KR20150089232A - 발광 소자 및 이를 구비한 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

실시 예에 따른 조명 장치는, 캐비티를 갖는 몸체, 상기 캐비티 내에 배치된 복수의 리드 전극; 상기 복수의 리드 전극과 전기적으로 연결된 제1내지 제3발광 칩; 상기 제1 내지 제3발광 칩 상에 녹색 및 적색 형광체를 갖는 수지 부재를 포함하는 발광 소자; 및 상기 발광 소자의 제1 내지 제3발광 칩을 구동 모드에 따라 선택적으로 구동시키는 스위치부를 포함하며, 상기 발광 소자는 상기 스위치부의 구동 모드에 따라 연색 지수가 다른 백색 광을 방출하며, 상기 제1발광 칩은 상기 제2 및 제3발광 칩보다 장 파장의 광을 발광하며, 상기 제2 및 제3발광 칩은 자외선 대역의 광을 발광한다.

Description

발광 소자 및 이를 구비한 조명 장치{LIGHT EMITTING DEVICE AND LIGHTING APPARATUS HAVING THEREOF}
실시 예는 발광 소자 및 이를 구비한 조명 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 전기 에너지를 빛으로 변환하는 반도체 소자의 일종이다. 발광 다이오드는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성의 장점을 가진다. 이에 기존의 광원을 발광 다이오드로 대체하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 발광 다이오드는 실내외에서 사용되는 각종 램프, 액정표시장치, 전광판, 가로등 등의 조명 장치의 광원으로서 사용이 증가되고 있는 추세이다.
발광 다이오드는 순 방향 전압 인가 시 n층의 전자와 p층의 정공이 결합하여 전도대(Conduction band)와 가전대(Valance band)의 에너지 갭에 해당하는 만큼의 빛 에너지를 생성할 수 있다.
발광 다이오드의 재질의 일종인 질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭 에너지에 의해 광소자 및 고출력 전자소자 개발 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 특히, 질화물 반도체를 이용한 청색(Blue) LED, 녹색(Green) LED, 자외선(UV) LED 등은 상용화되어 널리 사용되고 있다.
실시 예는 연색지수를 가변할 수 있는 발광 소자를 제공할 수 있다.
실시예는 발광 소자의 연색지수(CRI: Color rendering index)를 구동 모드에 따라 조절할 수 있는 발광 소자 및 이를 구비한 조명 장치를 제공한다.
실시예는 자외선을 발광하는 제2발광 칩 및 청색 광을 발광하는 제1발광 칩과 녹색 형광체 및 적색 형광체로부터 방출된 광의 연색지수를 조절한 조명 장치를 제공한다.
실시 예는 청색을 발광하는 제1발광 칩과 자외선을 발광하는 제2발광 칩을 갖는 발광 소자를 구동하는 스위치부를 포함하는 조명 장치를 제공한다.
실시 예에 따른 조명 장치는, 캐비티를 갖는 몸체, 상기 캐비티 내에 배치된 복수의 리드 전극; 상기 복수의 리드 전극과 전기적으로 연결된 제1내지 제3발광 칩; 상기 제1 내지 제3발광 칩 상에 녹색 및 적색 형광체를 갖는 수지 부재를 포함하는 발광 소자; 및 상기 발광 소자의 제1 내지 제3발광 칩을 구동 모드에 따라 선택적으로 구동시키는 스위치부를 포함하며, 상기 발광 소자는 상기 스위치부의 구동 모드에 따라 연색 지수가 다른 백색 광을 방출하며, 상기 제1발광 칩은 상기 제2 및 제3발광 칩보다 장 파장의 광을 발광하며, 상기 제2 및 제3발광 칩은 자외선 대역의 광을 발광한다.
실시예는 발광 소자로부터 연색지수가 조절된 광을 제공할 수 있는 효과가 있다.
실시 예는 연색지수를 가변할 수 있는 발광 소자를 제공할 수 있다.
실시예는 개별 발광 소자에서 연색지수를 85ra 이하 또는 93ra 이상의 연색지수로 조절할 수 있다.
실시 예는 발광 소자의 모드 제어를 통해 연색지수를 가변할 수 있는 조명 장치를 제공한다.
도 1은 제1실시예에 따른 조명 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 제2실시 예에 따른 조명 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 제3실시 예에 따른 조명 장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1의 조명 장치를 갖는 표시장치의 일 예를 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 1의 조명 장치를 갖는 표시장치의 다른 예를 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 1의 조명 장치를 갖는 조명 유닛을 나타낸 도면이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여(indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예에 따른 조명 장치에 대해 설명한다.
도 1은 제1실시예에 따른 조명 장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 조명 장치는 발광 소자(11)와, 상기 발광 소자(11)의 구동을 제어하는 스위치부(15)와, 상기 스위치부(15)와 상기 발광 소자(11)를 연결해 주는 배선(17,18)을 포함한다.
상기 발광 소자(11)는 몸체(21), 상기 몸체(21) 내에 캐비티(25), 상기 몸체(21)에 결합된 복수의 리드 전극(31-36), 상기 복수의 리드 전극(31-36)에 선택적으로 연결된 복수의 발광 칩(41,42,43), 상기 캐비티(25)에 형광체(52,53)를 갖는 수지부재(51)를 포함한다.
