KR20170033947A - 광원 모듈 및 이를 포함하는 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 형태에 따른 광원 모듈은, 서로 다른 레벨에 위치하도록 배열된 복수의 베이스부와, 상기 복수의 베이스부에 구비되는 전극 패턴을 갖는 프레임 유닛; 상기 각 베이스부에 탈착이 가능하게 설치되는 복수의 발광 유닛; 및 탄성을 가지며, 상기 복수의 발광 유닛과 상기 프레임 유닛 사이에 개재되어 상기 전극 패턴을 통해서 상기 복수의 발광 유닛에 전원을 공급하는 접속 유닛;을 포함할 수 있다.

Description

광원 모듈 및 이를 포함하는 조명 장치{LIGHT SOURCE MODULE AND LIGHTING DEVICE HAVING THE SAME}
본 발명은 광원 모듈 및 이를 포함하는 조명 장치에 관한 것이다.
다수의 발광다이오드(LED)가 설계구조에 따라서 배열된 광원 모듈이 차량용 헤드 램프에 널리 사용되고 있다. 이러한 광원 모듈은 자동차 모델별로 다양하게 설계된 헤드 램프의 디자인에 따라서 LED의 배열 구조가 결정된다.
차량용 헤드 램프에 사용되는 광원 모듈은 자동차 모델에 따라서 해당 모델의 램프 설계에 부합하는 광원 모듈을 제작할 수 있도록 매번 새로운 금형을 설계 및 제작할 필요가 있으며, 이렇게 제조된 금형은 해당 모델의 자동차가 단종될 때까지 보관, 관리해야 한다.
이에 당 기술분야에서는 광원 모듈에 설치되는 발광 유닛의 구조를 표준화하여 자동차 모델에 관계없이 공용으로 사용할 수 있고, 유지보수가 용이하도록 하는 방안이 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 광원 모듈은, 서로 다른 레벨에 위치하도록 배열된 복수의 베이스부와, 상기 복수의 베이스부에 구비되는 전극 패턴을 갖는 프레임 유닛; 상기 각 베이스부에 탈착이 가능하게 설치되는 복수의 발광 유닛; 및 탄성을 가지며, 상기 복수의 발광 유닛과 상기 프레임 유닛 사이에 개재되어 상기 전극 패턴을 통해서 상기 복수의 발광 유닛에 전원을 공급하는 접속 유닛;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 광원 모듈은, 계단식 구조를 갖는 표면과, 상기 표면에서 외부로 노출되는 전극 패턴을 갖는 프레임 유닛; 상기 프레임 유닛에 탈착이 가능하게 설치되며, 상기 표면의 계단식 구조를 따라서 서로 다른 레벨에 배치되는 복수의 발광 유닛; 및 상기 복수의 발광 유닛에 부착되며, 상기 복수의 발광 유닛이 상기 프레임 유닛에 설치 시 상기 전극 패턴과 접촉하여 상기 복수의 발광 유닛에 전원을 공급하는 접속 유닛;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치는, 광원 모듈; 상기 광원 모듈을 지지하는 하우징; 및 상기 하우징에 체결되어 광원 모듈을 덮는 커버를 포함하며, 상기 광원 모듈은, 서로 다른 레벨에 위치하도록 배열된 복수의 실장 영역과, 상기 복수의 실장 영역에서 외부로 노출되는 전극 패턴을 갖는 프레임 유닛; 상기 복수의 실장 영역 각각에 탈착이 가능하게 설치되는 복수의 발광 유닛; 및 탄성을 가지며, 상기 복수의 발광 유닛과 상기 프레임 유닛 사이에 개재되어 상기 전극 패턴을 통해서 상기 복수의 발광 유닛에 전원을 공급하는 접속 유닛;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 광원 모듈에 설치되는 발광 유닛의 구조를 표준화하고, 복수의 발광 유닛 중 일부 발광소자에 고장이 발생한 발광 유닛만을 교체할 수 있어서 유지보수가 용이한 광원 모듈 및 이를 포함하는 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 광원 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 광원 모듈에서 'A'부분을 확대한 사시도이다.
도 3은 도 1의 광원 모듈에서 프레임 유닛을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 1의 광원 모듈에서 발광 유닛의 실시예를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 접속 유닛이 발광 유닛에 부착된 상태를 개략적으로 나타내는 평면도 및 측면도이다.
도 6a 내지 도 6c는 접속 유닛을 개략적으로 나타내는 사시도 및 측면도이다.
도 7a 내지 도 7c는 접속 유닛이 부착된 발광 유닛이 베이스부에 설치되는 과정을 개략적으로 나타내는 도이다.
도 8a 및 도 8b는 접속 유닛이 변형되는 상태를 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 9는 발명의 일 실시 형태에 따른 광원 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 10은 도 9의 광원 모듈을 저면에서 바라본 생태를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 11은 도 10의 광원 모듈에서 'B'부분을 확대한 사시도이다.
도 12는 도 10의 광원 모듈에서 발광 유닛의 변형예를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 13a 및 도 13b는 각각 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광원 모듈에 채용될 수 있는 발광소자를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 14는 본 발명에 채용가능한 파장변환물질을 설명하기 위한 CIE1931 좌표계이다.
도 15 및 도 16은 발광소자에 사용될 수 있는 LED 칩의 다양한 예를 나타내는 단면도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 18은 도 17의 조명 장치의 다른 실시 형태를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
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. 따라서, 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 본 명세서에서, '상', '상부', '상면', '하', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 소자나 구성요소가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광원 모듈을 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광원 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 광원 모듈에서 'A'부분을 확대한 사시도이다.
도 1 및 도 2에서 도시하는 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광원 모듈(10)은 프레임 유닛(100), 발광 유닛(200) 및 접속 유닛(300)을 포함할 수 있다.
상기 프레임 유닛(100)은 복수의 베이스부(101)를 가지며, 상기 복수의 베이스부(101)는 서로 다른 레벨에 위치하도록 배열될 수 있다. 상기 프레임 유닛(100)은 상기 복수의 베이스부(101)가 서로 다른 레벨에 위치하도록 연결되며, 상기 복수의 베이스부(101)의 레벨이 일 배열 방향에 따라 상승하는 계단식 구조를 가질 수 있다.
도 3에서는 상기 프레임 유닛(100)을 개략적으로 나타내고 있다. 도 3을 참조하면, 상기 프레임 유닛(100)은 복수의 베이스부(101), 상기 복수의 베이스부(101)를 연결하는 연결부(102), 및 사이드부(103)를 포함할 수 있다.
상기 복수의 베이스부(101)는 서로 다른 레벨에 위치하도록 배치될 수 있다. 즉, 서로 다른 높이로 배치될 수 있다. 본 실시 형태에서는 상기 각 베이스부(101)가 사각 형상을 가지는 것으로 예시하고 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 베이스부(101)의 표면은 추후 설명하는 발광 유닛(200)이 설치되는 설치면을 정의할 수 있다.
상기 베이스부(101)는 표면으로부터 돌출된 고정부재(110)를 가질 수 있다. 상기 고정부재(110)는 한 쌍이 상기 각 베이스부(101)의 양쪽 가장자리에서 서로 마주하는 구조로 각각 배치될 수 있다. 상기 각 고정부재(110)는 서로 마주하는 방향으로 돌출된 걸림턱(111)을 가질 수 있다.
