KR102007405B1 - 발광 모듈 - Google Patents

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KR102007405B1
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Abstract

실시예의 발광 모듈은 몸체와, 몸체 상에 상호 이격되어 배치된 제1 내지 제M(여기서, M은 2 이상의 정수, 1 ≤ m ≤ M) 발광 소자 및 제1 내지 제M 발광 소자의 점등을 제어하는 점등 제어부를 포함하고, 제m 발광 소자는 내부에 서로 직렬 연결된 제1 내지 제N(여기서, N은 2 이상의 정수, 1 ≤ n ≤ N) 발광 셀을 포함하고, 제n 발광 셀은 적어도 하나의 발광 구조물을 포함하고, 점등 제어부는 제1 내지 제M 발광 소자의 제n 발광 셀을 동시에 점등시키거나 소등시킨다.

Description

발광 모듈{Light emitting module}
실시예는 발광 모듈에 관한 것이다.
반도체의 Ⅲ-Ⅴ족 또는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(LED:Light Emitting Diode)나 레이저 다이오드(LD:Laser Diode)와 같은 발광 소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
따라서, 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호 등에까지 그의 응용이 확대되고 있다.
도 1은 일반적인 발광 모듈의 평면도를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1의 발광 모듈(10)은 복수의 발광 소자(32 ~ 38, 42 ~ 48)와 제어 회로(20)를 포함한다. 발광 소자(32 ~ 38, 42 ~ 48) 각각은 직렬 연결된 복수의 발광 구조물로 구성된다. 이때, 제어회로(20)는 외부로부터 인가되는 구동 전압의 레벨에 따라 발광 소자(32 ~ 38, 42 ~ 48)의 점등 및 소등을 제어한다. 즉, 구동 전압의 레벨이 낮을 때 발광 소자(32, 42)를 점등시키고, 구동 전압의 레벨이 차차 증가함에 따라, 발광 소자(32, 34, 42, 44)를 점등시키고, 더욱 증가함에 따라 발광 소자(32, 34, 36, 42, 44, 46)를 점등시키고, 구동 전압의 레벨이 어느 레벨에 도달하면 모든 발광 소자(32 ~ 38, 42 ~ 48)를 점등시킨다.
기존의 발광 모듈(10)에서 발광 소자(32 ~ 38, 42 ~ 48)가 도 1에 도시된 바와 같이 배치됨으로 인해, 균제도 및 소비 전력이 일정하지 않게 된다.
실시예는 균제도 및 소비 전력이 일정한 발광 모듈을 제공한다.
실시예에 의한 발광 모듈은 몸체; 상기 몸체 상에 상호 이격되어 배치된 제1 내지 제M(여기서, M은 2 이상의 정수, 1 ≤ m ≤ M) 발광 소자; 및 상기 제1 내지 제M 발광 소자의 점등을 제어하는 점등 제어부를 포함하고, 상기 제m 발광 소자는 내부에 서로 직렬 연결된 제1 내지 제N(여기서, N은 2 이상의 정수, 1 ≤ n ≤ N) 발광 셀을 포함하고, 제n 발광 셀은 적어도 하나의 발광 구조물을 포함하고, 상기 점등 제어부는 상기 제1 내지 제M 발광 소자의 제n 발광 셀을 동시에 점등시키거나 소등시킬 수 있다.
상기 점등 제어부는 외부로부터 인가되는 구동 전압의 레벨에 따라 상기 제1 내지 제M 발광 소자의 점등과 소등을 제어할 수 있다.
상기 점등 제어부는 상기 구동 전압의 레벨에 따라 상기 제1 내지 제N 발광 셀을 순차적으로 점등시키거나 소등시킬 수 있다.
상기 제1 내지 제M 발광 소자의 제n 발광 셀은 서로 병렬로 연결될 수 있다.
상기 제1 내지 제M 발광 소자는 상기 몸체 상에서 서로 등간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 제1 내지 제M 발광 소자가 이격된 거리는 72°내지 120°일 수 있다.
상기 제1 내지 제M 발광 소자는 상기 몸체 상에서 방사형으로 배치될 수 있다.
상기 점등 제어부는 이웃하는 발광 셀 사이에 배치되어 상기 이웃하는 발광 셀의 전류가 흐르는 경로를 형성하는 제1 내지 제M 스위치; 및 상기 구동 전압의 레벨에 따라 상기 제1 내지 제M 스위치의 스위칭을 제어하는 스위칭 제어부를 포함할 수 있다. M=N=4일 수 있다.
상기 제1 내지 제M 발광 소자 각각에서 상기 제1 내지 제N 발광 셀은 서로 접하여 일정하게 배치될 수도 있다.
실시예에 따른 발광 모듈은 제1 내지 제M(여기서, M은 2 이상의 정수) 발광 소자 각각을 제1 내지 제N(여기서, N은 2 이상의 정수, 1 ≤ n ≤ N) 발광 셀로 구분하여 각 발광 소자에서 제n 발광 셀이 동시에 점등되거나 소등되도록 하기 때문에, 외부로부터 인가되는 전원의 레벨에 상관없이 모든 발광 소자가 일정한 레벨의 밝기를 보여 균제도가 개선되고 각 발광 소자의 소비 전력이 일정하다.
도 1은 일반적인 발광 모듈의 평면도를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 실시예에 의한 발광 모듈의 평면도를 나타낸다.
도 3은 도 2에 예시된 발광 모듈의 실시예에 따른 회로도를 나타낸다.
도 4는 도 3의 점등 제어부가 제1 내지 제4 발광 소자 각각에 포함된 제1 내지 제4 발광 셀을 제어하는 동작을 설명하기 위한 맥류 전압 및 맥류 전류의 파형도이다.
도 5는 실시예에 따른 발광 소자의 평면도를 나타낸다.
도 6은 도 5에 도시된 발광 소자의 A-A' 방향의 단면도를 나타낸다.
도 7은 도 5에 도시된 발광 소자의 B-B' 방향의 단면도를 나타낸다.
도 8은 다른 실시예에 따른 발광 소자의 평면도를 나타낸다.
도 9는 도 8에 도시된 발광 소자의 C-C' 방향의 단면도를 나타낸다.
도 10은 도 5 및 도 8에 도시된 발광 소자의 회로도를 나타낸다.
도 11은 실시예에 따른 조명 유닛의 사시도이다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 2는 실시예에 의한 발광 모듈(100)의 평면도를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 발광 모듈(100)은 몸체(110), 제1 내지 제M 발광 소자(120 ~ 150), 점등 제어부(160) 및 외부 전원 입력 단자(172, 174)를 포함한다. 여기서, M은 2 이상의 자연수이다.
이하, 편의상, 도 2에 예시된 바와 같이 M=4인 것으로 설명하지만, 실시예는 이에 국한되지 않는다. 즉, M이 8보다 더 많거나 더 적은 경우에도 아래의 설명은 동일하게 적용될 수 있다.
몸체(110)는 실리콘 재질, 합성수지 재질, 또는 금속 재질을 포함하여 형성될 수 있다. 몸체(110)가 금속 재질 등 도전성 물질로 이루어지면, 도시되지는 않았으나 몸체(110)의 표면에 절연층이 코팅되어 제1 및 제2 리드 프레임 간의 전기적 단락이 방지될 수 있다.
