KR20070039556A - 발광 다이오드 장치, 광 기록 장치 및 적어도 하나의 발광다이오드의 펄스식 구동 방법 - Google Patents

발광 다이오드 장치, 광 기록 장치 및 적어도 하나의 발광다이오드의 펄스식 구동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 역병렬(anti-parallel) 방식으로 상호 접속된 2개의 발광 다이오드(1, 2) 및 상기 발광 다이오드(1, 2)에 서로 독립적으로 도전 방향으로 전류를 공급하는데 적합한 전류 공급원을 포함하는 발광 다이오드 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 광 기록 장치 및 발광 다이오드의 펄스식 구동 방법과 관련이 있다.

Description

발광 다이오드 장치, 광 기록 장치 및 적어도 하나의 발광 다이오드의 펄스식 구동 방법{LIGHT-EMITTING DIODE ARRANGEMENT, OPTICAL RECORDING DEVICE AND METHOD FOR THE PULSED OPERATION OF AT LEAST ONE LIGHT-EMITTING DIODE}
본 발명은 발광 다이오드 장치, 광 기록 장치 및 적어도 하나의 발광 다이오드의 펄스식 구동 방법에 관한 것이다.
US 4,843,416에는 발광 다이오드 및 펄스 생성 전류 회로를 구비한 자동 초점 카메라가 기술되어 있다. 펄스 생성 전류 회로를 이용하여 다이오드를 통해 개개의 섬광(flashlight)이 발생한다. 포토다이오드는 물체에 의해 반사된 광 펄스를 수신한다. 수신된 광 펄스의 진폭을 이용하여 물체까지의 거리가 산출된다.
US 6,185,240에는 제 2 다이오드가 역병렬 방식으로 접속되어 있는 레이저 다이오드가 기술되어 있다. 여기서 제 2 다이오드는 레이저 다이오드를 위한 정전기 방전 보호 다이오드이다. 상기 제 2 다이오드는 레이저 다이오드의 차단 방향으로 발생할 수 있는 ESD 전압 펄스로부터 상기 레이저 다이오드를 보호한다.
WO 98/12757은 420nm 내지 460nm의 청색 스펙트럼 영역 내의 전자기 방사선을 방출하는 방사선 방출 반도체 칩을 구비한 반도체 부품을 기술하고 있다. 상기 반도체 칩은 적어도 부분적으로 밀봉재로 둘러싸이며, 상기 밀봉재는 반도체 칩으 로부터 방출된 방사선의 일부를 더 긴 파장의 방사선, 바람직하게는 황색 스펙트럼 영역에 속하는 방사선으로 변환하는데 적합한 발광 변환 물질을 함유한다. 따라서 상기 반도체 부품은 반도체 칩의 최초 방사선 및 상기 방사선의 파장 변환 부분으로 구성된 혼합광을 방출한다. 바람직하게는 반도체 부품이 백색광을 방출한다.
본 발명의 목적은, 매우 다방면으로 사용될 수 있는 발광 다이오드 장치를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적에는 그러한 발광 다이오드 장치를 구비한, 가급적 콤팩트한 절전형 광 기록 장치 및 광 기록 장치 내에 사용하기에 적합한 발광 다이오드 장치를 제공하는 것도 포함된다. 또한, 적어도 하나의 발광 다이오드의 펄스 작동을 위한 절전형 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
역병렬(anti-parallel) 방식으로 상호 접속된 2개의 발광 다이오드를 포함하는 발광 다이오드 장치가 제공된다. 즉, 발광 다이오드 장치에 외부 전압이 인가되면 상기 발광 다이오드 중 하나는 도전 방향으로 접속되고, 다른 하나는 차단 방향으로 접속된다. 발광 다이오드들은 각각 적어도 1개의 발광 다이오드 칩을 갖는다. 또한, 발광 다이오드가 각각 단일 발광 다이오드 칩으로 형성되는 것도 가능하다.
그 밖에도, 발광 다이오드들에 전류를 교대 방향으로 공급하는데 적합한 장치가 제공된다. 즉, 예컨대 두 발광 다이오드 각각은 상기 장치에 의해 도전 방향과 차단 방향으로 교대로 접속될 수 있다. 발광 다이오드 중 하나에 차단 방향의 전압이 인가되면, 다른 하나의 발광 다이오드에는 도전 방향의 전압이 인가된다. 즉, 발광 다이오드 장치의 발광 다이오드는 전자기 방사선을 교대로 방출하는데 적합하다. 또한, 이 경우 정해진 시간 간격 동안 발광 다이오드에 전압이 전혀 인가되지 않는 것도 가능하다.
그리하여 역병렬 방식으로 상호 접속된 2개의 발광 다이오드를 포함하는 발광 다이오드 장치가 제공되고, 상기 발광 다이오드 장치에는 발광 다이오드들에 전류를 교대 방향으로 공급하는데 적합한 장치가 제공된다. 그러한 장치로서 예컨대 발광 다이오드들에 서로 독립적으로 도전 방향으로 전류를 공급하는데 적합한 전류 공급원이 제공된다.
발광 다이오드 장치의 한 실시예에서는, 상기 장치가 미리 정해진 시간 간격 동안 발광 다이오드 장치에 미리 정해진 방향 및 세기로 전류를 공급하는데 사용될 수 있다. 이러한 방식으로 발광 다이오드 장치의 작동시 발광 다이오드들이 미리 정해진 시간 간격 동안 교대로 전자기 방사선을 방출할 수 있다. 이때, 전자기 방사선의 강도는 각각의 발광 다이오드가 도전 방향으로 작동되게 하는 전류의 미리 정해진 세기에 따라 조절될 수 있다.
발광 다이오드 장치에 인가되는 전압은 차단 방향의 전압이 인가되는 발광 다이오드가 손상되지 않을 정도로 작게 선택되는 것이 바람직하다. 즉, 인가된 전압이 다이오드의 항복 전압을 초과하지 않는다.
상기 장치에 의해 전류를 공급받는 발광 다이오드 장치에서는, 예컨대 미리 정해진 방향의 전류가 각각 발광 다이오드 장치를 통해 흐를 수 있는 시간 간격의 선택에 있어서, 전류가 발광 다이오드 장치를 통해 한 특정 방향으로 다른 방향에 비해 더 오래 흐를 수 있도록 선택된다. 그 결과, 발광 다이오드의 작동시 발광 다이오드들 중 하나가 다른 발광 다이오드보다 더 오랜 시간 간격 동안 전자기 방사선을 방출할 수 있게 된다.
바람직하게는 전류가 한 방향으로 다른 방향에 비해 더 크게 더 크게 선택될 수 있도록 하는데 상기 장치가 사용될 수 있다. 예컨대 발광 다이오드 장치의 작동시 다른 발광 다이오드보다 더 오랜 시간 간격 동안 도전 방향으로 전류를 공급받는 발광 다이오드를 통해 추가로 항상 더 강한 전류가 도전 방향으로 흐를 수 있다. 이 경우, 상기 다른 발광 다이오드는 도전 방향으로 상대적으로 더 짧은 시간 간격 동안 더 약한 전류 세기로 작동된다. 또는 상기 두 발광 다이오드 모두 각각 동일한 시간 간격 동안 각각 동일한 전류 세기로 도전 방향으로 작동되는 것도 가능하다.
상기 장치는 펄스폭 변조 회로인 것이 특히 바람직하다. 그러한 펄스폭 변조 회로에서는, 전류 세기, 전류 방향 및 미리 정해진 세기 및 방향의 전류가 흘러야 하는 시간 간격이 최대한 정확하고 간단하게 조정될 수 있다.
발광 다이오드 장치의 한 바람직한 실시예에서는, 발광 다이오드들이 공통의 하우징 내에 설치된다. 이를 위해, 발광 다이오드들이 예컨대 모두 하우징 베이스의 리세스 내에 제공될 수 있다.
