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KR101202175B1 - 발광 장치 - Google Patents

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KR101202175B1
KR101202175B1 KR1020120030673A KR20120030673A KR101202175B1 KR 101202175 B1 KR101202175 B1 KR 101202175B1 KR 1020120030673 A KR1020120030673 A KR 1020120030673A KR 20120030673 A KR20120030673 A KR 20120030673A KR 101202175 B1 KR101202175 B1 KR 101202175B1
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emitting device
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bonding
bonding pads
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서울반도체 주식회사
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Abstract

본 발명은 복수개의 발광 소자가 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결하여 구성되고, 상기 발광 소자의 각각은 적어도 2개의 발광 셀 어레이가 병렬 연결되고, 상기 발광 셀 어레이의 각각은 다수개의 발광 셀들이 직렬 연결된 것을 특징으로 하는 발광 장치를 제공한다.
이로써, 발광 다이오드 램프의 구성시 발광 다이오드 칩을 PCB 기판에 조립할 수 있고 교류 전원에서도 AC-DC 컨버터 등의 부속품 없이도 동작이 가능하여 공간 활용성이 우수하며, 제품의 소형화 및 원가 절감 등의 효과를 얻을 수 있다.

Description

발광 장치{Luminous apparatus}
본 발명은 발광 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 교류 전원에서 구동 가능한 발광 소자를 이용한 발광 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(light emission diode; 이하 'LED'라 칭함)는 반도체의 p-n접합 구조를 이용하여 주입된 소수 캐리어(전자 또는 양공)를 만들고 이들의 재결합에 의하여 소정의 빛을 발산하는 소자를 지칭하며, GaAsP 등을 이용한 적색 발광 다이오드, GaP 등을 이용한 녹색 발광 다이오드, InGaN/AlGaN 더블 헤테로(double hetero) 구조를 이용한 청색 발광 다이오드 등이 있다.
이러한 발광 다이오드는 숫자/문자 표시 소자, 신호등 센서, 광결합 소자용 광원, 광통신, 디스플레이 등 다양한 분야에서 광범위하게 사용되고 있으며, 최근에는 일반 조명용도로 이를 적용하기 위해 활발한 연구가 진행중이다. 이는 발광 다이오드가 기존의 전구 또는 형광등에 비해 소모 전력이 작고 수명이 길기 때문이다. 즉 발광 다이오드의 소모 전력이 기존의 조명 장치에 비해 수 내지 수십 분의 1에 불과하고 수명이 수 내지 수십 배에 이르러, 소모 전력의 절감과 내구성 측면에서 월등히 우수하다.
종래의 직류 전원에서 구동하는 발광 다이오드 칩은 직류 전원을 인가하면 일정 전압 이상에서 전류가 흘러 들어가 발광 다이오드가 동작을 하여 점등이 된다. 전류가 인가되는 한 계속 점등 상태를 유지하고, 일정 전류 수준까지 전류값을 증가시키면 광량이 인가 전류에 비례하여 증가한다. 그러나 어느 임계 전류값 이상으로 전류를 증가시키면 광량이 줄어들기 시작하고 전류가 증가함에 따라 계속 광량이 감소하게 된다. 이러한 발광 다이오드의 출력 향상을 위해서는 발광 다이오드의 임계 전류값을 높이는 일이 필요하다.
일반 조명에 적용하는 발광 다이오드는 임계 전류값이 수백 mA 이상이고, 예를 들어 대면적 발광 다이오드 칩의 경우 임계 전류값이 350mA 이상에 달한다. 그러나 이같은 경우에 발열량이 상당히 크기 때문에 이를 적정 수준 이하로 떨어뜨리는 방열 대책이 마련되지 않으면 발광 다이오드의 성능을 지속적으로 유지하는 데 어려움이 있다.
조명 용도의 발광 다이오드 램프는 상술한 대면적 고 전류용 발광 다이오드 칩을 일정 패키지에 조립하고 이를 방열판에 부착하여 열이 방출되도록 하고, PCB 기판 등에 AC-DC 컨버터(교류-직류 변환 장치) 및 저항 등의 부속 부품을 부착 연결하여 제작한다.
이와 같은 일반 조명용 발광 다이오드 램프의 구성을 위해 상술한 대면적 고 전류용 발광 다이오드 칩을 적용하는 경우에 그 높은 인가 전류 수준 때문에 상당한 양의 열이 발생하게 되고 이 때문에 발광 다이오드 칩의 수명이 단축된다. 이를 위한 방열 대책의 구축을 위하여 방열판의 재료를 선택하고 상당한 공간을 확보해야 한다. 또한 교류 전원에서 구동하기 위해서는 컨버터나 별도의 정류 회로가 필요하기 때문에 제품을 소형화하기 어려우며 제작에 다른 비용이 과다하게 소요되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 발광 다이오드 램프의 구성시 발광 다이오드 칩을 PCB 기판에 조립 가능하도록 하고 교류 전원에서도 A/D 컨버터 등의 부속품 없이도 동작이 가능하여 공간 활용성이 우수하며 내구성을 향상시켜 발광 다이오드 칩의 수명을 연장시킬 수 있는 발광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 복수개의 발광 소자가 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결하여 구성되고, 상기 발광 소자의 각각은 적어도 2개의 발광 셀 어레이가 병렬 연결되고, 상기 발광 셀 어레이의 각각은 다수개의 발광 셀들이 직렬 연결된 것을 특징으로 하는 발광 장치를 제공한다.