상기 고정부재(110)는 상기 걸림턱(111)을 통해서 상기 베이스부(101)에 설치되는 상기 발광 유닛(200)을 선택적으로 걸림고정시킬 수 있다.
상기 베이스부(101)는 상기 고정부재(110)가 돌출된 표면에 지지부재(120)를 가질 수 있다. 상기 지지부재(120)는 상기 베이스부(101)에 설치되는 상기 발광 유닛(200)을 지지할 수 있다.
상기 지지부재(120)는 대략 상기 베이스부(101)의 표면 중앙 영역에 위치하며, 상기 배열 방향을 따라서 연장될 수 있다. 상기 지지부재(120)는 상기 한 쌍의 고정부재(110)보다 낮은 높이로 돌출될 수 있다. 따라서, 상기 베이스부(101)에 설치되는 상기 발광 유닛(200)은 상기 지지부재(120)에 의해 적어도 상기 지지부재(120)의 높이만큼 상기 베이스부(101)의 표면과 이격될 수 있다.
상기 베이스부(101)는 상기 고정부재(110)가 돌출된 표면에 체결 보스(boss)(130)를 가질 수 있다. 상기 체결 보스(130)는 상기 베이스부(101)에 설치되는 상기 발광 유닛(200)과 체결되어 상기 발광 유닛(200)의 슬라이딩 이동을 구속할 수 있다. 따라서, 상기 발광 유닛(200)이 상기 베이스부(101)의 표면과 수평 방향으로 이동하여 분리되는 것을 방지할 수 있다.
상기 체결 보스(130)는 상기 베이스부(101)의 표면에서 상기 지지부재(120)보다 높은 높이로 돌출되며, 상기 지지부재(120)를 기준으로 좌우 양측에 각각 배치될 수 있다. 본 실시 형태에서는 두 개의 체결 보스(130)가 상기 지지부재(120)를 사이에 두고 대각선 방향으로 각각 배치되는 것으로 예시하고 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 베이스부(101)는 상기 고정부재(110)가 돌출된 표면에 가이드부재(140)를 가질 수 있다. 상기 가이드부재(140)는 상기 베이스부(101)에 설치되는 상기 발광 유닛(200)의 설치 위치를 안내할 수 있다. 예를 들어, 상기 발광 유닛(200)의 대각선 방향의 양측 모서리(corner)는 상기 가이드부재(140)와 접할 수 있다(도 1 참조).
상기 가이드부재(140)는 상기 지지부재(120)를 기준으로 좌우 양측에 각각 배치될 수 있다. 이 경우, 한 쌍의 상기 가이드부재(140)는 상기 한 쌍의 체결 보스(130)와 교차하는 방향의 대각선 방향으로 배치될 수 있다.
상기 가이드부재(140)는 선택적으로 구비될 수 있다. 따라서, 상기 가이드부재(140)는 실시 형태에 따라서 생략될 수 있다.
상기 연결부(102)는 상기 복수의 베이스부(101) 사이에 위치하며, 서로 다른 레벨에 위치하는 인접한 두 개의 베이스부(101)를 상호 연결할 수 있다. 즉, 상대적으로 상부에 위치하는 베이스부(101)의 일측에서 하부 방향으로 연장되어 상대적으로 하부에 위치하는 다른 베이스부(101)의 타측과 연결될 수 있다.
본 실시 형태에서는 상기 연결부(102)가 상기 각 베이스부(101)와 실질적으로 수직하게 연결되는 것으로 예시하고 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 연결부(102)는 소정 기울기로 경사지게 연결되는 것도 가능하다.
상기 사이드부(103)는 상기 복수의 베이스부(101)의 폭 방향 양쪽 가장자리에서 하부 방향으로 실질적으로 수직하게 연장될 수 있다. 한 쌍의 상기 사이드부(103)는 상기 프레임 유닛(100)의 측면을 정의할 수 있다.
본 실시 형태에서는 상기 프레임 유닛(100)이 길이 방향을 따라서 전체적으로 직선 형태의 구조를 가지며 연장되는 것으로 예시하고 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 프레임 유닛(100)은 곡면을 갖는 곡선 형태의 구조를 가지는 것도 가능하다.
상기 프레임 유닛(100)은, 예를 들어, PC, PMMA와 같은 수지를 금형에 주입하고 고형화하는 방식으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 인젝션 몰딩(injection molding), 트랜스퍼 몰딩(transfer molding), 컴프레션 몰딩(compression molding) 등의 방식이 사용될 수 있다.
한편, 상기 프레임 유닛(100)은 상기 복수의 베이스부(101)에 구비되는 전극 패턴(150)을 가질 수 있다. 상기 전극 패턴(150)은 계단식 구조를 가지는 상기 프레임 유닛(100)의 표면, 구체적으로 상기 베이스부(101)와 연결부(102)의 상면 또는 하면에 형성되어 외부로 노출될 수 있다. 그리고, 상기 전극 패턴(150)은 상기 복수의 베이스부(101)의 일 배열 방향을 따라서 한 쌍이 상호 나란하게 연장될 수 있다.
상기 전극 패턴(150)은 상기 발광 유닛(200)과 전기적으로 연결되어 전원을 공급할 수 있도록 전도성을 갖는 금속재질로 이루어질 수 있다.
상기 발광 유닛(200)은 상기 각 베이스부(101)에 탈착이 가능하게 설치될 수 있다. 예를 들어, 상기 발광 유닛(200)은 상기 전극 패턴(150)이 노출된 상기 베이스부(101)의 상면에 설치될 수 있다. 따라서, 상기 복수의 발광 유닛(200)은 상기 프레임 유닛(100)의 계단식 구조를 따라서 서로 다른 레벨에 배치될 수 있다.
상기 발광 유닛(200)은 회로를 갖는 기판(210), 및 상기 기판(210) 상에 장착되는 발광소자(220)를 포함할 수 있다. 도 4a 및 도 4b에서는 각각 상기 발광 유닛(200)을 개략적으로 나타내고 있다.
도 4a를 참조하면, 상기 기판(210)은 자유롭게 휘어지며 다양한 모양으로 변형이 용이한 연성회로기판(FPCB)일 수 있다. 이 외에도 일반적인 FR4 타입의 인쇄회로기판일 수 있고, 에폭시, 트리아진, 실리콘, 및 폴리이미드 등을 함유하는 수지 소재로 형성되거나, 실리콘 나이트라이드, AlN, Al2O3 등의 세라믹 소재로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 기판(210)의 하부에는 방열부재(230)가 배치될 수 있다.
상기 방열부재(230)는 히트 싱크의 일종으로 상기 기판(210)을 지지하는 한편, 상기 발광소자(220)에서 발생되는 열을 외부로 방출할 수 있다. 상기 방열부재(230)는 방열 효율의 향상을 위해 열전도율이 우수한 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 금속 재질로 이루어질 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 또한, 프로그래시브, 세미프로그래시브, 다이캐스팅 형태의 금형 등을 통해 대량으로 생산할 수 있다.
또한, 도 4b를 참조하면, 상기 기판(210)은 금속 및 금속화합물을 소재로 하여 형성될 수 있으며, 예를 들어, MCPCB, MCCL 등을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 방열부재(230)는 생략될 수 있다.
본 실시 형태에서는 상기 기판(210)이 상기 방열부재(230)를 포함하는 것을 기본으로 설명한다.
