KR20170111618A - 조명 모듈 - Google Patents

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KR20170111618A
KR20170111618A KR1020160037446A KR20160037446A KR20170111618A KR 20170111618 A KR20170111618 A KR 20170111618A KR 1020160037446 A KR1020160037446 A KR 1020160037446A KR 20160037446 A KR20160037446 A KR 20160037446A KR 20170111618 A KR20170111618 A KR 20170111618A
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optical
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김기현
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시 예에 개시된 조명 모듈은, 발광 소자가 배치된 복수의 발광 모듈; 상기 복수의 광학 모듈 각각의 위에 배치된 복수의 제1광학 렌즈; 상기 복수의 제1광학 렌즈 상에 배치되며 볼록 렌즈 형상을 갖는 복수의 셀을 갖는 제2광학 렌즈; 상기 제2광학 렌즈를 수직 상 또는 하 방향으로 이동시켜 주는 액츄에이터를 포함한다.

Description

조명 모듈{LIGHTING MODULE}
실시 예는 조명 모듈에 관한 것이다.
실시 예는 발광 다이오드 및 광학 렌즈를 갖는 조명 모듈을 제공한다.
발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)는 GaAs 계열, AlGaAs 계열, GaN 계열, InGaN 계열 및 InGaAlP 계열 등의 화합물 반도체 재료를 이용하여 발광 원을 구성할 수 있다.
이러한 발광 다이오드는 패키지화되어 다양한 색을 방출하는 발광 소자로 이용되고 있으며, 발광 소자는 칼라를 표시하는 점등 표시기, 문자 표시기 및 영상 표시기 등의 다양한 분야에 조명으로 사용되고 있다.
실시 예는 발광 소자로부터 방출된 광의 지향각 분포를 조절할 수 있는 조명 모듈을 제공한다.
실시 예는 발광 모듈로부터 방출된 광을 타겟으로 조사하기 위한 광학 렌즈에 의한 조도 분포를 변화시켜 줄 수 있는 조명 모듈을 제공한다.
실시 예는 발광 모듈 상에 복수의 제1광학 렌즈를 배치하고, 상기 제1광학 렌즈 상에 복수의 볼록 렌즈를 갖는 제2광학 렌즈를 배열한 조명 모듈을 제공한다.
실시 예에 따른 조명 모듈은, 실시 예에 개시된 조명 모듈은, 발광 소자가 배치된 복수의 발광 모듈; 상기 복수의 광학 모듈 각각의 위에 배치된 복수의 제1광학 렌즈; 상기 복수의 제1광학 렌즈 상에 배치되며 볼록 렌즈 형상을 갖는 복수의 셀을 갖는 제2광학 렌즈; 상기 제2광학 렌즈를 수직 상 또는 하 방향으로 이동시켜 주는 액츄에이터를 포함한다.
실시 예는 조명 모듈에 의해 조도 분포나 배광 분포를 조절할 수 있는 효과가 있다.
실시 예는 조명 모듈을 갖는 조명 기구 또는 조명 장치에 적용될 수 있다.
실시 예는 조명 모듈에 의해 타겟 면의 조도 분포에서 중심 조도를 강조하거나 외곽 필드(1.0 Field)에서의 조도를 보강할 수 있는 효과가 있다.
실시 예는 조명 모듈 및 이를 구비한 조명 기구의의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 조명 모듈을 갖는 조명 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 조명 모듈의 제2광학 렌즈의 이동 전 상태를 나타낸 측 단면도이다.
도 3은 도 1의 조명 모듈의 제2광학 렌즈를 이동한 상태를 나타낸 측 단면도이다.
도 4는 도 2의 조명 모듈의 부분 확대도이다.
도 5는 도 1의 조명 모듈에서 제2광학 렌즈에서 본 평면도의 예이다.
도 6은 도 2의 조명 모듈의 다른 예이다.
도 7은 실시 예에 따른 조명 모듈의 발광 소자를 나타낸 도면이다.
도 8은 실시 예에 따른 조명 모듈의 발광 소자의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 9의 (A)(B)는 도 2의 조명 모듈에서의 조도 분포 및 지향각 분포를 나타낸 도면이다.
도 10의 (A)(B)는 도 3의 조명 모듈에서의 조도 분포 및 지향각 분포를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
실시 예의 설명에 있어서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
<조명 모듈>
도 1은 실시 예에 따른 조명 모듈을 갖는 조명 장치를 나타낸 도면이며, 도 2는 도 1의 조명 모듈의 제2광학 렌즈의 이동 전 상태를 나타낸 측 단면도이고, 도 3은 도 1의 조명 모듈의 제2광학 렌즈를 이동한 상태를 나타낸 측 단면도이며, 도 4는 도 2의 조명 모듈의 부분 확대도이다.
도 1내지 도 4를 참조하면, 조명 장치는 전원부(101), 제어 보드(103), 조명 모듈(100)을 포함하며, 상기 전원부(101)는 조명 장치에 필요한 각 종 전원을 공급하게 된다. 상기 제어보드(control board, 103)는 상기 전원부(101)로부터 전원을 공급받아 상기 조명 모듈(100)의 구동을 위한 전원을 공급하고, 조명 제어를 위한 제어 신호를 출력하게 된다. 또한 상기 제어보드(103)는 상기 조명 모듈(100)의 조도 분포를 변화시켜 주기 위해 전류의 방향 및 크기를 제어할 수 있다.
도 2 및 도 3과 같이, 상기 조명 모듈(100)은, 케이스(case)(110), 상기 케이스(110) 하부에 베이스(base) 기판(120), 상기 베이스 기판(120) 상에 복수의 발광 모듈(130), 상기 복수의 발광 모듈(130) 각각에 배치된 복수의 제1광학 렌즈(160), 상기 복수의 제1광학 렌즈(160) 상에 제2광학 렌즈(180), 및 상기 제2광학 렌즈(180)를 수직 방향 또는 광축 방향으로 상/하 이동시켜 주는 액츄에이터(Actuator)(170)를 포함한다.
여기서, 상기 액츄에이터(170)는 코일(175)과 자석(171)을 포함하며, 상기 코일(175)에 공급되는 전류 방향 및 전류 세기에 따라 상기 코일(175)과 자석(171) 간의 전자기력을 이용하여, 상기 코일(175) 또는 자석(171) 중 이동 가능한 어느 하나를 이동시켜 줄 수 있다. 상기 액츄에이터(170)는 VCM(Voce Coil Motor) 방식을 포함할 수 있다.
상기 케이스(110)는 도 2와 같이, 내부에 개구부(111)를 구비하게 되며, 상기 개구부(111)에는 발광 모듈(130) 및 복수의 제1광학 렌즈(160)가 배치될 수 있다. 상기 케이스(110)에는 액츄에이터(170)의 자석(171)이 결합될 수 있고, 상기 자석(171)은 케이스(110)에 고정될 수 있다. 상기 자석(171)은 상기 케이스(110)의 상부 둘레를 따라 적어도 하나 또는 복수로 상기 제2광학 렌즈(180)에 인접한 위치에 배치될 수 있다. 상기 자석(171)은 원 형상 또는 다각형 형상의 링(ring) 형상일 수 있으며, 영구 자석을 포함할 수 있다. 상기 코일(175)은 권선 코일을 포함한다.
