KR20100138781A - 발광 다이오드 장치 - Google Patents

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고이치 후카사와
사다토 이마이
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시티즌 덴시 가부시키가이샤
시티즌 홀딩스 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 열전도성을 갖는 베이스와, 이 베이스의 한 면에 부착되어 표면에 전극이 형성된 절연성의 기판과, 상기 베이스의 한 면의 일부가 노출되도록 상기 전극 및 상기 기판을 관통하여 마련된 관통 구멍에 의해 형성되는 적어도 1개의 베이스 실장 영역과, 이 베이스 실장 영역에서 상기 베이스 상에 실장되며 상기 전극에 전기적으로 접속되는 복수의 발광 다이오드 소자와, 상기 베이스 실장 영역의 주위를 둘러싸도록 배치되는 발광 영역을 형성하도록 구성된 프레임을 구비하는 발광 다이오드 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

Description

발광 다이오드 장치{LIGHT-EMITTING DIODE APPARATUS}
<관련 출원과의 상호 참조>
본 출원은 2009년 6월 23일자로 출원한 일본 특허 출원 제2009-148996호에 기초로 하고, 이것에 대한 우선권을 주장하며, 이 우선권 주장 출원의 개시 내용은 그 전체가 인용에 의해 본 명세서에 원용된다.
본 발명은 복수의 발광 다이오드 소자를 집합하여 각종 조명용 광원으로서 사용할 수 있는 발광 다이오드 장치에 관한 것이다.
종래, 화합물 반도체인 발광 다이오드 소자(이하, LED 소자라 칭함)는 긴 수명 및 소형화의 특징을 살려 광원 장치로서 폭넓게 이용되고 있다. 또한, 질화갈륨계 화합물 반도체 등으로 형성된 청색 발광 LED 소자가 개발됨으로써, 백색광이나 유사 백색광의 광원 장치의 제품화가 진행되고, 나아가서는 LED 소자의 방열을 고안한 고휘도 고출력의 광원 장치도 제품화되고 있다. 또한, 1개의 LED 소자로는 발광량에 한계가 있기 때문에, 1장의 기판에 복수의 LED 소자를 실장하여 점등시킴으로써, 큰 광량을 얻을 수 있는 집합형 발광 다이오드(이하, LED라 칭함) 혹은 LED 광원 유닛이 개시되어 있다[예컨대, 일본 특허 공개 제2006-295085호 공보(제3 페이지, 도 1) 참조].
도 18은 종래의 LED 광원 유닛(100)을 나타내고 있다. 이 LED 광원 유닛(100)은 가늘고 긴 절연 기판(101)과, 이 절연 기판(101)의 한 면에서 길이 방향으로 간격을 두고 일렬로 배치된 복수의 LED 소자(110)와, 도시하지 않지만, 절연 기판(101)의 다른 면에 고착된 금속판 등으로 구성되어 있다. 절연 기판(101)은 그 양측에 배치된 2개의 전극 단자(102a, 102b)를 가지며, 각각의 전극 단자(102a, 102b)로부터는 전극(104)이 LED 소자(110)의 열을 따라 형성되고, 각 LED 소자(110)의 근방에 접속 전극(103a, 103b)이 열을 지어 배치된다.
복수의 LED 소자(110)는, 와이어(111)에 의해 근방의 접속 전극(103a, 103b)에 접속되어 있다. 이에 따라, 각 LED 소자(110)는 전극 단자(102a, 102b)에 대하여 병렬로 접속된다. 전극 단자(102a, 102b)에 구동 전압이 공급되면, 각 LED 소자(110)에 구동 전류가 흘러 모든 LED 소자(110)가 일제히 점등된다. 각 LED 소자(110)는 밀봉 부재(105)에 의해 밀봉되고, 기계적 또한 전기적으로 보호된다. 이 종래의 LED 광원 유닛(100)은 복수의 LED 소자를 열을 지어 배치하여 동시 점등시킬 수 있기 때문에, 비교적 큰 발광 광량을 얻을 수 있다. 또한, 이 종래의 LED 광원 유닛에서는, 복수의 LED 광원 유닛을 라인형으로 배치하거나, 또는 2차원적으로 배치함으로써, 다양한 형태의 광원을 용이하게 형성할 수 있는 것을 나타내고 있다.
그러나, 전술한 종래의 LED 광원 유닛에서는, LED 소자가 선형으로 배치되기 때문에 발광 영역이 가늘고 긴 직사각 형상이 되어, 광원 유닛으로부터의 출사광을 집광해야 하는 등, 광학 설계가 어렵다는 문제가 있었다. 또한, 복수의 광원 유닛을 배열하여 대략 사각형의 발광 영역을 형성하면, 광학 설계는 비교적 용이해지지만, 별개의 부재인 복수의 광원 유닛 사이에 간극이 생기기 때문에, LED 소자의 밀도를 높이기 어려워 루멘 밀도(전체 광속 밀도)가 높은 광원 장치를 얻는 데에는 한계가 있었다.
