KR20150096179A - 광변환기판 및 이를 포함하는 발광패키지, 차량용 램프 - Google Patents

광변환기판 및 이를 포함하는 발광패키지, 차량용 램프 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예들은 여기광을 변환광으로 변환하는 기판 및 이를 포함하는 패키지에 관한 것으로, 발광소자에서 방출된 빛을 변환하는 광변환기판의 측면부의 경사도를 상이하게 형성되도록 구현하는 구조를 구현하여, 발광소자와 광변환기판을 패키징 시 광변환기판의 전체 변적에서 균일한 색분포를 구현할 수 있도록 한다.

Description

광변환기판 및 이를 포함하는 발광패키지, 차량용 램프{Light conversion element, Lamp package and automobile lamp using the same}
본 발명의 실시예들은 여기광을 변환광으로 변환하는 기판 및 이를 포함하는 패키지에 관한 것이다.
최근 전기자동차 및 하이브리드 전기자동차 시장이 확대 되면서, 필라멘트를 사용하지 않는 저전력/고효율 차량 의장용 광원들의 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 그러나 상기 저전력/고효율 광원들은 상대적으로 얇은 스펙트럼 폭으로 발광되는 저파장 광원을 형광체를 이용하기 때문에, 실제 사용을 위해서는 백색광으로 변환하여야 하며, 이러한 변환 과정에서 고온/고집적 저파장 광에 의해 형광체가 열화 및 변질되는 신뢰성적 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 광원과 형광체를 서로 이격 배치할 수 있는 형광체(phosphor)에 대한 연구 필요성이 대두되고 있다.
특히, LED 등과 같은 발광소자와 패키지화하여 조명장치를 구현하는 경우, 형광체를 포함하는 기판부재를 발광소자의 발광영역에 대응되도록 가공하여 접착 등의 방법으로 패키징하고, 패키징시 발광소자의 와이어 본딩 부위를 기판부재에 홀을 뚫어 비워두고 있다.
그러나 이러한 형광체를 포함하는 기판부재는 레진 형태의 소재를 형광물질과 혼합하여 형성되어, 원하는 크기와 형상으로 가공하는 경우 큰 전류가 인가되어 발광소자가 구동되는 경우 열변형이 되거나 크랙(crack) 발생하여 신뢰성에 큰 문제가 되고 있다.
열특성을 확보하기 위해 세라믹 소재를 기판 부재로 적용하는 경우 세라믹 재료의 특성상 가공이 어렵고, 특히 발광소자와의 와이어 본딩 부위 등의 정밀패턴을 가공하는 것은 더욱 어려운 문제로 작용하고 있다.
본 발명의 실시예들은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 특히 발광소자에서 방출된 빛을 변환하는 광변환기판의 측면부의 경사도를 상이하게 형성되도록 구현하는 구조를 구현하여, 발광소자와 광변환기판을 패키징 시 광변환기판의 전체 면적에서 균일한 색분포를 구현할 수 있도록 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시예에서는 제1경사를 형성하는 제1측면부; 및 상기 광변환기판의 일영역에 상기 제1경사와는 상이한 제2경사를 구비하는 제2측면부;를 포함하며, 내부에 형광물질을 포함하는 광변환기판을 제공할 수 있도록 한다.
또한, 상술한 광변환기판을 포함하며, 상기 광변환기판으로 광을 출사하는 발광유닛을 구비하는 패키지로 구현할 수 있으며, 이러한 발광패키지는 차량용 램프 등의 조명장비에 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 발광소자에서 방출된 빛을 변환하는 광변환기판의 측면부의 경사도를 상이하게 형성되도록 구현하는 구조를 구현하여, 발광소자와 광변환기판을 패키징 시 광변환기판의 전체 변적에서 균일한 색분포를 구현할 수 있도록 하는 효과가 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따르면, 광변환기판의 측면의 경사도록 조절하여 발광소자와의 접착을 위한 물질의 비중을 균일하게 형성하여 신뢰성있는 결합구조의 발광패키지를 구현할 수 있는 효과도 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 형광체를 포함하는 광변환 기판 상에 금속산화물을 투입하여 광변환기판의 헤이즈(Haze)를 높여 광효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
특히, Al2O3, TiO2, ZnO와 같은 금속산화물을 통해 광효율 증진은 물론, 발광유닛의 색균일도를 저해하는 요인(Blue spot)을 제거하며, 이를 통해 광변환플레이트에서 나오는 빛의 색온도가 균일한 특성을 구현하도록 하는 효과가 있다.
