KR100586731B1 - 발광 다이오드와 전류구동형 집적회로를 구비하며 패키지화된 발광 반도체소자 - Google Patents

발광 다이오드와 전류구동형 집적회로를 구비하며 패키지화된 발광 반도체소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 필요로 하는 색의 결합광을 생성시키기 위한 소자를 개시하고 있다. 이 소자는 적어도 3개의 발광 다이오드와 일체로 밀봉된 전류 구동형 집적회로를 포함한다. 드라이버 칩은 서로 다른 색들의 발광 다이오드들에 정전류 출력을 제공하는데, 이는 그들의 각각의 특성들에 따라 미리 설정된다. 결국, 각각의 발광 다이오드의 전류 입력과 밝기는 조정될 수 있고, 그로 인해 색온도 6,500∼8,000˚K 의 백광과 같은 요구되는 색의 결합광이 생성된다.
반도체소자, 발광, 다이오드, 결합광

Description

발광 다이오드와 전류구동형 집적회로를 구비하며 패키지화된 발광 반도체소자 {LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICE PACKAGED WITH LIGHT-EMITTING DIODE AND CURRENT-DRIVING INTEGRATED CIRCUIT}
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 발광 반도체소자의 단면도 및 사시도.
도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 4개의 양호한 실시예의 전기 연결도.
도 7 및 도 8은 도 5 및 도 6의 블록다이어그램.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 발광소자 11, 12, 13 : 터미널
14 : 굴절형 캡슐화물질 15, 16, 17 : LED 다이스
18 : 절연기질 19 : 전류 구동형 IC칩
본 발명은 특히 액정 디스플레이의 백라이트 소스 및 다양한 색깔의 조명에 응용되기에 적합한 발광다이오드 및 전류 구동형 집적회로(IC)를 구비하며 패키지화된 발광 반도체소자에 관한 것이다.
발광다이오드(LEDs)에 의해 생성되는 백광은 반도체 응용분야의 발전에 중요 한 역할을 하고 있다. 중요한 기술들로는 파란 LED에 인광물질(phosphor)을 여기시키는 것과 서로 다른 색의 LED들을 결합하는 것이 있다.
미국 특허번호 제6,069,440호는 파란 LED로부터 발생된 광의 일부를 흡수하기 위해 인광물질이 제공되고 그 인광물질이 상기 흡수된 광의 파장과 다른 파장의 빛을 발생시킬 수 있는 발광소자를 개시하고 있다. 그러나, 상기 소자에 의해 형성된 색역(color gamut)은 적당치 못하고, 따라서 몇가지 색들은 동일한 색의 물체들로부터 반사될 수 없다. 인광물질의 쇠퇴는 다른 심각한 문제점으로서, 발생된 광의 밝기를 떨어뜨릴 것이고 푸르스름하거나 초록빛을 띤 광을 생성시킬 것이다.
미국 특허번호 제6,448,550 B1호는 미리 설정된 스펙트럼 분할을 생성하기 위한 고체상태의 조명소자를 개시하고 있다. 비록 상기한 문제들이 서로 다른 색들의 광을 결합함으로써 해결될 수 있지만, LED 순방향 전압의 편향으로 인해 대량 생산이 어려워 진다. 더우기, 다른 색의 LED들은 동일한 순방향 전류가 제공되어도 다른 밝기를 나타낼 수 있다. 그러므로, 대량 생산에 적합한 소자를 제공함으로써 이러한 문제점들을 개선할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 적합한 색역 및 우수한 안정성을 갖는 결합광을 나타내고 대량생산에 적합한, 발광다이오드 및 전류 구동형 집적회로(IC)를 구비하며 패키지화된 발광 반도체소자를 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 발광 반도체소자는 적어도 2개의 터미널, 적어도 3개의 적색, 녹색 및 청색 LED 다이스(dice), 드라이버 IC 칩, 절 연기질, 및 굴절형 캡슐화물질을 포함한다.
