KR20210115236A - 광원모듈 - Google Patents

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KR20210115236A
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임의진
김성진
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 실시예는 광원모듈에 관한 것이다. 일 측면에 따른 광원모듈은, 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판 상에 배치되는 광원; 상기 인쇄회로기판 상에 배치되며, 상기 광원을 수용하는 제1광가이드층; 및 상기 제1광가이드층의 상부에 배치되는 제2광가이드층을 포함하며, 상기 제1광가이드층의 재질은 상기 제2광가이드층의 재질과 다르고, 상기 제1광가이드층의 굴절률은 상기 제2광가이드층의 굴절률 보다 크다.

Description

광원모듈{LED Light source module}
본 실시예는 광원모듈에 관한 것이다.
전자기기에 사용되는 다양한 광원을 활용한 광원모듈은 각 전자기기의 특성에 따라 적합한 광원을 활용하여 광 효율을 높이는 방식으로 구현되고 있다.
최근 이러한 전자기기에 사용되는 광원모듈은 평판디스플레이에 적용되는 백라이트유닛이나, 실내환경에 사용하는 실내등, 또는 자동차 외부에 설치되는 전조등, 안개등, 후퇴등, 차폭등, 번호등, 후미등, 제동등, 방향지시등, 비상점멸표시등이나, 자동차 내부에 설치되는 실내조명등에 다양하게 적용될 수 있다.
한편, LED의 발광효율을 향상시키기 위한 노력은 칩에서 패키지에 이르기까지 지속적으로 진행되고 있다. 예를 들어, 패키지 단계에서는 방열판 등을 이용하여 열 방출 효율이 좋은 물질을 사용하여 상대적으로 높은 전류를 인가시켜 열적으로 안정한 구조를 구성하거나, 패키지의 광학적인 구조나 특성을 고려한 최적 설계로 광추출 효율을 상승시키는 노력이 진행되고 있다.
그러나 이러한 노력의 상당부분이 실험실 수준에서는 어느 정도의 효과를 얻고 있지만, 실제 제조공정에서 적용하는 데 상당한 어려움이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 구조를 개선하여 높은 광효율을 가지고, 면광원을 위한 핫스팟을 제거할 수 있는 광원모듈을 제공하는 것에 있다.
또한, LED의 핫스팟을 제거하기 위하여 별도 층을 구현하고 복수개의 공정이 적용되는 구조에서 구조를 단순하게 하여 공정도 간소화 하고 동시에 균일한 면광원을 갖는 광원모듈을 제공하는 것에 있다.
본 실시예에 따른 광원모듈은, 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판 상에 배치되는 광원; 상기 인쇄회로기판 상에 배치되며, 상기 광원을 수용하는 제1광가이드층; 및 상기 제1광가이드층의 상부에 배치되는 제2광가이드층을 포함하며, 상기 제1광가이드층의 재질은 상기 제2광가이드층의 재질과 다르고, 상기 제1광가이드층의 굴절률은 상기 제2광가이드층의 굴절률 보다 크다.
본 실시예를 통해 굴절률이 서로 상이한 제1광가이드층 및 제2광가이드층으로 광을 조사하게 되므로, 빛의 균일도가 증가하고, 핫스팟(hot spot)이 제거될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광원모듈의 단면도.
도 2는 도 1의 일부를 확대한 확대도.
도 3은 제1광가이드층과 제2광가이드층의 재질 차이에 따른 광의 조사각을 비교한 도면.
도 4는 제1광가이드층과 제2광가이드층의 재질 차에에 따른 핫스팟을 비교한 도면.
도 5 내지 7은 제1광가이드층과 제2광가이드층의 두께에 따른 광의 균일도를 비교한 도표.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A,B,C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐 만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속＇되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐 만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광원모듈의 단면도 이고, 도 2는 도 1의 일부를 확대한 확대도 이며, 도 3은 제1광가이드층과 제2광가이드층의 재질 차이에 따른 광의 조사각을 비교한 도면이고, 도 4는 제1광가이드층과 제2광가이드층의 재질 차에에 따른 핫스팟을 비교한 도면이며, 도 5 내지 7은 제1광가이드층과 제2광가이드층의 두께에 따른 광의 균일도를 비교한 도표이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광원모듈(100)은, 인쇄회로기판(110), 광원(120), 광반사층(130), 제1광가이드층(140) 및 제2광가이드층(150)을 포함할 수 있다.
