싱 신호(SS1, SS2)는 각각 소정의 주기 듀티비(Dd1, Dd2)와 주기(Td1, Td2)를 갖는 구형파 신호일 수 있다.
상기 연산부(123)는 제1 및 제2 센싱 신호(SS1, SS2)를 인가받으며, 상기 제1 및 제2 센싱 신호(SS1, SS2) 중 자기차량(1) 운전자의 시야에 방해를 주는 조도에 대응되는 신호가 어느 신호인지 판단할 수 있다.
하나의 실시예로서, 상기 연산부(123)는 제1 및 제2 센싱 신호(SS1, SS2) 각각의 하이레벨(Hd1, Hd2) 크기를 서로 비교하고, 더 큰 값을 갖는 신호(본 실시형태에서, 제2 센싱 신호(SS2))를 운전자의 시야에 방해를 주는 것으로 판단할 수 있다.
또 하나의 실시예로서, 상기 연산부(123)는 제1 및 제2 센싱 신호(SS1, SS2)의 하이레벨(Hd1, Hd2)과 로우레벨(Ld1, Ld2)의 크기로부터 각각의 평균값(avg1, avg2)을 도출하고, 상기 평균값(avg1, avg2)을 서로 비교하여 더 큰 값을 갖는 신호(본 실시형태에서, 제2 센싱 신호(SS2))를 운전자의 시야에 방해를 주는 것으로 판단할 수 있다.
다음으로, 상기 연산부(123)는 운전자의 시야에 방해를 주는 것으로 판단된 제2 센싱 신호(SS2)에 대응하여 셔터글래스(130)의 개폐 동작이 수행되도록 셔터 동작 신호(GS)와 점등 동작 신호(HS)의 듀티비 및 주기를 결정할 수 있다.
예를 들면, 상기 연산부(123)는 상기 제2 센싱 신호(SS)와 동일한 듀티비(Dd2)와 주기(Td2)를 갖도록 셔터 동작 신호(GS)와 점등 동작 신호(HS)의 듀티비(D5, D6) 및 주기(T5, T5)를 결정하고, 이에 따라 상기 셔터글래스(130)는 개폐동작을 반복하여 운전자의 시야가 방해되는 것을 저감할 수 있다. 아울러, 상기 헤드램프 모듈(140)에 구비된 광원부는 상기 셔터글래스(130)의 개폐동작과 동기하여 제1 휘도와 제2 휘도를 교번하여 방출함으로써, 운전자의 시야 확보를 최대화할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 조명 시스템이 적용된 차량의 내부를 개략적으로 설명하기 위한 도이다.
도 10을 참조하면, 본 실시형태의 차량용 조명 시스템에 따른 셔터글래스(130)는 자기차량(1) 탑승자, 예컨대 운전자의 시야각 내에 배치될 수 있다. 예를 들면, 일 실시형태에 따른 셔터글래스(130a)는 자기차량의 전면유리에 장착될 수 있다. 이와 달리, 일 실시형태에 따른 셔터글래스(130b)는 운전석 상부 천정에 부착된 선바이저에 장착될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며 셔터글래스(130c)는 자기차량(1)의 탑승자가 착용 가능한 안경형태로 제공될 수도 있다.
아울러, 상기 셔터글래스(130a, 130b, 130c)는 제어모듈(120)과 통신하기 위한 무선통신부(131)를 포함할 수 있다. 상기 무선통신부(131)는 Zigbee, UWB, WLAN, Bluetooth, 적외선 통신, RFID 중 적어도 하나의 방식을 이용하여 상기 제어모듈(120)로부터 셔터 동작 신호(GS)를 전달받을 수 있다.
본 실시형태에서, 센서모듈(110)은 상대차량(2)의 헤드램프에서 방출되는 광(La)이나 차량 외부의 광으로부터 운전자가 느끼는 조도와 유사한 조도를 감지할 수 있도록 운전자의 시각기관 근처에 위치할 수 있으며, 도 10에 도시된 바와 같이 셔터글래스(130a, 130b, 130c) 내에 장착되어 제공될 수 있다.
또한, 뒷차량(2)의 헤드램프에서 방출되어 백미러로 반사되는 광(Lb)에 의한 시야 방해 여부를 함께 고려할 수 있도록, 자기차량(1)의 백미러(10)와 인접한 영역에 추가적인 센서모듈(110')이 배치될 수도 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 조명 시스템의 헤드램프 모듈(140)을 나타낸 단면도이다.
도 11을 참조하면, 헤드램프 모듈(140)은 광원부(141), 반사부(143), 렌즈 커버부(142)를 포함하며, 렌즈 커버부(142)는 중공형의 가이드(142b) 및 렌즈(142a)를 포함할 수 있다. 또한, 헤드램프 모듈(140)은 광원부(141)에서 발생된 열을 외부로 방출하는 방열부(145)를 더 포함할 수 있으며, 방열부(145)는 효과적인 방열이 수행되도록 히트싱크(145a)와 냉각팬(145b)을 포함할 수 있다. 또한, 헤드램프 모듈(140)은 방열부(145) 및 반사부(143)를 고정시켜 지지하는 하우징(144)을 더 포함할 수 있으며, 하우징(144)은 일면에 방열부(145)가 결합하여 장착되기 위한 중앙홀(144b)을 구비할 수 있다. 또한, 하우징(144)은 상기 일면과 일체로 연결되어 직각방향으로 절곡되는 타면에 반사부(143)가 광원부(141)의 상부측에 위치하도록 고정시키는 전방홀(144a)을 구비할 수 있다. 이에 따라, 반사부(143)에 의하여 전방측은 개방되며, 개방된 전방이 전방홀(144a)과 대응되도록 반사부(143)가 하우징(144)에 고정되어 반사부(143)를 통해 반사된 빛이 전방홀(144a)을 통과하여 외부로 출사될 수 있다. 본 실시형태에서, 광원부(141)는 적어도 하나의 발광 다이오드를 이용하여 구현될 수 있으며, 이 경우 인가되는 구형파 형태의 점등 동작 신호에 대응하여 제1 휘도와 제2 휘도를 교번하여 방출하는 것이 보다 용이하게 수행되는 장점이 있다.
이하에서는, 도 12 내지 도 16을 참조하여 본 발명의 일 실시형태에 따른 헤드램프 모듈에 채용될 수 있는 발광 다이오드를 예시적으로 설명하기로 한다.
<발광 다이오드의 제1 예>
우선, 도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광 다이오드는 반도체 기판(1101) 상에 형성된 발광적층체(S)를 포함하는 발광 다이오드칩으로 제공될 수 있다.
상기 기판(1101)으로는 필요에 따라 절연성, 도전성 또는 반도체 기판이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(1101)은 사파이어, SiC, Si, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN, AlN, AlGaN 일 수 있다. 이중에서, 이종 기판으로는 사파이어, 실리콘 카바이드(SiC) 기판 등이 주로 사용되고 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(11-20)면, R(1-102)면 등을 갖는다. 이 경우, 상기 C면은 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 성장용 기판으로 주로 사용된다.
