KR200383429Y1 - 정전기 보호회로를 갖는 발광 다이오드 소자 - Google Patents
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Abstract
본 고안은 정전기 보호회로를 갖는 발광 다이오드 소자에 관한 것으로서, 발광 다이오드 소자에 ESD가 발생하는 경우 순방향 또는 역방향 전류 패스를 형성하여 양방향 ESD로부터 발광 다이오드를 보호할 수 있는 정전기 보호회로를 갖는 발광 다이오드 소자가 개시된다.
상기 정전기 보호회로를 갖는 발광 다이오드 소자는 일단이 양전극 단자와 연결되고, 타단이 음전극 단자와 연결되는 발광 다이오드와, 상기 발광 다이오드와 병렬연결되는 트랜지스터를 구비하여 고전압 발생시 순방향 또는 역방향 전류 패스를 형성하는 양방향 정전기 보호회로를 포함한다.
Description
본 고안은 발광 다이오드(LED) 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정전기 방전과 같은 순간적인 고전압이 발생하는 경우 순방향 또는 역방향 전류 패스를 형성하여 발광 다이오드를 보호할 수 있는 정전기 보호회로를 갖는 발광 다이오드 소자에 관한 것이다.
최근에, 반도체 소자에 관한 기술이 날로 발전함에 따라 자연적인 현상에 의하여 반도체 소자가 손상되는 것에 대한 연구가 활발히 진행되고, 이들이 초미세 기술에 적용되면서 반도체 소자를 정전기 방전 등으로부터 보호하기 위하여 정전기(ESD; Electro Static Discharge) 보호회로가 적용되고 있다.
정전기 방전 현상은 주변매질의 절연내력의 파괴, 또는 서로 다른 전위의 두 물체가 직접적인 접촉이나 유도 현상에 의해 대전 물체가 가진 에너지가 순간적으로 방출되는 현상으로서, 반도체 소자의 생산공정 상에 있어서 외부의 정전기가 소자에 방전된 경우, 정전기를 축적한 소자가 외부의 접지 도전체에 접촉되어 방전한 경우 또는 반도체 소자 주위의 전기장 환경이 급변할 때 반도체 소자가 영향을 받게 된다.
발광 다이오드(LED)는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기를 적외선 또는 빛으로 변환시켜 신호를 교환하는데 사용되는 반도체 소자의 일종으로서, 크기가 작고 신뢰성이 높으며 전력소모가 낮아 다양한 응용 제품에 사용되고 있다.
그러나, 발광 다이오드는 상술한 이유들 뿐만 아니라 일반 환경에서 발생하는 정전기 수준에서도 순간 전류가 증가하여 발광 다이오드의 PN 접합이 단락되는 등 신뢰성에 많은 문제들을 야기시킨다. 상기 발광 다이오드 중에서도 특히 자외선 발광 다이오드 칩과 같은 이중 전극(bipolar) 구조를 갖는 발광 다이오드는 정전기 쇼크에 매우 약하며, 특히 열적 파괴 요인에 의해 손상이 크게 발생한다. 이러한 손상은 정전기 방전 펄스가 가해질 때 그 열이 퍼지지 못하여 집중되고 저항의 온도계수가 음이 되어 전류가 분로됨으로써 결국 열 탈출(thermal runaway) 현상이 발생하여 접합이 단락되는데 기인하여 발생한다.
이와 같은, 반도체 소자를 파괴하는 정전기로부터 발광 다이오드를 보호하기 위하여 공개특허 제2002-0066393호에서는 정전기 보호용 발광 다이오드 소자가 개시되어 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 정전기 보호용 발광 다이오드 소자를 보여주는 회로도로서, 도 1을 참조하여 종래 기술의 문제점을 중심으로 간략히 살펴본다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 정전기 보호용 발광 다이오드 소자는 발광 다이오드(10) 및 정전기 보호용 제너 다이오드(20)를 구비하며, 제너 다이오드(20)는 발광 다이오드 소자에 내장되어 발광 다이오드와 병렬연결되고, 발광 다이오드(10)와는 역병향으로 연결된다.
상기와 같은 구성을 갖는 발광 다이오드 소자는 외부 정전기나 순간적인 고전압이 발생하여 역방향으로 인가되는 경우 정전기 보호용 제너 다이오드에 의해 전류 패스가 형성되어 정전기 등의 고전압으로부터 발광 다이오드 소자를 보호하게 된다.
