KR101099003B1 - 복수의 개별전원으로 구동되는 멀티칩 발광다이오드 패키지 - Google Patents

복수의 개별전원으로 구동되는 멀티칩 발광다이오드 패키지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적어도 2가지 타입의 LED 칩들이 실장되고, LED 칩의 타입 별로 별개 전원이 제공되어 구동되는 멀티칩 LED 패키지에 관한 것으로, 패키지 전체의 광 효율을 향상시키고 LED 칩의 온도를 낮게 유지할 수 있으며, 또한 냉각팬, 히트싱크 등의 부품을 최대한 생략할 수 있어 제조비용을 절감할 수 있는 장점을 구현할 수 있다. 또한, 멀티칩 LED 패키지에 실장된 각 타입의 LED 칩을 개별전원으로 구동하고, 개별전원의 전류값을 조절할 수 있는 구성을 제공함으로써 멀티칩 LED 패키지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

복수의 개별전원으로 구동되는 멀티칩 발광다이오드 패키지{Multi-chip LED Package Driven by Individual Power Sources}
본 발명은 적어도 2가지 타입의 발광다이오드(LED) 칩이 실장되는 멀티칩 LED 패키지에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 서로 소비전력이 상이한 적어도 2가지 타입의 LED 칩이 실장되고, LED 칩의 타입 별로 개별전원이 제공되어 구동되는 멀티칩 LED 패키지에 관한 것이다.
발광다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류 인가에 의해 p-n 반도체 접합(p-n junction)에서 전자와 정공이 재결합(recombination)하여 빛을 방출하는 소자로서, 저전압 및 저전류로 연속 발광이 가능하기 때문에 소비전력이 작고, 빠른 응답속도, 내충격성 및 소형 경량화 측면에서 많은 장점을 갖는 것으로 알려져 있다.
통상적으로, LED는 LED 칩이라 부르는 칩 형태의 반도체 요소로 제작되는데, 이러한 LED 칩이 패키징된 구조를 LED 패키지라고 하며, 상기 LED 칩이 배선부, 예를 들면 리드프레임의 리드와 와이어 본딩되고, 와이어 본딩된 LED 칩 상에 에폭시(epoxy) 수지 등으로 패키지 몰드를 형성하는 방식으로 LED 패키지를 구성할 수 있다.
한편, 질화물 반도체 박막을 이용한 발광다이오드(LED)는 90년도 초부터 많은 발전을 하였으며, 현재 단파장 발광다이오드의 대부분을 차지하고 있다. 특히, 반도체 성장 기술과 소자 제작 기술의 발전은 질화물 반도체 박막을 이용한 LED 효율을 향상시켜, 현재 가정용, 장식용, 디스플레이 분야 등의 광원, 광통신, 조명 등 다양한 분야에서 질화물계 반도체 LED가 적용되고 있다.
최근의 LED 분야 기술 발전을 바탕으로, LED는 차세대 조명용 광원으로서 기존 광원을 대체하는 것이 1차적인 목표로 제시되고 있다. 이를 위하여, 현재 LED의 효율을 향상시키는 동시에, 많은 량의 전력을 LED 칩에 인가하여 많은 량의 광을 발광시키기 위한 연구 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.
그러나, 전술한 접근법은 기본적으로 단일 칩에 많은 량의 전력을 인가하는 방식으로 진행되고 있다는 점에서 문제점을 갖고 있다. 단일 LED 칩에 많은 량의 전력을 인가할 경우, 전체 광량은 증가하겠지만 발광 효율이 떨어지면서 그에 해당하는 만큼 열이 발생하게 되며, 이는 LED 칩의 수명을 단축시키거나 신뢰성을 떨어뜨리는 원인으로 지적되고 있다. 또한, 그 과정에서 발생한 열을 제어하기 위하여 냉각팬 및 히트싱크(Heat sink)가 반드시 포함되어야 하기 때문에, LED 소자의 제조비용과 부피가 커지는 단점을 가지고 있다.
이처럼, 단일 칩 패키지가 형광등과 같은 기존 광원을 대체할 수 있을 정도의 휘도를 달성하기 위하여는 높은 전류를 인가해야 하나, 효율 면에서 바람직하다고 볼 수 없다.
또한, 현재 사용되는 조명용 LED 소자는 그 크기가 매우 작기 때문에 기본적으로 점광원의 특징을 나타낸다. 이러한 점광원 특징은 조명 분야에서 가장 큰 요구 사항 중 하나인 면 발광의 사양을 만족시키기 곤란하다는 단점이 있다.