발광 다이오드 장치의 특히 바람직한 한 실시예에서는, 발광 다이오드들이 상이한 파장의 전자기 방사선을 방출하는데 사용된다. 예컨대 발광 다이오드들 중 하나는 적색 스펙트럼 영역 내의 광을 방출하는데 사용될 수 있다. 이 경우, 다른 발광 다이오드는 청색 스펙트럼 영역 내의 광을 방출하는데 사용된다.
발광 다이오드 장치의 또 다른 한 실시예에서는, 발광 다이오드들 중 하나에 의해 방출된 전자기 방사선 중 적어도 일부의 파장을 변환하는데 적합한 발광 변환 물질이 제공된다. 즉, 방출 방향으로 볼 때 발광 다이오드들 중 적어도 하나의 후방에 발광 변환 물질이 배치되고, 상기 발광 변환 물질은 상기 발광 다이오드에 의해 방출된 방사선의 일부를 흡수한 후 다른 파장의 방사선을 방출한다. 바람직하게는 발광 변환 물질이 발광 다이오드에 의해 최초에 방출된 방사선의 파장보다 더 긴 파장의 방사선을 방출한다. 그 결과, 발광 다이오드에 의해 처음에 방출된 방사선과 상기 방사선의 파장 변환 부분이 혼합된 방사선이 방출된다.
발광 다이오드에 의해 방출된 방사선은, 예컨대 비가시광을 가시광으로 변환하기 위한 목적으로, 발광 변환 물질에 의해 그 파장이 완전히 변환될 수도 있다. 발광 변환 물질 내에 포함된 적어도 2개의 상이한 발광제가 사용된 경우, 상기 방식으로 두 발광제에 의해 방출된 방사선의 혼합광이 생성될 수 있다. 전자기 방사선의 파장 변환에 적합한 유기 및 무기 발광제의 예가 WO 98/12757에 기술되어 있으며, 발광제와 관련한 상기 문서의 내용은 인용의 형태로 본 출원서에 포함될 것이다.
발광 다이오드 장치의 또 다른 한 실시예에서는, 발광 다이오드들 중 적어도 하나의 방사선 추출면 위에 발광 변환 물질이 예컨대 얇은 층의 형태로 도포될 수 있다. 또는, 발광 다이오드들 중 하나에만 발광 변환 물질이 얇은 층으로 도포되는 것도 가능하다. 또한, 두 발광 다이오드 모두에 각각 상이한 발광제를 함유할 수 있는 발광 변환 물질이 도포될 수 있다. 이때, 발광제는 발광 다이오드에 의해 발생하는 각각의 전자기 방사선에 매칭될 수 있다.
발광 다이오드 장치의 또 다른 한 실시예에서는, 발광 다이오드들이 하나의 공통 밀봉재로 둘러싸일 수 있다. 바람직하게는 상기 밀봉재가 발광 변환 물질을 함유한다. 특히 바람직하게는 상기 밀봉재를 원활하게 관통할 수 있는 파장의 전자기 방사선을 방출하기 위해 상기 발광 다이오드들 중 하나가 사용된다. 여기서 "원활하게"라 함은, 상기 발광 다이오드에 의해 방출된 전자기 방사선의 파장이 밀봉재 내에 존재하는 발광 변환 물질에 의해 전혀 변환되지 않거나 또는 아주 미미하게만 변환되는 것을 의미한다. 즉, 방사선은 상기 방사선의 필수 성분이 밀봉재의 구성 성분에 의해 흡수되지 않은 채로 발광 다이오드로부터 방출되었을 때와 동일한 파장으로 밀봉재를 빠져나온다. 다른 발광 다이오드에 의해 방출된 방사선은 바람직하게 적어도 부분적으로 발광 변환 물질에 의해 파장이 변환된다.
발광 다이오드 장치의 매우 바람직한 한 실시예에서는, 발광 다이오드들 중 하나에서 방출된 전자기 방사선의 파장 변환 성분이 상기 발광 다이오드에 의해 최초에 방출된 전자기 방사선과 합쳐져 혼합광을 형성할 수 있다. 상기 혼합광은 백색광인 것이 특히 바람직하다.
즉, 발광 다이오드들 중 하나는 예컨대 자외선-청색 스펙트럼 영역 내의 전자기 방사선을 방출하는데 사용된다. 상기 발광 다이오드에 의해 방출된 방사선의 최대 파장은 바람직하게 420nm 내지 470nm이다. 이 경우 발광 변환 물질은 예컨대 상기 방사선의 일부를 녹색-황색 스펙트럼 영역의 전자기 방사선으로 변환하는데 사용된다. 변환된 방사선의 최대 상대 스펙트럼 방사는 바람직하게 530nm 내지 580nm의 파장 범위 내에 놓인다. 혼합광으로는 바람직하게 백색광이 생성된다.
발광 다이오드 장치의 또 다른 한 실시예에서는, 발광 다이오드들 중 하나가 적색, 녹색 또는 황색 스펙트럼 영역 내 전자기 방사선을 발생시키는데 사용된다.
바람직하게는 발광 다이오드들 중 하나가 600nm 내지 750nm의 최대 방출 파장을 갖는 적색 스펙트럼 영역 내 전자기 방사선을 방출하는데 사용된다.
이때 발광 다이오드 장치는 특히, 발광 다이오드 장치에 교대 방향으로 전류가 공급됨으로써 상기 발광 다이오드 장치로부터 방출된 방사선에 소정의 적색광 성분이 첨가된다는 착안의 활용을 가능하게 한다. 예컨대 청색광으로부터 황색광으로의 부분 변환에 의해 발광 다이오드 장치로부터 백색광이 방출되면, 상기 방식으로 생성된 백색광은 매우 낮은 적색 성분을 지니게 된다. 적색광을 방출하는 발광 다이오드에 미리 정해진 시간 간격 동안 미리 정해진 전류 세기로 도전 방향으로 전류를 공급함으로써 목적에 맞게 적색광이 첨가되면, 전술한 적색광 부족이 보상될 수 있다. 발광 다이오드들 중 적색 스펙트럼 영역 내의 광을 방출하는 발광 다이오드 대신 예컨대 녹색 스펙트럼 영역 내의 광을 방출하는 발광 다이오드가 선택되면, 상기 방식으로 발광 다이오드 장치의 방사선에 소정의 녹색광 성분이 첨가될 수 있다. 이러한 방식으로 발광 다이오드 장치의 연색 지수(color rendering index)가 바람직하게 증가할 수 있다.
그 외에도, 본 발광 다이오드 장치에서는 매우 바람직하게, 상호 역병렬 방식으로 접속된 2개의 발광 다이오드가 차단 방향으로의 정전기 방전으로부터 서로를 보호한다는 사실이 증명되었다. 그러한 ESD 전압 펄스는 광전 소자의 기능을 손상시킬 수 있고, 심지어 광전 소자의 파손을 유발할 수 있다. 이제 전술한 ESD 전압 펄스로 인해 발광 다이오드 장치를 통해 전류가 흐르면, 상기 전류는 발광 다이오드들 중 하나를 통해 도전 방향으로 유도된다. 그럼으로써 다른 발광 다이오드의 파손 위험이 감소한다.
발광 다이오드 장치의 또 다른 한 바람직한 실시예에서는, 역병렬 방식으로 상호 접속된 발광 다이오드들 중 적어도 하나에 직렬로 적어도 하나의 추가 발광 다이오드가 접속될 수 있다. 예를 들면, 적색광을 방출하는 발광 다이오드에 직렬로 녹색광을 방출하는 발광 다이오드가 접속될 수 있다. 그런 다음 상기 두 발광 다이오드에 예컨대 청색광을 방출하는 발광 다이오드가 역병렬 방식으로 접속될 수 있다. 이때 발광 다이오드 장치에 교류 전류가 공급됨으로써 예컨대 증가한 적색광 및 녹색광을 포함하는 백색광이 발생할 수 있다.
