KR100807925B1 - 구동칩 일체형 발광다이오드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구동칩 일체형 발광다이오드에 관한 것으로, 발광다이오드를 구성하는 케이스의 내부에 구동칩을 발광칩과 함께 전기적으로 연결되도록 설치하고, 케이스 외부로 돌출된 리드(Lead) 단자에 와이어를 통해서 전기적으로 접속되도록 하여 발광다이오드의 개별제어가 가능하도록 한 구동칩 일체형 발광다이오드에 관한 것이다.
발광다이오드, 패키지, 구동칩

Description

구동칩 일체형 발광다이오드{LED including driver chip}
도 1은 본 발명에 따른 구동칩 일체형 SMD타입 발광다이오드의 일 실시예를 나타내는 단면도
도 2는 본 발명에 따른 구동칩 일체형 SMD타입 발광다이오드의 다른 실시예를 나타내는 단면도
도 3은 본 발명에 따른 구동칩 일체형 LEAD타입 발광다이오드의 실시예를 나타내는 단면도
도 4는 본 발명에 따른 구동칩의 구성을 나타내는 블록도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
20 : 케이스 40 : 서브마운트
50, 50a : 발광칩 60, 60a : 구동칩
80, 90 : 와이어
본 발명은 구동칩 일체형 발광다이오드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광다이오드를 구성하는 케이스내부에 구동칩을 발광칩과 함께 설치하여 구동칩 일 체형 패키지를 제공함으로써, 각 발광다이오드마다 구동칩이 구비되므로 발광다이오드의 개별 제어가 가능하도록 하고 회로구성이 간단하도록 한 구동칩 일체형 발광다이오드에 관한 것이다.
각종 조명, 디스플레이 등에 사용되는 발광 다이오드(LED)는 반도체에 전압을 가할 때 생기는 발광현상(전기장 발광이라고도 함)을 이용하여 빛을 발생시키는 소자이다.
상기 LED의 재료로는 발광파장이 가시 또는 근적외영역에 존재하고, 발광효율이 높으며, p-n 접합의 제작이 가능할 것 등의 조건을 만족시키는 재료들이 적합하다. 이러한 재료로는 질화갈륨(GaN), 비소화갈륨(GaAs), 인화갈륨(Gap), 갈륨-비소-인(GaAs1-x Px), 갈륨-알류미늄-비소(Ga1-xA1xAs), 인화인듐(InP), 인듐-갈륨-인(In1-xGaxP)등의 화합물 반도체들이 사용되고 있으며, 이들 화합물 반도체들은 플립칩의 형태로 발광다이오드의 내부에 실장된다.
발광은 크게 나누어 자유캐리어의 재결합에 의한 것과 불순물 발광중심에서의 재결합에 의한 것이 있으며, 불순물 발광중심에의 재결합에 의해 발생되는 빛의 파장은 발광다이오드를 구성하는 발광칩에 첨가되는 불순물의 종류에 따라 달라지게 된다. 예를 들어, 인화갈륨인 경우에는 아연 및 산소 원자가 관여하는 발광은 적색(파장 700nm)이고, 질소 원자가 관여하는 발광은 녹색(파장 500nm)이다. 즉, 불순물의 종류와 발광칩 재료에 따라 상기 LED로부터 발생되는 빛은 각기 다른 고유의 색(파장)을 지니게 된다.
상기와 같은 LED는 종래의 광원에 비하여 소형이고, 수명이 길며, 전기 에너 지가 빛에너지로 직접 변환하기 때문에 에너지 효율이 높음과 동시에 낮은 동작 전압을 갖는다는 장점이 있다.
따라서, 이러한 장점을 가진 LED는 백라이트(back-light)라는 외부 광원을 이용한 수광형 평판 디스플레이 소자인 LCD(Liquid crystal display) 백라이트 모듈의 광원으로서 사용되어 LCD의 경박 단소화 및 색재현성을 향상시키는 역할을 하고 있다.
상기한 LCD용 직하 발광 방식의 LED Back-light는 LED를 직/병렬 배열하여 각 LED 직렬 라인에 대응하는 구동 IC Driver를 컨트롤하여 각 직렬 라인의 전류를 일정하게 유지함으로써 LCD의 휘도와 균일도, 색감차를 제어하여 왔다.