상기 몸체(21)는 폴리프탈아미드(PPA: Polyphthalamide), 실리콘 또는 에폭시와 같은 수지 재질, 알루미늄(Al), 알루미늄 나이트라이드(AlN), AlOx, 액정폴리머(PSG, photo sensitive glass), 폴리아미드9T(PA9T), 신지오택틱폴리스티렌(SPS), 금속 재질, 사파이어(Al2O3), 베릴륨 옥사이드(BeO), 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 상기 몸체(21)는 에폭시 또는 실리콘과 같은 수지 재질에 금속 산화물이 첨가될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 몸체(21)가 전기 전도성을 갖는 재질로 형성된 경우, 상기 몸체(21)의 표면에는 절연막(미도시)이 형성되어, 상기 몸체(21)와 상기 리드 전극(31-36) 사이의 전기적 쇼트를 방지할 수 있다. 다른 예로서, 상기 몸체(21)가 실리콘(Si)으로 형성된 경우, 실리콘 몸체의 소정 영역에 도전형 도펀트를 주입하는 방식으로 제너(zener) 다이오드를 집적 회로 형태로 형성할 수 있다.
상기 몸체(21)에는 상부가 개방된 캐비티(25)가 형성될 수 있다. 상기 캐비티(25)는 예를 들어, 상기 몸체(21)의 사출 성형 과정에서 형성되거나, 에칭 공정에 의해 별도로 형성되거나, 별도의 반사 컵 구조로 접착될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 캐비티(25)는 형성하지 않을 수 있다.
상기 캐비티(25)는 상기 몸체(21)의 상면으로부터 오목한 구조로 형성될 수 있으며, 상기 캐비티(25)의 바닥에는 상기 리드 전극(31-36)이 상기 몸체(21)와 결합될 수 있다.
상기 캐비티(25)의 측면(23)은 상기 캐비티(25)의 바닥 면에 대해 경사진 면이거나 수직한 면이 될 수 있다. 또한, 상기 캐비티(25)의 탑뷰 형상은 원형, 사각형, 다각형, 타원형 등의 형상 일 수 있다. 다른 예로서, 상기 캐비티(25) 내에 배치된 적어도 하나의 리드 전극은 상기 캐비티(25)의 바닥으로부터 오목한 서브 캐비티 구조로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 리드 전극(31-36)은 전기 전도성을 갖는 금속 재질, 예를 들어, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P), 알루미늄(Al), 인듐(In), 팔라듐(Pd), 코발트(Co), 규소(Si), 저마늄(Ge), 하프늄(Hf), 루테늄(Ru), 또는 철(Fe) 중에서 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 또한, 상기 각 리드 전극(31-36)은 단층 또는 다층의 금속층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 리드 전극(31-36)은 상기 캐비티(25) 내에서 서로 이격될 수 있다. 상기 각 리드 전극(31-36)의 일부는 상기 몸체(21)로부터 노출될 수 있다. 상기 발광 소자(11)는 기판(PCB) 상에 탑재되며, 상기 발광 소자(11)의 리드 전극(31-36)은 기판(PCB)의 회로 패턴과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 리드 전극(31-36)은 제1 내지 제6리드 전극(31-36)을 포함하며, 상기 제1 및 제2리드 전극(31,32)은 제1발광 칩(41)과 전기적으로 연결되며, 제3 및 제4리드 전극(33,34)은 제2발광 칩(42)과 전기적으로 연결되며, 제5 및 제6리드 전극(35,36)은 제3발광 칩(43)과 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 상기 각 발광 칩(41,42,43)은 각 리드 전극(31-36)에 적어도 하나 또는 복수의 와이어(45,46,47)로 연결될 수 있다. 다른 예로서, 각 발광 칩(41,42,43)은 제1, 제3 및 제5리드 전극(31,33,35)에 본딩되어 전기적으로 연결되거나, 플립 본딩 방식으로 탑재될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1 내지 제6리드 전극(31-36)은 상기 몸체(21)의 측면에 노출되거나, 상기 몸체(21)의 측면보다 더 외측으로 돌출될 수 있으며, 기판과의 접착 면적은 개선될 수 있고, 방열 효율도 개선될 수 있다.
상기 제1 내지 제6리드 전극(31-36)은 상기 제1 내지 제3발광 칩(41,42,43)에 전원을 공급할 수 있다. 예를 들면, 제1발광 칩(41)은 제1 및 제2리드 전극(31,32)으로부터 전원을 공급받고, 제2발광 칩(42)은 제3 및 제4리드 전극(33,34)으로부터 전원을 공급받고, 제3발광 칩(43)은 제5 및 제6리드 전극(35,36)으로부터 전원을 공급받는다. 이에 따라 상기 제1 내지 제3발광 칩(41,42,43)은 개별 구동될 수 있다. 여기서, 상기 캐비티(25) 내에서 상기 제3 및 제5리드 전극(33,35)는 서로 연결될 수 있고, 상기 제4 및 제6리드 전극(34,36)은 서로 연결될 수 있다.
