KR100916178B1 - 멀티칩 발광-다이오드 패키지 및 조사 디바이스 - Google Patents

멀티칩 발광-다이오드 패키지 및 조사 디바이스 Download PDF

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Abstract

멀티칩 발광 다이오드 패키지는, 지지 부재, 지지 부재 상에 배치된 적어도 두 개의 발광 다이오드 칩, 발광 다이오드의 광 출력에 관련하여, 제어기로 정량적이며 분광적인 정보를 알리기 위한 지지 부재 상에 배치된 적어도 하나의 센서 및, 아날로그-디지털 변환기 논리 회로를 포함하며, 센서에 의해 생성된 아날로그 신호 출력을 디지털 신호 출력으로 변환하기 위한 지지 부재 상에 배치된 신호 처리 회로를 구비한다.

Description

멀티칩 발광-다이오드 패키지 및 조사 디바이스{MULTICHIP LIGHT-EMITTING-DIODE PACKAGE AND ILLUMINATION DEVICE}
본 발명은 멀티칩 발광 다이오드(LED) 패키지에 관한 것이며, 더 상세하게는, 두 개 이상의 LED 칩을 장착하는 지지 부재, LED 광 출력의 정량적이며 분광적인 특성을 측정하기 위한 하나 이상의 피드백 센서 및 센서(들)로부터 LED의 루멘 출력(lumen output) 및 칼라 성분을 제어하는 패키지 외부의 제어기로 디지털 신호출력을 제공하기 위한 아날로그-디지털 변환기 논리 회로를 포함하는 디지털 신호 처리 회로를 구비하는 멀티칩 LED 패키지에 관한 것이다.
멀티칩 LED 패키지는 디바이스를 백색 광 조사 디바이스로서 종래 기술에서 이용되어 왔다. 예컨대, 스코나이저(Schoniger)등에 의한, 미국 특허(US 5,136,483)는 동시에 이용되는 적색, 녹색 및 청색 LED를 이용하며 백색 광을 생성하기 위해 서로에 보완적인 칼라를 가지는 헤드램프(headlamp)와 같은 백색 광 조사 디바이스를 설명한다.
다른 백색광 조사 디바이스가, 턴불(Turnbull) 등에 의한, 미국 특허(US5,803,579)에 설명되어 있다. 이 특허의 조사 디바이스(illumination device)는 지지 부재 상에 복수의 LED 를 포함한다. 모든 LED 에 전압이 인가되면, 첫 번째 인지된 색조, 예컨대 청녹색을 나타내는 조사는 적어도 하나의 LED로부터 투사되며, 나머지 LED 중 적어도 하나로부터 투사되는, 두 번째 인지된 색조, 예컨대 호박색을 나타내는 조사와 중첩되며 혼합한다. 중첩되고 혼합된 조사는 백색 광을 형성한다.
제어기는 일반적으로 적어도 LED를 "턴-온하며" "턴-오프하기" 위한 이러한 디바이스와 함께 이용된다. LED의 광 출력 및 칼라는 또한 제어기에 의해 적합하게 제어될 수 있다. 이는 디바이스의 루멘 출력 및 칼라(파장)를 감지하며 이러한 정보를 제어기에 제공하기 위한 몇몇 유형의 외부 광 센서의 이용을 필요로 한다.
외부 광 센서의 이용은 디바이스의 크기 및 비용을 바람직하지 않게 증가시킨다. 게다가, 이러한 기존의 디바이스에서 LED의 동작 온도를 측정하기 위한 방법이 존재하지 않는다. LED의 동작 온도는 중요한데, 그 이유는 동작 온도에서의 변화는 LED 그리고 이로 인해 디바이스의 정량적이며 분광적인 출력을 초래할 수 있기 때문이다.
따라서, 앞서 설명된 종래 기술의 멀티칩 LED 패키지의 단점을 본질적으로 극복하며 비용, 공간 및 제조 편리성에서의 향상을 추가로 제공하는 멀티칩 LED 패키지가 필요하다.
멀티칩 발광 다이오드 패키지는, 지지 부재, 지지 부재상에 배치된 적어도 두 개의 발광 다이오드 칩, 및 발광 다이오드의 광 출력에 관련하여 제어기로 정량적이며 분광적인 정보를 알리기 위한 지지 부재 상에 배치된 적어도 하나의 센서를 포함한다.
본 발명의 일 양상은, 센서에 의해 생성된 아날로그 신호 출력을 제어기에 의한 디지털 처리를 위해 준비하기 위한 지지 부재 상에 배치된 신호 처리 회로를 포함한다.
본 발명의 다른 양상은, 센서에 의해 생성된 아날로그 신호 출력을 디지털 신호 출력으로 변환하기 위한, 앞서 언급된 신호 처리 회로에 제공되는 아날로그-디지털 변환기 논리 회로를 포함한다.
본 발명의 이점, 특징, 및 다양한 추가 특성은 첨부된 도면과 연계하여 이제 상세하게 설명될 예시적인 실시예를 고려하면 더 완전하게 나타날 것이다.
도 1 은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 멀티칩 LED 패키지의 사시도.
도면은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 멀티칩 LED 패키지(10)를 도시한다. 멀티칩 LED 패키지(10)는, (네 개가 도시된) 두개 이상의 LED 칩 또는 "다이(die)"(14)를 장착하는 지지 부재(12), 정량적이며 분광적인 정보를 패키지(10) 외부의 제어기(30)에 알리기 위한 적어도 하나의 피드백 센서(15), 및 하나 이상의 센서(15)에 의해 생성된 신호를 제어기(30)에 의한 디지털 처리를 위해 준비하기 위한 신호 처리 회로(20)을 포함한다. 패키지(10)에 의해 생성된 광을 광학적으로 조정하기 위한 광학부(optics)(22)는, 지지 부재(12)상에 LED 칩(14), 센서(16,18) 및 신호 처리 회로(20)에 걸쳐 장착될 수 있다.