그러나, LCD의 백라이트는 종래의 다수 LED를 직렬 또는 병렬로 제어하여 백색을 발생하는 방식으로, LED와 LED 구동 소자 또는 장치의 제어 오차에 의해 색재현성 및 색균일도가 떨어지는 문제점이 있으며, 직렬 배열시 일정한 선 단위로 BLU를 제어하게 되어 BLU의 색균일도를 높이는데는 한계가 있어서, 최근에는 개별 LED 제어로 바뀌고 있으며, 상기한 개별 LED 제어는 백라이트의 점광원(Dot Light) 제어를 의미하며 기존 제품보다 우수한 영상재현이 가능하다.
그러나, LED는 현재 각종 정전류, 정전압 구동장치 또는 구동소자를 LED와 별도의 기판에 조합하여 전기적으로 제어하고 있어서, 상기한 바와 같이 LED 개별 제어를 위해서는 다수의 구동소자 등이 구비된 기판이 필요하므로 제작이 번거롭고 회로구성이 복잡한 문제점이 있었다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 특징은 발광다이오드의 케이스내부에 발광칩과 구동칩을 일체로 구비하여 발광다이오드의 개별 제어가 가능하도록 하면서 회로구성이 간단하도록 한 구동칩 일체형 발광다이오드를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 발광다이오드를 구성하는 케이스 내부에 구동칩을 발광칩과 함께 전기적으로 연결되도록 설치하고, 케이스의 외부로 상기한 구동칩 및 발광칩과 연결된 전원공급용 리드 단자와 그라운드용 리드단자 및 입/출력용 리드 단자가 돌출되도록 하고, 발광칩과 구동칩 및 리드단자들은 와이어를 통해서 전기적으로 접속되도록 하여 발광다이오드의 개별제어가 가능하도록 한 구동칩 일체형 발광다이오드에 있다.
한편, 적색(RED), 녹색(GREEN), 청색(BLUE)의 삼색 발광칩으로 흰색(WHITE)을 재현하는 LED 인 경우나 그 외 다수의 발광칩을 동일 패키지로 구성하는 경우에는 LED 케이스 내부에 다수의 발광칩과 구동칩을 일체로 제작할 수도 있다.
상기한 구성에서 상기한 구동칩 및 발광칩은 서로 이격되게 위치되어 와이어를 통해서 서로 연결된다.
그리고, 구동칩은 고유주소를 가지고 입/출력용 리드 단자를 통해서 외부와 통신함으로서 발광칩을 안정되게 발광시키며 LED의 개별 제어가 가능하도록 한다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시예를 하기에서 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 살펴본다.
도 1은 본 발명에 따른 구동칩 일체형 SMD타입 발광다이오드의 일 실시예를 나타내는 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 구동칩 일체형 SMD타입 발광다이오드의 다른 실시예를 나타내는 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 구동칩 일체형 LEAD타입 발광다이오드의 실시예를 나타내는 단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 구동칩의 구성을 나타내는 블록도이다.
본 발명에 따른 구동칩 일체형 SMD타입 발광다이오드의 실시예를 도 1을 참고하여 살펴보면, 상부에 빛을 일정한 각도로 방출하는 발광렌즈(10)가 구비된 케이스(20)와, 상기한 케이스(20)의 하부에 구비되며 케이스(20) 내부의 열을 외부로 배출하는 히트 싱크(30), 상기한 히트 싱크(30)의 상부에 위치되는 서브 마운트(40), 상기한 서브 마운트상에 설치되는 발광칩(50)과 구동칩(60), 상기한 케이스(20)의 외부로 돌출되도록 설치된 리드 단자(70), 상기한 리드 단자(70)와 구동칩(60)및 발광칩(50)을 연결하는 제 1 와이어(80), 상기한 구동칩(60)과 발광칩(50)을 연결하는 제 2 와이어(90)로 구성되어, 케이스(20)의 내부에 구동칩(60)과 발광칩(50)이 일체로 패키지화하여 구비된 것이다.
상기한 구성에서 발광칩(50)과 구동칩(60)은 서브 마운트(40)상에 솔더링 커넥션(Soldering connetion)을 통해서 설치되고, 구동칩(60)과 발광칩(50)은 서로 이격시켜 설치하여 제 2 와이어(90)로 연결하는데 이는 과열을 방지하기 위함이다.
