KR101221641B1 - 복수의 셀이 어레이된 교류용 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

외부 전원에 접속되는 제 1 및 제 2 전원 연결 단자; 및 상기 제 1 및 제 2 전원 연결 단자 사이에 병렬 접속되며, 각각 다른 전압에서 구동을 하게 되는 복수의 발광 셀 블록을 포함하는 교류용 발광 소자가 개시된다. 이 교류용 발광 소자에 있어서, 직렬 접속된 복수의 발광셀 어레이 각각이 상기 복수의 발광셀 블록 각각에 포함되며, 상기 복수의 발광 셀 블록에는 동일한 전압이 인가되고, 상기 복수의 발광셀 어레이는 단일의 웨이퍼 상에 형성된다.

Description

복수의 셀이 어레이된 교류용 발광 소자{Luminous element having arrayed cells for AC}
본 발명은 교류용 발광 소자에 관한 것으로, AC 전원에서 구동할 경우 플리커 현상과 AC 피크 전압에 의한 발광 소자의 손상을 방지할 수 있는 교류용 발광 소자에 관한 것이다.
일반적으로 발광 소자는 다이오드 특성에 의해 DC전원에서만 구동할 수 있었다. 이에 종래의 교류용 발광 소자를 이용한 발광 장치는 그 사용이 제한적일 뿐 아니라, 현재 가정에서 사용하는 AC 220V의 전원에서 사용하기 위해서는 정류회로와 같은 별도의 회로를 포함하여야 한다. 이에 따라 발광 장치의 회로가 복잡해지고, 이의 제작 단가가 높아지게 되는 문제가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해 복수의 발광 셀을 직렬 또는 병렬 연결하여 AC전원에서도 구동할 수 있는 발광 소자에 관한 연구가 활발히 진행중이다.
도 1은 종래의 발광 소자의 회로도이고, 도 2는 종래의 발광 소자의 발광 특성을 나타내기 위한 그래프이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 발광 소자는 AC전원(10)과, 상기 AC 전원(10)과 직렬 접속되는 2열로된 복수의 발광 셀 어레이와, 각각의 발광셀 어레이가 역병렬 접속된 발광셀 블록(20)과, 상기 발광셀 블록(20)과 AC전원(10) 사이에 접속된 외부 저항(R1)을 포함한다.
일반적으로, 가정에서 사용하는 50 내지 60Hz의 220V 전압은 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 그 피크 전압(Peak voltage)이 약 300V에 가까운 전압이 인가된다. 이러한 과도한 인가 전류는 발광셀 블록의 발광 셀에 손상을 주게 된다. 따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해 발광셀 블록과 AC 전원 사이에 외부 저항을 직렬로 연결하여 발광셀 블록을 구동시켜야 한다.
그러나, 상기와 같은 외부 저항의 사용이 차지하는 비중이 전체 전력 소모의 약 30%를 차지하게 되어 전체적인 전력소모의 증가를 초래하고, 발광 다이오드의 발광 효율을 저하시키는 문제가 발생한다.
또한, 도 2의 (a)에 도시된 50 내지 60Hz의 AC전원을 인가받는 발광 소자는 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 발광 영역과 비 발광 영역의 차이가 뚜렷한 플리커가 발생한다. 이는 복수의 발광 셀이 발광하기 위해서는 발광 셀이 갖고 있는 문턱 전압보다 더 높은 전압값이 인가되어야 한다. 예를 들어 문턱 전압이 0.5V인 발광 셀 10개를 직렬 연결한 경우에는 5V이상의 전압을 인가하여야 발광 셀이 발광하게 된다. 또한, AC전압은 그 전압의 절대값이 시간에 따라 변화하는 특성을 갖는다.