상기 인쇄회로기판(110)은 플레이트 형상으로 형성되어, 상면에 상기 광원(120)이 실장될 수 있다. 상기 광원(120)은 발광다이오드(LED)를 포함할 수 있다. 상기 광원(120)은 복수로 구비되어, 상기 인쇄회로기판(110) 상에 상호 이격되게 배치될 수 있다. 상기 광원(120)은 광을 제공할 수 있다. 상기 광원(120)은 측면형(side view type) 발광다이오드일 수 있다. 이와 달리, 상기 광원(120)은 직하형 발광다이오드일 수 있다
상기 광반사층(130)은 상기 인쇄회로기판(110)의 상면에 배치될 수 있다. 상기 광반사층(130)은 플레이트 형상으로 형성되어, 상기 인쇄회로기판(110)의 상부에 배치될 수 있다. 상기 광반사층(130)은 상기 광원(120)에서 발생되는 광을 피조사 영역으로 반사시킬 수 있다. 상기 광반사층(130)에는 상기 광원(120)의 배치 영역을 형성하는 홀이 형성될 수 있다. 상기 홀을 통해 상기 광원(120)은 상기 인쇄회로기판(110) 상에 실장될 수 있다. 상기 광반사층(130)의 상부에는 복수개의 반사 패턴(미도시)가 배치 될 수 있다. 복수개의 반사 패턴(미도시)은 상기 광원(120)에서 발생되는 광을 상부 영역으로 더 반사 시킬 수 있으며, 복수개의 반사 패턴은 상기 광원(120)에서 멀어질수록 반사 패턴 각각의 면적이 커지거나 또는 복수개의 반사 패턴의 밀도가 커지는 영역을 포함하도록 배치 될 수 있다. 상기 광원(120)의 출사광은 상기 광원(120)에서 멀어질수록 약해지므로 상기 광원모듈(100)의 빛의 균일도를 구현하기 위해서는 상기 광원(120)에서 멀어질수록 출사광을 상부로 더 반사해야 하기 때문에 상기 복수개의 반사 패턴(미도시)의 배치를 해당 설명처럼 진행 할 수 있다.
상기 인쇄회로기판(110) 및 상기 광반사층(130)의 상부에는 제1광가이드층(140)과, 제2광가이드층(150)이 배치될 수 있다. 상기 제1광가이드층(140)과 상기 제2광가이드층(150)은 상하 방향으로 적층될 수 있다. 상기 제1광가이드층(140)에는 상기 광원이 수용될 수 있다.
상기 제1광가이드층(140)은 제1두께(T1)로 형성될 수 있다. 상기 제2광가이드층(150)은 제2두께(T2)로 형성될 수 있다. 상기 제1두께(T1)는 상기 제2두께(T2) 보다 클 수 있다. 상기 제1광가이드층(140)의 상면은 상기 광원(120)의 상면 보다 높게 배치될 수 있다. 상기 제1두께(T1)는 상기 광원(120)의 높이 보다 크게 형성될 수 있다.
상기 제1광가이드층(140)과 상기 제2광가이드층(150)의 재질은 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 제1광가이드층(140)의 재질은 실리콘일 수 있다. 상기 제2광가이드층(150)은 황산 바륨과 레진이 혼합된 재질일 수 있다. 상기 제2광가이드층(150)은 황산 바륨과 레진이 1:4의 비율로 혼합된 재질일 수 있다. 이에 따라, 상기 제1광가이드층(140)과 상기 제2광가이드층(150)은 서로 다른 굴절률을 가질 수 있다. 상기 제1광가이드층(140)의 굴절률은 상기 제2광가이드층(150)의 굴절률 보다 클 수 있다.