그러나, 종래의 기술에 의하면, 전류패스가 단방향으로만 형성되어 역방향 정전기 등에 대해서는 발광 다이오드를 보호할 수 있으나 순방향 정전기 등에 대해서는 발광 다이오드를 보호할 수 없는 문제가 발생된다.
또한, 상기 발광 다이오드의 문턱전압(Threshold Voltage)이 3V 내지 4V 정도의 높은 전압레벨을 갖는데 반하여, 상기 정전기 보호용 다이오드에 의하여 역방향 항복전압(Breakdown Voltage)이 상기 문턱전압 보다 낮은 0.6V 내지 0.7V 정도의 전압레벨을 가짐에 따라 발광 다이오드 소자의 조립 또는 취급시 발생하는 극성바뀜 등에 기인하여 과전압이 역방향으로 인가되고, 발광 다이오드 소자를 파괴하는 등의 문제점이 발생된다.
따라서, 양방향으로 인가되는 정전기 등에 대해서도 발광 다이오드를 보호할 수 있고, 역방향 항복전압을 높일 수 있는 양방향 정전기 보호회로를 내장한 발광 다이오드 소자가 요청된다 할 것이다.
따라서, 본 고안의 목적은 상기한 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 발광 다이오드 소자에 ESD가 발생하는 경우 순방향 또는 역방향 전류 패스를 형성하여 양방향 ESD로부터 발광 다이오드를 보호할 수 있는 정전기 보호회로를 갖는 발광 다이오드 소자를 제공함에 있다.
본 고안의 다른 목적은 정전기 보호회로를 트랜지스터를 이용하여 구현함으로써 양방향의 정전기로부터 발광 다이오드를 보호할 뿐만 아니라 발광 다이오드 소자의 역방향 항복전압의 전압레벨을 높혀 역방향 서지(surge)에 의한 발광 다이오드 손상을 방지할 수 있는 정전기 보호회로를 갖는 발광 다이오드 소자를 제공함에 있다.
본 고안의 또다른 목적은 발광 다이오드 소자를 형성함에 있어 양방향 정전기 보호회로를 내장함으로써 실장 집적도를 높이고, 단방향의 다이오드를 적용하는 경우와 비교하여 정전내량을 증가시킬 수 있는 정전기 보호회로를 갖는 발광 다이오드 소자를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안에 따른 정전기 보호회로를 갖는 발광 다이오드 소자는 정전기 보호회로를 갖는 발광 다이오드 소자에 있어서, 일단이 양전극 단자와 연결되고, 타단이 음전극 단자와 연결되는 발광 다이오드와, 상기 발광 다이오드와 병렬연결되는 트랜지스터를 구비하여 고전압 발생시 순방향 또는 역방향 전류 패스를 형성하는 양방향 정전기 보호회로를 포함한다.
또한, 상기 양방향 정전기 보호회로는 n형 또는 p형 트랜지스터로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 트랜지스터가 p형 트랜지스터로 형성되는 경우 상기 p형 트랜지스터의 이미터 단자는 상기 발광 다이오드의 양전극 단자와 연결되고 상기 p형 트랜지스터의 콜렉터 단자는 상기 발광 다이오드의 음전극 단자와 연결되며, 상기 발광 다이오드의 음전극 단자측에 상기 p형 트랜지스터의 이미터 단자 및 베이스 단자가 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 트랜지스터가 n형 트랜지스터로 형성되는 경우 상기 n형 트랜지스터의 이미터 단자는 상기 발광 다이오드의 음전극 단자와 연결되고 상기 n형 트랜지스터의 콜렉터 단자는 상기 발광 다이오드의 양전극 단자와 연결되며, 상기 발광 다이오드의 음전극 단자측에 상기 n형 트랜지스터의 콜렉터 단자 및 베이스 단자가 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 발광 다이오드는 3V 내지 4V 정도의 문턱전압을 갖도록 형성되고, 상기 트랜지스터는 3V 내지 5V 정도의 역방향 항복전압을 갖도록 형성되며, 상기 트랜지스터의 베이스 단자는 오픈되도록 형성된다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다양한 실시예에서의 설명들은 본 고안이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가지는 자에게 본 고안의 이해를 돕기 위한 의도 이외에는 다른 의도없이 예를 들어 도시되고 한정된 것에 불과하므로, 본 고안의 범위를 제한하는 것으로 사용되어서는 아니될 것이다.