제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150)는 몸체(110) 상에 상호 이격되어 배치된다. 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 각각은 그 내부에 서로 직렬 연결된 제1 내지 제N 발광 셀을 포함한다. 여기서, N은 2 이상의 정수이다.
이하, 편의상, 도 2에 예시된 바와 같이 N=4인 것으로 설명하지만, 실시예는 이에 국한되지 않는다. 즉, N이 4보다 더 많거나 더 적은 경우에도 아래의 설명은 동일하게 적용될 수 있다.
도 2에 예시된 제1 발광 소자(120)는 서로 직렬 연결된 제1 내지 제4 발광 셀(124 ~ 128)을 포함하고, 제2 발광 소자(130)는 서로 직렬 연결된 제1 내지 제4 발광 셀(132 ~ 138)을 포함하고, 제3 발광 소자(140)는 서로 직렬 연결된 제1 내지 제4 발광 셀(142 ~ 148)을 포함하고, 제4 발광 소자(150)는 서로 직렬 연결된 제1 내지 제4 발광 셀(152 ~ 158)을 포함한다.
제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 각각에 포함되는 제1 내지 제4 발광 셀(124 ~ 128, 132 ~ 138, 142 ~ 148, 152 ~ 158) 각각은 적어도 하나의 발광 구조물을 포함한다. 예를 들어, 제1 내지 제4 발광 셀(124 ~ 128, 132 ~ 138, 142 ~ 148, 152 ~ 158) 각각은 복수의 직렬 연결된 발광 구조물을 포함할 수 있다. 발광 구조물은 예를 들면 발광 다이오드(LED) 형태일 수 있다. 발광 다이오드는 적색, 녹색, 청색 또는 백색의 유색 빛을 각각 발광하는 유색 발광 다이오드 및 자외선(UV:UltraViolet)을 발광하는 UV 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 이러한 발광 소자, 발광 셀 및 발광 구조물의 형태에 대해서는 도 5 내지 도 9를 참조하여 상세히 후술된다.
도 2를 참조하면, 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150)는 몸체(110) 상에서 서로 등간격(θ1, θ2, θ3, θ4)으로 이격되어 배치될 수 있다. 제1 내지 제M 발광 소자(120 ~ 150)가 이격된 거리는 72°내지 120°일 수 있다. 만일, 도 2에 예시된 바와 같이 M=4인 경우, 제4 발광 소자(150)와 제1 발광 소자(120)가 이격된 거리(θ1), 제1 발광 소자(120)와 제2 발광 소자(130)가 이격된 거리(θ2), 제2 발광 소자(130)와 제3 발광 소자(140)가 이격된 거리(θ3) 및 제3 발광 소자(140)와 제4 발광 소자(150)가 이격된 거리(θ4) 각각은 90°일 수 있다. 또는, M=3인 경우 제1 내지 제3 발광 소자가 상호 이격된 거리는 120°일 수 있고, M=5인 경우 제1 내지 제5 발광 소자가 상호 이격된 거리는 72°일 수 있다.
또한, 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 각각에서 제1 발광 셀(122, 132, 142, 152), 제2 발광 셀(124, 134, 144, 154), 제3 발광 셀(126, 136, 146. 156) 및 제4 발광 셀(128, 138, 148, 158)은 서로 등간격으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 예시된 바와 같이 사각형 평면 형상의 발광 소자(120 ~ 150) 각각에서 제1 내지 제4 발광 셀(122 ~ 128, 132 ~ 138, 142 ~ 148, 152 ~ 158)은 서로 접하여 일정하게 배치될 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150)는 몸체(110) 상에서 등거리가 아니라 서로 다른 간격으로 배치될 수도 있다. 즉, 이격 거리(θ1, θ2, θ3, θ4)는 서로 다를 수도 있다.
또한, 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150)는 도 2에 예시된 바와 같이, 점등 제어부(160)를 중심으로 방사 방향으로 등거리에 배치될 수도 있지만, 실시예는 이에 국한되지 않는다.
한편, 점등 제어부(160)는 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150)의 점등을 제어한다. 이때, 점등 제어부(160)는 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 각각의 제n 발광 셀을 동시에 점등시키거나 소등시킬 수 있다. 여기서, 1 ≤ n ≤ N 이다. 점등 제어부(160)는 외부로부터 전원 입력 단자(172, 174)를 통해 인가되는 구동 전압의 레벨에 따라 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150)의 점등과 소등을 제어한다.
도 2를 참조하면, 점등 제어부(160)는 몸체(110)의 중심에 배치되어 있지만, 실시예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 점등 제어부(160)는 몸체(110)의 중심이 아니라 외곽에 배치될 수도 있다.
이하, 점등 제어부(160)의 제어 동작에 대해서 도 3 및 도 4를 참조하여 다음과 같이 살펴본다.
도 3은 도 2에 예시된 발광 모듈(100)의 실시예에 따른 회로도를 나타낸다. 여기서, 제1 내지 제4 발광 셀(122 ~ 128, 132 ~ 138, 142 ~ 148, 152 ~ 158) 각각은 직렬 연결된 4개의 발광 구조물(D)을 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 실시예는 이에 국한되지 않으며, 아래의 설명은 4개보다 적거나 많은 발광 구조물를 포함할 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 3의 발광 모듈(100)은 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150), 점등 제어부(160), 외부 구동 전원(170), 퓨즈(176) 및 정류부(178)를 포함한다. 도 2에 예시된 발광 모듈(100)에서, 점등 제어부(160)와 외부 전원 입력 단자(172, 174)의 배선 연결, 점등 제어부(160)와 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150)의 배선 연결, 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 간의 배선 연결의 도시는 생략되었으나, 이러한 배선 연결은 도 3에 예시된 바와 같다.
외부 구동 전원(170)은 교류 신호를 구동 전압으로서 공급한다. 이때, 교류 신호는 실효치가 100 또는 200 볼트(V)이고, 50㎐ 내지 60㎐의 주파수를 갖는 교류 전압(Vac)일 수 있다.
퓨즈(176)는 외부 구동 전원(170)으로부터 공급되는 순간적으로 높은 교류 신호로부터 도 2의 발광 모듈(100)를 보호하는 역할을 한다. 즉, 순간적으로 높은 교류 신호가 들어올 때, 오픈되어 발광 모듈(100)을 보호한다. 이를 위해, 퓨즈(176)는 외부 구동 전원(170)과 정류부(178) 사이에 배치될 수 있다.
정류부(178)는 외부 구동 전원(170)으로부터 제공되는 교류 신호를 정류하여 맥류 신호로 변환하는 전파 다이오드 브릿지(bridge) 회로에 의해 구현될 수 있다. 전파 다이오드 브릿지 회로는 4개의 브릿지 다이오드(BD1, BD2, BD3, BD4)를 포함할 수 있다. 전파 다이오드 브릿지 회로는 일반적인 내용이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이때, 발광 모듈(100)은 정류부(178)로부터 출력되는 맥류 신호를 평활화시켜 직류 신호로 변환하고, 변환된 직류 신호를 출력하는 평활부(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 평활부는 정류부(178)와 점등 제어부(160) 사이, 정류부(178)와 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 사이에 각각 배치될 수도 있다.