상기 기판(1101) 중 이종 기판으로 채용될 수 있는 다른 물질로는 실리콘(Si) 기판을 들 수 있으며, 대구경화에 보다 적합하고 상대적으로 가격이 낮아 양산성이 향상될 수 있다. (111)면을 기판면으로 갖는 실리콘(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 기판은 GaN계 반도체에서 발생하는 빛을 흡수하여 발광 다이오드의 외부 양자 효율이 낮아지므로, 필요에 따라 상기 기판을 제거하고 반사층이 포함된 Si, Ge, SiAl, 세라믹, 또는 금속 기판 등의 지지기판을 추가로 형성하여 사용한다.
물론, 본 실시형태에서 채용되는 발광 다이오드의 기판(1101)을 이종 기판으로 제한하는 것은 아니므로, 동종 기판인 GaN 기판을 사용할 수도 있다. GaN 기판의 경우, 발광적층체(S)를 이루는 물질인 GaN 물질과 격자상수 및 열팽창계수의 미스매치가 적으므로, 고품질의 반도체 박막 성장이 가능하다는 이점이 있다.
한편, 이종 기판을 사용할 때는 기판 물질과 박막 물질 사이의 격자상수의 차이로 인해 전위(dislocation) 등 결함이 증가할 수 있다. 또한, 기판 물질과 박막 물질 사이의 열팽창계수의 차이로 인해 온도 변화시 휨이 발생하고, 휨은 박막의 균열(crack)의 원인이 된다. 이때, 기판(1101)과 GaN계인 발광적층체(S) 사이의 버퍼층(1102)을 이용해 이러한 문제를 감소시킬 수도 있다.
이에, 본 실시형태에서 발광 다이오드는 상기 기판(1101)과 발광적층체(S) 사이에 형성된 버퍼층(1102)을 더 포함할 수 있다. 상기 버퍼층(1102)은 활성층(1130) 성장시 기판(1101)의 휘는 정도를 조절해 웨이퍼의 파장 산포를 줄이는 기능도 갖는다.
상기 버퍼층(1102)은 기판의 종류에 따라 달라 질 수 있으나 AlxInyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1), 특히 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, 또는 InGaAlN를 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.
또한, 기판(1101)으로서 실리콘 기판을 채용하는 경우 등에 있어서, 실리콘은 GaN과 열팽창 계수 차이가 크기 때문에(약 56%), 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. 아울러, 격자상수 차이에 따른 결함 발생을 억제하기 위하여, 복합 구조의 버퍼층을 사용할 수 있다. 이 경우, 상기 버퍼층(1102)은 결함 제어 뿐만 아니라 휨을 억제하기 위한 응력 제어를 동시에 수행할 수 있다.
예를 들어, 먼저 기판(1101) 상에 버퍼층으로서 우선 AlN층을 형성한다. Si와 Ga 반응을 막기 위해 Ga을 포함하지 않은 물질을 사용할 수 있다. 이는 Al 소스와 N 소스를 이용하여 400 ~ 1300℃ 사이의 온도에서 성장시킴으로써 얻어질 수 있다. 여기서, 필요에 따라 상기 복수의 AlN 층 사이에 GaN 중간에 응력을 제어하기 위한 AlGaN 중간층을 삽입함으로써 복합 구조의 버퍼층을 형성할 수 있을 것이다.
한편, 상기 기판(1101)은 발광적층체(S)의 성장 전 또는 후에 광특성 또는 전기적 특성을 향상시키기 위해 제조 과정 중 완전히 제거되거나, 부분적으로 제거되거나, 또는 패터닝될 수 있다. 예를 들어, 사파이어 기판인 경우는 레이저를 기판(1101)과 버퍼층(1102) 계면 또는 기판(1101)과 발광적층체(S) 계면에 조사하여 기판을 분리할 수 있으며, 실리콘이나 실리콘 카바이드 기판인 경우 연마/에칭 등의 방법에 의해 제거될 수 있다.
또한, 상기 기판(1101) 제거 시에는 다른 지지 기판을 사용하는 경우가 있으며 지지기판은 원 성장 기판의 반대쪽에 발광 다이오드의 광효율을 향상시키게 위해서, 반사 금속을 사용하여 접합하거나 반사구조를 접합층의 중간에 삽입할 수 있다.
기판 패터닝은 기판(1101)의 주면(표면 또는 양쪽면) 또는 측면에 발광적층체(S)의 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 발광적층체(S)는 제1 및 제2 도전형 반도체층(1110, 1120) 및 이들 사이에 배치된 활성층(1130)을 포함한다. 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(1110, 1120)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(1110, 1120)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(1110)은 활성층(1130)과 인접한 부분에 전류 확산층을 더 포함할 수 있다. 상기 전류확산층은 서로 다른 조성을 갖거나, 서로 다른 불순물 함량을 갖는 복수의 InxAlyGa(1-x-y)N층이 반복해서 적층되는 구조 또는 절연 물질 층이 부분적으로 형성될 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(1120)은 활성층(1130)과 인접한 부분에 전자 차단층을 더 포함할 수 있다. 상기 전자차단층은 복수의 서로 다른 조성의 InxAlyGa(1-x-y)N를 적층한 구조 또는 AlyGa(1-y)N로 구성된 1층 이상의 층을 가질 수 있으며, 활성층(1130)보다 밴드갭이 커서 제2 도전형(예컨대, p형) 반도체층(1120)으로 전자가 넘어가는 것을 방지한다.
상기 발광적층체(S)는 MOCVD 장치를 사용하며, 제조방법으로는 기판(1101)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, 기판(1101) 상에 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, p 형 불순물으로서는 Zn, Cd, Be, Mg, Ca, Ba 등이 있으며, 주로 Mg, Zn가 사용된다.
또한, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1110, 1120) 사이에 배치된 활성층(1130)은 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조, 예컨대, 질화물 반도체일 경우, GaN/InGaN 또는 AlGan/GaN 구조가 사용될 수 있으며, 다만, 단일 양자우물(SQW) 구조를 사용할 수도 있을 것이다.
본 실시형태에서, 상기 제2 도전형 반도체층(1120) 상에는 오믹 콘택층(1120b)이 형성될 수 있다. 상기 오믹 콘택층(1120b)은 불순물 농도를 상대적으로 높게 해서 오믹 콘택 저항을 낮추어 소자의 동작 전압을 낮추고 소자 특성을 향상 시킬 수 있다. 상기 오믹 컨택층(1120b)은 GaN, InGaN, ZnO, 또는 그래핀층으로 구성 될 수 있다.
