KR20170095418A - 광원 모듈, 디스플레이 패널 및 이를 구비한 디스플레이 장치 - Google Patents

광원 모듈, 디스플레이 패널 및 이를 구비한 디스플레이 장치 Download PDF

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KR20170095418A
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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 각각 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 제1 내지 제3 LED 셀을 포함하며, 제1 면 및 상기 제1 면과 반대에 위치하는 제2 면을 갖는 셀 어레이와, 상기 셀 어레이의 제1 면에 배치되며, 상기 제1 내지 제3 LED 셀이 선택적으로 구동 가능하도록 상기 제1 내지 제3 LED 셀에 전기적으로 연결된 전극부와, 상기 셀 어레이의 제2 면에 배치되며, 상기 제1 내지 제3 LED 셀에 각각 대응되는 제1 내지 제3 방출창을 갖는 격벽과, 상기 제1 내지 제3 방출창에 각각 배치되며, 상기 제1 내지 제3 LED 셀로부터 방출되는 광을 조정하여 각각 적색 광, 녹색 광 및 청색 광을 제공하도록 구성된 제1 내지 제3 광조정부를 포함하며, 상기 제1 내지 제3 광조정부 중 적어도 하나의 광조정부에 의해 조정된 광은 제1 피크 파장과 상기 제1 피크 파장의 세기보다 낮은 제2 피크 파장을 갖는 스펙트럼을 가지는 LED 광원 모듈을 제공한다.

Description

광원 모듈, 디스플레이 패널 및 이를 구비한 디스플레이 장치{LIGHTING SOURCE MODULE, DISPLAY PANEL AND DISPLAY APPARATUS}
본 발명은 광원 모듈, 구체적으로 디스플레이 패널 및 디스플레이 장치에 관한 것이다.
반도체 발광다이오드(LED)는 조명 장치용 광원뿐만 아니라, 다양한 전자 제품의 광원으로 사용되고 있다. 특히, TV, 휴대폰, PC, 노트북 PC, PDA 등과 같은 각종 디스플레이 장치들을 위한 광원으로 널리 사용되고 있다.
종래의 디스플레이 장치는 주로 액정 디스플레이(LCD)로 구성된 디스플레이 패널과 백라이트로 구성되었으나, 최근에는 LED 소자를 그대로 하나의 픽셀로서 사용하여 백라이트가 별도로 요구되지 않는 형태로도 개발되고 있다. 이러한 디스플레이 장치는 컴팩트화할 수 있을 뿐만 아니라, 기존 LCD에 비해 광효율도 우수한 고휘도 디스플레이를 구현될 수 있다. 또한, 디스플레이 화면의 종횡비를 자유롭게 바꾸고 대면적으로 구현할 수 있으므로 다양한 형태의 대형 디스플레이로 제공할 수 있다
하지만, 이러한 LED 디스플레이 패널에서는, 서브 픽셀을 구성하는 LED 칩의 광특성(예, 피크 파장, 휘도) 편차로 인해 타겟 색좌표를 구현하기 어려운 문제가 있어 왔다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제 중 하나는, 서브 피크를 이용하여 색좌표를 튜닝할 수 있는 LED 광원 모듈, 디스플레이 패널 및 이를 구비한 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예는, 각각 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 제1 내지 제3 LED 셀을 포함하며 제1 면 및 상기 제1 면과 반대에 위치하는 제2 면을 갖는 셀 어레이와, 상기 셀 어레이의 제1 면에 배치되며 상기 제1 내지 제3 LED 셀이 선택적으로 구동 가능하도록 상기 제1 내지 제3 LED 셀에 전기적으로 연결된 전극부와, 상기 제1 내지 제3 LED 셀에 각각 대응되도록 상기 셀 어레이의 제2 면에 배치되며 상기 제1 내지 제3 LED 셀로부터 방출되는 광을 조정하여 각각 적색 광, 녹색 광 및 청색 광을 제공하도록 구성된 제1 내지 제3 광조정부와, 상기 제1 내지 제3 광조정부가 서로 분리되도록 상기 제1 내지 제3 광조정부 사이에 배치된 격벽을 포함하며, 상기 제1 내지 제3 광조정부 중 적어도 하나의 광조정부는 상기 조정된 광의 제1 피크의 파장과 다른 제2 피크의 파장의 광을 제공하기 위한 튜닝용 파장변환물질을 포함하는 LED 광원 모듈을 제공한다.
일 예에서, 상기 제1 내지 제3 LED 셀은 청색 광을 방출하며, 상기 제1 및 제2 광조정부는 각각 적색 및 녹색 형광체를 갖는 제1 및 제2 파장 변환부를 포함할 수 있다.
일 예에서, 상기 적어도 하나의 광조정부는 상기 제3 광조정부를 포함하며, 상기 제1 피크 파장은 청색 대역의 피크 파장이며, 상기 제2 피크 파장은 상기 제1 피크 파장과 다른 가시광 대역의 파장일 수 있다.
이 경우에, 상기 제3 광조정부는 상기 제2 피크 파장의 광을 흡수하는 광흡수재를 더 포함할 수 있다.
일 예에서, 상기 적어도 하나의 광조정부는 상기 제1 광조정부를 포함하며, 상기 제1 피크 파장은 적색 대역의 피크 파장이며, 상기 제2 피크 파장은 상기 제1 피크 파장과 다른 가시광 대역의 파장일 수 있다.
이 경우에, 상기 제1 광조정부는 상기 제2 피크 파장의 광을 흡수하는 광흡수재를 더 포함할 수 있다.
일 예에서 상기 제1 및 제2 광조정부는 각각 제1 및 제2 파장 변환부 상에 배치되며 청색 광을 선택적으로 차단하는 광 필터층을 더 포함할 수 있다.
일 예에서, 상기 제1 내지 제3 LED 셀은 자외선 광을 방출하며, 상기 제1 내지 제3 광조정부는 각각 적색, 녹색 및 청색 형광체를 갖는 제1 내지 제3 파장 변환부를 포함할 수 있다.
일 예에서, 피크 파장의 스펙트럼 면적을 해당 피크 파장에 인접한 골 또는 제로 포인트 사이의 적분 면적으로 정의할 때에, 상기 제2 피크 파장과 스펙트럼 면적은 상기 제1 피크 파장의 스펙트럼 면적의 20% 이하일 수 있다.
일 예에서, 상기 셀 어레이는 상기 제1 내지 상기 제3 LED 셀이 서로 분리되도록 상기 제1 내지 상기 제3 LED 셀을 각각 둘러싸는 반사성 절연부를 더 포함할 수 있다. 상기 반사성 절연부와 상기 격벽은 서로 연결되도록 배치될 수 있다.
일 예에서, 상기 전극부는, 제1 및 제2 전극 패드와, 상기 제1 전극 패드와 상기 제1 내지 제3 LED 셀의 각 제1 도전형 반도체층을 서로 연결시키는 복수의 제1 연결 전극과, 상기 제2 전극 패드와 상기 제1 내지 제3 LED 셀의 각 제2 도전형 반도체층을 서로 연결시키는 복수의 제2 연결 전극을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 각각 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 제1 내지 제3 LED 셀을 포함하며 제1 면 및 상기 제1 면과 반대에 위치하는 제2 면을 갖는 셀 어레이와, 상기 셀 어레이의 제1 면에 배치되며 상기 제1 내지 제3 LED 셀이 선택적으로 구동 가능하도록 상기 제1 내지 제3 LED 셀에 전기적으로 연결된 전극부와, 상기 제1 내지 제3 LED 셀에 각각 대응되도록 상기 셀 어레이의 제2 면에 배치되며 상기 활성층으로부터 방출되는 광을 각각 서로 다른 파장의 광으로 조정하도록 구성된 제1 내지 제3 광조정부와, 상기 제1 내지 제3 광조정부가 서로 분리되도록 상기 제1 내지 제3 광조정부 사이에 배치된 격벽을 포함하며, 상기 제1 내지 제3 광조정부 중 적어도 하나의 광조정부는 상기 조정된 광의 메인 피크의 파장과 다른 서브 피크의 파장의 광을 제공하기 위한 튜닝용 파장변환물질을 포함하는 LED 광원 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 복수의 픽셀 영역을 갖는 회로 기판과, 상기 복수의 픽셀 영역 각각에 탑재된 복수의 LED 광원 모듈을 포함하는 디스플레이 패널을 제공한다. 상기 복수의 LED 광원 모듈 각각은, 각각 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 가지며, 서브 픽셀로 제공되는 제1 내지 제3 LED 셀을 포함하며, 제1 면 및 상기 제1 면과 반대에 위치하는 제2 면을 갖는 셀 어레이와, 상기 셀 어레이의 제1 면에 배치되며 상기 제1 내지 제3 LED 셀이 선택적으로 구동 가능하도록 상기 제1 내지 제3 LED 셀에 전기적으로 연결된 전극부와, 상기 제1 내지 제3 LED 셀에 각각 대응되도록 상기 셀 어레이의 제2 면에 배치되며 상기 제1 내지 제3 LED 셀로부터 방출되는 광을 각각 적색 광, 녹색 광 및 청색 광으로 조정하도록 구성된 제1 내지 제3 광조정부와, 상기 제1 내지 제3 광조정부가 서로 분리되도록 상기 제1 내지 제3 광조정부 사이에 배치된 격벽을 포함하며, 상기 제1 내지 제3 광조정부 중 적어도 하나의 광조정부는 상기 조정된 광의 스펙트럼에서 메인 피크의 파장과 다른 파장의 서브 피크를 제공하기 위한 튜닝용 파장변환물질을 포함한다.
일 예에서, 상기 복수의 LED 광원 모듈은 상기 튜닝용 파장 변환 물질이 서로 다른 함량으로 갖는 2개 이상의 LED 광원 모듈을 포함한다.
일 예에서, 상기 복수의 LED 광원 모듈 중 일부는 상기 적어도 하나의 광조정부에 상기 서브 피크의 파장을 흡수하기 위한 광흡수재를 더 포함한다.
이 경우에, 상기 복수의 LED 광원 모듈 중 일부는 상기 광흡수재가 서로 다른 함량으로 갖는 2개 이상의 광원 모듈을 포함한다.