점등 제어부(160)는 맥류 신호의 레벨이 낮은 값으로부터 높은 값으로 증가하는 위상 범위에서, 맥류 신호의 레벨 증가에 따라 각 발광 소자(120 ~ 150)에서 제1 내지 제4 발광 셀(122 ~ 128, 132 ~ 138, 142 ~ 148, 152 ~ 158)의 점등 개수를 증가시킨다. 또한, 점등 제어부(160)는 맥류 신호의 레벨이 높은 값으로부터 낮은 값으로 감소하는 위상 범위에서, 맥류 신호의 레벨 감소에 따라 각 발광 소자(120 ~ 150)에서 제1 내지 제4 발광 셀(122 ~ 128, 132 ~ 138, 142 ~ 148, 152 ~ 158)의 점등 개수를 감소시킨다.
이를 위해, 점등 제어부(160)는 제1 내지 제N 스위치(S1 ~ SN) 및 스위칭 제어부(162)를 포함할 수 있다. 도 3의 점등 제어부(160)는 일 실시예에 불과하다. 만일, 점등 제어부(160)가 전술한 바와 같이 발광 셀(122 ~ 128, 132 ~ 138, 142 ~ 148, 152 ~ 158)의 점등과 소등을 맥류 전압의 레벨 변화에 따라 제어할 수만 있다면, 점등 제어부(160)는 다양한 회로 구성을 가질 수 있다.
제1 내지 제4 스위치(S1 ~ S4)는 이웃하는 발광 셀 사이에 배치되어 이웃하는 발광 셀의 전류가 흐르는 경로를 형성한다. 이에 대해 상세히 살펴보면 다음과 같다.
제1 스위치(S1)는 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 각각에서 이웃하는 제1 및 제2 발광 셀[(122, 124), (132, 134), (142, 144), (152, 154)] 사이에서 채널(CH1)과 연결되어 배치되며, 스위칭 제어부(162)의 제어 하에 스위칭되어 제1 발광 셀(122, 132, 142, 152)로부터 제2 발광 셀(124, 134, 144, 154)로 전류가 흐르는 경로를 형성한다.
제2 스위치(S2)는 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 각각에서 이웃하는 제2 및 제3 발광 셀[(124, 126), (134, 136), (144, 146), (154, 156)] 사이에서 채널(CH2)과 연결되어 배치되며, 스위칭 제어부(162)의 제어 하에 스위칭되어 제2 발광 셀(124, 134, 144, 154)로부터 제3 발광 셀(126, 136, 146, 156)로 전류가 흐르는 경로를 형성한다.
제3 스위치(S3)는 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 각각에서 이웃하는 제3 및 제4 발광 셀[(126, 128), (136, 138), (146, 148), (156, 158)] 사이에서 채널(CH3)과 연결되어 배치되며, 스위칭 제어부(162)의 제어 하에 스위칭되어 제3 발광 셀(126, 136, 146, 156)로부터 제4 발광 셀(128, 138, 148, 158)로 전류가 흐르는 경로를 형성한다.
제4 스위치(S4)는 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 각각의 제4 발광 셀(128, 138, 148, 158)의 채널(CH4)과 공통 기준 전위(179)(예를 들어, 접지 전압) 사이에 배치되며, 스위칭 제어부(162)의 제어 하에 스위칭되어 제4 발광 셀(128, 138, 148, 158)로부터 공통 기준 전위(179)로 전류가 흐르는 경로를 형성한다.
이를 위해, 제1 내지 제4 스위치(S1 ~ S4) 각각은 바이폴라 트랜지스터나 전계 효과 트랜지스터 등으로 구현될 수 있다. 만일, 제1 내지 제4 스위치(S1 ~ S4) 각각이 바이폴라 트랜지스터의 형태로 구현될 경우, 바이폴라 트랜지스터의 베이스는 스위칭 제어부(162)로부터 출력되는 스위칭 제어 신호에 연결될 수 있다. 또는, 제1 내지 제4 스위치(S1 ~ S4) 각각이 전계 효과 트랜지스터의 형태로 구현될 경우, 전계 효과 트랜지스터의 게이트는 스위칭 제어부(162)로부터 출력되는 스위칭 제어 신호에 연결될 수 있다.
스위칭 제어부(162)는 맥류 신호의 레벨에 따라, 제1 내지 제4 스위치(S1 ~ S4)의 스위칭(즉, 개폐)을 제어하는 스위칭 제어 신호를 발생한다.
비록 도시되지는 않았지만, 발광 모듈(100)은 전류 제한 저항, 전압 조정부, 클럭 발생부, 리셋부, 카운터 등을 더 포함할 수도 있다.
전류 제한 저항은 스위칭 제어부(162)와 제1 내지 제4 스위치(S1 ~ S4) 각각의 사이에 배치될 수 있고, 전압 조정부는 맥류 신호의 레벨을 조정하여 스위칭 제어부(162)로 출력하며 정류부(178)와 스위칭 제어부(162) 사이에 배치될 수도 있다. 또한, 클럭 발생부는 스위칭 제어부(162)로 클럭 신호를 공급하고, 리셋부는 전원 차단시나 전원 입력시 등에 스위칭 제어부(162)의 동작을 리셋시키는 역할을 한다. 카운터는 클럭 발생부에서 생성되는 클럭의 개수를 카운팅한다. 카운터에서 카운팅된 클럭 개수와 맥류 전압의 순간 값은 매칭되어 스위칭 제어부(162) 내에 포함된 저장부(미도시)에 룩 업 테이블 형식으로 저장될 수 있다. 전압 조정부에서 조정된 전압의 순간 값이 최소 레벨(MIN)이 되는 시점을 카운터가 카운팅 동작을 개시하는 시점으로 하도록 한다. 이는, 스위칭 제어부(162)가 카운터에서 카운팅된 클럭 개수에 따라 제1 내지 제4 스위치(S1 ~ S4) 중 해당하는 스위치를 턴 오프하는 신호를 발생할 수 있도록 하기 위함이다.
이하, 도 3에 예시된 구성을 갖는 발광 모듈(100)에서, 점등 제어부(160)의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다. 이때, 전술한 맥류 신호는 맥류 전압인 것으로 기술하지만, 실시예는 이에 국한되지 않는다.