종래의 복수의 발광 셀이 직렬 접속된 발광 소자가 발광하기 위해서는 발광 셀의 문턱 전압보다 낮은 전압에서는 발광하지 않다가 문턱 전압보다 높은 전압에서는 발광하게 된다. 따라서 도 2의 (a)와 같은 AC 전원을 인가받은 발광 소자는 도 2의 (b)와 같이 AC 전원의 전압이 피크값일 경우에는 그 발광 양이 최대치가 되고, 그 외의 영역에서는 거의 발광하지 않는 플리커 현상이 나타난다. 이러한 플리커 현상에 의해 빛의 어른 거림 현상이 발생하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 서로 다른 전압영역에서 발광할 수 있는 복수의 발광셀 어레이와, 상기 복수의 발광 셀 어레이 내의 개별 발광셀 간에 동일한 전압값을 인가시킨다. 이러한 인가된 전압이 저항을 통해 전압변화를 가져오고, 발광셀 블록내의 각각의 발광셀을 순차적으로 발광하게 함으로써, 플리커 현상을 최소화할 수 있고, 과도한 인가전압 및 전류에 의한 개별 발광 셀의 손상을 방지할 수 있는 발광 소자를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 외부 전원에 접속되는 제 1 및 제 2 전원 연결 단자와, 상기 제 1 및 제 2 전원 연결 단자 사이에 병렬 접속되며 각기 다른 전압에서 발광하는 복수의 발광셀 블록을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 전원 연결 단자 사이에 병렬 접속된 상기 복수의 발광셀 블록에는 동일한 전압이 인가되는 발광 소자를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 외부 전원을 정류하는 정류부와, 상기 정류부의 양전원 단자와 음전원 단자 사이에 병렬 접속되며 각기 다른 전압에서 구동하는 복수의 발광셀 블록을 포함하고, 상기 양전원 단자와 상기 음전원 단자 사이에 병렬 접속된 상기 복수의 발광셀 블록에는 동일한 전압이 인가되는 발광 소자를 제공한다.
여기서, 상기의 복수의 발광셀 블록 각각은, 직렬 접속된 복수의 발광 셀 어레이와, 상기 복수의 발광셀 블록간의 저항값을 일정하게 하는 저항부재를 포함한다.
상기 저항 부재의 저항값은 상기 발광셀 블록내의 직렬 접속된 발광 셀의 개수가 작을수록 큰 값을 갖고 개수가 많을수록 작은 값을 갖는다.
그리고, 상기 발광셀 블록 내의 직렬 접속된 발광 셀의 개수에 따라 상기 발광셀 블록의 발광 전압이 가변된다.
상술한 상기 복수의 발광셀 블록은 복수의 양전압 발광 셀 어레이와 음전압 발광 셀 어레이를 포함하고, 상기 복수의 양전압 발광 셀 어레이와 상기 복수의 음전압 발광 셀 어레이는 제 1 및 제 2 전원 연결 단자 사이에서 역병렬 접속된다.
상술한 바와 같이 본 발명은 서로 다른 전압영역에서 발광할 수 있는 복수의 발광셀 블록과 상기 발광셀 블록들 각각에 동일한 전압을 인가하기 위한 저항 부재를 통해 AC 전원의 과도 전압 및 전류에 의한 발광 셀의 손상을 방지할 수 있는다.
또한, 가정용 AC전압의 스윙에 의해 발광 소자가 깜빡거리는 플리커 현상을 개선할 수 있어 어른거림 현상을 없앨 수 있다.
도 1은 종래의 발광 소자의 회로도.
도 2는 종래의 발광 소자의 발광 특성을 나타내기 위한 그래프.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 교류용 발광 소자를 설명하기 위한 회로도.
도 4는 제 1 실시예에 따른 교류용 발광 소자의 발광 특성을 나타내기 위한 그래프.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 관한 것으로 도 5a는 정류부가 외측에 마련된 교류용 발광 소자의 회로도이고, 도 5b는 정류부 내측에 교류용 발광 소자가 마련된 회로도.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 교류용 발광 소자의 발광 특성을 나타내기 위한 그래프.
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 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 교류용 발광 소자를 설명하기 위한 회로도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 장치는 외부 전원(1000)에 접속되는 제 1 및 제 2 전원 연결 단자(191, 192)와, 상기 제 1 및 제 2 전원 연결 단자(191, 192) 사이에 병렬 접속되며 각기 다른 전압에서 구동하는 복수의 발광셀 블록(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180)을 포함한다. 본 실시예에서는 제 1 및 제 2 전원 연결 단자(191, 192) 사이에 병렬 접속된 복수의 발광셀 블록(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180)에는 동일한 전압이 인가된다.
상기의 복수의 발광셀 블록(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180) 각각은 복수의 발광 셀(100)이 직렬 접속된 발광셀 어레이(101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108)과 복수의 발광셀 블록(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180)간의 저항값을 일정하게 하는 저항부재(R1 내지 R8)를 포함한다. 상기 복수의 발광셀 블록(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180)은 내부에 직렬 접속된 발광 셀(100)이 서로 다른 개수를 갖는다. 상기의 저항 부재(R1 내지 R8)는 전류의 흐름을 방해하는 다양한 저항 소자를 사용할 수 있다.