단일 LED 칩 패키지의 문제점을 해소하기 위한 방안으로서, 최근에는 패키지 내에 복수의 LED 칩을 실장하여 광 출력을 증대시킨 멀티칩 LED 패키지가 알려져 있다.
그러나, 종래에 알려진 LED 멀티칩 패키지의 경우, 대부분 동일한 소비 전력을 갖는 LED 칩을 다수로 하여 구성하거나, 단일 전원 채널을 이용하여 패키지를 구성하기 때문에 LED 칩 패키지 전체의 발광 효율을 증가시키거나 발열 현상을 최소화하는데 기술적으로 한계가 존재하였다.
전술한 종래 기술의 한계를 해소하기 위하여, 본 발명은 광 효율을 향상시키고 LED 칩의 온도를 낮게 유지할 수 있도록 서로 상이한 소비전력을 갖는 적어도 2가지 타입의 LED 칩을 실장하고, 상기 LED 칩의 타입 별로 개별 전원이 제공되는 멀티칩 LED 패키지 및 그 구동 장치를 제공하고자 한다.
더 나아가, 본 발명은 멀티칩 LED 패키지에 실장된 각각의 LED 칩을 개별전원으로 구동할 때 개별전원의 전류값을 제어함으로써 멀티칩 LED 패키지의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 멀티칩 LED 패키지 및 그 구동 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 제1 구체예에 따르면,
복수의 LED 칩을 실장하는 멀티칩 LED 패키지로서,
전원공급부의 제1 전원 채널을 통해 제공되는 제1 개별전원에 의하여 구동되는 적어도 하나의 제1 타입 LED 칩; 및
상기 제1 전원 채널과 상이한 제2 전원 채널을 통해 제공되는 제2 개별전원에 의하여 구동되며, 상기 제1 타입 LED 칩과는 상이한 소비전력에 의하여 상이한 휘도를 제공하는 적어도 하나의 제2 타입 LED 칩;
을 포함하는 멀티칩 LED 패키지가 제공된다.
여기서, 상기 제1 타입 LED 칩은 고전력 및 고휘도 사양의 고출력 LED 칩일 수 있는 한편, 상기 제2 타입 LED 칩은 저전력 및 저휘도 사양의 저출력 LED 칩일 수 있다.
바람직한 구체예에 있어서, 상기 제1 개별전원의 전류값 및 제2 개별전원의 전류값은 바람직하게는 서로 상관되도록 조절될 수 있으며, 이때 제1 개별전원의 전류값 및 제2 개별전원의 전류값의 합은 제1 타입 LED 칩 및 제2 타입 LED 칩의 정격전류 범위 내에서 일정하게 유지될 수 있다.
본 발명의 제2 구체예에 따르면,
직류전원을 생성하여 복수의 전원 채널로 공급하는 전원공급부;
상기 전원공급부의 제1 전원 채널로부터 출력되는 직류전원을 적어도 하나의 제1 타입 LED 칩을 구동하는 제1 개별전원으로 변환하여 제공하는 제1 타입 LED 칩 구동부;
상기 전원공급부의 제2 전원 채널로부터 출력되는 직류전원을 적어도 하나의 제2 타입 LED 칩을 구동하는 제2 개별전원으로 변환하여 제공하는 제2 타입 LED 칩 구동부;
상기 제1 타입 LED 칩 구동부로부터 출력되는 제1 개별전원의 전류값 및 상기 제2 타입 LED 칩 구동부로부터 출력되는 제2 개별전원의 전류값이 서로 상관되도록 조절하는 전류값 조절부; 및
상기 전류값이 조절된 제1 개별전원 및 제2 개별전원에 의해 각각 구동되는 상기 제1 타입 LED 칩 및 제2 타입 LED 칩이 실장되는 멀티칩 LED 패키지를 포함하고,
상기 제1 타입 LED 칩 및 제2 타입 LED 칩은 각각 서로 상이한 (소비)전력에 의하여 상이한 휘도를 제공하는 것을 특징으로 하는 복수의 개별전원으로 구동되는 멀티칩 LED 패키지의 구동 장치가 제공된다.
예를 들면, 상기 제1 타입 LED 칩은 고전력 및 고휘도 사양의 고출력 LED 칩인 한편, 상기 제2 타입 LED 칩은 저전력 및 저휘도 사양의 저출력 LED 칩일 수 있다.