도 2는 본 고안의 실시예에 따른 정전기 보호회로를 갖는 발광 다이오드 소자를 보여주는 회로도로서, 첨부된 도 2를 참조하여 본 고안의 정전기 보호회로를 갖는 발광 다이오드 소자의 구조 및 동작을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 2를 참조하면, 본 고안에 따른 정전기 보호회로를 갖는 발광 다이오드 소자는 일단이 양전극 단자와 연결되고, 타단이 음전극 단자와 연결되는 발광 다이오드(30)와, 상기 발광 다이오드(30)와 병렬연결되는 양방향 정전기 보호회로(40)를 포함한다.
상기 발광 다이오드(30)는 InGaN계의 청색(Blue) 또는 녹색(Green) 발광 다이오드가 사용될 수 있으며, 정전기 방전에 약한 이중 전극 구조의 칩으로서, 200nm 내지 600nm의 파장 범위의 빛을 방출하는 자외선 발광 다이오드가 사용될 수 있다. 또한, 상기 발광 다이오드(30)는 정전기에 상대적으로 강한 600nm 내지 3000nm의 파장 범위의 빛을 방출하는 적외선 또는 적색(Red) 발광 다이오드에도 제한없이 사용될 수도 있다.
상기 발광 다이오드(30)는 3V 내지 4V 정도의 문턱전압을 갖도록 형성될 수 있으며, 그 일단은 양전극(Anode) 단자에 연결되고, 타단은 음극선(Cathode)에 연결되어 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기를 적외선 또는 자외선 등의 빛으로 변환하여 신호를 보내고 받는데 사용된다.
상기 발광 다이오드(30)는 특정 원소의 반도체에 순방향 전압을 가하면 양극과 음극의 접합 부분을 전자와 정공이 이동하면서 서로 재결합함에 따라 전자와 정공이 떨어져 있을 때보다 작은 에너지가 되므로 이때 발생하는 에너지 차이로 인하여 빛을 방출하게 된다. 상기 발광 다이오드(30)의 크기는 플라스틱 렌즈와 리드 프레임의 크기에 의하여 결정된다.
상기 양방향 정전기 보호회로(40)는 상기 발광 다이오드(30)와 병렬연결되는 트랜지스터로 형성되어 정전기 등에 기인하여 고전압 발생이 발생하는 경우 순방향 또는 역방향 전류 패스를 형성하여 상기 발생된 고전압으로부터 발광 다이오드가 손상되는 것을 방지하는 역할을 담당한다. 따라서, 본 고안에서의 양방향 정전기 보호회로는 발광 다이오드 소자에 내장되는 구조를 갖는다.
또한, 상기 양방향 정전기 보호회로(40)는 n형 또는 p형 트랜지스터로 형성될 수 있다. 상기 트랜지스터는 DC 부하의 영향을 직접적으로 받지 않기 때문에 최소형 사이즈의 구현이 가능한 장점이 있다.
상기 양방향 정전기 보호회로(40)를 p형 트랜지스터로 형성하는 경우에는 p형 트랜지스터의 이미터(Emitter) 단자는 상기 양전극 단자(+)와 연결되고, 상기 p형 트랜지스터의 콜렉터(Collector) 단자는 상기 음전극 단자(-)와 연결된다.
상기 양방향 정전기 보호회로(40)를 n형 트랜지스터로 형성하는 경우에는 n형 트랜지스터의 콜렉터(Collector) 단자는 상기 양전극 단자(+)와 연결되고, 상기 p형 트랜지스터의 이미터(Emitter) 단자는 상기 음전극 단자(-)와 연결된다.