상기에서 복수의 발광셀 블록(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180) 내에 마련된 복수의 발광 셀 어레이(101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108)은 단일의 웨이퍼 상에 형성된다. 이러한 발광 셀 어레이(101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108)는 웨이퍼 상에 N형 반도체층, 활성층, P형 반도체층을 순차적으로 형성하고, 소정의 패터닝 공정을 통해 개개의 발광 셀(100) 간을 전기적/물리적으로 절연하고, 개개 발광 셀(100)의 N형 반도체층을 노출한다. 이후, 발광 셀(100)의 N형 반도체층과 이와 인접한 발광 셀(100)의 P형 반도체층을 도전성 금속으로 발광 셀(100)간을 전기적으로 연결한다. 이를 통해 복수의 발광 셀 어레이(101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108)는 단일의 웨이퍼 상에 형성될 수 있다. 이때 에어 브리지 공정 또는 스텝 커버 공정을 통해 발광 셀 간을 전기적으로 연결할 수 있다.
여기서, 각각의 반도체층 상에 전극을 형성할 수도 있다. 각각의 발광 셀 어레이(101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108)의 가장자리에 위치한 발광 셀(100)의 N형 전극 또는 P형 전극 중 어느 하나는 제 1 전원 연결 단자(191)에 접속될 수 있다.
본 실시예에서는 도 3에 도시된 바와 같이 8개의 발광셀 블록(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180)을 포함하며, 개개의 발광셀 블록(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180) 내에는 서로 다른 전압에서 발광하도록 다른 개수의 복수의 발광 셀(100)이 접속된다. 따라서 개개의 발광셀 블록(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180)내에 동일 전압이 인가되도록 서로 다른 용량의 저항 부재(R1 내지 R8)가 각기 마련된다. 이는 회로 소자들이 갖는 저항값이 동일할 경우 병렬 연결된 각각의 회로 소자에 인가되는 전압과 전류는 동일한 값으로 분배되어 인가되기 때문이다.
또한, 복수의 발광셀 블록(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180)은 양전압 발광셀 블록(110, 120, 130, 140)과 음전압 발광셀 블록(150, 160, 170, 180)으로 분리되고 이들이 각기 제 1 및 제 2 전원 연결 단자(191, 192) 사이에서 역병렬 접속된다. 즉, 제 1 내지 제 4 발광셀 블록(110, 120, 130,140) 내의 개개 발광 셀(100)은 각기 서로 다른 개수로 직렬 접속되어 있으며, 제 2 전원 연결 단자(192)와 제 1 전원 연결 단자(191) 사이에 순방향 접속되어 있다.
제 5 내지 제 8 발광셀 블록(150, 160, 170, 180) 내의 개개 발광 셀(100)은 각기 서로 다른 개수로 직렬 접속되고, 제 2 전원 연결 단자(192)와 제 1 전원 연결 단자(191) 사이에 역방향 접속되어 있다.
이때, 순방향과 역방향은 두 단자 사이의 전류 흐름을 지칭하는 것으로 제 2 전원 연결 단자(192)를 기준으로 제 2 전원 연결 단자(192)로부터 제 1 전원 연결 단자(191)로 전류가 흐르는 경우의 방향을 순방향으로 지칭하고, 제 1 전원 연결 단자(191)로부터 제 2 전원 연결 단자(192)로 전류가 흐르는 경우의 방향을 역방향으로 지칭한다. 다시 한번 설명하면, 제 1 내지 제 4 발광셀 블록(110, 120, 130, 140)의 캐소드는 제 1 전원 연결 단자(191)에 공통으로 접속되고, 애노드는 저항 부재(R1 내지 R8)를 통해 제 2 전원 연결 단자(192)에 접속된다. 제 5 내지 제 8 발광셀 블록(150, 160, 170, 180)의 애노드는 제 1 전원 연결 단자(191)에 공통으로 접속되고, 캐소드는 저항 부재(R1 내지 R2)를 통해 제 2 전원 연결 단자(192)에 각기 접속된다.