상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(1110, 1120)과 각각 전기적으로 접속된 제1 및 제2 전극(1110', 1120a)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 12에 도시된 발광 다이오드는 하나의 예로 제1 및 제2 전극(1110', 1120a)이 광추출면과 동일한 면을 향하고 있는 구조일 수 있으나, 반대로, 제1 및 제2 전극(1110', 1120a)이 광추출면과 반대 방향으로되는 플립칩 구조로 실장될 수도 있다.
<발광 다이오드의 제2 예>
다음으로, 도 13에는 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광 다이오드로 채용가능한 다른 형태의 발광 다이오드가 도시되어 있다.
도 13의 실시형태에 따른 발광 다이오드에 의하면, 전류 분산 효율 및 방열 효율이 보다 향상될 수 있으며, 고출력의 대면적 발광 다이오드를 얻을 수 있다.
도 13을 참조하면, 본 실시형태의 발광 다이오드는 제1 도전형 반도체층(1210), 활성층(1230) 및 제2 도전형 반도체층(1220)이 순차적으로 적층된 발광적층체(S)와, 제2 전극층(1220b), 절연층(1250), 제1 전극층(1210a) 및 기판(1201)을 포함한다. 이 때 제1 전극층(1210a)은 제1 도전형 반도체층(1210)에 전기적으로 접속하기 위하여 제2 도전형 반도체층(1220) 및 활성층(1230)과는 전기적으로 절연되어 제1 전극층(1210a)의 일면으로부터 제1 도전형 반도체층(1210)의 적어도 일부 영역까지 연장된 하나 이상의 콘택홀(H)을 포함한다. 상기 제1 전극층(1210a)은 본 실시예에서 필수적인 구성요소는 아니다.
상기 콘택홀(H)은 제1 전극층(1210a)의 계면에서부터 제2 전극층(1220b), 제2 도전형 반도체층(1220) 및 활성층(1230)을 통과하여 제1 도전형 반도체층(1210) 내부까지 연장된다. 적어도 활성층(1230) 및 제1 도전형 반도체층(1210)의 계면까지는 연장되고, 바람직하게는 제1 도전형 반도체층(1210)의 일부까지 연장된다. 다만, 콘택홀(H)은 제1 도전형 반도체층(1210)의 전기적 연결 및 전류분산을 위한 것이므로 제1 도전형 반도체층(1210)과 접촉하면 목적을 달성하므로 제1 도전형 반도체층(1210)의 외부표면까지 연장될 필요는 없다.
제2 도전형 반도체층(1220) 상에 형성된 제2 전극층(1220b)은, 광 반사 기능과 제2 도전형 반도체층(1220)과 오믹 컨택 기능을 고려하여 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질 중에서 선택하여 사용 할 수 있으며, 스퍼터링이나 증착 등의 공정을 이용할 수 있다.
상기 콘택홀(H)은 상기 제1 도전형 반도체층(1210)에 연결되도록 제2 전극층(1220b), 제2 도전형 반도체층(1220) 및 활성층(1230)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 도전형 반도체층(1220) 표면을 덮도록 절연체(1250)를 형성한다. 이 경우, 상기 상기 콘택홀(H)의 저면에 해당하는 제1 도전형 반도체층(1210)은 적어도 일부가 노출될 수 있다. 상기 절연체(1250)는 SiO2, SiOxNy, SixNy과 같은 절연 물질을 증착시켜 형성될 수 있다.
상기 콘택홀(H) 내부에는 도전 물질을 충전되어 형성된 도전성 비아(v)를 포함한 제2 전극층(1220b)이 형성된다. 이어 제2 전극층(1220b) 상에 기판(1201)을 형성한다. 이러한 구조에서, 기판(1201)은 제1 도전형 반도체층(1210)과 접속되는 도전성 비아에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 기판(1201)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 접착등의 공정으로 형성될 수 있다.
상기 콘택홀(H)은 접촉 저항이 낮아지도록 개수, 형상, 피치, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1210, 1220)과의 접촉 면적 등이 적절히 조절될 수 있으며, 행과 열을 따라 다양한 형태로 배열됨으로써 전류 흐름이 개선될 수 있다. 이 경우, 도전성 비아(v)는 절연부(1250)에 의하여 둘러싸여 활성층(1230) 및 제2 도전형 반도체층(1220)과 전기적으로 분리될 수 있다.
상기 행과 열을 이루는 복수의 비아(v)들이 제1 도전형 반도체와 접촉하는 영역의 평면 상에서 차지하는 면적은 발광적층체(S)의 평면 면적의 1 % 내지 5 %의 범위가 되도록 비아(v) 개수 및 접촉 면적이 조절될 수 있다. 비아(v)의 반경(직경(Da1)의 1/2)은 예를 들어, 5㎛ 내지 50 ㎛의 범위일 수 있으며, 비아(v)의 개수는 발광적층체(S) 영역의 넓이에 따라, 발광적층체(S) 영역 당 1개 내지 50개일 수 있다. 상기 도전성 비아(v)는 발광적층체(S) 영역의 넓이에 따라 다르지만 바람직하게는 2개 이상이 좋으며, 각 비아(v) 간의 거리는 100um 내지 500um 범위의 행과 열을 가지는 매트릭스 구조일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 150um 내지 450um 범위일 수 있다. 각 비아(v)간의 거리가 100um보다 작으면 비아(v)의 개수가 증가하게 되고 상대적으로 발광면적이 줄어들어 발광 효율이 작아지며, 거리가 500um보다 커지면 전류 확산이 어려워 발광 효율이 떨어지는 문제점이 있을 수 있다. 상기 도전성 비아(v)의 깊이는 제2 도전형 반도체층(1220) 및 활성층(1230)의 두께에 따라 다르나, 0.5 ㎛ 내지 5.0 ㎛의 범위일 수 있다.
<발광 다이오드의 제3 예>
도 14는 앞서 설명된 예와는 다른 형태로 채용되는 발광 다이오드의 실시형태를 도시한다.
도 14를 참조하면, 상기 발광 다이오드는 기판(1401)의 일면 상에 배치된 발광적층체(S)와, 상기 발광적층체(S)를 기준으로 상기 기판(1401) 반대 측에 배치된 제1 및 제2 전극(1410c, 1420c)을 포함하는 발광 다이오드일 수 있다. 또한, 상기 발광 다이오드는 상기 제1 및 제2 전극(1410c, 1420c)을 덮도록 형성되는 절연부(1450)를 포함한다. 상기 제1 및 제2 전극(1410c, 1420c)은 제1 및 제2 전기연결부(1410d, 1420d)에 의해 제1 및 제2 전극 패드(1410e, 1420e)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 발광적층체(S)는 기판(1401) 상에 순차적으로 배치되는 제1 도전형 반도체층(1410), 활성층(1430) 및 제2 도전형 반도체층(1420)을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극(1410c)은 상기 제2 도전형 반도체층(1420) 및 활성층(1430)을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층(1410)과 접속된 도전성 비아로 제공될 수 있다. 상기 제2 전극(1420c)는 제2 도전형 반도체층(1420)과 접속될 수 있다.