도 4는 도 3의 점등 제어부(160)가 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 각각에 포함된 제1 내지 제4 발광 셀(122 ~ 128, 132 ~ 138, 142 ~ 148, 152 ~ 158)을 제어하는 동작을 설명하기 위한 맥류 전압(V) 및 맥류 전류(I)의 파형도이다. 여기서, 맥류 전압과 전류 하부에 도시된 파형도는 스위칭 제어부(162)로부터 해당하는 스위치로 출력되는 스위칭 제어 신호를 나타낸다. 즉, 스위칭 제어 신호가 "ON"이면 해당하는 스위치는 턴 온되고, "OFF"이면 해당하는 스위치는 턴 오프된다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 맥류 전압이 V1 내지 V2 미만인 경우에는 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 각각의 제1 발광 셀(122, 132, 142, 152)이 점등된다. 또한, 맥류 전압이 V2 내지 V3 미만인 경우에는 제1 발광 셀(122, 132, 142, 152)뿐만 아니라 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 각각의 제2 발광 셀(124, 134, 144, 154)도 점등된다. 또한, 맥류 전압이 V3 내지 V4 미만인 경우에는 제1 및 제2 발광 셀(122, 124, 132, 134, 142, 144, 152, 154)뿐만 아니라 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 각각의 제3 발광 셀(126, 136, 146, 156)도 점등된다. 또한, 맥류 전압이 V4이상인 경우에는 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 각각의 제1 내지 제4 발광 셀(122 ~ 128, 132 ~ 138, 142 ~ 148, 152 ~ 158) 모두가 점등되도록 설정될 수 있다.
이와 같이, 스위칭 제어부(162)는 맥류 전압이 낮은 레벨로부터 높은 레벨로 증가하는 위상 범위에서 맥류 전압의 해당하는 레벨 변화에 대응하여 발광 셀(122 ~ 128, 132 ~ 138, 142 ~ 148, 152 ~ 158)의 점등 개수가 증가하도록, 스위칭 제어 신호에 의해 제1 내지 제4 스위치(S1 ~ S4)를 스위칭시킨다.
또한, 스위칭 제어부(162)는 맥류 전압이 높은 레벨로부터 낮은 레벨로 감소하는 위상 범위에서 맥류 전압의 해당하는 레벨 변화에 대응하여 발광 셀(122 ~ 128, 132 ~ 138, 142 ~ 148, 152 ~ 158)의 점등 개수가 감소하도록, 스위칭 제어 신호에 의해 스위치(S1 ~ S4)를 스위칭시킨다.
먼저, 스위칭 제어부(162)가 리셋부에 의해 리셋된 상태에서, 정류부(178)로부터 출력되는 맥류 전압은 스위칭 제어부(162)와 각 발광 소자(120 ~ 150)의 제1 발광 셀(122, 132, 142, 152)로 각각 출력된다. 이러한 리셋 기간에서 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 각각의 제1 내지 제4 발광 셀(122 ~ 128, 132 ~ 138, 142 ~ 148, 152 ~ 158)은 모두 소등되어 있다. 스위칭 제어부(162)가 맥류 전압의 레벨에 따라 스위치(S1 ~ S4)를 스위칭시키는 동작은 다음과 같다.
리셋 이후, 맥류 전압이 구동 개시 값(시간 t1)에 도달할 때, 점등 제어부(160)의 스위칭 제어부(162)는 모든 스위치(S1 ~ S4)를 턴 오프시킨다.
이후, 맥류 전압이 V1에 도달할 때(시간 t2), 스위칭 제어부(162)는 제1 스위치(S1)만을 턴 온시키고, 제2 내지 제4 스위치(S2 ~ S4)를 모두 턴 오프시킨다. 따라서, 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 각각의 제1 발광 셀(122, 132, 142, 152)에 맥류 전압이 공급되어 전류 경로가 형성되기 때문에, 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 각각의 제1 발광 셀(122, 132, 142, 152)만의 점등이 개시된다.
이후, 맥류 전압이 V2에 도달할 때(시간 t3), 스위칭 제어부(162)는 제2 스위치(S2)만을 턴 온시키고, 나머지 제1, 제3 및 제4 스위치(S1, S3, S4)를 모두 턴 오프시킨다. 따라서, 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 각각의 제1 및 제2 발광 셀(122, 124, 132, 134, 142, 144, 152, 154)에 맥류 전압이 공급되어 전류 경로가 형성되기 때문에, 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 각각의 제1 및 제2 발광 셀(122, 124, 132, 134, 142, 144, 152, 154)이 모두 점등된다.
이후, 맥류 전압이 V3에 도달할 때(시간 t4), 스위칭 제어부(162)는 제3 스위치(S3)만을 턴 온시키고 나머지 제1, 제2 및 제4 스위치(S1, S2, S4)를 턴 오프시킨다. 따라서, 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 각각의 제1 ~ 제3 발광 셀(122 ~ 126, 132 ~ 136, 142 ~ 146, 152 ~ 156)에 맥류 전압이 공급되어 전류 경로가 형성되기 때문에, 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 각각의 제1 내지 제3 발광 셀(122 ~ 126, 132 ~ 136, 142 ~ 146, 152 ~ 156)이 모두 점등된다.
이후, 맥류 전압이 V4에 도달할 때(시간 t5), 스위칭 제어부(162)는 제4 스위치(S4)만 턴 온시키고, 나머지 제1 내지 제3 스위치(S1 ~ S3)를 모두 턴 오프시킨다. 따라서, 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 각각의 제1 ~ 제4 발광 셀(122 ~ 128, 132 ~ 138, 142 ~ 148, 152 ~ 158)에 맥류 전압이 공급되어 전류 경로가 형성되기 때문에, 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 각각의 제1 내지 제4 발광 셀(122 ~ 128, 132 ~ 138, 142 ~ 148, 152 ~ 158)이 모두 점등된다.
이후, 맥류 전압이 최대 레벨(MAX)에 도달한 후 다시 V4로 낮아질 때(시간 t6), 스위칭 제어부(162)는 제3 스위치(S3)를 턴 온시키고, 나머지 제1, 제2 및 제4 스위치(S1, S2, S4)를 턴 오프시킨다. 맥류 전압의 레벨이 V4보다 낮기 때문에 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 각각의 제4 발광 셀(128, 138, 148, 158)은 소등되고, 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 각각의 제1 내지 제3 발광 셀(122 ~ 126, 132 ~ 136, 142 ~ 146, 152 ~ 156)만이 점등 상태를 유지하게 된다.
이후, 맥류 전압이 V3에 다시 도달할 때(시간 t7), 스위칭 제어부(162)는 제2 스위치(S2)만을 턴 온시키고 나머지 제1, 제3 및 제4 스위치(S1, S3, S4)를 턴 오프시킨다. 맥류 전압의 레벨이 V3보다 낮기 때문에, 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 각각의 제3 및 제4 발광 셀(126, 128, 136, 138, 146, 148, 156, 158)은 소등되고, 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 각각의 제1 및 제2 발광 셀(122, 124, 132, 134, 142, 144, 152, 154)만이 점등 상태를 유지하게 된다.
이후, 맥류 전압이 V2에 다시 도달할 때(시간 t8), 스위칭 제어부(162)는 제1 스위치(S1)만을 턴 온시키고 나머지 제2 내지 제4 스위치(S2 ~ S4)를 턴 오프시킨다. 맥류 전압의 레벨이 V2보다 낮기 때문에, 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 각각의 제2 내지 제4 발광 셀(124 ~ 128, 134 ~ 138, 144 ~ 148, 154 ~ 158)은 소등되고, 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 각각의 제1 발광 셀(122, 132, 142, 152)만이 점등 상태를 유지하게 된다.