상기 베이스 기판(120)은 회로 패턴을 포함하며 상기 케이스(110)의 하부에 결합될 수 있다. 상기 베이스 기판(120)은 상기 케이스(110)의 개구부(111)의 바닥 면에 배치되어, 상기 개구부(111) 바닥을 통해 광이 누설되는 것을 차단할 수 있다. 상기 베이스 기판(120)은 복수의 발광 모듈(130)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 베이스 기판(120)은 상면에 반사층 예컨대, 솔더 레지스트와 같은 반사 재질이 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 복수의 발광 모듈(130) 각각은 회로 기판(131) 및 발광 소자(133)를 포함하며, 상기 회로 기판(131)은 상기 발광 소자(133) 및 베이스 기판(120)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 회로 패턴을 포함할 수 있다. 상기 회로 기판(131)은 예를 들어, 세라믹 재질의 기판, 수지 재질의 기판(PCB, Printed circuit board), 메탈 코어 기판(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 기판(FPCB, Flexible PCB) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 회로 기판(131)은 제1광학 렌즈(160) 아래에 배치될 수 있다.
상기 발광 소자(133)는, 청색, 적색, 녹색, 백색, UV(Ultraviolet) 중 적어도 하나를 발광할 수 있으며, 예컨대 조명을 위해 백색 광을 방출할 수 있다. 상기 발광 소자(133)는 LED 칩, 또는 LED 칩을 갖는 패키지 형태로 회로 기판(131) 상에 탑재될 수도 있다. 상기 발광 소자(133)는 수평형 LED 칩 구조, 수직형 LED 칩 구조, 또는 플립 LED 칩 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 발광 소자(133)는 LED 칩 상에 형광체층(미도시)을 포함할 수 있으며 상기 형광체층은 청색, 황색, 녹색, 적색, 오렌지색 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 형광체는 가넷(Garnet)계(YAG, TAG), 실리케이드(Silicate)계, 나이트라이드(Nitride)계 및 옥시나이트라이드(Oxynitride)계 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 실시 예에 따른 발광 모듈(130)은 예를 들어, 낮은 4000K 이하의 색 온도를 가지는 웜 화이트(Warm white)의 발광소자, 6500K 이상의 색 온도를 가지는 쿨 화이트(Cool white)의 발광 소자, 웜 화이트와 쿨 화이트의 중간 색 온도를 가지는 뉴트럴(Neutral) 화이트 또는 퓨어(Pure) 화이트의 발광 소자 중 적어도 하나 또는 2개 이상을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 퓨어 화이트의 색 온도는 뉴트럴 화이트의 색 온도보다 더 높을 수 있다.
상기 제1광학 렌즈(160)는 복수개가 배열되며, 상기 복수의 제1광학 렌즈(160) 각각은 각 발광 모듈(130) 상에 배치될 수 있다. 상기 제1광학 렌즈(160)는 입사된 광을 평행한 광으로 출사하는 콜리메이터(collimator) 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 복수의 제1광학 렌즈(160)는 상기 베이스 기판(120)의 위 및 상기 제2광학 렌즈(180)의 아래에 도 5와 같이 매트릭스 형태 예컨대, m행 ⅹ n열 (m, n ≥ 1)로 배열될 수 있으며, 예컨대 2행ⅹ2열 또는 그 이상의 m행/n열(m, n ≥ 3)로 배열될 수 있다. 상기 제1광학 렌즈(160)는 행과 열의 개수가 동일하거나 다를 수 있으며 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 복수의 제1광학 렌즈(160)는 제2광학 렌즈(180)의 영역 아래에 배치되어, 상기 제2광학 렌즈(180) 방향으로 광을 출사할 수 있다. 상기 복수의 제1광학 렌즈(160) 간의 피치(pitch)(D1)는 제1광학 렌즈(160)의 너비 예컨대, 제1광학 렌즈(160)의 출사면(165)의 너비(T1)보다 클 수 있다. 상기 피치(D1)는 행 또는 열 방향으로 배열된 제1광학 렌즈(160)의 중심 간의 간격으로서, 예컨대, 40mm±4mm 범위로 배치될 수 있고, 상기 제1광학 렌즈(160)의 너비(T1)에 따라 달라질 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1광학 렌즈(160)는 각 발광 소자(133)로부터 입사된 광의 진행 방향으로 변화시켜 주는 부재이며, 굴절률이 1.4 이상 1.7 이하인 투명 재료를 이용할 수 있다. 또한, 제1광학 렌즈(160)는, 폴리메타크릴산메틸(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 에폭시 수지(EP)의 투명 수지 재료나 투명한 글래스(Glass)에 의해 형성될 수 있다.
도 2 및 도 4와 같이, 상기 제1광학 렌즈(160)는 하부에 볼록한 리세스(162)를 갖는 입사면(161), 상기 입사면(161)으로 입사된 광을 반사하는 전 반사면(163), 상기 입사면(161)으로 입사된 광 및 전 반사면(163)에 의해 반사된 광을 출사하는 출사면(165)을 포함한다.
상기 리세스(162)는 상기 발광 소자(133) 상에 배치되며, 하부가 오픈되며 상기 출사면(165)에 인접할수록 점차 좁아지는 형상으로 형성될 수 있다. 상기 리세스(162)는 상부 너비보다 하부 너비(도 4의 W2)가 넓고 상부의 고점 또는 정점으로 수렴하는 형상으로 형성될 수 있다. 상기 리세스(162)의 둘레에는 입사면(161)이 배치되며, 상기 입사면(161)은 상기 리세스(162)의 외측에 곡면으로 형성되며, 위로 올라갈수록 점차 좁아지는 형상을 가질 수 있다. 상기 입사면(161)의 하부는 바텀 뷰 형상이 원 형상이거나 다각형 형상일 수 있다. 상기 리세스(162)의 하부 너비(W2)는 상기 발광 소자(133)의 너비(W1)보다 넓을 수 있고, 상기 입사면(161)의 하부 너비일 수 있다. 이러한 리세스(162) 및 입사면(161)의 하부 너비(W1)에 의해 발광 소자(133)로부터 방출된 광의 입사 효율은 개선될 수 있다.
상기 전 반사면(163)은 상기 입사면(161)의 둘레에 배치되고 제1광학 렌즈(160)의 외 측면을 이루게 된다. 상기 전 반사면(163)은 상기 출사면(165)부터 제1광학 렌즈(160)의 하단까지 연장되며, 곡면을 가지게 된다. 상기 전 반사면(163)은 상기 입사면(161)을 통해 입사된 광을 출사면(165) 방향으로 반사하게 된다.