각각의 LED 다이스는 2개의 전극 접촉부로서, 그들 중 하나는 전기 전도성수단에 의해 공유 노드(common node)에 연결된 전극 접촉부를 포함한다. 이 공유 노드는 또한 발광 반도체 소자의 터미널 중 하나에 연결된다. 상기 드라이버 IC칩은 또한 발광 반도체 소자의 다른 터미널에 연결된 접촉부를 포함하고, 적어도 3개의 출력 포트들을 제공한다.
LED 다이스와 드라이버 IC칩 모두는 절연기질에 부착되고 굴절형 캡슐화물질에 의해 일체형으로 밀봉된다. 캡슐화물질은 LED 다이스로부터 발생한 광 빔들을 미리 설정된 방향으로 굴절시킨다. LED 다이스 및 드라이버 IC칩은 전기 전도성 수단에 의해 서로 서로 연결된다. 일반적으로, 각각의 LED 다이스의 전극 접촉부들 중 하나는 드라이버 IC 칩의 각각의 출력포트에 연결된다.
따라서, 발광 반도체 소자는 그것의 터미널상에 전압이나 전류를 인가함으로써 발광될 수 있고, 그로인해 결합광을 생성한다.
본 발명의 발광 반도체소자는 표면실장기술에 의해 그 위에 터미널을 고착시킴으로써 응용 기판(board)에 추가로 부착될 수 있다.
드라이버 IC칩의 각각의 출력포트의 전류는 대응하는 LED의 밝기를 조정하고 설정된 비율을 얻기 위해 미리 설정될 수 있다. 발생한 광의 서로 다른 비율들이 서로 다른 색의 빛을 결합시킬 수 있다. 예를 들면, 색온도 6,500∼8,000˚K 의 백광은 (0.8∼1.2):(0.8∼1.2):(0.8∼1.2)의 비율에서 적색, 녹색 및 청색 LED들의 입력전류를 미리 설정할 때 얻어질 수 있다.
더우기, 순방향 전압의 편향에도 불구하고, 본 발명의 드라이버 IC칩은 LED용 정전류를 제공할 수 있다.
상기에 언급된 터미널과 접촉부 이외에, 발광 반도체 소자 및 드라이버 IC 칩은 각각 전기 전도성 수단에 의해 서로 서로 연결되는 세번째 터미널 및 다른 접촉부를 포함한다. 그러므로, 드라이버 IC 칩의 출력부의 전류는 세번째 터미널에 전류나 전압을 인가함으로써 특별히 제어될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 발광 반도체 소자에 대해 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 발광 반도체소자(10)의 단면도 및 사시도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 발광소자(10)은 적색 녹색 및 청색의 3개의 LED 다이스(15,16,17), 굴절형 캡슐화물질(14), 절연기질(18) 및 전류-구동형 IC 칩(19)을 포함한다.
LED 다이스(15,16,17) 및 전류 구동형 IC칩(19)은 절연기질(18)에 부착되고, 상기 절연기질(18) 위에는 전기전도성 수단이 인쇄회로기판(PCB)로서 배열된다. 상기 발광소자(10)은 또한 표면실장기법에 의해 응용기판(도면상에는 도시되지 않음) 상에 제1 터미널(11)과 제2터미널(12)를 고착함으로써 그 위에 부착될 수 있다.
본 발명은 캡슐화물질(14) 내에 일체로 LED 다이스(15,16,17)와 전류 구동형 IC칩(19)을 패키지함으로써 특징지워진다. 캡슐화 물질(14)은 LED 다이스 (15,16,17)로부터 발생한 광 빔들을 설정된 방향으로 굴절시킬 수 있다.
본 발명에 따른 제1 및 제2 실시예의 전기연결을 도시한 도 3 및 도 4를 참조하면, LED 다이스(15,16,17,...)의 각각은 두개의 전극 접촉부들을 포함하는데, 그들 접촉부들 중 하나는 공유 노드(common node)에 연결되고, 또한 PCB 및 와이어 본딩에 의해 발광소자(10)의 제 1터미널(11)에 연결된다. 전류 구동형 IC칩(19)의 접촉부는 제 2터미널(12)에 연결된다.