나아가, 본 발명의 실시예에 따른 광변환기판을 적용하여, 광변환기판의 표면이나 근접한 위치에 특정 파장을 선별할 수 있는 광선택부를 형성하여, 광변환기판으로 입사되는 광원의 광 투과율을 높이고 광원이 입사된 방향으로 되돌아 나가는 것은 억제할 수 있기 때문에 시스템 광 설계 난이도를 낮출 수 있다.
또한, 광변환기판에서 변환된 변환광이 모든 방향(omnidirectional)으로 발산하는 것을 제어하여 특정 방향으로의 출력을 높일 수 있기 때문에, 변환광을 사용하는 차량용 등기구 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 광변환기판의 구조와 발광소자를 패키징하는 개념을 도시한 개념도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광변환기판의 요부를 도시한 도면이다.
도 4는 도 2 및 도 3에서 상술한 광변환 기판의 (a) 상부 평면이미지, (b) (a)에서 'x' 방향에서의 바라본 평면 이미지를 도시한 것이다.
도 5a 및 도 5b는 상술한 본 발명의 실시예에 따른 광변환기판의 제조공정 개념도를 도시한 것이다.
도 6a 및 도 6b는 상술한 가공방법에 따른 테두리 부분의 편차를 비교한 것이다.
도 7a 내지 도 7d는 도 6a에서의 4가지 샘플에 대한 각각의 색좌표의 결과를 구체적으로 제시한 그래프이다.
도 8a 내지 도 8c는 다양한 레이저 가공에 의해 발생하는 문제를 도시한 이미지이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 광변환기판의 적용 실시예를 도시한 것이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 광변환기판의 구조와 발광소자를 패키징하는 개념을 도시한 개념도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명에 실시예에 따른 광변환기판(100)은, 제1경사를 형성하는 제1측면부(110) 및 상기 광변환기판의 일영역에 상기 제1경사와는 상이한 제2경사를 구비하는 제2측면부(120)를 포함하여 구성될 수 있다. 즉, 광변환기판의 측면부는 일정한 경사(taper) 진 형태의 표면을 구비하는 구조로 구현되며, 특히 도시된 것과 같이 후술할 발광소자의 광출사면과 대응되는 부분과 와이어본딩이 이루어지는 홀 부분의 경사가 상이한 구조로 구현될 수 있도록 한다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 광변환기판은 내부에 형광물질을 포함하여 구성될 수 있으며, 다양한 광투과성 소재의 기판이 적용될 수 있으나, 본 발명이 바람직한 실시예에서는 세라믹기판을 적용할 수 있다.
또한, 상기 광변환기판에 포함되는 형광물질은 아울러, 외부의 발광유닛(200), 이를테면 다양한 발광유닛의 여기광을 형광물질을 매개로 변환광으로 변환시킬 수 이도록 하는 인형광물질을 포함하여 구성될 수 있다. 구체적으로는, 황색 형광체, 녹색 형광체 및 적색 형광체 중 적어도 하나 이상을 포함한다. 상기 황색 형광체는 청색광(430nm ~ 480nm)에 응답하여 540nm부터 585nm 범위에서 주 파장을 갖는 광을 방출한다. 상기 녹색형광체는 청색광(430nm ~ 480nm)에 응답하여 510nm부터 535nm 범위에서 주 파장을 갖는 광을 방출한다. 상기 적색 형광체는 청색광(430nm ~ 480nm)에 응답하여 600nm부터 650nm 범위에서 주 파장을 갖는 광을 방출한다. 상기 황색 형광체는 실리케이트계 또는 야그계의 형광체일 수 있고, 상기 녹색 형광체는 실리케이트계, 나이트라이드계 또는 설파이드계 형광체일 수 있고, 상기 적색 형광체는 나이트라이드계 또는 설파이드계 형광체일 수 있다.