상기 출사면(165)은 탑뷰 형상이 원 형상 또는 다각형 형상일 수 있다. 상기 출사면(165)은 제2광학 렌즈(180)과 대면하며 수평한 평면으로 형성될 수 있다. 상기 출사면(165)은 입사면(161)으로 입사된 광 또는 상기 전 반사면(163)에 의해 반사된 광을 출사하게 되며, 이때 출사되는 광은 평행 광으로 출사될 수 있다.
상기 제1광학 렌즈(160)는 지지 돌기(167)를 포함하며, 상기 지지 돌기(167)는 복수개가 제1광학 렌즈(160)의 하단으로부터 베이스 기판(120) 방향으로 돌출될 수 있다. 상기 지지 돌기(167)는 상기 복수개가 서로 이격되어 베이스 기판(120)에 결합되므로 상기 제1광학 렌즈(160)가 틸트(tilt)되거나 유동되는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 상기 지지 돌기(167)를 제외한 상기 제1광학 렌즈(160)의 하단은 상기 베이스 기판(120)으로부터 이격될 수 있다.
상기 제2광학 렌즈(180)는 상기 복수의 제1광학 렌즈(160) 상에 배치되며, 상기 제1광학 렌즈(160)로부터 제1간격(도2의 G1)부터 제2간격(도 3의 G2)의 범위 내에서 이동되어, 원하는 조도 분포로 변화를 줄 수 있다. 상기 제2광학 렌즈(180)는 폴리메타크릴산메틸(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 에폭시 수지(EP)의 투명 수지 재료나 투명한 글래스(Glass)에 의해 형성될 수 있다.
상기 제2광학 렌즈(180)는 도 2내지 도 5와 같이 복수의 셀(Cell, 181)을 포함하며, 상기 각각의 셀(181)은 도 2와 같이 위로 볼록한 볼록 렌즈 형상을 포함할 수 있다. 상기 각 셀(181)은 측 단면 형상이 볼록한 렌즈 형상이고, 탑뷰 형상이 다각형 형상을 포함할 수 있다. 상기 각 셀(181)의 사이즈 및 렌즈 형상은 서로 동일할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제2광학 렌즈(180)의 각 셀(181)의 볼록 렌즈는 광을 모아주게 되므로, 상기 복수의 셀(181)로부터 방출된 광은 타겟 방향으로 균일한 광 분포로 확산되어 제공될 수 있다. 상기 복수의 셀(181)은 매트릭스 형태로 배열되어, 각 셀(181)로 입사되는 광을 굴절시켜 출사하므로, 광의 분포를 균일하게 할 수 있다. 상기 제2광학 렌즈(180)는 파리 눈(fly eye) 렌즈를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제2광학 렌즈(180) 상에 임의의 타겟(미도시)과 같은 스크린이 배치된 경우, 도 2의 조명 모듈(100) 즉, 제2광학 렌즈(180)는 타겟과 제1초점 거리를 가질 수 있고, 도 3의 조명 모듈(100) 즉, 제2광학 렌즈(180)은 타겟과 제2초점 거리를 가질 수 있다. 실시 예에 따른 조명 모듈(100)은 타겟과의 초점 거리가 변화될 수 있으며, 상기 초점 거리의 변화로 인해 타켓에서의 조도 분포는 달라질 수 있다.
도 2와 같이, 상기 제2광학 렌즈(180)는 상기 제1광학 렌즈(160)로부터 제1간격(G1) 내지 제2간격(G2) 범위 내에 위치될 수 있다. 상기 제1간격(G1)은 상기 제1광학 렌즈(160)와 상기 제2광학 렌즈(180) 사이의 최소 간격으로서, 0.45mm 이상 예컨대, 0.5mm±0.05mm 범위로 이격될 수 있으며, 상기 제1간격(G1)이 상기 범위를 초과할 경우 초점 거리 또는 타겟인 스크린 사이즈를 재 설정하여야 할 수 있고, 상기 범위보다 작을 경우 제2광학 렌즈(180)와 제1광학 렌즈(160) 가 서로 접촉될 수 있어 광학 특성이 저하될 수 있다.
도 3과 같이, 상기 제2간격(G2)은 상기 제2광학 렌즈(180)와 제1광학 렌즈(160) 사이의 최대 간격으로서, 17mm 이하 예컨대, 15.5mm±1.5mm의 범위로 배치될 수 있으며, 상기 제2간격(G2)이 상기 범위보다 클 경우 초점 거리 또는 타겟인 스크린 사이즈가 달라질 수 있다.
실시 예는 상기 제2광학 렌즈(180)는 액츄에이터(170)에 의해 수직 상/하 방향으로 이동될 수 있다. 상기 액츄에이터(170)의 자석(171)은 예컨대, 상기 케이스(110)의 상부에 고정될 수 있고, 상기 코일(175)은 제2광학 렌즈(180)와 함께 이동될 수 있다. 상기 코일(175)은 상기 제2광학 렌즈(180)의 하부 외측에 배치된 지지부(185)에 권선될 수 있다. 상기 지지부(185)는 상기 제1광학 렌즈(160)의 하부 둘레에 다각 형상으로 형성되며, 그 외측 둘레에 형성된 오목부(도 2의 176)에 상기 코일(175)이 권선될 수 있다. 상기 지지부(185)에 권선된 코일(175)은 상기 자석(171)과 인접하거나, 전자기력이 미치는 범위 내에 배치될 수 있다. 상기 지지부(185)는 상기 케이스(110)의 내측 둘레에 배치될 수 있으며, 상기 케이스(110)의 내측에서 수직 상/하 방향으로 이동될 수 있다. 여기서, 상기 액츄에이터(170)는 VCM(Voice Coil Motor)로 구현된 예로 설명하였으나, 다른 예로서 피에조(Piezo), 스텝 모터(step motor)와 같은 수단을 이용하여 구현할 수 있다. 또한 상기 액츄에이터(170)는 상기 제2광학 렌즈(180)가 다각형 형상인 경우, 2측면 이상 또는 4측면에 배치될 수 있어, 구동의 자유도를 개선시켜 줄 수 있다.