여기서, 제 2 발광셀 블록(120)은 제 1 발광셀 블록(110)보다 많은 수의 발광 셀(100)이 직렬 접속되고, 제 3 발광셀 블록(130)은 제 2 발광셀 블록(120)보다 많은 수의 발광 셀(100)이 직렬 접속되며, 제 4 발광셀 블록(140)은 제 3 발광셀 블록(130)보다 많은 수의 발광 셀(100)이 직렬 접속된다. 또한, 제 6 발광셀 블록(160)은 제 5 발광셀 블록(150)보다 많은 수의 발광 셀(100)이 직렬 접속되며, 제 7 발광셀 블록(170)은 제 6 발광셀 블록(160)보다 많은 수의 발광 셀(100)이 직렬 접속되며, 제 8 발광셀 블록(180)은 제 7 발광셀 블록(170)보다 많은 수의 발광 셀(100)이 직렬 접속된다. 이때, 제 1 및 제 5 발광셀 블록(110, 150) 내에는 동일한 개수의 발광 셀(100)을 포함하고, 제 2 및 제 6 발광셀 블록(120, 160) 내에는 동일한 개수의 발광 셀(100)을 포함하며, 제 3 및 제 7 발광셀 블록(130, 170) 내에는 동일한 개수의 발광 셀(100)을 포함하고, 제 4 및 제 8 발광셀 블록(140, 180) 내에는 동일한 개수의 발광 셀(100)을 포함한다.
이를 통해 개개의 발광셀 블록(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180)은 각기 다른 전압에서 구동할 수 있게 된다.
예를 들어, 외부 전원으로 220V의 교류 전원을 사용할 경우, 제 1 및 제 5 발광셀 블록(110, 150)은 교류 전원의 전압의 절대값이 1 내지 70V범위 내에서 발광하도록 발광 셀(100)의 개수를 조절하고, 제 2 및 제 6 발광셀 블록(120, 160)은 교류 전원의 전압 절대값이 71 내지 140V범위 내에서 발광하도록 발광 셀(100)의 개수를 조절하고, 제 3 및 제 7 발광셀 블록(130, 170)은 교류 전원의 전압 절대값이 141 내지 210V범위 내에서 발광하도록 발광 셀(100)의 개수를 조절하고, 제 4 및 제 8 발광셀 블록(140, 180)은 교류 전원의 전압 절대값이 211 내지 280V범위 내에서 발광하도록 발광 셀(100)의 개수를 조절한다.
상술한 전압 범위는 일 예를 나타낸 것으로 일 발광셀 블록(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180)에 직렬 접속된 발광 셀(100)의 개수를 다양하게 변화시켜 상기의 전압 범위를 자유롭게 조절할 수 있다.
이러한 발광 셀(100)의 개수 변화를 통해 각기 서로 다른 전압에서 발광셀 블록(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180)이 구동할 수 있다. 여기서, 발광 셀(100)의 개수는 개개의 발광 셀(100)의 동작 전압과, 항복 전압에 따라 다양하게 변화될 수 있다. 이는 개개의 발광 셀(100)의 문턱 전압보다 더 높은 전압이 발광 셀의 양단에 인가될 경우에 발광 셀(100)이 발광하게 된다. 또한, 발광 셀(100)이 직렬 연결될 경우, 인가되는 전압은 직렬 접속된 발광 셀(100)들에 의해 일 발광 셀(100)에 걸리게 된다. 따라서, 발광 셀(100)이 직렬 연결될 경우에는 발광 셀(100)의 항복 전압도 그만큼 커지게 된다.
예를 들어, 하나의 발광 셀(100)의 문턱 전압이 0.7V일 경우, 이 발광 셀(100)의 양단의 전압이 0.7V이상일 경우 발광 셀(100)이 발광하게 된다. 하지만, 2개의 발광 셀(100)이 직렬 연결될 경우 1.4V이상의 전압이 직렬 접속된 두개의 발광 셀(100) 양단에 걸려야 발광 셀(100)이 발광하게 된다. 또한, 하나의 발광 셀(100)의 항복 전압이 5V일 경우, 하나의 발광 셀(100)에 5V이상의 전압이 인가되면 항복 현상이 발생한다. 하지만, 2개의 발광 셀(100)이 직렬 연결될 경우 10V이상의 전압이 인가되어야 항복 현상이 발생하게 된다.