또한, 광변환기판(100)과 발광유닛(200)은 접착부재(J)를 매개로 접착되는 구조로 실장될 수 있으며, 도 1b에 도시된 것과 같이, 발광유닛(200)은 PCB기판(S) 상에 실장되어 패키징될 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광변환기판(100)의 요부를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1a에서 도시한 광변환기판의 평면도를 도시한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 광변환기판(100)은 도시된 것과 같이, 제1경사를 형성하는 제1측면부(110) 및 상기 광변환기판의 일영역에 상기 제1경사와는 상이한 제2경사를 구비하는 제2측면부(120)를 포함하여 구성될 수 있다.
이 경우, 제1경사 및 제2경사는 도 3에 도시된 측면의 단면도와 같이, (a) 제1측면(110)의 경우, 제2측면의 표면이 형성하는 가상의 수평면과 제2측면의 하부 말단점(a1)에서 수직 상부 방향으로의 가상의 수직선분(Y)이 형성하는 각도(θ1)로 정의하며, 본 발명의 실시예에서는 상기 각도(θ1)가 30도 이하로 형성되는 것이 바람직하다. 30도를 초과하는 경우에는 도 1a에서 도시된 발광패키지를 구현하는 경우에, 측면의 테두리 부분과 중심부 부분의 광변환기판의 두께가 상이하게 형성되는 정도가 커져서 테두리부분과 중심부분 사이에 색분포 차이가 발생하게 되어 균일한 색분포를 구현할 수 없게 된다.
또한, 제2측면(120)의 경우 , 도 1a에서 도시된 하부의 발광소자와 와이어 본딩이 될 본딩홀영역의 역할을 병행하게 되는바, 실질적인 광출사 영역으로 구현되지 않는바, 상술한 경사도가 30도를 초과하여도 광균일도 측면의 손실은 크지 않게 된다. 따라서, 제2측면과 제1측면을 가공하는 방법을 다르게 적용할 수 있게 되며, 세라믹 기판과 같이 가공이 어려운 기판에서 효율적인 절단 및 가공을 구현할 수 있게 된다.
도 3의 (b)에 도시된 것은 도 2에서의 제2측면(120)의 측 단면 개념도를 도시한 것으로, 이 경우 제2측면(120)이 형성하는 제1경사는 표면이 곡률을 가지는 경사면을 고려할때, 제2경사는 곡률을 가지는 제2측면부의 상부 말단(b1)과 하부말단(b2)의 연장선(Y2)과 하부말단(b2)의 수직방향 선분(Y1)이 형성하는 경사(θ2)로 정의할 수 있다. 상기 제2경사(θ2)는 상기 제1경사보다 크게 형성될 수 있으며, 30도 이상의 경사를 가질 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에서 상기 제2측면(120)은 표면이 곡률을 가지는 구조로 구현될 수 있으며, 도 2의 상부평면도를 참조하면, 상기 광변환기판의 에지부에 상기 광변환기판의 중심부 방향으로 만입되는 구조로 구현될 수 있다. 이러한 만입구조는 도시된 구조에서는 광변환기판의 양쪽 에지부에 2개가 구현되는 구조로 형성하였으나, 이는 일 예시이며, 1개 또는 다수개로 구현될 수도 있다.
도 4는 도 2 및 도 3에서 상술한 광변환 기판의 (a) 상부 평면이미지, (b) (a)에서 'x' 방향에서의 바라본 평면 이미지를 도시한 것이다. 도시된 것과 같이, 제2측면의 제2경사구조는 와이어 홀 부분에반 경사가 형성되며, 제1측면의 경우 경사가 매우 작아 거의 수직에 가까운 형태로 구현이 되는바, 테두리 부분은 균일한 두께를 가지게 되어 광균일도를 확보할 수 있게 된다.
도 5a 및 도 5b는 상술한 본 발명의 실시예에 따른 광변환기판의 제조공정 개념도를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 적용되는 광변환기판의 경우 세라믹 기판을 적용하여 고온고습동작에 견딜 수 있는 특성을 구현하고자 하는바, 세라믹 기판이 취성(brittleness , 脆性)을 가져 가공시 쉽게 깨지는 특성을 감안하여 정밀한 절단 가공이 가능하게 하기 위하여 전체적으로 균일한 두께를 가지는 기판으로 가공할 수 있도록 할 필요가 있다. 즉, 취성을 갖는 세라믹 재료의 특성 상 절단 가공을 하기가 쉽지 않고 특히 Wire Bonding과 같은 정밀한 패턴을 바탕으로 절단을 해야하는 데는 많은 어려움이 발생하게 된다.