여기서, 일반적인 광원에 있어서, 이 루멘 밀도가 우수하면, 출사광을 집광하는 렌즈 등의 광학 설계를 하는 데 있어서 매우 유리하며, 또한, 고휘도 고출력으로 발광 효율이 우수한 광원을 용이하게 실현할 수 있다. 이에, 각종 조명용 광원으로서 루멘 밀도가 높은 광원 장치가 점점 더 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 발광부가 작고, 또한, 간단한 광학 설계로 전체 루멘 밀도가 높은 광원 장치를 얻을 수 있는 LED 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 장치는, 상면과, 상면에 대향하는 하면과, 상면과 하면 사이의 주연부 측면을 구비한 열전도성을 갖는 베이스와, 전극이 형성된 상면과, 상면에 대향하는 하면과, 이 상면과 하면을 관통하는 관통 구멍을 갖는 절연성의 기판과, 이 기판의 하면이 상기 베이스의 상면에 부착되고, 상기 베이스의 상면의 일부가 기판의 관통 구멍으로부터 노출되어 형성되는 적어도 1개의 베이스 실장 영역과, 이 전극은 관통 구멍의 양측을 따라 설치되고, 이 베이스 실장 영역 상에 실장되며 또한 각각이 서로 상기 전극에 전기적으로 접속되는 복수의 LED 소자와, 상기 베이스 실장 영역의 주위를 둘러싸도록 배치되어 발광 영역을 형성하는 프레임을 구비한다.
또한, 복수의 LED 소자는 관통 구멍의 양측에 설치된 전극과 접속하도록 이 전극 사이에 복수개 나열 배치되고, 복수의 LED 소자가 서로 직렬로 접속된 직렬 접속 유닛을 구성하며, 이 유닛이 복수개 설치되어 서로 전극에 병렬 접속된다.
다른 실시예에서는, 상면과, 상면에 대향하는 하면과, 상면과 하면 사이의 주연부 측면을 구비한 열전도성을 갖는 베이스와, 전극이 형성된 상면과, 상면에 대향하는 하면과, 이 상면과 하면을 관통하는 복수의 가늘고 긴 관통 구멍을 갖는 절연성의 기판과, 이 기판의 하면이 상기 베이스의 상면에 부착되고, 상기 베이스의 상면의 일부가 기판의 복수의 관통 구멍으로부터 노출되어 형성되는 복수의 베이스 실장 영역과, 이 복수의 베이스 실장 영역의 각각에 실장되는 복수의 LED 소자와, 상기 복수의 베이스 실장 영역의 주위를 둘러싸도록 배치되어 발광 영역을 형성하는 프레임을 구비하며, 이 기판에 형성된 복수의 가늘고 긴 관통 구멍은 그 길이 방향과 평행하게, 또한 길이 방향과 수직인 폭 방향으로 간격을 두고 배치되고, 폭 방향으로 인접한 복수의 관통 구멍 사이에는 기판 상면에 설치된 전극이 인접한 관통 구멍과 평행하게 독립적으로 설치되어 이 복수의 LED 소자와 전기적으로 접속된다.
또한, 이 전극은, 길이 방향과 평행하게 배치된 복수의 관통 구멍의 폭 방향 외측 양측에 독립된 전극을 각각 구비하고, 각 관통 구멍으로부터 노출된 베이스 실장 영역에는 각 관통 구멍의 폭 방향으로 나열 배치된 적어도 2개의 LED 소자가 탑재되어, 각 관통 구멍의 폭 방향으로 인접 배치된 2개의 독립된 전극에 직렬 접속된다.
또한, 직렬 접속되어 나열 배치된 적어도 2개의 LED 소자로 이루어진 유닛이 각각의 관통 구멍의 길이 방향으로 복수개 설치되어 직렬 접속 유닛을 복수 형성하고, 각 관통 구멍으로부터 노출된 베이스 실장 영역에 탑재된 복수의 유닛은 각 관통 구멍의 폭 방향으로 인접해 배치되는 독립된 전극에 서로 병렬 접속된다.