상기 전류값 조절부는 바람직하게는 상기 제1 타입 LED 칩 및 제2 타입 LED 칩의 정격전류 범위 내에서 상기 제1 개별전원의 전류값 및 제2 개별전원의 전류값의 합을 일정하게 유지할 수도 있다.
상기 구체예에 따르면, 상기 멀티칩 LED 패키지의 전체 휘도가 높으면서 온도는 낮도록 상기 제1 개별전원의 전류값 및 제2 개별전원의 전류값을 각각 조절할 수 있다.
본 발명에 따르면, 서로 상이한 전력에 의하여 상이한 휘도를 제공하는 적어도 2가지 타입의 LED 칩들을 멀티칩 LED 패키지에 실장하고, 각 타입별로 LED 칩을 개별전원으로 구동함으로써, 멀티칩 LED 패키지의 전체 광 효율을 향상시키면서 LED 칩의 온도를 낮게 유지할 수 있고, 냉각팬, 히트싱크 등의 부품을 최대한 생략할 수 있기 때문에 제조비용을 절감할 수 있는 장점을 달성할 수 있다.
또한, 멀티칩 LED 패키지에 실장된 각 타입의 LED 칩을 개별전원으로 구동하고, 개별전원의 전류값을 조절할 수 있는 구성을 제공함으로써 멀티칩 LED 패키지의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 추가 장점을 제공한다.
따라서, 향후 광범위한 상용화가 기대된다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 복수의 개별전원으로 구동되는 멀티칩 LED 패키지의 구동 장치를 개략적으로 도시하는 구성도이고;
도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른 복수의 개별전원으로 구동되는 멀티칩 LED 패키지의 구성 단면을 개략적으로 도시하는 도면이고;
도 3은 본 발명의 일 구체예에 따른 복수의 개별전원으로 구동되는 멀티칩 LED 패키지의 구동 장치 회로도이고;
도 4a 및 도 4b 각각은 단일 전원으로 구동되는 LED 패키지에서의 LED 칩 배치를 예시하는 도면(비교 목적)이고;
도 4c 내지 도 4e 각각은 본 발명의 구체예에 따른 복수의 개별전원으로 구동되는 멀티칩 LED 패키지에서의 LED 칩 배치를 예시하는 도면이다.
도 5a는 본 발명의 실험예에서 사용된 멀티칩 LED 패키지(2020 1칩 및 2010 1칩)의 개략 평면도 및 정격 사양을 나타내고;
도 5b는 본 발명의 실험예에서 사용된 멀티칩 LED 패키지(2020 1칩 및 2010 2칩)의 개략 평면도 및 정격 사양을 나타내고;
도 6은 도 5a에 나타낸 멀티칩 LED 패키지에 대한 실험 측정 결과를 나타내는 도면이고;
도 7은 도 5b에 나타낸 멀티칩 LED 패키지에 대한 실험 측정 결과를 나타내는 도면이고; 그리고
도 8은 종래의 단일 전원 및 단일 칩 구성의 LED 패키지에 대한 실험(휘도 및 온도) 측정 결과와 본 발명의 실시예에 따른 복수 개별 전원 및 복수 칩 구성의 LED 패키지에 대한 최적 실험(휘도 및 온도) 측정 결과를 대비하는 도면이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참고로 하여 하기의 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다. 하기의 설명은 본 발명의 바람직한 구체예를 기술하는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아님을 이해해야 한다.
또한, 첨부 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 부재에 대하여는 동일한 부호로 표시하였다. 이외에도, 본 명세서에 있어서, 어떠한 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 별도의 언급이 없는 한, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
전술한 바와 같이, LED 소자에서 방출되는 광의 휘도는 통상적으로 인가 전력의 크기에 의존한다. 특히, LED 소자의 구동 전압은 칩 크기에 관계없이 대부분 대략 2.5 내지 3.5 V 정도이므로, LED 소자에서 방출되는 광의 휘도는 실질적으로 인가 전류의 크기에 의존한다고 할 수 있다. 따라서, LED 소자에 인가되는 전류가 증가할수록 LED 소자에서 방출되는 광의 휘도 또한 증가하게 된다. 그러나, 인가 전류가 특정 수준 이상으로 증가할 경우에는 LED 소자의 발광 효율이 감소하게 된다. 따라서, 현재 조명 용도에 요구되는 고출력 사양을 달성하기 위하여는 높은 전류를 인가해야 하며, 그 결과 발광 효율이 매우 낮아지게 되며, 효율의 감소량만큼 인가 전류가 열로 변환되기 때문에 LED 칩의 온도가 상승하게 된다.