이를 위해 레이저 가공을 하는 경우에는 세라믹 기판의 내부의 형광물질이 레이저를 흡수하여 연소(burning)되어 절단면이 검게 그을리게 되며, 절단면 주변으로 형광체가 열화되어 광특성도가 저하되는 문제가 발생하게 된다.
또한, 패키지 실장을 위해 세라믹 형광체 플레이트를 화학적 에칭이나 샌드플라스트와 같은 가공을 통해 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판을 가공하는 경우, 경사부가 형성되는 에지부 부분의 두께가 균일하지 않아, 세라믹 형광체 플레이트의 에지부와 중심부간의 색 분포 차이가 발생하게 되며, 실장시에 세라믹 형광체 플레이트의 에지부와 중심부간에 소요되는 접착제의 양이 달라지게 되는바, 규어링(curing) 과정에서 휨(curl) 불량이나 기판 자체가 틀어지게 되는 불량이 발생할 수 있다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 형광체 플레이트의 경우, 경사각(Taper)의 각도를 최소화 시켜서 전체적으로 균일한 플레이트 두께를 유지하면서 절단 할 필요가 있으며, 또한 형광체가 열손상(Damage)을 입는 것을 최소화 하는 방법으로 절단을 진행할 필요가 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 광변환기판의 제조공정에서는, 도 5a 및 도 5b와 같은 공정을 통해 테두리 부분에 경사각을 최소화하고 광균일도를 확보할 수 있는 구조로 광변환기판을 구현할 수 있도록 한다.
구체적으로는, 와이어 본딩 등의 정밀한 패턴 가공을 위하여, 본 발명의 실시예에서는, 도 2에서 상술한 것과 같이, 에칭공정을 통해 본 발명의 실시예에 따른 세라믹기판의 제2경사를 형성하고, 이후 다이싱을 통해 제1경사를 형성하도록 할 수 있다. 특히, 상기 에칭공정의 경우, 습식에칭공정을 이용하는 것이 바람직하며, 이 경우 습식에칭의 경우 등방성식각공정이 수행되는바, 에칭시간의 경과에 따라 노출부가 상대적으로 많은 영역의 에칭량이 더욱 크게 되며, 이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판의 하부보다 상부에 노출된 영역이 상대적으로 크게 되어 에칭이 많이 수행되게 되며, 이에 따라 도 2에서 상술한 구조의 제2경사를 구현할 수 있게 된다. 이후 다이싱 공정을 통해 제1경사를 구현하게 된다.
구체적인 공정예를 도 5a를 참조하여 설명하면, (a) 우선 광변환기판의 원자재가 될 기재(100)를 준비하고, 도 2에서 제2측면에 해당하는 부분을 홀(H) 가공하여 제2경사를 구현하게 된다. 이는 상술한 것과 같이, 습식에칭공정으로 수행될 수 있다.
이후, 제1측면에 해당하는 부분을 홀(H2)을 다이싱(dicing)하여 도 2와 같은 제1경사를 가지는 구조를 구현할 수 있다.
또는, 도 5b와 같이, (a~b) 기재(100) 에 단면이 원형인 홀(H3)을 습식에칭 공정으로 수행하여 가공한 후, (c)와 같은 절단선이 홀(H3)를 4등분 하는 구조로 절단하게 되면, 단위 광변환기판(100a)가 형성되게 된다.
도 6a 및 도 6b는 상술한 가공방법에 따른 테두리 부분의 편차를 비교한 것이다.
도 6a에서는 (A) 에칭과 다이싱 가공을 하는 도 5a 및 도 5b의 제조공법을 적용한 것이고, (B)는 레이저 가공 후, 다이싱 가공을 병행하는 공법, (C)는 오직 레이저만을 적용하여 도 2의 구조의 광변환기판을 가공하는 방법, (D)는 세라믹 기판이 아닌 레진타입의 기판에 형광체를 함유한 구조의 레이저 가공을 적용한 것이다.