상기 절연부(1450)는 상기 제1 및 제2 전극(1410c, 1420c)의 적어도 일부를 노출시키도록 오픈 영역을 구비하며, 상기 제1 및 제2 전극 패드(1410e, 1420e)는 상기 제1 및 제2 전극(1410c, 1420c)과 접속될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극(1410c, 1420c)는 각각 제1 및 제2 도전형 반도체층(1410, 1420)과 오믹 특성을 갖는 도전성 물질이 1층 또는 다층 구조로 이루어질 수 있으며, 예컨대, Ag, Al, Ni, Cr, 투명 도전성 산화물(TCO) 등의 물질 중 하나 이상을 증착하거나 스퍼터링하는 등의 공정으로 형성될 수 있다. 제1 및 제2 전극(1410c, 1420c)은 서로 동일한 방향으로 배치될 수 있으며, 후술할 바와 같이, 리드 프레임 등에 소위, 플립 칩(flip-chip) 형태로 실장될 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 전극(1410c, 1420c)은 서로 동일한 방향을 향하도록 배치될 수 있다.
특히, 상기 제1 전극(1410c)은 상기 제2 도전형 반도체층(1420) 및 활성층(1430)을 관통하여 상기 발광적층체(S) 내부에서 상기 제1 도전형 반도체층(1410)에 연결된 도전성 비아를 갖는 제1 전극(1410c)에 의해 제1 전기연결부(1410d)가 형성될 수 있다.
본 실시형태의 발광 다이오드는 상기 제2 도전형 반도체층(1420) 상에 직접 형성되는 제2 전극(1420c)과 그 상부에 형성되는 제2 전기연결부(1420d)를 포함할 수 있다. 상기 제2 전극(1420c)은 상기 제2 도전형 반도체층(1420)과의 전기적 오믹을 형성하는 기능 외에 광 반사 물질로 이루어짐으로써 도 14에 도시된 바와 같이, 발광 다이오드를 플립칩 구조로 실장된 상태에서, 활성층(1430)에서 방출된 빛을 기판(1401) 방향으로 효과적으로 방출시킬 수 있다. 물론, 주된 광 방출방향에 따라, 상기 제2 전극(1420c)은 투명 전도성 산화물과 같은 광투과성 도전 물질로 이루어질 수도 있다.
또한, 제2전극(1420c)은 제2도전형 반도체층(1420)을 기준으로 Ag층의 오믹전극이 적층될 수 있다. 상기 Ag 오믹전극은 광의 반사층의 역할도 한다. 상기 Ag층 상에 선택적으로 Ni, Ti, Pt, W의 단일층 혹은 이들의 합금층이 교대로 적층 될 수 있다. 구체적으로 Ag층 상에 Ni/Ti층, TiW/Pt층 혹은 Ti/W이 적층되거나 또는 이들 층이 교대로 적층될 수 있다. 제1전극(1410c)은 제1도전형 반도체층(141)을 기준으로 Cr층이 적층되고 상기 Cr층 상에 Au/Pt/Ti층이 순서대로 적층되거나 혹은 제1 도전형 반도체층(1420)을 기준으로 Al층이 적층되고 상기 Al층 상에 Ti/Ni/Au층이 순서대로 적층 될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극(1410c, 1420c)은 오믹 특성 또는 반사 특성을 향상시키기 위해 상기 실시예 외에 다양한 재료 또는 적층구조를 적용 할 수 있다.
상기 설명된 2개의 전극구조는 절연부(1450)에 의하여 서로 전기적으로 분리될 수 있다. 절연부(1450)는 전기적으로 절연 특성을 갖는 물질이면 어느 것이나 사용할 수 있으며, 전기 절연성을 갖는 물체라면 어느 것이나 채용 가능하지만, 광흡수율이 낮은 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 덜어, SiO2, SiOxNy, SixNy 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(1410e, 1420e)는 각각 제1 및 제2 전기연결부(1410d, 1420d)와 접속되어 발광 다이오드 외부 단자로 기능할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 전극 패드(1410d, 1420d)는 Au, Ag, Al, Ti, W, Cu, Sn, Ni, Pt, Cr, NiSn, TiW, AuSn 또는 이들의 공융 금속일 수 있다. 이 경우에, 실장 기판(1401)에 실장시 공융 금속을 이용하여 접합될 수 있으므로, 플립칩 본딩시 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(1410d, 1420d)은 넓은 면적을 차지하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 발광구조물(S)과 기판(1401) 사이에는 버퍼층이 형성될 수 있으며, 버퍼층은 질화물 등으로 이루어진 언도프 반도체층으로 채용되어, 그 위에 성장되는 발광구조물의 격자 결함을 완화할 수 있다.
본 실시형태에서, 상기 기판(1401)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(1401)의 일면에 형성된 요철 구조는 상기 기판(1401)의 일부가 식각되어 상기 기판과 동일한 물질로 이루어질 수 있으며, 상기 기판(1401)과 다른 이종 물질로 구성될 수도 있다.
본 예와 같이, 상기 기판(1401)과 상기 제1 도전형 반도체층(1410)의 계면에 요철 구조를 형성함으로써, 상기 활성층(1430)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 물질를 사용할 수 있으며, 투명 절연체로는 SiO2, SiNx, 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 다층막의 DBR을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 상기 기판(1401)은 상기 제1 도전형 반도체층(1410)으로부터 제거 될 수 있다. 기판 제거에는 레이져를 이용한 LLO (Laser Lift Off) 공정 또는 식각, 연마 공정을 사용 할 수 있다. 또한, 이 경우 기판이 제거후 제1 도전형 반도체층의 표면에 요철을 형성 할 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 상기 발광 다이오드는 패키지 본체(2100) 상에 탑재되어 있다. 상기 패키지 본체(2100)는 실리콘(Si)과 같은 반도체 기판 또는 절연성 또는 전도성 기판일 수 있으며, 그 상면 및 하면에 각각 표면전극(2210a, 2220a) 및 후면전극(2210b, 2220b)이 형성되고, 상기 표면전극과 후면전극을 연결하도록 상기 패키지 본체(2100)를 관통하는 도전성 비아(c1, c2)를 포함한다.
본 실시형태의 발광 다이오드는 균일한 전류분산이 가능하고, 발광 다이오드와 패키지 본체의 접촉면적이 증가되어 칩 단위에서 보다 우수한 방열효과도 얻을 수 있다.
<발광 다이오드의 제4 예>
한편, 일반적으로 발광 다이오드는 구동 시 일부 에너지는 광에너지 뿐만 아니라 열에너지로도 방출되는 점에서, 발광 다이오드를 채용하는 발광장치는 방열 측면이 고려될 필요가 있다. 이때, 히트싱크(Heat sink) 등의 방열부를 형성해 두는 것이 일반적이나, 발열량이 적은 발광 다이오드를 사용함으로써 발열 문제를 보다 효과적으로 개선할 수 있다. 이러한 요건을 만족하는 발광 다이오드로는, 예를 들면 나노 구조체를 포함한 발광 다이오드(이하,'나노 발광 다이오드'라 함)가 사용될 수 있다.