또한, 앞서 설명한 바와 같이 제 1 및 제 2 외부 전원 단자(191, 192) 사이에서 병렬 접속된 제 1 내지 제 8 발광셀 블록(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180)에 각각 동일전원이 인가되도록 한다. 이를 위해 제 1 내지 제 4 발광셀 블록(110, 120, 130, 140) 내의 제 1 내지 제 4 저항 부재(R1 내지 R4)의 저항값을 서로 다르게 하고, 제 5 내지 제 8 발광셀 블록(150, 160, 170, 180) 내의 제 5 내지 제 8 저항 부재(R5 내지 R8)의 저항값을 서로 다르게 한다. 그러나, 이때, 제 1 및 제 5 저항 부재(R1, R5)의 저항값과, 제 2 및 제 6 저항 부재(R2, R6)의 저항값이 동일하며, 제 3 및 제 7 저항 부재(R3, R7)의 저항값과, 제 4 및 제 8 저항 부재(R4, R8)의 저항값이 동일한 것이 바람직하다.
이를 통해 제 1 내지 제 8 발광셀 블록(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180)에는 동일한 전원이 인가될 수 있게 된다. 이때, 외부 전원으로 AC전원을 사용하게 되면, 처음에는 순방향의 낮은 전압으로 인해 제 1 발광셀 블록(110)이 발광하다가 점차적으로 제 2 발광셀 블록(120) 그리고 제 3 발광셀 블록(120) 마지막으로 고 전압이 인가되어 제 4 발광셀 블록(140)이 발광하게된다. 이때 제 4 발광셀 블록(140)이 발광할 경우 인가되는 고전압에 의해 제 1 발광셀 블록(110)에 포함된 발광 셀(100)이 파괴되는 문제가 발생하기 때문에 본 실시예에서는 제 1 발광셀 블록(110)내의 제 1 저항 부재(R1)의 저항값을 크게 하여 이러한 문제를 해결할 수 있다. 즉, 제 1 저항 부재(R1)에 더 많은 전압이 인가됨으로 인해 제 1 발광셀 블록(110) 내의 발광 셀(100)에는 안정된 발광 전압이 인가될 수 있게 된다. 따라서, 또한, 저항값은 제 1 저항 부재(R1)가 가장 크고 점차적으로 감소하여 제 4 저항 부재(R4)가 가장 작은 값을 갖는다.
하기에서는 도면을 참조하여 본 실시예에 따른 발광 장치의 동작을 설명한다.
도 4는 제 1 실시예에 따른 교류용 발광 소자의 발광 특성을 나타내기 위한 그래프이다.
여기서, 도 4의 (a)는 교류 전원의 파형도이고, 도 4의 (b)는 발광 소자의 발광 량을 나타낸 도면이다.
본 실시예의 발광 소자는 외부 전원(1000)의 전압 레벨이 제 1 및 제 2 외부 전원 단자(191, 192) 사이에 접속된 복수의 발광셀 블록(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180)에 동일하게 인가된다. 따라서 외부 전원(1000)으로 도 4의 (a)에 도시된 교류 전원을 사용할 경우 도 4의 (b)의 발광 량을 나타낸다. 이와 같이 외부 전원(1000)이 인가되는 거의 모든 영역에서 발광을 하게 됨으로 인해 외부 전원(1000)의 손실을 방지할 수 있고, 플리커 형상도 개선할 수 있다.
도면에서와 같이 교류 전원이 순방향일 경우, 그 순방향 전원의 전압 레벨이 A, B, C 및 D영역으로 정의되고, 각 영역에 따라 발광 되는 발광셀 블록(110, 120, 130, 140)이 각기 다르게 된다. 즉, 외부에서 교류 전원을 사용하는 외부 전원(1000)이 인가되어 그 전원의 전압이 A영역 내에 있을 경우 제 1 내지 제 8 발광셀 블록(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180)에는 동일한 A영역의 전압이 인가되지만 제 1 발광셀 블록(110)만이 발광하게 된다(도 4의 (b)의 A'참조). 이는 제 1 발광셀 블록(110) 내에는 작은 수의 발광 셀(100)이 웨이퍼 레벨에서 서로 직렬 연결되어 있기 때문에 작은 전압에서도 쉽게 발광할 수 있다.
또한, 교류 전원의 전압이 상승하여 B영역 내에 있을 경우 제 1 발광셀 블록(110) 뿐만 아니라 제 2 발광셀 블록(120)도 발광하게 된다(도 4의 (b)의 B'참조). 또한, 교류 전원이 C영역 내에 있을 경우 제 1 내지 제 3 발광셀 블록(110, 120, 130)이 발광하게 되고(도 4의 (b)의 C'참조), 교류 전원이 D영역 내에 있을 경우 제 1 내지 제 4 발광셀 블록(110, 120, 130, 140)이 모두 발광하게 된다(도 4의 (b)의 D'참조).