여기서 상기 발광 셀 어레이는 적어도 하나의 발광 셀 어레이의 음극과 나머지 발광 셀 어레이의 양극이 서로 접속되게 병렬 연결되며, 상기 적어도 하나의 발광 셀 어레이의 발광 셀 개수와 상기 나머지 발광 셀 어레이의 발광 셀 개수가 동일한 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 발광 셀 어레이의 각각의 일단부들과 타단부들이 서로 이격배치된 본딩 패드에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 발광 장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 발광 셀 어레이의 각각의 일단부들이 인접하게 위치한 둘 이상의 본딩 패드에 연결되고, 상기 발광 셀 어레이의 각각의 타단부들이 인접하게 위치한 둘 이상의 다른 본딩 패드에 연결되는 것을 특징으로 하는 발광 장치를 제공한다. 상기 일단부들에 연결되는 둘 이상의 본딩 패드는 서로 전기적으로 연결되고, 상기 타단부들에 연결되는 둘 이상의 다른 본딩 패드는 서로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하며, 상기 서로 연결된 둘 이상의 본딩 패드는 상기 서로 연결된 둘 이상의 다른 본딩 패드와 본딩 패드 폭의 2배 이상의 거리를 두고 대칭되어 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발광 장치는 상기 적어도 2개의 발광 셀 어레이가 조합 배열되어 매트릭스 형상을 이루는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발광 장치는 상기 발광 소자가 실장되는 기판, 상기 기판 상에 형성되는 전극 및 상기 전극과 상기 발광 소자의 전기적 연결을 위한 와이어를 더 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 발광 장치는 마운트나 PCB에 직접 실장할 수 있으며, 내구성의 향상으로 수명을 연장시킬 수 있고 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한 AC-DC 컨버터 등의 부속품 없이도 동작이 가능하여 공간 활용성이 향상되고 부품수가 줄어들어 발광 다이오드 패키지의 부피를 줄일 수 있으며 원가를 절감할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 의해 2개의 본딩 패드를 가진 발광 소자의 등가 회로를 도시한 회로도.
도 2는 본 발명에 의해 4개의 본딩 패드를 가진 발광 소자의 등가 회로를 도시한 회로도.
도 3은 본 발명에 의해 2개의 본딩 패드를 가진 발광 소자를 도시한 개략도.
도 4는 본 발명에 의해 4개의 본딩 패드를 가진 발광 소자를 도시한 개략도.
도 5a 내지 도 5b는 본 발명에 의해 4개의 본딩 패드를 가진 발광 소자를 직류 전원에서 테스트하기 위한 시험 회로를 도시한 회로도.
도 6a는 2개의 본딩 패드를 가진 본 발명의 제 1 실시예를 도시한 레이아웃도.
도 6b는 2개의 본딩 패드를 가진 본 발명의 제 2 실시예를 도시한 레이아웃도.
도 7a는 4개의 본딩 패드를 가진 본 발명의 제 3 실시예를 도시한 레이아웃도.
도 7b는 4개의 본딩 패드를 가진 본 발명의 제 4 실시예를 도시한 레이아웃도.
도 8은 본 발명에 의해 발광 소자를 직병렬로 구성한 발광 장치의 등가 회로를 도시한 회로도.
도 9는 본 발명에 의해 발광 소자를 직렬로 구성한 발광 장치의 등가 회로를 도시한 회로도.
도 10a는 본 발명에 의해 2개의 발광 소자를 병렬로 와이어 본딩하여 구성한 발광 장치의 개략도.
도 10b는 본 발명에 의해 2개의 발광 소자를 직렬로 와이어 본딩하여 구성한 발광 장치의 개략도.
도 11a는 본 발명에 의해 4개의 발광 소자를 직병렬로 와이어 본딩하여 구성한 발광 장치의 개략도.
도 11b는 본 발명에 의해 4개의 발광 소자를 직렬로 와이어 본딩하여 구성한 발광 장치의 개략도.
도 12는 본 발명의 발광 장치의 단면도.
이하. 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명에서는 하나의 발광 다이오드를 이용하여 하나의 발광 소자를 제작하지 않고, 단일 칩에 다수의 발광 다이오드를 이용하여 하나의 발광 소자를 형성한다. 종래의 발광 다이오드와 구별을 위해 이를 발광 셀로 표기하였다.
도 1은 본 발명에 의해 2개의 본딩 패드를 가진 발광 소자의 등가 회로를 도시한 회로도이다. 이를 참조하면 본 발명에 의한 발광 소자(1000)는 다수개의 발광 셀(100)들이 직렬 연결된 제 1 발광 셀 어레이(200) 및 제 2 발광 셀 어레이(300)와 발광 셀 어레이(200, 300)에 소정의 전원을 공급하기 위한 본딩 패드(400, 500)를 포함한다. 제 1 또는 제 2 발광 셀 어레이(200, 300)는 각 본딩 패드(400, 500)로부터 단위 발광 셀(100)이 직렬로 전기적으로 연결되어 있다 .상기 제 1 발광 셀 어레이(200)와 제 2 발광 셀 어레이(300)는 본딩 패드(400, 500) 사이에서 애노드와 캐소드가 서로 접속되도록 병렬로 연결한다. 즉, 제 1 발광 셀 어레이(200)의 캐소드는 제 1 본딩 패드(400)에 접속되고 애노드는 제 2 본딩 패드(500)에 접속되며, 제 2 발광 셀 어레이(300)의 캐소드는 제 2 본딩 패드(500)에 접속되고 애노드는 제 1 본딩 패드(400)에 접속된다. 각기 다른 본딩 패드(400, 500)로부터 전기적으로 연결된 발광 셀 어레이(200, 300)는 각기 독립적으로 발광한다.
발광 셀 어레이(200, 300)를 구동하기 위해 교류 전원(800)이 외부에 연결되어 있고, 인가 전류를 조절하기 위해 외부 저항(900)을 포함한 소정의 회로가 연결되어 있다.