LED 소자를 복수개 배치하는 경우에, 각 유닛 내에서 LED 소자를 직렬 접속한 유닛을 복수개 설치하고, 또한 복수의 유닛을 서로 병렬 접속시킴으로써 개개의 LED 소자의 휘도를 유지하면서, 일부가 단선된 경우에도 나머지 LED 소자는 점등이 가능한 구조로 되어 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 장치의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 장치의 발광 영역의 확대도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 장치의 LED 소자의 접속을 설명한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 장치의 동작을 설명한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 장치에 방열 부재를 부착한 상태를 나타낸 측면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 장치의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 장치의 발광 영역의 확대 평면도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 장치의 LED 소자의 접속을 설명한 회로도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED 장치의 평면도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED 장치의 발광 영역의 확대 평면도이다.
도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 LED 장치의 평면도이다.
도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 LED 장치의 발광 영역의 확대 평면도이다.
도 14는 본 발명의 제5 실시예에 따른 LED 장치의 평면도이다.
도 15는 본 발명의 제5 실시예에 따른 LED 장치의 LED 소자의 접속을 설명한 회로도이다.
도 16은 본 발명의 제6 실시예에 따른 LED 장치의 평면도이다.
도 17은 본 발명의 제6 실시예에 따른 LED 장치의 LED 소자의 접속을 설명한 회로도이다.
도 18은 종래의 LED 광원 유닛의 평면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
[제1 실시예]
도 1 내지 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 장치를 나타낸다. 이 제1 실시예에 있어서의 LED 장치(1)는, 발광 영역을 설정하고, 이 발광 영역의 내측에 베이스 실장 영역을 마련하여 복수의 LED 소자를 베이스 실장 영역에 실장하는 구조를 갖는다.
상세하게는, 이 LED 장치(1)는, 예컨대 상면과, 상면에 대향하는 하면과, 상면과 하면 사이의 주연부 측면을 구비한 열전도성을 갖는 베이스(2)와, 전극(11a, 11b, 18a, 18b)이 형성된 상면과, 상면에 대향하는 하면과, 상면과 하면을 관통하는 복수의 가늘고 긴 관통 구멍(13a, 13b, 13c)을 갖는 절연성의 기판(10)으로서, 이 기판(10)의 하면이 상기 베이스(2)의 상면에 고착되는 박판형의 기판(10)과, 이 기판(10) 상에 설치된 프레임(14)을 구비한다(도 1 및 도 2 참조). 또한, 베이스(2)는, 예컨대 알루미늄재 등의 높은 열전도성을 구비한 금속판으로 이루어진다.
기판(10)에 형성된 복수의 가늘고 긴 관통 구멍(13a, 13b, 13c)은 그 길이 방향과 평행하게, 또한 길이 방향과 수직인 폭 방향으로 간격을 두고 배치되고, 폭 방향으로 인접한 복수의 관통 구멍(13a, 13b, 13c) 사이에는 기판 상면에 설치된 전극(18a, 18b)이 인접한 관통 구멍과 평행하게 독립적으로 설치되어 복수의 LED 소자(20)와 전기적으로 접속된다. 또한, 폭 방향으로 배치된 간격은 관통 구멍(13a, 13b, 13c) 사이에 독립된 전극(18a, 18b)을 배치하기 위한 간격이다.
또한, 본 실시예에서는, 기판(10)의 상면과 하면을 관통하는 관통 구멍(13a, 13b, 13c)은 가늘고 긴 형상의 관통 구멍으로서, 그 길이 방향과 평행하게, 또한 길이 방향과 수직인 폭 방향으로 간격을 두고 배치되고, 폭 방향으로 인접한 복수의 관통 구멍 사이에는, 기판 상면에 설치된 전극(18a, 18b)이, 인접한 관통 구멍과 평행하게 독립적으로 설치되어 복수의 관통 구멍에 노출되는 복수의 베이스 실장 영역에 실장된 이 복수의 LED 소자(20)와 전기적으로 접속된다.
또한, 길이 방향과 평행하게 배치된 복수의 관통 구멍의 폭 방향의 외측 양측에는 각각 독립된 전극(11a, 11b)이 배치된다.
기판(10)은, 예컨대 BT 레진이나 유리 에폭시재 등으로 이루어진 프린트 기판이며, 전극은 이 기판의 상면에 설치된 동박 등으로 형성된 전극(11a, 11b, 18a, 18b)을 갖는다(도 1 및 도 2 참조). 전극(11a, 11b)은, 본 실시예에서는, 접속에 필요한 부분 이외를 레지스트(23)로 덮고, 대각의 코너부 부근에서 외측으로 노출되며 외부와 접속하여 구동 전압을 공급받는 전극 단자(12a, 12b)를 각각 구비하지만(도 1 참조), 레지스트(23)를 설치하지 않는 경우는 전극(11a, 11b)의 코너부에 한정되지 않고, 전극의 임의의 장소에서 구동 전압을 공급받을 수 있다.