상기 제1발광 칩(41)은 제2 및 제3발광 칩(42,43)의 광보다 장 파장의 광 예컨대, 청색 대역의 광을 발광하며, 상기 제2 및 제3발광 칩(42,43)은 자외선 대역의 파장을 발광하게 된다. 상기 청색 대역은는 420nm 내지 470nm 범위를 포함하며, 상기 자외선 대역은 280nm 내지 380nm 범위를 포함한다. 상기 제2 및 제3발광 칩(42,43)은 동일한 파장 대역을 발광하거나, 서로 다른 파장 대역을 발광할 수 있다. 상기 제 2 및 제 3발광 칩(42,43)이 서로 다른 파장 대역인 경우, 5nm 내지 30nm 범위의 차이를 가질 수 있다.
상기 제1발광 칩(41)은 Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체, 예를 들어, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, InP, AlGaInP 계열의 반도체 재질을 포함할 수 있다. 상기 제2 및 3발광 칩(42, 43)은 Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체, 예를 들어, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, InP, AlGaInP 계열의 반도체 재질을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제3발광 칩(41,42,43)은 n-GaN층, 활성층(active layer), p-GaN층울 포함하며, 상기 활성층은 우물층(well layer) 및 장벽층을 포함하며, 양자점 구조, 양자선 구조, 단일 양자 우물 구조, 또는 다중 양자 우물 구조 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 제1발광 칩(41)은 제2 및 제3발광 칩(42,43) 사이에 배치될 수 있으며, 예컨대 제2 및 제3발광 칩(42,43) 사이의 센터 영역에 배치될 수 있다. 상기 제1발광 칩(41)과 제2발광 칩(42) 사이의 간격은 상기 제1발광 칩(41)과 제3발광 칩(43) 사이의 간격과 같거나 다를 수 있다. 또한 제2 및 제3발광 칩(42,43) 사이에 제1발광 칩(41)을 배치함으로써, 색 균일도를 개선시켜 줄 수 있다. 실시 예는 자외선 발광 칩(42,43)의 개수가 청색 발광 칩(41)의 개수보다 1개 이상 더 배치함으로써, 고 연색지수로 조절할 수 있다.
수지부재(51)는 실리콘, 에폭시와 같은 투명한 수지 재질을 포함한다. 상기 투명한 수지 재질은 광 투과도가 70% 이상인 재질을 포함한다. 상기 수지 부재(51) 내에는 서로 다른 종류의 형광체가 첨가될 수 있다.
상기 수지부재(51) 내에는 서로 다른 컬러의 피크 파장을 발광하는 이종의 형광체 예컨대, 제1 및 제2형광체(52,53)를 포함하며, 상기 제1형광체(52)는 녹색 광을 발광하는 형광체를 포함하며, 상기 제2형광체(53)는 적색 광을 발광하는 형광체를 포함한다. 상기 제1형광체(52)는 ZnS:Cu+(Al3+), SrGa2S4:Eu2 +, CaMgSi2O7:Eu2 +, Ca8Mg(SiO4)Cl2:Eu2 +(Mn2 +), (Ba, Sr)2SiO4:Eu2+, YBO3: Ce3 +(Tb3 +), BaMgAl10O17:Eu2 +,Mn2 +, (Sr,Ca,Ba)(Al,Ga)2S4:Eu2 +, ZnS:Cu(Al), Ca8Mg(SiO4)4Cl2: Eu2 +(Mn2 +), Ba2SiO4: Eu2 +, (Ba,Sr)2SiO4:Eu2 +, Ba2(Mg, Zn)Si2O7:Eu2+, Sr2Si3O8 .2SrCl2:Eu2 + 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제2형광체(53)는 La2O2S:Eu3 +, Y2O2S:Eu3 +, Y2O3:Eu3+(Bi3+), (Zn,Cd)S:Ag+(Cl-), K5(WO4)6.25:Eu3 + 2.5, LiLa2O2BO3:Eu3 +, (Sr,Ca,Ba,Mg)P2O7:Eu2+, Mn2 +, CaLa2S4:Ce3 +, SrY2S4: Eu2 +; (Ca,Sr)S:Eu2 +, SrS:Eu2 +, YVO4:Eu3+(Bi3+) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1형광체(52)에 의해 방출된 피크 파장은 500~570nm 범위 내이며, 상기 제2형광체(53)에 의해 방출된 피크 파장은 600~700nm 범위를 갖는다.
다른 예로서, 상기 수지 부재(51) 내에는 상기 제1 및 제2형광체(52,53)와 다른 컬러를 발광하는 형광체 예컨대, 황색 형광체를 포함할 수 있으며, 상기 황색 형광체는 Y3Al5O12:Ce3 +, Sr2SiO4:Eu2 + 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 510~525nm 범위의 피크 파장을 발광할 수 있다. 또한 상기 수지 부재(51) 내에는 상기 청색 형광체를 포함할 수 있다. 상기 수지 부재(51)에 첨가되는 황색 형광체 또는 청색 형광체의 광도는 상기 제1 및 제2형광체(43,45)의 광도보다 작을 수 있다.