도 1의 회로도에 따른 발광 소자(1000)의 동작을 살펴보면, 제 1 본딩 패드(400)에 양(+)의 전압이 인가되고 제 2 본딩 패드(500)에 음(-)의 전압이 인가되는 경우에 제 2 발광 셀 어레이(300)가 발광하게 된다. 반면 제 1 본딩 패드(400)에 음(-)의 전압이 인가되고 제 2 본딩 패드(500)에 양(+)의 전압이 인가되는 경우에 제 1 발광 셀 어레이(200)가 발광하게 된다. 즉, 각 전압의 양(+) 및 음(-)의 듀티(duty)동안 발광 셀 어레이(200, 300)가 번갈아가며 동작하기 때문에 교류 전원(800)에서도 충분히 사용이 가능하다.
도 2는 본 발명에 의해 4개의 본딩 패드를 가진 발광 소자의 등가 회로를 도시한 회로도이다. 이를 참조하면 본 발명에 의한 발광 소자(1000)는 다수개의 발광 셀(100)들이 직렬 연결된 제 1 발광 셀 어레이(200) 및 제 2 발광 셀 어레이(300)와 발광 셀 어레이(200, 300)에 소정의 전원을 공급하기 위한 본딩 패드(400 내지 700)를 포함한다. 제 1 또는 제 2 발광 셀 어레이(200, 300)는 각 본딩 패드(400 내지 700)로부터 단위 발광 셀(100)이 직렬로 전기적으로 연결되어 있다 .상기 제 1 발광 셀 어레이(200)와 제 2 발광 셀 어레이(300)는 본딩 패드(400 내지 700) 사이에서 애노드와 캐소드가 서로 접속되도록 병렬로 연결한다. 즉, 제 1 발광 셀 어레이(200)의 캐소드는 제 1 본딩 패드(400)에 접속되고 애노드는 제 3 본딩 패드(600)에 접속되며, 제 2 발광 셀 어레이(300)의 캐소드는 제 4 본딩 패드(700)에 접속되고 애노드는 제 2 본딩 패드(500)에 접속된다. 또한 교류 전원에서 구동시 제 1 본딩 패드(400)와 제 2 본딩 패드(500)는 서로 전기적으로 연결되어 있고, 제 3 본딩 패드(600)와 제 4 본딩 패드(700)는 서로 전기적으로 연결되어 있다. 각기 다른 본딩 패드(400 내지 700)로부터 전기적으로 연결된 발광 셀 어레이(200, 300)는 각기 독립적으로 발광한다.
발광 셀 어레이(200, 300)를 구동하기 위해 교류 전원(800)이 외부에 연결되어 있고, 인가 전류를 조절하기 위해 외부 저항(900)을 포함한 소정의 회로가 연결되어 있다.
도 2의 회로도에 따른 발광 소자(1000)의 동작을 살펴보면, 제 1 본딩 패드(400)와 제 2 본딩 패드(500)에 양(+)의 전압이 인가되고 제 3 본딩 패드(600)와 제 4 본딩 패드(700)에 음(-)의 전압이 인가되는 경우에 제 2 발광 셀 어레이(300)가 발광하게 된다. 반면 제 1 본딩 패드(400)와 제 2 본딩 패드(500)에 음(-)의 전압이 인가되고 제 3 본딩 패드(600)와 제 4 본딩 패드(700)에 양(+)의 전압이 인가되는 경우에 제 1 발광 셀 어레이(200)가 발광하게 된다. 즉, 각 전압의 양(+) 및 음(-)의 듀티(duty)동안 발광 셀 어레이(200, 300)가 번갈아가며 동작하기 때문에 교류 전원(800)에서도 충분히 사용이 가능하다.
도 3 내지 도 4는 본 발명에 따른 발광 소자(1000)를 도시한 개략도이다. 본 발명의 실시예는 발광 소자(1000) 내부에 발광 셀 어레이를 2열로 배치하는 것을 특징으로 한다. 물론 이에 한정되지 않고 다양한 실시예가 가능하다. 또한 발광 소자(1000)의 단위 발광 셀(100)과 본딩 패드(400 내지 700)의 모양은 정사각형, 직사각형, 삼각형, 원형 등 다양한 형태의 모양을 가질 수 있고 그 크기도 다양하게 바꿀 수 있다.
도 3의 발광 소자(1000)는 2개의 본딩 패드(400, 500)를 포함하되, 본딩 패드(400, 500) 각각은 외부 전원(양, 음)에 접속되며, 본딩 패드(400, 500) 사이에 다수의 발광 셀(100)이 직렬 접속된 다수의 발광 셀 어레이를 포함한다. 이 때 다수의 발광 셀 어레이가 교대로 발광하도록 본딩 패드(400, 500) 사이에서 병렬 접속한다. 즉, 본딩 패드(400, 500)에 있어서 하나의 발광 셀 어레이의 일단의 캐소드를 접속하면 다른 하나의 발광 셀 어레이의 일단은 애노드를 접속하도록 한다.
도 4의 발광 소자(1000)는 발광 셀 어레이가 2열로 구성되어 있으며 본딩 패드(400 내지 700)가 4개로 형성되어 있다. 즉, 각 발광 셀 어레이의 양 끝단에 본딩 패드가 각각 연결되어 있다. 하나의 발광 셀 어레이의 캐소드를 연결한 제 1 본딩 패드(400)와 다른 하나의 발광 셀 어레이의 애노드를 연결한 제 2 본딩 패드(500)는 인접하게 위치하여 교류 전원에서 구동시 이 본딩 패드는 서로 전기적으로 연결하여 구성한다. 또한 이와 대칭하여 상기 발광 셀 어레이의 타단부들을 각각 연결한 제 3 본딩 패드(600)와 제 4 본딩 패드(700)는 서로 인접하게 위치하고, 마찬가지로 교류 전원에서 구동시 이 본딩 패드는 서로 전기적으로 연결하여 구성한다. 여기서 서로 전기적으로 연결된 본딩 패드 군은 다른 본딩 패드 군과 본딩 패드 폭의 2배 이상 거리를 두고 배치하도록 한다. 한 쌍의 본딩 패드 군을 서로 대칭되게 분리하여 위치하는 이유는 높은 교류 전압에 견딜 수 있는 내압을 갖도록 하기 위함이다.