각 관통 구멍으로부터 노출된 베이스 실장 영역에는, 각 관통 구멍의 폭 방향으로 나열 배치된 적어도 2개의 LED 소자가 탑재되고, 각 관통 구멍의 폭 방향으로 인접 배치된 2개의 독립된 전극에 직렬 접속되어 있다. 또한, 직렬 접속되어 나열 배치되는 LED 소자로 이루어진 직렬 접속 유닛이 각각의 관통 구멍의 길이 방향으로 복수 배치되어 복수의 직렬 접속 유닛을 형성하고, 각 관통 구멍으로부터 노출된 베이스 실장 영역에 탑재된 복수의 직렬 접속 유닛은 각 관통 구멍의 폭 방향으로 인접 배치되는 2개의 독립된 전극에 서로 병렬로 접속된다.
프레임(14)은, 예컨대 얇은 두께의 링 모양의 형상을 가지며, 실리콘에 산화티탄을 혼합한 재료로 만들어지고, 기판(10)의 거의 중앙부에서 전극(11a, 11b)에 걸쳐 이들 표면에 적절한 수단을 통해 고착된다(도 1 참조). 이 프레임(14)은 그 내측에, 예컨대 원형의 발광 영역(21)을 형성한다. 프레임(14)의 형상 및 발광 영역(21)의 형상은 원형에 한정되지 않고, 임의의 형상으로 설정될 수 있다. 또한, 이 발광 영역(21) 및 발광 영역(21) 내부의 상세한 구성은 후술한다.
이 발광 영역(21)의 내측에 있어서, 기판(10)에는 적어도 1개의 베이스 실장 영역이 마련되어 있다(도 1 참조). 이 베이스 실장 영역은, 일 실시예에서는, 베이스의 한 면의 일부를 노출시키기 위해 기판(10)을 관통하도록 마련된 적어도 1개의 관통 구멍에 의해 형성된다.
이 베이스 실장 영역에는 복수의 LED 소자(20)가 배치되며, 이들 LED 소자(20)는 베이스(2) 상에 실장되고 또한 각각이 서로 예컨대 금속 세선인 와이어(19)를 통해 전기적으로 접속된다.
도시한 실시예에서는, 1개의 베이스 실장 영역이 아니라, 복수, 예컨대 3개의 베이스 실장 영역(17a, 17b, 17c)(도 3 참조)이 마련되고, 이들 베이스 실장 영역은, 각각이 대략 직사각형의 형상을 가지며 서로 나열 배치된 3개의 관통 구멍(13a, 13b, 13c)에 의해 형성되며, 이들 관통 구멍에 의해 노출된 베이스(2)의 표면에 복수의 LED 소자(20)가 직접 실장된다(도 1 및 도 2 참조). 또한, 복수의 베이스 실장 영역(17a, 17b, 17c)에 대해서는 후술된다.
여기서, 프레임(14) 내측의 원형 영역에서 복수의 LED 소자(20)가 발광하기 때문에, 이 원형 영역을 발광 영역(21)이라 칭한다.
프레임(14)의 내측, 즉 발광 영역(21)에는 LED 소자(20) 등을 밀봉하는 밀봉 부재(15)가 설치된다(도 1 및 도 2 참조). 이 밀봉 부재(15)는, 예컨대 발광 영역(21)에 충전되어 경화된다. 이 밀봉 부재(15)는 LED 소자(20)의 발광을 외부로 출사시키기 위해서 투광성을 갖는다. 또한, 도 1 및 도 3에 있어서, 발광 영역(21) 내부를 알기 쉽게 하기 위해서 이 밀봉 부재(15)를 투명하게 나타내고 있다. 프레임(14)의 내경은 일례로서 약 11 ㎜이며, 따라서, 발광 영역(21)의 직경은 약 11 ㎜가 되지만, 이 프레임의 사이즈는 이 예에 한정되지 않고, 임의로 설정될 수 있다.
베이스(2)와 기판(10)의 대각부에는 부착부(16a, 16b)가 설치된다(도 1 참조). 이 부착부(16a, 16b)는 LED 장치(1)를 후술하는 방열 부재 등에, 예컨대 나사(도시하지 않음)에 의해 부착하기 위한 것이다. 또한, 전극(11a, 11b)은 이 부착부(16a, 16b)를 피하여 형성된다. 또한, 기판(10)의 표면은 전극 단자(12a, 12b)와 발광 영역(21)의 외측 영역에, 예컨대 백색 레지스트(23)가 설치된다(도 2 참조). 또한, 도 1에서는, 상기 백색 레지스트(23)를 생략하고 있다.