본 발명의 구체예에 따르면, 서로 상이한 전력에 의하여 상이한 휘도를 제공하는 적어도 2가지 타입의 LED 칩들을 실장하고, 각 타입의 LED 칩을 개별전원으로 구동시키는 방식으로 멀티칩 LED 패키지가 구성된다. 이러한 구성에서는 개별 타입의 LED 칩의 특성에 따라, 최적의 발광 효율(및 낮은 LED 온도)을 달성할 수 있도록 개별전원의 인가 전류를 적절히 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 복수의 개별전원으로 구동되는 멀티칩 LED 패키지의 구동 장치를 개략적으로 도시하는 구성도이다.
상기 도면을 참조하면, 멀티칩 LED 패키지의 구동 장치(100)는 전원공급부(110), 제1 (타입) LED 칩 구동부(120), 제2 (타입) LED 칩 구동부(130), 전류값 조절부(140) 및 멀티칩 LED 패키지(150)를 포함한다.
전원공급부(110)는 직류전원을 생성하여 복수의 전원 채널로 공급하는데, 예를 들면, 220V의 교류(AC) 상용 전원을 정류하여 직류전원(DC)을 생성하고, 복수의 전원 채널을 통하여 멀티칩 LED 패키지(150) 내의 제1 타입 LED 칩(151) 및 제2 타입 LED 칩(152)을 점등시키기 위한 전원을 공급할 수 있다.
제1 타입 LED 칩 구동부(120)는 상기 전원공급부(110)의 제1 전원 채널로부터 출력되는 직류전원을 적어도 하나의 제1 타입 LED 칩(151)을 구동하는 제1 개별전원으로 변환하여 제공한다. 이와 유사하게, 제2 타입 LED 칩 구동부(130)는 상기 전원공급부(110)의 제2 전원 채널로부터 출력되는 직류전원을 적어도 하나의 제2 타입 LED 칩(152)을 구동하는 제2 개별전원으로 변환하여 제공한다.
상기 구체예에 있어서, 제1 타입 LED 칩(151)은 고전력 및 고휘도의 고출력 LED 칩일 수 있는 한편, 제2 타입 LED 칩은 저전력 및 저휘도의 저출력 LED 칩(152)일 수 있다.
한편, 전류값 조절부(140)는 상기 제1 타입 LED 칩 구동부(120)로부터 출력되는 제1 개별전원의 전류값 및 상기 제2 타입 LED 칩 구동부(130)로부터 출력되는 제2 개별전원의 전류값이 서로 상관되면서 조절할 수 있는 것이 바람직하다.
여기서, "제1 개별전원의 전류값 및 제2 개별전원의 전류값을 서로 상관시킨다"는 것은, 예를 들면 제1 개별전원의 전류값을 상승시키면 제2 개별전원의 전류값을 하강시키고, 제1 개별전원의 전류값을 하강시키면 제2 개별전원의 전류값을 상승시키는 것을 의미할 수 있다. 더 나아가, 특정 구체예에서는 제1 타입 LED 칩(151) 및 제2 타입 LED 칩(152)의 정격전류 범위 내에서 제1 개별전원의 전류값 및 제2 개별전원의 전류값의 합을 일정하게 조절하는 것을 의미할 수 있다.
이때, 상기 제1 개별전원의 전류값 및 제2 개별전원의 전류값은 상기 멀티칩 LED 패키지(150)의 전체 휘도가 높고 리드프레임 온도가 낮도록 선택되는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 제1 및 제2 타입 LED 칩의 특성에 따라, 실험적으로 제1 개별전원 및 제2 개별전원의 전류값의 최적 조합을 선정할 수 있는 바, 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
멀티칩 LED 패키지(150)에 상기 제1 타입 LED 칩(151) 및 제2 타입 LED 칩(152)이 실장되며, 전류값이 조절된 제1 개별전원 및 제2 개별전원에 의하여 상기 제1 타입 LED 칩(151) 및 제2 타입 LED 칩(152)이 각각 구동될 수 있다. 이때, 상기 제1 타입 LED 칩(151) 및 제2 타입 LED 칩(152)은 서로 상이한 전력에 의해 각각 상이한 휘도를 제공한다. 상기 제1 타입 LED 칩(151)이 고전력 및 고휘도의 고출력 LED 칩이고, 상기 제2 타입 LED 칩은 저전력 및 저휘도의 저출력 LED 칩(152)이라고 할 때, 서로 상이한 소비전력에 의하여 상이한 휘도를 제공하게 된다.