상기 기판(210)과 상기 방열부재(230)는 상기 체결 보스(130)가 삽입되는 체결홀(211, 231)을 가질 수 있다. 따라서, 상기 발광 유닛(200)은 상기 기판(210)과 방열부재(230)의 체결홀(211, 231)이 상기 베이스부(101)에 돌출된 상기 체결 보스(130)에 삽입되는 구조로 상기 베이스부(101)에 설치될 수 있다.
상기 발광소자(220)는 외부에서 인가되는 구동 전원에 의해 소정 파장의 광을 발생시키는 광전소자(Optoelectronic Device)일 수 있다. 예를 들어, n형 반도체층 및 p형 반도체층과 이들 사이에 개재되는 활성층을 갖는 반도체 발광다이오드(LED) 칩 또는 이를 구비한 LED 패키지를 포함할 수 있다.
상기 발광소자(220)는 함유되는 물질 또는 형광체와의 조합에 따라서 청색 광, 녹색 광 또는 적색 광을 발광할 수 있으며, 백색 광, 자외 광 등을 발광할 수도 있다. 상기 발광소자(220)는 동일한 파장의 빛을 발생시키는 동종(同種)이거나 또는 서로 상이한 파장의 빛을 발생시키는 이종(異種)으로 다양하게 구성될 수 있다. 또한, 상기 발광소자(220)는, 예를 들어 0.5W용 및 1W용과 같이 전력에 따라서 다양하게 구성될 수도 있다.
상기 발광소자(220)는 다양한 구조의 발광다이오드(LED) 칩 또는 이러한 LED 칩을 내부에 구비하는 다양한 형태의 LED 패키지가 사용될 수 있다. 본 실시 형태에서는 상기 발광소자(220)가 LED 패키지인 경우를 예시하고 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 상기 발광소자(220)의 구체적인 구성 및 구조에 대해서는 추후 설명한다.
상기 접속 유닛(300)은 상기 복수의 발광 유닛(200)과 상기 프레임 유닛(100) 사이에 개재되어 상기 전극 패턴(150)을 통해서 상기 복수의 발광 유닛(200)에 전원을 공급할 수 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 상기 접속 유닛(300)은 상기 발광 유닛(200)의 상기 베이스부(101)와 마주하는 일면, 예를 들어, 하면에 적어도 한 쌍이 부착될 수 있다. 이때, 상기 접속 유닛(300)은 상기 기판(210)의 회로와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 접속 유닛(300)은 각 발광 유닛(200)의 하면에서 상기 전극 패턴(150)의 위치에 대응하여 각각 배치될 수 있다. 따라서, 상기 복수의 발광 유닛(200)이 상기 프레임 유닛(100)에 설치 시 상기 전극 패턴(150)과 접촉하여 상기 복수의 발광 유닛(200)에 전원을 공급할 수 있다.
상기 접속 유닛(300)은, 예를 들어, 판 스프링의 일종으로 탄성을 가질 수 있다.
도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 상기 접속 유닛(300)은 상기 발광 유닛(200)에 부착되는 제1 몸체부(310), 상기 제1 몸체부(310)의 일단에서 일체로 연장되는 절곡부(330), 및 상기 절곡부(330)의 일단에서 일체로 연장되어 상기 제1 몸체부(310)와 마주하는 제2 몸체부(320)를 포함할 수 있다.
상기 제1 몸체부(310)와 제2 몸체부(320)는 상기 절곡부(330)를 통해서 일체로 연결되며, 소정 간격으로 이격되어 대략 평행하게 연장된 구조를 가질 수 있다. 상기 제2 몸체부(320)는 끝단부에 상부로 절곡되어 상기 제2 몸체부(320)와 단차를 이루며 상기 전극 패턴(150)과 접속되는 콘택부(321)를 포함할 수 있다.
상기 절곡부(330)는 대략 'C'자 형태로 만곡된 구조를 가지며, 가해지는 외력에 대응하여 탄성 변형하여 탄발력을 생성할 수 있다.
상기 접속 유닛(300)은 전기전도성을 갖는 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 금속재질로 이루어질 수 있다. 다만, 상기 접속 유닛(300)의 재질이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7a 내지 도 7c에서는 상기 접속 유닛(300)이 부착된 상기 발광 유닛(200)이 상기 베이스부(101)에 설치되는 과정을 개략적으로 나타내고 있다.
먼저 도 7a에서와 같이, 상기 베이스부(101) 상에 상기 발광 유닛(200)이 배치될 수 있다. 상기 발광 유닛(200)의 상기 베이스부(101)와 마주하는 면, 예를 들어, 바닥면에는 한 쌍의 상기 접속 유닛(300)이 부착될 수 있다. 상기 한 쌍의 접속 유닛(300)은 상기 베이스부(101) 표면에 형성된 상기 전극 패턴(150)과 대응되는 위치에 각각 부착될 수 있다.
도 7b에서 도시하는 바와 같이, 상기 발광 유닛(200)이 상기 베이스부(101) 상에 놓인 상태에서 상기 발광 유닛(200)의 상부에서 가해지는 힘에 의해 상기 발광 유닛(200)이 상기 베이스부(101)를 향해 이동하게 되면, 상기 한 쌍의 고정부재(110)는 상기 발광 유닛(200)에 의해 바깥쪽으로 밀려나가게 된다.
도 7c에서 도시하는 바와 같이, 상기 발광 유닛(200)이 상기 지지부재(120)에 놓여 상기 베이스부(101)에 설치되면, 상기 한 쌍의 고정부재(110)는 탄성에 의해 원위치로 복귀하게 된다. 이에 따라 상기 발광 유닛(200)은 상기 고정부재(110)의 걸림턱(111)을 통해서 걸림고정되는 한편, 상기 체결 보스(130)가 상기 체결홀(211)에 삽입됨으로써 안정적인 고정 상태를 유지하며 상기 베이스부(101)에 설치될 수 있다.
도 7a 및 도 7b에서와 같이 상기 발광 유닛(200)이 상기 베이스부(101)에 설치되지 않은 상태에서는, 상기 접속 유닛(300)은 도 8a에서와 같이 상기 베이스부(101)의 전극 패턴(150)과 접촉하지 않아 상기 제1 몸체부(310)와 제2 몸체부(320)는 대략 평행한 상태를 유지할 수 있다.
그리고, 도 7c에서와 같이 상기 발광 유닛(200)이 상기 베이스부(101)에 설치된 상태에서는, 상기 접속 유닛(300)은 도 8b에서와 같이 상기 제2 몸체부(320)의 상기 콘택부(321)가 상기 전극 패턴(150)과 접촉한 상태에서 상기 제2 몸체부(320)는 상기 제1 몸체부(310)를 향해 눌린 상태를 유지할 수 있다. 이에 따라 상기 절곡부(330)는 탄성 변형하여 탄발력을 생성하고, 이러한 탄발력에 의해 상기 제2 몸체부(320)는 상기 전극 패턴(150) 방향으로 힘을 가하여 상기 콘택부(321)와 상기 전극 패턴(150)의 접촉 상태를 유지할 수 있다.
따라서, 상기 베이스부(101)에 설치된 상기 발광 유닛(200)은 상기 접속 유닛(300)을 통해서 상기 전극 패턴(150)과 전기적 연결을 유지할 수 있다.