상기 수지 부재(51) 상에는 상기 방출된 광의 진행하는 방향을 조절하는 렌즈(미도시)를 포함할 수 있으며, 상기 렌즈는 입사되는 광을 원하는 방향으로 투과 또는 반사시켜 줄 수 있다.
상기 스위치부(15)는 제1구동 모드 또는 제2구동 모드에 따른 제어신호에 의해 입력되는 전원(I)의 공급을 제어한다. 상기 스위치부(15)는 상기 제어신호가 제1구동 모드이면, 제1발광 칩(41)에 연결된 제1 및 제2포트(P1,P2)를 통해 배선(17)에 연결된 제1발광 칩(41)에 전원을 공급하게 된다. 이에 따라 상기 제1발광 칩이 온 되고, 제2 및 제3발광 칩은 오프된다.
상기 스위치부(15)는 상기 제어신호가 제2구동 모드이면, 제1 내지 제3발광 칩(41,42,43)에 연결된 제1 내지 제4포트(P1-P4)를 통해 배선(17,18)에 연결된 제 1내지 제3발광 칩(41,42,43)에 전원을 공급하게 된다. 이에 따라 제1 내지 제3발광 칩(41,42,43)이 온 된다.
상기 제1구동 모드는 제1발광 칩(41)에 의한 청색 광과, 상기 제1 및 제2형광체(52,53)에 의한 녹색 광 및 적색 광이 방출된다. 이에 따라 청색, 녹색 및 적색 광에 의해 백색 광으로 혼합된다. 제1구동 모드에서 발광 소자(11)로부터 방출된 광의 제1연색지수(CRI)는 85ra 이하 예컨대, 80~85ra 범위가 된다. 이러한 제1구동 모드는 저 연색지수로, 일반 조명, 또는 디스플레이용으로 제공할 수 있다.
상기 제2구동 모드는 제1발광 칩(41)에 의한 청색 광과, 제2 및 제3발광 칩(42,43)의 자외선 광이 방출되며, 상기 제1 및 제2형광체(52,53)는 녹색 광 및 적색 광이 방출된다. 여기서, 상기 제1 및 제2형광체(52,53)의 대 부분은 상기 제2 및 제3발광 칩(42,43)으로부터 방출된 자외선의 광을 흡수한 후 여기하게 되며, 일부는 청색 광을 흡수하여 여기할 수 있다. 상기 제2 및 3발광 칩(42,43)에 의해 방출된 광의 에너지는 상기 제1발광 칩(41)에 의해 방출된 광의 에너지보다 높을 수 있으며, 상기 제1 및 제2형광체(52,53)의 대부분은 상기 제2 및 제3발광 칩(42,43)으로부터 방출된 자외선 광을 흡수하여, 녹색 및 적색 광을 발광하게 된다. 따라서, 제1발광 칩(41)에 의한 청색 광과, 제1 및 제2형광체(52,53)에 의한 녹색 및 적색 광에 의해 백색 광으로 혼합된다. 이러한 발광 소자(11)로부터 방출된 광의 제2연색지수는 상기 제1연색지수보다 높을 수 있으며, 93ra 이상 예컨대, 93 내지 98ra 범위로, 자연광에 가까운 고 연색지수로 제공할 수 있다. 이에 따라 발광 소자(11)는 사신 촬영이나, 전시물 조명, 스탠드 조명으로 제공할 수 있다.
다른 예로서, 스위치부(15)는 상기 제2 및 제3발광 칩(42,43) 만을 구동하거나, 상기 제2 또는 제3발광 칩(42,43)만을 구동할 수도 있다. 또한 제1발광 칩(41)과 제2 또는 제3발광 칩(42,43)을 구동시켜 줄 수 있으며, 이 경우 백색의 연색지수는 제1연색지수보다는 높고 제2연색지수보다는 낮게 제공될 수 있으며, 예컨대 86 내지 92ra 범위가 될 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자(11)는 제1구동 모드와 제2구동 모드를 선택적으로 구동함으로써, 전력 소비를 줄일 수 있고, 고 연색지수와 저 연색지수를 선택적으로 제공할 수 있다. 상기 제1구동 모드에 의해 발광 소자(11)로부터 방출된 백색 광의 제1연색지수(CRI)는 80~85ra 범위가 되며, 제2구동 모드에 의해 발광 소자(11)로부터 방출된 백색 광의 제2연색지수(CRI)는 93-98ra 범위가 된다. 상기 발광 소자(11)에서의 제1 및 제2연색지수의 차이는 8ra 이상이 될 수 있다. 실시 예는 발광 소자(11)를 사용하여 백색의 연색지수를 80ra 내지 98ra 범위까지 선택적으로 제공할 수 있다.
도 2는 제2실시 예에 따른 발광 소자를 갖는 조명 장치를 나타낸 도면이다. 제2실시 예를 설명함에 있어서, 제1실시 예와 동일한 구성은 제1실시 예를 참조하기로 한다.
도 2를 참조하면, 조명 장치는 발광 소자(11A)와, 상기 발광 소자(11A)의 구동을 제어하는 스위치부(15)와, 상기 스위치부(15)와 상기 발광 소자(11A)를 연결해 주는 배선(17,18)을 포함한다.