도 6b 및 도 6c는 도 6a의 가공방법에 따른 색온도 Cx, Cy에 대한 각각의 편차를 도시한 것이다. 도시된 것과 같이, 오직 레이저만을 이용해 가공하는 (D)의 경우 에지(테두리) 부분에 색온도의 편차가 심하게 발생하는 것을 알 수 있다. 이는 전체를 레이저만으로 가공한 (D) 샘플과 색좌표 편차에서 우수한 것을 확인할 수 있으며, 대조군인 레진타입의 샘플과 동등한 수준을 구현할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 7a 내지 도 7d는 도 6a에서의 4가지 샘플에 대한 각각의 색좌표의 결과를 구체적으로 제시한 그래프이다. 즉 도 7a는 도 6a에서 A 타입의 가공시 색좌표, 도 7b는 도 6a에서 B 타입의 가공시 색좌표,도 7c는 도 6a에서 C 타입의 가공시 색좌표, 도 7d는 도 6a에서 D타입의 가공시 색좌표,도 7a는 도 6a에서 A 타입의 가공시 색좌표의 결과를 도시한 것이다.
이상이 도 6a 내지 도 7d의 결과를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판을 광변환기판으로 구현하는 경우 광균일도를 최대한 확보하는 구조의 측면부와 와이어 본딩영역을 구비한 구조를 확보할 수 있다.
또한, 도 6b이 결과에서 D 샘플, 즉 레진타입과 동등한 색좌표를 구현하는 본 발명의 실시예에 따른 광변환기판은 고 전류 인가시 레진에 비해 강한 내성을 가지는 광변환기판을 동등한 색좌표 성능을 가지는 세라믹 형광체 기판으로 구현할 수 있음을 의미한다.
도 8a는 형광체를 포함하는 세라믹 기판을 예로 레이저(Pico UV 레이저)를 적용하여 레이저 가공만으로 본 발명의 실시예에 따른 도 2 구조의 광변환기판을 구현하는 경우, 형광체가 레이저를 흡수하여 테두리 부분이 검게 그을리고, 절단면 주변으로 형광체가 열화되어 광특성이 저하하게 되는 것을 보이는 실제 이미지 사진이다. 도 8b는 그린레이저(green 레이저)를 적용하는 경우, 도 8c는 Nd:YAG 레이저를 적용하여 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판을 가공하는 경우의 이미지로 역시 도 8a와 동일한 문제를 초래하게 됨을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시형태에 따른 광변환기판은 측면부에 열화를 최소화하면서도 광효율을 높일 수 있도록 기계적 가공이 적용될 수 있는 구조로 제조할 수 있도록 하며, 이로 인해 측면부의 테이퍼(경사)가 와이어 본딩이 이루어지는 영역과는 상이하게 형성되는 특유의 구조를 구현하여 광특성이 좋은 광변환기판을 구현하며, 발광소자와 결합하여 패키지화할 수 있게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 광변환기판은 발광소자와 결합하여 패키지화하는 조명장치로 구현될 수 있음은 도 1a 및 도 1b에서 상술한 바 있다.
특히, 본 발명의 실시형태에 따른 광변환기판은 도 1b의 구조와 같은 발광패키지를 고려할 때, 세라믹 기판에 형광물질을 포함하는 구조의 광변환기판으로 구현하며, 테두리부에 열화가 생기지 않으며 광균일도를 높일 수 있다. 나아가. 도 9에 도시된 것과 같이, 광변환기판(100) 자체의 일면에 광선택부재(300)을 형성하여 발광소자(200)에서 출사되는 여기광을 광변환기판(100)에서 변환광으로 변환할 수 있도록 함과 동시에, 광선택부재에서 상술한 변환광의 일부를 일정한 방향으로 반사시켜 광효율을 더욱 높일 수 있도록 패키지화할 수 있다.
즉, 도 9의 구조를 도 1b와 같은 패키지로 구현할 수 있다.