각각의 LED 다이스의 다른 전극 접촉부는 전류 구동형 IC 칩(19)의 각각의 전류 출력 포트에 연결된다. 순방향 전압의 편향이 존재한다하더라도, 전류 구동형 IC 칩(19)의 전류 출력은 일정하고 각각의 LED의 특성에 기초하여 미리 설정된다. 따라서, 각각의 LED 다이스용 전류 입력 및 밝기는 예를들어, 색온도 6,500∼8,000˚K 의 백광과 같은 소정 색의 결합광을 얻기 위해 조정될 수 있다.
본 발명에 있어서, LED는 적색, 녹색, 청색에 제한되지는 않지만 하나 이상의 다른 색들의 LED들이 포함될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제 1실시예는 LED 다이스(15,16,17)의 음극접촉부들이 모두 PCB 및 와이어 본딩에 의해 공유 노드에 연결되기 때문에, 공동 음극회로를 나타낸다. 이러한 공유 노드는 또한 발광소자(10)의 제 1터미널(11)에 연결된다.
제 1실시예의 다른 특징은 LED 들이 각각 전압또는 전류가 제공될 때에 발광되도록 LED 다이스(15,16,17)의 양극접촉부들이 전류 구동형 IC칩(19)의 전류 출력포트에 연결되는 것이다.
상기 실시예의 다른 특징은 상기 전류 구동형 IC칩(19)의 접촉부가 PCB 및 와이어 본딩에 의해 발광소자(10)의 제 2터미널(12)에 연결되는 것이다.
도 4는 공동 양극 회로를 갖는 제 2실시예를 도시한 것으로, 양극 접촉부로서 LED 다이스(15,16,17)는 모두 PCB 및 와이어 본딩에 의해 공유 노드에 연결된다. 상기 공유 노드는 또한 발광소자(10)의 제 1터미널(11)에 연결된다.
도 5는 발광소자(10)의 제 3터미널(13)을 추가함으로써 제 1실시예와 다른 음극회로를 도시한 것이다. 터미널(13)은 PCB 및 와이어 본딩에 의해 전류 구동형 IC 칩(19)의 추가 접촉부에 연결된다. 터미널(13)은 대체로 전류 구동형 IC 칩(19)의 전류 출력을 제어하기 위해 전압이나 전류를 제공하고, LED 들의 밝기를 변화시킬 것이다.
도 6은 발광소자(10) 상에 제 3터미널(13)을 추가함으로써 제 2실시예와 다른 공동 양극회로를 도시한 것이다. 터미널(13)은 PCB 및 와이어 본딩에 의해 전류 구동형 IC 칩(19)의 다른 접촉부에 연결된다. 터미널(13)은 대체로 전류 구동형 IC 칩(19)의 전류 출력을 제어하기 위해 전압이나 전류를 제공하고 LED의 밝기를 변화시킬 것이다.
도 7 및 도 8은 도 5 및 도 6에 각각 도시된 회로의 블록 다이어그램이다. 전류 구동형 IC칩(19) 들의 출력 포트들은 각각의 LED를 구동시키기 위해 LED 다이스(15,16,17...)의 양극들(음극들)에 대응적으로 연결된다.
본 발명에 있어서, 각각의 LED의 밝기는 전류 구동형 IC 칩(19)의 각각의 전류 출력을 미리 설정함으로써 조정될 수 있다. 적절한 밝기를 갖는 LED로부터의 결합광은 특정한 색의 광을 생성할 것이다. 예를 들어, 적색, 녹색 및 청색 LED의 전 류 입력을 (0.8∼1.2):(0.8∼1.2):(0.8∼1.2)의 비율로 세팅함으로써, 색온도 6,500∼8,000˚K 의 백광이 생성될 것이다.
본 발명에 따라서, 인공지능의 전류 구동형 IC는 각각의 LED의 밝기를 정확하게 제어하기 위해 일정하고 미리 설정된 전류를 제공한다. 다시 말하면, 색역의 불충분함과 같은 이전 기술의 단점들이 개선될 수 있고 LED 들의 순방향 전압의 편향 문제점이 제거될 수 있음으로써, 대량생산을 용이하게 할 수 있다. 더우기, 드라이버 IC는 표면실장기법(SMT)와 핀-쓰루우-홀 기법(PTH)에 의해 싱글 인라인 패키지(SIP) 및 듀얼 인라인 패키지(DIP)로 패키지되기에 충분히 작은 크기를 갖는다.