여기서, 도 3과 같이 상기 제2광학 렌즈(180)의 하면(182)의 외측(187)은 도 2와 같이 제2광학 렌즈(180)가 하 방향으로 이동될 때, 스톱퍼(stopper)로 기능할 수 있다. 즉, 상기 제2광학 렌즈(180)의 하면 외측(187)은 상기 케이스(110) 또는 자석(171)과 수직 방향으로 오버랩되게 배치되어, 상기 제2광학 렌즈(180)가 수직 하 방향으로 이동될 때, 상기 케이스(110) 및 자석(171)에 의해, 더 이상 하 방향으로 이동되는 것이 제한될 수 있다. 다른 예로서, 상기 케이스(110)에는 상기 상기 지지부(185)가 더 이상 위로 올라가는 것을 방지하기 위한 스톱퍼(미도시) 또는 걸림 돌기를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제2광학 렌즈(180)의 이동에 대해 설명하면, 상기 코일(175)에 정 방향으로 전류를 인가하면, 상기 코일(175)과 상기 자석(171) 간에 전 자기력이 발생된다. 이때 도 3 및 도 4와 같이, 이동 가능한 제2광학 렌즈(180) 및 코일(175)이 수직 상 방향으로 이동(도 4의 M1)하게 된다. 반대로, 상기 코일(175)에 역 방향의 전류를 인가하면, 상기 코일(175)과 상기 자석(171) 간에 전자기력이 발생되며, 이때 이동 가능한 제2광학 렌즈(180) 및 코일(175)이 수직 하 방향으로 이동(도 4의 M2)하게 된다. 다른 예로서, 상기 액츄에이터(170)는 제2광학 렌즈(180)를 수직 상/하 방향으로의 이동과 더블어, 탄젤셜(tangential) 방향에 자석(171) 및 코일(175)을 더 추가하여 틸트(tilt)시켜 줄 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
이러한 액츄에이터(170)에 의해 제2광학 렌즈(180)가 수직 상/하 방향으로 이동됨으로써, 상기 제2광학 렌즈(180)와 타켓과의 초점 거리는 감소 또는 증가되며, 이때의 제2광학 렌즈(180)를 통해 출사된 광의 조도 분포는 변화게 된다. 예를 들면, 도 9의 (A)는 제2광학 렌즈의 이동 전 상태(도 2의 상태)에서의 조도 분포로서, 스크린(예: 타겟)의 1.0F/Center의 조도 비율은 16.99%일 수 있으며, 도 9의 (B)는 제2광학 렌즈의 이동 전의 지향각 분포를 나타낸 것으로, 중심 광도(0도)가 가장 높고 주변이 균일한 광도 차이로 감소됨을 알 수 있다. 이러한 동작 모드는 전 영역에서 균일한 광 분포가 필요할 때 이용될 수 있다.
도 10의 (A)는 제2광학 렌즈의 이동 후 상태(도 3의 상태)에서의 조도 분포로서, 스크린 사이즈의 1.0Field/Center의 조도 비율은 31.37%일 수 있으며, 도 10의 (B)는 제2광학 렌즈의 이동 후의 지향각 분포를 나타낸 것으로, 중심 광도(0도)가 가장 높고 주변 ±20도로 이동될 때 도 9의 (B)보다는 급격하게 감소됨을 알 수 있다. 이러한 동작 모드는 1.0Filed의 광도를 더 높여 줄 때 이용될 수 있다. 여기서, 상기 스크린은 도 2의 제2광학 렌즈를 기준으로 500mm 밖에 위치하고, 400mmⅹ400mm 사이즈를 가질 수 있다.
실시 예는 도 2와 같은 조명 모듈(100)의 초점 거리를 갖고 광을 조사할 경우, 스크린의 센터와 외곽(1.0Filed) 간의 조도 분포는 작은 차이로 균일하게 조사될 수 있고, 도 3과 같은 조명 모듈(100)의 초점 거리를 갖고 광을 조사할 경우 스크린의 센터와 외곽 간의 조도 분포는 큰 차이를 갖고 센터 및 센터에 인접한 영역에 집중될 수 있다. 이러한 조도 분포 변화에 고려하여, 상기 액츄에이터(170)로 제2광학 렌즈(180)를 수직 상 방향으로의 이동 또는 수직 하 방향으로 이동을 조절할 수 있다.
실시 예는 제1,2광학 렌즈(160,180)를 이용한 광 확산 효율을 개선시켜 줄 수 있다. 도 5와 같이, 복수의 제1광학 렌즈(160) 중 센터 측 렌즈(R1)의 중심(P0)에 제2광학 렌즈(180)의 센터 측 셀 중심을 정렬시키고, 상기 사이드 측 렌즈(R2,R3)의 중심(P0)에 상기 제2광학 렌즈(180)의 사이드측 셀 중심(P2,P3)과 비정렬(decenter)시켜 줄 수 있다. 여기서, 상기 제2광학 렌즈(180)의 센터 측 셀은 상기 제1광학 렌즈(180)의 센터 측(R1)에 대면하는 셀이며, 상기 제2광학 렌즈(180)의 사이드 측 셀은 상기 제2광학 렌즈(180)의 사이드 측 렌즈(R2,R3)에 대면하는 셀일 수 있다.
상기 제1광학 렌즈(160)의 사이드 측 렌즈(R2,R3)의 중심(P1)과 제2광학 렌즈(180)의 셀(181)의 중심(P2,P3)들은 비 정렬되며, 그 비정렬된 차이(D3)는 상기 셀(181)의 한 변의 길이(X1,Y1)의 10% 정도 예컨대, 1.2mm±0.12mm의 범위일 수 있다. 여기서, 상기 차이(D3)는 제2간격(도 3의 G2) 대비 타겟과의 거리 비율로 구해진 값과 제1광학 렌즈(160) 간의 피치(D1)의 곱으로 구해질 수 있다. 상기 제2간격(G2)은 제2광학 렌즈(180)에 의한 초점 이동 거리이며 예컨대, 15mm이며, 타겟과의 거리는 예컨대, 500mm이고, 피치(D1)가 예컨대, 40mm인 경우, (15mm/500mm) ⅹ 40mm=1.2mm로 구해질 수 있다. 또한 상기 한 셀(181)의 크기를 보면, (스크린 사이즈/타겟과의 이동 거리)ⅹ제2간격으로 구해질 수 있으며, 예컨대 스크린 사이즈가 400mm이고, 타겟과의 거리가 500mm이고, 초점 이동 거리(제2간격)이 15mm인 경우, (400mm/500mm)ⅹ15mm=12mm로 한 변의 길이가 구해질 수 있다. 여기서, 상기 타겟과의 거리, 피치, 초점 이동 거리는 ±10% 내의 범위에서 증감될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
실시 예에 따른 상기 제2광학 렌즈(180)의 이동 거리 또는 초점 이동 거리(즉, 도 3의 G2)는 상기 셀(181)의 한 변의 길이(X,Y1)보다 클 수 있으며, 초점 이동 거리(예: G2) 및 셀의 한 변의 길이(X1,Y1)의 비율은 1.25±0.125의 범위를 가질 수 있다. 상기 초점 이동 거리는 상기 제1광학 렌즈(160)들의 피치보다 작을 수 있다.
도 6은 실시 예에 따른 조명 모듈의 다른 예이다. 도 6을 설명함에 있어서, 상기에 개시된 실시 예와 동일한 구성은 상기의 설명을 참조하기로 한다.
도 6을 참조하면, 조명 모듈은 베이스 기판(120) 아래에 방열 판(191)을 포함할 수 있으며, 상기 방열 판(191)은 복수의 방열 핀(193)이 수직 하 방향으로 돌출될 수 있다. 상기 방열 판(191)은 발광 모듈(130)로부터 발생된 열을 베이스 기판(120)으로 전도 받아 방열하게 된다.
도 7은 실시 예에 따른 발광 소자의 예를 나타낸 도면으로서, 수직형 LED 칩을 나타낸 예이다.