매우 바람직하게는, 바로 앞서 기술한 발광 다이오드 장치들 중 하나가 자동차나 비행기의 실내 조명 또는 카메라 및 비디오 카메라에 사용된다. 이때 적색광 성분이 증가된 백색광을 방출하는 발광 다이오드 장치가 특히 바람직한 것으로 입증되었다. 따라서 예컨대 차량 실내 조명 내부의 조명 장치로 사용되는 경우 전술한 발광 다이오드 장치에 의해 비추어지는 도로 표지판의 가독성이 개선된다. 또한, 그러한 발광 다이오드 장치에 의해 비추어진 사람은 종래 기술에 따른, 적색광 성분이 증가되지 않은 발광 다이오드 장치를 사용한 조명에 비해 덜 희미하게 보인다. 이는 예컨대 카메라 또는 비디오 카메라에 상기 발광 다이오드 장치를 사용하는 것도 매우 바람직하다는 사실을 입증해준다.
또 다른 한 실시예에서는 발광 다이오드들 중 적어도 하나가 적어도 하나의 발광 다이오드 칩을 가지며, 상기 발광 다이오드 칩에서는 발광 다이오드 칩에서 발생한 전자기 방사선의 대부분이 방사선 방사면을 통해 주 방사 방향으로 방사되거나 전술한 발광 다이오드 칩에 의해 형성된다. 특히 바람직하게는 전자기 방사선이 발광 다이오드 칩의 방사선 방출면을 통해서만 방사된다.
바람직하게는 발광 다이오드 칩이 에피택셜 성장된 층 스택을 포함한다. 상기 층 스택은 예컨대 에피택셜 성장된 층들의 시퀀스이다. 바람직하게는 상기 층 스택이 전자기 방사선을 발생시키는데 적합한 적어도 하나의 활성 구역을 갖는다.
상기 활성 구역은 예컨대 pn 접합, 이중 헤테로 구조물, 단일 양자 우물 구조물(SQW 구조물) 또는 다중 양자 우물 구조물(MQW 구조물)을 포함할 수 있다. 본 출원의 범주에서 양자 우물 구조물에는, 전하 캐리어 가둠(confinement)에 의해 상기 전하 캐리어의 에너지 상태가 양자화되는 모든 구조물이 포함된다. 특히 양자 우물 구조물이라는 명칭에 양자화 크기(dimensionality)에 대한 지시는 포함되지 않는다. 따라서 양자 우물 구조물은 특히 양자 우물, 양자선과 양자점 및 상기 구조물들의 모든 조합을 포함한다.
상기 층 스택은 에피택셜 성장이 끝난 후 성장 기판이 제거된 에피택셜 성장 층 시퀀스인 것이 특히 바람직하다. 원 성장 기판의 먼 쪽을 면하는 층 스택 표면 위에 캐리어가 적층되는 것이 특히 바람직하다. 에피택셜 성장층 시퀀스로부터 성장 기판의 제거 하에 제조되는 부품들을 종종 상위 개념인 박막 층 부품이라고도 칭한다.
박막 층 부품의 기본 원리가 예컨대 "30% external quantum efficiency from surface textured LEDs"(Schnitzer I 외 공저, Appl. Phys. Lett. 1993. 10, Bd. 63, 2174~2176p.)에 기술되어 있으며, 박막 층 부품의 기본 원리와 관련한 상기 문서의 공개 내용은 인용의 형태로 본 출원서에 포함될 것이다.
박막 발광 다이오드 칩은 거의 람베르트(Lambert) 표면 방출기와 유사하므로, 예컨대 헤드라이트 내에 사용하기에 매우 적합하다.
캐리어는 성장 기판에 비해 상대적으로 자유롭게 선택될 수 있는 것이 특히 바람직하다. 그럼으로써 예컨대 부품을 위한 전도성 또는 안정성과 같은 대부분의 특성의 관점에서, 에피택셜 성장된 고가의 층 시퀀스를 제조하는 데 있어 매우 제한적으로 이용될 수 있는 성장 기판보다 상기 캐리어가 더 적합할 수 있다. 따라서 고가의 에피택셜 성장층을 얻기 위해서는, 에피택셜 방식으로 증착된 재료가 예컨대 성장 기판에 격자식으로 매칭되어야 한다.
층 스택 위에 적층된 캐리어는 바람직하게 상기 층 스택에 매칭된 열팽창 계수를 갖는 특징이 있다. 예컨대 상기 캐리어는 게르마늄, 갈륨비소, 질화갈륨, 탄화규소와 같은 반도체 재료 및 사파이어, 몰리브덴과 같은 다른 재료 또는 금속을 함유할 수 있다.
또한, 상기 캐리어는 매우 우수한 열전도성을 가짐에 따라 활성 영역에서 전자기 방사선의 생성시 발생하는 열이 상기 캐리어를 통해 적어도 부분적으로 외부로 방출될 수 있는 것이 특징이다.
발광 다이오드 칩의 한 바람직한 실시예에 따르면, 적층된 캐리어와 층 스택 사이에 반사층이 배치된다. 이 반사층은 예컨대 브래그 반사체 또는 금속을 함유한 반사층을 포함할 수 있다. 예컨대 금, 금-게르마늄, 은, 알루미늄 또는 백금을 함유할 수 있는 금속 함유 반사체는 브래그 반사체에 비해 반사율의 방향 의존도가 더 낮다는 특징이 있다. 금속 반사체를 이용하여 브래그 반사체보다 더 높은 반사율을 얻을 수도 있다.
두 발광 다이오드 모두 적어도 하나의 박막 발광 다이오드 칩을 갖는 것이 특히 바람직하다.
발광 다이오드 장치의 적어도 하나의 실시예에 따르면, 상기 발광 다이오드 장치는 물체에 의해 반사된 전자기 방사선 펄스를 검출하는데 적합한 광 검출기를 포함한다. 바람직하게는 상기 방사선 펄스는 발광 다이오드들 중 하나로부터 방출된 전자기 방사선 펄스의 반사 펄스이다. 이때, 상기 검출기는 발광 다이오드 장치의 하우징 내부뿐만 아니라 외부에도 배치될 수 있다. 바람직하게는 두 발광 다이오드 모두의 광을 검출하는데 상기 검출기가 사용될 수 있다.
그 외에도 상기 발광 다이오드 장치에는 검출기 신호를 이용하여 물체와 검출기 사이의 거리를 측정하는데 적합한 분석 회로가 제공된다. 분석 회로를 이용한 검출기와 물체 사이의 거리 계산은 예컨대 방사선 펄스의 송출과 물체에 의해 반사된 펄스의 수신 사이의 소요 시간을 기초로 이루어진다. 또는 상기 분석 장치가 최초 펄스를 반사된 펄스와 비교함으로써 물체까지의 거리를 산출하는 것도 가능하다. 이때, 물체까지의 거리는 예컨대 펄스 형태의 비교를 통해 측정될 수 있다. 바람직하게는 펄스 진폭의 비교를 통해 물체까지의 거리를 측정하는 것도 가능하다.
발광 다이오드 장치의 적어도 하나의 실시예에 따르면, 발광 다이오드 장치가 2개의 발광 다이오드를 가지며, 상기 발광 다이오드들은 파장이 상이한 광을 방출할 수 있고, 거리 산출을 위해 상기 두 발광 다이오드의 방사선 펄스의 반사도가 이용될 수 있다. 이러한 방식으로 물체까지의 거리를 매우 정확하게 산출하는 것이 가능하다. 그럼으로써 예컨대 두 발광 다이오드의 반사 펄스가 상이한 분석 알고리즘을 이용하여 분석될 수 있다. 하나의 발광 다이오드의 펄스 반사도에 따른 물체까지의 거리는 예컨대 전파 시간차를 이용하여 산출될 수 있다. 다른 한 발광 다이오드의 펄스 반사도는 펄스 진폭 또는 펄스 형태의 비교를 통한 거리 산출에 사용될 수 있다.
종합해볼 때, 본 발명에 따른 발광 다이오드 장치는 광 기록 장치 또는 거리 측정 장치에 사용하기에 매우 적합하다.
본 발명은 또한, 전술한 실시예들 중 적어도 하나에 따른 발광 다이오드 장치를 구비한 광 기록 장치를 제공한다.