한편, 교류 전원이 역방향으로 인가될 경우, 역방향 전원의 전압 레벨에 따라 E, F, G 및 H영역으로 정의되고, 각 영역에 따라 발광되는 발광셀 블록(150, 160, 170, 180)이 각기 다르게 된다. 즉, 외부에서 교류 전원을 사용하는 외부 전원(1000)이 인가되어 그 전원의 전압이 E영역 내에 있을 경우 제 5 발광셀 블록(150)만이 발광하게 된다(도 4의 (b)의 E'참조). 또한, 교류 전원의 전압이 F영역 내에 있을 경우 제 5 및 제 6 발광셀 블록(150, 160)이 발광하게 된다(도 4의 (b)의 F'참조). 또한, 교류 전원이 G영역 내에 있을 경우 제 5 내지 제 7 발광셀 블록(150, 160, 170)이 발광하게 되고(도 4의 (b)의 G'참조), 교류 전원이 H영역 내에 있을 경우 제 5 내지 제 8 발광셀 블록(150, 160, 170, 180)이 모두 발광하게 된다(도 4의 (b)의 H'참조).
상술한 바와 같이 외부 교류 전원이 순방향으로 저 전위에서 높은 전위의 전압이 인가될 경우, 제 1 내지 제 8 발광셀 블록(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180)에는 동일 전압이 인가되지만, 그 전압 레벨에 따라 제 1 내지 제 4 발광셀 블록(110, 120, 130, 140)이 순차적으로 발광하고, 높은 전위에서 낮은 전위의 전압이 인가될 경우, 전압 상태에 따라 제 4 내지 제 1 발광셀 블록(140, 130, 120, 110)이 순차적으로 발광한다. 또한, 역방향으로 저 전위에서 고전위의 전압이 인가될 경우에는 제 5 내지 제 8 발광셀 블록(150, 160, 170, 180)이 순차적으로 발광하고, 높은 전위에서 낮은 전위의 전압이 인가될 경우, 제 8 내지 제 5 발광셀 블록(180, 170, 160, 150)이 순차적으로 발광한다.
상술한 실시예에서는 외부 교류 전원에 직접 연결하여 교류 전원의 순방향 및 역방향 전압에 따라 구동하는 발광셀 블록을 분할하였다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 별도의 브리지 회로를 형성하여 발광셀 블록에 인가되는 교류 전원을 순방향만이 인가되도록 할 수 있다. 이하, 도면을 참조하여 브리지 회로를 포함하는 본 발명의 다른 실시예의 발광 장치를 설명한다. 후술되는 설명에서는 앞선 실시예와 중복되는 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 관한 것으로 도 5a는 정류부가 외측에 마련된 교류용 발광 소자의 회로도이고, 도 5b는 정류부 내측에 교류용 발광 소자가 마련된 회로도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 장치는 외부 전원(1000)을 정류하는 정류부(400)와, 상기 정류부(400)의 양전원 단자(Q2)와 음전원 단자(Q4) 사이에 병렬 접속되며 각기 다른 전압에서 구동하는 복수의 발광셀 블록(110, 120, 130)을 포함한다. 이때, 상기 정류부(400)의 두 단자 사이에 병렬 접속된 복수의 발광셀 블록(110, 120, 130)에는 동일한 전압이 인가된다. 그리고, 발광셀 블록(110, 120, 130) 각각은 복수의 발광 셀(100)이 직렬 접속된 셀 블록(110, 120, 130)과 저항부재(R1, R2, R3)를 포함한다.