도 7을 참조하면, 발광 소자는 복수의 반도체층(11,12,13)을 갖는 발광구조물(10), 상기 발광 구조물(10) 아래에 제1 전극층(20), 상기 제1전극층(20) 아래에 제2 전극층(50), 상기 제1 및 제2전극층(20,50) 사이에 절연층(41), 및 패드(25)를 포함할 수 있다.
상기 발광구조물(10)은 제1 반도체층(11), 활성층(12), 및 제2 반도체층(13)을 포함할 수 있다. 상기 활성층(12)은 상기 제1반도체층(11)과 상기 제2 반도체층(13) 사이에 배치될 수 있다. 상기 활성층(12)은 상기 제1 반도체층(11) 아래에 배치될 수 있으며, 상기 제2 반도체층(13)은 상기 활성층(12) 아래에 배치될 수 있다.
예로서, 상기 제1 반도체층(11)은 제1 도전형 도펀트 예컨대, n형 도펀트가 첨가된 n형 반도체층을 포함하고, 상기 제2 반도체층(13)은 제2 도전형 도펀트 예컨대, p형 도펀트가 첨가된 p형 반도체층을 포함할 수 있다. 또한 반대로, 상기 제1 반도체층(11)이 p형 반도체층으로 형성되고, 상기 제2 반도체층(13)이 n형 반도체층으로 형성될 수도 있다.
상기 발광 구조물(10)은 II족 내지 V족 원소 및 III족 내지 V족 원소의 화합물 반도체 중에서 선택적으로 형성되며, 자외선 대역부터 가시 광선 대역의 파장 범위 내에서 소정의 피크 파장을 발광할 수 있으며, 예컨대, 자외선 파장을 발광할 수 있다. 상기 발광 구조물(10)은 제1반도체층(11), 제2반도체층(13), 상기 제1반도체층(11)과 상기 제2반도체층(13) 사이에 형성된 활성층(12)을 포함하며, 상기 각 층(11,12,13)의 위 및 아래 중 적어도 하나에는 다른 반도체층이 더 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1반도체층(11)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함한다. 상기 제1반도체층(11)은 III족-V족 원소의 화합물 반도체 예컨대, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중에서 선택될 수 있다. 상기 제1도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 도펀트를 포함한다.
상기 활성층(12)은 제1반도체층(11) 아래에 배치되고, 단일 양자 우물, 다중 양자 우물(MQW), 양자 선(quantum wire) 구조 또는 양자 점(quantum dot) 구조를 선택적으로 포함하며, 우물층과 장벽층의 주기를 포함한다. 상기 우물층/장벽층의 주기는 예컨대, InGaN/GaN, GaN/AlGaN, AlGaN/AlGaN, InGaN/AlGaN, InGaN/InGaN, AlGaAs/GaA, InGaAs/GaAs, InGaP/GaP, AlInGaP/InGaP, InP/GaAs의 페어 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 제2반도체층(13)은 활성층(12) 아래에 배치된다. 상기 제2반도체층(13)은 제2도전형 도펀트가 도핑된 반도체 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함한다. 상기 제2반도체층(13)은, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP와 같은 화합물 반도체 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 상기 제2반도체층(119)이 p형 반도체층이고, p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba을 포함할 수 있다.
상기 제1반도체층(11)의 상면은 러프(rough)한 요철부(11A)로 형성될 수 있으며, 이러한 요철 면(11A)는 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다. 상기 요철 면(11A)의 측 단면은 다각형 형상, 또는 반구형 형상을 포함할 수 있다.
상기 제1전극층(20)은 상기 발광 구조물(10)과 제2전극층(50) 사이에 배치되며, 상기 발광 구조물(10)의 제2반도체층(13)과 전기적으로 연결되며, 상기 제2전극층(50)과 전기적으로 절연된다. 상기 제1전극층(20)은 제1 접촉층(15), 반사층(17) 및 캡핑층(19)를 포함하며, 상기 제1 접촉층(15)는 상기 반사층(17)과 제2반도체층(13) 사이에 배치되며, 상기 반사층(17)은 상기 제1 접촉층(15)과 상기 캡핑층(19) 사이에 배치된다. 상기 제1 접촉층(15), 반사층(17) 및 캡핑층(19)은 서로 다른 도전성 물질로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1 접촉층(15)은 상기 제2 반도체층(13)에 접촉되며, 예컨대 상기 제2 반도체층(13)에 오믹 접촉을 형성할 수 있다. 상기 제1 접촉층(15)은 예컨대 전도성 산화막, 전도성 질화물 또는 금속으로 형성될 수 있다. 상기 제1 접촉층(15)은 예로서 ITO(Indium Tin Oxide), ITON(ITO Nitride), IZO(Indium Zinc Oxide), IZON(IZO Nitride), AZO(Aluminum Zinc Oxide), AGZO(Aluminum Gallium Zinc Oxide), IZTO(Indium Zinc Tin Oxide), IAZO(Indium Aluminum Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IGTO(Indium Gallium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), IZON(IZO Nitride), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, Pt, Ag, Ti 중에서 적어도 하나로 형성될 수 있다.
상기 반사층(17)은 상기 제1 접촉층(15)과 캡핑층(19)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 반사층(17)은 상기 반사층(17)은 상기 발광구조물(10)로부터 입사되는 빛을 반사시켜 외부로 추출되는 광량을 증가시키는 기능을 수행할 수 있다.
상기 반사층(17)은 광 반사율이 70% 이상인 금속으로 형성될 수 있다. 예컨대 상기 반사층(17)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Cu, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 반사층(17)은 상기 금속 또는 합금과 ITO(Indium-Tin-Oxide), IZO(Indium-Zinc-Oxide), IZTO(Indium-Zinc-Tin-Oxide), IAZO(Indium-Aluminum-Zinc-Oxide), IGZO(Indium-Gallium-Zinc-Oxide), IGTO(Indium-Gallium-Tin-Oxide), AZO(Aluminum-Zinc-Oxide), ATO(Antimony-Tin-Oxide) 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 실시 예에서 상기 반사층(17)은 Ag, Al, Ag-Pd-Cu 합금, 또는 Ag-Cu 합금 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 반사층(17)은 Ag 층과 Ni 층이 교대로 형성될 수도 있고, Ni/Ag/Ni, 혹은 Ti 층, Pt 층을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 상기 제1 접촉층(15)은 상기 반사층(17) 아래에 형성되고, 적어도 일부가 상기 반사층(17)을 통과하여 상기 제2반도체층(13)과 접촉될 수도 있다. 다른 예로서, 상기 반사층(17)은 상기 제1 접촉층(15)의 아래에 배치되고, 일부가 상기 제1 접촉층(15)을 통과하여 상기 제2반도체층(13)과 접촉될 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자는 상기 반사층(17) 아래에 배치된 캡핑층(capping layer)(19)을 포함할 수 있다. 상기 캡핑층(19)은 상기 반사층(17)의 하면과 접촉되고, 접촉부(34)가 패드(25)와 결합되어, 상기 패드(25)로부터 공급되는 전원을 전달하는 배선층으로 기능한다. 상기 캡핑층(19)은 금속으로 형성될 수 있으며, 예컨대 Au, Cu, Ni, Ti, Ti-W, Cr, W, Pt, V, Fe, Mo 물질 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 캡핑층(19)의 접촉부(34)는 상기 발광 구조물(10)과 수직 방향으로 오버랩되지 않는 영역에 배치되며, 상기 패드(25)와 수직하게 오버랩된다. 상기 캡핑층(19)의 접촉부(34)는 상기 제1 접촉층(15) 및 반사층(17)과 수직 방향으로 오버랩되지 않는 영역에 배치된다. 상기 캡핑층(19)의 접촉부(34)는 상기 발광 구조물(10)보다 낮은 위치에 배치되며, 상기 패드(25)와 직접 접촉될 수 있다.