이와 같이, 규격화된 형태를 가지며 대량으로 생산되는 복수의 발광 유닛(200)은 프레임 유닛(100)에 필요한 수량만큼 조립되어 스텝 구조를 갖는 광원 모듈(10)을 이룰 수 있다.
상기 발광 유닛(200)과 접속 유닛(300)은 규격화된 동일한 형태를 가지므로 자동차 모델에 관계없이 공용으로 사용될 수 있다. 그리고, 프레임 유닛(100)에 필요한 수량만큼 조립되어 각 모델의 설계 조건을 만족시키는 광원 모듈(10)을 용이하게 제조할 수 있다. 예를 들어, 자동차의 헤드 램프, DRL(Daytime Running Light), 리어 램프 등은 모델에 따라서 다양한 설계 구조를 가지며, 자동차의 모서리 부분과 같이 곡면 형상을 갖는 부분에 맞도록 광원 모듈은 단차를 갖는 구조로 형성된다. 즉, 각각의 발광소자가 실장되는 영역마다 단차가 형성될 수 있다.
종래에는 자동차 모델에 따라서 다양한 개수와 구조의 단차를 갖는 일체형 광원 모듈을 개별 제조하였다. 그리고, 이를 위해 각 모델에 맞는 금형을 별도로 제작할 필요가 있었다.
본 실시 형태에 따르면 규격화된 형태를 가져 공용으로 사용될 수 있는 발광 유닛(200)과 접속 유닛(300)을 자동차별 램프의 설계 구조에 맞도록 프레임 유닛(100)에 더 조립하거나 덜 조립하는 방식으로 광원 모듈을 용이하게 제조할 수 있다. 따라서, 종래와 같이 자동차 모델별로 복수의 단차를 갖는 일체형 구조의 광원 모듈을 개별 제조할 필요가 없으며, 이를 위해 금형을 모델별로 개별 제작할 필요가 없어 투자비 및 제조 원가가 절감되는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따른 광원 모듈(10)은 개별적으로 발광이 가능한 발광 유닛(200)을 프레임 유닛(100)에 선택적으로 조립하여 장착하는 구조를 가지므로, 복수의 발광 유닛(200) 중 일부 발광소자에 고장이 발생하여 광원 모듈(10)이 작동을 하지 못하는 경우, 고장이 발생한 발광 유닛(200)만을 빼내어 교체할 수 있어서 유지보수가 용이하다는 장점을 갖는다. 따라서, 종래와 같이 광원 모듈 전체를 폐기하고 새로운 모듈로 교체해야 하는 단점과 이에 따른 비용 상승의 문제가 발생하지 않는 장점이 있다.
도 9 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광원 모듈을 설명한다. 도 9는 발명의 일 실시 형태에 따른 광원 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 10은 도 9의 광원 모듈을 저면에서 바라본 생태를 개략적으로 나타내는 사시도이며, 도 11은 도 10의 광원 모듈에서 'B'부분을 확대한 사시도이다.
도 9 내지 도 11에서 도시하는 실시 형태에 따른 광원 모듈을 구성하는 구성은 상기 도 1 내지 도 8에 도시된 실시 형태에 따른 광원 모듈과 기본적인 구조는 실질적으로 동일하다. 다만, 프레임 유닛과 상기 프레임 유닛에 설치되는 발광 유닛의 위치가 상기 도 1 내지 도 8에 도시된 실시 형태와 다르기 때문에 이하에서는 앞서 설명한 실시 형태와 중복되는 부분에 관한 설명은 생략하고, 차이점을 위주로 설명한다.
도 9 내지 도 11에서와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광원 모듈(20)은 프레임 유닛(100), 발광 유닛(200) 및 접속 유닛(300)을 포함할 수 있다.
상기 프레임 유닛(100)은 복수의 베이스부(101)를 가지며, 상기 복수의 베이스부(101)는 서로 다른 레벨에 위치하도록 배열될 수 있다. 상기 프레임 유닛(100)은 상기 복수의 베이스부(101)가 서로 다른 레벨에 위치하도록 연결되며, 상기 복수의 베이스부(101)의 레벨이 일 배열 방향에 따라 상승하는 계단식 구조를 가질 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 프레임 유닛(100)은 복수의 베이스부(101), 상기 복수의 베이스부(101)를 연결하는 연결부(102), 및 사이드부(103)를 포함할 수 있다.
상기 각 베이스부(101)는 하면으로부터 돌출된 고정부재(110)를 가질 수 있다. 상기 고정부재(110)는 한 쌍이 상기 각 베이스부(101)의 양쪽 가장자리에서 서로 마주하는 구조로 각각 배치될 수 있다. 상기 각 고정부재(110)는 서로 마주하는 방향으로 돌출된 걸림턱(111)을 가질 수 있다.
상기 베이스부(101)는 상기 고정부재(110)가 돌출된 하면에 지지부재(120)를 가질 수 있다. 상기 지지부재(120)는 대략 상기 베이스부(101)의 하면 중앙 영역에 위치할 수 있다. 상기 지지부재(120)는 상기 한 쌍의 고정부재(110)보다 낮은 높이로 돌출될 수 있다.
상기 베이스부(101)는 상기 고정부재(110)가 돌출된 하면에 체결 보스(130)를 가질 수 있다. 상기 체결 보스(130)는 상기 베이스부(101)의 하면에서 상기 지지부재(120)보다 더 길게 돌출되며, 상기 지지부재(120)를 기준으로 좌우 양측에 각각 배치될 수 있다.
상기 베이스부(101)는 상기 고정부재(110)가 돌출된 하면에 가이드부재(140)를 가질 수 있다. 상기 가이드부재(140)는 상기 지지부재(120)를 기준으로 좌우 양측에 각각 배치될 수 있다.
상기 베이스부(101)는 대략 중앙에 관통홀(104)을 가질 수 있다. 상기 관통홀(104)은 상기 베이스부(101)의 상면과 하면을 관통하여 형성될 수 있다. 상기 관통홀(104)은 상기 발광 유닛(200)의 발광소자(220)를 수용할 수 있도록 상기 발광소자(220)보다 큰 크기를 가질 수 있다.
상기 프레임 유닛(100)은 상기 복수의 베이스부(101)에 구비되는 전극 패턴(150)을 가질 수 있다. 상기 전극 패턴(150)은 상기 프레임 유닛(100)의 표면, 구체적으로 상기 베이스부(101)와 연결부(102)의 하면에 형성되어 외부로 노출될 수 있다. 그리고, 상기 전극 패턴(150)은 상기 복수의 베이스부(101)의 일 배열 방향을 따라서 한 쌍이 상호 나란하게 연장될 수 있다.
즉, 도 9 내지 도 11에서 도시하는 실시 형태에 따른 프레임 유닛(100)은 각 베이스부(101)의 중앙에 상기 관통홀(104)을 더 구비하는 것과, 상기 고정부재(110), 지지부재(120), 체결 보스(130) 및 가이드부재(140)가 각 베이스부(101)의 상면이 아닌 하면에서 돌출되어 구비되는 점을 제외하고 앞선 도 1 내지 도 8에 도시된 실시 형태와 실질적으로 동일한 것으로 이해될 수 있다.
상기 발광 유닛(200)은 상기 각 베이스부(101)에 탈착이 가능하게 설치될 수 있다. 예를 들어, 상기 발광 유닛(200)은 상기 전극 패턴(150)이 노출된 상기 각 베이스부(101)의 하면에 설치될 수 있다.