상기의 정류부(400)는 도 5에 도시된 바와 같이 제 1 내지 제 4 노드(Q1 내지 Q4) 사이에 각각의 복수의 다이오드부(410 내지 440)가 배치된 브리지 회로 연결되어 있다. 즉, 제 1 다이오드부(410)의 애노드 단자는 제 1 노드(Q1)에, 캐소드 단자는 양전원 단자인 제 2 노드(Q2)에 접속된다. 제 2 다이오드부(420)의 애노드 단자는 제 3 노드(Q3)에, 캐소드 단자는 제 2 노드(Q2)에 접속된다. 제 3 다이오드부(430)의 애노드 단자는 음전원 단자인 제 4 노드(Q4)에, 캐소드 단자는 제 3 노드(Q3)에 접속된다. 제 4 다이오드부(440)의 애노드 단자는 제 4 노드(Q4)에, 캐소드 단자는 제 1 노드(Q1)에 접속된다. 제 1 내지 제 4 다이오드부(410 내지 440)는 본 발명의 발광셀 블록(110, 120, 130)의 외부에 발광 셀을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 정류부(400)의 제 1 및 제 3 노드(Q1, Q3)는 외부 전원(1000)에 접속되고, 제 2 노드(Q2)는 발광셀 블록(110, 120, 130)의 저항 부재(R1, R2, R3)에 접속되고 제 4 노드(Q4)는 발광 셀(100)에 접속된다. 물론 발광 소자 외부에 별도의 정류용 다이오드를 이용하여 제작할 수도 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이 정류부(400) 내부에 발광셀 블록(110, 120, 130)이 배치될 수도 있다. 이는 복수의 발광 셀(100)이 직렬 접속된 발광 셀 어레이(101, 102, 103) 제조시 그 외각에 발광 셀(100)을 이용한 정류부(400)를 함께 제작하고, 정류부(400)의 제 4 노드(Q4)와 발광 셀 어레이(101, 102, 103)의 발광 셀(100)의 일 단자를 연결한다. 이후, 저항부재(R1, R2, R3)를 이용하여 발광 셀 어레이(101, 102, 103)의 발광 셀(100)의 타 단자와 정류부(400)의 제 2 노드(Q2)를 연결하여 본 실시예의 발광 장치를 제작한다.
상술한 구조의 발광 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 교류용 발광 소자의 발광 특성을 나타내기 위한 그래프이다.
여기서, 도 6의 (a)는 정류부의 제 2 노드에 인가되는 전원의 파형도이고, 도 6의 (b)는 발광 소자의 발광 량을 나타낸 도면이다.
본 실시예에서는 도 4의 (a)의 싸인파형과 같은 외부 전원이 인가될 경우, 정류부(400)에 의한 정류작용을 통해 도 7의 (a)와 같이 역방향의 전압이 반전된 형태의 전원이 생성된다.
따라서, 앞서 설명한 실시예에서와 같이 순방향으로 그 전압 레벨이 매순간 변화하는 전압이 정류부(400)의 양전원 단자(Q2)와 음전원 단자(Q4) 사이에 병렬 접속된 발광셀 블록(110, 120, 130)에 동일하게 인가되고, 이들에 인가되는 전압 레벨에 맞는 발광이 이루어지도록 할 수 있다.
즉, 정류부(400)에 의해 정류된 외부 전원(1000)의 전압 레벨이 X영역에서는 제 1 발광셀 블록(110)을 발광시키고, Y영역에서는 제 1 및 제 2 발광셀 블록(110, 120)을 발광 시키고, Z영역에서는 제 1 내지 제 3 발광셀 블록(110, 120, 130)을 발광시킨다.
상술한 바와 같은 동작을 통해 전압 레벨에 따라 구간별로 계속해서 발광셀 블록들이 발광함으로 인해 플리커 현상을 개선하여 눈에 어른거림 현상을 방지할 수 있다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
1, 100 : 발광 셀 10, 1000 : 외부 전원
20 : 발광셀 블록 400 : 정류부
110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180 : 발광셀 어레이

Claims (22)

  1. 교류 전원에 접속되는 제 1 전원 연결 단자 및 제 2 전원 연결 단자와;
    복수의 발광셀 어레이 각각을 포함하되, 상기 복수의 발광셀 어레이는 단일의 웨이퍼 상에 형성되고, 상기 발광셀 어레이 각각은 직렬 접속된 복수의 발광 셀을 포함하는, 복수의 발광 셀 블록을 포함하며,
    상기 제 1 전원 연결 단자와 상기 제 2 전원 연결 단자 사이에 상기 복수의 발광 셀 블록이 병렬로 접속되어 상기 복수의 발광 셀 블록에는 동일한 전압이 인가되고,
    상기 발광 셀 블록 각각은 다른 전압에서 구동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 교류용 발광 소자
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 발광 셀 블록 각각은 직렬 접속된 발광 셀의 개수가 서로 다른 것을 특징으로 교류용 발광 소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 발광 셀 블록 각각은 상기 복수의 발광 셀 블록간의 저항값을 일정하게 하기 위해 다른 발광 셀 블록의 저항부재와 다른 용량을 갖는 저항부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류용 발광 소자.