이후, 맥류 전압이 V1에 다시 도달할 때(시간 t9), 맥류 전압의 레벨이 V1보다 낮기 때문에, 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 각각의 제1 내지 제4 발광 셀(122 ~ 128, 132 ~ 138, 142 ~ 148, 152 ~ 158)은 모두 소등된다.
전술한 바와 같이 점등 제어부(160)는 맥류 전압의 레벨에 따라 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 각각의 제1 발광 셀(122, 132, 142, 152), 제2 발광 셀(124, 134, 144, 154), 제3 발광 셀(126, 136, 146, 156) 및 제4 발광 셀(128, 138, 148, 158)을 순차적으로 점등시키거나 소등시킨다.
이와 같이, M=N=4라고 가정한 실시예에 의하면, 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 각각은 제1 내지 제4 발광 셀(122 ~ 128, 132 ~ 138, 142 ~ 148, 152 ~ 158)로 분할되고, 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 각각의 제n 발광 셀[(122, 132, 142, 152), (124, 134, 144, 154), (126, 136, 146, 156), (128, 138, 148, 158)]은 서로 병렬로 연결되어 동시에 점등되거나 소등된다. 따라서, 맥류 전압의 레벨이 증가하거나 감소할 때, 도 2에 예시된 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150)는 동일한 밝기를 보일 수 있다. 즉, 제1 내지 제4 발광 소자(120 ~ 150) 각각의 제1 발광 셀(122, 132, 142, 152), 제2 발광 셀(124, 134, 144, 154), 제3 발광 셀(126, 136, 146, 156) 또는 제4 발광 셀(128, 138, 148, 158)은 동시에 점등되거나 소등된다. 그러므로, 실시예에 의한 발광 모듈(100)의 균제도가 개선되고 발광 소자(120 ~ 150) 당 일정한 전력이 소모될 수 있다.
이하, 도 2 및 도 3에 예시된 발광 소자(120, 130, 140, 150) 각각에 대해 다음과 같이 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 여기서, 전술한 바와 같이, 발광 모듈(100)에서 각 발광 소자(120, 130, 140, 150)에 포함되는 발광 구조물(D)의 개수는 16개이고, 발광 소자(120, 130, 140, 150) 당 발광 셀의 개수는 4개이고, 각 발광 셀에 4개의 발광 구조물(D)이 포함된 것으로 가정한다.
도 5는 실시예에 따른 발광 소자(200A)의 평면도를 나타내고, 도 6은 도 5에 도시된 발광 소자(200A)의 A-A' 방향의 단면도를 나타내고, 도 7은 도 5에 도시된 발광 소자(200A)의 B-B' 방향의 단면도를 나타낸다.
도 5에 예시된 발광 소자(200A)는 도 2 및 도 3에 예시된 발광 소자(120, 130, 140, 150) 각각에 해당한다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 발광 소자(200A)는 제1 전극부(210)와, 적어도 하나의 중간 패드(212A, 214A, 216A)와, 제2 전극부(218)와, 연결 전극들(220-1 내지 220-I, I≥1인 자연수)과, 기판(230)과, 버퍼층(240)과, 절연층(250)과, 복수의 발광 영역들(P1 내지 PJ, J>1인 자연수, J=I+1)로 구분되는 복수의 발광 구조물(260)과, 전도층(270)을 포함한다.
기판(230)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질, 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있다. 또한 기판(230)은 열전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판일 수 있다. 예를 들어 기판(230)은 사파이어(Al203), GaN, SiC, ZnO, Si, GaP, InP, Ga203, GaAs 중 적어도 하나를 포함하는 물질일 수 있다. 이러한 기판(230)의 상면에는 요철 패턴(미도시)이 형성될 수 있다.
버퍼층(240)은 기판(230)과 발광 구조물(260) 사이에 배치되며, Ⅲ족-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체를 이용하여 형성될 수 있다. 버퍼층(240)은 기판(230)과 발광 구조물(260) 사이의 격자 상수의 차이를 줄여주는 역할을 한다.
발광 구조물(260)은 빛을 발생하는 반도체층일 수 있으며, 제1 도전형 반도체층(262), 활성층(264), 및 제2 도전형 반도체층(266)을 포함할 수 있다. 발광 구조물(260)은 기판(230) 상에 제1 도전형 반도체층(262), 활성층(264) 및 제2 도전형 반도체층(266)이 순차로 적층된 구조일 수 있다.
제1 도전형 반도체층(262)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(262)은 Ⅲ족-Ⅴ족, Ⅱ족-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다.
예컨대, 제1 도전형 반도체층(262)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지는 반도체일 수 있다. 예컨대, 제1 도전형 반도체층(262)은 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, n형 도펀트(예: Si, Ge, Sn 등)가 도핑될 수 있다.
활성층(264)은 제1 도전형 반도체층(262)과 제2 도전형 반도체층(266) 사이에 배치되며, 제1 도전형 반도체층(262) 및 제2 도전형 반도체층(266)으로부터 각각 제공되는 전자(electron)와 정공(hole)의 재결합(recombination) 과정에서 발생하는 에너지에 의해 광을 생성할 수 있다.
활성층(264)은 반도체 화합물, 예컨대, Ⅲ족-Ⅴ족, Ⅱ족-Ⅵ족의 화합물 반도체일 수 있으며, 이중 접합 구조, 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 등으로 형성될 수 있다.
활성층(264)이 양자우물구조인 경우 예컨데, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 우물층과 InaAlbGa1-a-bN (0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤a+b≤1)의 조성식을 갖는 장벽층을 갖는 단일 또는 양자우물구조를 가질 수 있다. 우물층은 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질일 수 있다.
제2 도전형 반도체층(266)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(266)은 Ⅲ족-Ⅴ족, Ⅱ족-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다.
예컨대, 제2 도전형 반도체층(266)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체일 수 있다. 예를 들어 제2 도전형 반도체층(266)은 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, p형 도펀트(예컨대, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba)가 도핑될 수 있다.
발광 구조물(260)은 제1 도전형 반도체층(262) 일부를 노출할 수 있다. 즉 발광 구조물(260)에서 제2 도전형 반도체층(266), 활성층(264) 및 제1 도전형 반도체층(262)의 일부가 식각되어 제1 도전형 반도체층(266)의 일부를 노출할 수 있다. 이때 메사 식각(mesa etching)에 의하여 노출되는 제1 도전형 반도체층(262)의 노출면은 활성층(264)의 하면보다 낮게 위치할 수 있다.
활성층(264)과 제1 도전형 반도체층(262) 사이, 또는 활성층(264)과 제2 도전형 반도체층(266) 사이에는 도전형 클래드층(clad layer, 미도시)이 배치될 수도 있으며, 도전형 클래드층은 질화물 반도체(예컨대, AlGaN)로 형성될 수 있다.
발광 구조물(260)은 제2 도전형 반도체층(266) 아래에 제3 도전형 반도체층(미도시)을 더 포함할 수 있으며, 제3 도전형 반도체층은 제2 도전형 반도체층(266)과 반대의 극성을 가질 수 있다.