본 발명의 일 실시예는, 각각 제1 내지 제3 서브 픽셀을 갖는 복수의 픽셀이 배열되며, 상기 각각 픽셀의 제1 내지 제3 서브 픽셀 각각이 선택적으로 구동되도록 구성된 회로 패턴을 갖는 회로 기판과, 상기 제1 내지 제3 서브 픽셀에 각각 배치되며 상기 회로 패턴에 전기적으로 연결된 제1 내지 제3 LED 칩과, 상기 회로 기판 상에 배치되며 제1 내지 제3 LED 칩에 각각 대응되는 제1 내지 제3 방출창을 갖는 격벽과, 상기 제1 내지 제3 방출창에 각각 배치되며, 상기 제1 내지 제3 LED 칩으로부터 방출되는 광을 적색 광, 녹색 광 및 청색 광으로 조정하는 제1 내지 제3 광조정부;를 포함하며, 상기 제1 내지 제3 광조정부 중 적어도 하나의 광조정부는 상기 조정된 광의 스펙트럼에서 메인 피크의 파장과 다른 파장의 서브 피크를 제공하기 위한 튜닝용 파장변환물질을 포함하는 디스플레이 패널을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 디스플레이 패널과, 상기 디스플레이 패널을 구동하기 위한 패널 구동부와, 상기 패널 구동부를 제어하기 위한 제어부를 포함하고, 상기 디스플레이 패널은, 각각 제1 내지 제3 서브 픽셀을 갖는 복수의 픽셀이 배열되며, 상기 각각 픽셀의 제1 내지 제3 서브 픽셀 각각이 선택적으로 구동되도록 구성된 회로 패턴을 갖는 회로 기판과, 상기 제1 내지 제3 서브 픽셀에 각각 배치되며 상기 회로 패턴에 전기적으로 연결된 제1 내지 제3 LED 칩과, 상기 회로 기판 상에 배치되며 제1 내지 제3 LED 칩에 각각 대응되는 제1 내지 제3 방출창을 갖는 격벽과, 상기 제1 내지 제3 방출창에 각각 배치되며, 상기 제1 내지 제3 LED 칩으로부터 방출되는 광을 적색 광, 녹색 광 및 청색 광으로 조정하는 제1 내지 제3 광조정부를 포함하며, 상기 제1 내지 제3 광조정부 중 적어도 하나의 광조정부는 상기 조정된 광의 스펙트럼에서 메인 피크의 파장과 다른 파장의 서브 피크를 제공하기 위한 튜닝용 파장변환물질을 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, LED 셀로부터 방출되는 광의 피크 파장을 측정하는 단계와, 상기 측정된 피크 파장을 기준 피크 파장을 비교하는 단계와, 상기 측정된 피크 파장과 기준 피크 파장의 차이에 기초하여, 기준 광조정부의 설계 조건을 변경하는 단계와, 상기 변경된 설계 조건에 따라 상기 LED 셀을 위한 광조정부를 형성하는 단계를 포함하는 LED 광원 모듈 제조방법을 제공한다. 여기서, 상기 광조정부는 적어도 하나의 파장변환물질을 포함하며, 상기 기준 광조정부의 설계 조건은, 상기 기준 피크 파장의 광이 목표 색좌표를 갖는 광으로 조정되고 상기 조정된 광이 제1 피크 파장과 상기 제1 피크 파장의 세기보다 낮은 제2 피크 파장을 갖는 스펙트럼을 나타내도록 설정되고, 상기 기준 광조정부의 설계 조건을 변경하는 단계는, 상기 제2 피크 파장의 강도를 조절하는 단계를 포함한다.
제1 파장의 메인 피크 외에 제2 파장의 서브 피크를 제공하고, 그 서브 피크의 세기를 높이거나 낮춤으로써 광원 모듈의 각 색원(예, 적색, 녹색 및 청색)의 색좌표를 효과적으로 튜닝할 수 있다.
도1 및 도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈을 나타내는 개략적인 평면도 및 저면도이다.
도3 및 도4는 도1에 도시된 광원 모듈을 Ⅰ-Ⅰ' 및 Ⅱ-Ⅱ'선에 따라 절개하여 본 측단면도들이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈의 발광 스펙트럼을 나타낸다.
도6a 내지 도6c은 도5에 도시된 발광 스펙트럼에서 서브 피크의 강도에 따른 색좌표 튜닝을 나타내는 그래프이다.
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈의 색좌표 튜닝방법의 일 예를 설명하기 위한 순서도이다.
도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈을 나타내는 측단면도들이다.
도9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈을 나타내는 측단면도들이다.
도10은 도9에 도시된 광원 모듈의 발광 스펙트럼을 나타낸다.
도11은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈에서 제3 광조정부(청색)로부터 방출되는 발광 스펙트럼을 나타낸다.
도12a 및 도12b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈을 나타내는 평면도 및 저면도이다.
도13a 및 도13b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈을 나타내는 평면도 및 저면도이다.
도14는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈에 채용 가능한 파장 변환 물질을 설명하기 위한 CIE 1931 좌표계이다.
도15는 도1에 도시된 광원 모듈을 채용한 디스플레이 패널을 나타내는 개략 사시도이다.
도16은 도15에 도시된 디스플레이 패널의 일 픽셀영역의 회로 구성의 예를 도시한다.
도17은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 패널을 나타내는 개략 사시도이다.
도18은 도17에 도시된 디스플레이 패널의 일 픽셀영역을 Ⅲ-Ⅲ'선에 따라 절개해 본 측단면도이다.
도19a 및 도19b는 본 발명의 일 실시예에 채용가능한 다양한 구조의 LED 칩을 나타내는 단면도이다.
도20은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도21은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈을 채용가능한 평판 조명 장치의 사시도이다.
도22는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈을 채용할 수 있는 실내용 조명제어 네트워크 시스템이다.
도23은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈을 채용할 수 있는 개방형 네트워크 시스템이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 상세히 설명한다.
본 실시예들은 다른 형태로 변형되거나 여러 실시예가 서로 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 예를 들어, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 또한, 본 명세서에서, '상부', '상면', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 소자가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있을 것이다.
한편, 본 명세서에서 사용되는 "일 실시예(one example)"라는 표현은 서로 동일한 실시예를 의미하지 않으며, 각각 서로 다른 고유한 특징을 강조하여 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 그러나, 아래 설명에서 제시된 실시예들은 다른 실시예의 특징과 결합되어 구현되는 것을 배제하지 않는다. 예를 들어, 특정한 실시예에서 설명된 사항이 다른 실시예에서 설명되어 있지 않더라도, 다른 실시예에서 그 사항과 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 다른 실시예에 관련된 설명으로 이해될 수 있다.
도1 및 도2은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈을 나타내는 개략적인 평면도 및 저면도이며, 도3 및 도4는 도1에 도시된 광원 모듈을 Ⅰ-Ⅰ' 및 Ⅱ-Ⅱ' 선에 따라 절개하여 본 측단면도들이다.
도1 및 도2와 함께, 도3 및 도4를 참조하면, 본 실시예에 따른 LED 광원 모듈(50)은, 제1 내지 제3 LED 셀(C1,C2,C3)을 구비한 셀 어레이(CA)와, 상기 제1 내지 제3 LED 셀(C1,C2,C3)에 대응되도록 상기 셀 어레이(CA)의 일 면에 배치된 제1 내지 제3 광조정부(51,52,53)와, 상기 제1 내지 제3 광조정부(51,52,53)를 분리하는 격벽(45)을 포함한다.
상기 제1 내지 제3 LED 셀(C1,C2,C3)은 도3 및 도4에 도시된 바와 같이, 제1 도전형 반도체층(13), 활성층(15) 및 제2 도전형 반도체층(17)을 포함한다. 이러한 에피택셜층들(13,15,17)은 하나의 웨이퍼에서 동일한 공정에 의해 성장될 수 있다. 상기 제1 내지 제3 LED 셀(C1,C2,C3)의 활성층(15)은 동일한 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(15)은 청색 광(예, 440㎚∼460㎚) 또는 자외선 광(예, 380㎚∼440㎚)을 방출할 수 있다.
상기 셀 어레이(CA)는 상기 제1 내지 제3 LED 셀(C1,C2,C3)을 각각 둘러싸는 절연부(21)를 포함한다. 상기 절연부(21)는 상기 제1 내지 제3 LED 셀(C1,C2,C3)을 서로 전기적으로 분리시킬 수 있다. 도4에 도시된 바와 같이, 상기 절연부(21)는 상기 제1 및 제3 LED 셀(C1,C2,C3)과 함께 평탄한 공면(co-planar)을 이룰 수 있다. 이러한 공면은 상기 셀 어레이(CA)의 일 면은 셀 분리공정과 절연부 형성 후에, 성장용 기판으로 사용된 웨이퍼를 제거하여 얻어진 면일 수 있다.
상기 절연부(21)는 전기적으로 절연성을 갖는 물질일 수 있다. 예를 들어, 상기 절연부(21)는 실리콘 산화물, 실리콘 산질화물, 실리콘 질화물일 수 있다. 본 실시예에 채용된 절연부(21)는 추가적으로 광흡수율이 낮거나 반사성을 갖는 물질 또는 반사성 구조를 포함할 수 있다. 이러한 반사성 절연부(21)는 상호 광학적 간섭을 차단하여 상기 제1 내지 제3 LED 셀(C1,C2,C3)의 독립적인 구동을 보장할 수 있다. 특정 예에서, 상기 절연부(21)는 서로 다른 굴절률을 갖는 복수의 절연막들이 교대로 적층된 분산 브래그 반사기(DBR: Distributed Bragg Reflector) 구조를 포함할 수 있다. 이러한 DBR 구조는 상기 굴절률이 서로 다른 복수의 절연막들이 2회 내지 100회 반복하여 적층될 수 있다. 상기 복수의 절연막은 SiO2, SiN, SiOxNy, TiO2, Si3N4, Al2O3, ZrO2, TiN, AlN, TiAlN, TiSiN 등의 산화물 또는 질화물로부터 선택될 수 있다.
상기 반사성 절연부(21)와 상기 격벽(45)는 서로 연결되어 배치될 수 있다. 이와 같이, 상기 반사성 절연부(21)와 상기 격벽(45)은 셀 사이에서부터 광조정부 사이까지 연장된 구조로 제공함으로써 전체 광 경로에서 셀간의 광간섭을 효과적으로 차단할 수 있다.
상기 LED 광원 모듈(50)은 상기 셀 어레이(CA)의 타 면에 배치되며, 상기 제1 내지 제3 LED 셀(C1,C2,C3)에 전기적으로 연결된 전극부를 포함한다. 상기 전극부는 상기 제1 내지 제3 LED 셀(C1,C2,C3)이 선택적으로 구동 가능하도록 구성된다.
본 실시예에서는, 도2에 도시된 바와 같이, 상기 전극부는 3개의 셀(C1,C2,C3)에 각각 연결된 3개의 제1 전극 패드(31a,31b,31c)와, 3개 셀(C1,C2,C3)에 공통으로 연결된 제2 전극 패드(32)를 포함할 수 있다.
상기 3개의 제1 전극 패드(31a,31b,31c)는 3개의 제1 연결 전극(27)에 의해 상기 제1 내지 제3 LED 셀(C1,C2,C3)의 제1 도전형 반도체층(13)에 독립적으로 접속될 수 있다. 상기 제2 전극 패드(32)는 하나의 제2 연결 전극(28)에 의해 상기 제1 내지 제3 LED 셀(C1,C2,C3)의 제2 도전형 반도체층(17)에 공통으로 연결될 수 있다. 상기 제1 및 제2 연결 전극(27,28)은 상기 절연부(21)에 형성된 제1 및 제2 관통홀(H1,H2)을 통해서 제1 및 제2 도전형 반도체층(13,17)에 각각 접속될 수 있다. 본 실시예에 채용된 전극부는 제1 및 제2 콘택 전극(23,24)을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 관통홀(H1,H2)은 제1 및 제2 콘택 전극(23,24)의 일부를 노출시켜 상기 제1 및 제2 연결 전극과 접속될 수 있다. 상기 제1 연결 전극(27)은 3개의 제1 관통홀(H1)에 개별적으로 형성되는 반면에, 상기 제2 연결 전극(31)은 3개의 제2 관통홀(H2)에 형성된 부분이 서로 연결되도록 형성될 수 있다. 이러한 전극부는 셀 및 전극 패드의 배열에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 이에 대해서는 후술하기로 한다.