다음으로, 상기 제1 실시예에 있어서의 LED 장치의 발광 영역(21)을 도 3을 참조하여 한층 더 상세하게 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 발광 영역(21)은 전술한 바와 같이 원 형상이다. 또한, 이 발광 영역(21)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 프레임(14)에 의해 주위가 둘러싸여 있다. 발광 영역(21) 내의 기판(10)에는 전술한 바와 같이, 전극(11a, 11b) 및 기판(10)을 관통하는 대략 직사각 형상의 3개의 관통 구멍(13a, 13b, 13c)이 거의 등간격으로 배열되어 형성되고, 이들 관통 구멍에 의해 베이스(2)의 표면이 노출되어 3개의 베이스 실장 영역(17a, 17b, 17c)이 형성된다. 즉, 베이스 실장 영역(17a, 17b, 17c)은 발광 영역(21) 내에 있으며, 베이스(2)의 표면이 노출된 영역이다. 이 베이스 실장 영역(17a, 17b, 17c)은 각각 대략 직사각 형상이며, 대향하는 짧은 변이 대략 반원 형상이다. 그러나, 베이스 실장 영역(17a, 17b, 17c)의 형상은 이 실시예에 한정되지 않고, 예컨대 짧은 변도 직선인 직사각형일 수 있는 등, 여러 가지 형상으로 설정될 수 있다.
덧붙여서, 도 3에 있어서의 발광 영역(21) 내의 좌측에는 전극(11a)의 일부가 형성되어 관통 구멍(13a)의 좌측 근방을 구획하고, 발광 영역(21) 내의 우측에는 전극(11b)의 일부가 형성되어 관통 구멍(13c)의 우측 근방을 구획한다. 관통 구멍(13a)과 관통 구멍(13b) 사이에는 독립된 전극(18a)이 형성되고, 관통 구멍(13b)과 관통 구멍(13c) 사이에는 독립된 전극(18b)이 형성된다.
복수의 LED 소자(20)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 베이스(2)의 표면이 노출된 베이스 실장 영역(17a, 17b, 17c)에 각각 실장되지만, 베이스 실장 영역(17a)에는 가로 방향으로 배치된 1세트에 2개인 LED 소자가 세로 방향으로 8열로 배치된 제1 LED 소자(20a)가 베이스(2)에 도전성 접착제 등으로 고착되어 실장된다. 또한, 베이스 실장 영역(17b)에도 마찬가지로 2개 1세트가 8열로 배치된 제2 LED 소자(20b)가 실장되고, 또한, 베이스 실장 영역(17c)에도 마찬가지로 2개 1세트가 8열로 배치된 제3 LED 소자(20c)가 실장된다.
즉, 베이스 실장 영역(17a, 17b, 17c)에는 각각 16개의 LED 소자(20a, 20b, 20c)가 실장되어 모두 48개의 LED 소자가 실장된다. 또한, 개개의 베이스 실장 영역(17a, 17b, 17c)에 실장되는 LED 소자는 구별하기 위해서 도면 부호 20a, 20b, 20c로 표기하고, 실장되는 모든 LED 소자는 도면 부호 20으로 표기한다. 또한, LED 소자(20)의 개수는 한정되지 않고, 광원 장치의 사양에 기초하여 임의로 결정된다.
다음으로, 각 LED 소자의 접속을 설명한다. 베이스 실장 영역(17a, 17b, 17c)에 실장되는 LED 소자(20a, 20b, 20c)는 전부 동일 방향으로 실장되고, 일례로서 도 3에 있어서의 좌측이 애노드 단자(도시하지 않음)이며, 도 3에 있어서의 우측이 캐소드 단자(도시하지 않음)로서 실장된다. 모든 LED 소자(20)는 와이어 본더(도시하지 않음)에 의해 금속 세선인 와이어(19)를 통해 전기적으로 접속된다.
도 3에 있어서, 베이스 실장 영역(17a)의 좌측에 실장되는 8개의 LED 소자(20a)는 애노드 단자가 전극(11a)과 와이어(19)에 의해 전기적으로 각각 접속된다. 또한, 이 애노드 단자가 접속된 8개의 LED 소자(20a)의 캐소드 단자와 베이스 실장 영역(17a)의 도 3에 있어서의 우측에 실장되는 8개의 LED 소자(20a)의 애노드 단자는 와이어(19)에 의해 각각 직접 접속된다. 또, 애노드 단자가 접속된 도 3에 있어서의 우측의 8개의 LED 소자(20a)의 캐소드 단자는 와이어(19)에 의해 독립된 전극(18a)에 각각 접속된다.