지지 부재(12)는, LED 칩(14)을 외부 전원(28)에 연결하기 위한 플러스 및 마이너스 전원 포트(26){플러스 포트는 각 칩(14)에 공급된 전력이 개별적으로 조정될 수 있도록 도면에 도시된 바와 같이 각 LED 칩(14)에 제공될 수 있다}, 및 적어도 하나의 피드백 센서(15) 및 신호 처리 회로(20)를 외부 제어기(30)에 연결하기 위한 적어도 하나의 디지털 신호 입력/출력(I/O) 포트(32)를 포함하는 열 전도 요소(thermally conductive element)이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 디지털 신호 I/O 포트(32)는 (미도시된) 두 개의 디지털 포트, 즉 하나의 입력 포트 및 하나의 출력 포트에 의해 교체될 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예에서, 지지 부재(12)는 인쇄 회로 보드, 세라믹 기판, 하우징(housing) 또는 개별 LED 칩을 지지할 수 있는 다른 구조를 포함할 수 있는 반면, 전기적으로 하나 이상의 센서를 신호 처리 회로에 연결하며 신호 처리 회로를 디지털 신호 포트에 연결하는, 전원 포트에 LED 칩을 동시에 전기적으로 연결한다.
패키지(10)에서 이용되는 LED 칩(14)은 임의의 그룹의 유용한 LED 칼라 및 임의의 유용한 수의 LED 칩을 포함할 수 있으며, 이는 멀티칩 LED 패키지로 하여금 백색 또는 다른 칼라의 광을 생성하도록 동작되게 한다. 비제한 및 예시를 위해서, 백색 광을 생성하고자 특별히 의도된, 멀티칩 LED 패키지에서 이용되는 LED 칩(14)은 각각 녹색, 적색 및 청색 광을 방출하는 종래의 녹색, 적색 및 청색 LED 칩을 포함할 수 있다. 임의의 수의 LED 칩은 패키지(10)에 의해 생성된 백색 광의 질을 최적화하기 위해 이용될 수 있다. 예컨대, LED 칩(14)은 하나의 적색 LED 칩, 두 개의 녹색 LED 칩 및 하나의 청색 LED 칩을 포함할 수 있다.
하나 이상의 피드백 센서(15)는, 하나 이상의 광 센서, 하나 이상의 열 센서, 및 바람직하게는, 도면에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 광 센서(16) 및 적어도 하나의 열 센서(18)의 결합을 포함할 수 있다. 광 센서(16)는 LED(14)의 출력을 정량적이며(광 세기) 및 분광적으로(파장) 외부 제어기(30)에 알린다. 패키지 내의 광 센서의 배치는, 본 발명의 멀티칩 LED 패키지(들)(10)를 이용할 수 있는 광원 LED 모듈의 사이즈 및 비용을 줄인다. 비제한 및 예시를 위해서, 광 센서는 포토다이오드(photodiode)와 같은 종래의 포토센서(photosensor)를 포함할 수 있다.
열 센서(18)는, 반도체 다이오드 접합, 밴드 갭 기준 회로(band gap reference circuit) 또는 집적 회로 기술에서 이용되는 임의의 다른 열 감지 요소를 포함할 수 있다. 열 센서(18)는, LED 칩(14)의 동작 온도와 차례로 상관될(correlated) 수 있는, 지지 부재(12)의 온도를 측정하여, LED(14)의 정량적이며 분광적인 출력을 외부 제어기(30)에 알린다. LED 칩(14)의 동작 온도 변화는 자신의 정량적이며 분광적인 출력을 초래한다. 그러므로, LED 칩(14)의 정량적이며 분광적인 출력은, 전원 전류를 LED(14)로 차례로 조정하는, 제어기로 열 센서(18)에 의해 알려진 조정 동작(corrective action)을 통해서, 칩(14)의 동작 온도에서 변화가 발생하면 일정하게 유지될 수 있다.
열 센서(18)는 또한 안전 보호 디바이스로서 이용될 수 있다. 비제한적인 예에 의해서, 열 센서(18)는 LED(14)가 과열되며 손상을 입는 것으로부터 보호하기 위해 이용될 수 있다.
신호 처리 회로(20)는, 출력을 디지털 변환을 위해 스케일 업하며(scaling-up) 코딩하여서(coding) 하나 이상의 센서(15){광 센서(16) 및 열 센서(18)}에 의해서 생성된 비교적 낮은 전압 아날로그 신호 출력을 디지털 처리를 위해 준비한다. "패키지 내에" A/D 변환 논리 회로를 제공하는 것은 패키지 내의 성분 중복 및 패키지의 비용 및 공간 필요성을 유리하게 줄인다. 신호 처리 회로(20)는 아날로그 또는 디지털 형태로 구현될 수 있으며, 하나 이상의 센서(15)의 스케일-업되며 코딩된 아날로그 신호 출력을 디지털 신호 출력으로 변환하기 위한 아날로그-디지털(A/D) 변환기 논리 회로(24)를 바람직하게 포함한다. 이 회로의 많은 변형이 종래 기술에 잘 알려져 있으므로, 이 회로의 구조 및 기능의 상세한 설명이 불필요하며, 이로 인해 본 명세서에 제공되지 않는다.
광학부(22)는 멀티칩 LED 패키지(10)에 의해 생성된 광을 광학적으로 조정하기 위한 하나 이상의 광학 요소를 포함할 수 있다. 예컨대, 광학부(22)는 패키지(10)의 LED 칩(14)에 의해 생성된 광을 집속하며/하거나 형상화하는 시준기(collimator)를 포함할 수 있다. 이러한 광학 요소는 종래 기술에 잘 알려져 있으며, 종래와 마찬가지로 플라스틱 또는 유리로부터 제조될 수 있다.
전술한 발명은 상기 실시예를 참조하여 설명되는 반면, 다양한 변형 및 변경이 본 발명의 사상을 벗어남이 없이 이루어질 수 있다. 비제한적인 예에 의해서, 열 센서(18)는 신호 처리 회로(20)에 통합될 수 있다. 더욱이, 열 센서(18)는 각 LED 칩(14)에 제공될 수 있다. 이러한 그리고 임의의 다른 변형 및 변경은 첨부된 청구범위의 범주내에 있는 것으로 간주된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 멀티칩 발광 다이오드(LED) 패키지에 관한 것이며, 더 상세하게는, 두 개 이상의 LED 칩을 장착하는 지지 부재, LED 광 출력의 정략적이며 분광적인 특성을 측정하기 위한 하나 이상의 피드백 센서 및 센서(들)로부터 LED의 루멘 출력 및 칼라 성분을 제어하는 패키지 외부의 제어기로 디지털 신호 출력을 제공하기 위한 아날로그-디지털 변환기 논리 회로를 포함하는 디지털 신호 처리 회로를 구비하는 멀티칩 LED 패키지에 이용가능하다.