본 발명은 도 4에서도 볼 수 있듯이 본딩 패드를 2중으로 제작함으로써 발광 다이오드 패키지에 와이어 본딩 공정시 본딩 패드를 자유롭게 선택할 수 있게 하여 와이어 본딩을 수월하게 할 수 있다. 도 5a에는 직류 전원에서의 발광 소자 특성을 테스트하는 방법에 대한 회로도를 나타내었다. 도면을 참조하면, 도시한 바와 같은 배열에 의해 직류 전원(850)을 연결하면 제 2 본딩 패드(500)와 제 4 본딩 패드(700) 사이의 어레이 셀의 직류 특성을 테스트할 수 있고, 직류 전원(850)의 방향을 역으로 연결하여 테스트하면 제 1 본딩 패드(400)와 제 3 본딩 패드(600) 사이의 어레이 셀의 직류 특성을 테스트할 수 있다. 도 5b에는 각각의 어레이 셀을 독립적으로 테스트하는 방법에 대한 회로도를 나타낸 것이다.
본 발명은 상기와 같이 본딩 패드를 2중으로 형성함으로써, 도 5a 내지 도 5b에서 볼 수 있듯이 교류 전원 뿐 아니라 직류 전원에서도 발광 소자의 특성을 쉽게 측정할 수 있다. 본딩 패드가 2개인 경우에는 각기 반대 방향으로 흐르는 전압 하에서 작동하는 발광 셀 어레이를 함께 포함하므로 직류 전원에서 동시에 구동할 수 없었다. 그리하여 직류 전원에서 발광 소자의 특성을 알아보고자 할 때 각각의 발광 셀 어레이의 결과만 알 수 있으므로 회로를 여러 번 구성해야 하는 번거로움이 있다. 그러나 본딩 패드를 2중으로 형성하면 도면에 나타낸 바와 같이 회로를 구성함으로써 간단하게 테스트할 수 있다. 즉, 도 5a는 2열의 발광 셀 어레이를 직렬로 연결하여 동시에 작동 가능하게 하였고, 도 5b는 각기 다른 외부 전원과 외부 저항을 독립적으로 구성하여 동시에 작동 가능하게 하였다.
또한 본딩 패드를 2중으로 제작함으로써 발광 다이오드 패키지에 와이어 본딩 공정시 본딩 패드를 자유롭게 선택할 수 있게 하여 와이어 본딩을 수월하게 할 수 있다.
도 6a 내지 도 7b는 본 발명에 의한 발광 소자의 각 실시예를 도시한 레이아웃도이다.
도 6a와 도 6b는 본딩 패드(400, 500)가 2개인 발광 소자(1000)의 실시예이며, 도 6a에서는 2개의 본딩 패드(400, 500)가 상기 발광 소자(1000)의 대각선 방향으로 대칭되게 형성되고, 도 6b에서는 2개의 본딩 패드(400, 500)가 상기 발광 소자(1000)의 일측면에 대칭되게 형성되었다. 물론 이에 한정되지 않고 전기적 연결의 편의를 위해 본딩 패드의 다양한 배치가 가능하며, 단위 발광 셀(100)과 본딩 패드의 모양은 정사각형, 직사각형, 삼각형, 원형 등 다양한 형태의 모양을 가질 수 있고 그 크기도 다양하게 바꿀 수 있다.
또한 본딩 패드(400, 500) 사이에 발광 셀(100)들이 소정의 배선을 통해 직렬로 연결되어 있다. 발광 셀(100)의 N형 또는 P형 전극 각각은 인접한 발광 셀(100)의 P형 또는 N형 전극에 접속된다. 즉 1번의 발광 셀(100)의 P형 전극은 제 1 본딩 패드(400)에 접속되고, N형 전극은 배선을 통해 2번의 발광 셀(100)의 P형 전극에 접속된다. 2번의 발광 셀(100)의 N형 전극은 3번의 발광 셀(100)의 P형 전극에 접속된다. 이와 같이 앞 번호의 발광 셀(100)의 N형 전극은 뒷 번호의 발광 셀(100)의 P형 전극에 접속된다.
도 6a에 도시된 제 1 실시예는 28개의 발광 셀(100)이 5× 6의 행렬(matrix) 형태로 배열되고, 2개의 본딩 패드(400, 500) 사이에 2열의 발광 셀 어레이(200, 300)가 병렬 연결되어 있다. 도면을 참조하면 행렬 (1,1)부터 행렬 (1,6)은 제 1 본딩 패드(400), 발광 셀 (1, 8, 9, 10, 11)이고, 행렬 (2,1)부터 행렬 (2,6)은 발광 셀 (28, 2, 7, 19, 18, 12)이고, 행렬 (3,1)부터 행렬 (3,6)은 발광 셀 (27, 3, 6, 20, 17, 13)이고, 행렬 (4,1)부터 행렬 (4,6)은 발광 셀 (26, 4, 5, 21, 16, 14)이고, 행렬 (5,1)부터 행렬 (5, 6)은 발광 셀 (25, 24, 23, 22, 15), 제 2 본딩 패드(500)이다. 물론 이러한 매트릭스 배열은 무수히 많은 형태로 변형될 수 있고 제 1 및 제 2 발광 셀 어레이(200, 300) 내의 발광 셀(100)의 개수는 한정되지 않는다. 하지만, 발광 소자(1000)의 밝기의 변화를 최소화하기 위해 제 1 및 제 2 발광 셀 어레이(200, 300) 내의 발광 셀(100)의 개수가 동일한 것이 바람직하다.
