KR101202177B1 - 발광 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 하나의 패키지내에 구성된 교류용 발광 다이오드의 전파정류회로와 발광 다이오드 다이를 두 개이상으로 나누어 직렬 또는 병렬로 접속하여 사용하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 교류용 발광 장치는, 몸체와; 상기 몸체에 실장되어 각기 전기적으로 연결되는 다수의 발광셀들이 전기적으로 연결된 다수의 LED 칩: 및 상기 몸체내에서 상기 LED칩과 인접하게 장착되어 전기적으로 연결된 브릿지 정류회로부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
발광 다이오드 칩, 전파정류회로, 충전 콘덴서, 방전저항

Description

발광 장치{Luminous Device}
도 1은, 종래의 교류용 발광 다이오드를 도시한 개략도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 장치의 회로도.
도 3은 본 발명이 제 1 실시예에 따른 발광 장치의 사시도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광 장치의 사시도.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 발광 장치의 회로도.
도 6은 본 발명이 제 3 실시예에 따른 발광 장치의 사시도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 전원 변환부 2 : 발광부
3 : 전파 정류 회로 4, 200 : 브리지부
100 : 발광 소자
본 발명은, 하나의 패키지(Package)내에 전파정류회로와 다수의 발광셀이 직렬로 연결된 단일 LED칩을 AC전원에 연결하여 사용하는 교류용 발광 장치에 관한 것으로, 특히 110V 및 200V에서 각기 동작이 가능한 발광 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드는 화합물 반도체의 P-N 접합구조를 이용하여 주입된 소수캐리어(전자 또는 정공)를 만들어내고, 이들의 재결합에 의하여 소정의 빛을 발산하는 소자를 지칭한다. 이러한 발광 다이오드는 표시 소자 및 백라이트로 이용되고 있으며, 최근에는 이를 일반 조명용도로 적용하기 위해 연구가 활발히 진행중이다.
이는 발광 다이오드를 이용한 발광 장치는 기존의 전구 또는 형광등에 비하여 소모 전력이 작고 수명이 수 내지 수십배에 이르러, 소모 전력의 절감과 내구성 측면에서 월등하다.
일반적으로, 발광 다이오드를 조명용으로 사용하기 위해서는 별도의 패키징 공정을 통해 발광 소자를 형성하고, 다수의 개별 발광소자를 와이어 본딩을 통해 직렬 연결하여, 외부에서 보호 회로 및 교류/직류 변환기 등을 설치하여 램프의 형태로 제작하였다.
도 1은, 종래의 교류용 발광 장치의 개념도로, 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 전원 변환부(1)와, 다수의 발광 소자(10-1 내지 10-n)가 직렬 연결된 발광부(2)를 포함한다.
상기 전원 변환부(1)는 AC 220V 또는 110V를 전파 정류하는 전파 정류 회로(3)와, 전파 정류된 전원을 전압 강하하는 저항(R1)을 포함한다. 전파 정류 회로(3)는 제 1 노드(N1) 내지 제 4 노드(N4) 사이에 각기 접속된 제 1 다이오드(D1) 내지 제 4 다이오드(D4)를 포함하고, 제 1 노드(N1) 및 제 3 노드(N3)가 교류 전원에 접속된 브리지부(4)와, 브리지부(4)의 제 2 노드(N2) 및 제 4 노드(N4)에 접속 된 커패시터(C1)를 포함한다. 또한, 외부 전원과 제 1 노드(N1) 사이에 접속된 전압 강하 커패시터를 더 포함한다.
상기 발광부(2)는 제 1 발광 소자(10-1) 내지 제 n 발광 소자(10-n)가 와이어를 통해 저항(R1)과 제 2 노드(N2) 사이에 직렬 접속되어 있다. 여기서, n은 정수이다. 종래에는 약 20여개의 LED를 직렬 연결하여 발광부를 구성한다. 이와 같이 약 20개의 LED 칩이 직렬 연결될 경우, 이들을 발광 시키기 위해서는 10~20mA 전류와 3.4 × 20 = 68V 의 전압이 요구된다. 따라서, 외부에서 입력된 교류 전원은 전원 변환부(1)에 의해 직류 전원으로 변환되고, 그 접압 레벨이 소정 레벨로 변환되어 발광부(2)에 인가되어 발광부를 발광시킨다.
이와 같은 종래의 발광 장치는 전원 변환부(1)가 제 1 인쇄 회로 기판에 구성된다. 상기 발광부(2)의 개개의 LED도 제 2 인쇄 회로 기판에 실장된 후, 와이어를 통해 직렬 접속된다. 이후, 제 1 및 제 2 인쇄 회로 기판을 전기적으로 연결하여 발광 장치를 구현하였다.
그러나, 220V의 교류를 필요한 전압으로 강하시키기 위해 구비된 전원 변환부 내의 커패시터는 그 수명이 LED 보다도 매우 짧아, 발광 장치의 전체적인 수명을 단축시키는 문제점이 있었다.