상기 LED 광원 모듈(50)은 상기 LED 셀 어레이(CA)를 포장하면서 상기 제1 전극 패드(31a,31b,31c)와 제2 전극 패드(32)를 노출시키는 인캡슐레이션(34)을 포함할 수 있다. 상기 인캡슐레이션(34)은 상기 LED 광원 모듈(50)을 견고하게 지지하기 위해서 높은 영률(Young's Modulus)을 가질 수 있다. 또한, 상기 인캡슐레이션(34)은 상기 LED 셀(C1,C2,C3)로부터 열을 효과적으로 방출하기 위하여 높은 열 전도도를 갖는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 인캡슐레이션(34)은 에폭시 수지 또는 실리콘(silicone) 수지일 수 있다. 또한, 상기 인캡슐레이션(34)은 빛을 반사시키기 위한 광반사성 입자를 포함할 수 있다. 상기 광반사성 입자로는 이산화 티타늄(TiO2) 또는 산화 알루미늄(Al2O3)이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 격벽(45)은 상기 제1 내지 제3 LED 셀(C1,C2,C3)에 대응되는 위치에 제1 내지 제3 방출창(W1,W2,W3)을 갖는다. 상기 제1 내지 제3 방출창(W1,W2,W3)은 각각 상기 제1 내지 제3 광조정부(51,52,53)을 형성하기 위한 공간으로 제공될 수 있다. 상기 격벽(45)은 상기 제1 내지 제3 광조정부(51,52,53)를 투과하는 광이 서로 간섭하지 않도록 광차단 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 격벽(45)은 블랙 매트릭스(black matrix) 수지를 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제3 광조정부(51,52,53)는 상기 제1 내지 제3 LED 셀(C1,C2,C3)로부터 방출되는 광을 조정하여 각각 서로 다른 색의 광으로 변환시킬 수 있다. 본 실시예에서, 상기 제1 내지 제3 광조정부(51,52,53)는 각각 적색 광, 녹색 광 및 청색 광을 제공하도록 구성될 수 있다.
본 실시예와 같이, 상기 제1 내지 제3 LED 셀(C1,C2,C3)가 청색 광을 방출하는 경우에, 상기 제1 및 제2 광조정부(51,52)는 각각 적색 및 녹색 형광체(P1,P2)를 갖는 제1 및 제2 파장 변환부(51a,52a)를 포함할 수 있다. 도3 및 도4에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 파장 변환부(51a,52a)는 적색 또는 녹색 형광체(P1,P2)가 혼합된 광투과성 액상 수지를 제1 및 제2 광방출창(W1,W2)에 디스펜싱함으로써 형성될 수 있으나, 다른 다양한 공정으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 파장변환 필름으로 제공될 수 있다.
필요에 따라, 상기 제1 및 제2 광조정부(51,52)는 각각 제1 및 제2 파장 변환부(51a,52a) 상에 배치되며 청색 광을 선택적으로 차단하는 광 필터층(51b,52b)을 더 포함할 수 있다. 상기 광 필터층(51b,52b)을 이용함으로써 제1 및 제2 방출창(W1,W2)에서는 원하는 적색 광 및 녹색 광만을 제공할 수 있다.
도4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 채용된 제3 광조정부(53)는 튜닝용 파장변환물질(PT)을 포함할 수 있다. 상기 튜닝용 파장변환물질(PT)은 상기 제3 LED 셀(C3)의 방출광을 여기광으로 하여 그와 다른 색의 광을 방출하는 파장변환물질일 수 있다. 예를 들어, 튜닝용 파장변환물질(PT)은 녹색 및 적색 형광체뿐만 아니라, 다른 청색 또는 청록색(예, 480㎚∼520㎚) 파장변환물질을 포함할 수 있다. 상기 튜닝용 파장변환물질(PT)은 상기 제3 광조정부(53)에 의해 제공될 청색 광의 색좌표를 조절하는 목적으로 채용되므로, 다른 색으로 변환하기 위한 다른 파장 변환부(51a,52a)에서 사용되는 파장변환물질의 함량보다는 적은 함량의 형광체를 가질 수 있다.
도5는 본 실시예에 따른 광원 모듈의 발광 스펙트럼의 일 예이다.
도5를 참조하면, 발광 스펙트럼에서 상기 제1 내지 제3 광조정부(51,52,53)에 의해 조정된 적색 광, 녹색 광 및 청색 광은 각각 "R", "G" 및 "B"로 표시되어 있다. 상기 제3 광조정부(53)에 의해 조정된 청색 광(B)은 제1 피크(①)와 상기 제1 피크의 세기보다 낮은 제2 피크(②)를 갖도록 구성될 수 있다. 상기 제1 피크(①)은 원하는 색역에 속하는 메인 피크이며, 상기 제2 피크(②)는 색좌표 튜닝을 위해서 다른 파장 대역에 위치하는 서브 피크일 수 있다.
일 예에서, 제1 피크 파장은 440㎚∼460㎚ 범위이며, 제2 피크 파장은 520㎚∼600㎚ 범위일 수 있다. 구체적으로, 본 실시예와 같이, 상기 제1 피크(①) 파장은 제3 LED 셀(C2)의 방출광인 청색 피크 파장이며, 상기 제2 파크(②) 파장은 녹색 피크 파장일 수 있다. 특정 예에서, 상기 제3 광조정부(53)의 튜닝용 파장변환물질(PT)은 상기 제2 광조정부(52)의 녹색 형광체(P2)와 동일한 녹색 형광체를 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 제3 광조정부(53)의 튜닝용 파장변환물질(PT)의 함량은 상기 제2 광조정부(52)의 녹색 형광체(P2)의 함량보다 작다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 실시예와 달리, 상기 제2 피크(②)의 파장은 다른 가시광선 대역, 예를 들어, 청록색(예, 480㎚∼520㎚), 황적색(예, 600㎚∼630㎚), 적색(예, 630㎚∼780㎚) 대역일 수 있다. 이러한 파장의 선택은 튜닝용 파장변환물질(PT)의 종류에 의해 결정될 수 있다. 상기 튜닝용 파장변환물질(PT)의 제2 피크 파장이 제1 피크 파장과 인접한 경우(예, 청록색 형광체)에, 상기 제3 광조정부(53)로부터 방출되는 광은 제1 피크만 나타나는 스펙트럼을 가질 수 있다(도11 참조).
본 실시예에서, 제2 피크(②)의 세기를 조절함으로써 CIE 1931 색좌표계에서 청색 광의 좌표는 튜닝될 수 있다. 예를 들어, 제2 피크(②)의 세기는 튜닝용 파장변환물질(PT)의 함량을 변경함으로써 조절될 수 있다. 다른 튜닝 방안으로서, 특정 파장의 광을 선택적으로 흡수하는 광흡수재를 사용하거나(도8 참조), 복수의 다른 파장변환물질의 배합비를 이용함(도9 참조)으로써 제2 피크(②)의 세기를 조절할 수 있다.
상기 튜닝용 파장변환물질(PT)의 함량을 "피크 파장의 스펙트럼 면적"로 표현할 수 있다. 구체적으로, 도5에 표시된 바와 같이, 해당 피크 파장에 인접한 골(v) 사이의 스펙트럼 적분 면적으로 정의될 수 있다. 여기서, 상기 "골(v)"은 피크 사이에 위치한 최저 포인트뿐만 아니라 세기의 제로 포인트를 포함한다.
제1 피크 파장의 스펙트럼 면적(S1)에 대한 제2 피크 파장의 스펙트럼 면적(S2)의 비율(S2/S1)을 12.7%가 되도록 제3 광조정부(53)에 튜닝용 파장변환물질(PT)인 녹색 형광체를 투입하였을 때에, 도6a에 표시된 바와 같이, CIE 1931 색좌표계에서 청색 광의 좌표(B0)는 (0.159, 0.073)이었으나, 튜닝용 파장변환물질(PT)의 함량을 감소시키나 다른 광흡수재를 추가하여 상기 면적비율(S2/S1)을 6.5%로 감소시켰을 때(T1)에, 도6b에 도시된 바와 같이, 청색 광의 좌표(B1)는 (0.157,0.055)로 이동하였다.
반대로, 튜닝용 파장변환물질(PT)의 함량을 증가시켜 그 면적비율(S2/S1)을 20.3%로 증가시켰을 때(T2)에, 도6c에 도시된 바와 같이 청색 광 좌표(B2)는 (0.163,0.109)으로 이동하였다. 이러한 이동은 B1과는 거의 반대방향으로 볼 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 채용된 제3 광조정부(53)는 메인 피크 파장과 다른 파장의 서브 피크(즉, 제2 피크)를 제공하며, 이러한 서브 피크를 이용하여 목표 색좌표와 근사해지도록 색좌표(예, CIE 1931 색좌표)를 튜닝할 수 있다.
한편, 도6c에 나타난 바와 같이, 튜닝용 파장변환물질의 함량이 증가할 때에 색역(color gamut)이 감소되는 경향이 있으며, 이로 인해 색재현성이 낮아질 수 있다. 이러한 점을 고려하여, 색좌표를 튜닝하더라도 상기 제2 피크 파장의 스펙트럼 면적(S2)은 상기 제1 피크 파장의 스펙트럼 면적(S1)의 20% 이하의 범위에서 조절할 수 있다.
일 예에서는, 색좌표 튜닝의 효과를 고려하여, 상기 제2 피크(②)는 시감도가 높은 파장대역에 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 피크(②)는 520㎚∼600㎚ 범위, 또는 525㎚∼580㎚ 범위에 위치하도록 선택될 수 있다. 또한, 제1 피크(①)와 제2 피크(②)의 파장 차이가 50㎚ 이상, 또는 80㎚ 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 색좌표의 튜닝폭이 작을 때는 제1 피크의 파장과 가까운 파장의 제2 피크를 선택할 수 있다.
이러한 색좌표 튜닝방안은 LED의 파장특성에 따라 발생되는 색좌표 편차를 해결하는 방안으로 활용될 수 있다. 도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈의 색좌표 튜닝방법의 일 예를 설명하기 위한 순서도이다.
도7을 참조하면, 단계(S51)에서 LED 셀로부터 방출되는 광의 피크 파장을 측정한다. 본 측정과정에서는 피크 파장뿐만 아니라 휘도 등 다양한 파장 특성을 측정할 수 있다. 본 측정단계는 웨이퍼 레벨에서도 수행될 수 있다. 실제로, 동일한 웨이퍼에서 동일한 조건의 공정으로 제조하더라도, 다수의 LED 셀은 웨이퍼 상의 위치나 공정 횟수에 따라 서로 다른 파장특성을 나타낼 수 있다. 이러한 상이한 광특성은 동일한 조건(예, 파장 변환부 설계 조건)으로 제조되는 광원 모듈들에서 색좌표의 편차를 유발할 수 있다. 이를 해결하기 위해서, 본 발명자는 서브 피크를 기본 조건으로 제공하고, 그 서브 피크의 세기(스펙트럼 면적비)를 조절하는 색좌표 튜닝방안을 제공한다.