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 발광 반도체소자로서,
    적어도 두개의 터미널;
    각각 두개의 전극접촉부를 구비하고 적어도 적색, 녹색 및 청색인 다수의 LED 다이스;
    접촉부와 적어도 3개의 출력포트를 구비하는 드라이버 IC 칩;
    상기 LED 다이스와 상기 드라이버 IC 칩 아래에 부착된 절연기질;
    상기 LED 다이스와 상기 드라이버 IC 칩을 일체로 밀봉하고, 상기 LED 다이스로부터 발생한 광을 미리 설정된 방향으로 굴절시키기 위한 굴절형 캡슐화 물질을 포함하고,
    각각의 LED 다이스의 상기 전극 접촉부들 중 하나는 전기전도성 수단에 의해 상기 드라이버 IC 칩의 각각의 출력 포트에 연결되고;
    각각의 LED 다이스의 다른 전극 접촉부는 전기전도성 수단에 의해 공유 노드에 연결되고, 상기 공유 노드는 상기 발광 반도체소자의 상기 터미널 중 하나에 연결되며;
    상기 드라이버 IC 칩의 상기 접촉부는 상기 발광 반도체소자의 다른 터미널에 연결되며;
    상기 LED 다이스는 상기 발광 반도체소자의 상기 터미널들에 전압이나 전류를 인가함으로써 발광되며;
    각각의 LED 다이스의 밝기는 요구되는 색의 결합광이 생성되도록 상기 드라이버 IC칩의 각각의 출력포트의 출력을 설정함으로써 조정되고,
    상기 결합광은 색온도 6,500∼8,000˚K 의 백광인 것을 특징으로 하는 발광 반도체소자.
  4. 삭제
  5. 발광 반도체소자로서,
    적어도 세개의 터미널;
    각각 두개의 전극접촉부를 구비하고 적어도 적색, 녹색 및 청색인 다수의 LED 다이스;
    적어도 2개의 접촉부와 적어도 3개의 출력포트를 구비하는 드라이버 IC 칩;
    상기 LED 다이스와 상기 드라이버 IC 칩 아래에 부착된 절연기질;
    상기 LED 다이스와 상기 드라이버 IC 칩을 일체로 밀봉하고, 상기 LED 다이스로부터 발생한 광을 미리 설정된 방향으로 굴절시키기 위한 굴절형 캡슐화 물질을 포함하고,
    각각의 LED 다이스의 상기 전극 접촉부들 중 하나는 전기전도성 수단에 의해 상기 드라이버 IC 칩의 각각의 출력 포트에 연결되고;
    각각의 LED 다이스의 다른 전극 접촉부는 전기전도성 수단에 의해 공유 노드에 연결되고, 상기 공유 노드는 상기 발광 반도체소자의 상기 터미널 중 하나에 연결되며;
    상기 드라이버 IC 칩의 상기 두개의 접촉부는 상기 발광 반도체소자의 다른 두개의 터미널에 연결되고, 상기 터미널들 중 하나는 상기 드라이버 IC 칩의 출력을 제어하기 위해 전압이나 전류를 제공하며;
    상기 LED 다이스는 상기 발광 반도체소자의 상기 터미널들에 전압이나 전류를 인가함으로써 발광되고,
    상기 터미널들 중 하나에 의해 제어된 상기 드라이버 IC 칩의 상기 출력은 상기 LED 다이스의 밝기를 변화시키고, 그로인해 필요로 하는 색의 결합광을 생성하며,
    상기 결합광은 색온도 6,500∼8,000˚K 의 백광인 것을 특징으로 하는 발광 반도체소자.
  6. 삭제
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 드라이버 IC 칩의 상기 출력포트들의 상기 출력은 적색:녹색:청색 = (0.8∼1.2):(0.8∼1.2):(0.8∼1.2)의 비율로 미리 설정되는 것을 특징으로 하는 발광 반도체소자.
  8. 삭제
  9. 삭제
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