도 15a를 참조하면, 상기 발광 다이오드는 기판(1301) 상에 형성된 다수의 나노 발광구조체(Sn)를 포함한다. 본 예에서 상기 나노 발광구조체(Sn)는 코어-셀(core-shell) 구조로서 로드구조로 예시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 피라미드 구조와 같은 다른 구조를 가질 수 있다.
상기 발광 다이오드는 기판(1301) 상에 형성된 베이스층(1310')을 포함한다. 상기 베이스층(1310')은 나노 발광구조체(Sn)의 성장면을 제공하는 층으로서, 제1 도전형 반도체일 수 있다. 상기 베이스층(1310')상에는 나노 발광구조체(Sn)(특히, 코어) 성장을 위한 오픈영역을 갖는 제1 물질층(1350)이 형성될 수 있다. 상기 제1 물질층(1350)은 SiO2 또는 SiNx와 같은 유전체 물질일 수 있다.
상기 나노 발광구조체(Sn)는 오픈영역을 갖는 제1 물질층(1350)을 이용하여 제1 도전형 반도체를 선택 성장시킴으로써 제1 도전형 나노 코어(1310)를 형성하고, 상기 나노 코어(1310)의 표면에 쉘층으로서 활성층(1330) 및 제2 도전형 반도체층(1320)을 형성한다. 이로써, 나노 발광구조체(Sn)는 제1 도전형 반도체가 나노 코어가 되고, 나노 코어를 감싸는 활성층(1330) 및 제2 도전형 반도체층(1320)이 쉘층이 되는 코어-쉘(core-shell) 구조를 가질 수 있다.
본 예에 따른 발광 다이오드는 나노 발광구조체(Sn) 사이에 채워진 충전물질(1370)을 포함한다. 상기 충전물질(1370)은 나노 발광구조체(Sn)를 구조적으로 안정화시킬 수 있다. 상기 충전물질(1370)은 이에 한정되지는 않으나, SiO2, SiN, 또는 실리콘 수지와 같은 투명한 물질 또는 고분자(Nilon), PPA, PCE, Ag, 또는 Al과 같은 반사성 물질로 형성될 수 있다. 상기 나노 발광구조체(Sn) 상에는 제2 도전형 반도체층(1320)에 접속되도록 오믹콘택층(1320b)이 형성될 수 있다. 상기 발광 다이오드는 제1 도전형 반도체로 이루어진 상기 베이스층(1310')과 상기 오믹콘택층(1320b)에 각각 접속된 제1 및 제2 전극(1310a, 1320a)을 포함한다.
나노 발광구조체(Sn)의 직경 또는 성분 또는 도핑 농도를 달리 하여 단일한 소자에서 2 이상의 다른 파장의 광을 방출할 수 있다. 다른 파장의 광을 적절히 조절하여 단일 소자에서 형광체를 사용하지 않고도 백색광을 구현할 수 있으며, 이러한 소자와 함께 다른 발광 다이오드를 결합하거나 또는 형광체와 같은 파장변환 물질을 결합하여 원하는 다양한 색깔의 광 또는 색온도가 다른 백색광을 구현할 수 있다.
이와 같이 나노 발광구조체(Sn)를 이용한 발광 다이오드의 경우, 나노 구조체를 활용하여 발광면적을 늘려 발광 효율을 높일 수 있고, 비극성 활성층을 얻을 수 있어 분극에 의한 효율저하를 방지할 수 있으므로, 드랍(droop)특성도 개선될 수 있다.
도 15b 내지 도 15e는 특정 예의 마스크(1352)를 이용하여 나노 발광구조체(Sn)를 형성하는 공정을 설명하는 주요공정별 단면도이다.
도 15b에 도시된 바와 같이, 마스크(1352)를 이용하여 베이스층(1310') 상에 나노 코어(1310'')를 성장시킬 수 있다. 상기 마스크(1352)는 제1 물질층(1350)과 제2 물질층(1351)을 포함할 수 있으며, 아래로 갈수록 좁아지는 폭의 개구(H)를 갖는다.
상기 제1 물질층(1350)과 제2 물질층(1351)은 원하는 식각률 차이를 확보하기 위해서 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 물질층(1350)은 SiN이며, 상기 제2 물질층(1351)은 SiO2일 수 있다. 이와 달리, 상기 제2 물질층(1351)을 또는 제1 및 제2 물질층(1350, 1351) 모두를 다공성 구조의 물질로 채용하여 그 공극률의 차이를 이용하여 식각률의 차이를 확보할 수 있다. 이 경우에는, 상기 제1 및 제2 물질층(1350, 1351)은 동일한 물질로 형성되되, 공극률이 서로 다를 수 있다.
상기 나노 코어(1310'')는 상기 개구(H)의 형상에 대응되는 형상으로 성장될 수 있다.
상기 나노 코어(1310'')의 결정 품질을 더 향상시키기 위해서, 성장 중 1회 이상의 열처리 공정을 도입할 수 있다. 특히, 성장 중 나노 코어(1310'')의 상단 표면이 육각 피라미드의 결정면으로 재배열시킴으로써 보다 안정적인 결정구조를 갖출 수 있으며, 후속 성장되는 결정의 높은 품질을 보장할 수 있다.
이러한 열처리 공정은 예를 들어, 공정 편의를 위해서 나노 코어(1310'')의 성장온도와 동일하거나 유사한 온도 조건에서 수행될 수 있다. 또한, NH3 분위기에서 상기 나노 코어(1310'')의 성장 압력과 온도와 동일하거나 유사한 수준의 압력/온도를 유지하면서 TMGa와 같은 금속 소스를 중단하는 방식으로 수행될 수 있다. 이러한 열처리공정은 수 초 내지 수십 분(예, 5초∼30분)동안에 지속될 수 있으나, 약 10초 ∼ 약 60초의 지속시간으로도 충분한 효과를 얻을 수 있다.
이와 같이, 나노 코어(1310'')의 성장과정에서 도입되는 열처리공정은 나노 코어(1310'')를 빠른 속도로 성장될 때에 야기되는 결정성의 퇴보를 방지할 수 있으므로, 빠른 결정 성장과 함께 우수한 결정품질을 함께 도모할 수 있다.
이러한 안정화를 위한 열처리 공정 구간의 시간과 횟수는 최종 나노 코어(1310'')의 높이와 직경에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 개구의 폭이 300∼400㎚이고, 개구의 높이(마스크(1352) 두께)가 약 2.0㎛인 경우에, 중간지점인 약 1.0㎛에서 약 10 초 ∼ 약 60 초의 안정화 시간을 삽입하여 원하는 고품질의 코어를 성장시킬 수 있다. 물론, 이러한 안정화 공정은 코어 성장 조건에 따라 생략할 수도 있다.