또한, 직렬 접속되는 LED가 다수 개인 경우, 각각의 LED를 연결하기 위한 연결기판이 필요하게 되어, 상기 각각의 LED를 직렬로 연결하기 위한 비용이 증가되는 문제점이 있었다. 예를 들어, LED의 개수가 20개인 경우, 이들 LED간을 연결하는 데에도 최소한 19개의 와이어가 사용된다.
또한, 상기한 연결기판에 구비된 각각의 LED는 발광면적이 커짐으로써 고품질의 광원을 구현하는 데에는 한계가 있었다.
더욱이, 발광 소자 간의 단순한 직선적인 배열은 발광 효율을 증대시키기 위하여 LED의 개수를 증가시키면 제조비용이 상승하게 되는 원인이 되었다.
또한, 가정용으로 사용하는 110V 또는 220V에서 기존의 발광 장치를 적용하기 위해서는 직렬 접속될 LED의 개수를 변경하여야 한다. 즉, 동일 회로를 사용할 경우, 220V에서 사용하는 LED의 개수는 110V에 사용하는 LED개수의 두배가 되어야 한다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 웨이퍼 레벨에서 다수의 발광 셀이 연결된 LED 칩를 제작하고, 이러한 LED 칩과 정류 회로 간을 연결하여 제작 공정이 단순화되고, 발광 효율이 증가되며, 제작 비용 및 불량률이 감소되고, 대량 생산에 유리한 발광 장치를 제공함을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 몸체와, 상기 몸체에 방열판상에 각기 전기적으로 연결되는 다수의 발광셀들이 전기적으로 연결된 다수의 LED 칩 및 상기 LED칩과 인접하게 장착되어 전기적으로 연결된 브릿지 정류회로부를 포함하는 발광장치를 제공한다.
여기서, 상기 다수의 LED 칩은, 상기 방열판상으로 인가되는 전압이 110V인 경우에는 병렬로 접속된다. 또한, 상기 다수의 LED 칩은, 상기 방열판상으로 인가되는 전압이 220V인 경우에는 직렬로 접속된다.
그리고, 상기 브릿지정류회로부는, 상기 몸체에 형성된 복수의 전극단자에 실장되는 제1다이오드 내지 제 4 다이오드를 구비하여 외부로부터 교류전원을 공급받는다. 이때, 상기 제1다이오드 및 제2다이오드는, 병렬 접속된 상기 LED 칩의 공통 P형 패드와 전기적으로 연결되고, 상기 제3다이오드 및 제4다이오드는 병렬 접속된 상기 LED 칩의 공통 N형 패드와 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 제1다이오드 및 제2다이오드는, 직렬 접속된 상기 상기 LED 칩의 일 P형 패드와 전기적으로 연결되고, 상기 제3다이오드 및 제4다이오드는 직렬 접속된 상기 LED 칩의 일 N형 패드와 전기적으로 연결된다.
상기 LED 칩의 다수의 발광셀들이 직렬연결된다. 그리고, 상기 LED 칩에서 발생되는 광파장을 변환시키는 형광체를 더 포함한다. 상기 LED 칩 및 상기 브릿지 정류회로부를 봉지하는 몰딩부를 더 포함한다.
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.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 장치의 회로도이다. 도 3은 본 발명이 제 1 실시예에 따른 발광 장치의 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 장치는 제 1 내지 제 4 노드(N10 내지 N40) 사이에 각기 브리지 연결된 제 1 내지 제 4 다이오드부(D10 내지 D40)를 포함하는 브리지부(200)와, 제 2 노드(N20) 및 제 4 노드(N40)에 병렬 접속되고, 다수의 셀(100-1 내지 100-n)이 직렬 연결된 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b)을 포함한다.
상기 브리지부(200)의 제 1 노드(N10) 및 제 3 노드(N30)는 교류 전원에 접속되고, 제 1 노드(N10)와 교류 전원 사이에는 저항(R10)이 연결된다.
상기 브리지부(200)를 좀더 구체적으로 설명하면, 제 1 노드(N10)과 제 2 노드(N20) 사이에 접속되어 제 1 노드(N10)의 신호를 제 2 노드(N20)에 전송하는 제 1 다이오드부(D10)와, 제 2 노드(N20)와 제 3 노드(N30) 사이에 접속되어 제 3 노드(N30)의 신호를 제 2 노드(N20)에 전송하는 제 2 다이오드부(D20)와, 제 3 노드(N30)와 제 4 노드(N40) 사이에 접속되어 제 4 노드(N40)의 신호를 제 3 노드(N30)에 전송하는 제 3 다이오드부(D30)와, 제 4 노드(N40)와 제 1 노드(N10) 사이에 접속되어 제 4 노드(N40)의 신호를 제 1 노드(N10)에 전송하는 제 4 다이오드부(D40)를 포함한다. 상기 제 1 내지 제 4 다이오드부 각각은 각기 직렬 접속된 1 내지 10개의 다이오드를 포함한다. 상기 다이오드로 발광 다이오드를 사용할 수 있다.