구체적으로는, 도 9에 도시된 도면을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광변환기판(100)은 상기 광변환기판(200)에 인접하여 배치되어 상기 광변환기판으로 유입되는 일부 파장의 빛(A)은 투과시키고, 광변환기판(100)에서 변환되는 변환광의 일부(B1, b2)는 반사시키는 광선택부재(300)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상술한 것과 같이, 광변환기판(100)은 기본적으로 형광물질(형광체)를 포함하는 광변환부재의 내부에 금속산화물을 포함하는 구조를 가지게 되어 그 자체로 광의 산란을 증가시켜 광효율을 높일 수 있다.
여기에 특히 특정방향에 광선택부재(300)을 추가로 형성하는 경우, 일방향에서 진입하는 빛을 투과시켜 상기 광변환기판(100)으로 유입하여 그 내부의 형광물질과 금속산화물을 매개로 산란과 변환을 구현할 수 있도록 하며, 사방으로 방출되는 광 중 광입사 방향쪽으로 누실되는 빛을 재반사시켜 한쪽 방향으로 빛을 집중시킬 수 있도록 할 수 있다.
상기 광변환기판(00)은 일정한 상기 발광유닛(200)에서 출사하는 여기광의 광경로상에 배치되며, 여기광을 흡수, 여기, 방출하여 변환시켜 변환광(B)을 형성하는 기능을 수행할 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 광변환기판(100)은 인형광(lumiphor) 물질을 포함하여 구성될 수 있으며, 내부에 금속산화물을 더 포함하여 광의 산란율을 증가시킬 수 있도록 한다. 상기 발광유닛(100)은 광을 출사하는 광소자를 포함하여 구성되며, 다양한 광원을 포괄하는 개념이며, 일예로 고체발광소자가 적용될 수 있다. 상기 고체발광소자는 LED, OLED, LD(laser diode), Laser, VCSEL 중 선택되는 어느 하나가 적용될 수 있다.
일예로, 상기 광변환기판(100)은 도시된 것과 같이, 플레이트 형태로 형성되며, 상기 발광유닛(200)에서 여기되는 광이 도달할 수 있는 이격되는 위치에 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 광변환기판(100)과 상기 발광유닛(100) 사이의 사이에는 공간부가 형성될 수 있다. 상기 광변환기판(100)은 상기 발광유닛(200)에서 생성된 얇은 스펙트럼 폭으로 발광하는 저파장의 여기광을 백색광으로 변환하여 변환광(B)을 형성하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 상기 광변환기판(100)에서 변환된 변환광(B)은 도 89 도시된 것과 같이, 광변환기판(100)의 중심점을 기준으로 사방으로 발산될 수 있다. 이때, 사방으로 발산되는 변환광(B)은 후술하는 광선택부재(300)에 의해 반사되어 특정 방향으로 광경로를 제어할 수 있게 된다.
특히, 상기 광선택부재(300)는 상기 발광유닛(200)과 이격되며, 상기 광변환기파(100)과 광선택부재(300)가 직접 밀착하는 구조로 형성될 수 있으며, 이격되어 배치되는 구조로 형성될 수도 있다. 어느 경우이든 상기 광선택부재(300)는 상기 광변환기판(100)로 입사되어 변환되는 변환광(B) 사방으로 방출되는 경우, 반사를 통해 일정한 방향으로 광의 방향을 제어할 수 있도록 한다.
도 9에 도시된 구조를 예로 들면, 상기 광선택부재(300)는 상기 광변환기판(100)의 표면 전체에 밀착되는 구조로 형성되거나, 광변환기판의 표면 일부에 형성되는 구조로 구현될 수 있다. 나아가, 광선택부재(300)는, 상기 광변환기판(200)의 일면에 인접하여 형성되며, 특히 서로 다른 굴절율을 가지는 물질층이 2 이상 적층되는 구조(310, 320)로 형성될 수 있다. 즉, 적층되는 물질의 굴절율이 다층구조로 적층되도록 구현할 수 있다. 이 경우 적층구조는 박막구조의 적층만을 예시로 하였으나, 박막과 주기적인 격자 형태의 박막층, 또는 일정한 패턴구조를 가지는 박막층의 적층구조로 구현될 수도 있다. 이러한 적층구조는 상기 광변환기판(100)에서 변환되는 변환광의 반사율을 더욱 높일 수 있도록 하는 한편, 광투과율의 조절을 용이하게 하여 효율적인 광강도를 구현할 수 있도록 할 수 있다.