제1 도전형 반도체층(262)은 n형 반도체층이고 제2 도전형 반도체층(266)은 p형 반도체층으로 구현되거나, 제1 도전형 반도체층(262)은 p형 반도체층이고 제2 도전형 반도체층(266)은 n형 반도체층으로 구현될 수도 있으며, 이에 따라 발광 구조물(260)은 N-P 접합, P-N 접합, N-P-N 접합, 및 P-N-P 접합 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
발광 구조물(260)은 복수 개의 서로 이격하는 발광 영역들(P1 내지 PJ) 및 경계 영역(S)을 포함할 수 있다. 이때 경계 영역(S)은 발광 영역들(P1 내지 PJ) 사이에 위치하는 영역일 수 있다. 또는 경계 영역(S)은 발광 영역들(P1 내지 PJ) 각각의 둘레에 위치하는 영역일 수 있다. 경계 영역(S)은 발광 구조물(260)을 복수의 발광 영역들(P1 내지 PJ)로 구분하기 위하여 발광 구조물(260)을 메사 식각하여 제1 도전형 반도체층(262)의 일부가 노출되는 영역을 포함할 수 있다.
하나의 칩(single chip)의 복수의 발광 구조물(260)은 경계 영역(S)에 의하여 구분되는 복수 개의 발광 영역들(P1 내지 PJ)에 각각 대응한다. 예를 들어, 도 5의 제1 내지 제16 발광 영역들(P1 내지 P16)은 도 3에 예시된 제1, 제2, 제3 또는 제4 발광 소자(120, 130, 140, 150)에 포함된 16개의 발광 구조물에 대응할 수 있다.
전도층(270)은 제2 도전형 반도체층(266) 상에 배치된다. 전도층(270)은 전반사를 감소시킬 뿐만 아니라, 투광성이 좋기 때문에 활성층(264)으로부터 제2 도전형 반도체층(266)으로 방출되는 빛의 추출 효율을 증가시킬 수 있다. 전도층(270)은 발광 파장에 대해 투과율이 높은 투명한 산화물계 물질, 예컨대, ITO(Indium Tin Oxide), TO(Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), IZTO(Indium Zinc Tin Oxide), IAZO(Indium Aluminium Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IGTO(Indium Gallium Tin Oxide), AZO(Aluminium Zinc Oxide), ATO(Aluminium Tin Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni, Ag, Ni/IrOx/Au 또는 Ni/IrOx/Au/ITO 중 하나 이상을 이용하여 단층 또는 다층으로 구현할 수 있다.
절연층(250)은 복수의 발광 영역들(P1 내지 PJ) 및 경계 영역(S) 상에 배치된다. 절연층(250)은 투광성 절연 물질, 예컨대, SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, 또는 Al2O3 로 형성될 수 있다. 예컨대, 절연층(250)은 복수의 발광 영역들(P1 내지 PJ)의 상면 및 측면을 덮고, 경계 영역(S)을 덮을 수 있다.
제1 전극부(210)는 복수의 발광 영역들(P1 내지 PJ) 중 어느 하나의 발광 영역(예컨대, P1)의 제2 도전형 반도체층(266) 또는 전도층(270) 상에 배치된다.
제1 전극부(210)는 제2 도전형 반도체층(266) 또는 전도층(270)과 접촉할 수 있다. 예컨대, 제1 전극부(210)는 직렬 연결되는 발광 영역들(예컨대, P1 내지 P12) 중 첫 번째 발광 영역(예컨대, P1)의 전도층(270)과 접촉할 수 있다.
제1 전극부(210)는 제1 전원을 제공하기 위한 와이어(미도시)가 본딩되는 제1 패드(pad)를 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 전극부(210)는 절연층(250) 상에 배치되며, 절연층(250)을 관통하여 전도층(270)과 접촉하는 부분을 가질 수 있다.
제2 전극부(218)는 복수의 발광 영역들(P1 내지 PJ) 중 어느 하나의 발광 영역(예컨대, P16)의 제1 도전형 반도체층(262) 상에 배치되며, 제1 도전형 반도체층(262)과 접촉할 수 있다. 제2 전극부(218)는 제2 전원을 제공하기 위한 와이어(미도시)가 본딩되는 제2 패드를 포함할 수 있다. 도 5의 실시 예에서는 제2 전극부(218)가 제2 패드 역할을 할 수 있다.
발광 소자(200A)에 포함되는 서로 직렬 연결되는 복수의 발광 영역들(P1 내지 PJ)을 순서대로 제1 발광 영역 내지 제J 발광 영역이라 한다. 즉, 제1 전극부(210)가 위치하는 발광 영역을 제1 발광 영역(P1)이라 하고, 제2 전극부(218)가 위치하는 발광 영역을 제J 발광 영역(PJ)이라 한다.
연결 전극들(220-1 내지 220-I)은 절연층(250) 상에 배치되며, 제1 내지 제J 발광 영역(P1 내지 PJ)을 전기적으로 직렬 연결한다. 예컨대, 연결 전극들(220-1 내지 220-I)은 제1 전극부(210)가 위치하는 제1 발광 영역(P1)을 시점으로 하고, 제2 전극부(218)가 위치하는 제J 발광 영역(PJ)을 종점으로 하여 제1 내지 제J 발광 영역들(P1 내지 PJ)을 직렬 연결할 수 있다.
예컨대, 제i 연결 전극(220-i, 1≤i≤I)은 인접하는 제i 및 제i+1 발광 영역(Pi, Pi+1) 중 제i 발광 영역(Pi)의 제1 도전형 반도체층(262)과 제i+1 발광 영역(Pi+1)의 전도층(270)을 서로 전기적으로 연결할 수 있다. 전도층(270)이 생략되는 다른 실시 예서는 제i 연결 전극(220-i)은 제i 발광 영역(Pi)의 제1 도전형 반도체층(262)과 제i+1 발광 영역(Pi+1)의 제2 도전형 반도체층(266)을 전기적으로 연결할 수 있다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 제i 연결 전극(220-i)은 제i 발광 영역(Pi), 제i+1 발광 영역(Pi+1) 및 그 사이의 경계 영역(S) 상에 위치할 수 있다. 그리고 제i 연결 전극(220-i)은 절연층(250)을 관통하여 제i+1 발광 영역(Pi+1)의 전도층(270)(또는 제2 도전형 반도체층(266))과 접촉하는 적어도 하나의 제1 부분(예컨대, 220A)을 가질 수 있다. 도 5에 도시된 실선의 동그라미는 연결 전극들(220-1 내지 220-I)의 제1 부분(220A)을 나타낸다. 절연층(250)은 경계 영역(S)에 위치하는 발광 구조물(260)과 연결 전극(220-1 내지 220-I) 사이에 배치될 수 있다.
또한 제i 연결 전극(220-i)은 제i 발광 영역(Pi)의 절연층(250), 전도층(270), 제2 도전형 반도체층(266) 및 활성층(264)을 관통하여 제1 도전형 반도체층(262)과 접촉하는 적어도 하나의 제2 부분(220B)을 가질 수 있다. 도 5에 도시된 점선의 동그라미는 연결 전극들(220-1 내지 220-I)의 제2 부분(220B)을 나타낸다.