일 예로, 상기 제1광가이드층(140)의 굴절률은 1.5 내지 1.6의 범위를 형성할 수 있다. 상기 제2광가이층(150)의 굴절률은 1.4 내지 1.5의 범위를 형성할 수 있다.
상기와 같은 구조에 따르면, 굴절률이 서로 다른 복수의 광가이드층(140, 150)을 통해 상기 광원(120)으로부터 발생되는 광을 도광시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 제1광가이드층(140) 보다 굴절률이 낮은 상기 제2광가이드층(150)을 통해 광이 확산되므로, 보다 균일한 면광원이 형성될 수 있다.
제1광가이드층(140)과 제2광가이드층(150)의 재질이 동일할 경우, 도 3의 (a)에서와 같이 광원(3)으로부터 발생되는 광이 각각 제1광가이드층(1)과 제2광가이드층(2)에서 수평면에 대해 동일한 각도로 조사되므로, 수평 방향으로 빛의 균일도가 떨어지고, 광원(3)에서 출사된 광이 경로의 변경 없이 직진성을 가지므로 광원(3)과 가까운 영역에 핫스팟이 발생하는 문제점이 있다.
그러나, 본 실시에서와 같이 상기 제1광가이드층(140)과 상기 제2광가이드층(150)이 이종 재질일 경우, 각 재질에서의 굴절률의 차이로 인하여 도 3의 (b)에서와 같이 상기 광원(120)으로부터 발생되는 광이 각각 제1광가이드층(140)과 제2광가이드층(150)에서 수평면에 대해 서로 다른 각도로 조사되므로, 수평 방향으로 빛의 균일도가 향상되고, 광원(120)에서 출사된 광이 제1광가이드층(140)에서 제2광가이드층(150)으로 들어가는 시점에서 경로의 변경이 이뤄지므로 광원(120)과 가까운 영역에 핫스팟이 줄어드는 장점이 있다.
즉, 상기 광원(120)으로부터 발생되는 광은 상기 제1광가이드층(140)에서 보다 상기 제2광가이드층(150)에서 수평면에 대해 더 낮은 각도를 형성하도록 조사될 수 있다. 따라서, 상기 광원(120)으로부터 발생된 광은 상기 제2광가이드층(150)에서 수평 방향으로 보다 넓게 확산될 수 있어, 핫스팟(hot spot)이 제거될 수 있다.
도 4를 참조하면, 제1광가이드층(140)과 제2광가이드층(150)의 재질이 동일할 경우에는(도 4 (a)), 핫스팟 발생 영역에서 89908 cd/m2의 휘도를 형성하였다. 그러나, 본 실시예에 따르면(도 4 (b)), 핫스팟 발생 영역에서 80326 cd/m2의 휘도를 형성하여, 제1광가이드층(140)과 제2광가이드층(150)의 재질이 동일한 경우에서 보다 핫스팟 발생 영역이 감소되는 것을 확인할 수 있다.
도 5는 상기 제1광가이드층(140)의 제1두께(T1)가 2mm일 경우, 상기 제2광가이드층(150)의 두께 변화에 따른 광의 균일도를 나타낸 도표이다.
도 6은 상기 제1광가이드층(140)의 제1두께(T1)가 3mm일 경우, 상기 제2광가이드층(150)의 두께 변화에 따른 광의 균일도를 나타낸 도표이다.
도 7은 상기 제1광가이드층(140)의 제1두께(T1)가 4mm일 경우, 상기 제2광가이드층(150)의 두께 변화에 따른 광의 균일도를 나타낸 도표이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 세로축의 Min[nit]는 광원모듈(100)의 휘도의 최소값, Max[nit]는 광원모듈(100)의 휘도의 최대값, Mean[nit]는 광원모듈(100)의 평균값, Homogeneity는 광원모듈(100)이 발광하는 광의 균일성을 의미한다. 또한, 가로축 1. 은 광원모듈(100)의 중심을 가로지르는 일직선의 전체 영역에 대한 휘도값이며, 2. 은 광원모듈(100)의 중심을 가로지르는 일직선의 일부 영역에 대한 휘도값을 의미한다.