상기 발광 소자(11A)는 몸체(21), 상기 몸체(21) 내에 캐비티(25), 상기 몸체(21)에 결합된 복수의 리드 전극(31-36), 상기 복수의 리드 전극(31-36)에 선택적으로 연결된 복수의 발광 칩(41,42,43), 상기 캐비티(25)에 형광체(52,53)를 갖는 수지부재(62); 상기 수지 부재(62)와 발광 칩(41,42,43) 사이에 투광성 수지층(61)을 포함한다.
상기 발광 칩(41,42,43)은 청색 광을 발광하는 제1발광 칩(41), 자외선 광을 발광하는 제2 및 제3발광 칩(42,43)을 포함하며, 상기 제1 내지 제3발광 칩(41,42,43)은 선택적으로 구동된다. 예컨대, 제1발광 칩(41)이 온되고, 제2 및 제3발광 칩(42,43)이 오프되는 제1구동 모드와, 제1 내지 제3발광 칩(41,42,43)이 구동되는 제2구동 모드와, 제1발광 칩(41)과 제2 또는 제3발광 칩(42,43)이 구동되는 제3구동 모드를 포함할 수 있다.
상기 투광성 수지층(61)은 형광체나 확산제와 같은 불순물을 갖지 않는 층으로서, 클린(Clean) 층으로 정의할 수 있다.
상기 투광성 수지층(61)은 실리콘 또는 에폭시와 같은 수지 재질로서, 상기 수지 부재(62와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 상기 투광성 수지층(61)은 상기 수지 부재(62)의 두께보다 두껍게 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 수지 부재(62에는 서로 다른 컬러의 피크 파장을 발광하는 이종의 형광체 예컨대, 제1 및 제2형광체(52,53)가 첨가되며, 상기 제1 및 제2형광체(52,53)는 녹색 및 적색 형광체를 포함한다. 상기 제2 및 제3형광체(52,53)가 제1 내지 제3발광 칩(41,42,43)으로부터 이격됨으로써, 열에 의한 손해를 방지할 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자(11A)는 제1구동 모드와 제2구동 모드를 선택적으로 구동함으로써, 발광 소자(11)로부터 방출된 백색 광의 제1연색지수(CRI)인 80~85ra 범위와, 제2연색지수(CRI)인 93-98ra 범위를 선택적으로 제공할 수 있다.
도 3은 제3실시 예에 따른 발광 소자를 갖는 조명 장치를 나타낸 도면이다. 제3실시 예를 설명함에 있어서, 제1실시 예와 동일한 구성은 제1실시 예를 참조하기로 한다.
도 3을 참조하면, 조명 장치는 발광 소자(11B)와, 상기 발광 소자(11B)의 구동을 제어하는 스위치부(15)와, 상기 스위치부(15)와 상기 발광 소자(11B)를 연결해 주는 배선(17,18)을 포함한다.
상기 발광 소자(11B)는 몸체(21), 상기 몸체(21) 내에 캐비티(25), 상기 몸체(21)에 결합된 복수의 리드 전극(31-36), 상기 복수의 리드 전극(31-36)에 선택적으로 연결된 복수의 발광 칩(41,42,43), 상기 캐비티(25)에 투광성 수지층(71), 상기 투광성 수지층(71) 위에 제1형광체(52)를 갖는 제1수지 부재(72), 제1수지 부재(72) 위에 제2형광체(53)를 갖는 제2수지부재(73)를 포함한다.
상기 발광 칩(41,42,43)은 청색 광을 발광하는 제1발광 칩(41), 자외선 광을 발광하는 제2 및 제3발광 칩(42,43)을 포함하며, 상기 제1 내지 제3발광 칩(41,42,43)은 선택적으로 구동된다. 예컨대, 제1발광 칩(41)이 온되고, 제2 및 제3발광 칩(42,43)이 오프되는 제1구동 모드와, 제1 내지 제3발광 칩(41,42,43)이 구동되는 제2구동 모드와, 제1발광 칩(41)과 제2 또는 제3발광 칩(42,43)이 구동되는 제3구동 모드를 포함할 수 있다.
상기 투광성 수지층(71)은 형광체나 확산제와 같은 불순물을 갖지 않는 층으로서, 클린(Clean) 층으로 정의할 수 있다.
상기 제1수지 부재(72)는 제1형광체(52)를 포함하며, 상기 제1형광체(52)는 녹색 형광체를 포함한다. 상기 제2수지 부재(73)는 제2형광체(53)를 포함하며, 상기 제2형광체(53)는 적색 형광체를 포함한다. 상기 제2형광체(53)는 상기 제1형광체(52)들보다 위에 배치될 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자(11A)는 제1구동 모드와 제2구동 모드를 선택적으로 구동함으로써, 발광 소자(11)로부터 방출된 백색 광의 제1연색지수(CRI)인 80~85ra 범위와, 제2연색지수(CRI)인 93-98ra 범위를 선택적으로 제공할 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자 또는 발광소자는 복수 개가 기판 위에 어레이될 수 있으며, 상기 발광소자의 광 경로 상에 광학 부재인 렌즈, 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광소자, 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 상기 라이트 유닛은 탑뷰 또는 사이드 뷰 타입으로 구현되어, 휴대 단말기 및 노트북 컴퓨터 등의 표시 장치에 제공되거나, 조명장치 및 지시 장치 등에 다양하게 적용될 수 있다.