즉, 도 6a의 발광 소자(1000)는 제 1 또는 제 2 본딩 패드(400, 500)와, 그 사이에 1 내지 14번의 발광 셀(100)이 직렬 연결된 제 1 발광 셀 어레이(200)와, 15 내지 28번의 발광 셀(100)이 직렬 연결된 제 2 발광 셀 어레이(300)를 포함한다. 이 때 제 1 발광 셀 어레이(200)의 캐소드는 제 1 본딩 패드(400)에 연결되고, 애노드는 제 2 본딩 패드(500)에 연결된다. 반면 제 2 발광 셀 어레이(300)의 캐소드는 제 2 본딩 패드(500)에 연결되고, 애노드는 제 1 본딩 패드(400)에 연결된다.
이러한 발광 소자(1000)의 구동을 설명하면 먼저 본딩 패드(400, 500)를 통하여 교류 전압이 인가된다. 제 1 본딩 패드(400)에 양(+)의 전압이 인가되고 제 2 본딩 패드(500)에 음(-)의 전압이 인가되는 경우에 15 내지 28번의 제 2 발광 셀 어레이(300)가 발광하게 된다. 반면 제 1 본딩 패드(400)에 음(-)의 전압이 인가되고 제 2 본딩 패드(500)에 양(+)의 전압이 인가되는 경우에 1 내지 14번의 제 1 발광 셀 어레이(200)가 발광하게 된다.
이와 같이 각 전압의 양(+) 및 음(-)의 듀티(duty)동안 발광 셀 어레이(200, 300)가 번갈아가면 동작하기 때문에 인가되는 외부 전원이 교류 전원이어도 계속적인 발광을 할 수 있다.
도 6b에 도시된 제 2 실시예는 46개의 발광 셀(100)이 6× 8의 행렬 형태로 배열되고, 2개의 본딩 패드(400, 500) 사이에 2열의 발광 셀 어레이(200, 300)가 병렬 연결되어 있다. 도면을 참조하면 행렬 (1,1)부터 행렬 (1,8)은 발광 셀 (5, 6, 7, 8, 17, 18, 19, 20)이고, 행렬 (2,1)부터 행렬 (2,8)은 발광 셀 (4, 42, 41, 9, 16, 30, 29, 21) 이고, 행렬 (3,1)부터 행렬 (3,8)은 발광 셀 (3, 43, 40, 10, 15, 31, 28, 22)이고, 행렬 (4,1)부터 행렬 (4,8)은 발광 셀 (2, 44, 39, 11, 14, 32, 27, 23)이고, 행렬 (5,1)부터 행렬 (5,8)은 발광 셀 (1, 45, 38, 12, 13, 33, 26, 24)이고, 행렬 (6,1)부터 행렬 (6,8)은 제 1 본딩 패드(400), 발광 셀 (46, 37, 36, 35, 34, 25), 제 2 본딩 패드(500)이다. 물론 이러한 매트릭스 배열은 무수히 많은 형태로 변형될 수 있고 제 1 및 제 2 발광 셀 어레이(200, 300) 내의 발광 셀(100)의 개수는 한정되지 않는다.
즉, 도 6b의 발광 소자(1000)는 제 1 또는 제 2 본딩 패드(400, 500)와, 그 사이에 1 내지 24번의 발광 셀(100)이 직렬 연결된 제 1 발광 셀 어레이(200)와, 25 내지 46번의 발광 셀(100)이 직렬 연결된 제 2 발광 셀 어레이(300)를 포함한다. 이 때 제 1 발광 셀 어레이(200)의 캐소드는 제 1 본딩 패드(400)에 연결되고, 애노드는 제 2 본딩 패드(500)에 연결된다. 반면 제 2 발광 셀 어레이(300)의 캐소드는 제 2 본딩 패드(500)에 연결되고, 애노드는 제 1 본딩 패드(400)에 연결된다.
이러한 발광 소자(1000)의 구동을 설명하면 먼저 본딩 패드(400, 500)를 통하여 교류 전압이 인가된다. 제 1 본딩 패드(400)에 양(+)의 전압이 인가되고 제 2 본딩 패드(500)에 음(-)의 전압이 인가되는 경우에 25내지 46번의 제 2 발광 셀 어레이(200)가 발광하게 된다. 반면 제 1 본딩 패드(400)에 음(-)의 전압이 인가되고 제 2 본딩 패드(500)에 양(+)의 전압이 인가되는 경우에 1 내지 24번의 제 1 발광 셀 어레이(200)가 발광하게 된다.
이와 같이 각 전압의 양(+) 및 음(-)의 듀티(duty)동안 발광 셀 어레이(200, 300)가 번갈아가며 동작하기 때문에 인가되는 외부 전원이 교류 전원이어도 계속적인 발광을 할 수 있다.
도 7a와 도 7b는 본딩 패드(400 내지 700)가 4개인 발광 소자의 실시예이며, 교류 전원에서 구동시 각 2개의 본딩 패드는 서로 전기적으로 연결한다. 도 7a에서는 2쌍의 본딩 패드군이 상기 발광 소자(1000)의 중앙 측면에 대칭되게 형성되고, 도 7b에서는 2쌍의 본딩 패드군이 상기 발광 소자(1000)의 대각선으로 대칭되게 형성되었다. 물론 이에 한정되지 않고 전기적 연결의 편의를 위해 본딩 패드(400 내지 700)의 다양한 배치가 가능하며, 단위 발광 셀(100)과 본딩 패드(400 내지 700)의 모양은 정사각형, 직사각형, 삼각형, 원형 등 다양한 형태의 모양을 가질 수 있고 그 크기도 다양하게 바꿀 수 있다. 또한 본딩 패드(400 내지 700) 사이에 발광 셀(100)들이 소정의 배선을 통해 직렬로 연결되어 있다. 앞서 상술한 바와 같이 발광 셀(100)의 N형 또는 P형 전극 각각은 인접한 발광 셀(100)의 P형 또는 N형 전극에 접속된다.