제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b) 각각은 N형 패드와 P형 패드 사이 에 직렬 접속된 다수의 발광 셀(100-1 내지 100-n)을 포함한다. 본 발명의 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b) 각각은 웨이퍼 레벨에서 다수의 발광 셀(100-1 내지 100-n) 각각이 직렬 연결된 형태이다. 즉, 제 1 발광 셀(100-1)의 P전극은 P형 패드와 접속되고, N전극은 제 2 발광 셀(100-2)의 P전극과 접속된다. 제 2 발광 셀(100-2)의 N전극은 제 3 발광 셀(100-3)의 P전극과 접속된다. 이렇게 순차적으로 접속하여 제 n-1 발광 셀(100-n-1)의 N전극은 제 n 발광 셀의 P전극에 접속되고, 제 n 발광 셀(100-n)의 N전극은 N형 패드에 접속된다. 물론 이에 한정되지 않고, 본 발명의 LED 칩은 제 1 패드 및 제 2 패드 사이에 다수의 발광 셀이 직렬 접속된 셀 블록이 병렬 접속되어 있을 수도 있다.
여기서, 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b)은 제 2 노드(N20) 및 제 4 노드(N20, N40) 사이에 병렬 접속되어, 제 2 노드(N20)에 걸리는 양전위와 제 4 노드(N40)에 걸리는 음전위에 따라 발광한다. 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b) 각각의 P형 패드는 제 2 노드(N20)에 접속되고, N형 패드는 제 4 노드(N40)에 접속된다.
앞서 설명한 바와 같이 제 1 노드(N10)와 직류 전원 사이에 저항(R10)이 접속된다. 이러한 저항(R10)을 통해 직류 전원의 전압/전류가 일정 레벨로 강하되고, 강하된 전압/전류가 브리지부(200)에 인가됨으로 인해 브리지부(200)의 수명을 연장시킬 수 있고, 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b)에 인가되는 전압/전류의 과도한 상승을 억제할 수 있다. 상기의 저항(R10)는 제2노드(N20)와 제4노드(N40) 사이에 접속될 수도 있다. 또한, 저항(R10)이 브리지부(200)와 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b) 외부에 배치되어 저항(R10)과 이들간을 연결하기 위한 라인을 단축시킬 수 있다.
상술한 저항은 도 3에서 설명한 몸체의 배면에 형성되어 소정의 금속배선을 통해 제 1 LED 칩 및 제 2 LED 칩과 접속될 수도 있다. 이와 달리, 몸체이 상면에 형성될 수도 있으며, 별도의 인쇄 회로 기판 상에 형성한 다음, 제 1 LED 칩 및 제 2 LED 칩이 실장된 몸체에 접속될 수도 있다.
상술한 구성을 갖는 본 실시예의 발광 장치의 동작을 가정용 교류 전원을 바탕으로 설명하면 다음과 같다. 제 1 노드(N10)가 양전위(+)로 되고, 제 3 노드(N30)가 음전위(-)로 될 경우, 제 1 노드(N10)의 양전위(+)는 제 1 다이오드부(D10)를 통해 제 2 노드(N20)에 인가되고, 제 3 노드(N30)의 음전위(-)는 제 3 다이오드부(D30)를 통해 제 4 노드(N40)에 인가되어, 제 2 노드(N20)의 양전위(+) 및 제 4 노드(N40)의 음전위(-)에 따라 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b)이 발광하게 된다.
한편, 제 3 노드(N30)가 양전위(+)로 되고, 제 1 노드(N10)가 음전위(-)로 될 경우, 제 3 노드(N30)의 양전위(+)는 제 2 다이오드부(D20)를 통해 제 2 노드(N20)에 인가되고, 제 1 노드(N10)의 음전위(-)는 제 4 다이오드부(D40)를 통해 제 4 노드(N40)에 인가되어, 제 2 노드(N20)의 양전위(+) 및 제 4 노드(N40)의 음전위(-)에 따라 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b)이 발광하게 된다.
이와 같이 교류 전원에 접속된 발광 장치의 제 1 노드 및 제 3 노드의 전류 흐름 즉, 그 전위가 바뀌는 경우에도 계속적으로 양전위가 LED 칩에 인가되어 LED 칩이 발광하게 된다.
상술한 회로도를 갖는 본 실시예의 발광 장치를 도 3에 도시된 바를 중심으로 설명하면 다음과 같다.
본 실시예의 발광 장치는 몸체(110) 상에 병렬로 실장된 다수의 발광 셀이 직렬 접속된 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b)과, 몸체(110)에 형성된 다수의 전극 단자(121 내지 124, 131 내지 134)와, 상기 전극 단자(121 내지 124, 131 내지 134) 각각에 실장된 다수의 다이오드부(D10 내지 D40)와, 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b) 상에 얇게 코팅된 형광체(150)와, 다이오드부(D10 내지 D40)와 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b)을 봉지하는 몰딩부(160)를 포함한다.