또 다른 실시 예는 상술한 실시 예들에 기재된 발광소자를 포함하는 조명 장치로 구현될 수 있다. 예를 들어, 조명 장치는 램프, 가로등, 전광판, 전조등을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치는 자동차 전조등뿐만 아니라 후미등에도 적용될 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자는 라이트 유닛에 적용될 수 있다. 상기 라이트 유닛은 복수의 발광소자가 어레이된 구조를 포함하며, 도 4 및 도 5에 도시된 표시 장치, 도 6에 도시된 조명 장치를 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 실시 예에 따른 표시 장치(1000)는 도광판(1041)과, 상기 도광판(1041)에 빛을 제공하는 발광 모듈(1031)과, 상기 도광판(1041) 아래에 반사 부재(1022)와, 상기 도광판(1041) 위에 광학 시트(1051)와, 상기 광학 시트(1051) 위에 표시 패널(1061)과, 상기 도광판(1041), 발광 모듈(1031) 및 반사 부재(1022)를 수납하는 바텀 커버(1011)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 바텀 커버(1011), 반사시트(1022), 도광판(1041), 광학 시트(1051)는 라이트 유닛(1050)으로 정의될 수 있다.
상기 도광판(1041)은 빛을 확산시켜 면광원화 시키는 역할을 한다. 상기 도광판(1041)은 투명한 재질로 이루어지며, 예를 들어, PMMA(polymethyl metaacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthlate), PC(poly carbonate), COC(cycloolefin copolymer) 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈(1031)은 상기 도광판(1041)의 적어도 일 측면에 빛을 제공하며, 궁극적으로는 표시 장치의 광원으로써 작용하게 된다.
상기 발광모듈(1031)은 바텀 커버(1011) 내에 적어도 하나가 제공될 수 있으며, 상기 도광판(1041)의 일 측면에서 직접 또는 간접적으로 광을 제공할 수 있다. 상기 발광 모듈(1031)은 기판(1033)과 위에서 설명된 실시 예에 따른 발광소자 또는 발광소자(200)를 포함할 수 있다. 상기 발광소자(200)는 상기 기판(1033) 위에 소정 간격으로 어레이될 수 있다.
상기 기판(1033)은 회로패턴을 포함하는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)일 수 있다. 다만, 상기 기판(1033)은 일반 PCB 뿐 아니라, 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 등을 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광소자(200)는 상기 바텀 커버(1011)의 측면 또는 방열 플레이트 위에 제공될 경우, 상기 기판(1033)은 제거될 수 있다. 여기서, 상기 방열 플레이트의 일부는 상기 바텀 커버(1011)의 상면에 접촉될 수 있다.
그리고, 상기 다수의 발광소자(200)는 빛이 방출되는 출사면이 상기 도광판(1041)과 소정 거리 이격되도록 탑재될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광소자(200)는 상기 도광판(1041)의 일측면인 입광부에 광을 직접 또는 간접적으로 제공할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 도광판(1041) 아래에는 상기 반사 부재(1022)가 배치될 수 있다. 상기 반사 부재(1022)는 상기 도광판(1041)의 하면으로 입사된 빛을 반사시켜 위로 향하게 함으로써, 상기 라이트 유닛(1050)의 휘도를 향상시킬 수 있다. 상기 반사 부재(1022)는 예를 들어, PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있으나, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 반사 부재(1022)는 상기 바텀 커버(1011)의 상면일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 상기 도광판(1041), 발광모듈(1031) 및 반사 부재(1022) 등을 수납할 수 있다. 이를 위해, 상기 바텀 커버(1011)는 상면이 개구된 박스(box) 형상을 갖는 수납부(1012)가 구비될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 바텀 커버(1011)는 탑 커버와 결합될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 바텀 커버(1011)는 금속 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있으며, 프레스 성형 또는 압출 성형 등의 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 또한 상기 바텀 커버(1011)는 열 전도성이 좋은 금속 또는 비 금속 재료를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 표시 패널(1061)은 예컨대, LCD 패널로서, 서로 대향되는 투명한 재질의 제1 및 제2 기판, 그리고 제1 및 제2 기판 사이에 개재된 액정층을 포함한다. 상기 표시 패널(1061)의 적어도 일면에는 편광판이 부착될 수 있으며, 이러한 편광판의 부착 구조로 한정하지는 않는다. 상기 표시 패널(1061)은 광학 시트(1051)를 통과한 광에 의해 정보를 표시하게 된다. 이러한 표시 장치(1000)는 각 종 휴대 단말기, 노트북 컴퓨터의 모니터, 랩탑 컴퓨터의 모니터, 텔레비젼 등에 적용될 수 있다.