도 8에서 도시된 구조는 광변환기판(100)의 표면, 즉 발광유닛(200)에 대향하는 면의 표면에 2층의 박막구조물을 적층하는 예를 제시한 것으로, 이 경우 상기 광선택부재(300)는 제1굴절율을 가지는 제1물질층(310)과 제2굴절율을 가지는 제2물질층(320)의 적층구조로 구현될 수 있다. 특히, 상기 제1물질층(310)과 제2물질층(320)의 굴절율은 상호 상이하며, 특히 굴절율의 차이가 0.1 이상 나도록 형성될 수 있다. 굴절율의 차이가 0.1 미만으로 형성되는 경우에는 적층구조로 반사율이 떨어지게 되며, 투과율의 제어가 어렵게 되며, 적층구조의 특수성을 구현하기 어렵기 때문이다.
또한, 도 9에 도시된 것을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에서는 2층 구조의 굴절율이 상이한 물질이 다층으로 구현되는 구조로 다양하게 적층이 가능하지만, 바람직하게는 굴절율의 차이가 0.1 이상 나는 제1물질층(310)과 제2물질층(320)이 상호 교번하여 적층되는 구조로 구현되는 것이 반사율을 높일 수 있으며, 광 컨트롤 면에서 매우 유리하게 된다. 즉, 다층구조로 형성하는 광선택부재(300)는 상기 광변환기판(100)으로 진입하는 여기광(A)의 중심파장(I_max)의 투과율을 70% 이상으로 상승할 수 있도록 할 수 있으며, 동시에 광선택부(300)의 내부에서 파장 변환된 변환광(B)의 반사율을 변환광 주파장의 60% 이상으로 높일 수 있게 된다.
이를 위한 구현예로써, 본 발명의 일 실시예에서는 적층의 수를 상술한 제1물질층(310)과 제2물질층(320)의 교번 적층시 5층 이상으로 구현할 수 있으며, 장비의 박형화를 위해서는 5층 이상 30층 이하로 구현할 수 있다. 이를 위해, 상기 광선택부재(300)는 [(L/2)H(L/2)]S의 형태로 박막을 생성하여 제작할 수 있으며, TiO2, SiO2 등의 반사율과 투과율이 좋은 재질로 형성될 수 있다. 적층의 방법은 스퍼터링이나 증착, 디핑(dipping), 스프레이(spray) 코팅 등의 공정을 통해 구현할 수 있다.
또한, 상술한 광선택부재(300)은 광변환기판(100)의 표면에 직접 적층되는 구조외에도, 독립적인 구조물의 기판을 광변환기판(100)에 광투과성 접착부재로 접착시키고, 상기 기판에 별도의 박막구조물을 스퍼터링이나 증착, 디핑(dipping), 스프레이(spray) 코팅 등의 공정을 통해 구현할 수도 있다. 이러한 기판은 광투과성 기판이면 어느 것이나 적용이 가능하며, 접착부재 역시 투명 고분자 시트로서, PMMA, A-PET, PETG, PC 중 어느 하나로 형성될수 있으며, 투광성능이 좋은 재질이라면 어떠한 것이든 사용할 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 실시예에 따른 광변환기판(100)을 구현함에 있어서, 광변환기판의 내부에 금속산화물을 더 포함하여 구현할 수도 있다. 특히, 상기 금속산화물)은 전체 광변환기판의 총 종량%를 고려할 때 0.1~10중량%를 포함하도록 할 수 있다. 이러한 상기 금속산화물은 입사하는 광을 내부에서 산란하는 산란광으로 구현하고, 산란광이 형광체를 매개로 다양한 광으로 변환되는 변환광되도록 할 수 있으며, 이를 통해 광변환기판의 헤이즈를 높이고 이를 통해 광효율을 증가시키며, 강한 광을 출사하는 발광유닛에서 초래되는 블루스팟(Blue spot) 등의 현상을 제거할 수 있도록 한다. 또한, 빛의 산란효과는 빛을 고르게 분포시키는 작용을 병행할 수 있게 된다. 아울러, 광변환기판에 포함되는 금속산화물의 비율이 0.1중량% 미만으로 포함되는 경우에는 헤이즈의 증가의 효과를 보기 어려우며, 10중량%를 초과하여 포함되는 경우에는 일반적인 글라스플릿 소성체인 유리기판 보다 광효율이 더 낮은 결과를 초래하게 된다. 이는 투과율이 너무 감소하기 때문이다.