상기 광 기록 장치의 제 1 실시예에서는, 상호 역병렬 방식으로 접속된 2개의 발광 다이오드를 포함하는 광 기록 장치가 제시된다. 즉, 발광 다이오드들의 회로에 공통의 외부 전압이 인가되면, 상기 발광 다이오드들 중 하나는 도전 방향으로 그리고 다른 발광 다이오드는 차단 방향으로 접속된다.
또한, 발광 다이오드들에 서로 독립적으로 도전 방향으로 전류를 공급하는데 적합한 전류 공급원이 제공된다. 이 전류 공급원은 발광 다이오드들에 예컨대 교대로 도전 방향으로 전류를 공급하는데 적합하다. 또는, 두 발광 다이오드 모두에 동시에 도전 방향으로 전류를 공급하는데에도 상기 전류 공급원이 사용될 수 있다. 또한, 상기 전류 공급원은 예컨대 발광 다이오드들 중 하나에는 도전 방향으로 연속적으로 전류를 공급하는 한편, 제 2 발광 다이오드에는 미리 정해진 시간 간격 동안 미리 정해진 시점에 도전 방향으로 전류를 공급하는데 사용될 수 있다. 두 발광 다이오드 모두 연속적으로 또는 펄스 방식으로 교대로 작동시키는 것도 가능하다.
한 실시예에서는, 상호 역병렬 방식으로 접속된 2개의 발광 다이오드 및 상기 발광 다이오드들에 서로 독립적으로 도전 방향으로 전류를 공급하는데 사용되는 전류 공급원을 포함하는 광 기록 장치가 제시된다.
바람직하게는 발광 다이오드들이 공통 하우징 내에 설치된다. 발광 다이오드들의 전류 공급원은 예컨대 하우징의 외부에 배치될 수 있다. 하우징은 바람직하게 표면 실장 가능하게 형성된다. 이러한 방식으로, 발광 다이오드들의 주 방사 방향으로 볼 때 발광 다이오드들 후방에 예컨대 적어도 1개의 광학 소자가 매우 공간절약적으로 배치될 수 있다. 상기 광학 소자는 하우징의 일부분에 고정될 수 있다. 이러한 광학 소자로는 굴절 렌즈, 회절 렌즈, 홀로그래피 렌즈 또는 반사 렌즈가 사용될 수 있다. 또한, 상기 광학 소자는 발광 다이오드가 여러 개 제공되는 경우에 맞게 최적화될 수 있다. 즉, 이 경우 광학 소자는 모든 발광 다이오드들을 위한 광학 소자로서 작용하도록 형성된다. 이를 위해 예컨대 광학 소자의 광 방출면이 그에 상응하게 형성될 수 있다.
발광 다이오드들은 바람직하게 1개의 공통 밀봉재로 적어도 부분적으로 둘러싸인다. 밀봉재는 바람직하게 발광 다이오드에 의해 방출된 전자기 방사선을 적어도 부분적으로 투과시킨다. 밀봉재는 예컨대 광학 소자를 형성할 수 있다. 상기 광학 소자의 광학 특성은 예컨대 굴절률의 선택 및 발광 다이오드에 의해 발생한 전자기 방사선이 밀봉재 밖으로 방출되는 통로가 되는 상기 밀봉재의 경계면의 형태에 의해 규정에 따라 조정될 수 있다. 밀봉재의 적어도 일부분에 별도의 광학 소자가 제공되는 것도 가능하다.
광 기록 장치의 또 다른 한 실시예에서는, 파장이 상이한 광을 검출하는데 발광 다이오드들이 사용된다. 예컨대, 발광 다이오드들 중 하나는 적외선 또는 적색 스펙트럼 영역 내 광을 발생시키는데 적합할 수 있고, 다른 발광 다이오드는 청색 스펙트럼 영역 내 광을 발생시키는데 적합할 수 있다. 또는, 상기 두 발광 다이오드 모두 동일한 스펙트럼 영역의 광을 방출하는 것도 가능하다. 이 경우, 특히 발광 다이오드들이 동일한 파장의 광을 방출시키는 것도 가능하다.
바람직하게는 발광 다이오드들이 상이하게 설계된다. 즉, 발광 다이오드들은 전력 소모량 또는 상대적 휘도 등의 특성값에서 차이가 날 수 있다.
상기 광 기록 장치는 특히, 2개의 상이한 발광 다이오드가 1개의 공통 하우징 내에 매우 공간절약적으로 배치됨으로써 다방면으로 사용 가능한 발광 다이오드 장치가 광 기록 장치로 통합될 수 있다는 생각이 활용될 수 있게 한다. 또한, 발광 다이오드들이 공간적으로 가깝게 배치됨으로써 공통의 광 소자를 이용할 수 있게 된다.
광 기록 장치의 또 다른 한 실시예에서는, 발광 다이오드들 중 적어도 하나에 의해 방출된 전자기 방사선의 파장을 적어도 부분적으로 변환하는데 적합한 발광 변환 물질이 제공된다. 즉, 방사 방향으로 발광 다이오드들 중 적어도 하나의 후방에 발광 변환 물질이 배치되고, 상기 발광 변환 물질은 발광 다이오드 칩으로부터 방출된 방사선의 적어도 일부를 흡수한 다음 다른 파장의 방사선을 방출한다. 상기 발광 변환 물질은 바람직하게 최초에 발광 다이오드로부터 방출된 방사선의 파장보다 더 긴 파장의 방사선을 방출한다. 그 결과, 방사선의 파장 변환 성분이 발광 다이오드로부터 최초에 방사된 방사선과 혼합된 방사선이 생성된다.
발광 다이오드로부터 방사된 방사선은, 예컨대 비가시광을 가시광으로 변환하기 위한 목적으로, 발광 변환 물질에 의해 그 파장이 거의 완전히 변환될 수도 있다. 발광 변환 물질 내에 함유된 적어도 2개의 상이한 발광제가 사용되면, 상기 방식으로 두 발광 다이오드로부터 방출된 방사선의 혼합광이 생성될 수 있다.
또 다른 한 실시예에서는, 발광 변환 물질이 예컨대 박막의 형태로 발광 다이오드들 중 적어도 하나의 방사선 추출면 위에 제공될 수 있다. 또는, 발광 다이오드들 중 하나에만 발광 변환 물질이 박막 형태로 제공되는 것도 가능하다. 또한, 상기 두 발광 다이오드 모두에 각각 상이한 발광제를 함유할 수 있는 발광 변환 물질이 제공될 수 있다. 이때, 발광제는 발광 다이오드에 의해 발생하는 각각의 전자기 방사선에 매칭될 수 있다.
바람직하게는 공통의 밀봉재도 발광 변환 물질을 함유할 수 있다. 특히 바람직하게는 발광 다이오드들 중 하나가 상기 밀봉재를 전반적으로 원활하게 관통할 수 있는 파장의 전자기 방사선을 방출하는데 사용된다. 여기서 "전반적으로 원활하게"라 함은, 상기 발광 다이오드에 의해 방출된 전자기 방사선이 밀봉재 내에 존재하는 발광 변환 물질에 의해 그 파장이 전혀 변환되지 않거나 아주 미미하게만 변환됨을 의미한다. 즉, 방사선은 상기 방사선의 필수 성분이 밀봉재의 구성 성분에 의해 흡수되지 않은 채로 발광 다이오드로부터 방출되었을 때와 동일한 파장으로 밀봉재를 빠져나온다. 다른 발광 다이오드에 의해 방출된 방사선은 바람직하게 적어도 부분적으로 발광 변환 물질에 의해 파장이 변환된다.
광 기록 장치의 적어도 하나의 실시예에 따라, 발광 다이오드들 중 하나에 의해 방출된 전자기 방사선의 파장 변환 성분이 상기 발광 다이오드에 의해 처음에 방출된 전자기 방사선과 섞여 혼합광이 생성된다. 상기 혼합광은 백색광인 것이 특히 바람직하다.