본 발명의 구체예에 따른 복수의 개별전원으로 구동되는 멀티칩 LED 패키지 구동 장치는 서로 상이한 전력에 의하여 상이한 휘도를 제공하는 LED 칩들을 패키지에 실장하고, 각각의 LED 칩을 개별전원으로 구동함으로써, 멀티칩 LED 패키지의 전체 광 효율을 향상시킴과 동시에 LED 칩의 온도를 낮게 유지할 수 있다.
한편, 도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른 복수의 개별전원으로 구동되는 멀티칩 LED 패키지를 도시하는 도면이다.
상기 도면에 도시된 멀티칩 LED 패키지(150)의 구조는, 제1 타입 LED 칩(151), 제2 타입 LED 칩(152), 전극 또는 리드프레임(153), 봉지재(Encapsulant: 154), 접착제(Die Adhesive: 155) 및 골드 와이어(156)를 포함한다.
상기 구체예에서는 제1 타입 LED 칩(151) 및 제2 타입 LED 칩(152)이 각각 1개씩 실장되는 것으로 도시되어 있으나, 전술한 바와 같이 제1 타입 LED 칩(151) 및 제2 타입 LED 칩(152)이 각각 복수개로 실장될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 이때, 복수 개로 실장되는 제1 타입 LED 칩(151)은 서로 병렬로 연결될 수 있고, 또한 복수 개 형성되는 제2 LED 칩(152) 역시 서로 병렬로 연결될 수 있다. 상기 구성에 따르면, 멀티칩 LED 패키지(150)는 적어도 하나의 제1 타입 LED 칩(151) 및 적어도 하나의 제2 타입 LED 칩(152)을 실장함으로써 일종의 면 광원을 제공하며, 또한 제1 타입 LED 칩(151)의 휘도 및 제2 타입 LED 칩(152)의 휘도가 혼합된 휘도가 전체 휘도로서 제공된다.
상기 제1 타입 LED 칩(151) 및 제2 타입 LED 칩(152)은 각각의 개별전원에 의하여 구동되는데, 그 재질로서 당업계에서 알려진 다양한 반도체 물질(III-V, II-VI 등), 예를 들면 GaN, AlN, InP, InS, GaAs, CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, AlxGa1-xN, InxGa1 - xN, InxGa1 - xAs, ZnxCd1 - xS 등을 단독 또는 조합하여 사용할 수 있다(상기에서, 0<x<1). 특히, 전형적으로는 InGaN 재질일 수 있다.
전극 또는 리드프레임(153)은 전기적 연결 단자부로서, 예를 들면 구리(Cu), 은(Ag) 또는 이들의 합금일 수 있다. 또한, 전극 또는 리드프레임의 표면을 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 니켈(Ni) 등으로 코팅 또는 도금할 수도 있다. 이때, 각각의 개별전원과 연결되는 양극(+) 단자 및 음극(-) 단자로 형성될 수 있다. 또한, 봉지재(154)는 전형적으로는 투광성의 실리콘 재질로 형성될 수 있다.
한편, 제1 타입 LED 칩(151) 또는 제2 타입 LED 칩(152)을 각각의 전극(153) 상에 고정하기 위한 접착제(155)는, 예를 들면 에폭시 또는 실리콘 재질로 형성될 수 있고, 금(Au) 와이어(156)는 예를 들면, 약 0.9 내지 1.2 ㎜ 두께로 형성될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 도시된 멀티칩 LED 패키지(150)는 예시적인 목적으로 제공되는 것으로, 서로 상이한 전력에 의하여 상이한 휘도를 제공하는 LED 칩들을 실장할 수 있다면, 다양하게 구조를 변형시킬 수 있다.
한편, 도 3은 본 발명의 일 구체예에 따른 복수의 개별전원으로 구동되는 멀티칩 LED 패키지의 구동 장치 회로도이다.
상기 도면을 참조하면, 전원공급부(110)는, 예를 들면 220V의 교류(AC) 상용전원을 변압기를 통해 소정의 AC로 변환하고, 이후 브릿지 다이오드에 의하여 직류전원으로 정류하여 다수의 전원 채널을 통해 제공하도록 구성될 수 있다.