이때 절연층(250)은 연결 전극들(220-1 내지 220-I)과 전도층(270) 사이, 연결 전극들(220-1 내지 220-I)의 제2 부분(220B)과 제2 도전형 반도체층(266) 사이, 및 연결 전극(220-1 내지 220-I)의 제2 부분(220B)과 활성층(264) 사이에 위치할 수 있다.
절연층(250)은 제i 발광 영역(Pi)의 전도층(270), 제2 도전형 반도체층(266) 및 활성층(264)으로부터 제i 연결 전극(220-i)을 전기적으로 절연시키는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 도 7을 참조하면, 절연층(250)은 제6 발광 영역(P6)의 전도층(270), 제2 도전형 반도체층(266), 및 활성층(264)으로부터 제6 연결 전극(220-6)을 전기적으로 절연시키는 역할을 할 수 있다.
제i 연결 전극(220-i)의 제2 부분(220B)의 하면(220C)은 활성층(264)의 하면(264A)보다 아래에 위치할 수 있다. 제2 부분(220B)은 홀(hole) 또는 홈(groove)에 전극 물질이 채워진 형태일 수 있다.
한편, 발광 셀에 포함된 발광 구조물의 개수가 "k"개일 경우(도 3의 경우 k=4), 중간 패드(212A, 214A, 216A)는 k+1번째, 2k+1번째, ..., (N-1)k+1 번째 발광 영역에 배치될 수 있다. 여기서, N은 각 발광 소자에 포함되는 발광 셀의 개수를 의미한다. 도 3 및 도 5를 참조하면, N=k=4이므로, 중간 패드(212A, 214A, 216A)는 제5, 제9 및 제13 발광 영역(P5, P9, P13)에 각각 배치된다. 중간 패드(212A, 214A, 216A)는 절연층(250) 상에 배치되며, 제2 도전형 반도체층(266) 또는 전도층(270)과 전기적으로 연결될 수 있다. 중간 패드(212A, 214A, 216A)는 도 3에 예시된 채널(CH1, CH2, CH3)과 각각 연결되는 영역일 수 있다.
또한, 중간 패드(212A, 214A, 216A)와 전도층(270) 사이에 절연층(250)이 위치하고, 중간 패드(212A, 214A, 216A)는 동일 발광 영역(예컨대, P5, P9, P13) 내에 위치하는 연결 전극(220-4, 220-8, 220-12)과 연결될 수 있다. 예컨대, 도 6을 참조하면, 제13 발광 영역(P13)의 절연층(250) 상에 위치하는 제1 중간 패드(216A)는 제12 연결 전극(220-12) 중에서 동일한 발광 영역인 제13 발광 영역(P13) 내에 위치하는 일단과 연결될 수 있다.
도 8은 다른 실시예에 따른 발광 소자(200B)의 평면도를 나타내고, 도 9는 도 8에 도시된 발광 소자(200B)의 C-C' 방향의 단면도를 나타낸다.
다른 실시 예에 의하면, 중간 패드(212B, 214B, 216B)의 일부가 절연층(250)을 관통하여 전도층(270)과 직접 연결될 수도 있으며, 이때 동일 발광 영역 내에 위치하는 중간 패드와 연결 전극은 서로 전기적으로 직접 연결되지 않고 전도층(270)을 통하여 서로 전기적으로 간접적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 도 8을 참조하면, 중간 패드(212B)와 연결 전극(220-4)은 서로 전기적으로 직접 연결되지 않고 전도층(270)을 통하여 서로 전기적으로 간접적으로 연결된다. 중간 패드(214B)와 연결 전극(220-8)은 서로 전기적으로 직접 연결되지 않고 전도층(270)을 통하여 서로 전기적으로 간접적으로 연결된다. 중간 패드(216B)와 연결 전극(220-12)은 서로 전기적으로 직접 연결되지 않고 전도층(270)을 통하여 서로 전기적으로 간접적으로 연결된다. 도 9를 참조하면, 중간 패드(216B)의 일부는 절연층(250)을 관통하여 전도층(270)과 서로 전기적으로 직접 연결된다. 이와 같이, 동일한 발광 영역인 제13 발광 영역(P13)에 위치하는 중간 패드(216B)와 제12 연결 전극(220-12)은 서로 전기적으로 직접 연결되지 않고 전도층(270)을 통해 전기적으로 서로 간접적으로 연결될 수 있다. 이를 제외하면, 도 8에 예시된 발광 소자(200B)는 도 5에 예시된 발광 소자(200A)와 동일하고, 도 9에 예시된 발광 소자(200B)는 도 6에 예시된 발광 소자(200A)와 동일하므로 동일한 참조부호를 사용하였으며, 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.
도 10은 도 5 및 도 8에 도시된 발광 소자(200A, 200B)의 회로도를 나타낸다. 도 5, 도 8 및 도 10을 참조하면, 발광 소자(200A, 200B)는 공통된 하나의 (+) 단자, 예컨대, 하나의 제1 패드(210)를 가지며, 2 이상의 (-) 단자, 예컨대, 제2 패드(218)와 적어도 하나의 중간 패드(212, 214, 216)를 가질 수 있다. 여기서, 중간 패드(212)는 도 5 및 도 8에 예시된 중간 패드(212A, 212B)에 해당하고, 중간 패드(214)는 도 5 및 도 8에 예시된 중간 패드(214A, 214B)에 해당하고, 중간 패드(216)는 도 5 및 도 8에 예시된 중간 패드(216A, 216B)에 해당한다.
제1 패드(210)는 도 3에 예시된 정류부(178)와 연결되고, 중간 패드(212, 214, 216)는 채널(CH1, CH2, CH3)과 각각 연결되고, 제2 패드(218)는 채널(CH4)과 연결된다.
제1 내지 제J 발광 영역들(P1 내지 PJ)은 제1 내지 제I 연결 전극들(220-1 내지 220-I)에 의하여 순차적으로 직렬 연결된다. 즉, 발광 영역들(P1 내지 PJ)은 제1 전극부(210)가 위치하는 제1 발광 영역(P1)부터 제2 전극부(218)가 위치하는 제J 발광 영역(PJ)까지 순차적으로 직렬로 연결될 수 있다.
순차적으로 직렬 연결되는 복수의 발광 영역들(P1 내지 PJ)은 제1 내지 제N 발광 셀의 발광 영역들로 구분될 수 있다. 이때 복수의 발광 영역들(P1 내지 PJ) 각각은 서로 다른 발광 셀에 포함될 수 있다. 도 3을 참조하면, 발광 소자(120, 130, 140, 150) 각각에서, 발광 영역들(P1 내지 P4)은 제1 발광 셀(122, 132, 142, 152)에 포함되고, 발광 영역들(P5 내지 P8)은 제2 발광 셀(124, 134, 144, 154)에 포함되고, 발광 영역들(P9 내지 P12)은 제3 발광 셀(126, 136, 146, 156)에 포함되고, 발광 영역들(P13 내지 P16)은 제4 발광 셀(128, 138, 148, 158)에 포함될 수 있다.