한편, 도 15c에 도시된 바와 같이, 상기 나노 코어(1310'')의 상단에 고저항층인 전류억제 중간층(1380)을 형성할 수 있다.
상기 나노 코어(1310'')를 원하는 높이로 형성한 후에, 상기 마스크(1352)를 그대로 둔 채로 상기 나노 코어(1310'')의 상단 표면에 전류억제 중간층(1380)을 형성할 수 있다. 이와 같이, 별도의 마스크를 형성하는 공정 없이, 나노 코어(1310'')의 원하는 영역(상단의 표면)에 전류억제 중간층(1380)을 용이하게 형성할 수 있다.
상기 전류억제 중간층(1380)은 고의적으로 도프되지 않거나 상기 나노 코어(1310'')와 반대되는 제2 도전형 불순물로 도프된 반도체층일 수 있다. 예를 들어, 상기 나노 코어(1310'')가 n형 GaN일 경우에, 상기 전류억제 중간층(1380)은 언도프 GaN 또는 p형 불순물인 Mg를 도프한 GaN일 수 있다. 이 경우에, 동일한 성장공정에서 불순물만을 전환함으로써 나노 코어(1310'')와 전류억제 중간층(1380)을 연속적으로 형성할 수 있다. 예를 들어, n형 GaN 나노 코어의 성장과 동일한 조건에서 Si 도핑을 중지하고 Mg을 주입하여 약 1분 정도 성장시킬 경우 전류억제 중간층(1380)은 약 200㎚ ∼ 약 300㎚의 두께(t)를 갖도록 형성할 수 있으며, 이러한 전류억제 중간층(1380)은 ㎂ 이상의 누설전류를 효과적으로 차단시킬 수 있다. 이와 같이, 본 실시예와 같은 몰드방식 공정에서는 전류억제 중간층의 도입공정이 간소화하게 구현될 수 있다.
이어, 도 15d에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 나노 코어(1310'')의 측면이 노출되도록 상기 식각정지층인 제1 물질층(1350)까지 상기 마스크(1352)를 제거한다.
본 실시예에서는, 상기 제2 물질층(1351)이 선택적으로 제거될 수 있는 식각 공정을 적용함으로써, 상기 제2 물질층(1351)만을 제거하고 상기 제1 물질층(1350)이 잔류시킬 수 있다. 상기 잔류한 제1 물질층(1350)은 후속 성장공정에서는 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 상기 베이스층(1310')과 접속되는 것을 방지하는 역할을 한다.
본 실시예와 같이, 개구를 갖는 마스크(1352)를 몰드로 이용한 나노 발광구조체(Sn)의 제조공정에서, 결정성을 향상시키기 위해서 추가적인 열처리공정을 도입할 수 있다.
상기 마스크(1352)의 제2 물질층(1351)을 제거한 후에, 나노 코어(1310'')의 표면을 일정한 조건에서 열처리하여 나노 코어(1310'')의 불안정한 결정면을 안정적인 결정면으로 전환시킬 수 있다. 특히, 본 실시예와 같이, 나노 코어(1310'')가 경사진 측벽을 갖는 개구(H)에서 성장되므로, 그 형상에 대응하여 경사진 측벽을 갖는 형태를 가졌으나, 열처리 공정 후의 나노 코어(1310)는 결정의 재배열과 함께 재성장이 일어나서 도 15e에 도시된 것과 같이, 거의 균일한 직경(또는 폭)을 가질 수 있다. 또한, 성장된 직후의 나노 코어(1310'')의 상단도 불완전한 육각 피리미드 형상을 가질 수 있으나, 열처리 공정 후의 나노 코어(1310)는 균일한 표면을 갖는 육각 피라미드 형상으로 변화될 수 있다. 이와 같이, 마스크(1352) 제거 후에 불균일한 폭을 갖던 나노 코어(1310)는 열처리 공정을 통해서 균일한 폭을 갖는 육각 피라미드 기둥 구조로 재성장(및 재배열)될 수 있다.
한편, 본 실시형태에 따른 발광장치에 채용되는 발광 다이오드는 상술된 발광 다이오드 외에도 다양한 구조의 발광 다이오드가 사용될 수 있다. 예를 들어, 금속-유전체 경계에 표면 플라즈몬 폴라리톤(surface-plasmon polaritons: SPP)을 형성시켜 양자우물 엑시톤과 상호작용 시킴으로써 광추출효율을 크게 개선된 발광 다이오드도 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
<발광 다이오드의 제5 예>
도 16은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 발광 다이오드로서, 이른바 칩 스케일 패키지(chip scale package: CSP)로 구현된 발광 다이오드를 도시한다.
구체적으로, 도 16을 참조하면, 본 실시형태에 따른 발광 다이오드는 발광적층체(S)와, 제1 및 제2 전극구조(2210, 2220)를 구비하는 패키지 본체(2100)와, 패키지 본체(2100) 상에 배치된 상기 발광 다이오드 및 렌즈(2600)를 포함한다.
상기 패키지 본체(2100)는 2개 이상의 도전성 비아를 가진 실리콘(Si) 기판 또는 도전성 또는 절연성의 지지기판 일수 있으며 상기 도전성 비아는 상기 발광적층체(S)의 제1전극(1510a)및 제2전극(1520a)과 연결된 구조를 가질 수 있다.
상기 발광적층체(S)는 제1 및 제2 도전형 반도체층(1510, 1520)과 그 사이에 배치된 활성층(1530)을 구비하는 적층 구조이다. 본 실시 형태의 경우, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1510, 1520)은 각각 p형 및 n형 반도체층이 될 수 있으며, 또한, 질화물 반도체, 예컨대, AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 이루어질 수 있다. 다만, 질화물 반도체 외에도 GaAs계 반도체나 GaP계 반도체도 사용될 수 있을 것이다.
상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(1510, 1520) 사이에 형성되는 활성층(1530)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출하며, 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조로 이루어질 수 있다. 다중 양자우물 구조의 경우, 예컨대, InGaN/GaN, AlGaN/GaN 구조가 사용될 수 있다.
한편, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1510, 1520)과 활성층(1530)은 당 기술 분야에서 공지된 MOCVD, MBE, HVPE 등과 같은 반도체층 성장 공정을 이용하여 형성될 수 있을 것이다.
도 16에 도시된 발광 다이오드는 성장 기판이 제거된 상태이며, 성장 기판이 제거된 면에는 요철(P)이 형성될 수 있다.
상기 발광 다이오드는 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(1510, 1520)에 각각 접속된 제1 및 제2 전극(1510a, 1520a)을 갖는다. 상기 제1 전극(1510a)은 상기 제2 도전형 반도체층(1520) 및 활성층(1530)을 관통하여 제2 도전형 반도체층(1520)에 접속된 도전성 비아(Ca3)를 구비한다. 상기 도전성 비아(Ca3)는 활성층(1530) 및 제2 도전형 반도체층(1520) 사이에는 절연층(1550)이 형성되어 단락을 방지할 수 있다.