다음으로, 상기 측정된 피크 파장을 기준 피크 파장을 비교한다(S53). 본 비교과정에서 측정된 피크 파장과 기준 피크 파장의 차이(Δλ)를 연산할 수 있다. 여기서, "기준 피크 파장"은 LED의 목표 피크 파장 또는 실제 제조시에 가장 많은 분포를 갖는 피크 파장으로 설정될 수 있다. 이러한 기준 피크 파장에 대해서, 목표 색좌표를 얻을 수 있는 기준 광조정부의 설계조건을 미리 설정할 수 있다.
여기서, "기준 광조정부의 설계조건" 또는 "기준 설계 조건"은 상기 기준 피크 파장의 광이 목표 색좌표를 갖는 광으로 조정하기 위한 광조정부의 구성요건을 말한다. 예를 들어, 기준 설계 조건은 기본 파장변환물질의 종류 및 함량, 튜닝용 파장변환물질의 종류 및 함량, 광흡수재 추가 여부 및 함량, 2 이상의 파장변환물질일 경우에는 그 배합비 등의 다양한 인자를 포함할 수 있다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 기준 광조정부의 설계 조건은, 상기 조정된 광이 제1 피크(또는 메인 피크) 파장과 상기 제1 피크 파장의 세기보다 낮은 제2 피크(서브 피크) 파장을 갖는 스펙트럼을 나타내도록 설정될 수 있다.
이어, 측정된 피크 파장과 기준 피크 파장의 차이(Δλ)에 기초하여 기준 광조정부의 설계 조건을 변경 여부를 판단할 수 있다(S55).
이러한 판단 단계에서, 기준 피크 파장과의 편차가 있더라도 허용편차(σ)를 설정하여 그 편차 범위에 있는 경우(｜Δλ｜≤σ)에는 기준 광조정부의 설계 조건에 따라 광조정부를 형성할 수 있다(S57a). 하지만, 피크 파장의 차이(Δλ)가 허용편차(σ)를 초과하는 경우(｜Δλ｜>σ)에는, 서브 피크가 증가하거나 감소하는 방향으로 기준 광조정부의 설계 조건을 변경하고(S56), 변경된 설계 조건에 따라 광조정부(특히, 파장 변환부)를 형성할 수 있다(S57b).
기준 설계 조건의 변경은 다양한 인자를 이용하여 구현할 수 있다. 파장 편차가 양수인지 음수인지에 따라 변경 방법을 달리할 수 있다. 예를 들어, 청색 LED 셀의 경우에, 실제 피크 파장이 기준 피크 파장보다 짧은 경우에, 서브 피크를 강화하는 조건으로 변경될 수 있다. 예를 들어, 1) 서브 피크와 관련된 튜닝용 파장변환물질의 함량 증가, 2) 광흡수재 첨가량 감소, 3) 다른 튜닝용 파장변환 물질 추가(제2 서브 피크 제공) 중 적어도 하나를 선택할 수 있다. 이와 반대로, 실제 피크 파장이 기준 피크 파장보다 긴 경우에, 서브 피크를 약화하는 조건으로 변경될 수 있다. 예를 들어, 1) 서브 피크와 관련된 튜닝용 파장변환물질의 함량 감소 및 2) 광흡수재 첨가/증가 중 적어도 하나를 선택할 수 있다.
이러한 다양한 방안에 따라 색좌표가 튜닝된 LED 광원 모듈이 도8 및 도9에 예시되어 있다. 도8 및 도9는 도4에 도시된 단면과 유사하게 LED 광원 모듈의 측 단면도로 이해될 수 있다.
도8에 도시된 LED 광원 모듈(50')은 제3 광조정부(53')에 광흡수재(LA)가 추가된 점만을 제외하고 도4에 도시된 LED 광원 모듈(50)과 유사한 것으로 이해할 수 있다. 본 실시예의 구성요소는 특별히 반대되는 설명이 없는 한 도1 내지 도4에 도시된 LED 광원 모듈(50)의 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 설명을 참조하여 이해될 수 있다.
상기 광흡수재(LA)는 상기 제2 피크(서브 피크) 파장의 광을 흡수하는 물질일 수 있다. 예를 들어, 상기 광흡수재(LA)는 광흡수용 색소(pigment) 또는 안료(dye)일 수 있다. 본 실시예와 같이 광흡수재(LA)를 추가할 경우에, 제2 피크(②)의 세기는 감소하는 방향(T2)으로 조정되고(도5 참조), 도6b와 유사하게 청색 광의 색좌표는 0 점에 가까워지도록 다소 이동될 수 있다.
도9에 도시된 LED 광원 모듈(50")은 제1 내지 제3 LED 셀(C1-C3)이 자외선 LED인 점과 제1 내지 제3 광조정부(51",52",53")의 구성만을 제외하고 도4에 도시된 LED 광원 모듈(50)과 유사한 것으로 이해할 수 있다. 본 실시예의 구성요소는 특별히 반대되는 설명이 없는 한 도1 내지 도4에 도시된 LED 광원 모듈(50)의 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 설명을 참조하여 이해될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 LED 셀(C1,C2,C3)은 자외선 광을 방출하기 위한 에피택셜층(13',15',17')을 가질 수 있다. 예를 들어, 이러한 에피택셜층(13',15',17')은 AlxGa1-xN(0<x<1)인 활성층(15')을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 광조정부(51",52",53")는 각 적색, 녹색 및 청색 형광체(P1,P2,P3)를 가질 수 있다.
상기 제1 광조정부(51")는 자외선 광을 적색 광으로 변환하기 위한 적색 형광체(P1) 외에, 적색 대역과 다른 서브 피크 파장을 제공하기 위한 제1 튜닝용 파장 변환물질(PT1)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 튜닝용 파장변환물질(PT1)은 청색 또는 녹색 형광체뿐만 아니라, 황색(예, 570㎚∼600㎚), 황적색(예, 600㎚∼630㎚), 다른 적색 계열의 파장변환물질일 수 있다. 상기 제1 광조정부(51")에 의한 적색광은 도10에 도시된 바와 같이, 제1 피크(ⓐ)가 적색 대역에 위치하며, 제2 피크(ⓑ)가 녹색 대역에 위치하는 스펙트럼을 가질 수 있다. 도10을 참조하면, 튜닝을 위한 제2 피크(ⓑ)는 약 540㎚에 위치하며, 비교적 높은 시감도를 가지므로 색좌표 변화요소로 활용될 수 있다.
이에 한정되지는 않으나, 상기 제1 광조정부(51")에 의한 발광 스펙트럼에서, 상기 제1 피크 파장은 610㎚∼640㎚ 범위이며, 상기 제2 피크 파장은 520㎚∼600㎚ 범위 또는 525㎚∼580㎚ 일 수 있다. 특정 예에서, 상기 제1 광조정부(51")는 상기 제2 광조정부(52")의 녹색 형광체(P2)와 동일한 녹색 형광체를 더 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 제1 광조정부(51")의 녹색 형광체의 함량은 상기 제2 광조정부(52")의 녹색 형광체(P2)의 함량보다 작다.
본 실시예에 채용된 제3 광조정부(52")는 자외선 광을 청색 광(즉, 메인 피크)으로 변환하기 위한 청색 형광체(P3)와 함께, 그 청색 광과 다른 가시대역의 광(즉, 서브 피크)을 제공하기 위한 제2 튜닝용 파장 변환물질(PT2)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 튜닝용 파장변환물질(PT2)은 청록색, 녹색, 황색, 황적색, 적색 형광체일 수 있다. 상기 제3 광조정부(53")로부터 방출되는 광은 청색 대역의 메인 피크와, 메인 피크와 다른 가시광 대역의 서브 피크(예, 적색 또는 녹색 대역)를 나타내는 발광 스펙트럼을 가질 수 있다.
상기 제3 광조정부(53")로부터 방출되는 광(B)의 스펙트럼에서, 2개의 피크를 나타내지는 않지만, 튜닝용 파장변환물질(PT2)을 이용하여 일측 프로파일을 변경시킬 수 있다. 도11에 도시된 바와 같이, 청색 형광체(P3)의 메인 피크(①')는 440㎚∼460㎚ 범위에 있으며, 제2 튜닝용 파장변환물질(PT2)의 서브 피크(②')는 그 메인 피크 파장과 다르지만 가까운 약 480㎚의 청록색 파장일 수 있다. 이러한 조건에서는, 상기 제3 광조정부(53")의 방출광의 스펙트럼은 도5에 나타난 청색 스펙트럼과 달리, 메인 피크만 나타난다. 이와 같이, 제2 튜닝용 파장변환물질(PT2)의 서브 피크(②')는 상기 스펙트럼의 일측 프로파일을 변경하여 색좌표를 조절할 수 있다.
다시 말해, 제2 튜닝용 파장변환물질(PT2)의 함량을 조절하여 상기 스펙트럼의 일측 프로파일을 변경함으로써 제3 광조정부로부터 방출되는 광의 색좌표를 튜닝할 수 있다.
상술된 색좌표 튜닝방안은, 상기 제1 및 제2 튜닝용 파장변환물질(PT1,PT2)의 함량을 조절할 뿐만 아니라 제2 피크 파장의 광을 흡수하는 광흡수재를 추가함으로써 서브 피크(제2 피크)를 낮추어 색좌표를 효과적으로 튜닝할 수 있다.
본 실시예에서는, 상기 LED 광원모듈(50")의 제조과정에서 앞선 실시예와 달리 청색 색좌표 뿐만 아니라 적색 색좌표도 독립적으로 튜닝할 수 있다. 또한, 제2 광원부(52")도 추가적인 튜닝용 파장변환물질을 추가하여 색좌표를 튜닝할 수 있다. 또한, 본 실시예에 채용된 제1 광조정부(51")와 유사하게, 도4에 도시된 광원 모듈(50)의 제1 파장 변환부(51a)를 변경하여 청색 색좌표 뿐만 아니라 적색 색좌표도 독립적으로 튜닝할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제1 내지 제3 광조정부(51",52",53") 자체가 파장 변환부만으로 구성된 형태를 예시하였으나, 도4 및 도8에 도시된 제1 및 제2 광조정부와 유사하게, 파장 변환부 상에 광필터층을 추가로 배치할 수 있다. 광필터층은 자외선의 차단뿐만 아니라, 변환된 광의 일부 대역을 흡수하여 방출광의 반치폭(FWHM)을 좁게 하는데 사용될 수 있다.
본 실시예에 따른 LED 광원 모듈은 다양한 레이아웃을 갖도록 구현될 수 있다. 이러한 다양한 구조는 도12a, 도12b, 도13a 및 도13b에 걸쳐 예시되어 있다.
우선, 도12a 및 도12b을 참조하면, LED 광원 모듈(350)은 제1 내지 제3 LED 셀(C1', C2', C3')과 전극 패드의 배치가 상이한 점을 제외하고 도1 및 도2에 도시된 광원모듈(50)와 유사한 구조로 이해할 수 있다. 본 실시예의 구성요소는 특별히 반대되는 설명이 없는 한, 도1 내지 도4에 도시된 LED 광원 모듈(50)의 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 설명을 참조하여 이해될 수 있다.