또한, 제1 타입 LED 칩 구동부(120) 및 제2 타입 LED 칩 구동부(130)는 다수의 전원채널을 통해 각각 제공되는 직류전원을 각각 레귤레이터(regulator)를 사용하여 소정의 직류전원, 예를 들면, 약 2.5 내지 3.5 V로 변환시켜 제공하도록 구성될 수 있다.
한편, 전류값 조절부(140)는 상기 제1 타입 LED 칩 구동부(120) 및 제2 타입 LED 칩 구동부(130) 각각으로부터 출력되는 전류값을 서로 상관되도록 조절할 수 있다. 예를 들면, 다수의 저항(R1, R2) 및 가변저항(VR1, VR2)의 조합에 의하여 상기 제1 타입 LED 칩(151) 및 제2 타입 LED 칩(152)의 정격전류 범위 내에서 상기 제1 개별전원의 전류값 및 제2 개별전원의 전류값의 합이 일정하도록 조절할 수 있다. 상술한 회로 구성은 단지 예시 목적으로서, 본 발명이 이에 국한되지 않는다는 점은 명백하다.
한편, 본 발명의 구체예에 따른 멀티칩 LED 패키지는 하나의 LED 패키지에 동일하지 않는 소비 전력을 갖는 적어도 2가지 타입의 LED 칩을 실장하여, 각각의 칩 타입 별로 개별전원을 연결한 LED 패키지로서, 예를 들면 광 효율이 낮고 소비 전력이 높은 LED 칩을 하나의 전원 채널에 연결하고, 광 효율이 비교적 높으면서 소비 전력이 낮은 LED 칩을 다른 전원 채널에 연결하여 하나의 패키지를 구성한다. 이에 따라, 종래의 광 효율이 낮고 소비전력이 높은 LED 칩으로만 구성된 LED 패키지 대비 가격 면으로 또는 성능 면으로 보다 양호한 LED 광원을 제공할 수 있다.
또한, 높은 소비전력의 LED 칩을 단일 전원을 이용해서 사용하기 보다는 2 이상의 전원을 사용하고, 소비 전력이 다른 적어도 2가지 타입의 LED 칩을 사용함으로써 패키지 전체 휘도를 향상시키고 온도를 낮게 유지하여 멀티칩 LED 패키지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 각각 단일 전원으로 구동되는 LED 패키지에서의 LED 칩 배치를 예시하는 도면으로서, 비교 목적으로 제공된다. 도 4c 내지 도 4e 각각은 본 발명의 구체예에 따른 복수의 개별전원으로 구동되는 멀티칩 LED 패키지에서의 LED 칩 배치를 예시하는 도면이다.
상기 비교 목적의 LED 패키지의 경우, 도 4a에 도시된 바와 같이 1개의 고출력 LED 칩이 배치되거나, 또는 도 4b에 도시된 바와 같이, 2개의 병렬 연결된 고출력 LED 칩이 배치되도록 구성된다.
반면, 본 발명의 구체예에 따른 복수의 개별전원으로 구동되는 멀티칩 LED 패키지(150)는, 도 4c에 도시된 바와 같이, 1개의 고출력 LED 칩(151) 및 1개의 저출력 LED 칩(152)이 배치되거나, 또는 도 4d에 도시된 바와 같이, 1개의 고출력 LED 칩(151) 및 2개의 병렬 연결된 저출력 LED 칩(152)이 배치될 수 있다. 또한, 도 4e에 도시된 바와 같이, 1개의 고출력 LED 칩(151) 및 3개의 병렬 연결된 저출력 LED 칩(152)이 배치될 수 있다.
이처럼, 본 발명의 구체예에 따른 멀티칩 LED 패키지(150)에 있어서, 적어도 하나의 고출력 LED 칩(151) 및 적어도 하나의 저출력 LED 칩(152)이 실장되고, 각각의 고출력 LED 칩(151) 및 저출력 LED 칩(152)에 개별전원을 통하여 상이한 전류가 인가될 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 10을 참조하여, 실험예에 의하여 본 발명의 구체예에 따른 멀티칩 LED 패키지의 장점을 설명한다.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 실험예에서 사용된 멀티칩 LED 패키지(2020 1칩 및 2010 1칩; 및 2020 1칩 및 2010 2칩)의 개략 평면도 및 정격 사양을 나타낸다. 여기서, 2020은 20㎜×20㎜ 크기의 고출력 LED 칩이고, 2310은 23㎜×10㎜ 크기의 저출력 LED 칩을 나타내며, 각각의 정격 사양은 도면 우측에 표시되어 있다.