한편, 상기한 리드 단자(70)는 전원공급용 리드 단자와 그라운드용 리드단자 및 입/출력용 리드 단자로 구성되고, 특히 입/출력용 리드 단자는 구동칩(60)과 제 1와이어(80)를 통해서 전기적으로 접속된다.
그리고, 도 2에 나타내는 바와 같이 상기한 SMD타입 발광다이오드에서 히트 싱크(30)는 성형과정에서 복수개로 이분형성되어, 케이스(20) 내부에 일정한 간격을 갖도록 설치되어, 각각의 히트 싱크(30)상에는 각각 서브 마운트(40)가 설치되고, 복수개의 서브 마운트 상에는 각각 발광칩(50)과 구동칩(60)이 배치되어 서로 제 2와이어(90)를 통해서 연결되며, 히트 싱크(30) 사이의 틈에는 방열재료(32)가 삽입되어 구동칩(60)과 발광칩(50)의 열적 간섭을 줄인다.
그리고, LEAD타입 발광다이오드의 구성을 도 3을 참고하여 살펴보면, 전원공급용 리드 단자(70a) 및 그라운드용 리드 단자(70b), 입/출력용 리드 단자(70c)(70d)와, 상기한 전원공급용 리드 단자(70a)상에 설치되는 발광칩(50a)과, 입/출력용 리드 단자(70c)(70d) 중 어느 하나에 설치되는 구동칩(60a), 상기한 발광칩(50a)과 구동칩(60a)을 연결하는 제 2와이어(90a), 상기한 구동칩(60a)이 입/출력용 리드 단자(70c)(70d)와 전원공급용 리드 단자(70a) 및 그라운드용 리드 단자(70b)가 접속되도록 하고 발광칩(50a)은 전원공급용 리드 단자(70a) 및 그라운드용 리드 단자(70b)와 전기적으로 접속되도록 하는 다수개의 제 1 와이어(80a) 및, 상기한 발광칩(50a)과 구동칩(60a)을 포함한 리드 단자들(70a)(70b)(70c)(70d) 상부를 투명한 실리콘 등으로 몰딩처리한 발광렌즈(10a)로 구성되며, 상기한 발광렌즈(10a)가 케이스의 역할을 한다.
상기한 구성에서 구동칩(60)(60a)의 구성을 도 4를 참조하여 살펴보면 발광칩(50)을 안정되게 발광시키기 위한 정전류 드라이버(61), 상기한 정전류 드라이 버(61)가 일정한 전류를 출력할 수 있도록 하는 전류 조절부(62), 상기한 정전류 드라이버(61)에 의하여 휘도를 제어하기 위한 PWM(Pulse Width Modulation)제어부(63), 발광칩(50)의 정상 접속 여부를 검출하는 단선 검출부(64), 회로의 과열 여부를 판단하는 과열검출부(65), 각 구동칩(60)의 고유주소가 기록된 어드레스 메모리(66), 정전류 드라이버(61)의 출력전류를 검출하는 전류 검출부(67) 및, 외부로부터의 데이터 전송과 전류 검출부(67)로부터 출력되는 신호에 의하여 상기한 전류 조절부(62)와 PWM제어부(63)의 동작을 제어하고, 단선 검출부(64)와 과열검출부(65)로부터 출력되는 신호에 따라 해당 신호를 고유주소신호와 함께 외부로 출력함과 아울러 과열시에는 구동칩(60)의 동작을 차단하는 제어부(68)로 구성된다.
그리고, 도면 중 미설명부호 (69)는 과전압으로부터 구동칩(60)(60a)을 보호하기 위한 과전압 검출부이다.
이와 같이 구성된 구동칩(60)은 전류 및 전압이 정밀하게 제어되어 LED의 색재현성과 색균일성 등의 향상을 가져올 수 있게 된다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 의하면 구동칩이 일체로 구비된 LED를 사용하므로, 다수의 LED를 사용함에 있어 LED 개별제어가 가능하게 되어 LCD 화면의 백라이트를 선광원이 아닌 점광원으로 사용이 가능하여 개별 점광원 제어를 통해 화면에 나타나는 이미지와 백라이트의 연동제어 즉 백라이트 이미지 프로세싱 기술 사용이 가능해져 화면의 명암비가 극대화 되는 효과가 있다.