도 7a에 도시된 제 3 실시예는 32개의 발광 셀(100)이 6× 6의 행렬 형태로 배열되고, 4개의 본딩 패드(400 내지 700) 사이에 2열의 발광 셀 어레이(200, 300)가 병렬 연결되어 있다. 제 1 본딩 패드(400)와 제 2 본딩 패드(500)는 서로 전기적으로 연결되어 있고, 이에 대칭되어 형성된 제 3 본딩 패드(600)와 제 4 본딩 패드(700)도 서로 전기적으로 연결되어 있다. 도면을 참조하면 행렬 (1,1)부터 행렬 (1,6)은 발광 셀 (2, 3, 8, 9, 14, 15)이고, 행렬 (2,1)부터 행렬 (2,6)은 발광 셀 (1, 4, 7, 10, 13, 16)이고, 행렬 (3,1)부터 행렬 (3,6)은 제 1 본딩 패드(400), 발광 셀 (5, 6, 11, 12), 제 3 본딩 패드(600)이고, 행렬 (4,1)부터 행렬 (4,6)은 제 2 본딩 패드(500), 발광 셀 (28, 27, 22, 21), 제 4 본딩 패드(700)이고, 행렬 (5,1)부터 행렬 (5,6)은 발광 셀 (32, 29, 26, 23, 20, 17)이고, 행렬 (6,1)부터 행렬 (6,6)은 발광 셀 (31, 30, 25, 24, 19, 18)이다. 물론 이러한 매트릭스 배열은 무수히 많은 형태로 변형될 수 있고 제 1 및 제 2 발광 셀 어레이(200, 300) 내의 발광 셀(100)의 개수는 한정되지 않는다. 하지만, 발광 소자(1000)의 밝기의 변화를 최소화하기 위해 제 1 및 제 2 발광 셀 어레이(200, 300) 내의 발광 셀(100)의 개수가 동일한 것이 바람직하다.
즉, 도 7a의 발광 소자(1000)는 제 1 내지 제 4 본딩 패드(400 내지 700)와, 그 사이에 1 내지 16번의 발광 셀(100)이 직렬 연결된 제 1 발광 셀 어레이(200)와, 17 내지 32번의 발광 셀(100)이 직렬 연결된 제 2 발광 셀 어레이(300)를 포함한다. 이 때 제 1 발광 셀 어레이(200)의 캐소드는 제 1 본딩 패드(400)에 연결되고, 애노드는 제 3 본딩 패드(600)에 연결된다. 반면 제 2 발광 셀 어레이(300)의 캐소드는 제 4 본딩 패드(700)에 연결되고, 애노드는 제 2 본딩 패드(500)에 연결된다. 여기서 제 1 본딩 패드(400)와 제 2 본딩 패드(500)는 서로 전기적으로 연결되고, 제 3 본딩 패드(600)와 제 4 본딩 패드(700)는 서로 전기적으로 연결된다.
이러한 발광 소자(1000)의 구동을 설명하면 먼저 본딩 패드(400 내지 700)를 통하여 교류 전압이 인가된다. 제 1 또는 제 2 본딩 패드(400, 500)에 양(+)의 전압이 인가되고 제 3 또는 제 4 본딩 패드(600, 700)에 음(-)의 전압이 인가되는 경우에 17 내지 32번의 제 2 발광 셀 어레이(300)가 발광하게 된다. 반면 제 1 또는 제 2 본딩 패드(400, 500)에 음(-)의 전압이 인가되고 제 3 또는 제 4 본딩 패드(600, 700)에 양(+)의 전압이 인가되는 경우에 1 내지 16번의 제 1 발광 셀 어레이(200)가 발광하게 된다.
이와 같이 각 전압의 양(+) 및 음(-)의 듀티(duty)동안 발광 셀 어레이(200, 300)가 번갈아가며 동작하기 때문에 교류 전원에서도 충분히 사용이 가능하고, 본딩 패드(400 내지 700)를 2중으로 제작하여 와이어 본딩 공정시 본딩 패드(400 내지 700)를 보다 자유롭게 선택할 수 있기 때문에 와이어 본딩을 수월하게 할 수 있다.
도 7b에 도시된 제 4 실시예는 32개의 발광 셀(100)이 6× 6의 행렬 형태로 배열되고, 4개의 본딩 패드(400 내지 700) 사이에 2열의 발광 셀 어레이(200, 300)가 병렬 연결되어 있다. 제 1 본딩 패드(400)와 제 2 본딩 패드(500)는 서로 전기적으로 연결되어 있고, 이에 대칭되어 형성된 제 3 본딩 패드(600)와 제 4 본딩 패드(700)도 서로 전기적으로 연결되어 있다. 도면을 참조하면, 행렬 (1,1)부터 행렬 (1,6)은 제 1 본딩 패드(400), 발광 셀 (1, 10, 11, 12, 13)이고, 행렬 (2,1)부터 행렬 (2,6)은 제 2 본딩 패드(500), 발광 셀 (2, 9, 22, 21, 14)이고, 행렬 (3,1)부터 행렬 (3,6)은 발광 셀 (32, 3, 8, 23, 20, 15)이고, 행렬 (4,1)부터 행렬 (4,6)은 발광 셀 (31, 4, 7, 24, 19, 16)이고, 행렬 (5,1)부터 행렬 (5,6)은 발광 셀 (30, 5, 6, 25, 18), 제 3 본딩 패드(600)이고, 행렬 (6,1)부터 행렬 (6,6)은 발광 셀 (29, 28, 27, 26, 17), 제 4 본딩 패드(700)이다. 물론 이러한 매트릭스 배열은 무수히 많은 형태로 변형될 수 있고 제 1 및 제 2 발광 셀 어레이(200, 300) 내의 발광 셀(100)의 개수는 한정되지 않는다.