또한, 도 3에 있어서, 베이스 실장 영역(17b)의 좌측에 실장되는 8개의 LED 소자(20b)는 애노드 단자가 전극(18a)과 와이어(19)에 의해 전기적으로 접속된다. 또한, 이 애노드 단자가 접속된 LED 소자(20b)의 캐소드 단자와 도 3에 있어서의 우측에 실장되는 LED 소자(20b)의 애노드 단자는 와이어(19)에 의해 각각 직접 접속된다. 또, 애노드 단자가 접속된 도 3에 있어서의 우측 LED 소자(20b)의 캐소드 단자는 와이어(19)에 의해 독립된 전극(18b)에 접속된다.
또한, 도 3에 있어서, 베이스 실장 영역(17c)의 좌측에 실장되는 8개의 LED 소자(20c)는 애노드 단자가 전극(18b)과 와이어(19)에 의해 전기적으로 접속된다. 또한, 이 애노드 단자가 접속된 LED 소자(20c)의 캐소드 단자와 도 3에 있어서의 우측에 실장되는 LED 소자(20c)의 애노드 단자는 와이어(19)에 의해 각각 직접 접속된다. 또한, 애노드 단자가 접속된 도 3에 있어서의 우측 LED 소자(20c)의 캐소드 단자는 와이어(19)에 의해 도 3에 있어서의 우측 전극(11b)에 접속된다.
이와 같이, 베이스 실장 영역(17a)에 실장되는 LED 소자(20a)에 있어서, 와이어(19)에 의해 2개의 LED 소자(20a)가 직렬 접속되고, 이 직렬 접속된 2개의 LED 소자(20a)를 소그룹(ga)(파선으로 둘러싸인 부분)으로 정의하면, 전극(11a)과 전극(18a) 사이에서 8개의 소그룹(ga)이 병렬 접속된다. 그리고, 베이스 실장 영역(17a)의 8개의 소그룹(ga)의 병렬 접속을 대그룹(Ga)(파선으로 둘러싸인 부분)으로 정의한다. 여기서, 베이스 실장 영역(17a)은 좁은 영역이지만, 이 속에 16개의 LED 소자를 실장하여 접속할 수 있는 이유는, LED 소자(20a)를 2열로 배열하여 이웃하는 LED 소자(20a)를 와이어(19)로 직접 와이어링함으로써 실장 밀도를 높일 수 있기 때문이다.
또한, 베이스 실장 영역(17b)에 실장되는 LED 소자(20b)도 마찬가지로, 와이어(19)에 의해 2개의 LED 소자(20b)가 직렬 접속되고, 이 직렬 접속된 2개의 LED 소자(20b)를 소그룹(gb)으로 정의하면, 베이스 실장 영역(17b)에는, 전극(18a)과 전극(18b) 사이에 8개의 소그룹(gb)이 병렬 접속된 1개의 대그룹(Gb)이 형성된다.
베이스 실장 영역(17c)에 실장되는 LED 소자(20c)도 마찬가지로, 와이어(19)에 의해 2개의 LED 소자(20c)가 직렬 접속되고, 이 직렬 접속된 2개의 LED 소자(20c)를 소그룹(gc)으로 정의하면, 베이스 실장 영역(17c)에는 전극(18b)과 전극(11b) 사이에 8개의 소그룹(gc)이 병렬 접속된 1개의 대그룹(Gc)이 형성된다.
상기와 같은 접속에 의해 3개의 대그룹(Ga, Gb, Gc)은 전극(18a, 18b)을 중계하여 직렬 접속된다. 즉, 제1 실시예의 LED 소자(20)의 접속은 소그룹(ga, gb, gc)을 구성하는 각 LED 소자(20)가 소자 간의 와이어링에 의해 직렬 접속되고, 이 각 소그룹은 병렬 접속되어 대그룹(Ga, Gb, Gc)이 구성되며, 대그룹(Ga, Gb, Gc)은 전극(18a, 18b)을 중계하여 거듭 직렬 접속된다.
또한, 도 3에 있어서, 도면 부호 22는 LED 소자(20)를 정전기 등으로부터 보호하기 위한 ESD(Electro Static Discharge) 소자를 나타내고, 이 ESD 소자(22)는 제너 다이오드에 의해 구성되어 전극(11a)과 전극(11b) 사이에 접속된다.
이와 같이, 제1 실시예에 따른 LED 장치는 직경 약 11 ㎜의 원형의 좁은 발광 영역(21)에 가능한 한 다수의 LED 소자를 실장할 수 있기 때문에, 좁은 발광 영역임에도 불구하고 강한 광량을 얻을 수 있고, 루멘 밀도가 높은 LED 장치를 제공할 수 있다. 또한, 좁은 발광 영역(21)에 다수의 LED 소자(20)를 실장할 수 있는 이유는 전술한 바와 같이 인접한 LED 소자(20)를 와이어(19)로 직접 와이어링하여 직렬 접속하기 때문이다.