상기의 몸체(110)는 도 3에 도시된 바와 같이 원 형상으로 그 둘레가 돌출된 형상을 사용한다. 절연된 몸체(110)는, PPA(Poly Phthal Amide)수지 등을 사용할 수도 있다. 또한 원 형상에 한정되지 않고, 다양한 형상 변형이 가능하다. 몸체(110)의 중심에는 원 형상의 금속 패턴(111)이 형성되고, 금속 패턴(111)으로부터 연장된 두 축이 원형 몸체(110)의 외부로 노출되어 있다. 여기서, 금속패턴(111)을 통해 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b)의 열을 외부로 방출할 수 있다. 또한, 원 형상의 금속패턴(111) 상부에는 방열판(112)이 형성되고, 방열판(112) 상에 다수의 발광 셀이 직렬 접속된 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b)이 일정간격 이격되어 실장되어 있다. 또한 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b)이 단일의 금속패턴이 아니 서로 분리된 금속패턴 상에 실장될 수도 있다. 후속 와이어를 통해 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b)이 병렬 연결된다.
원 형상의 금속패턴(111) 둘레에는 제 1 내지 제 4 내부 전극 단자(121 내지 124)가 형성되어 있고, 제 1 내지 제 4 내부 전극 단자(121 내지 124)의 일부가 원형 몸체(110)의 외부로 노출되어 있다. 외부로 노출된 제 1 내지 제 4 내부 전극 단자(121 내지 124)와 접속 연장된 제 1 내지 제 4 외부 전극 단자(131 내지 134)를 포함한다. 제 1 내지 제 4 내부 전극 단자(121 내지 124) 각각에는 제 1 내지 제 4 다이오드부(D10 내지 D40)가 실장되어 있다.
제 1 내부 전극 단자(121)에 실장된 제 1 다이오드부(D10)는 제 1 와이어(141)를 통하여 제 1 LED 칩(100a)의 P형 패드에 접속된다. 제 1 LED 칩(100a)의 P형 패드는 제 2 와이어(142)를 통해 제 2 LED 칩(100b)의 P형 패드에 접속된다. 제 2 내부 전극 단자(122)에 실장된 제 2 다이오드부(D20)는 제 3 와이어(143)를 통해 제 2 LED 칩(100b)의 P형 패드에 접속된다. 제 3 내부 전극 단자(123)에 실장된 제 3 다이오드부(D30)는 제 4 와이어(144)를 통해 제 2 LED 칩(100b)의 N형 패드에 접속된다. 제 2 LED 칩(100b)의 N형 패드는 제 5 와이어(145)를 통해 제 1 LED 칩(100a)의 N형 패드에 접속된다. 제 4 내부 전극 단자(124)에 실장된 제 4 다이오드부(D40)는 제 6 와이어(146)를 통해 제 1 LED 칩(100a)의 N형 패드에 접속된다.
상술한 바와 같이 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b)의 P형 패드 및 N형 패드에 두개의 와이어가 접속되도록 하였다. 이는 LED 칩의 패드의 두께와 와이어의 두께 및 와이어 본딩 공정상의 문제로 인해 하나의 패드에 접속될 수 있는 와이어의 개수가 어느 정도 한정되어 있기 때문이다. 즉, 하나의 패드에 3개 이상의 와이어를 접속하기 어렵다. 물론 패드의 두께, 와이어의 두께 및 본딩 공정을 조절하여 3개 이상의 와이어 본딩도 가능하다. 또한, 다수의 와이어를 하나로 연결한 다음, 하나의 와이어를 LED 칩의 패드에 연결할 수도 있다.
상술한 접속 관계에 따라, 제 1 다이오드부(D10)는 제 1 내부 전극 단자(121)에 입력된 신호를 제 1 와이어(141) 및 제 2 와이어(142)를 통해 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b)의 P형 패드에 인가하고, 제 2 다이오드부(D20)는 제 2 내부 전극 단자(122)에 입력된 신호를 제 3 와이어(143) 및 제 2 와이어(142)를 통해 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b)의 P형 패드에 인가한다. 제 3 다이오드부(D30)는 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b)의 N형 패드의 신호를 제 5 및 제 4 와이어(145, 144)를 통해 제 3 내부 전극 단자(123)에 인가하고, 제 4 다이오드부(D40)는 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b)의 N형 패드의 신호를 제 5 및 제 6 와이어(145, 146)를 통해 제 4 내부 전극 단자(124)에 인가한다. 이를 통해 110V의 교류 전원이 인가되더라도 항상 제 1 LED 칩 및 제 2 LED 칩의 P형 패드에는 양전압이 인가되고, N형 패드에는 음전압이 인가되어 제 1 LED 칩 및 제 2 LED 칩이 발광하게 된다. 이와 같은 신호 흐름을 위해 내부 단자 전극에 실장되는 다이오드부의 극성이 바뀔 수도 있다. 이는, 내부 단자 전극과 다이오드부 간의 전기적인 연결이 서로 바뀔 수 있음을 의미한다.