즉, 도 7b의 발광 소자(1000)는 제 1 내지 제 4 본딩 패드(400 내지 700)와, 그 사이에 1 내지 16번의 발광 셀(100)이 직렬 연결된 제 1 발광 셀 어레이(200)와, 17 내지 32번의 발광 셀(100)이 직렬 연결된 제 2 발광 셀 어레이(300)를 포함한다. 이 때 제 1 발광 셀 어레이(200)의 캐소드는 제 1 본딩 패드(400)에 연결되고, 애노드는 제 3 본딩 패드(600)에 연결된다. 반면 제 2 발광 셀 어레이(300)의 캐소드는 제 4 본딩 패드(700)에 연결되고, 애노드는 제 2 본딩 패드(500)에 연결된다. 여기서 제 1 본딩 패드(400)와 제 2 본딩 패드(500)는 서로 전기적으로 연결되고, 제 3 본딩 패드(600)와 제 4 본딩 패드(700)는 서로 전기적으로 연결된다.
이러한 발광 소자(1000)의 구동은 상기 상술한 제 3 실시예의 경우와 동일하다.
따라서 각 전압의 양(+) 및 음(-)의 듀티(duty)동안 발광 셀 어레이(200, 300)가 번갈아가며 동작하기 때문에 교류 전원에서도 충분히 사용이 가능하고, 본딩 패드(400 내지 700)를 2중으로 제작하여 와이어 본딩 공정시 본딩 패드(400 내지 700)를 보다 자유롭게 선택할 수 있기 때문에 와이어 본딩을 수월하게 할 수 있다.
본 발명에 의한 발광 장치는 상기 상술한 발광 소자를 적어도 하나 이상을 이용하여 구성함으로써 높은 발광 효율을 얻을 수 있고, 다수개의 발광 소자를 직렬, 병렬 또는 직병렬 식으로 다양하게 연결하여 구성한다. 도 8 내지 도 9는 이러한 발광 소자(1000)를 이용한 발광 장치의 등가 회로를 도시한 회로도이다. 도 8은 4개의 발광 소자(1000)를 직병렬로 연결하여 구성한 예이고, 도 9는 동일한 개수의 발광 소자(1000)를 직렬로 연결하여 구성한 예이다. 교류 전원(800)이 접속되고 발광 소자(1000)의 본딩 패드를 통하여 발광 소자(1000)에 교류 전압이 인가된다. 본 발명의 발광 소자(1000)는 AC-DC 컨버터 없이 교류 전원(800)에서 구동이 가능하다. 물론 교류 전원을 안정화시키기 위한 별도의 회로를 더 포함할 수 있다. 도시한 구성은 단지 일 실시예일 뿐 다수개의 발광 소자(1000)를 직렬, 병렬 또는 직병렬의 연결로 다양하게 구성할 수 있고, 발광 소자(1000)의 개수 또한 한정되지 않는다.
본 발명의 발광 장치는 다수개의 발광 소자(1000)를 이와 같이 다양한 연결로 구성함으로써 주어진 전압 하의 광출력을 제어할 수 있다. 예를 들어 도 8 내지 도 9는 동일한 발광 소자(1000) 4개를 서로 다른 구성으로 연결하여 각각 110V와 220V에서 동일한 광출력을 얻을 수 있다. 도 8에서 4개의 발광 소자(1000)를 110V 전원에 직병렬로 연결한 경우, 외부 저항을 통한 인가 전류가 2× I이고 각 발광 소자에 인가되는 전압을 V1이라고 하면 각 발광 소자에 인가되는 전력 조건은 2V1× 2I가 되고 4개의 발광 소자이므로 총 전력은 4V1이다. 반면, 도 9에서 4개의 발광 소자를 220V 전원에 직렬로 연결한 경우, 외부 저항을 통한 인가 전류가 I이고 각 발광 소자에 인가되는 전압을 V1이라고 하면 각 발광 소자에 인가되는 전력 조건은 4V1× I가 되고 4개의 발광 소자이므로 총 전력은 4V1이다. 결국 동일한 발광 소자를 각각 직병렬 식과 직렬 식으로 연결하여 110V와 220V에서 동일한 광출력을 얻을 수 있는 것이다.
이와 같이 본 발명의 발광 장치는 다수개의 발광 소자를 이용하여 높은 발광 효율을 얻을 수 있고, 직렬, 병렬 또는 직병렬 식의 다양한 구성으로 외부 전압 하에서 필요한 광출력을 얻을 수 있다.
도 10a 내지 도 11b는 본 발명에 의해 발광 소자(1000)를 직렬, 병렬 또는 직병렬로 와이어 본딩하여 구성한 발광 장치를 도시한 개략도이다. 도 10a와 도 10b는 2개의 발광 소자(1000)를 포함한 발광 장치를 나타낸 것이고, 발광 소자(1000)의 일측면에 대칭되게 본딩 패드를 형성한 발광 소자(1000)를 이용하여 구성하였다. 또한 도 11a와 도 11b는 4개의 발광 소자(1000)를 포함한 발광 장치를 나타낸 것이고, 발광 소자(1000)의 대각선 방향으로 대칭되게 본딩 패드를 형성한 발광 소자(1000)를 이용하여 구성하였다. 이는 발광 장치 내 구성과 형태 등에 따라 발광 소자(1000)의 본딩 패드의 위치를 다양하게 배치할 수 있으며, 전기적 연결의 편의를 위해 본딩 패드(1000)와 전극(1300)의 모양은 다양한 형태의 모양을 가질 수 있고 그 크기도 다양하게 바꿀 수 있다. 전극(1300)으로부터 연결되는 본딩 패드를 통해 발광 소자(1000)에 외부 전원이 공급되고, 상술한 바와 같이 발광 소자(1000) 내에 4개의 본딩 패드를 형성하면 와이어(1200) 공정시 더욱 수월하게 와이어(1200) 본딩할 수 있다. 도시한 구성은 단지 일 실시예일 뿐 다양하게 연결하여 와이어(1200) 본딩할 수 있고, 발광 소자(1000)의 개수 또한 한정되지 않는다.