상기 광학 시트(1051)는 상기 표시 패널(1061)과 상기 도광판(1041) 사이에 배치되며, 적어도 한 장의 투광성 시트를 포함한다. 상기 광학 시트(1051)는 예컨대 확산 시트, 수평 및 수직 프리즘 시트, 및 휘도 강화 시트 등과 같은 시트 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 또는/및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 표시 영역으로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다. 또한 상기 표시 패널(1061) 위에는 보호 시트가 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
여기서, 상기 발광 모듈(1031)의 광 경로 상에는 광학 부재로서, 상기 도광판(1041) 및 광학 시트(1051)를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 5는 실시 예에 따른 표시 장치의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 표시 장치(1100)는 바텀 커버(1152), 상기에 개시된 발광소자(100)가 어레이된 기판(1020), 광학 부재(1154), 및 표시 패널(1155)을 포함한다. 상기 기판(1020)과 상기 발광소자(200)는 발광 모듈(1060)로 정의될 수 있다. 상기 바텀 커버(1152)에는 수납부(1153)를 구비할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
여기서, 상기 광학 부재(1154)는 렌즈, 도광판, 확산 시트, 수평 및 수직 프리즘 시트, 및 휘도 강화 시트 등에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 도광판은 PC 재질 또는 PMMA(Poly methy methacrylate) 재질로 이루어질 수 있으며, 이러한 도광판은 제거될 수 있다. 상기 확산 시트는 입사되는 광을 확산시켜 주고, 상기 수평 및 수직 프리즘 시트는 입사되는 광을 표시 영역으로 집광시켜 주며, 상기 휘도 강화 시트는 손실되는 광을 재사용하여 휘도를 향상시켜 준다.
상기 광학 부재(1154)는 상기 발광 모듈(1060) 위에 배치되며, 상기 발광 모듈(1060)로부터 방출된 광을 면 광원하거나, 확산, 집광 등을 수행하게 된다.
도 6은 실시 예에 따른 조명장치를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 실시 예에 따른 조명 장치는 커버(2100), 광원 모듈(2200), 방열체(2400), 전원 제공부(2600), 내부 케이스(2700), 소켓(2800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치는 부재(2300)와 홀더(2500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)은 실시 예에 따른 발광소자를 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 커버(2100)는 벌브(bulb) 또는 반구의 형상을 가지며, 속이 비어 있고, 일 부분이 개구된 형상으로 제공될 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 광원 모듈(2200)과 광학적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 커버(2100)는 상기 광원 모듈(2200)로부터 제공되는 빛을 확산, 산란 또는 여기 시킬 수 있다. 상기 커버(2100)는 일종의 광학 부재일 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 방열체(2400)와 결합될 수 있다. 상기 커버(2100)는 상기 방열체(2400)와 결합하는 결합부를 가질 수 있다.
상기 커버(2100)의 내면에는 유백색 도료가 코팅될 수 있다. 유백색의 도료는 빛을 확산시키는 확산재를 포함할 수 있다. 상기 커버(2100)의 내면의 표면 거칠기는 상기 커버(2100)의 외면의 표면 거칠기보다 크게 형성될 수 있다. 이는 상기 광원 모듈(2200)로부터의 빛이 충분히 산란 및 확산되어 외부로 방출시키기 위함이다.
상기 커버(2100)의 재질은 유리(glass), 플라스틱, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC) 등일 수 있다. 여기서, 폴리카보네이트는 내광성, 내열성, 강도가 뛰어나다. 상기 커버(2100)는 외부에서 상기 광원 모듈(2200)이 보이도록 투명할 수 있고, 불투명할 수 있다. 상기 커버(2100)는 블로우(blow) 성형을 통해 형성될 수 있다.
상기 광원 모듈(2200)은 상기 방열체(2400)의 일 면에 배치될 수 있다. 따라서, 상기 광원 모듈(2200)로부터의 열은 상기 방열체(2400)로 전도된다. 상기 광원 모듈(2200)은 광원부(2210), 연결 플레이트(2230), 커넥터(2250)를 포함할 수 있다.
상기 부재(2300)는 상기 방열체(2400)의 상면 위에 배치되고, 복수의 광원부(2210)들과 커넥터(2250)이 삽입되는 가이드홈(2310)들을 갖는다. 상기 가이드홈(2310)은 상기 광원부(2210)의 기판 및 커넥터(2250)와 대응된다.
상기 부재(2300)의 표면은 빛 반사 물질로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 부재(2300)의 표면은 백색의 도료로 도포 또는 코팅된 것일 수 있다. 이러한 상기 부재(2300)는 상기 커버(2100)의 내면에 반사되어 상기 광원 모듈(2200)측 방향으로 되돌아오는 빛을 다시 상기 커버(2100) 방향으로 반사한다. 따라서, 실시 예에 따른 조명 장치의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 부재(2300)는 예로서 절연 물질로 이루어질 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)의 연결 플레이트(2230)는 전기 전도성의 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 방열체(2400)와 상기 연결 플레이트(2230) 사이에 전기적인 접촉이 이루어질 수 있다. 상기 부재(2300)는 절연 물질로 구성되어 상기 연결 플레이트(2230)와 상기 방열체(2400)의 전기적 단락을 차단할 수 있다. 상기 방열체(2400)는 상기 광원 모듈(2200)로부터의 열과 상기 전원 제공부(2600)로부터의 열을 전달받아 방열한다.