상기 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b)상에 얇게 형광체(150)가 얇게 코팅되어 있다. 형광체(150)로는 가넷구조나 실리케이트구조의 형광체를 사용하되, 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b)이 발산하는 빛의 파장을 변환시켜 원하는 색상의 빛을 방출할 수 있는 다양한 종류의 형광체가 가능하다. 이때, 형광체(150)와 몰딩부(160)를 별도의 공정을 통해 제작할 수도 있고, 몰딩부(160)의 내부에 형광체(150)를 균일하게 분포시켜 사용할 수도 있다. 몰딩부(160)는 몸체(110)의 돌출내에 돔 형상으로 얇게 형성한다. 물론 이에 한정되지 않고, 몰딩부의 형상과 몰딩 영역은 다양하게 변화 될 수 있다. 또한, 형광체를 사용하지 않을 수도 있다.
상술한 구조의 발광 장치의 제작 방법은 매우 다양할 수 있지만, 제작 방법을 간략히 설명하면 다음과 같다.
다수의 전극 단자가 형성된 몸체을 마련한다. 다수의 발광 셀이 직렬 접속된 제 1 LED 칩 및 제 2 LED 칩을 몸체 상에 실장하고, 다수의 다이오드부를 상기 전극 단자에 각기 실장한다. 다음으로, 와이어를 이용하여 다이오드부와 제 1 LED 칩 및 제 2 LED 칩들 간을 전기적으로 연결하고, 제 1 LED 칩과 제 2 LED 칩을 전기적으로 연결한다. 제 1 LED 칩 및 제 2 LED 칩 상부에 형광체를 얇게 코팅한 후, 몰딩공정을 실시하여 몰딩부를 형성하여 발광 장치를 제작한다.
본 발명은 상술한 설명에 한정되는 것이 아니라, 발광 장치의 효율을 향상시키기 위한 별도의 부재가 더 삽입될 수도 있다.
예를 들어, LED 칩의 열을 외부로 방출하기 위한 히트 싱크가 더 포함될 수도 있다. 히트 싱크로 열전도성이 우수한 물질을 사용하는 것이 바람직하고, 열전도성 및 전기 전도성이 우수한 금속을 사용하는 것이 가장 바람직하다. 이를 위해 몸체의 일부 영역 즉, LED 칩이 실장될 영역을 제거하여 관통공을 형성하고, 관통공 내부에 히트 싱크를 삽입 장착한 다음, 히트 싱크 상부에 LED 칩을 실장할 수도 있다. 또한, 몸체 자체를 금속으로 사용하면 히트 싱크로 사용할 수 있다. 이때, 전극 단자와 히트 싱크 사이에는 방열판이 형성된다. 또한, LED 칩이 방출하는 빛을 중앙으로 집중시키기 위한 반사 부재를 더 포함할 수도 있고, 빛을 확산 시키기 위한 난반사 패턴 부재를 더 포함할 수도 있다.
본 실시예에서는 두 개의 LED 칩을 병렬 연결하였지만, 이에 한정되지 않고, 다수의 개의 LED 칩을 병렬 연결할 수도 있다. 그리고, 본 발명은 상술한 구조에 병렬 접속된 커패시터와 저항을 부가하여 LED 칩내의 발광 셀의 개수를 줄이고, 밝기 및 휘도를 향상시킬 수도 있다. 이와 같은 본 발명의 제 2 실시예에 대하여는 도면을 참조하여 설명한다. 하기 실시예에서는 앞서 설명한 제 1 실시예와 중복되는 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광 장치의 사시도이다.
도 4를 참조하면, 몸체(110) 상에 병렬 연결되도록 실장되고, 다수의 발광 셀이 직렬 접속된 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b)과, 몸체(110)에 형성된 다수의 전극 단자(121 내지 124, 131 내지 134)와, 상기 전극 단자(121 내지 124, 131 내지 134)에 실장된 다수의 다이오드부(D10 내지 D40)를 포함한다. 상기 전극 단자(121, 123)의 일부는 외부 전원에 접속되고, 나머지 전극 단자(122, 124)는 병렬 접속된 커패시터(C10)와 저항(R20)에 접속된다.
원 형상의 금속 패턴(111) 둘레에는 제 1 내지 제 4 내부 전극 단자(121 내지 124)가 형성되어 있고, 제 1 내지 제 4 내부 전극 단자(121 내지 124)의 일부가 원형 몸체(110)의 외부로 노출되어 외부 전원과 연결되는 외부 접속 패드가 형성된 다. 이때, 외부로 노출된 제 1 내지 제 4 내부 전극 단자(121 내지 124)와 접속 연장된 제 1 내지 제 4 외부 전극 단자(131 내지 134)를 더 포함한다.