또한 구동칩이 내장되어 있음으로해서 LED의 초기 전류 흔들림 방지가 가능 하며, LCD 모니터 휘도 균일성 보정의 자동화, 전류의 센싱으로인한 LED 과열문제 해결, LED 단락 감지 등이 가능하게 된다.
점광원 제어의 특징은 LCD 백라이트 뿐아니라 점광원 제어를 통해 광원을 개별 제어하여 점 광원으로 사용하고자 하는 옥외전광판 등의 분야에 LED를 다양하게 적용할 수 있게 된다.
더욱이, 본 발명에 따른 구동칩 일체형 LED를 사용할 경우 기존 제품 대비 제조원가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 소비전력을 줄일 수 있어 장치 전체의 발열 문제를 개선할 수 있게 된다.
아울러, 각 LED마다 구동칩이 개별로 구비되므로 개별 정밀 제어가 간단하게 되어 우수한 휘도 균일성과 색재현성을 확보하므로, LED를 사용하는 제품의 품질이 향상되는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 발광다이오드를 구성하는 케이스 내부에 구동칩(60)(60a)을 하나 혹은 그 이상의 발광칩(50)(50a)과 함께 설치하고, 상기한 구동칩(60)(60a) 및 발광칩(50)(50a)은 전기적으로 서로 연결되도록 함과 아울러 외부로 돌출된 리드 단자(70)(70a)(70b)(70c)(70d)에 와이어(80)(80a)를 통해서 각각 전기적으로 접속되며,
    상기한 구동칩(60)(60a)은 발광칩(50)을 안정되게 발광시키기 위한 정전류 드라이버(61), 상기한 정전류 드라이버(61)가 일정한 전류를 출력할 수 있도록 하는 전류 조절부(62), 상기한 정전류 드라이버(61)에 의하여 휘도를 제어하기 위한 PWM제어부(63), 발광칩(50)의 정상 접속 여부를 검출하는 단선 검출부(64), 회로의 과열 여부를 판단하는 과열검출부(65), 각 구동칩(60)의 고유주소가 기록된 어드레스 메모리(66), 정전류 드라이버(61)의 출력전류를 검출하는 전류 검출부(67) 및, 외부로부터의 데이터 전송과 전류 검출부(67)로부터 출력되는 신호에 의하여 상기한 전류 조절부(62)와 PWM제어부(63)의 동작을 제어하고, 단선 검출부(64)와 과열검출부(65)로부터 출력되는 신호에 따라 해당 신호를 고유주소신호와 함께 외부로 출력함과 아울러 과열시에는 구동칩(60)의 동작을 차단하는 제어부(68)로 구성되는 것을 특징으로 하는 구동칩 일체형 발광다이오드.
  2. 제1항에 있어서, 상기한 구동칩(60)과 발광칩(50)은 히트싱크(30)상에 설치되는 서브 마운트(40)에 이격시켜 설치하여 와이어(90)를 통해서 상호 연결하는 것을 특징으로 하는 구동칩 일체형 발광다이오드.
  3. 제2항에 있어서, 상기한 히트 싱크(30)는 복수개로 사출성형되어 서로 이격되도록 케이스 내부에 설치되고, 각각의 히트 싱크(30) 상부에는 각각 서브마운트가 배치되며, 그 상부에 각각 구동칩(60)과 하나 혹은 그 이상의 발광칩(50)이 배치되고, 히트 싱크(30)사이는 방열재료(32)가 충진되는 것을 특징으로 하는 구동칩 일체형 발광다이오드.
  4. 제1항에 있어서, 상기한 구동칩(60a)과 발광칩(50a)은 케이스의 외부로 돌출되는 전원공급용 리드 단자와 그라운드용 리드단자 및 입/출력용 리드 단자에 택일 적으로 설치되고, 구동칩(60a)과 발광칩(50a)은 와이어(90a)를 통해서 상호 연결되며, 구동칩(60a)은 전원공급용 리드 단자와 그라운드용 리드단자 및 입/출력용 리드 단자모두와 전기적으로 접속되고 발광칩(50a)은 전원공급용 리드 단자와 그라운드용 리드단자에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 구동칩 일체형 발광다이오드.
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