다음으로, 상기 제1 실시예에 있어서의 LED 장치의 LED 소자의 접속 회로를, 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1 실시예에 따른 LED 장치(1)에서는, 모두 48개의 LED 소자(20)가 접속된다. 가로 방향으로 배치된 2개의 LED 소자(20a)가 직렬 접속된 소그룹(ga)이 세로 방향으로 8개 배치되고, 병렬 접속된 대그룹(Ga)은 전극(11a)과 전극(18a) 사이에 접속된다. 또한, 가로 방향으로 배치된 2개의 LED 소자(20b)가 직렬 접속된 소그룹(gb)이 세로 방향으로 8개 배치되고, 병렬 접속된 대그룹(Gb)은 전극(18a)과 전극(18b) 사이에 접속된다. 또한, 가로 방향으로 배치된 2개의 LED 소자(20c)가 직렬 접속된 소그룹(gc)이 세로 방향으로 8개 배치되고, 병렬 접속된 대그룹(Gc)은 전극(18b)과 전극(11b) 사이에 접속된다.
이 접속에 의해, 전극(11a)과 전극(11b) 사이, 즉 전극 단자(12a)와 전극 단자(12b) 사이에 3개의 대그룹(Ga, Gb, Gc)이 전극(18a, 18b)을 중계하여 직렬로 접속된다. 이에 따라, 전극 단자(12a, 12b)에 미리 정해진 구동 전압을 인가하면, 대그룹(Ga, Gb, Gc)에 구동 전압의 약 1/3의 전압이 분할 인가되고, 전체 소그룹(ga, gb, gc)에 구동 전류가 흘러 모든 LED 소자(20)를 점등시킬 수 있다. 또한, 대그룹(Ga, Gb, Gc)은 전술한 바와 같이 2개의 LED 소자가 직렬 접속된 8개의 소그룹으로 구성되기 때문에, 개개의 LED 소자의 특성 편차를 흡수할 수 있다.
대그룹(Ga, Gb, Gc)은 직렬 접속되기 때문에, 각 대그룹에 흐르는 구동 전류는 같아지고, 각 대그룹의 LED 소자(20a, 20b, 20c)의 발광량은 거의 같아진다. 이에 따라, LED 소자는 다수여도 LED 소자마다의 광량 편차가 적은 LED 장치를 실현할 수 있다.
이와 같이, 상기 실시예에 따른 LED 장치는 다수의 LED 소자를 실장하여 구동되지만, 인접한 소자 사이를 와이어링으로 직렬 접속하고, 이 직렬 접속된 그룹을 병렬 접속하는 기본 구성을 채용한다. 또한, 본 실시예에서는, 이 병렬 접속된 그룹을 거듭 직렬 접속한다.
여기서, 다수의 LED 소자 모두를 직렬 접속하면, 모든 LED 소자에 동일한 구동 전류가 흐르기 때문에, 구동 조건을 일치시켜 개개의 LED 소자의 발광 편차를 억제할 수 있다. 그러나, 다수의 LED 소자를 직렬 접속하면 구동 전압이 높아지기 때문에, 특수한 구동 회로가 필요하게 되어 경제성이나 안전성에 문제가 있다. 또한, 모든 LED 소자를 병렬 접속하면, 구동 전압은 저전압이어도 되지만, LED 소자의 전기적인 특성 편차에 의해 개개의 LED 소자에 흐르는 구동 전류가 크게 상이해져서 큰 발광 편차가 생기는 문제가 있다.
이와 같이, LED 소자의 접속은 직렬 접속, 병렬 접속 양쪽 모두에 문제가 있지만, 이 제1 실시예에서는 다수의 LED 소자를 미리 정해진 수의 그룹으로 나누어 직렬 접속과 병렬 접속을 혼합함으로써, 구동 전압의 고전압화를 막고, 개개의 LED 소자의 광량 편차를 억제할 수 있는 우수한 효과를 갖는다. 또한, 이 우수한 효과는, 후술하는 다른 실시예에 있어서도 발휘할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 ESD 소자(22)는 전극(11a)과 전극(11b) 사이에 접속된다.
다음으로, 상기 제1 실시예에 있어서의 LED 장치의 동작의 일례를 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, LED 장치(1)의 2개의 전극 단자(12a, 12b)에 구동 전원(도시하지 않음)을 접속하여 미리 정해진 구동 전압을 인가하면, 전술한 바와 같이 발광 영역(21) 내에 실장되는 모든 LED 소자(20)(도 1 참조)에 구동 전류가 흘러 LED 장치(1)가 점등되어 강력한 출사광(L1)을 출사한다.