상기의 단자들과 다이오드부와 제 1 LED 칩 및 2 LED 칩 간의 연결관계를 설명하면 다음과 같다.
제 1 다이오드부(D10)의 P전극은 제 1 내부 전극 단자(121)에 접속되고, N전극은 제 1 와이어(141)를 통해 제 1 LED 칩(100a)의 P형 패드에 접속된다. 제 1 LED 칩(100a)의 P형 패드는 제 2 와이어(142)를 통해 제 2 LED 칩(100b)의 P형 패드에 접속된다. 제 2 다이오드부(D20)의 P전극은 제 3 내부 전극 단자(123)에 접속되고, N전극은 제 4 와이어(144)를 통해 제 2 내부 전극 단자(122)에 접속된다. 제 2 내부 전극 단자(122)는 제 3 와이어(143)를 통해 제 2 LED 칩(100a)의 P형 패드에 접속된다. 제 3 다이오드부(D30)의 N전극은 제 3 내부 전극 단자(123)에 접속되고, P전극은 제 5 와이어(145)를 통해 제 2 LED 칩(100b)의 N형 패드에 접속된다. 제 2 LED 칩(100b)의 N형 패드는 제 6 와이어(146)를 통해 제 2 LED 칩(100b)의 N형 패드에 접속된다. 제 4 다이오드부(D40)의 N전극은 제 1 내부 전극 단자(121)에 접속되고, P전극은 제 8 와이어(148)를 통해 제 4 내부 전극 단자(124)에 접속된다. 제 4 내부 전극 단자(124)는 제 7 와이어(147)를 통해 제 1 LED 칩(100a)의 N형 패드에 접속된다.
제 1 내주 전극 단자(121) 및 제 3 내부 전극 단자(123)는 제 1 외부 전극 단자(131) 및 제 3 외부 전극 단자(133)를 통해 외부 전원에 접속되고, 제 1 외부 전극 단자(131)와 외부 전원 사이에는 저항(R10)이 접속된다. 제 2 내부 전극 단자 (122) 및 제 4 내부 전극 단자(124)는 제 2 외부 전극 단자(132) 및 제 4 외부 전극 단자(134)를 통해 병렬 접속된 커패시터(C10)와 저항(R20)에 접속된다. 이때, 저항(R20)을 사용하지 않고, 제 2 외부 전극 단자(132) 및 제 4 외부 전극 단자(134)에 커패시터(C10)만이 접속될 수 있다.
상술한 바와 같은 연결관계를 통해 제 1 내부 전극 단자(121)에 양전압(+)이 인가되고, 제 3 내부 전극 단자(123)에 음전압(-)이 인가되면, 양전압(+)은 제 1 다이오드부(D10), 제 1 와이어(141) 및 제 2 와이어(141, 142)를 통해 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b)의 P형 패드에 인가되고, 음전압(-)은 제 3 다이오드부(D30), 제 5 및 제 6 와이어(145, 146)를 통해 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b)의 N형 패드에 인가된다. 이로써 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b)이 발광하게 된다.
한편, 제 3 내부 전극 단자(123)에 양전압(+)이 인가되고, 제 1 내부 전극 단자(121)에 음전압(-)이 인가되면, 양전압(+)은 제 2 다이오드부(D20), 제 4 와이어(144), 제 2 내부 전극 단자(122), 제 3 와이어(143) 및 제 2 와이어(142)를 통해 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b)의 P형 패드에 인가되고, 음전압(-)은 제 4 다이오드부(D40), 제 8 와이어(148), 제 4 내부 전극 단자(124), 제 7 및 제 6 와이어(147, 146)를 통해 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b)의 N형 패드에 인가된다. 이로써, 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b)이 발광하게 된다. 이때, 제 2 내부 전극 단자(122) 및 제 4 내부 전극 단자(124) 사이에 커패시터(C10)가 접속되어 있어, 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b)으로 인가되는 전압의 리플의 단차를 줄여 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 실시예에서는 110V의 교류 전원에서 구동하는 LED 칩을 병렬 연결함에 관해 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 110V 교류 전원에서 구동하는 두개의 LED 칩을 직렬 연결하여 220V 교류 전원에서도 구동할 수 있다. 이와 같은 본 발명의 제 3 실시예에 관하여 도면을 참조하여 설명한다. 하기 실시예에서는 앞서 설명한 제 1 및 제 2 실시예와 중복되는 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 발광 장치의 회로도이다. 도 6은 본 발명이 제 3 실시예에 따른 발광 장치의 사시도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 장치는 제 1 내지 제 4 노드(N10 내지 N40) 사이에 각기 브리지 연결된 제 1 내지 제 4 다이오드부(D10 내지 D40)를 포함하는 브리지부(200)와, 제 2 노드(N20) 및 제 4 노드(N40)사이에 직렬 접속되고, 다수의 셀(100-1 내지 100-n)이 직렬 연결된 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b)을 포함한다.