본 발명에 의한 발광 소자(1000)는 히트 싱크가 부착된 마운트에 와이어(1200) 본딩할 수 있다. 또한 AC-DC 컨버터 등 각종 부속품 없이 외부 저항 회로만 있으면 구동하므로 PCB에 직접 와이어(1200) 본딩하여 구성할 수도 있다.
도 10a는 2개의 발광 소자(1000)를 기판(1100) 상에 병렬로 와이어(1200) 본딩하여 구성한 것이고, 도 10b는 2개의 발광 소자(1000)를 기판(1100) 상에 직렬로 와이어(1200) 본딩하여 구성한 것이다. 각각 원하는 형태와 필요한 광출력에 따라 다양하게 구성할 수 있다.
도 11a는 4개의 발광 소자(1000)를 기판(1100) 상에 직병렬로 와이어(1200) 본딩하여 구성한 것이고, 도 11b는 4개의 발광 소자(1000)를 기판(1100) 상에 직렬로 와이어(1200) 본딩하여 구성한 것이다.
도 12는 본 발명에 따른 발광 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 12를 참조하면 본 발명에 의한 발광 장치는 기판(1100)과, 기판(1100) 상에 실장되는 다수개의 발광 소자(1000)와, 외부 전원의 접속을 위한 전극(1300)과, 전극(1300)과 발광 소자(1000)의 전기적 연결을 위한 와이어(1200)를 포함한다. 발광 소자(1000)는 다수개의 발광 셀이 직렬 연결된 발광 셀 어레이를 다수개 포함하고, 각 발광 셀 어레이는 본딩 패드 사이에서 캐소드와 애노드 부분을 서로 교차하여 병렬 연결된다. 이러한 발광 소자(1000)가 기판(1100) 상에 직렬, 병렬 또는 직병렬 식의 형태로 다양하게 형성됨으로써 교류 전원에서도 구동이 가능하다. 여기서 기판은 히트 싱크가 부착된 마운트일 수 있고, 또한 AC-DC 컨버터 등 각종 부속품 없이 외부 저항만 있으면 동작이 가능하므로 PCB에 직접 와이어(1200) 본딩하여 구성할 수도 있다.
100 : 발광 셀 200 : 제 1 발광 셀 어레이
300 : 제 2 발광 셀 어레이 400 : 제 1 본딩 패드
500 : 제 2 본딩 패드 600 : 제 3 본딩 패드
700 : 제 4 본딩 패드 800 : 교류 전원
850 : 직류 전원 900 : 외부 저항
1000 : 발광 소자 1100 : 기판
1200 : 와이어 1300 : 전극

Claims (11)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 직렬로 연결된 복수의 발광셀과 상기 발광셀들 중 첫 번째 발광 셀과 마지막 발광 셀에 각각 연결된 두 개의 본딩패드를 포함하는 제 1 발광 소자; 및
    상기 기판 상에 직렬로 연결된 복수의 발광셀과 상기 발광셀들 중 첫 번째 발광 셀과 마지막 발광 셀에 각각 연결된 두 개의 본딩패드를 포함하는 제 2 발광 소자를 포함하며,
    상기 제1 및 제 2 발광 소자는 외부전원과 전기 절연된 상기 기판 상에 배열되고,
    상기 제 1 발광 소자의 본딩패드들과 상기 제 2 발광 소자의 본딩패드들의 연결을 통해 상기 제 1 발광 소자와 상기 제 2 발광 소자가 직렬 또는 병렬로 연결되며,
    상기 제 1 발광 소자의 본딩패드들과 상기 제 2 발광 소자의 본딩패드들 중 적어도 두 개의 본딩패드에 와이어 본딩된 적어도 두 개의 전극을 통하여 외부전원이 공급되되, 상기 적어도 두 개의 전극에 연결된 상기 적어도 두 개의 본딩패드 사이에는 상기 제 1 발광 소자 및 제 2 발광 소자가 전기적으로 연결되는 발광장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 기판 상에 저항을 포함하는 소자를 더 포함하며, 상기 발광장치에 공급되는 상기 외부전원은 교류전원인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 발광 소자들은 상기 본딩패드들 중 적어도 두 개의 본딩패드 사이에서 직렬로 연결된 적어도 하나의 발광셀 어레이를 포함하는 발광장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 본딩패드들 중 적어도 두 개의 본딩패드는 상기 기판에서 서로 대칭되게 분리되어 위치함을 특징으로 하는 발광장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 본딩패드들은 복수 개씩 짝을 이뤄 동일 극성의 전극으로 이용되는 본딩패드군을 형성하는 발광장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 동일 극성의 본딩패드군끼리 각각 연결됨을 특징으로 하는 발광장치.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 본딩패드군 중 어느 하나의 본딩패드군은 다른 극성의 본딩패드군과 본딩패드폭의 2배 이상의 거리를 두고 배치됨을 특징으로 하는 발광장치.
  8. 청구항 5에 있어서, 상기 본딩패드군 중 어느 하나의 본딩패드군이 상기 기판의 일변의 중앙부에 위치되고, 다른 극성의 본딩패드군이 상기 기판의 마주보는 변의 중앙부에 위치됨을 특징으로 하는 발광장치.
  9. 청구항 5에 있어서, 상기 본딩패드군 중 어느 하나의 본딩패드군과 다른 극성의 본딩패드군은 상기 기판상에서 서로 대각선 방향의 모서리에 각각 배치됨을 특징으로 하는 발광장치.
  10. 청구항 5에 있어서, 상기 본딩패드군 중 어느 하나의 본딩패드군과 다른 극성의 본딩패드군은 상기 기판의 일변의 양끝에 위치하는 모서리에 각각 배치됨을 특징으로 하는 발광장치.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 기재된 발광소자를 포함하는 발광장치로서,
    상기 발광소자의 외부에 배치되고, 상기 발광소자에 연결되는 외부저항을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
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