또한, 상기 트랜지스터(40)는 3V 내지 6V 정도의 역방향 항복전압을 갖도록 형성될 수 있다. 따라서, 발광 다이오드 소자의 역방향 항복전압이 상기 발광 다이오드(30)의 동작전압 보다 비슷하거나 높은 전압레벨을 갖도록 형성할 수 있으므로 발광 다이오드 소자의 극성바뀜 등에 기인하여 발생하는 과전압이 역방향으로 인가되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
이어서, 상기 본 고안에 따른 정전기 보호회로를 갖는 발광 다이오드 소자의 동작을 살펴보면, 상기 발광 다이오드(30)의 양단자에 순방향 동작전압이 제공되면 노멀 동작시에는 동작전압이 발광 다이오드에 인가되어 빛을 방출하게 된다. 그러나, 상기 발광 다이오드 소자에 순방향 ESD가 발생하는 경우에는 병렬로 연결된 상기 트랜지스터(40)에 순방향 전류 패스가 형성되어 순방향 ESD 전하가 음전극 단자로 방출되게 한다. 반면, 상기 발광 다이오드 소자에 역방향 ESD가 발생하는 경우에는 병렬로 연결된 상기 트랜지스터(40)에 역방향 전류 패스가 형성되어 역방향 ESD 전하가 양전극 단자로 방출되게 한다.
따라서, 본 고안에 의하면 종래의 기술과 같이 역방향에서 발생하는 ESD로부터 발광 다이오드를 보호할 수 있을 뿐만 아니라 순방향에서 발생하는 ESD로부터도 발광 다이오드를 보호할 수 있는 특징이 있다.
도 3은 본 고안의 실시예에 따른 정전기 보호회로를 갖는 발광 다이오드 소자의 구성을 보여주는 평면도로서, 첨부된 도 3을 참조하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 3을 참조하면, 본 고안에 따른 발광 다이오드 소자는 양전극 단자(+)와 연결되는 제1 리드 프레임(50a) 상에 발광 다이오드(30)가 배치되고, 음전극 단자(-)와 연결되는 제2 리드 프레임(50b) 상에 트랜지스터(40)가 배치된다.
상기 발광 다이오드의 제1 단(a)은 제1 리드 프레임(50a)과 골드 와이어(34)로 연결되고, 제2 단(b)은 제2 리드 프레임과 연결된다.
상기 트랜지스터를 p형 트랜지스터로 형성하는 경우에는 p형 트랜지스터의 이미터 단자(c)는 상기 제1 리드 프레임(50a)과 연결되고, 트랜지스터의 바닥부(bottom)인 콜렉터 단자는 제2 리드 프레임(50a)에 도전성 접착함으로써 연결되며, 베이스(d)는 불필요한 단자연결공정을 제거하기 위하여 오픈시킨다.
상기 트랜지스터를 n형 트랜지스터로 형성하는 경우에는 n형 트랜지스터의 콜렉터(c)는 상기 제1 리드 프레임(50a)과 연결되고, 이미터는 제2 리드 프레임에 도전성 접착함으로써 연결되며, 마찬가지로 베이스(d)는 불필요한 단자연결공정을 제거하기 위하여 오픈시킨다.
또한, 상기 발광 다이오드와 역방향의 전하가 발생하는 제2 리드 프레임(50a) 상에 이미터 단자(또는 콜렉터 단자) 및 베이스 단자를 배치하여 역방향 전하가 형성되는 경우 보다 낮은 저항을 갖도록 하여 정전내량을 증가시킬 수 있도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 고안에 따른 정전기 보호회로를 갖는 발광 다이오드 소자에 의하면, 발광 다이오드 소자에 ESD가 발생하는 경우 순방향 또는 역방향 전류 패스를 형성하여 양방향 ESD로부터 발광 다이오드를 보호할 수 있으며, 정전기 보호회로를 트랜지스터를 이용하여 구현함으로써 양방향의 정전기로부터 발광 다이오드를 보호할 뿐만 아니라 발광 다이오드 소자의 역방향 항복전압의 전압레벨을 높혀 역방향 서지(surge)에 의한 발광 다이오드 손상을 방지할 수 있는 특징이 있다.
또한, 발광 다이오드 소자를 형성함에 있어 양방향 정전기 보호회로를 내장함으로써 실장 집적도를 높이고, 단방향의 다이오드를 적용하는 경우와 비교하여 정전내량을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
본 고안의 실시예에 따른 정전기 보호회로를 갖는 발광 다이오드 소자는 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 고안의 기본 원리를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 설계되고, 응용될 수 있음은 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게는 자명한 사실이라 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 고안은 발광 다이오드 소자에 ESD가 발생하는 경우 순방향 또는 역방향 전류 패스를 형성하여 양방향 ESD로부터 발광 다이오드를 보호하는 효과를 갖는다.