도12a 및 도12b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 광원 모듈(350)은 다른 배열의 제1 내지 제3 LED 셀(C1', C2', C3')을 갖는다. 제3 LED 셀(C3')은 일 변의 전체를 따라 배치되고, 제1 및 제2 LED 셀(C1', C2')은 제3 LED셀(C3')의 장변에 마주하도록 나란히 배치될 수 있다.
도12b에 도시된 LED 광원 모듈(350)은 앞선 실시예와 유사하게 3개의 셀(C1',C2',C3')에 각각 연결된 3개의 제1 전극 패드(331a,331b,331c)와, 3개 셀(C1',C2',C3')에 공통으로 연결된 제2 전극 패드(332)를 포함할 수 있다.
상기 3개의 제1 전극 패드(331a,331b,331c)는 3개의 제1 연결 전극(327)에 의해 상기 제1 내지 제3 LED 셀(C1',C2',C3')의 제1 도전형 반도체층에 독립적으로 접속될 수 있다. 상기 제2 전극 패드(332)는 하나의 제2 연결 전극(328)에 의해 상기 제1 내지 제3 LED 셀(C1',C2',C3')의 제2 도전형 반도체층에 공통으로 연결될 수 있다. 상기 제1 및 제2 연결 전극(327,328)은 상기 절연부(321)에 형성된 제1 및 제2 관통홀(H1,H2)을 통해서 제1 및 제2 도전형 반도체층에 각각 접속될 수 있다. 본 실시예에서는, 3개의 LED 셀(C1',C2',C3')이 모두 인접하여 배치되므로, 도2에 도시된 실시예와 비교하여, 공통 전극을 위한 제2 연결 전극(328)은 상대적으로 짧은 길이로 형성될 수 있다.
본 실시예에 채용된 제1 내지 제3 광조정부(351,352,353) 중 적어도 하나는 앞선 실시예와 유사하게 상기 조정된 광의 메인 피크의 파장과 다른 서브 피크의 파장의 광을 제공하기 위한 튜닝용 파장변환물질을 포함하도록 구성될 수 있다.
도13a 및 도13b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 광원 모듈(450)은 4개의 LED 셀(C1", C2", C3",C4")을 갖는 점을 제외하고, 도1 및 도2에 도시된 광원모듈(50)와 유사한 구조로 이해할 수 있다. 본 실시예의 구성요소는 특별히 반대되는 설명이 없는 한, 도1 내지 도4에 도시된 LED 광원 모듈(50)의 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 설명을 참조하여 이해될 수 있다.
도13b에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제4 LED 셀(C1", C2", C3",C4")은 나란히 배열될 수 있다. 또한 상기 LED 광원 모듈(450)은 앞선 실시예와 유사하게 4개의 셀(C1",C2",C3",C4")에 각각 연결된 4개의 제1 전극 패드(431a,431b,431c,431d)와, 4개 셀(C1",C2",C3",C4")에 공통으로 연결된 제2 전극 패드(432)를 포함할 수 있다.
상기 4개의 제1 전극 패드(431a,431b,431c)는 4개의 제1 연결 전극(427)에 의해 상기 제1 내지 제4 LED 셀(C1",C2",C3",C4")의 제1 도전형 반도체층에 독립적으로 접속될 수 있다. 상기 제2 전극 패드(432)는 하나의 제2 연결 전극(428)에 의해 상기 제1 내지 제4 LED 셀(C1",C2",C3",C4")의 제2 도전형 반도체층에 공통으로 연결될 수 있다. 상기 제1 및 제2 연결 전극(427,428)은 상기 절연부(421)에 형성된 제1 및 제2 관통홀(H1,H2)을 통해서 제1 및 제2 도전형 반도체층에 각각 접속될 수 있다. 본 실시예에 채용된 제1 내지 제4 광조정부(451,452,453,454) 중 적어도 하나는 앞선 실시예와 유사하게 상기 조정된 광의 메인 피크의 파장과 다른 서브 피크의 파장을 갖는 광을 제공하기 위한 튜닝용 파장변환물질을 포함하도록 구성될 수 있다.
도14는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈에 채용 가능한 파장변환물질을 설명하기 위한 CIE 1931 좌표계이다..
도14에 도시된 CIE 1931 좌표계를 참조하면, 청색 발광소자에 황색, 녹색 및 적색 형광체를 조합하거나 청색 발광소자에 녹색 발광소자 및 적색 발광소자의 조합으로 만들어지는 백색 광은 2개 이상의 피크 파장을 가지며, 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 2,000 K ∼ 20,000 K 사이에 해당한다. 도14에서 상기 흑체 복사 스펙트럼 하부에 있는 점E(0.3333, 0.3333) 부근의 백색광은 상대적으로 황색계열 성분의 광이 약해진 상태로 사람이 육안으로 느끼기에는 보다 선명한 느낌 또는 신선한 느낌을 가질 수 있는 영역의 조명 광원으로 사용 될 수 있다. 따라서 상기 흑체 복사 스펙트럼 하부에 있는 E(0.3333, 0.3333) 부근의 백색광을 이용한 조명 제품은 식료품, 의류 등을 판매하는 상가용 조명으로 효과가 좋다.
본 실시예에 채용된 LED 셀로부터 방출되는 광의 파장을 변환하기 위한 물질로서, 형광체 및/또는 양자점과 같은 다양한 물질이 사용될 수 있다
형광체로는 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)(여기에서, 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.)
플루오라이드(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, 불화물계 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 불화물계 적색 형광체의 경우, 기타 형광체와 달리 40 ㎚ 이하의 협반치폭(narrow FWHM)을 구현할 수 있기 때문에, UHD TV와 같은 고해상도 TV에 활용될 수 있다.
아래 표1은 청색 LED 칩(440㎚∼460㎚) 또는 UV LED 칩(380㎚∼440㎚)을 위한 응용분야별 형광체 종류이다.
용도 형광체
LED TV BLU β-SiAlON:Eu2 +, (Ca, Sr)AlSiN3:Eu2 +, La3Si6N11:Ce3 +, K2SiF6:Mn4 +, SrLiAl3N4:Eu, Ln4-x(EuzM1-z)xSi12-yAlyO3+x+yN18-x-y(0.5≤x≤3, 0<z<0.3, 0<y≤4), K2TiF6:Mn4 +, NaYF4:Mn4+, NaGdF4:Mn4 +, K3SiF7:Mn4 +
조명 Lu3Al5O12:Ce3 +, Ca-α-SiAlON:Eu2 +, La3Si6N11:Ce3 +, (Ca, Sr)AlSiN3:Eu2 +, Y3Al5O12:Ce3+, K2SiF6:Mn4 +, SrLiAl3N4:Eu, Ln4 -x(EuzM1 -z)xSi12- yAlyO3 +x+ yN18 -x-y(0.5≤x≤3, 0<z<0.3, 0<y≤4), K2TiF6:Mn4 +, NaYF4:Mn4 +, NaGdF4:Mn4 +, K3SiF7:Mn4 +
Side View
(Mobile, Note PC)		 Lu3Al5O12:Ce3 +, Ca-α-SiAlON:Eu2 +, La3Si6N11:Ce3 +, (Ca, Sr)AlSiN3:Eu2 +, Y3Al5O12:Ce3+, (Sr, Ba, Ca, Mg)2SiO4:Eu2 +, K2SiF6:Mn4 +, SrLiAl3N4:Eu, Ln4-x(EuzM1-z)xSi12-yAlyO3+x+yN18-x-y(0.5≤x≤3, 0<z<0.3, 0<y≤4), K2TiF6:Mn4 +, NaYF4:Mn4+, NaGdF4:Mn4 +, K3SiF7:Mn4 +
전장
(Head Lamp, etc.)		 Lu3Al5O12:Ce3 +, Ca-α-SiAlON:Eu2 +, La3Si6N11:Ce3 +, (Ca, Sr)AlSiN3:Eu2 +, Y3Al5O12:Ce3+, K2SiF6:Mn4 +, SrLiAl3N4:Eu, Ln4 -x(EuzM1 -z)xSi12- yAlyO3 +x+ yN18 -x-y(0.5≤x≤3, 0<z<0.3, 0<y≤4), K2TiF6:Mn4 +, NaYF4:Mn4 +, NaGdF4:Mn4 +, K3SiF7:Mn4 +
또한, 파장 변환부는 형광체를 대체하거나 형광체와 혼합하여 양자점(Quantum Dot, QD)과 같은 파장변환물질들이 사용될 수 있다.
본 실시예에 따른 LED 광원 모듈은 디스플레이 패널에 유익하게 적용될 수 있다.
도15는 도1에 도시된 광원 모듈(50)을 채용한 디스플레이 패널을 나타내는 개략 사시도이며, 도16은 도15에 도시된 디스플레이 패널의 일 픽셀영역(PA)의 회로 구성의 예를 도시한다.
도15에 도시된 디스플레이 패널(200)은 회로 기판(201)과 상기 회로 기판(201) 상에 배열된 복수의 LED 광원 모듈(50)을 포함한다. 상기 디스플레이 패널(200)은 상기 회로 기판(201) 상에 배치된 블랙 매트릭스(black matrix, 210)를 더 포함할 수 있다. 상기 블랙 매트릭스(210)는 상기 복수의 LED 광원모듈(50)의 탑재영역을 정의하는 가이드 라인으로서 역할할 수 있다. 상기 블랙 매트릭스(210)는 블랙(black) 색상에 한정되는 것은 아니며 제품의 용도 및 사용처 등에 따라 백색(white) 매트릭스 또는 녹색(green) 등 다른 색깔로도 사용할 수 있으며 필요에 따라서는 투명 재질의 매트릭스를 사용할 수도 있다. 상기 백색 매트릭스는 반사 물질 또는 산란물질을 더 포함할 수 있다. 상기 블랙 매트릭스(210)는 수지를 포함하는 폴리머, 세라믹, 반도체 또는 금속과 같은 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 복수의 LED 광원 모듈(50)은 R(Red), G(Green), B(Blue)의 서브 픽셀을 갖는 하나의 픽셀(PA)을 제공한다. 이러한 픽셀(PA)이 연속적으로 배열될 수 있다. 상기 서브 픽셀은 도1 내지 도4에서 설명된 바와 같이 LED 셀과 광조정부의 조합으로 구성될 수 있다. 본 실시예에서는, 하나의 픽셀(PA)에 3개의 서브 픽셀(R,G,B)이 한 방향으로 나란히 배열되었으나, 필요에 따라 다양한 배열을 가질 수 있다.
이러한 배열은 도12a 및 도12b와 도13a 및 도13b에 도시된 실시예와 같이, 광원 모듈에서의 LED 셀의 배열을 다양하게 하여 여러 형태로 배열할 수 있다. 상기 회로 기판(201)은 각 픽셀(PA)의 서브 픽셀(R,G,B)을 독립적으로 구동하도록 구성된 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 회로 기판(201)은 박막 트랜지스터(TFT)를 포함하는 TFT 기판일 수 있다.
도16은 도15에 도시된 디스플레이 패널(200)의 일 픽셀의 회로 구성의 예를 도시한다. 여기서, "R", "G", "B"는 도14에서 LED 광원 모듈(50)에서 서브 픽셀을 구성하는 각각의 LED 셀로 이해될 수 있다.