Claims (14)

  1. 멀티칩 발광 다이오드 패키지(10)로서,
    지지 부재(12)와,
    상기 지지 부재(12) 위에 배치된 복수의 발광 다이오드 칩(14)과,
    상기 발광 다이오드 칩(14)의 광 출력에 관련되는 신호를 제어기(30)에 알리기 위한, 상기 지지 부재(12) 상에 배치된 센서(15)
    를 포함하며,
    상기 센서(15)는 아날로그 신호를 생성하며, 상기 센서(15)에 의해 생성된 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위해 상기 지지 부재(12) 상에 배치된 신호 처리 회로(20)
    를 추가로 포함하는, 멀티칩 발광 다이오드 패키지(10).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 센서(15)는 광 피드백 센서(16)를 포함하는, 멀티칩 발광 다이오드 패키지(10).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 열 피드백 센서(18)를 추가로 포함하는, 멀티칩 발광 다이오드 패키지(10).
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 신호 처리 회로(20)는 아날로그-디지털 변환기 논리 회로(24)를 포함하는, 멀티칩 발광 다이오드 패키지(10).
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 센서(15)의 출력을 상기 제어기(30)에 전기적으로 연결하기 위한 디지털 신호 포트(32)를 추가로 포함하는, 멀티칩 발광 다이오드 패키지(10).
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 발광 다이오드 칩(14)의 광 출력을 조정하기 위한 광학부(optics)(22)를 추가로 포함하는, 멀티칩 발광 다이오드 패키지(10).
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 멀티칩 발광 다이오드 패키지(10)를 포함하는 조사 디바이스(illumination device).
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