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 저항부재의 저항값은 상기 발광셀 블록 내의 직렬 접속된 발광 셀의 개수가 적을수록 큰 값을 갖고, 개수가 많을수록 작은 값을 갖는 것을 특징으로 하는 교류용 발광 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 발광 셀 블록은 양전압 발광 셀 어레이와 음전압 발광 셀 어레이를 포함하고, 상기 양전압 발광 셀 어레이와 음전압 발광 셀 어레이는 상기 제 1 및 제 2 전원 연결 단자 사이에서 역병렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 교류용 발광 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 직렬 접속된 발광 셀 어레이는 발광 셀간을 절연하고, 발광 셀의 N형 반도체층과 이와 인접한 다른 발광 셀의 P형 반도체층을 전기적으로 연결함으로써 형성된 것임을 특징으로 하는 교류용 발광 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 교류 전원을 정류하는 정류부를 더 포함하며, 상기 정류부의 양전원 단자와 음전원 단자 사이에 상기 복수의 발광 셀 블록이 병렬 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 교류용 발광 소자.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 정류부는 제 1 내지 제 4 노드 사이에 각각 복수의 다이오드부가 배치된 브리지 회로인 것을 특징으로 하는 교류용 발광 소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 다이오드부는 발광 셀을 이용하여 형성된 것임을 특징으로 하는 교류용 발광 소자.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 발광셀 블록 내의 직렬 접속된 발광 셀은 모두 동일한 파장의 빛을 발하는 것을 특징으로 하는 교류용 발광 소자.
  11. 교류 전원에 접속되는 제 1 전원 연결 단자 및 제 2 전원 연결 단자와;
    복수의 발광셀 어레이 각각을 포함하되, 상기 복수의 발광셀 어레이는 단일의 웨이퍼 상에 형성되고, 상기 발광셀 어레이 각각은 직렬 접속된 복수의 발광 셀을 포함하는, 복수의 발광 셀 블록을 포함하며,
    상기 제 1 전원 연결 단자와 상기 제 2 전원 연결 단자 사이에 상기 복수의 발광 셀 블록이 병렬로 접속되어 상기 복수의 발광 셀 블록에는 동일한 전압이 인가되고,
    상기 발광 셀 블록 각각은 다른 전압에서 구동하도록 구성되며,
    상기 복수의 발광 셀 블록은 전압 레벨에 따라 점등하는 것을 특징으로 하는 교류용 발광 소자.
  12. 삭제
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 발광 셀 블록 각각은 직렬 접속된 발광 셀의 개수가 서로 다른 것을 특징으로 교류용 발광 소자.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 발광 셀 블록 각각은 상기 복수의 발광 셀 블록간의 저항값을 일정하게 하기 위해 다른 발광 셀 블록의 저항부재와 다른 용량을 갖는 저항부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류용 발광 소자.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 저항부재의 저항값은 상기 발광셀 블록 내의 직렬 접속된 발광 셀의 개수가 적을수록 큰 값을 갖고, 개수가 많을수록 작은 값을 갖는 것을 특징으로 하는 교류용 발광 소자.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 발광 셀 블록은 양전압 발광 셀 어레이와 음전압 발광 셀 어레이를 포함하고, 상기 양전압 발광 셀 어레이와 음전압 발광 셀 어레이는 상기 제 1 및 제 2 전원 연결 단자 사이에서 역병렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 교류용 발광 소자.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 직렬 접속된 발광 셀 어레이는 발광 셀간을 절연하고, 발광 셀의 N형 반도체층과 이와 인접한 다른 발광 셀의 P형 반도체층을 전기적으로 연결함으로써 형성된 것임을 특징으로 하는 교류용 발광 소자.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 교류 전원을 정류하는 정류부를 더 포함하며, 상기 정류부의 양전원 단자와 음전원 단자 사이에 상기 복수의 발광 셀 블록이 병렬 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 교류용 발광 소자.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 정류부는 제 1 내지 제 4 노드 사이에 각각 복수의 다이오드부가 배치된 브리지 회로인 것을 특징으로 하는 교류용 발광 소자.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 다이오드부는 발광 셀을 이용하여 형성된 것임을 특징으로 하는 교류용 발광 소자.
  21. 제 11 항에 있어서, 상기 발광셀 블록 내의 직렬 접속된 발광 셀은 모두 동일한 파장의 빛을 발하는 것을 특징으로 하는 교류용 발광 소자.
  22. 청구항 11에 있어서, 상기 복수의 발광 셀 블록은 시간에 따른 전압 레벨의 변화에 따라 점등하는 것을 특징으로 하는 교류용 발광 소자.
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