상기 발광 유닛(200)은 회로를 갖는 기판(210), 상기 기판(210) 상에 장착되는 발광소자(220), 및 상기 기판(210)의 하부에 배치되는 방열부재(230)를 포함할 수 있다. 상기 방열부재(230)는 상기 기판(210)과 대응되는 형상을 가질 수 있다.
또한, 도 12에서 도시하는 바와 같이, 상기 방열부재(230')는 서로 대향하는 양측 가장자리에서 수직하게 벤딩되어 연장되는 한 쌍의 방열핀(232)을 더 가질 수 있다. 따라서, 발열원인 발광소자(220)의 출력에 따라서 방열부재(230,230')를 선택하여 부착함으로써 방열 효율을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 0.5W용 발광소자인 경우 도 10 및 도 11에서와 같은 방열부재(230)를 부착하고, 1W용 발광소자에 대해서는 도 12에서와 같은 방열부재(230')를 선택하여 부착할 수 있다.
상기 접속 유닛(300)은 상기 발광 유닛(200)의 상기 베이스부(101)와 마주하는 일면, 예를 들어, 상면에 적어도 한 쌍이 부착될 수 있다. 상기 접속 유닛(300)은 상기 전극 패턴(150)의 위치에 대응하여 각각 배치될 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따른 광원 모듈(20)은 발광 유닛(200)을 프레임 유닛(100)의 상면이 아닌 하면에 설치함으로써 베이스부(101)와 사이드부(103)에 의해 둘러싸이도록 하여 외부 환경으로부터 보호할 수 있다.
또한, 발광소자(200)의 출력에 따라서 방열부재(230,230')를 선택하여 부착할 수 있어서 방열 효율을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광원 모듈에 채용될 수 있는 발광소자에 대해 설명한다. 도 13a 및 도 13b에서는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광원 모듈에 채용될 수 있는 발광소자를 각각 개략적으로 나타내고 있다.
도 13a에서 도시하는 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자(1000)는 반사컵(1020)을 갖는 몸체(1010) 내에 LED 칩(1100)이 실장된 패키지 구조를 가질 수 있다.
상기 몸체(1010)는 상기 LED 칩(1100)을 실장하여 지지하며, 광 반사율이 높은 백색 성형 복합재(molding compound)로 이루어질 수 있다. 이는 LED 칩(1100)에서 방출되는 광을 반사시켜 외부로 방출되는 광량을 증가시키는 효과가 있다. 이러한 백색 성형 복합재는 고 내열성의 열경화성 수지 계열 또는 실리콘 수지 계열을 포함할 수 있다. 또한, 열 가소성 수지 계열에 백색 안료 및 충진제, 경화제, 이형제, 산화방지제, 접착력 향상제 등이 첨가될 수 있다. 또한, FR-4, CEM-3, 에폭시 재질 또는 세라믹 재질 등으로도 이루어질 수 있다. 또한, 알루미늄(Al)과 같은 금속 재질로 이루어지는 것도 가능하다.
상기 몸체(1010)에는 상기 기판(310)에 실장되어 외부 전원과의 전기적 연결을 위한 리드 프레임(1030)이 구비될 수 있다. 상기 리드 프레임(1030)은 전기 전도성이 우수한 재질, 예를 들어, 알루미늄, 구리 등의 금속 재질로 이루어질 수 있다. 만일, 상기 몸체(1010)가 금속 재질로 이루어지는 경우에는 상기 몸체(1010)와 상기 리드 프레임(1030) 사이에는 절연 물질이 개재될 수 있다.
상기 몸체(1010)에 구비되는 상기 반사컵(1020)은 상기 LED 칩(1100)이 실장되는 바닥면으로 상기 리드 프레임(1030)이 노출될 수 있다. 그리고, 상기 LED 칩(1100)은 상기 노출된 리드 프레임(1030)과 전기적으로 접속될 수 있다.
상기 반사컵(1020)의 상기 몸체(1010)의 상면으로 노출되는 단면의 크기는 상기 반사컵(1020)의 바닥면의 크기보다 큰 구조를 가질 수 있다. 여기서, 상기 반사컵(1020)의 상기 몸체(1010)의 상면으로 노출되는 단면은 상기 발광소자(1000)의 발광면을 정의할 수 있다.
상기 LED 칩(1100)은 상기 몸체(1010)의 반사컵(1020) 내에 형성되는 봉지재(1040)에 의해 밀봉될 수 있다. 상기 봉지재(1040)에는 파장변환물질이 함유될 수 있다.
도 13b에서는 상기 발광소자(1000')의 변형예를 개략적으로 나타내고 있다. 도 7b에서 도시하는 바와 같이, 상기 몸체(1010) 상에는 상기 봉지재(1040)를 덮는 렌즈(1050)가 더 부착될 수 있다.
상기 렌즈(1050)는 반구형의 구조를 가지며, 예를 들어, 볼록 렌즈일 수 있다. 상기 렌즈(1050)는 상기 LED 칩(1100)에서 발생된 광을 굴절시켜 보다 넓은 범위로 조사되도록 할 수 있다.
한편, 상기 봉지재(1040)에 함유되는 파장변환물질로는, 예컨대 상기 LED 칩(1100)에서 발생된 광에 의해 여기되어 다른 파장의 광을 방출하는 형광체가 적어도 1종 이상 함유될 수 있다. 이를 통해 백색 광을 비롯해 다양한 색상의 광이 방출될 수 있도록 조절할 수 있다.
예를 들어, LED 칩(1100)이 청색 광을 발광하는 경우, 황색, 녹색, 적색 및/또는 오랜지색의 형광체를 조합하여 백색 광을 발광하도록 할 수 있다. 또한, 보라색, 청색, 녹색, 적색 또는 적외선을 발광하는 LED 칩 중 적어도 하나를 포함하게 구성할 수도 있다. 이 경우, 상기 LED 칩(1100)은 연색성(CRI)을 '40'에서 '100' 수준으로 조절할 수 있으며, 또한, 색온도를 대략 2000K에서 20000K 수준으로 다양한 백색 광을 발생시킬 수 있다. 또한, 필요에 따라서는 보라색, 청색, 녹색, 적색, 오랜지색의 가시광 또는 적외선을 발생시켜 주위 분위기 또는 기분에 맞게 색을 조정할 수 있다. 또한, 식물 성장을 촉진할 수 있는 특수 파장의 광을 발생시킬 수도 있다.
청색 LED 칩에 황색, 녹색, 적색 형광체 및/또는 녹색 LED 칩과 적색 LED 칩의 조합으로 만들어지는 백색 광은 2개 이상의 피크 파장을 가지며, 도 14에서 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 백색 광의 색 온도는 대략 2000K ~ 20000K사이에 해당한다.
도 14에서 상기 흑체 복사 스펙트럼 하부에 있는 점 E(0.3333, 0.3333) 부근의 백색 광은 상대적으로 황색계열 성분의 광이 약해진 상태로 사람이 육안으로 느끼기에는 보다 선명한 느낌 또는 신선한 느낌을 가질 수 있는 영역의 조명 광원으로 사용될 수 있다. 따라서, 상기 흑체 복사 스펙트럼 하부에 있는 점 E(0.3333, 0.3333) 부근의 백색 광을 이용한 조명 제품은 식료품, 의류 등을 판매하는 상가용 조명으로 효과가 좋다.