도 5 내지 7을 참조하면, 상기 제1광가이드층(140)이 3mm일 경우 상기 제2광가이드층(150)으로부터 조사되는 광의 균일도가 가장 높은 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1광가이드층(140)의 두께는 2mm 내지 4mm 이하일 경우, 다른 구간에서보다 높은 광 균일도가 형성되는 것을 확인할 수 있다.
도 5의 (I)는 상기 제2광가이드층(150)의 제2두께(T2)가 0.4mm일 경우 광의 균일도를 나타낸 도표이다.
도 5의 (II)는 상기 제2광가이드층(150)의 제2두께(T2)가 0.7mm일 경우 광의 균일도를 나타낸 도표이다.
도 5의 (III)는 상기 제2광가이드층(150)의 제2두께(T2)가 1.0mm일 경우 광의 균일도를 나타낸 도표이다.
도 5의 (I) 내지 (III)를 참조하면, 상기 제2광가이드층(150)의 제2두께(T2)가 증가할수록 광의 균일도가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1광가이드층(140)의 두께가 2mm 내지 4mm이하의 범위에서, 상기 제2광가이드층(150)의 두께가 0.4mm 내지 1.0mm 이하일 경우, 다른 구간에서보다 높은 광 균일도가 형성되는 것을 확인할 수 있다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 상기 제1광가이드층(140)의 제1두께(T1)가 3mm 일 경우, 상기 제2광가이드층(150)의 제2두께(T2)가 0.4mm 이더라도 도5 및 도7에 따라 상기 제1광가이드층(140)의 제1두께(T1)가 2mm 또는 4mm 인 경우보다 상기 제2광가이드층(150)으로부터 조사되는 광의 균일도가 높은 것을 확인 할 수 있다. 그러므로, 상기 제1두께(T1):상기 제2두께(T2) = 3mm:0.4mm~1.0mm의 비율을 만족할 때 적은 비용으로 광의 균일도를 증가 할 수 있다. 즉, 상기 제2두께(T2)는 상기 제1두께(T1) 대비하여 0.13~0.34의 비율을 만족하도록 형성하는 것이 좋으며, 상기 제1두께(T1) 대비하여 0.23~0.34의 비율을 만족하도록 형성하는 것이 더 좋으며, 상기 제1두께(T1) 대비하여 0.33~0.34의 비율을 만족하도록 형성 할 때 광이 가장 균일하게 구현 될 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 '포함하다', '구성하다' 또는 '가지다' 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 인쇄회로기판;
    상기 인쇄회로기판 상에 배치되는 광원;
    상기 인쇄회로기판 상에 배치되며, 상기 광원을 수용하는 제1광가이드층; 및
    상기 제1광가이드층의 상부에 배치되는 제2광가이드층을 포함하며,
    상기 제1광가이드층의 재질은 상기 제2광가이드층의 재질과 다르고,
    상기 제1광가이드층의 굴절률은 상기 제2광가이드층의 굴절률 보다 큰 광원모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1광가이드층의 재질은 실리콘을 포함하고,
    상기 제2광가이드층의 재질은 황산 바륨 및 레진을 포함하는 광원모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 황산 바륨과 상기 레진의 조성비는 1:4인 광원모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1광가이드층의 두께는 상기 제2광가이드층의 두께 보다 큰 광원모듈.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 광원은 측면형(side view type) 발광다이오드인 광원모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판 상에 배치되며, 상기 광원으로부터 조사되는 광을 반사시키는 광반사층을 포함하는 광원모듈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1광가이드층의 굴절률은 1.5 내지 1.6 이하이고,
    상기 제2광가이드층의 굴절률은 1.4 내지 1.5이하인 광원모듈.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1광가이드층의 두께는 2mm 내지 4mm 이하이고,
    상기 제2광가이드층의 두께는 0.4mm 내지 1.0mm 이하인 광원모듈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1광가이드층의 두께를 기준으로 상기 제2광가이드층의 두께는 0.13 내지 0.34 이하인 광원모듈.
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