즉, 발광 다이오드들 중 하나는 예컨대 자외선-청색 스펙트럼 영역 내의 전자기 방사선을 방출하는데 사용된다. 상기 발광 다이오드에 의해 방출된 방사선의 최대 파장은 바람직하게 420nm 내지 470nm이다. 이 경우 발광 변환 물질은 예컨대 상기 방사선의 일부를 녹색-황색 스펙트럼 영역의 전자기 방사선으로 변환하는데 사용된다. 변환된 방사선의 최대 상대 스펙트럼 방사는 바람직하게 530nm 내지 580nm의 파장 범위 내에 놓인다. 혼합광으로는 바람직하게 백색광이 생성된다.
또한, 두 발광 다이오드 모두 자외선-청색 스펙트럼 영역의 광을 방출할 수 있다. 그럼으로써 두 발광 다이오드의 광이 발광 변환 물질로부터 방출된 광과 섞여 백색광이 생성될 수 있다.
또한, 발광 다이오드 내에 포함된 적어도 하나의 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드 칩에 의해 발광 다이오드들 중 적어도 하나의 백색광이 생성될 수도 있다.
또 다른 한 실시예에서는, 발광 다이오드들 중 하나가 적색, 녹색, 청색 또는 황색 스펙트럼 영역의 전자기 방사선을 생성하는데 사용된다.
광 기록 장치의 또 다른 한 실시예에서는 광 검출기가 제공된다. 상기 광 검출기는 물체로부터 반사된 전자기 방사선을 검출하는데 적합하다. 바람직하게는 방사선 펄스를 검출하는데 상기 검출기가 사용되고, 상기 방사선 펄스는 발광 다이오드들 중 하나에 의해 방출된 방사선 펄스의 반사 펄스이다. 상기 검출기의 감도는 발광 다이오드에 의해 방사된 전자기 방사선의 파장에 매칭될 수 있다. 즉, 상기 검출기는 바람직하게 발광 다이오드에 의해 방사된 전자기 방사선의 파장 범위 내에서 특히 감도가 높다. 이를 위해 바람직하게는 발광 다이오드들 중 하나가 적외선 스펙트럼 영역의 방사선 펄스를 발생시키는데 사용된다. 바람직하게는 상기 검출기가 적외선 스펙트럼 영역 내에서 매우 높은 감도를 보인다.
그 외에도 검출기 신호를 이용하여 물체와 검출기 사이의 거리를 측정하는데 적합한 분석 회로가 제공된다. 분석 회로를 이용한 검출기와 물체 사이의 거리 계산은 예컨대 방사선 펄스의 송출과 물체에 의해 반사된 펄스의 수신 사이의 소요 시간을 기초로 이루어진다. 또는 상기 분석 회로가 최초 펄스를 반사된 펄스와 비교함으로써 물체까지의 거리를 산출하는 것도 가능하다. 이때, 물체까지의 거리는 예컨대 펄스 형태의 비교를 통해 측정될 수 있다. 바람직하게는 펄스 진폭의 비교를 통해 물체까지의 거리를 측정하는 것도 가능하다.
상기 방식으로 측정된 물체와 검출기 사이의 거리는 광 기록 장치의 자동 초점 시스템 내에서 이용될 수 있다.
광 기록 장치의 또 다른 한 실시예에서는, 발광 다이오드들 중 적어도 하나가 500nm 이하, 일반적으로 300nm의 조명 지속 시간을 갖는 섬광을 발생시키는데 사용된다. 조명 지속 시간은 더 짧을 수도 있다(예: 100ms 내지 200ms 사이). 바람직하게는 상기 시간 간격 동안 발광 다이오드들 중 적어도 하나에 전류를 공급하는데 적합한 장치가 광 기록 장치 내에 제공된다. 상기 장치로서 펄스폭 변조 회로가 사용될 수 있다.
매우 바람직하게는 두 발광 다이오드 모두 전술한 방식으로 섬광을 발생시키는데 사용된다. 이 경우, 상기 장치는 두 발광 다이오드 모두를 위해 펄스를 발생시키는데 사용될 수 있다. 이때, 특히 발광 다이오드들 중 적어도 하나에 의해 방출된 광이 방사선의 파장 변환 성분과 혼합되어 백색광이 생성될 수 있다. 매우 바람직하게는 이러한 방식으로 두 발광 다이오드 모두 백색 섬광을 발생시키는데 사용된다.
광 기록 장치의 또 다른 한 실시예에서는, 섬광의 조명 강도가 규정에 따라 조정될 수 있다. 즉, 펄스식 전류 공급을 위한 장치는 예컨대 펄스 폭을 측정된 변수에 매칭시키기에 적합하다. 즉, 펄스 폭은 바람직하게 제어 변수에 의해 결정된다. 제어 변수로는 바람직하게 주변 휘도와 같은 측정값이 사용된다. 그리하여 예컨대 주변 휘도가 높으면, 조명 강도가 더 낮은 섬광을 발생시키면 된다. 그러면 섬광의 펄스 길이가 예컨대 감소할 수 있다. 또는, 섬광의 펄스 길이가 예컨대 광 기록 장치의 조명 지속 시간에도 매칭될 수 있다.
광 기록 장치의 또 다른 한 실시예에서는, 발광 다이오드들 중 적어도 하나를 펄스식으로 구동하기에 적합한 적어도 하나의 펄스폭 변조 회로가 제공된다. 펄스폭 변조 회로를 이용하여 예컨대 발광 다이오드의 구동시 발광 다이오드의 광도를 조절할 수 있다. 발광 다이오드의 접속 시간이 스위치-온 시간에 비해 더 짧을수록, 발광 다이오드의 광이 더 밝게 보인다. 이러한 방식으로 예컨대 발광 다이오드들 중 적어도 하나가 감광 광원으로서 구동될 수 있다.
광 기록 장치의 또 다른 한 실시예에서는, 광 기록 장치에 의해 제어된 일련의 영상 기록과 동시에 발광 다이오드들 중 적어도 하나에 전류를 공급하는데 적합한 장치가 제공된다. 상기 장치로서는 예컨대 펄스폭 변조 회로가 사용된다. 바람직하게는 상기 장치가 섬광뿐만 아니라 영상 기록의 순서도 제어한다. 그럼으로써 예컨대 광 기록 장치를 통해 비디오 시퀀스가 기록되는 경우 상기 비디오 기록의 각각의 개별 영상이 관련 섬광으로 조명될 수 있다. 시각적 신호 처리의 관성으로 인해, 관찰자에게는 시퀀스들이 연속하여 조명되는 것처럼 보인다. 그러나 조명 펄스를 영상 기록에 정확하게 동조시키는 것은 발광 다이오드의 지속 구동에 비해 에너지가 크게 절약될 수 있다는 장점을 제공한다. 또한, 발광 다이오드의 펄스 구동시 지속 구동에 비해 발광 다이오드에 구동에 의한 열 발생이 감소한다. 이로써 바람직하게 발광 다이오드의 충분한 냉각에 필요한 비용이 감소한다.
전술한 모든 실시예에서는 특히 바람직하게 상호 역병렬 방식으로 접속된 두 발광 다이오드가 서로에 대해 차단 방향의 정전기 방전에 대한 보호 장치의 역할을 한다. 그러한 ESD 전압 펄스는 광전 소자의 기능을 손상시킬 수 있고, 심지어 광전 소자의 파손을 유발할 수 있다. 이제 전술한 ESD 전압 펄스로 인해 발광 다이오드 장치를 통해 전류가 흐르면, 상기 전류는 발광 다이오드들 중 하나를 통해 도전 방향으로 유도된다. 그럼으로써 다른 발광 다이오드의 파손 위험이 감소한다.
광 기록 장치의 또 다른 한 실시예에서는, 광 기록 장치로서 카메라폰, 디지털 카메라, 비디오 카메라, 카메라가 제공된다. 이러한 장치에서는 전류 절약형 및 공간 절약형 발광 다이오드 구조가 특히 바람직하다.