서브 픽셀을 구성하는 각 LED(R,G,B)는 독립적으로 구동되도록 다양한 회로 연결 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 도10에 도시된 바와 같이, LED(R,G,B)의 양극(P0)은 동일한 행에 위치한 다른 셀의 LED(R,G,B)의 양극과 함께 P-MOSFET의 드레인에 연결되고, LED(R,G,B)의 음극(N1,N2,N3)은 동일한 열에서 각 색별로 LED 구동회로의 정전류 입력단자에 연결될 수 있다. P-MOSFET의 소스는 전원공급단자에 연결되고, 게이트는 행 전원공급 제어포트에 연결될 수 있다. 제어부를 통하여 하나의 P-MOSFET의 드레인을 턴 온하여 그 행의 LED의 양극에 전원 공급하고 동시에, 정전류 제어 신호 출력 포트가 LED 구동회로를 제어함으로써, 전원이 공급된 LED를 점등시킬 수 있다.
앞선 실시예에서는, 하나의 픽셀을 구성하는 LED 광원 모듈을 CSP 패키지와 같은 소자로 제조하여 디스플레이를 위한 회로 기판에 탑재하는 형태를 예시하였으나, 서브 픽셀을 구성하는 개별 LED 칩을 회로 기판에 탑재하는 형태로 구현될 수 있다(도17 및 도18 참조).
도17은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 패널을 나타내는 개략 사시도이다.
도17에 도시된 디스플레이 패널(200')은 회로 기판(201')과, 상기 회로 기판(201') 상에 배치된 복수의 LED 칩(C)을 포함한다. 상기 디스플레이 패널(200')은 상기 회로 기판(201') 상에 배치된 블랙 메트릭스(210')를 포함할 수 있다. 이에 한정되지는 않으나, 상기 블랙 매트릭스(210')는 회로 기판(201') 상에 미리 제공되어 상기 LED 칩(C)의 실장시에 그 정확한 위치에 안내하기 위한 가이드로 사용될 수 있다. 또한, 상기 블랙 매트릭스(201')는 서브 픽셀(R,G,B)을 구성하는 LED 칩(C)으로부터 빛샘을 방지하는 역할을 한다. 상기 블랙 매트릭스(210)는 CrO과 같은 금속 화합물 또는 Cr과 같은 금속을 포함할 수 있다.
도18은 도17에 도시된 디스플레이 패널의 일 픽셀영역을 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 절개해 본 측단면도이다. 여기서, 도17에 도시된 LED 칩(C)은 도18에 도시된 바와 같이 각각 R, G, B의 서브 픽셀을 구성하는 LED 셀(C1,C2,C3)로 구분될 수 있다.
도18을 참조하면, 제1 내지 제3 LED 셀(C1,C2,C3)은 상기 회로 기판(201') 상에 탑재되며. 제1 및 제2 전극(117,118)은 제1 및 제2 접속 패드(207,208)에 각각 접속될 수 있다.
상기 회로 기판(201') 상에 탑재된 LED 셀(C1,C2,C3)은 광투과성 기판(111)과 상기 광투과성 기판(111) 상에 배치된 반도체 적층체(115)를 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 LED 셀(C1,C2,C3)은 도19a 및 도19b에 도시된 LED 칩과 유사한 구조로 이해될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 LED 셀(C1,C2,C3)을 위한 제1 내지 제3 광조정부(151,152,153)와 함께, R, G, B를 포함하는 복수의 서브 픽셀을 구성할 수 있다.
상기 제1 내지 제3 LED 셀(C1,C2,C3)가 청색 광을 방출하는 경우에, 상기 제1 및 제2 광조정부(151,152)는 각각 적색 및 녹색 형광체(P1,P2)를 갖는 제1 및 제2 파장 변환부(151a,152a)를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 광조정부(151,152)는 각각 제1 및 제2 파장 변환부(151a,152a) 상에 배치되며 청색 광을 선택적으로 차단하는 광 필터층(151b,152b)을 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 채용된 제3 광조정부(153)는 튜닝용 파장변환물질(PT)을 포함할 수 있다. 상기 튜닝용 파장변환물질(PT)은 청색 광과 다른 색의 광을 제공하기 위한 형광체일 수 있다. 예를 들어, 상기 튜닝용 파장변환물질(PT)은 적색 또는 녹색 형광체일 수 있다.
본 실시예에서는, 도18에 도시된 픽셀 영역에는 3개의 서브 픽셀(R,G,B)이 한 방향으로 나란히 배열되었으나, 필요에 따라 다양한 배열을 가질 수 있다. 예를 들어, 3개의 서브 픽셀(R,G,B)는 3각형의 배열을 가질 수 있다. 서브 픽셀(R,G,B)이 각각 종횡으로 12개(4개의 픽셀)로 배열된 형태를 예시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이며 실제로는 필요한 해상도에 따른 픽셀 수(예, 1,024×768)로 배열될 수 있다. 상기 회로 기판(201')은 각 픽셀의 서브 픽셀(R,G,B)을 독립적으로 구동하도록 구성된 회로를 포함할 수 있다(도16 참조).
앞선 실시예들에 예시된 LED 칩 외에도 다양한 구조의 LED 칩이 채용될 수 있다. 도19a 및 도19b는 본 발명의 일 실시예에 채용가능한 다양한 구조의 LED 칩을 나타내는 단면도이다.
도19a에 도시된 LED 칩(120)은, 광투과성 기판(121)과, 상기 광투과성 기판(121) 상에 배치된 반도체 적층체(125)를 포함할 수 있다.
상기 광투과성 기판(21)은 사파이어와 같은 절연성 기판일 수 있다. 하지만, 이에 한정되지 않으며, 상기 기판(121)은 절연성 기판 외에도 광투과성을 보장할 수 있는 도전성 또는 반도체 기판일 수 있다. 상기 기판(121)의 상면에는 요철(D)이 형성될 수 있다. 상기 요철(D)은 광추출효율을 개선하면서 성장되는 단결정의 품질을 향상시킬 수 있다.
상기 반도체 적층체(125)는 상기 광투광성 기판(121) 상에 순차적으로 배치된 제1 도전형 반도체층(125a), 활성층(125b) 및 제2 도전형 반도체층(125c)을 포함할 수 있다. 상기 광투과성 기판(121)과 상기 제1 도전형 반도체층(125a) 사이에 버퍼층(122)을 배치시킬 수 있다.
상기 버퍼층(122)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1)일수 있다. 예를 들어, 상기 버퍼층(122)는 GaN, AlN, AlGaN, InGaN일 수 있다. 필요에 따라, 복수의 층을 조합하거나, 조성을 점진적으로 변화시켜 사용할 수도 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(125a)은 n형 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1)을 만족하는 질화물 반도체일 수 있으며, n형 불순물은 Si일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 반도체층(125a)은 n형 GaN을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(125c)은 p형 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1)을 만족하는 질화물 반도체층일 수 있으며, p형 불순물은 Mg일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 도전형 반도체층(125c)은 단층 구조로 구현될 수도 있으나, 본 예와 같이, 서로 다른 조성을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다. 상기 활성층(125b)은 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조일 수 있다. 예를 들어, 상기 양자우물층과 양자장벽층은 서로 다른 조성을 갖는 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)일 수 있다. 특정 예에서, 상기 양자우물층은 InxGa1 - xN (0<x≤1)이며, 상기 양자장벽층은 GaN 또는 AlGaN일 수 있다. 상기 활성층(125)은 다중양자우물구조에 한정되지 않고, 단일양자우물 구조일 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극(127,128)은, 동일한 면(제1 면)에 위치하도록, 상기 제1 도전형 반도체층(125a)의 메사 에칭된 영역과 상기 제2 도전형 반도체층(125c)에 각각 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극(127)은 Al, Au, Cr, Ni, Ti, Sn 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제2 전극(128)은 반사성 금속으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 전극(128)은 Ag, Ni, Al, Cr, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함할 수 있으며, 단일층 또는 2층 이상의 구조로 채용될 수 있다.
도19b에 도시된 LED 칩(130)은 광투과성 기판(131)의 일면에 배치된 반도체 적층체(135)을 포함한다. 상기 반도체 적층체(135)는 제1 도전형 반도체층(135a), 활성층(135b) 및 제2 도전형 반도체층(135c)을 포함할 수 있다.
상기 LED 칩(130)은 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(135a,135c)에 각각 접속된 제1 및 제2 전극(137, 138)을 포함한다. 상기 제1 전극(137)은 제2 도전형 반도체층(135c) 및 활성층(135b)을 관통하여 제1 도전형 반도체층(135a)과 접속된 도전성 비아와 같은 연결 전극(137a)과, 상기 연결 전극(137a)에 연결된 제1 전극 패드(137b)를 포함할 수 있다.
상기 연결 전극(137a)은 절연부(133)에 의하여 둘러싸여 활성층(135b) 및 제2 도전형 반도체층(135c)과 전기적으로 분리될 수 있다. 상기 연결 전극(137a)은 반도체 적층체(135)이 식각된 영역에 배치될 수 있다. 상기 연결 전극(137a)은 접촉 저항이 낮아지도록 개수, 형상, 피치 또는 제1 도전형 반도체층(135a)과의 접촉 면적 등을 적절히 설계할 수 있다. 또한, 연결 전극(137a)은 반도체 적층체(125) 상에 행과 열을 이루도록 배열됨으로써 전류 흐름을 개선시킬 수 있다. 상기 제2 전극(138)은 제2 도전형 반도체층(135c) 상의 오믹 콘택층(138a) 및 제2 전극 패드(138b)를 포함할 수 있다.
상기 연결 전극(137a) 및 오믹 콘택층(138a)은 각각 제1 및 제2 도전형 반도체층(135a,135b)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(137b, 138b)는 각각 상기 연결 전극(137a) 및 오믹 콘택층(138a)에 각각 접속되어 상기 LED 칩(130)의 외부 단자로 기능할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 전극 패드(137b, 138b)는 Au, Ag, Al, Ti, W, Cu, Sn, Ni, Pt, Cr, NiSn, TiW, AuSn 또는 이들의 공융 금속을 포함할 수 있다. 상기 절연부(133)은 예를 들어, SiO2, SiOxNy, SixNy 등의 실리콘 산화물, 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. 상기 절연부(133)는 높은 반사율을 확보하기 위해서, 광투과성 물질 내에 광 반사성 필러를 분산시키거나 DBR 구조를 도입할 수 있다.
도20은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도20을 참조하면, 도8에 도시된 디스플레이 패널(200 또는 200')은 패널 구동부(220) 및 제어부(250)와 함께 디스플레이 장치를 구성할 수 있다. 여기서, 디스플레이 장치는 TV, 전자 칠판, 전자 테이블, LFD(Large Format Display), 스마트폰, 태블릿, 데스크탑 PC, 노트북 등과 같은 다양한 전자 장치의 디스플레이로 구현될 수 있다.