이러한 광변환기판의 구현예로는, 일예로 글라스프릿(Glass frit)으로 구성되는 소성체를 마련하되, 내부에 형광체를 포함하는 광변환부재를 기판형태로 구현하되, 내부에 Al2O3, TiO2, ZnO 중 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함시켜 구현할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 광변환기판(200) 및 광선택부재(300)을 구비한 발광패키지가 차량용 헤드램프에 적용된 구조의 개념도를 도시한 것이다.
발광유닛(100)에서 출사한 광이 광변환기판(100)에서 변환되어 일부의 변환광이 리플렉터(500)으로 진행하며, 발광유닛쪽으로 변환되어 진행하던 변환광의 일부는 광선택부재(300)에 의해 반사되어 다시 리플렉터(500)로 회귀하여 출사(X)되는바, 광의 집중도를 향상시키며 광변환효율을 높일 수 있는 헤드램프로 구현될 수 있게 된다. 또한, 박막화한 광선택부의 구성은 하우징(Y)등의 구조물에 국부적인 설치만으로 구현이 가능한바, 전체적인 램프 하우징의 크기가 줄어들 수 있게 된다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 광변환기판
200: 발광유닛
300: 광선택부재
310: 제1물질층
320: 제2물질층
500: 리플렉터

Claims (15)

  1. 제1경사를 형성하는 제1측면부; 및
    상기 광변환기판의 일영역에 상기 제1경사와는 상이한 제2경사를 구비하는 제2측면부;를 포함하며,
    내부에 형광물질을 포함하는 광변환기판.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2측면부는 상기 광변환기판의 중심방향으로 곡률을 가지는 광변환기판.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2경사가 상기 제1경사보다 큰 광변환 기판.
  4. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1경사는 30도 이하이며, 상기 제2경사는 30도 이상인 광변환기판.
    (제1경사는 제1측면부와 제1측면부의 하부 말단점에서 수직 방향 선분이 형성하는 경사,
    제2경사는 곡률을 가지는 제2측면부의 상부 말단과 하부말단의 연장선과 하부말단의 수직방향 선분이 형성하는 경사로 정의한다.)
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제2측면부는,
    상기 광변환기판의 에지부에 상기 광변환기판의 중심부 방향으로 만입되는 광변환기판.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2측면부는,
    적어도 2 이상 구비되는 광변환기판.
  7. 여기광을 방출하는 발광유닛;
    상기 여기광의 광경로에 배치되는 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항의 광변환기판;을 포함하며,
    상기 발광유닛과 상기 광변환기판은 상호 이격되는 발광패키지.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 발광유닛과 상기 광변환기판 사이에 배치되는 접착부재를 더 포함하는 발광패키지.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 광변환기판의 에지부에 마련되는 제2측면부의 만입되는 위치와 상기 발광소자의 접속단자가 대응되는 발광패키지.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 발광유닛은,
    LED, OLED, LD(laser diode), Laser, VCSEL 중 선택되는 어느 하나를 포함하는 발광패키지.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 광변환기판은,
    상기 발광유닛에 대향하는 면에 상기 광변환기판으로 유입되는 일부 파장의 빛은 투과시키고,
    광변환기판에서 변환되는 변환광의 일부는 반사시키는 광선택부재를 더 포함하는 발광패키지.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 광변환기판은,
    형광체를 포함하는 세라믹기판이며, 내부에 금속산화물을 더 포함하는 발광패키지.
  13. 청구항 7의 발광패키지;
    상기 발광패키지의 발광유닛에서 방출된 여기광을 변환하는 광변환기판을 투과한 변화광을 반사하는 반사모듈을 더 포함하는 차량용 램프.
  14. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항의 광변환기판의 제조공정에 있어서,
    광변환기판의 베이스기재를 습식에칭하여 제2측면부에 제2경사를 가공하는 것을 포함하는 광변환기판의 제조공정.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 베이스기재의 제1측면부에 기계적 가공을 통해 제1경사를 가공하는 것을 포함하는 광변환기판의 제조공정.
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