그 밖에도 본 발명에서는 적어도 하나의 발광 다이오드를 펄스식으로 구동하는 방법에 제공되며, 상기 방법에서는 발광 다이오드들이 광 기록 장치에 의해 제어된 일련의 영상 기록과 동시에 전류를 공급받는다. 이때, 바람직하게는 발광 다이오드의 전류 공급이 동일한 메커니즘(예: 영상 기록의 순서)에 의해 제어된다. 즉, 광 기록 장치가 바람직하게는 발광 다이오드의 전류 공급뿐만 아니라 영상 기록의 순서도 제어한다. 이 경우, 발광 다이오드는 광 기록 장치의 하우징 내에 통합될 수도 있고, 외부 조명원으로서 외부에 배치될 수도 있다. 상기 방식으로 특히 다수의 발광 다이오드가 광 기록 장치에 의해 영상 기록과 동시에 전류를 공급받을 수 있다. 전술한 것처럼, 발광 다이오드들의 동시 구동은 비디오 기록에 특히 적합하다. 다수의 발광 다이오드가 사용되면, 비디오 시퀀스는 바람직하게 다양한 방향에서 조명될 수 있다.
또한, 발광 다이오드에 ESD 보호 장치로서의 추가 발광 다이오드가 역병렬 방식으로 접속될 수 있다. 또는, 발광 다이오드에 예컨대 제너 다이오드 또는 전기 저항이 ESD 보호 장치로서 병렬 접속되는 것도 가능하다.
하기에서는 실시예들 및 상기 실시예들과 관련된 도면들을 참고로 본 발명에 따른 발광 다이오드 장치를 더 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 발광 다이오드 장치의 제 1 실시예의 등가 회로도의 일례이다.
도 2는 본 발명에 따른 발광 다이오드 장치의 제 2 실시예의 등가 회로도의 일례이다.
도 3은 본 발명에 따른 발광 다이오드 장치의 한 실시예의 개략적 횡단면도이다.
도 4A는 상기 발광 다이오드 장치의 한 실시예에 대한 전류-시간 그래프의 일례이다.
도 4B는 상기 발광 다이오드 장치의 한 실시예에 대한 전류-시간 그래프의 일례이다.
도 5는 본 발명에 따른 광 기록 장치 내부에 배치된 상기 발광 다이오드 장치의 한 실시예의 개략적 횡단면도이다.
실시예들 및 도면들에서 동일한 구성 요소 또는 동일한 작용을 하는 구성 요 소에 각각 동일한 도면 부호를 부여하였다. 도시된 구성 요소들 및 이들의 상호 크기 비율은 정확한 축척에 맞게 도시되지 않았다. 오히려 몇몇 세부도는 더 나은 이해를 돕기 위해 훨씬 더 크게 도시되어 있다.
도 1에는 본 발명에 따른 발광 다이오드 장치의 제 1 실시예의 등가 회로도의 일례가 도시되어 있다. 발광 다이오드 장치는 상호 역병렬 방식으로 접속된 제 1 발광 다이오드(1) 및 제 2 발광 다이오드(2)를 포함한다. 제 1 발광 다이오드(1)는 예컨대 파장 λ1을 갖는 광을 발생시키는데 적합하고, 제 2 발광 다이오드(2)는 예컨대 파장 λ2를 갖는 광을 발생시키는데 적합하다. 상호 역병렬 방식으로 접속된 발광 다이오드들은 펄스폭 변조 회로(8)를 통해 교대 방향의 전류를 공급받는다.
제 1 발광 다이오드(1)는 예컨대 시간 간격 t 1 동안 도전 방향으로 강도 I 1 의 전류를 공급받음으로써, 상기 시간 간격(t1) 동안 파장 λ1의 전자기 방사선을 방출한다.
제 2 발광 다이오드(2)는 시간 간격 t 2 동안 도전 방향으로 강도 I 2 의 전류를 공급받음으로써, 상기 시간 간격(t2) 동안 파장 λ2의 전자기 방사선을 방출한다.
이와 관련하여 도 4A에, 시간 간격 t 1 동안 전류 I 1 이 흐르고 시간 간격 t 2 동안 전류 I 2 가 각각 흐르는 발광 다이오드 장치의 전류-시간 그래프의 일례가 도시되어 있다.
펄스폭 변조 회로의 주파수는 1/(t 1 +t 2 )이다. 상기 펄스폭 변조 회로의 주파수는 100Hz 이상인 것이 바람직하다. 따라서 사람의 눈의 경우, 상기 두 파장(λ1 및 λ2)이 분리된 것으로 인지될 수 없고, 혼합되어 상기 파장(λ1 및 λ2)의 성분들을 포함하는 하나의 광으로 보인다. 이때, 상기 시간 간격들(t 1 및 t 2 )은 동일한 길이일 수도 있고, 상이한 길이일 수도 있다. 예를 들어 t 1 이 t 2 보다 길면, 발광 다이오드 장치에 의해 방사된 광은 파장 λ1의 성분을 더 많이 포함한다.
추가로, 도 4B에 도시된 것처럼 소정의 무효 시간(t 3 ) 동안에는 발광 다이오드 장치를 통해 전류가 흐르지 않을 수 있다(즉, I 3 = 0). 이러한 방식으로, 발광 다이오드 장치의 방사 전력이 조절될 수 있다. 장치를 통해 전류가 흐르지 않는 시간 간격(t 3 )이 t 1 및 t 2 에 비해 클수록, 장치에 의해 방사된 광이 덜 밝게 보인다. 여기서도 마찬가지로, 방사된 광의 깜박임을 사람이 인지할 수 없도록 시간 간격들을 충분히 작게 하는 것이 중요하다.
도 2에는 발광 다이오드 장치의 제 2 실시예의 일 등가 회로도가 도시되어 있다. 여기서는 2개의 발광 다이오드(2a 및 2b)가 서로 직렬로 접속되고, 이 직렬 회로에 제 1 발광 다이오드(2a)가 역병렬 방식으로 접속된다. 이에 상응하여 발광다이오드 2a 및 2b는 시간 간격 t 2 동안 동시에 도전 방향으로 구동되고, 이때 파장 λ2a및 λ2b의 전자기 방사선을 방출한다. 이러한 방식으로 발광 다이오드 장치에 의해 방출된 전자기 방사선에 추가의 광 성분이 첨가될 수 있다.
도 3에는 발광 다이오드 장치의 한 실시예의 개략적 횡단면도가 도시되어 있다. 여기서 제 1 발광 다이오드(1)는 예컨대 420nm 내지 470nm의 파장 범위 내 전자기 방사선을 방출하는데 적합한 발광 다이오드 칩이다. 바람직하게는 방출된 방사선의 최대 파장이 450nm이다. 예컨대 발광 다이오드(1)로서 단일 발광 다이오드 칩이 사용될 수 있다.
제 1 발광 다이오드(1)는 예컨대 350mA의 전류(I 1 )를 이용하여 도전 방향으로 구동될 수 있다. 바람직하게는 제 1 발광 다이오드가 50ms의 시간 간격(t1) 동안 도전 방향으로 구동된다. 상기 발광 다이오드(1)는 제 1 단자부(3a)에 접합되고, 와이어 본딩 접촉(4a)을 통해 제 2 단자부(3b)와 접촉된다. 상기 제 1 발광 다이오드에 역병렬 방식으로 제 2 발광 다이오드(2)가 접속되며, 상기 제 2 발광 다이오드는 예컨대 제 2 단자부(3b)에 접합되고, 와이어 본딩 접촉(4b)을 통해 제 1 단자부(3a)와 접촉된다. 예컨대 제 2 발광 다이오드(2)로서 단일 발광 다이오드 칩이 사용될 수 있다.
제 2 발광 다이오드(2)는 예컨대 적색 스펙트럼 영역의 전자기 방사선을 방출하는데 적합하다. 제 2 발광 다이오드(2)에 의해 방출된 방사선의 최대 파장은 바람직하게 600nm 내지 750nm이다. 매우 바람직하게는 시간 간격 t 2 동안 도전 방향으로 1mA 내지 30mA의 전류 세기(I 2 )를 갖는 전류가 제 2 발광 다이오드(2)에 공급된다. 이때 상기 시간 간격은 약 50ms인 것이 바람직하다. 두 발광 다이오드(1, 2) 모두 베이스(5)의 리세스 내에 배치되어 공통의 밀봉재(6)로 둘러싸인다.