상기 도전성 비아(Ca3)는 1개로 예시되어 있으나, 전류 분산에 유리하도록 상기 도전성 비아(Ca3)는 2개 이상 구비하고, 다양한 형태로 배열될 수 있다.
앞선 실시 예와 마찬가지로, 제2전극(1520a)은 제2도전형 반도체층(1520)을 기준으로 Ag층의 오믹전극이 적층될 수 있다. 상기 Ag 오믹전극은 광의 반사층의 역할도 한다. 상기 Ag층 상에 선택적으로 Ni, Ti, Pt, W의 단일층 혹은 이들의 합금층이 교대로 적층 될 수 있다. 구체적으로 Ag층 상에 Ni/Ti층, TiW/Pt층 혹은 Ti/W이 적층되거나 또는 이들 층이 교대로 적층될 수 있다.
제1전극(1510a)은 제1도전형 반도체층(1510)을 기준으로 Cr층이 적층되고 상기 Cr층 상에 Au/Pt/Ti층이 순서대로 적층되거나 혹은 제1도전형 반도체층(1510)을 기준으로 Al층이 적층되고 상기 Al층 상에 Ti/Ni/Au층이 순서대로 적층 될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극(1510a, 1520a)은 오믹 특성 또는 반사 특성을 향상시키기 위해 상기 실시예 외에 다양한 재료 또는 적층구조를 적용 할 수 있다.
상기 패키지 본체(2100)와 상기 발광 다이오드는 본딩층(Ba1, Ba2)에 의해 접합될 수 있다. 상기 본딩층(Ba1, Ba2)은 전기 절연성 물질 또는 전기 전도성 물질로 이루어지며, 예를 들어 전기 절연성 물질의 경우, SiO2, SiN등과 같은 산화물, 실리콘 수지나 에폭시 수지 등과 같은 수지류의 물질, 전기 전도성 물질로는 Ag, Al, Ti, W, Cu, Sn, Ni, Pt, Cr, NiSn, TiW, AuSn 또는 이들의 공융 금속을 들 수 있다. 본 공정은 발광 다이오드와 패키지 본체(2100)의 각 접합면에 제1 및 제2 본딩층(Ba1, Ba2)을 적용한 후에 접합시키는 방식으로 구현될 수 있다.
상기 패키지 본체(2100)에는 접합된 발광 다이오드의 제1 및 제2 전극(1510a, 1520a)에 연결되도록 상기 패키지 본체(2100)의 하면으로부터 컨택홀이 형성된다. 상기 컨택홀의 측면 및 상기 패키지 본체(2100)의 하면에 절연체(1550)가 형성될 수 있다. 상기 패키지 본체(2100)이 실리콘 기판일 경우에 상기 절연체(1550)는 열 산화공정을 통해서 실리콘 산화막으로 제공될 수 있다. 상기 컨택홀에 도전성 물질을 충전함으로써 상기 제1 및 제2 전극(1510a, 1520a)에 연결되도록 제1 및 제2 전극구조(2210, 2220)를 형성한다. 상기 제1 및 제2 전극구조(2210, 2220)는 시드층(Sa1, Sa2)과 상기 시드층(Sa1, Sa2)을 이용하여 도금공정으로 형성된 도금 충전부(2210c, 2220c)일 수 있다.
상술한 도 16과 같은 칩 스케일 패키지는 별도의 패키지를 따로 구비할 필요가 없으므로, 사이즈를 줄일 수 있고, 제조공정을 단순화하여 대량생산에 적합한 이점이 있다. 또한, 렌즈와 같은 광학 구조를 일체형으로 제조할 수 있는 이점이 있다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광 다이오드를 발광 다이오드 패키지로 구현한 예를 나타낸다.
도 17을 참조하면, 발광 다이오드 패키지는 발광 다이오드(2001), 패키지 본체(2002) 및 한 쌍의 리드 프레임(2003)을 포함하며, 발광 다이오드(2001)는 리드 프레임(2003)에 실장되어 와이어(W)를 통하여 리드 프레임(2003)과 전기적으로 연결될 수 있다. 실시 형태에 따라, 발광 다이오드(2001)는 리드 프레임(2003) 아닌 다른 영역, 예컨대, 패키지 본체(2002)에 실장될 수도 있을 것이다. 또한, 패키지 본체(2002)는 빛의 반사 효율이 향상되도록 컵 형상을 가질 수 있으며, 이러한 반사컵에는 발광 다이오드(2001)과 와이어(W) 등을 봉지하도록 투광성 물질로 이루어진 봉지체(2005)가 형성될 수 있다.
도 18을 참조하면, 발광 다이오드 패키지는 발광 다이오드 (3001), 실장 기판(3001) 및 봉지체(3003)를 포함한다. 또한, 발광 다이오드 (3001)의 표면 및 측면에는 파장변환부(3002)가 형성될 수 있다. 발광 다이오드 (3001)은 실장 기판(3001)에 실장되어 와이어(W)를 통하여 실장 기판(3001)과 전기적으로 연결될 수 있다.
실장 기판(3001)은 기판 본체(3011), 상면 전극(3013) 및 하면 전극(3014)을 구비할 수 있다. 또한, 실장 기판(3001)은 상면 전극(3013)과 하면 전극(3014)을 연결하는 관통 전극(3012)을 포함할 수 있다. 실장 기판(3001)은 PCB, MCPCB, MPCB, FPCB 등의 기판으로 제공될 수 있으며, 실장 기판(3001)의 구조는 다양한 형태로 응용될 수 있다.
파장변환부(3002)는 형광체나 양자점 등을 포함할 수 있다. 봉지체(3003)는 상면이 볼록한 돔 형상의 렌즈 구조로 형성될 수 있지만, 실시 형태에 따라, 표면을 볼록 또는 오목한 형상의 렌즈 구조로 형성함으로써 봉지체(3003) 상면을 통해 방출되는 빛의 지향각을 조절하는 것이 가능하다.
한편, 발광 다이오드는 청색 발광 다이오드에 황색, 녹색, 적색 또는 오렌지색의 형광체를 조합하여 백색 광을 발하는 발광 다이오드와 보라색, 청색, 녹색, 적색 또는 적외선 발광 다이오드 중 적어도 하나를 포함하게 구성할 수 있다. 이 경우, 발광 다이오드는 연색성(CRI)을 나트륨(Na)등(연색지수 40)에서 태양광(연색지수 100) 수준으로 조절할 수 있으며, 또한 색 온도를 2000K에서 20000K 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 발광 다이오드에 황색, 녹색, 적색 형광체 및/또는 녹색, 적색 발광 다이오드의 조합으로 만들어지는 백색광은 2개 이상의 피크 파장을 가지며, 도 19에서 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.