상기 패드(25)는 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 단층은 Au일 수 있고, 다층인 경우 Ti, Ag, Cu, Au 중 적어도 2개를 포함할 수 있다. 여기서, 다층인 경우 Ti/Ag/Cu/Au의 적층 구조이거나, Ti/Cu/Au 적층 구조일 수 있다. 상기 반사층(17) 및 상기 제1 접촉층(15) 중 적어도 하나가 패드(25)와 직접 접촉될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 패드(25)는 제1전극층(20)의 외 측벽과 상기 발광 구조물(10) 사이의 영역(A1)에 배치될 수 있다. 상기 패드(25)의 둘레에는 상기 보호층(30) 및 투광층(45)이 접촉될 수 있다.
보호층(30)은 상기 발광구조물(10)의 하면에 배치되며, 상기 제2반도체층(13)의 하면 및 상기 제1 접촉층(15)과 접촉될 수 있고, 상기 반사층(17)과 접촉될 수 있다.
상기 보호층(30) 중 상기 발광 구조물(10)과 수직 방향으로 오버랩되는 내측부는 상기 돌출부(16)의 영역과 수직 방향으로 오버랩되게 배치될 수 있다. 상기 보호층(30)의 외측부는 상기 캡핑층(19)의 접촉부(34) 위로 연장되며 상기 접촉부(34)와 수직 방향으로 오버랩되게 배치된다. 상기 보호층(30)의 외측부는 상기 패드(25)와 접촉될 수 있으며, 예컨대 상기 패드(25)의 둘레 면에 배치될 수 있다.
상기 보호층(30)의 내측부는 상기 발광 구조물(10)과 상기 제1전극층(20) 사이에 배치되며, 외측부는 투광층(45)과 상기 캡핑층(19)의 접촉부(34) 사이에 배치될 수 있다. 상기 보호층(30)의 외측부는 상기 발광구조물(10)의 측벽보다 외측 영역(A1)으로 연장되어, 습기가 침투하는 것을 방지할 수 있다.
상기 보호층(30)은 채널층, 또는 저 굴절 재질, 아이솔레이션층으로 정의될 수 있다. 상기 보호층(30)은 절연물질로 구현될 수 있으며, 예컨대 산화물 또는 질화물로 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 보호층(30)은 SiO2, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, TiO2, AlN 등으로 이루어진 군에서 적어도 하나가 선택되어 형성될 수 있다. 상기 보호층(30)은 투명한 재질로 형성될 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자는 상기 제1 전극층(20)과 상기 제2 전극층(50)을 전기적으로 절연시키는 절연층(41)을 포함할 수 있다. 상기 절연층(41)은 상기 제1 전극층(20)과 상기 제2 전극층(50) 사이에 배치될 수 있다. 상기 절연층(41)의 상부는 상기 보호층(30)에 접촉될 수 있다. 상기 절연층(41)은 예컨대 산화물 또는 질화물로 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 절연층(41)은 SiO2, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, TiO2, AlN 등으로 이루어진 군에서 적어도 하나가 선택되어 형성될 수 있다.
상기 절연층(41)은 예로서 100 나노미터 내지 2000 나노미터의 두께로 형성될 수 있다. 상기 절연층(41)의 두께가 100 나노미터 미만으로 형성될 경우 절연 특성에 문제가 발생 될 수 있으며, 상기 절연층(41)의 두께가 2000 나노미터 초과로 형성될 경우에 후 공정 단계에서 깨짐이 발생 될 수 있다. 상기 절연층(41)은 상기 제1 전극층(20)의 하면과 상기 제2전극층(50)의 상면에 접촉되며, 상기 보호층(30), 캡핑층(19), 접촉층(15), 반사층(17) 각각의 두께보다는 두껍게 형성될 수 있다.
상기 제2 전극층(50)은 상기 절연층(41) 아래에 배치된 확산 방지층(52), 상기 확산 방지층(52) 아래에 배치된 본딩층(54) 및 상기 본딩층(54) 아래에 배치된 전도성 지지부재(56)를 포함할 수 있으며, 상기 제1반도체층(11)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 제2 전극층(50)은 상기 확산 방지층(52), 상기 본딩층(54), 상기 전도성 지지부재(56) 중에서 1 개 또는 2 개를 선택적으로 포함하고, 상기 확산 방지층(52) 또는 상기 본딩층(54) 중 적어도 하나는 형성하지 않을 수 있다.
상기 확산 방지층(52)은 Cu, Ni, Ti, Ti-W, Cr, W, Pt, V, Fe, Mo 물질 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 확산 방지층(52)은 절연층(41)과 본딩층(54) 사이에서 확산 장벽층으로 기능할 수도 있다. 상기 확산 방지층(52)은 본딩층(54) 및 전도성 지지부재(56)와 전기적으로 연결되고, 상기 제1반도체층(11)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 확산 방지층(52)은 상기 본딩층(54)이 제공되는 공정에서 상기 본딩층(54)에 포함된 물질이 상기 반사층(17) 방향으로 확산되는 것을 방지하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 확산 방지층(52)은 상기 본딩층(54)에 포함된 주석(Sn) 등의 물질이 상기 반사층(17)에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
상기 본딩층(54)은 베리어 금속 또는 본딩 금속 등을 포함하며, 예를 들어, Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag, Nb, Pd 또는 Ta 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 전도성 지지부재(56)는 실시 예에 따른 상기 발광구조물(10)을 지지하며 방열 기능을 수행할 수 있다. 상기 본딩층(54)은 시드(seed) 층을 포함할 수도 있다.
상기 전도성 지지부재(56)는 금속 또는 캐리어 기판 예를 들어, Ti, Cr, Ni, Al, Pt, Au, W, Cu, Mo, Cu-W 또는 불순물이 주입된 반도체 기판(예: Si, Ge, GaN, GaAs, ZnO, SiC, SiGe 등) 중에서 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 상기 전도성 지지부재(56)은 발광 소자를 지지하기 위한 층으로서, 그 두께는 제2전극층(50)의 두께의 80% 이상이며, 30㎛ 이상으로 형성될 수 있다.
한편, 제2접촉층(33)은 상기 제1 반도체층(11)의 내부에 배치되고 상기 제1반도체층(11)과 접촉된다. 상기 제2접촉층(33)의 상면은 상기 제1반도체층(11)의 하면보다 위에 배치될 수 있으며, 제1반도체층(11)과 전기적으로 연결되고, 상기 활성층(12) 및 제2반도체층(13)과 절연된다.