바람직하게는 상기 밀봉재(6)가 발광 다이오드(1, 2)에 의해 방출된 전자기 방사선을 통과시키는 에폭시 캐스트 수지 또는 실리콘을 함유한다. 또한, 상기 밀봉재(6)는 바람직하게 발광 다이오드(1)에 의해 방출된 청색광의 일부를 황색 스펙트럼 영역의 광으로 변환하는데 적합한 발광 변환 물질(7)을 함유한다. 이때, 황색광은 바람직하게 530nm 내지 580nm의 스펙트럼 영역 내에 속한다. 매우 바람직하게는 황색광의 최대 파장이 약 565nm이다.
발광 다이오드(1)의 청색광 및 발광 변환 물질의 황색광이 혼합되어 백색광이 생성된다. 백색광의 색좌표는 CIE 1931에 따라 예컨대 C x = 0.32이고, C y = 0.31이다. 색온도는 바람직하게 약 6500K이다.
따라서 발광 다이오드 장치는 시간 간격 t 1 동안 백색광을 방출하고, 시간 간격 t 2 동안 적색광을 방출한다. 이때, 시간 간격 t 2 가 t 1 보다 연장되거나 제 2 발광 다이오드(2)의 구동시 사용되는 전류 세기(I 2 )가 증대되면 적색광 성분이 증가할 수 있다. 도 2에 따라 적색광을 방사하는 추가의 발광 다이오드(2b)가 직렬로 접속될 수도 있다. 상기 제 2 발광 다이오드(2)의 적색광은 바람직하게 발광 변환 물질에 의해 그 파장이 변환되지 않으면서 밀봉재를 관통한다.
바람직하게는 상호 역병렬 방식으로 접속된 발광 다이오드들(1, 2)이 으로 서로 차단 방향 ESD의 보호 장치의 역할을 한다. 예컨대 발광 다이오드 장치는 이러한 방식으로 JESD 22-A114-B에 따라 2kV까지 ESD에 대해 안전하다.
도 5에는 광 기록 장치(10) 내에 배치된 발광 다이오드 장치(11)의 한 실시예의 개략적 횡단면도가 도시되어 있다.
제 1 발광 다이오드(1)는 예컨대 자외선-청색 스펙트럼 영역의 전자기 방사선을 방출하는데 적합하다. 제 1 발광 다이오드는 예컨대 420nm 내지 470nm의 전자기 방사선을 방출하는데 적합하다. 바람직하게는 방출된 방사선의 최대 파장이 450nm이다. 제 1 발광 다이오드(1)는 예컨대 도전 방향으로 약 350mA의 일정한 전류를 공급받기에 적합하다. 제 2 발광 다이오드(2)는 제 1 발광 다이오드(1)와 동일한 구성을 가질 수 있다. 또는, 제 2 발광 다이오드(2)가 예컨대 제 1 발광 다이오드(1)보다 더 작게 설계될 수도 있다. 즉, 제 2 발광 다이오드는 도전 방향으로 예컨대 1mA 내지 50mA의 전류로 구동될 수 있다.
발광 다이오드(2)의 기능에 따라, 상기 발광 다이오드(2)가 전자기 방사선을 방출하기에 적합한 파장 범위가 매칭될 수 있다. 상기 발광 다이오드(2)는 예컨대 적색 또는 적외선 스펙트럼 영역의 전자기 방사선을 방출하는데 적합할 수 있다.
두 발광 다이오드(1, 2) 모두 바람직하게 공통 하우징 내에 배치된다. 이를 위해 두 발광 다이오드(1, 2)는 예컨대 베이스(5)의 리세스 내에 배치되어 공통의 밀봉재(6)로 둘러싸인다. 바람직하게는 상기 밀봉재(6)가 발광 다이오드(1, 2)에 의해 방출된 전자기 방사선을 통과시키는 에폭시 캐스트 수지 또는 실리콘을 함유한다. 또한, 상기 밀봉재(6)는 바람직하게 발광 다이오드(1)에 의해 방출된 청색광의 일부를 황색 스펙트럼 영역의 광으로 변환하는데 적합한 발광 변환 물질(7)을 함유한다. 이때, 황색광은 바람직하게 530nm 내지 580nm의 스펙트럼 영역 내에 속 한다. 매우 바람직하게는 황색광의 최대 파장이 약 565nm이다. 발광 다이오드(1)의 청색광 및 발광 변환 물질(7)의 황색광이 혼합되어 백색광이 생성된다.
발광 다이오드들(1, 2)은 예컨대 단자부(3a, 3b)를 통해 하우징의 외부로부터 접촉될 수 있고, 하우징 내부에서는 와이어 본딩(4a, 4b)을 통해 서로 역병렬 방식으로 접속된다. 예컨대 발광 다이오드(1, 2)로서 각각 개별 발광 다이오드 칩이 제공된다. 또한, 다수의(예: 4개 또는 5개) 발광 다이오드 칩(1)이 하나의 공통 하우징 내에 배치될 수 있다. 그러한 경우 발광 다이오드 칩(1)에 발광 다이오드(2)가 역병렬 방식으로 접속된다. 발광 다이오드 칩(1)은 예컨대 세라믹 캐리어 상에 배치될 수 있다. 발광 다이오드 칩(1)으로서 예컨대 녹색광을 방출하는 2개의 발광 다이오드 칩, 1개의 청색광 방출 발광 다이오드 칩 및 1개의 적색광 방출 발광 다이오드 칩이 제공될 수 있다. 이 경우, 상기 발광 다이오드 칩들(1)이 공동으로 구동되면 백색광을 방출시키기에 적합해진다.
광 기록 장치의 한 실시예에서는, 예컨대 발광 다이오드(2)가 사진 촬영시 적목 현상을 감소하기 위해 사전 플래시(pre-flash)로서 사용될 수 있다. 이 경우, 제 2 발광 다이오드(2)는 청색 스펙트럼 영역의 광을 방출시킴으로써 상기 방출된 전자기 방사선이 발광 변환 물질(7)에 의해 방출된 방사선과 섞여 백색광이 생성되도록 하는데 사용된다.
그 외에도, 제 2 발광 다이오드(2)는 적색 스펙트럼 영역의 광을 방출할 수 있다. 이 경우, 제 2 발광 다이오드(2)는 특히 눈을 보호하는 사전 플래시로서 사용될 수 있다.
또 다른 한 실시예에서는 추가로 펄스폭 변조 회로(8)가 제공되며, 상기 펄스폭 변조 회로를 통해 제 2 발광 다이오드(2)가 도전 방향으로 구동될 수 있다. 이러한 방식으로 제 2 발광 다이오드(2)가 감광 손전등 류의 감광 조명원으로서 이용될 수도 있다. 이 경우 제 2 발광 다이오드(2)는 25 내지 35mA의 전류로 구동되는 것이 매우 바람직하다.
또 다른 한 실시예에서는, 제 2 발광 다이오드(2)가 사전 플래시 및 감광 손전등의 기능을 모두 가질 수 있다.
이 경우, 광 기록 장치 내에서의 공간 절약적인 발광 다이오드들(1, 2)의 배치 및 전류 절약형 제 2 발광 다이오드(2)는 휴대폰이나 디지털 카메라와 같은 콤팩트한 장치 내에서 매우 바람직하게 사용될 수 있다.
광 기록 장치의 또 다른 한 실시예에서는, 제 1 발광 다이오드(1)가 플래시로서 구동될 수 있도록 하는 장치가 제공된다. 상기 장치로는 예컨대 펄스폭 변조 회로(8)가 사용될 수 있다. 이때, 조명 지속 시간은 바람직하게 외부 밝기에 매칭될 수 있다. 이를 위해, 플래시가 터지기 전에 예컨대 광 검출기(13)를 이용하여 주변 밝기가 측정되어 조명 지속 시간이 상기 측정값에 매칭될 수 있다. 광 검출기(13)로서 예컨대 포토 다이오드나 포토 트랜지스터가 사용된다.