또한, 본 고안은 정전기 보호회로를 트랜지스터를 이용하여 구현함으로써 양방향의 정전기로부터 발광 다이오드를 보호할 뿐만 아니라 발광 다이오드 소자의 역방향 항복전압의 전압레벨을 높혀 역방향 서지에 의한 발광 다이오드 손상을 방지하는 효과를 갖는다.
또한, 본 고안은 발광 다이오드 소자를 형성함에 있어 양방향 정전기 보호회로를 내장함으로써 실장 집적도를 높이고, 단방향의 다이오드를 적용하는 경우와 비교하여 정전내량을 증가시키는 효과를 갖는다.
도 1은 종래의 기술에 따른 정전기 보호용 발광 다이오드 소자를 보여주는 회로도
도 2는 본 고안의 실시예에 따른 정전기 보호회로를 갖는 발광 다이오드 소자를 보여주는 회로도
도 3은 본 고안의 실시예에 따른 정전기 보호회로를 갖는 발광 다이오드 소자의 구성을 보여주는 평면도
<도면의 주요부분들에 대한 참조 부호들의 설명>
30 : 발광 다이오드 34 : 골드 와이어
40 : 트랜지스터(양방향 정전기 보호회로)
50a : 제1 리드 프레임 50b : 제2 리드 프레임
Claims (9)
- 정전기 보호회로를 갖는 발광 다이오드 소자에 있어서,일단이 양전극 단자와 연결되고, 타단이 음전극 단자와 연결되는 발광 다이오드; 및상기 발광 다이오드와 병렬연결되는 트랜지스터를 구비하여 고전압 발생시 순방향 또는 역방향 전류 패스를 형성하는 양방향 정전기 보호회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기 보호회로를 갖는 발광 다이오드 소자.
- 제 1항에 있어서,상기 양방향 정전기 보호회로는 n형 또는 p형 트랜지스터로 형성되는 것을 특징으로 하는 정전기 보호회로를 갖는 발광 다이오드 소자.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 트랜지스터가 p형 트랜지스터로 형성되는 경우, 상기 p형 트랜지스터의 이미터 단자는 상기 양전극 단자와 연결되고, 상기 p형 트랜지스터의 콜렉터 단자는 상기 음전극 단자와 연결되는 것을 특징으로 하는 정전기 보호회로를 갖는 발광 다이오드 소자.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 트랜지스터가 p형 트랜지스터로 형성되는 경우, 상기 음전극 단자측의 리드 프레임에 상기 p형 트랜지스터의 이미터 단자 및 베이스 단자를 배치되는 것을 특징으로 하는 정전기 보호회로를 갖는 발광 다이오드 소자.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 트랜지스터가 n형 트랜지스터로 형성되는 경우, 상기 n형 트랜지스터의 이미터 단자는 상기 음전극 단자와 연결되고, 상기 n형 트랜지스터의 콜렉터 단자는 상기 양전극 단자와 연결되는 것을 특징으로 하는 정전기 보호회로를 갖는 발광 다이오드 소자.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 트랜지스터가 n형 트랜지스터로 형성되는 경우, 상기 음전극 단자측의 리드 프레임에 상기 n형 트랜지스터의 콜렉터 단자 및 베이스 단자가 배치되는 것을 특징으로 하는 정전기 보호회로를 갖는 발광 다이오드 소자.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 트랜지스터의 베이스 단자는 오픈되는 것을 특징으로 하는 정전기 보호회로를 갖는 발광 다이오드 소자.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 발광 다이오드는 3V 내지 4V 의 문턱전압을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 정전기 보호회로를 갖는 발광 다이오드 소자.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 트랜지스터는 3V 내지 6V 의 역방향 항복전압을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 정전기 보호회로를 갖는 발광 다이오드 소자.
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| KR (1) | KR200383429Y1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11127352B2 (en) | 2020-01-16 | 2021-09-21 | Samsung Display Co., Ltd. | Electrostatic discharge protection circuit and organic light emitting display device including the same |
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2004
- 2004-11-12 KR KR20040032053U patent/KR200383429Y1/ko not_active IP Right Cessation
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| US11127352B2 (en) | 2020-01-16 | 2021-09-21 | Samsung Display Co., Ltd. | Electrostatic discharge protection circuit and organic light emitting display device including the same |
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