여기서, 제 1 LED 칩(100a)의 P형 패드가 제 2 노드(N20)에 접속되고, N형 패드는 제 2 LED 칩(100b)의 P형 패드에 접속된다. 제 2 LED 칩(100a)의 N형 패드는 제 4 노드(N40)에 접속된다.
상기 제1 LED 칩(100a)과 제2 LED 칩(100b)의 연결은 상기 제1 LED 칩(100a)의 제n 발광셀의 N전극과 상기 제2 LED 칩(100b)의 제1 발광셀의 P전극과 접속되어 이루어진다.
상술한 회로도를 갖는 본 실시예의 발광 장치를 도 6에 도시된 바를 중심으로 설명하면 다음과 같다.
몸체(110) 상에 직렬 연결되도록 실장되고, 다수의 발광 셀이 직렬 접속된 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b)과, 몸체(110)에 형성된 다수의 전극 단자 (121 내지 124, 131 내지 134)와, 상기 전극 단자(121 내지 124, 131 내지 134)에 실장된 다수의 다이오드부(D10 내지 D40)를 포함한다.
상기의 단자들과 다이오드부와 제 1 및 2 LED 칩 간의 연결관계를 설명하면 다음과 같다.
제 1 다이오드부(D10)의 P전극은 제 1 내부 전극 단자(121)에 접속되고, N전극은 제 1 와이어(141)를 통해 제 1 LED 칩(100a)의 P형 패드에 접속된다. 제 1 LED 칩(100a)의 N형 패드는 제 2 LED 칩(100b)의 P형 패드에 접속된다. 제 2 다이오드부(D20)의 P전극은 제 3 내부 전극 단자(123)에 접속되고, N전극은 제 4 와이어(144)를 통해 제 2 내부 전극 단자(122)에 접속된다. 제 2 내부 전극 단자(122)는 제 5 와이어(145)를 통해 제 1 LED 칩(100a)의 P형 패드에 접속된다. 제 3 다이오드부(D30)의 N전극은 제 3 내부 전극 단자(123)에 접속되고, P전극은 제 3 와이어(143)를 통해 제 2 LED 칩(100b)의 N형 패드에 접속된다. 제 2 LED 칩(100b)의 N형 패드는 제 6 와이어(146)를 통해 제 1 내부 전극 단자(124)에 접속된다. 제 4 다이오드부(D40)의 N전극은 제 1 내부 전극 단자(121)에 접속되고, P전극은 제 7 와이어(147)를 통해 제 4 내부 전극 단자(124)에 접속된다.
제 1 내부 전극 단자(121) 및 제 3 내부 전극 단자(123)는 제 1 외부 전극 단자(131) 및 제 3 외부 전극 단자(133)를 통해 외부 전원에 접속되고, 제 1 외부 전극 단자(131)와 외부 전원 사이에는 저항(R10)이 접속된다.
상술한 바와 같은 연결관계를 통해 제 1 내부 전극 단자(121)에 양전압(+)이 인가되고, 제 3 내부 전극 단자(123)에 음전압(-)이 인가되면, 양전압(+)은 제 1 다이오드부(D10), 제 1 와이어(141)를 통해 제 1 LED 칩(100a)의 P형 패드에 인가되고, 음전압(-)은 제 3 다이오드부(D30), 제 3 와이어(143)를 통해 제 2 LED 칩(100b)의 N형 패드에 인가된다. 이때 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b)이 직렬 연결되어 있으므로, 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b)이 발광하게 된다.
한편, 제 3 내부 전극 단자(123)에 양전압(+)이 인가되고, 제 1 내부 전극 단자(121)에 음전압(-)이 인가되면, 양전압(+)은 제 2 다이오드부(D20), 제 4 와이어(144), 제 2 내부 전극 단자(122) 및 제 5 와이어(145)를 통해 제 1 LED 칩(100a)의 P형 패드에 인가되고, 음전압(-)은 제 4 다이오드부(D40), 제 7 와이어(147), 제 4 내부 전극 단자(124) 및 제 6 와이어(146)를 통해 제 2 LED 칩(100b)의 N형 패드에 인가된다. 이때 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b)이 직렬 연결되어 있으므로, 제 1 LED 칩(100a) 및 제 2 LED 칩(100b)이 발광하게 된다.
본 실시예에서는 110V의 교류 전원을 인가하였을 경우 동작할 수 있는 LED 칩 두 개를 병렬 연결하여 개개의 발광 칩에 110V가 인가 되도록 할 수 있다. 바람직하게는 110V에 2.5W 인 두 개의 LED 칩을 직렬로 연결하여 220V의 5W를 갖는 발광 장치를 제작할 수 있다. 한편, 110V에 2.5W인 두 개의 LED 칩을 병렬로 연결하면 110V의 5W를 갖는 발광 장치를 제작할 수 있다. 두 개이상의 다이로 나누어 제작하며, 110V에서는 병렬로 접속하고, 220V에서는 직렬로 접속한다. 단일 LED 다이를 가지고, 110V와 220V AC에 공용으로 사용할 수 있고, 패키지 정격전력도 동일하게 적용할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은, 다수의 발광 셀이 직렬 접속된 LED 칩과 다수의 다이오드로 이루어진 브리지 회로가 몸체상에 일체화되어 제작 공정을 단순화 하고, 발광 장치의 크기를 줄일 수 있다.