한편, 상기 실험예에 따르면, 멀티칩 LED 패키지의 휘도 및 온도를 측정하기 위한 구체적인 방법으로서, 먼저 멀티칩 LED 패키지의 개별 단자를 PCB 솔더링한 후, 리드프레임의 온도 측정 위치를 결정한다. 이후, 멀티칩 LED 패키지의 배면에 2개의 전원 라인을 형성한 후, PCB를 고정한 상태에서, 멀티칩 LED 패키지의 휘도 및 온도를 측정하는데, 그 측정 결과를 도 6 내지 도 8에서 나타내었다.
도 6은 1개의 고출력 LED 칩과 1개의 저출력 LED 칩으로 구성된 멀티칩 LED 패키지에 대한 실험 측정 결과를 나타내는 도면이고, 도 7은 1개의 고출력 LED 칩과 2개의 저출력 LED 칩으로 구성된 멀티칩 LED 패키지에 대한 실험 측정 결과를 나타내는 도면이다. 또한, 도 8은 종래의 단일 전원에 따른 실험 측정 결과와 본 발명의 구체예에 따른 멀티칩 LED 패키지에 대한 실험 측정 결과를 비교하여 본 발명이 종래기술에 비하여 동일한 소비전력의 인가 하에서 보다 높은 휘도 및 낮은 리드프레임 온도를 달성할 수 있음을 뒷받침하는 도면이다.
또한, 도 9는 본 발명의 구체예에 따른 멀티칩 LED 패키지에서 입력전류별 휘도 비교 그래프이고, 도 10은 본 발명의 구체예에 따른 멀티칩 LED 패키지에서 입력전류별 온도 비교 그래프를 나타낸다.
구체적으로, 도 6은 1개의 고출력 LED 칩과 1개의 저출력 LED 칩으로 구성된 멀티칩 LED 패키지에 대한 실험 측정 결과로서, 1개의 2020 LED 칩과 1개의 2310 LED 칩에 개별적으로 전원을 인가하는 조건 하에서 가장 높은 휘도와 가장 낮은 리드프레임 온도를 달성하는 인가전류의 선정 조합은 1개의 2020 LED 칩의 전류가 40mA이고, 1개의 2310 LED 칩의 전류가 20mA인 경우이다. 이때. LED 패키지의 휘도 및 리드프레임 온도는 각각 5108 mcd 및 34.3℃이었다. 반면, 고출력 LED 칩에만 60mA을 인가할 경우, 휘도 및 리드프레임 온도는 각각 4616 mcd 및 35.5℃로서 낮은 휘도 및 높은 발열 특성을 나타내었다.
또한, 도 7은 1개의 고출력 LED 칩과 2개의 저출력 LED 칩으로 구성된 멀티칩 LED 패키지에 대한 실험 측정 결과로서, 1개의 2020 LED 칩 및 2개의 2310 LED 칩에 개별적으로 전원을 인가하는 조건 하에서 가장 높은 휘도와 가장 낮은 리드프레임 온도를 달성하는 인가전류의 선정 조합은 1개의 2020 LED 칩의 전류가 20mA, 2개의 2310 LED 칩의 전류가 40mA인 경우이다. 이때, LED 패키지의 휘도 및 리드프레임 온도는 각각 5471mcd 및 33.5℃이었다.
도 8은 종래의 단일 전원 및 단일 칩 구성의 LED 패키지에 대한 실험(휘도 및 온도) 측정 결과와 본 발명의 실시예에 따른 복수 개별 전원 및 복수 칩 구성의 LED 패키지에 대한 최적 실험(휘도 및 온도) 측정 결과를 대비하는 도면이다.
60mA의 동일 전류 인가 하에서, 1개의 2020 LED 칩과 1개의 2310 LED 칩의 최적 조합의 경우, 휘도는 4677mcd에서 5108mcd로 증가함으로써 단일 전원 및 단일 칩 구성에 비하여 약 8.4% 개선된 발광 특성을 나타내었다. 또한, 1개의 2020 LED 칩과 2개의 2310 LED 칩의 최적 조합의 경우, 휘도가 4677mcd에서 5471mcd로 증가함으로써 단일 전원 및 단일 칩 구성에 비하여 약 14.5% 개선된 발광 특성을 나타내었다. 반면, 리드프레임의 온도의 경우, 단일 전원 및 단일 칩 구성의 경우에는 34.5℃이었으나, 본 발명의 구체예에 있어서는 각각 34.3℃ 및 33.5℃로서 감소된 발열 특성을 나타내는 것으로 확인되었다.