상기 제2 접촉층(33)은 상기 제2 전극층(50)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2 접촉층(33)은 상기 제1전극층(20), 상기 활성층(12) 및 상기 제2반도체층(15)을 관통하여 배치될 수 있다. 상기 제2 접촉층(33)은 상기 발광 구조물(10) 내에 배치된 리세스(recess)(2)에 배치되고, 상기 활성층(12) 및 제2반도체층(15)과 보호층(30)에 의해 절연된다. 상기 제2 접촉층(33)는 복수개가 서로 이격되어 배치될 수 있다.
상기 제2 접촉층(33)은 제2전극층(50)의 돌기(51)에 연결될 수 있으며, 상기 돌기(51)는 상기 확산 방지층(52)으로부터 돌출될 수 있다. 상기 돌기(51)은 절연층(41) 및 보호층(30) 내에 배치된 홀(41A)을 통해 관통되고, 제1전극층(20)과 절연될 수 있다.
상기 제2 접촉층(33)는 예컨대 Cr, V, W, Ti, Zn, Ni, Cu, Al, Au, Mo 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 돌기(501)는 다른 예로서, 상기 확산 방지층(52) 및 본딩층(54)을 구성하는 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지 않는다. 예컨대 상기 돌기(51)은 예로서 Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag, Nb, Pd 또는 Ta 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
패드(25)는 상기 제1 전극층(20)에 전기적으로 연결되며, 상기 발광구조물(10)의 측벽 외측의 영역(A1)에 노출될 수 있다. 상기 패드(25)는 하나 또는 복수로 배치될 수 있다. 상기 패드(25)는 예컨대 Cu, Ni, Ti, Ti-W, Cr, W, Pt, V, Fe, Mo 물질 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
투광층(45)은 상기 발광구조물(10)의 표면을 보호하고, 상기 패드(91)와 상기 발광구조물(10)의 사이를 절연시킬 수 있고, 상기 보호층(30)의 주변부와 접촉될 수 있다. 상기 투광층(45)은 상기 발광 구조물(10)을 구성하는 반도체층의 물질보다 낮은 굴절률을 가지며, 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다. 상기 투광층(45)은 예컨대 산화물 또는 질화물로 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 투광층(45)은 Si02, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, TiO2, AlN 등으로 이루어진 군에서 적어도 하나가 선택되어 형성될 수 있다. 한편, 상기 투광층(45)은 설계에 따라 생략될 수도 있다. 실시 예에 의하면, 상기 발광구조물(10)은 상기 제1 전극층(20)과 상기 제2 전극층(50)에 의해 구동될 수 있다.
도 8은 실시 예에 따른 발광 소자의 다른 예로서, 플립 칩 형태를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 발광 소자는 기판(311), 제1반도체층(312), 발광 구조물(310), 전극층(331), 절연층(333), 제1전극(335) 및 제2전극(337)을 포함한다.
상기 기판(311)은 투광성, 절연성 또는 도전성 기판을 이용할 수 있으며, 예컨대, 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, Ga2O3 중 적어도 하나를 이용할 수 있다. 상기 기판(311)의 탑 면에는 복수의 볼록부(미도시)가 형성되어, 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다. 여기서, 상기 기판(311)은 제거될 수 있으며, 이 경우 상기 제1반도체층(312) 또는 제1도전형 반도체층(313)이 탑 층으로 배치될 수 있다.
상기 기판(311) 아래에는 제1반도체층(312)이 배치될 수 있다. 상기 제1반도체층(312)은 II족 내지 V족 원소의 화합물 반도체를 이용하여 형성될 수 있다. 상기 제1반도체층(312)은 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP, GaP 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1반도체층(312)은 버퍼층 및 언도프드(undoped) 반도체층 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 상기 버퍼층은 상기 기판과 질화물 반도체층 간의 격자 상수의 차이를 줄여줄 수 있고, 상기 언도프드 반도체층은 반도체의 결정 품질을 개선시켜 줄 수 있다. 여기서, 상기 제1반도체층(312)은 형성하지 않을 수 있다.
상기 제1반도체층(312) 또는 상기 기판(311)의 아래에는 발광 구조물(310)이 배치될 수 있다. 상기 발광 구조물(310)은 II족 내지 V족 원소 및 III족-V족 원소의 화합물 반도체 중에서 선택적으로 형성되며, 자외선 대역부터 가시 광선 대역의 파장 범위 내에서 소정의 피크 파장을 발광할 수 있다.
상기 발광 구조물(310)은 제1도전형 반도체층(313), 제2도전형 반도체층(315), 상기 제1도전형 반도체층(313)과 상기 제2도전형 반도체층(315) 사이에 활성층(314)을 포함한다. 상기 제1,2도전형 반도체층(313,315)은 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
상기 제1도전형 반도체층(313)은 제1도전형 도펀트가 도핑된 반도체 예컨대, n형 반도체층으로 구현될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(313)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함한다. 상기 제1도전형 반도체층(313)은 III족-V족 원소의 화합물 반도체 예컨대, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중에서 선택될 수 있다. 상기 제1도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 도펀트를 포함한다.
상기 활성층(314)은 제1도전형 반도체층(313) 아래에 배치되고, 단일 양자 우물, 다중 양자 우물(MQW), 양자 선(quantum wire) 구조 또는 양자 점(quantum dot) 구조를 선택적으로 포함하며, 우물층과 장벽층의 주기를 포함한다. 상기 우물층/장벽층의 주기는 예컨대, InGaN/GaN, GaN/AlGaN, AlGaN/AlGaN, InGaN/AlGaN, InGaN/InGaN, AlGaAs/GaA, InGaAs/GaAs, InGaP/GaP, AlInGaP/InGaP, InP/GaAs의 페어 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 제2도전형 반도체층(315)은 상기 활성층(313) 아래에 배치된다. 상기 제2도전형 반도체층(315)은 제2도전형 도펀트가 도핑된 반도체 예컨대, InxAlyGa1 -x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함한다. 상기 제2도전형 반도체층(315)은, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP와 같은 화합물 반도체 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(315)이 p형 반도체층이고, 상기 제1도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba을 포함할 수 있다.
상기 발광 구조물(310)은 다른 예로서, 상기 제1도전형 반도체층(313)이 p형 반도체층, 상기 제2도전형 반도체층(315)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(315) 아래에는 상기 제2도전형과 반대의 극성을 갖는 제3도전형 반도체층이 형성할 수도 있다. 또한 상기 발광 구조물(310)은 n-p 접합 구조, p-n 접합 구조, n-p-n 접합 구조, p-n-p 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현할 수 있다.