상기 홀더(2500)는 내부 케이스(2700)의 절연부(2710)의 수납홈(2719)을 막는다. 따라서, 상기 내부 케이스(2700)의 상기 절연부(2710)에 수납되는 상기 전원 제공부(2600)는 밀폐된다. 상기 홀더(2500)는 가이드 돌출부(2510)를 갖는다. 상기 가이드 돌출부(2510)는 상기 전원 제공부(2600)의 돌출부(2610)가 관통하는 홀을 갖는다.
상기 전원 제공부(2600)는 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 상기 광원 모듈(2200)로 제공한다. 상기 전원 제공부(2600)는 상기 내부 케이스(2700)의 수납홈(2719)에 수납되고, 상기 홀더(2500)에 의해 상기 내부 케이스(2700)의 내부에 밀폐된다. 상기 전원 제공부(2600)는 돌출부(2610), 가이드부(2630), 베이스(2650), 연장부(2670)를 포함할 수 있다.
상기 가이드부(2630)는 상기 베이스(2650)의 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 가이드부(2630)는 상기 홀더(2500)에 삽입될 수 있다. 상기 베이스(2650)의 일 면 위에 다수의 부품이 배치될 수 있다. 다수의 부품은 예를 들어, 외부 전원으로부터 제공되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 직류변환장치, 상기 광원 모듈(2200)의 구동을 제어하는 구동칩, 상기 광원 모듈(2200)을 보호하기 위한 ESD(ElectroStatic discharge) 보호 소자 등을 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 연장부(2670)는 상기 베이스(2650)의 다른 일 측에서 외부로 돌출된 형상을 갖는다. 상기 연장부(2670)는 상기 내부 케이스(2700)의 연결부(2750) 내부에 삽입되고, 외부로부터의 전기적 신호를 제공받는다. 예컨대, 상기 연장부(2670)는 상기 내부 케이스(2700)의 연결부(2750)의 폭과 같거나 작게 제공될 수 있다. 상기 연장부(2670)에는 "+ 전선"과 "- 전선"의 각 일 단이 전기적으로 연결되고, "+ 전선"과 "- 전선"의 다른 일 단은 소켓(2800)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 내부 케이스(2700)는 내부에 상기 전원 제공부(2600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는 몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 상기 전원 제공부(2600)가 상기 내부 케이스(2700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
상기 표시 장치, 단말기, 카메라, 조명 유닛과 같은 다양한 시스템에 발광 소자를 적용함으로써, 색 연색지수를 구동 모드에 따라 고 연색지수 또는 저 연색지수로 가변시켜 제공할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
11, 11A, 11B: 발광 소자
15: 스위치부
21: 몸체
31-36: 리드 전극
41: 청색 대역의 발광 칩
42,43: 자외선 대역의 발광 칩
51,62,72,73: 수지 부재
52,53: 형광체
61,71: 투광성 수지층

Claims (8)

  1. 몸체, 상기 몸체에 배치된 복수의 리드 전극; 상기 복수의 리드 전극과 전기적으로 연결된 제1내지 제3발광 칩; 상기 제1 내지 제3발광 칩 상에 서로 다른 컬러 대역의 광을 발광하는 이종의 형광체를 갖는 수지 부재를 포함하는 발광 소자; 및
    상기 발광 소자의 제1 내지 제3발광 칩을 구동 모드에 따라 선택적으로 구동시키는 스위치부를 포함하며,
    상기 발광 소자는 상기 스위치부의 구동 모드에 따라 연색지수가 다른 백색 광을 방출하며,
    상기 이종의 형광체는 상기 제1내지 제3발광 칩으로부터 방출된 광보다 장 파장의 광을 발광하며,
    상기 제1발광 칩은 상기 제2 및 제3발광 칩으로부터 방출된 광보다 장 파장의 광을 발광하며,
    상기 제2 및 제3발광 칩은 자외선 대역의 광을 발광하는 조명 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1발광 칩은 청색 대역의 광을 발광하며,
    상기 이종의 형광체는 녹색 및 적색 형광체를 포함하는 조명 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스위치부는 제1구동 모드에 의해 상기 제1발광 칩을 온되고, 상기 제2 및 제3발광 칩을 오프시키는 조명 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스위치부는 제2구동 모드에 의해 상기 제1 내지 제3구동 칩을 온 시키는 조명 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3발광 칩과 상기 수지 부재 사이에 투광성 수지층을 포함하는 조명 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 수지 부재는 상기 녹색 형광체를 갖는 제1수지 부재; 및
    상기 제1수지 부재 위에 적색 형광체를 갖는 제2수지 부재를 포함하는 조명 장치.
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 제1발광 칩은 제2내지 제3발광 칩 사이에 배치되는 조명 장치.
  8. 제4항에 있어서, 상기 제1구동 모드와 제2구동 모드에 의해 상기 발광 소자로부터 방출된 백색 광의 연색 지수의 차이는 8ra 이상인 조명 장치.
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