패널 구동부(220)는 디스플레이 패널(200 또는 200')을 구동할 수 있으며, 제어부(250)는 상기 패널 구동부(220)를 제어될 수 있다. 상기 제어부(250)를 통해 제어되는 상기 패널 구동부(220)는 R(Red),G(Green), B(Blue)를 포함하는 복수의 서브 픽셀 각각이 독립적으로 턴 온/오프 되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 패널 구동부(220)는 복수의 서브 픽셀 각각에 상기 특정한 구동 주파수를 갖는 클락 신호를 전송하여 복수의 서브 픽셀 각각을 턴 온/오프 시킬 수 있다. 상기 제어부(250)는 입력된 영상 신호에 따라 복수의 서브 픽셀이 설정된 그룹 단위로 턴 온 되도록 상기 패널 구동부(220)를 제어함으로써 원하는 영상을 디스플레이 패널(200 또는 200')에 표시할 수 있다.
도21은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 모듈을 채용가능한 평판 조명 장치의 사시도이다.
도21을 참조하면, 평판 조명 장치(1000)는 광원 모듈(1010), 전원공급장치(1020) 및 케이스(1030)를 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 광원 모듈(1010)은 상술된 실시예들에 따른 LED 광원 모듈(100)을 포함할 수 있다. 전원공급장치(1020)는 광원 모듈 구동부를 포함할 수 있다.
상기 광원 모듈(1010)은 전체적으로 평면 현상을 이루도록 형성될 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 광원 모듈은 복수의 반도체 발광소자 및 이의 구동정보를 저장하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
전원공급장치(1020)는 광원 모듈(1010)에 전원을 공급하도록 구성될 수 있다. 케이스(1030)는 광원 모듈(1010) 및 전원공급장치(1020)가 내부에 수용되도록 수용 공간이 형성될 수 있고, 일측면에 개방된 육면체 형상으로 형성되나 이에 한정되는 것은 아니다. 광원 모듈(1010)은 케이스(1030)의 개방된 일측면으로 빛을 발광하도록 배치될 수 있다.
도22는 본 발명의 일 실시예들에 따른 광원 모듈을 채용할 수 있는 실내용 조명제어 네트워크 시스템이다.
본 실시예에 따른 네트워크 시스템(2000)은 LED 등의 반도체 발광소자를 이용하는 조명 기술과 사물인터넷(IoT) 기술, 무선 통신 기술 등이 융합된 복합적인 스마트 조명-네트워크 시스템일 수 있다. 네트워크 시스템(2000)은, 다양한 조명 장치 및 유무선 통신 장치를 이용하여 구현될 수 있으며, 센서, 컨트롤러, 통신수단, 네트워크 제어 및 유지 관리 등을 위한 소프트웨어 등에 의해 구현될 수 있다.
네트워크 시스템(2000)은 가정이나 사무실 같이 건물 내에 정의되는 폐쇄적인 공간은 물론, 공원, 거리 등과 같이 개방된 공간 등에도 적용될 수 있다. 네트워크 시스템(2000)은, 다양한 정보를 수집/가공하여 사용자에게 제공할 수 있도록, 사물인터넷 환경에 기초하여 구현될 수 있다. 이때, 네트워크 시스템(2000)에 포함되는 LED 램프(2200)는, 도1에 도시된 광원 모듈을 포함할 수 있다. 상기 LED 램프(2200)는 주변 환경에 대한 정보를 게이트웨이(2100)로부터 수신하여 LED 램프(2200) 자체의 조명을 제어하는 것은 물론, LED 램프(2200)의 가시광 통신 등의 기능에 기초하여 사물인터넷 환경에 포함되는 다른 장치들(2300~2800)의 동작 상태 확인 및 제어 등과 같은 역할을 수행할 수도 있다.
도22를 참조하면, 네트워크 시스템(2000)은, 서로 다른 통신 프로토콜에 따라 송수신되는 데이터를 처리하기 위한 게이트웨이(2100), 게이트웨이(2100)와 통신 가능하도록 연결되며 LED를 광원으로 포함하는 LED 램프(2200), 및 다양한 무선 통신 방식에 따라 게이트웨이(2100)와 통신 가능하도록 연결되는 복수의 장치(2300~2800)를 포함할 수 있다. 사물인터넷 환경에 기초하여 네트워크 시스템(2000)을 구현하기 위해, LED 램프(2200)를 비롯한 각 장치(2300~2800)들은 적어도 하나의 통신 모듈을 포함할 수 있다. 일 실시예로, LED 램프(2200)는 WiFi, 지그비(Zigbee), LiFi 등의 무선 통신 프로토콜에 의해 게이트웨이(2100)와 통신 가능하도록 연결될 수 있으며, 이를 위해 적어도 하나의 램프용 통신 모듈(2210)을 가질 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 네트워크 시스템(2000)은 가정이나 사무실 같이 폐쇄적인 공간은 물론 거리나 공원 같은 개방적인 공간에도 적용될 수 있다. 네트워크 시스템(2000)이 가정에 적용되는 경우, 네트워크 시스템(2000)에 포함되며 사물인터넷 기술에 기초하여 게이트웨이(2100)와 통신 가능하도록 연결되는 복수의 장치(2300~2800)는 가전 제품(2300), 디지털 도어록(2400), 차고 도어록(2500), 벽 등에 설치되는 조명용 스위치(2600), 무선 통신망 중계를 위한 라우터(2700) 및 스마트 폰, 태블릿, 랩톱 컴퓨터 등의 모바일 기기(2800) 등을 포함할 수 있다.
네트워크 시스템(2000)에서, LED 램프(2200)는 가정 내에 설치된 무선 통신 네트워크(Zigbee, WiFi, LiFi 등)를 이용하여 다양한 장치(2300~2800)의 동작 상태를 확인하거나, 주위 환경/상황에 따라 LED 램프(2200) 자체의 조도를 자동으로 조절할 수 있다. 또한 LED 램프(2200)는 LED 램프(2200)에서 방출되는 가시광선을 이용한 LiFi(LED WiFi) 통신을 이용하여 네트워크 시스템(2000)에 포함되는 장치들(2300~2800)을 컨트롤할 수도 있다.
우선, LED 램프(2200)는 램프용 통신 모듈(2210)을 통해 게이트웨이(2100)로부터 전달되는 주변 환경, 또는 LED 램프(2200)에 장착된 센서로부터 수집되는 주변 환경 정보에 기초하여 LED 램프(2200)의 조도를 자동으로 조절할 수 있다. 예를 들면, 텔레비전(2310)에서 방송되고 있는 프로그램의 종류 또는 화면의 밝기에 따라 LED 램프(2200)의 조명 밝기는 자동으로 조절될 수 있다. 이를 위해, LED 램프(2200)는 게이트웨이(6100)와 연결된 램프용 통신 모듈(2210)로부터 텔레비전(2310)의 동작 정보를 수신할 수 있다. 램프용 통신 모듈(2210)은 LED 램프(2200)에 포함되는 센서 및/또는 컨트롤러와 일체형으로 모듈화될 수 있다.
예를 들어, TV 프로그램에서 방영되는 프로그램 값이 휴먼드라마일 경우, 미리 설정된 설정 값에 따라 조명도 거기에 맞게 12,000 K 이하의 색 온도로(예를 들면 6,000 K로) 낮아지고 색감이 조절되어 아늑한 분위기를 연출할 수 있다. 반대로 프로그램 값이 개그 프로그램인 경우, 조명도 설정값에 따라 색 온도가 6,000 K 이상으로 높아지고 푸른색 계열의 백색조명으로 조절되도록 네트워크 시스템(2000)이 구성될 수 있다.
또한, 가정 내에 사람이 없는 상태에서 디지털 도어록(2400)이 잠긴 후 일정 시간이 경과하면, 턴-온된 LED 램프(2200)를 모두 턴-오프시켜 전력 낭비를 방지할 수 있다. 또는, 모바일 기기(2800) 등을 통해 보안 모드가 설정된 경우, 가정 내에 사람이 없는 상태에서 디지털 도어록(2400)이 잠기면, LED 램프(2200)를 턴-온 상태로 유지시킬 수도 있다.
LED 램프(2200)의 동작은, 네트워크 시스템(2000)과 연결되는 다양한 센서를 통해 수집되는 주변 환경에 따라서 제어될 수도 있다. 예를 들어 네트워크 시스템(2000)이 건물 내에 구현되는 경우, 빌딩 내에서 조명과 위치센서와 통신모듈을 결합하고, 건물 내 사람들의 위치정보를 수집하여 조명을 턴-온 또는 턴-오프하거나 수집한 정보를 실시간으로 제공하여 시설관리나 유휴공간의 효율적 활용을 가능케 할 수 있다. 일반적으로 LED 램프(2200)와 같은 조명 장치는, 건물 내 각 층의 거의 모든 공간에 배치되므로, LED 램프(2200)와 일체로 제공되는 센서를 통해 건물 내의 각종 정보를 수집하고 이를 시설관리, 유휴공간의 활용 등에 이용할 수 있다.
한편, LED 램프(2200)는 이미지센서, 저장장치, 램프용 통신 모듈(2210) 등과 결합하여, 건물 보안을 유지하거나 긴급상황을 감지하고 대응할 수 있는 장치로 활용할 수 있다. 예를 들어 LED 램프(2200)에 연기 또는 온도 감지 센서 등이 부착된 경우, 화재 발생 여부 등을 신속하게 감지함으로써 피해를 최소화할 수 있다. 또한 외부의 날씨나 일조량 등을 고려하여 조명의 밝기를 조절, 에너지를 절약하고 쾌적한 조명환경을 제공할 수도 있다.
도23은 본 발명의 일 실시예들에 따른 광원 모듈을 채용할 수 있는 개방형 네트워크 시스템이다.
도23을 참조하면, 본 실시예에 따른 네트워크 시스템(2000')은 통신 연결 장치(2100'), 소정의 간격마다 설치되어 통신 연결 장치(2100')와 통신 가능하도록 연결되는 복수의 조명 기구(2200', 2300'), 서버(2400'), 서버(2400')를 관리하기 위한 컴퓨터(2500'), 통신 기지국(2600'), 통신 가능한 상기 장비들을 연결하는 통신망(2700'), 및 모바일 기기(2800') 등을 포함할 수 있다.
거리 또는 공원 등의 개방적인 외부 공간에 설치되는 복수의 조명 기구(2200', 2300') 각각은 도1에 도시된 광원 모듈과 함께 스마트 엔진(2210', 2310')을 포함할 수 있다. 스마트 엔진(2210', 2310')은 빛을 내기 위한 반도체 발광소자, 반도체 발광소자를 구동하기 위한 구동 드라이버 외에 주변 환경의 정보를 수집하는 센서, 및 통신 모듈 등을 포함할 수 있다. 상기 통신 모듈에 의해 스마트 엔진(2210', 2310')은 WiFi, Zigbee, LiFi 등의 통신 프로토콜에 따라 주변의 다른 장비들과 통신할 수 있다.
일례로, 하나의 스마트 엔진(2210')은 다른 스마트 엔진(2310')과 통신 가능하도록 연결될 수 있다. 이때, 스마트 엔진(2210', 2310') 상호 간의 통신에는 WiFi 확장 기술(WiFi Mesh)이 적용될 수 있다. 적어도 하나의 스마트 엔진(2210')은 통신망(2700')에 연결되는 통신 연결 장치(2100')와 유/무선 통신에 의해 연결될 수 있다. 통신의 효율을 높이기 위해, 몇 개의 스마트 엔진(2210', 2310')을 하나의 그룹으로 묶어 하나의 통신 연결 장치(2100')와 연결할 수 있다.