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 La3Si6N11:Ce, 등색 α-SiAlON:Eu, 적색 CaAlSiN3:Eu, Sr2Si5N8:Eu, SrSiAl4N7:Eu, SrLiAl3N4:Eu, Ln4 -x(EuzM1 -z)xSi12- yAlyO3 +x+ yN18 -x-y (0.5≤x≤3, 0<z<0.3, 0<y≤4) (단, 여기서 Ln은 IIIa 족 원소 및 희토류 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 한 종의 원소이고, M은 Ca, Ba, Sr 및 Mg로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 한 종의 원소일 수 있다.)
플루오라이트(fluoride)계: KSF계 적색 K2SiF6:Mn4 +, K2TiF6:Mn4 +, NaYF4:Mn4 +, NaGdF4:Mn4+ , K3SiF7: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.
특히, 플루오라이트계 적색 형광체는 고온/고습에서의 신뢰성 향상을 위하여 각각 Mn을 함유하지 않는 불화물로 코팅되거나 형광체 표면 또는 Mn을 함유하지 않는 불화물 코팅 표면에 유기물 코팅을 더 포함할 수 있다. 상기와 같은 플루어라이트계 적색 형광체의 경우 기타 형광체와 달리 40nm 이하의 협반치폭을 구현할 수 있기 때문에, UHD TV와 같은 고해상도 TV에 활용될 수 있다.
또한, 파장변환물질은 형광체 대체 물질로 양자점(Quantum Dot, QD) 등의 물질들이 적용될 수 있으며, 형광체와 QD를 혼합 또는 QD 단독으로 사용될 수 있다.
QD는 III-V 또는 II-VI화합물 반도체를 이용하여 코어(Core)-쉘(Shell)구조를 가질 수 있다. 예를 들면, CdSe, InP 등과 같은 코어(core)와 ZnS, ZnSe과 같은 쉘(shell)을 가질 수 있다. 또한, 상기 QD는 코어 및 쉘의 안정화를 위한 리간드(ligand)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 코어 직경은 대략 1 ~ 30nm, 나아가 대략 3 ~ 10nm일 수 있다. 상기 쉘 두께는 대략 0.1 ~ 20nm, 나아가 0.5 ~ 2nm일 수 있다.
상기 양자점은 사이즈에 따라 다양한 컬러를 구현할 수 있으며, 특히 형광체 대체 물질로 사용되는 경우에는 적색 또는 녹색 형광체로 사용될 수 있다. 양자점을 이용하는 경우, 협반치폭(예, 약 35nm)을 구현할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 LED 칩 다양한 실시예에 대해 설명한다. 도 15 및 도 16은 발광소자에 채용될 수 있는 LED 칩의 다양한 예를 나타내는 단면도이다.
도 15a는 본 발명에 채용될 수 있는 LED 칩의 일 예를 나타내는 평면도이며, 도 15b는 도 15a에 도시된 LED 칩을 III-III'선으로 절취한 측단면도이다.
도 15a 및 도 15b에 도시된 LED 칩(1100)은 조명용으로 고출력을 위한 대면적 구조일 수 있다. 상기 LED 칩(1100)은 전류 분산의 효율 및 방열 효율을 높이기 위한 구조이다.
상기 LED 칩(1100)은 발광적층체(S)와, 제1 전극(1120), 절연층(1130), 제2 전극(1108) 및 도전성 기판(1110)을 포함할 수 있다. 상기 발광적층체(S)는 순차적으로 적층된 제1 도전형 반도체층(1104), 활성층(1105), 제2 도전형 반도체층(1106)을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극(1120)은 제1 도전형 반도체층(1104)에 전기적으로 접속하기 위하여 제2 도전형 반도체층(1106) 및 활성층(1105)과는 전기적으로 절연되어 상기 제1 도전형 반도체층(1104)의 적어도 일부 영역까지 연장된 하나 이상의 도전성 비아(1180)를 포함할 수 있다. 상기 도전성 비아(1180)는 제1 전극(1120)의 계면에서부터 제2 전극(1108), 제2 도전형 반도체층(1106) 및 활성층(1105)을 통과하여 제1 도전형 반도체층(1104) 내부까지 연장될 수 있다. 이러한 도전성 비아(1180)는 식각 공정, 예를 들어, ICP-RIE 등을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 제1 전극(1120) 상에는 상기 제1 전극(1120)이 상기 제1 도전형 반도체층(1104)을 제외한 다른 영역과 전기적으로 절연시키기 위한 절연층(1130)이 제공된다. 도 9b에 도시된 바와 같이, 상기 절연층(1130)은 상기 제2 전극(1108)과 제1 전극(1120)의 사이뿐만 아니라 상기 도전성 비아(1180)의 측면에도 형성된다. 이로써, 상기 도전성 비아(1180)의 측면에 노출되는 상기 제2 전극(1108), 제2 도전형 반도체층(1106) 및 활성층(1105)과 상기 제1 전극(1120)을 절연시킬 수 있다. 절연층(1130)은 SiO2, SiOxNy, SixNy과 같은 절연 물질을 증착시켜 형성될 수 있다.
상기 도전성 비아(1180)에 의해 제1 도전형 반도체층(1104)의 컨택영역(C)이 노출되며, 상기 제1 전극(1120)의 일부 영역은 상기 도전성 비아(1180)를 통해 상기 컨택영역(C)에 접하도록 형성될 수 있다. 이로써, 상기 제1 전극(1120)은 상기 제1 도전형 반도체층(1104)에 접속될 수 있다.
상기 도전성 비아(1180)는 접촉 저항이 낮아지도록 개수, 형상, 피치, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1104, 1106)과의 접촉 직경(또는 접촉 면적) 등이 적절히 조절될 수 있으며(도 15a 참조), 행과 열을 따라 다양한 형태로 배열됨으로써 전류 흐름이 개선될 수 있다. 컨택영역(C) 면적은 발광적층체(S)의 평면 면적의 대략 0.1% 내지 20%의 범위가 되도록 도전성 비아(1180)의 개수 및 접촉 면적이 조절될 수 있다. 예를 들어 0.5% 내지 15%이며, 나아가, 1% 내지 10%일 수 있다. 상기 면적이 0.1%보다 작으면 전류 분산이 균일하지 않아 발광 특성이 떨어지며, 또한 20% 이상으로 전극 면적이 증가하면 상대적으로 발광 면적의 감소로 발광 특성 및 휘도가 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(1104)과 접촉하는 영역의 도전성 비아(1180)의 반경은 예를 들어, 1㎛ 내지 50㎛의 범위일 수 있으며, 도전성 비아(1180)의 개수는 발광적층체(S) 영역의 넓이에 따라, 발광적층체(S) 영역 당 1개 내지 48000개일 수 있다. 도전성 비아(1180)는 발광적층체(S) 영역의 넓이에 따라 다르지만, 예를 들어 2개 내지 45000개이며, 나아가 5개 내지 40000개이며, 더 나아가 10개 내지 35000개일 수 있다. 각 도전성 비아(1180) 간의 거리는 10㎛ 내지 1000㎛ 범위의 행과 열을 가지는 매트릭스 구조일 수 있으며, 예를 들어 50㎛ 내지 700㎛ 범위일 수 있으며, 나아가 100㎛ 내지 500㎛범위일 수 있고, 더 나아가 150㎛ 내지 400㎛범위 일 수 있다.