산화물계의 경우, 황색 및 녹색 형광체로는 (Y, Lu, Se, La, Gd, Sm)3(Ga, Al)5O12:Ce의 조성을 포함할 수 있다. 청색 형광체로는 BaMgAl10O17:Eu, 3Sr3(PO4)2·CaCl：Eu의 조성을 포함할 수 있다.
실리케이트계의 경우, 황색 및 녹색 형광체로서 (Ba, Sr)2SiO4:Eu 조성을 포함할 수 있으며, 황색 및 등색 형광체로서 (Ba, Sr)3SiO5:Eu 조성을 포함할 수 있다.
질화물계인 경우, 녹색 형광체로서 β-SiAlON:Eu의 조성을, 황색 형광체로서는 (La, Gd, Lu, Y, Sc)3Si6N11:Ce의 조성을, 등색 형광체로서는 α-SiAlON:Eu의 조성을 포함할 수 있다. 적색 형광체로는 (Sr, Ca)AlSiN3:Eu, (Sr, Ca)AlSi(ON)3:Eu, (Sr, Ca)2Si5N8:Eu, (Sr, Ca)2Si5(ON)8:Eu 및 (Sr, Ba)SiAl4N7:Eu 중 적어도 하나의 조성을 포함할 수 있다.
황화물계인 경우, 적색 형광체로는 예를 들면 (Sr, Ca)S:Eu 및 (Y, Gd)2O2S:Eu 중 적어도 하나의 조성을 포함할 수 있으며, 녹색 형광체로는 SrGa2S4:Eu의 조성을 포함할 수 있다.
플루오라이트(flouoride)계 인 경우, 예를 들면 KSF계 적색 형광체로서 K2SiF6:Mn4+의 조성을 포함할 수 있다.
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, 발광 다이오드에 형광체와 양자점을 혼합 또는 단독으로 사용될 수 있다.
양자점은 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 발광 다이오드(440 ~ 460nm)를 사용한 백색 발광 다이오드의 응용분야별 형광체 종류이다.
용도 형광체
발광 다이오드 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 +
사이드뷰(모바일, 노트PC) Lu3Al5O12:Ce3 +
Ca-α-SiAlON:Eu2 +
L3Si6N11:Ce3 +
(Ca,Sr)AlSiN3:Eu2 +
Y3Al5O12:Ce3 +
(Sr,Ba,Ca,Mg)2SiO4
K2SiF6:Mn4 +
전장 (헤드라이트 등) Lu3Al5O12:Ce3 +
Ca-α-SiAlON:Eu2 +
L3Si6N11:Ce3 +
(Ca,Sr)AlSiN3:Eu2 +
Y3Al5O12:Ce3 +
K2SiF6:Mn4 +
상기 형광체 또는 양자점의 도포 방식은 크게 발광 다이오드 (또는 발광 다이오드 패키지)에 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 발광 다이오드 상에 스프레이 방식으로 형광체를 일괄 도포하는 방식은 생산성 및 두께 제어가 용이할 수 있다.
발광 다이오드 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 발광 다이오드에서 광특성을 결정하는 가장 큰 역할을 하게 되므로, 형광체 도포층의 두께, 형광체의 균일 분산등의 제어 기술들이 다양하게 연구되고 있다.
양자점 또한 형광체와 동일한 방식으로 발광 다이오드에 위치할 수 있으며, 유리 또는 투광성 고분자 물질 사이에 위치하여 광변환을 할 수도 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 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 속한다.
110: 센서모듈 120: 제어모듈
130: 셔터글래스 140: 헤드램프 모듈
121: 유/무선 통신부 123: 연산부
125: 신호 생성부 127: 메모리부
SS: 센싱 신호 GS: 셔터 동작 신호
HS: 점등 동작 신호

Claims (10)

  1. 차량 외부에서 입사되는 광을 감지하여 센싱 신호를 생성하는 센서모듈;
    상기 센싱 신호에 기초하여 셔터 동작 신호 및 점등 동작 신호를 생성하는 제어모듈;
    상기 셔터 동작 신호에 의해 개방과 폐쇄 동작을 반복하는 셔터글래스; 및
    상기 점등 동작 신호에 제1 휘도와 제2 휘도를 교번하여 방출하는 광원부가 구비된 헤드램프 모듈; 을 포함하고,
    상기 제어모듈은 상기 셔터글래스의 개폐 동작에 동기하여 상기 광원부가 제1 휘도와 제2 휘도를 교번하여 방출하도록 상기 셔터 동작 신호 및 점등 동작 신호를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 조명 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제어모듈은 상기 셔터 동작 신호 및 점등 동작 신호를 생성하는 신호 생성부와,
    상기 셔터 동작 신호 및 점등 동작 신호의 듀티비와 주기를 결정하는 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 조명 시스템
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 센싱 신호는 감지된 광의 조도에 대응되는 정보를 포함하고,
    상기 연산부는 상기 센싱 신호로부터 상기 감지된 광의 조도값을 도출하고, 도출된 결과에 기초하여 상기 셔터 동작 신호 및 점등 동작 신호의 듀티비와 주기를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 조명 시스템.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 센싱 신호는 감지된 광의 조도에 대응하는 구형파 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 조명 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제어모듈은 상기 센싱 신호가 하이레벨 및 로우레벨일 때 상기 셔터글래스를 각각 폐쇄 및 개방시키는 셔터 동작 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 차량용 조명 시스템.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 연산부는 상기 센싱 신호의 듀티비와 주기를 도출하고, 도출된 결과에 기초하여 상기 셔터 동작 신호 및 점등 동작 신호의 듀티비와 주기를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 조명 시스템.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 제어모듈은,
    상기 셔터글래스가 폐쇄 상태일 때 상기 광원부가 제1 휘도를 방출하고, 상기 셔터글래스가 개방 상태일 때 상기 광원부가 상기 제1 휘도보다 높은 휘도값을 갖는 제2 휘도를 방출하도록, 상기 셔터 동작 신호 및 점등 동작 신호를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 조명 시스템.
  8. 서로 동기화된 제1 구형파 신호와 제2 구형파 신호를 생성하는 제어모듈;
    차량 탑승자의 시야각 내에 배치되고, 상기 제1 구형파 신호에 의해 개폐되는 셔터글래스; 및
    상기 제2 구형파 신호에 의해 제1 휘도와 제2 휘도를 교번하여 방출하는 광원부가 구비된 헤드램프 모듈;
    을 포함하는 차량용 조명 시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    차량의 외부에서 입사되는 광을 감지하며, 상기 감지된 광의 조도에 대응되는 센싱 신호를 생성하여 상기 제어모듈에 전달하는 센서모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 조명 시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 센싱 신호는 소정의 듀티비와 주기를 갖는 제3 구형파 신호이고,
    상기 제어모듈은 상기 제3 구형파 신호와 동기화된 제1 및 제2 구형파 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 차량용 조명 시스템.
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