광 기록 장치의 또 다른 한 실시예에서는, 예컨대 적외선 스펙트럼 영역 내 광을 방출시키기 위해 제 2 발광 다이오드(2)가 사용된다. 추가로 광 기록 장치가 예컨대 촬영될 물체에 의해 반사된 제 2 발광 다이오드(2)의 광을 검출하는데 적합한 검출기(13)를 포함한다. 이 경우, 상세한 설명 부분에서 언급한 것과 같은 분 석 회로(14)를 이용하여 물체와 검출기(13) 사이의 거리 및 그에 따른 물체와 기록 장치 사이의 거리가 측정될 수 있다. 그렇게 해서 얻은 거리 정보는 예컨대 물체의 선명한 영상이 촬영될 수 있도록 렌즈를 조정하는데 이용될 수 있다.
광 기록 장치의 또 다른 한 실시예에서는, 발광 다이오드들(1, 2) 중 적어도 하나가 적외선 스펙트럼 영역의 전자기 방사선을 발생시키는데 사용된다. 이때, 상기 발광 다이오드의 광은 예컨대 플래시 또는 광 기록 장치의 야간 모드용 지속 조명으로서 사용될 수 있다. 즉, 이 경우 광 기록 장치는 적외선 주파수 영역 내에 속하는 발광 다이오드의 반사된 전자기 방사선을 수신하여 가시광 주파수 영역의 광으로 변환하는데 사용된다.
광 기록 장치의 또 다른 한 실시예에서는, 발광 다이오드들(1, 2)이 서로 차단 방향 ESD의 보호 장치의 역할을 한다. 바람직하게는 상기 발광 다이오드 장치가 JESD 22-A114-B에 따라 2kV까지 ESD에 대해 안전하다.
본 특허 출원은 독일 특허 출원 제 102004031689.9-34호 및 제 102004042185.4-52호의 우선권을 주장하며, 상기 우선권 문서들의 공개 내용은 인용을 통해 본 특허 출원서에 명백히 포함될 것이다.
본 발명은 실시예들에 기초한 상기 설명에 의해 제한되는 것은 아니다. 오히려 본 발명은 각각의 새로운 특징뿐만 아니라 특히 청구항의 특징들의 각각의 조합을 내포하는 각각의 특징 조합을 포함하며, 이는 비록 상기 특징들 또는 상기 조합 자체가 청구의 범위 또는 실시예에 명시되어 있지 않더라도 마찬가지다.

Claims (27)

  1. 역병렬(anti-parallel) 방식으로 상호 접속된 2개의 발광 다이오드(1, 2)를 포함하는 발광 다이오드 장치로서, 상기 발광 다이오드에 교대 방향으로 전류를 공급하는데 적합한 장치(8)가 제공되는,
    발광 다이오드 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 장치(8)는 상기 발광 다이오드들에 미리 정해진 시간 간격 동안 미리 정해진 방향 및 세기로 전류를 공급하는데 적합한,
    발광 다이오드 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 장치(8)는 펄스폭 변조 회로인,
    발광 다이오드 장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드들(1, 2)이 공통의 하우징(5) 내에 배치되는,
    발광 다이오드 장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드들(1, 2)은 상이한 파장의 광을 방출하는데 적합한,
    발광 다이오드 장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드들(1, 2) 중 하나에 의해 방출된 전자기 방사선 중 적어도 일부의 파장을 변환하는데 적합한 발광 변환 물질(7)이 제공되는,
    발광 다이오드 장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드들(1, 2)이 하나의 밀봉재(6)로 둘러싸이는,
    발광 다이오드 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 발광 다이오드들 중 하나(2)는, 상기 밀봉재(6)를 원활하게 관통할 수 있는 파장의 전자기 방사선을 방출하는데 적합한,
    발광 다이오드 장치.
  9. 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    발광 다이오드들 중 하나(1)에서 방출된 전자기 방사선이 상기 방사선의 파 장 변환 성분과 섞여 혼합광을 형성할 수 있는,
    발광 다이오드 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 발광 다이오드들 중 하나(1)는 420nm 내지 470nm의 파장을 가진 전자기 방사선을 방출하는데 적합하고, 상기 발광 변환 물질(7)은 상기 방사선의 일부를 530nm 내지 580nm의 파장을 갖는 전자기 방사선으로 변환하는데 적합한,
    발광 다이오드 장치.
  11. 제 1항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드들 중 하나(2)는 적색, 녹색 또는 황색 스펙트럼 영역의 전자기 방사선을 방출하기에 적합한,
    발광 다이오드 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 발광 다이오드들 중 하나(2는 600nm 내지 750nm의 파장을 갖는 적색 스펙트럼 영역 내 전자기 방사선을 방출하기에 적합한,
    발광 다이오드 장치.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드들은 상호 ESD 보호 장치를 형성하는,
    발광 다이오드 장치.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드들 중 적어도 하나(2a)에 적어도 1개의 추가 발광 다이오드(2b)가 직렬로 접속되는,
    발광 다이오드 장치.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    자동차 실내 조명, 카메라 또는 비디오 카메라와 같은 장치 내에 조명 장치로서 제공되는,
    발광 다이오드 장치.
  16. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,
    물체에 의해 반사된 전자기 방사선 펄스를 검출하는데 적합한 광 검출기(13), 및
    상기 검출기 신호를 이용하여 물체와 검출기 사이의 거리를 측정하는데 적합한 분석 회로(14)를 포함하는,
    발광 다이오드 장치.
  17. 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드들(1, 2)은 발광 변환 물질(7)을 함유하는 1개의 공통 밀봉재(6)로 둘러싸이고, 상기 발광 다이오드들 중 하나(2)에 의해 방출된 전자기 방사선은 변환되지 않은 상태로 상기 밀봉재(6)를 관통하며, 다른 한 발광 다이오드(1)에 의해 방출된 방사선은 적어도 부분적으로 상기 발광 변환 물질(7)에 의해 그 파장이 변환되는,
    발광 다이오드 장치.
  18. 제 1항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    광을 발생시키기 위해 ESD 보호 다이오드가 제공되는,
    발광 다이오드 장치.
  19. 제 1항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드들(1, 2) 중 적어도 하나는 박막 구조 방식의 발광 다이오드 칩을 포함하는,
    발광 다이오드 장치.
  20. 제 1항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 따른 발광 다이오드 장치(11)를 포함하는,
    광 기록 장치.
  21. 제 20항에 있어서,
    물체에 의해 반사된, 상기 발광 다이오드들(1, 2) 중 하나의 전자기 방사선 펄스를 검출하는데 적합한 광 검출기(13) 및 상기 검출기 신호를 이용하여 물체와 검출기 사이의 거리를 측정하는데 적합한 분석 회로(14)가 제공되는,
    광 기록 장치.
  22. 제 20항 또는 제 21항에 있어서,
    상기 발광 다이오드들(1, 2) 중 적어도 하나는 500nm 이하의 조명 지속 시간을 갖는 섬광(flash)을 발생시키는데 적합한,
    광 기록 장치.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 섬광의 조명 강도는 규정에 따라 조정될 수 있는,
    광 기록 장치.
  24. 제 20항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드들 중 적어도 하나(1, 2)는 지속 모드에서 조명하는데 적합한,
    광 기록 장치.
  25. 제 20항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 기록 장치에 의해 제어된 일련의 영상 기록과 동시에 상기 발광 다이오드들 중 적어도 하나(1, 2)에 전류를 공급하는데 적합한 장치가 제공되는,
    광 기록 장치.
  26. 제 20항 내지 제 25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 기록 장치로서 카메라폰, 디지털 카메라 또는 비디오 카메라가 제공되는,
    광 기록 장치.
  27. 적어도 하나의 발광 다이오드를 펄스 방식으로 구동하기 위한 방법으로서,
    상기 광 기록 장치에 의해 제어된 일련의 영상 기록과 동시에 상기 발광 다이오드에 전류를 공급하는,
    발광 다이오드의 펄스식 구동 방법.
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