각 도전성 비아(1180) 간의 거리가 10㎛보다 작으면 비아의 개수가 증가하게 되고 상대적으로 발광면적이 줄어들어 발광 효율이 떨어지며, 거리가 1000㎛보다 커지면 전류 확산이 어려워 발광 효율이 떨어지는 문제점이 있을 수 있다. 도전성 비아의 깊이는 제2 도전형 반도체층(1106) 및 활성층(1105)의 두께에 따라 다르게 형성될 수 있고, 예컨대, 0.1㎛ 내지 5.0㎛의 범위일 수 있다.
상기 제2 전극(1108)은 도 15b에서 도시된 바와 같이 상기 발광적층체(S) 외부로 연장되어 노출된 전극형성영역(D)을 제공한다. 상기 전극형성영역(D)은 외부 전원을 상기 제2 전극(1108)에 연결하기 위한 전극패드부(1119)를 구비할 수 있다. 이러한 전극형성영역(D)을 1개로 예시되어 있으나, 필요에 따라 복수개로 구비할 수 있다. 상기 전극형성영역(D)은 도 15a에 도시된 바와 같이 발광면적을 최대화하기 위해서 상기 LED 칩(1100)의 일측 모서리에 형성할 수 있다.
본 실시예와 같이, 전극패드부(1119) 주위에는 에칭스톱용 절연층(1140)이 배치될 수 있다. 상기 에칭스톱용 절연층(1140)은 발광적층체(S) 형성 후 그리고 제2 전극(1108)형성 전에 전극형성영역(D)에 형성될 수 있으며, 전극형성영역(D)을 위한 에칭공정시에 에칭스톱으로 작용할 수 있다.
상기 제2 전극(1108)은 상기 제2 도전형 반도체층(1106)과 오믹컨택을 이루면서도 높은 반사율을 갖는 물질이 사용될 수 있다. 이러한 제2 전극(1108)의 물질로는 앞서 예시된 반사전극물질이 사용될 수 있다.
도 16은 본 발명에 채용될 수 있는 LED 칩의 일 예를 나타내는 측단면도이다.
도 16을 참조하면, 상기 LED 칩(1200)은 기판(1201) 상에 형성된 반도체 적층체(1210)을 포함한다. 상기 반도체 적층체(1210)는 제1 도전형 반도체층(1214), 활성층(1215) 및 제2 도전형 반도체층(1216)을 포함할 수 있다.
상기 LED 칩(1200)은 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(1214,1216)에 각각 접속된 제1 및 제2 전극(1222, 1224)을 포함한다. 상기 제1 전극(1222)은 제2 도전형 반도체층(1216) 및 활성층(1215)을 관통하여 제1 도전형 반도체층(1214)과 접속된 도전성 비아와 같은 연결전극부(1222a) 및 상기 연결전극부(1222a)에 연결된 제1 전극 패드(1222b)를 포함할 수 있다. 상기 연결전극부(1222a)는 절연부(1221)에 의하여 둘러싸여 활성층(1215) 및 제2 도전형 반도체층(1216)과 전기적으로 분리될 수 있다. 상기 연결전극부(1222a)는 반도체 적층체(1210)가 식각된 영역에 배치될 수 있다. 상기 연결전극부(1222a)는 접촉 저항이 낮아지도록 개수, 형상, 피치 또는 제1 도전형 반도체층(1214)과의 접촉 면적 등을 적절히 설계할 수 있다. 또한, 연결전극부(1222a)는 반도체 적층체(1210) 상에 행과 열을 이루도록 배열됨으로써 전류 흐름을 개선시킬 수 있다. 상기 제2 전극(1224)은 제2 도전형 반도체층(1216) 상의 오믹 콘택층(1224a) 및 제2 전극 패드(1224b)를 포함할 수 있다.
상기 연결전극부(1222a) 및 오믹 콘택층(1224a)은 각각 제1 및 제2 도전형 반도체층(1214, 1216)과 오믹 특성을 갖는 도전성 물질이 1층 또는 다층 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, Ag, Al, Ni, Cr, 투명 도전성 산화물(TCO) 등의 물질 중 하나 이상을 증착하거나 스퍼터링하는 등의 공정으로 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극 패드(1222b, 1224b)는 각각 상기 연결전극부(1222a) 및 오믹 콘택층(1224b)에 각각 접속되어 상기 LED 칩(1200)의 외부 단자로 기능할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 전극 패드(1222b, 1224b)는 Au, Ag, Al, Ti, W, Cu, Sn, Ni, Pt, Cr, NiSn, TiW, AuSn 또는 이들의 공융 금속일 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극(1222, 1224)은 서로 동일한 방향으로 배치될 수 있으며, 리드 프레임 등에 소위, 플립칩 형태로 실장될 수 있다.
한편, 2개의 전극(1222,1224)은 절연부(1221)에 의하여 서로 전기적으로 분리될 수 있다. 절연부(1221)는 전기적으로 절연 특성을 갖는 물질이면 어느 것이나 사용할 수 있으며, 전기 절연성을 갖는 물체라면 어느 것이나 채용 가능하지만, 광흡수율이 낮은 물질을 사용할 수 있다. 예를 들어, 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. 이와 달리, 상기 절연부(1221)는 서로 다른 굴절률을 갖는 복수의 절연막들이 교대로 적층된 다층 반사구조일 수 있다. 예를 들어 이러한 다층 반사구조는 제1 굴절률을 갖는 제1 절연막과 제2 굴절률을 갖는 제2 절연막이 교대로 적층된 분산 브래그 반사기(DBR: Distributed Bragg Reflector)일 수 있다.
상기 다층 반사구조는 상기 굴절률이 서로 다른 복수의 절연막들이 2회 내지 100회 반복하여 적층될 수 있다. 예를 들어, 3회 내지 70회 반복하여 적층 될 수 있으며, 나아가 4회 내지 50회 반복하여 적층될 수 있다. 상기 다층 반사구조의 복수의 절연막은 각각 SiO2, SiN, SiOxNy, TiO2, Si3N4, Al2O3, TiN, AlN, ZrO2, TiAlN, TiSiN 등의 산화물 또는 질화물 및 그 조합일 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층에서 생성되는 빛의 파장을 λ이라고 하고 n을 해당 층의 굴절률이라 할 때에, 상기 제1 절연막과 제2 절연막은, λ/4n의 두께를 갖도록 형성될 수 있으며, 대략 약 300Å 내지 900Å의 두께를 가질 수 있다. 이때, 상기 다층 반사구조는 상기 활성층(1215)에서 생성된 빛의 파장에 대해서 높은 반사율(95% 이상)을 갖도록 각 제1 절연막 및 제2 절연막의 굴절률과 두께가 선택되어 설계될 수 있다.
상기 제1 절연막 및 제2 절연막의 굴절률은 약 1.4 내지 약 2.5 범위에서 결정될 수 있으며, 상기 제1 도전형 반도체층(1214)의 굴절률 및 기판의 굴절률보다 작은 값일 수 있으나, 상기 제1 도전형 반도체층(1214)의 굴절률보다는 작되 기판의 굴절률보다는 큰 값을 가질 수도 있다.
도 17에서는 본 발명의 다양한 실시 형태에 따른 광원 모듈이 채용된 조명 장치를 개략적으로 나타내고 있다. 본 실시 형태에 따른 조명 장치는, 예를 들어, 자동차의 리어 램프(rear lamp)를 포함할 수 있다.