요약하면, 하나의 고소비전력 LED 칩(2020 LED 칩)으로 구성한 경우에 비하여 고소비전력 LED 칩(2020 LED 칩)과 저소비전력 LED 칩(2310 LED 칩)을 조합하고 개별전원으로 각각의 LED 칩을 구동시키도록 구성한 경우가 효율적임을 알 수 있다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로, 본 발명의 구체적인 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100: 멀티칩 LED 패키지의 구동 장치
110: 전원공급부(SMPS)
120: 제1 (타입) LED 칩 구동부
130: 제2 (타입) LED 칩 구동부
140: 전류값 조절부
150: 멀티칩 LED 패키지
151: 제1 (타입) LED 칩(고출력 LED 칩)
152: 제2 (타입) LED 칩(저출력 LED 칩)
153: 전극 또는 리드프레임
154: 봉지재(Encapsulant)
155: 접착제(Die Adhesive)
156: 금(Au) 와이어

Claims (6)

  1. 복수의 LED 칩을 실장하는 멀티칩 LED 패키지로서,
    전원공급부의 제1 전원 채널을 통해 제공되는 제1 개별전원에 의하여 구동되는 적어도 하나의 제1 타입 LED 칩; 및
    상기 제1 전원 채널과 상이한 제2 전원 채널을 통해 제공되는 제2 개별전원에 의하여 구동되며, 상기 제1 타입 LED 칩과는 상이한 전력에 의하여 상이한 휘도를 제공하는 적어도 하나의 제2 타입 LED 칩을 포함하며,
    상기 제1 개별전원의 전류값 및 제2 개별전원의 전류값은 서로 상관되도록 조절되며, 상기 제1 개별전원의 전류값 및 제2 개별전원의 전류값의 합은 상기 제1 타입 LED 칩 및 제2 타입 LED 칩의 정격전류 범위 내에서 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는, 복수의 개별전원으로 구동되는 멀티칩 LED 패키지.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 타입 LED 칩은 고전력 및 고휘도 사양의 고출력 LED 칩이고, 상기 제2 타입 LED 칩은 저전력 및 저휘도 사양의 저출력 LED 칩인 것을 특징으로 하는, 복수의 개별전원으로 구동되는 멀티칩 LED 패키지.
  4. 직류전원을 생성하여 복수의 전원 채널로 공급하는 전원공급부;
    상기 전원공급부의 제1 전원 채널로부터 출력되는 직류전원을 적어도 하나의 제1 타입 LED 칩을 구동하는 제1 개별전원으로 변환하여 제공하는 제1 타입 LED 칩 구동부;
    상기 전원공급부의 제2 전원 채널로부터 출력되는 직류전원을 적어도 하나의 제2 타입 LED 칩을 구동하는 제2 개별전원으로 변환하여 제공하는 제2 타입 LED 칩 구동부;
    상기 제1 타입 LED 칩 구동부로부터 출력되는 제1 개별전원의 전류값 및 상기 제2 타입 LED 칩 구동부로부터 출력되는 제2 개별전원의 전류값이 서로 상관되도록 조절하는 전류값 조절부; 및
    상기 전류값이 조절된 제1 개별전원 및 제2 개별전원에 의하여 각각 구동되는 상기 제1 타입 LED 칩 및 제2 타입 LED 칩이 실장되는 멀티칩 LED 패키지를 포함하고,
    상기 제1 타입 LED 칩 및 제2 타입 LED 칩은 서로 상이한 전력에 의하여 각각 상이한 휘도를 제공하는 것을 특징으로 하는 복수의 개별전원으로 구동되는 멀티칩 LED 패키지의 구동 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 타입 LED 칩은 고전력 및 고휘도 사양의 고출력 LED 칩이고, 상기 제2 타입 LED 칩은 저전력 및 저휘도 사양의 저출력 LED 칩인 것을 특징으로 하는 복수의 개별전원으로 구동되는 멀티칩 LED 패키지의 구동 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 전류값 조절부는 상기 제1 타입 LED 칩 및 제2 타입 LED 칩의 정격전류 범위 내에서 상기 제1 개별전원의 전류값 및 제2 개별전원의 전류값의 합을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 복수의 개별전원으로 구동되는 멀티칩 LED 패키지의 구동 장치.
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