통신 연결 장치(2100')는 유/무선 통신이 가능한 액세스 포인트(access point, AP)로서, 통신망(2700')과 다른 장비 사이의 통신을 중개할 수 있다. 통신 연결 장치(6100')는 유/무선 방식 중 적어도 하나에 의해 통신망(2700')과 연결될 수 있으며, 일례로 조명 기구(2200', 2300') 중 어느 하나의 내부에 기구적으로 수납될 수 있다.
통신 연결 장치(2100')는 WiFi 등의 통신 프로토콜을 통해 모바일 기기(2800')와 연결될 수 있다. 모바일 기기(2800')의 사용자는 인접한 주변의 조명 기구(2200')의 스마트 엔진(2210')과 연결된 통신 연결 장치(2100')를 통해, 복수의 스마트 엔진(2210', 2310')이 수집한 주변 환경 정보를 수신할 수 있다. 상기 주변 환경 정보는 주변 교통 정보, 날씨 정보 등을 포함할 수 있다. 모바일 기기(2800')는 통신 기지국(2600')을 통해 3G 또는 4G 등의 무선 셀룰러 통신 방식으로 통신망(2700')에 연결될 수도 있다.
한편, 통신망(2700')에 연결되는 서버(2400')는, 각 조명 기구(2200', 2300')에 장착된 스마트 엔진(2210', 2310')이 수집하는 정보를 수신함과 동시에, 각 조명 기구(2200', 2300')의 동작 상태 등을 모니터링 할 수 있다. 각 조명 기구(2200', 2300')의 동작 상태의 모니터링 결과에 기초하여 각 조명 기구(2200', 2300')를 관리하기 위해, 서버(2400')는 관리 시스템을 제공하는 컴퓨터(2500')와 연결될 수 있다. 컴퓨터(2500')는 각 조명 기구(2200', 2300'), 특히 스마트 엔진(2210', 2310')의 동작 상태를 모니터링하고 관리할 수 있는 소프트웨어 등을 실행할 수 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 속한다고 할 것이다.

Claims (20)

  1. 각각 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 제1 내지 제3 LED 셀을 포함하며, 제1 면 및 상기 제1 면과 반대에 위치하는 제2 면을 갖는 셀 어레이;
    상기 셀 어레이의 제1 면에 배치되며, 상기 제1 내지 제3 LED 셀이 선택적으로 구동 가능하도록 상기 제1 내지 제3 LED 셀에 전기적으로 연결된 전극부;
    상기 제1 내지 제3 LED 셀에 각각 대응되도록 상기 셀 어레이의 제2 면에 배치되며, 상기 제1 내지 제3 LED 셀로부터 방출되는 광을 조정하여 각각 적색 광, 녹색 광 및 청색 광을 제공하도록 구성된 제1 내지 제3 광조정부; 및
    상기 제1 내지 제3 광조정부가 서로 분리되도록 상기 제1 내지 제3 광조정부 사이에 배치된 격벽을 포함하며,
    상기 제1 내지 제3 광조정부 중 적어도 하나의 광조정부는 상기 조정된 광의 제1 피크의 파장과 다른 제2 피크의 파장의 광을 제공하기 위한 튜닝용 파장변환물질을 포함하는 LED 광원 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 LED 셀은 청색 광을 방출하며, 상기 제1 및 제2 광조정부는 각각 적색 및 녹색 형광체를 갖는 제1 및 제2 파장 변환부를 포함하는 LED 광원 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광조정부는 상기 제3 광조정부를 포함하며, 상기 제1 피크 파장은 청색 대역의 피크 파장이며, 상기 제2 피크 파장은 상기 제1 피크 파장과 다른 가시광 대역의 파장인 LED 광원 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 피크 파장은 상기 제1 피크 파장과 다른 청색 또는 청록색 대역의 피크 파장인 LED 광원 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 피크 파장은 440㎚∼460㎚ 범위이며, 상기 제2 피크 파장은 520㎚∼600㎚ 범위인 LED 광원 모듈.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제3 광조정부는 상기 제2 피크 파장의 광을 흡수하는 광흡수재를 더 포함하는 LED 광원 모듈.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광조정부는 상기 제1 광조정부를 포함하며, 상기 제1 피크 파장은 적색 대역의 피크 파장이며, 상기 제2 피크 파장은 상기 제1 피크 파장과 다른 가시광 대역의 파장인 LED 광원 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 피크 파장은 상기 제1 피크 파장과 다른 적색 또는 황적색 대역의 피크 파장인 LED 광원 모듈.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 피크 파장은 610㎚∼640㎚ 범위이며, 상기 제2 피크 파장은 520㎚∼600㎚ 범위인 LED 광원 모듈.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 광조정부는 상기 제2 피크 파장의 광을 흡수하는 광흡수재를 더 포함하는 LED 광원 모듈.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 광조정부는 각각 제1 및 제2 파장 변환부 상에 배치되며 청색 광을 선택적으로 차단하는 광 필터층을 더 포함하는 LED 광원 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 LED 셀은 자외선 광을 방출하며, 상기 제1 내지 제3 광조정부는 각각 적색, 녹색 및 청색 형광체를 갖는 제1 내지 제3 파장 변환부를 포함하는 LED 광원 모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    피크 파장의 스펙트럼 면적을 해당 피크 파장에 인접한 골 또는 제로 포인트 사이의 적분 면적으로 정의할 때에, 상기 제2 피크 파장과 스펙트럼 면적은 상기 제1 피크 파장의 스펙트럼 면적의 20% 이하인 LED 광원 모듈.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 셀 어레이는 상기 제1 내지 상기 제3 LED 셀이 서로 분리되도록 상기 제1 내지 상기 제3 LED 셀을 각각 둘러싸는 반사성 절연부를 더 포함하며, 상기 격벽은 상기 반사성 절연부와 연결되는 LED 광원 모듈.
  15. 각각 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 제1 내지 제3 LED 셀을 포함하며, 제1 면 및 상기 제1 면과 반대에 위치하는 제2 면을 갖는 셀 어레이;
    상기 셀 어레이의 제1 면에 배치되며, 상기 제1 내지 제3 LED 셀이 선택적으로 구동 가능하도록 상기 제1 내지 제3 LED 셀에 전기적으로 연결된 전극부;
    상기 제1 내지 제3 LED 셀 각각에 대응되도록 상기 셀 어레이의 제2 면에 배치되며, 상기 활성층으로부터 방출되는 광을 각각 서로 다른 파장의 광으로 조정하도록 구성된 제1 내지 제3 광조정부; 및,
    상기 제1 내지 제3 광조정부가 서로 분리되도록 상기 제1 내지 제3 광조정부 사이에 배치된 격벽을 포함하며,
    상기 제1 내지 제3 광조정부 중 적어도 하나의 광조정부는 상기 조정된 광의 메인 피크의 파장과 다른 서브 피크의 파장의 광을 제공하기 위한 튜닝용 파장변환물질을 포함하는 LED 광원 모듈.
  16. 복수의 픽셀 영역을 갖는 회로 기판; 및
    상기 복수의 픽셀 영역 각각에 탑재된 복수의 LED 광원 모듈;을 포함하며,
    상기 복수의 LED 광원 모듈 각각은,
    각각 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 가지며, 서브 픽셀로 제공되는 제1 내지 제3 LED 셀을 포함하며, 제1 면 및 상기 제1 면과 반대에 위치하는 제2 면을 갖는 셀 어레이와,
    상기 셀 어레이의 제1 면에 배치되며, 상기 제1 내지 제3 LED 셀이 선택적으로 구동 가능하도록 상기 제1 내지 제3 LED 셀에 전기적으로 연결된 전극부와,
    상기 제1 내지 제3 LED 셀 각각에 대응되도록 상기 셀 어레이의 제2 면에 배치되며, 상기 제1 내지 제3 LED 셀로부터 방출되는 광을 각각 적색 광, 녹색 광 및 청색 광으로 조정하도록 구성된 제1 내지 제3 광조정부; 및
    상기 제1 내지 제3 광조정부가 서로 분리되도록 상기 제1 내지 제3 광조정부 사이에 배치된 격벽를 포함하며,
    상기 제1 내지 제3 광조정부 중 적어도 하나의 광조정부는 상기 조정된 광의 스펙트럼에서 메인 피크의 파장과 다른 파장의 서브 피크를 제공하기 위한 튜닝용 파장변환물질을 포함하는 디스플레이 패널.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 LED 광원 모듈은 상기 튜닝용 파장 변환 물질이 서로 다른 함량으로 갖는 2개 이상의 LED 광원 모듈을 포함하는 디스플레이 패널.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 LED 광원 모듈 중 일부는 상기 적어도 하나의 광조정부에 상기 서브 피크의 파장을 흡수하기 위한 광흡수재를 더 포함하는 디스플레이 패널.
  19. 디스플레이 패널;
    상기 디스플레이 패널을 구동하기 위한 패널 구동부; 및
    상기 패널 구동부를 제어하기 위한 제어부를 포함하고,
    상기 디스플레이 패널은,
    각각 제1 내지 제3 서브 픽셀을 갖는 복수의 픽셀이 배열되며, 상기 각각 픽셀의 제1 내지 제3 서브 픽셀 각각이 선택적으로 구동되도록 구성된 회로 패턴을 갖는 회로 기판과,
    상기 제1 내지 제3 서브 픽셀에 각각 배치되며 상기 회로 패턴에 전기적으로 연결된 제1 내지 제3 LED 칩과,
    상기 회로 기판 상에 배치되며 제1 내지 제3 LED 칩에 각각 대응되는 제1 내지 제3 방출창을 갖는 격벽과,
    상기 제1 내지 제3 방출창에 각각 배치되며, 상기 제1 내지 제3 LED 칩으로부터 방출되는 광을 적색 광, 녹색 광 및 청색 광으로 조정하는 제1 내지 제3 광조정부를 포함하며,
    상기 제1 내지 제3 광조정부 중 적어도 하나의 광조정부는 상기 조정된 광의 스펙트럼에서 메인 피크의 파장과 다른 파장의 서브 피크를 제공하기 위한 튜닝용 파장변환물질을 포함하는 디스플레이 장치.
  20. LED 셀로부터 방출되는 광의 피크 파장을 측정하는 단계;
    상기 측정된 피크 파장을 기준 피크 파장을 비교하는 단계;
    상기 측정된 피크 파장과 기준 피크 파장의 차이에 기초하여, 기준 광조정부의 설계 조건을 변경하는 단계; 및
    상기 변경된 설계 조건에 따라 상기 LED 셀을 위한 광조정부를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 광조정부는 적어도 하나의 파장변환물질을 포함하며,
    상기 기준 광조정부의 설계 조건은, 상기 기준 피크 파장의 광이 목표 색좌표를 갖는 광으로 조정되고 상기 조정된 광이 제1 피크 파장과 상기 제1 피크 파장의 세기보다 낮은 제2 피크 파장을 갖는 스펙트럼을 나타내도록 설정되고,
    상기 기준 광조정부의 설계 조건을 변경하는 단계는, 상기 제2 피크 파장의 강도를 조절하는 단계를 포함하는 LED 광원 모듈 제조방법.

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