도 17에서 도시하는 바와 같이, 상기 조명 장치(1)는 상기 광원 모듈(10)이 지지되는 하우징(20), 상기 광원 모듈(10)을 보호하도록 상기 하우징(20)을 덮는 커버(30)를 포함하며, 상기 광원 모듈(10) 상에는 리플렉터(40)가 배치될 수 있다. 상기 리플렉터(40)는 복수의 반사면(42) 및 상기 복수의 반사면(42) 각각의 바닥면에 구비되는 복수의 관통홀(41)을 포함하며, 상기 광원 모듈(10)의 발광 유닛(200)은 발광소자(220)가 상기 복수의 관통홀(41)을 통해 상기 복수의 반사면(42)으로 노출될 수 있다.
상기 조명 장치(1)는 자동차의 코너 부분의 형상에 대응하여 전체적으로 완만한 곡면 구조를 가질 수 있으며, 따라서 프레임 유닛(100) 및 이에 조립되는 복수의 발광 유닛(200)은 조명 장치(1)의 곡면 구조에 대응하는 스텝 구조를 갖는 광원 모듈(10)을 형성할 수 있다. 이러한 광원 모듈(10)의 구조는 조명 장치(1), 즉 리어 램프의 설계 디자인에 대응하여 다양하게 변형될 수 있다.
본 발명에 따른 실시 형태에서는 상기 조명 장치(1)가 자동차의 리어 램프인 경우를 예시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 도 18에서 도시하는 바와 같이, 상기 조명 장치(1')는 자동차의 헤드 램프를 포함할 수 있으며, 상기 광원 모듈(10)은 상기 헤드 램프의 곡면에 대응하는 다단의 스텝 구조를 갖도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 조명 장치(1'')는 자동차의 도어 미러에 장착되는 방향 지시등을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 상기 광원 모듈(10)은 용이하게 상기 방향 지시등의 곡면에 대응하는 형태를 갖도록 조립될 수 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.
1... 조명 장치
10... 광원 모듈
100... 프레임 유닛
200... 발광 유닛
300... 접속 유닛

Claims (20)

  1. 서로 다른 레벨에 위치하도록 배열된 복수의 베이스부와, 상기 복수의 베이스부에 구비되는 전극 패턴을 갖는 프레임 유닛;
    상기 각 베이스부에 탈착이 가능하게 설치되는 복수의 발광 유닛; 및
    탄성을 가지며, 상기 복수의 발광 유닛과 상기 프레임 유닛 사이에 개재되어 상기 전극 패턴을 통해서 상기 복수의 발광 유닛에 전원을 공급하는 접속 유닛;
    을 포함하는 광원 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접속 유닛은, 상기 발광 유닛에 부착되는 제1 몸체부, 상기 제1 몸체부의 일단에서 일체로 연장되는 절곡부, 및 상기 절곡부의 일단에서 일체로 연장되어 상기 제1 몸체부와 마주하는 제2 몸체부를 포함하며,
    상기 절곡부는 가해지는 외력에 대응하여 탄성 변형하여 탄발력을 생성하는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 몸체부는 끝단부에 상부로 절곡되어 상기 제2 몸체부와 단차를 이루며 상기 전극 패턴과 접속되는 콘택부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 접속 유닛은 상기 발광 유닛의 상기 베이스부와 마주하는 일면에 적어도 한 쌍이 부착되며, 상기 전극 패턴의 위치에 대응하여 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프레임 유닛은 상기 복수의 베이스부의 레벨이 일 배열방향에 따라 상승하는 계단식 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 프레임 유닛은 상기 각 베이스부에 돌출된 고정부재를 포함하며,
    상기 고정부재는 상기 각 베이스부의 양쪽 가장자리에서 서로 마주하는 구조로 각각 배치되며, 해당 베이스부에 설치되는 상기 발광 유닛을 선택적으로 걸림고정시키는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 고정부재는 서로 마주하는 방향으로 돌출된 걸림턱을 가지는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 프레임 유닛은 상기 각 베이스부에 관통홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 프레임 유닛은 각 베이스부의 표면에서 돌출된 지지부재를 더 포함하며, 상기 복수의 발광 유닛은 적어도 상기 지지부재의 높이만큼 상기 베이스부의 표면과 이격되는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 프레임 유닛은 각 베이스부의 표면에서 돌출된 체결 보스를 더 포함하며, 상기 체결 보스는 상기 발광 유닛과 체결되어 상기 발광 유닛의 슬라이딩 이동을 구속하는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 프레임 유닛은 서로 다른 레벨에 위치하는 상기 복수의 베이스부 사이에서 상기 복수의 베이스부를 서로 연결하는 연결부를 더 포함하고,
    상기 연결부는 상기 각 베이스부와 수직하게 연결되는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 발광 유닛은 회로를 갖는 기판, 및 상기 기판 상에 장착되는 발광소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 발광 유닛은 상기 기판의 하부에 배치되는 방열부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 전극 패턴은 상기 베이스부의 상면 또는 하면에서 외부로 노출되며,
    상기 복수의 발광 유닛은 상기 전극 패턴이 노출된 상기 베이스부의 상면 또는 하면에 설치되는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  15. 계단식 구조를 갖는 표면과, 상기 표면에서 외부로 노출되는 전극 패턴을 갖는 프레임 유닛;
    상기 프레임 유닛에 탈착이 가능하게 설치되며, 상기 표면의 계단식 구조를 따라서 서로 다른 레벨에 배치되는 복수의 발광 유닛; 및
    상기 복수의 발광 유닛에 부착되며, 상기 복수의 발광 유닛이 상기 프레임 유닛에 설치 시 상기 전극 패턴과 접촉하여 상기 복수의 발광 유닛에 전원을 공급하는 접속 유닛;
    을 포함하는 광원 모듈.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 접속 유닛은 상기 발광 유닛이 상기 프레임 유닛에 설치된 상태에서 상기 전극 패턴을 향해 탄발력을 생성하는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 발광 유닛은 상기 프레임 유닛의 상면 또는 하면에 설치되며,
    상기 접속 유닛은 상기 복수의 발광 유닛과 상기 프레임 유닛 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  18. 광원 모듈;
    상기 광원 모듈을 지지하는 하우징; 및
    상기 하우징에 체결되어 광원 모듈을 덮는 커버를 포함하며,
    상기 광원 모듈은,
    서로 다른 레벨에 위치하도록 배열된 복수의 실장 영역과, 상기 복수의 실장 영역에서 외부로 노출되는 전극 패턴을 갖는 프레임 유닛;
    상기 복수의 실장 영역 각각에 탈착이 가능하게 설치되는 복수의 발광 유닛; 및
    탄성을 가지며, 상기 복수의 발광 유닛과 상기 프레임 유닛 사이에 개재되어 상기 전극 패턴을 통해서 상기 복수의 발광 유닛에 전원을 공급하는 접속 유닛;
    을 포함하는 조명 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 광원 모듈의 빛을 반사하는 리플렉터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 리플렉터는 복수의 반사면 및 상기 복수의 반사면 각각의 바닥면에 형성된 복수의 관통홀을 포함하며,
    상기 복수의 발광소자는 각각 상기 관통홀을 통해서 상기 복수의 반사면으로 노출되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
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