상기 제2도전형 반도체층(315) 아래에는 전극층(331)이 형성된다. 상기 전극층(331)은 반사층을 포함하며, 상기 반사층은 발광 구조물(310)과 접촉된 오믹층을 더 포함할 수 있다. 상기 반사층은 반사율이 70% 이상인 물질 예컨대, Al, Ag, Ru, Pd, Rh, Pt, Ir의 금속과 상기의 금속 중 2 이상의 합금 중에서 선택될 수 있다. 상기 전극층(331)은 단층 또는 다층 구조를 포함하며 예컨대, 투광성 전극층/반사층의 적층 구조를 포함할 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(315) 및 상기 전극층(331) 중 적어도 한 층의 표면에는 러프니스와 같은 광 추출 구조가 형성될 수 있으며, 이러한 광 추출 구조는 입사되는 광의 임계각을 변화시켜 주어, 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다. 상기 전극층(331)에 의해 반사된 광은 기판(311)을 통해 방출될 수 있다.
상기 제1도전형 반도체층(313)의 일부 영역 아래에는 제1전극(335)이 배치되며, 상기 전극층(331)의 일부 아래에는 제2전극(337)이 배치될 수 있다.
상기 제1전극(335)는 상기 제1도전형 반도체층(315)과 전기적으로 연결되며, 상기 제2전극(337)은 상기 전극층(331)을 통해 상기 제2도전형 반도체층(315)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1전극(335) 및 제2전극(337)은 Cr, Ti, Co, Ni, V, Hf, Ag, Al, Ru, Rh, Pt, Pd, Ta, Mo, W 중 적어도 하나 또는 합금으로 형성될 수 있다. 상기 제1전극(335)과 상기 제2전극(337)은 동일한 적층 구조이거나 다른 적층 구조로 형성될 수 있으며, 단층 또는 다층 구조일 수 있다.
상기 절연층(333)은 상기 전극층(331) 아래에 배치되며, 상기 제2도전형 반도체층(315)의 하면, 상기 제2도전형 반도체층(315) 및 상기 활성층(314)의 측면, 상기 제1도전형 반도체층(313)의 일부 영역에 배치될 수 있다. 상기 절연층(333)은 상기 발광 구조물(310)의 하부 영역 중에서 상기 전극층(331), 제1전극(335) 및 제2전극(337)을 제외한 영역에 형성되어, 상기 발광 구조물(310)의 하부를 전기적으로 보호하게 된다. 상기 절연층(333)은 Al, Cr, Si, Ti, Zn, Zr 중 적어도 하나를 갖는 산화물, 질화물, 불화물, 및 황화물 중 적어도 하나로 형성된 절연물질 또는 절연성 수지를 포함한다. 상기 절연층(333)은 예컨대, SiO2, Si3N4, Al2O3, TiO2 중에서 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 절연층(333)은 발광 구조물(310)의 아래에 플립 본딩을 위한 금속 구조물을 형성할 때, 상기 발광 구조물(310)의 층간 쇼트를 방지하기 위해 형성된다.
실시 예는 발광 소자 상에 형광체층(미도시)이 배치될 수 있으며, 상기 형광체층은 발광 소자의 상면에 배치되거나, 상면/측면에 배치될 수 있다. 상기 형광체층은 상기 발광 소자로부터 방출된 광의 파장 변환 효율이 개선될 수 있다. 상기 형광체층은 적색 형광체, 녹색 형광체, 청색 형광체, 황색 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 형광체는 예컨대, YAG, TAG, Silicate, Nitride, Oxy-nitride 계 물질 중에서 선택적으로 형성될 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 조명 모듈 110: 케이스
120: 베이스 기판 130: 발광 모듈
131: 회로 기판 133: 발광 소자
160: 제1광학 렌즈 162: 리세스
161: 입사면 163: 전 반사면
165: 출사면
170: 액츄에이터
171: 자석
175: 코일
180: 제2광학 렌즈
181: 셀
185: 지지부

Claims (13)

  1. 발광 소자가 배치된 복수의 발광 모듈;
    상기 복수의 광학 모듈 각각의 위에 배치된 복수의 제1광학 렌즈;
    상기 복수의 제1광학 렌즈 상에 배치되며 볼록 렌즈 형상을 갖는 복수의 셀을 갖는 제2광학 렌즈;
    상기 제2광학 렌즈를 수직 상 또는 하 방향으로 이동시켜 주는 액츄에이터를 포함하는 조명 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 발광 모듈 아래에 배치된 베이스 기판; 및
    개구부를 갖고 상기 베이스 기판 상에 배치된 케이스를 포함하며,
    상기 개구부에는 상기 복수의 발광 모듈 및 상기 복수의 제1광학 렌즈가 배치된 조명 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1광학 렌즈는 상기 발광 소자 상에 리세스, 상기 리세스의 둘레에 입사면, 상기 입사면의 외측 둘레에 전 반사면, 및 상기 입사면 상에 배치되며 상기 입사된 광 및 전 반사면에 의해 반사된 광을 출사하며 상기 제2광학 렌즈와 대면하는 출사면을 포함하는 조명 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1광학 렌즈의 출사면은 수평한 평면이며, 탑뷰 형상이 원 형상인 조명 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 베이스 기판과 상기 각 발광 소자 사이에 상기 발광 소자와 전기적으로 연결된 회로 기판을 포함하는 조명 모듈.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 렌즈는 상기 베이스 기판으로부터 이격되며, 상기 베이스 기판에 결합되는 지지 돌기를 포함하는 조명 모듈.
  7. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 상기 케이스 상에 배치된 자석 및 상기 제2광학 렌즈에 상기 자석과 대응되는 코일을 포함하는 조명 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2광학 렌즈의 외측 둘레에 상기 케이스의 내측 둘레에 배치된 지지부를 포함하며,
    상기 지지부의 외측 둘레에 상기 코일이 권선된 조명 모듈.
  9. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2광학 렌즈의 하면 외측은 상기 케이스에 수직 방향으로 오버랩되게 배치되는 조명 모듈.
  10. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1광학 렌즈는 콜리메이터(collimator) 렌즈를 포함하며,
    상기 제2광학 렌즈는 파리 눈(fly eye) 렌즈를 포함하는 조명 모듈.
  11. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 제1광학 렌즈는 상기 제2광학 렌즈 아래에 m행 및 n열(m, n ≥ 3)로 배치되며,
    상기 제1광학 렌즈 중 센터 측 렌즈와 대면하는 상기 제2광학 렌즈의 센터 측 셀의 중심은 서로 정렬되고, 상기 제1광학 렌즈의 사이드 측 렌즈와 대면하는 상기 제2광학 렌즈의 사이드 측 셀의 중심은 서로 비정렬되는 조명 모듈.
  12. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2광학 렌즈의 초점 이동 거리는 상기 제2광학 렌즈의 셀의 한 변의 길이보다 크고, 상기 제1광학 렌즈의 간의 피치 보다는 작은 조명 모듈.
  13. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스 기판 아래에 복수의 방열 핀을 갖는 방열 판을 포함하는 조명 모듈.
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KR20220101283A (ko) * 2021-01-11 2022-07-19 한국기술교육대학교 산학협력단 가변초점렌즈를 구비하는 차량의 전조등

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