발광 셀들(122 ~ 128, 132 ~ 138, 142 ~ 148, 152 ~ 158) 각각에 포함되는 발광 영역들은 연결 전극들(220-1 내지 220-I) 또는 중간 패드(212, 214, 216)에 의하여 서로 직렬 연결될 수 있다.
동일한 발광 셀에 속하는 발광 영역들은 함께 구동되거나 구동되지 않는 구조이기 때문에, 어느 한 발광 셀이 구동되었을 경우 그 발광 셀에 속하는 발광 영역들에 균일한 전류 분배를 이루어 발광 효율을 높이기 위하여 동일한 발광 셀에 속하는 발광 영역의 면적은 서로 동일할 수 있다.
실시예에 따른 발광 모듈에서 방출되는 광의 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트, 형광 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광 모듈, 광학 부재는 백라이트 유닛으로 기능하거나 조명 유닛으로 기능할 수 있으며, 예를 들어, 조명시스템은 백라이트 유닛, 조명 유닛, 지시 장치, 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
도 11은 실시예에 따른 조명 유닛(400)의 사시도이다. 다만, 도 11의 조명 유닛(400)은 조명 시스템의 한 예이며, 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 조명 유닛(400)은 케이스 몸체(410)와, 케이스 몸체(410)에 설치되며 외부 전원으로부터 전원을 제공받는 연결 단자(420)와, 케이스 몸체(410)에 설치된 발광 모듈부(430)를 포함할 수 있다.
케이스 몸체(410)는 방열 특성이 양호한 재질로 형성되며, 금속 또는 수지로 형성될 수 있다.
발광 모듈부(430)는 기판(432)과, 기판(432)에 탑재되는 적어도 하나의 발광 소자(300)를 포함할 수 있다.
기판(432)은 절연체에 회로 패턴이 인쇄된 것일 수 있으며, 예를 들어, 일반 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 메탈 코아(metal Core) PCB, 연성(flexible) PCB, 세라믹 PCB 등을 포함할 수 있다.
또한, 기판(432)은 빛을 효율적으로 반사하는 재질로 형성되거나, 표면이 빛이 효율적으로 반사되는 컬러, 예를 들어 백색, 은색 등으로 형성될 수 있다.
기판(432) 상에는 적어도 하나의 발광 소자(300)가 탑재될 수 있다. 발광 모듈부(430)는 도 2 또는 도 3에 예시된 발광 모듈(100)에 해당하고, 기판(432)은 도 2에 예시된 몸체(110)에 해당하고, 발광 소자(300)는 도 2, 도 5 내지 도 9에 예시된 발광 소자(120, 130, 140, 150, 200A, 200B)에 해당할 수 있다.
발광 모듈부(430)는 색감 및 휘도를 얻기 위해 다양한 발광 모듈(300)의 조합을 가지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 고 연색성(CRI)을 확보하기 위해 백색 발광 다이오드, 적색 발광 다이오드 및 녹색 발광 다이오드를 조합하여 배치할 수 있다.
연결 단자(420)는 발광 모듈부(430)와 전기적으로 연결되어 전원을 공급할 수 있다. 실시예에서 연결 단자(420)는 소켓 방식으로 외부 전원에 돌려 끼워져 결합되지만, 이에 대해 한정하지는 않는다. 예를 들어, 연결 단자(420)는 핀(pin) 형태로 형성되어 외부 전원에 삽입되거나, 배선에 의해 외부 전원에 연결될 수도 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 발광 모듈 110: 몸체
120, 130, 140, 150, 200A, 200B, 300: 발광 소자
122 ~ 128, 132 ~ 138, 142 ~ 148, 152 ~ 158: 발광 셀
160: 점등 제어부 162: 스위칭 제어부
170: 외부 구동 전원 172, 174: 외부 전원 입력 단자
176: 퓨즈 178: 정류부
210: 제1 전극부
212, 212A, 212B, 214, 214A, 214B, 216, 216A, 216B: 중간 패드
218: 제2 전극부 220-1 ~ 220-15: 연결 전극
230: 기판 240: 버퍼층
250: 절연층 260: 발광 구조물
270: 전도층 400: 조명 유닛
410: 케이스 몸체 420: 연결 단자
430: 발광 모듈부

Claims (11)

  1. 몸체;
    상기 몸체 상에 상호 이격되어 배치된 제1 내지 제M(여기서, M은 2 이상의 정수, 1 ≤ m ≤ M) 발광 소자; 및
    상기 제1 내지 제M 발광 소자의 점등을 제어하는 점등 제어부를 포함하고,
    상기 제m 발광 소자는 내부에 서로 직렬 연결된 제1 내지 제N(여기서, N은 2 이상의 정수, 1 ≤ n ≤ N) 발광 셀을 포함하고,
    제n 발광 셀은 적어도 하나의 발광 구조물을 포함하고,
    상기 점등 제어부는 상기 제1 내지 제M 발광 소자의 제n 발광 셀을 동시에 점등시키거나 소등시키고,
    상기 제1 내지 제M 발광 소자 각각에서 상기 제1 내지 제N 발광 셀은 서로 접하여 일정하게 배치되고,
    상기 제1 내지 제M 발광 소자는 상기 점등 제어부를 중심으로 상기 몸체 상에서 방사 방향으로 등거리에 배치되고,
    상기 발광 구조물은 제1 도전형 반도체층과 활성층과 제2 도전형 반도체층을 포함하고,
    복수의 발광 구조물은 복수의 발광 영역들로 구분되고,
    상기 복수의 발광 영역들 상에 배치되는 절연층을 포함하는 발광 모듈.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 점등 제어부는 외부로부터 인가되는 구동 전압의 레벨에 따라 상기 제1 내지 제M 발광 소자의 점등과 소등을 제어하는 발광 모듈.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 점등 제어부는 상기 구동 전압의 레벨에 따라 상기 제1 내지 제N 발광 셀을 순차적으로 점등시키거나 소등시키는 발광 모듈.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 제1 내지 제M 발광 소자의 제n 발광 셀은 서로 병렬로 연결된 발광 모듈.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 제1 내지 제M 발광 소자는 상기 몸체 상에서 서로 등간격으로 이격되어 배치된 발광 모듈.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 제1 내지 제M 발광 소자가 이격된 거리는 72°내지 120°인 발광 모듈.
  7. 삭제
  8. 제2 항에 있어서, 상기 점등 제어부는
    이웃하는 발광 셀 사이에 배치되어 상기 이웃하는 발광 셀의 전류가 흐르는 경로를 형성하는 제1 내지 제M 스위치; 및
    상기 구동 전압의 레벨에 따라 상기 제1 내지 제M 스위치의 스위칭을 제어하는 스위칭 제어부를 포함하는 발광 모듈.
  9. 제1 항에 있어서, M=N=4인 발광 모듈.
  10. 제1 항에 있어서, 상기 절연층을 관통하는 중간 패드를 포함하는 발광 모듈.
  11. 제1 항에 있어서, 상기 제1 내지 제M 발광 소자의 제n 발광 셀들의 상기 발광 구조물에서 발광 영역의 면적은 서로 동일한 발광 모듈.
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