또한, LED 칩 내의 발광 셀이 웨이퍼 레벨에서 연결되어 있어, 광원이 집중되어 발광 효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 발광 셀간들이 연결되어 있는 LED 칩을 사용함으로 인해 발광 셀 들 간의 연결을 위한 연결비용을 절약할 수 있고, 연결시 발생할 수 있는 결함을 방지할 수 있어 LED 칩을 이용한 발광 장치 제작시 불량률을 감소시킬 수 있다.
또한, 적어도 2개의 LED 칩의 연결관계에 따라 외부 전언에 상관 없이 공용으로 사용할 수 있다. 즉, 110V에서 동작하는 두 개의 LED 칩을 병렬 연결하여 110V에서 사용할 수 있고, 이를 직렬 연결하여 220V에서 사용할 수 있다.

Claims (17)

  1. 몸체;
    상기 몸체의 일정 영역 상에 실장되고, 직렬접속된 다수의 발광셀들을 포함하는 제1 LED 칩;
    상기 몸체의 일정 영역 상에 실장되고, 직렬접속된 다수의 발광셀들을 포함하는 제2 LED 칩; 및
    상기 몸체의 일정 영역 상에 구비되며, 상기 제1 및 제2 LED 칩과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 및 제2 LED 칩을 둘러싸도록 구비된 브릿지 정류회로부를 포함하며,
    교류에 의해 구동되는 발광장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 몸체는 상기 제1 및 제2 LED 칩의 열을 외부로 방출하기 위한 히트싱크를 포함함을 특징으로 하는 발광장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 LED 칩은 상기 히트싱크 상에 실장됨을 특징으로 하는 발광 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 LED 칩은 그 상부에 N형 패드와 P형 패드를 추가로 포함함을 특징으로 하는 발광장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 LED 칩내 제1 발광셀의 P 전극이 상기 P형 패드에 접속되고,
    상기 제1 및 제2 LED 칩내 제n 발광셀의 N 전극이 상기 N형 패드에 접속됨을 특징으로 하는 발광장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 LED 칩내 제1 발광셀의 P 전극이 상기 P형 패드에 접속되고,
    상기 제2 LED 칩내 제n 발광셀의 N 전극이 상기 N형 패드에 접속되며,
    상기 제1 LED 칩내 제n 발광셀의 N 전극이 상기 제2 LED 칩내 제1 발광셀의 P 전극에 접속됨을 특징으로 하는 발광장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 브릿지 정류회로부는,
    제1 노드와 제2 노드 사이에 접속되어 상기 제1 노드의 신호를 상기 제2 노드에 전송하는 제1 다이오드부;
    상기 제2 노드와 제3 노드 사이에 접속되어 상기 제3 노드의 신호를 상기 제2 노드에 전송하는 제2 다이오드부;
    상기 제3 노드와 제4 노드 사이에 접속되어 상기 제4 노드의 신호를 상기 제3 노드에 전송하는 제3 다이오드부; 및
    상기 제4 노드와 상기 제1 노드 사이에 접속되어 상기 제4 노드의 신호를 상기 제1 노드에 전송하는 제4 다이오드부를 포함함을 특징으로 하는 발광장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 다이오드부, 제2 다이오드부, 제3 다이오드부 및 제4 다이오드부는 1개의 다이오드로 이루어짐을 특징으로 하는 발광장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 제1 다이오드부, 제2 다이오드부, 제3 다이오드부 및 제4 다이오드부는 직렬접속된 다수의 다이오드를 포함함을 특징으로 하는 발광장치.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 다이오드는 발광 다이오드인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 노드와 상기 제4 노드 사이에 접속된 커패시터를 추가로 포함함을 특징으로 하는 발광장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 커패시터에 병렬로 접속된 저항을 추가로 포함함을 특징으로 하는 발광장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 브릿지 정류회로부는 상기 몸체에 형성된 복수의 전극단자에 각각 실장되는 제1 다이오드부, 제2 다이오드부, 제3 다이오드부 및 제4 다이오드부를 포함함을 특징으로 하는 발광장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 칩에서 발생되는 광파장을 변환시키는 형광체를 추가로 포함함을 특징으로 하는 발광장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 형광체는 상기 LED 칩 상에 코팅되어 있음을 특징으로 하는 발광장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    적어도 상기 LED 칩 및 상기 브릿지 정류회로부를 봉지하는 몰딩부를 추가로 포함함을 특징으로 하는 발광장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 몰딩부 내부에 형광체를 추가로 포함함을 특징으로 하는 발광장치.
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