이 출사광(L1)은 발광 영역(21)이 원형이기 때문에, 대략 원 형상의 발광 패턴(24)(파선으로 표시함)으로서 확산되면서 발광 영역으로부터 출사되지만, 발광 영역(21)의 상부에 미리 정해진 거리를 두고 배치되는 렌즈(25)에 의해 집광되며, 이 집광된 광(L2)이 렌즈(25)로부터 출사된다. 이와 같이, LED 장치(1)는 좁은 원형의 발광 영역(21)으로부터 집광하기 쉬운 양호한 발광 패턴의 출사광(L1)을 출사할 수 있기 때문에, 이 출사광(L1)을 집광하기 위한 렌즈(25) 등의 광학 설계가 용이하고, 루멘 밀도가 높아 소형이면서 집광력이 우수한 고휘도 고출력의 LED 장치를 제공할 수 있다.
다음으로, 상기 제1 실시예에 있어서의 LED 장치에 방열 부재를 부착한 구성을 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, LED 장치(1)의 베이스(2)의 하면에 방열 부재, 예컨대 히트 싱크(27)가 부착된다. 이 히트 싱크(27)는, 베이스(2)의 2개의 부착부(16a, 16b)에 부착 나사(26)를 삽입하여 히트 싱크(27)에 마련된 나사 구멍(도시하지 않음)에 체결시킴으로써 베이스(2)의 저면에 고착된다. 이 경우, 베이스(2)와 히트 싱크(27) 사이에 열전도성의 실리콘(28)을 도포하면, 방열 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 LED 장치(1)에는 다수의 LED 소자(20)(도 1 참조)가 실장되지만, 이 LED 소자(20)는 베이스(2)의 표면에 직접 실장되기 때문에, LED 소자(20)로부터의 발열은 열전도성의 베이스(2)에 효율적으로 전달되고, 낮은 열저항에 의해 히트 싱크(27)에도 전달되기 때문에, LED 소자(20)의 발열을 효율적으로 방열시킬 수 있다. 이 결과, LED 소자(20)의 온도 상승이 억제되어 수명이 길면서 신뢰성이 우수한 고휘도 고출력의 LED 장치를 제공할 수 있다. 또한, 히트 싱크(27)는 LED 장치(1)와 같은 정도의 크기로서 나타내었지만, 히트 싱크(27)의 외형은 한정되지 않고, LED 장치(1)보다 외형이 큰 히트 싱크를 부착하여 방열 효율을 더 높여도 좋다.
[제2 실시예]
다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 장치를 도 7을 참조하여 개략적으로 설명한다. 이 제2 실시예에 있어서의 LED 장치(30)는 실장 효율이 좋은 대략 정사각 형상의 1개의 베이스 실장 영역에 다수의 LED 소자를 실장하는 구성을 갖는다. 또한, 도 7에 도시된 제2 실시예에 있어서의 LED 장치(30)의 기본 구조는 전술한 제1 실시예와 동일하므로, 제1 실시예와 동일 요소에는 동일 번호를 붙이고, 중복되는 설명은 일부 생략한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 LED 장치(30)는 알루미늄재 등의 열전도성을 갖는 베이스(2)와, 이 베이스(2)의 한 면에 고착되는 얇은 유리 에폭시재 등으로 이루어진 절연성의 기판(10)과, 베이스 실장 영역에 실장되는 복수의 LED 소자(31)와, 베이스 실장 영역을 둘러싸도록 기판 상에 배치된 프레임(14)을 구비한다. 기판(10)은 표면의 대부분을 덮는 동박 등으로 이루어진 3개의 전극(32a, 32b, 32c)을 갖는다. 전극(32c) 및 전극(32a)은 대각의 코너부에, 외부와 접속하여 구동 전압을 공급받기 위한 전극 단자(12a, 12b)를 각각 구비한다.
제2 실시예에서는, 프레임(14)은 얇은 링형으로서, 제1 실시예와 동일한 재료로 만들어져 기판(10)의 거의 중앙부에 고착된다. 베이스 실장 영역은 프레임(14) 내측의 기판(10)에 마련된 대략 정사각 형상의 관통 구멍(33)에 의해 형성되고, 이 관통 구멍(33)에 의해 노출된 베이스(2)의 표면에 복수의 LED 소자(31)가 직접 실장된다. 이 프레임(14) 내측의 원형 영역에서 복수의 LED 소자(31)가 발광하기 때문에, 이 원형 영역을 제1 실시예와 마찬가지로 발광 영역(21)이라 칭한다. 이 프레임(14)의 내측, 즉 발광 영역(21)에는 복수의 LED 소자(31) 등을 밀봉하는 투광성의 밀봉 부재(15)(도 2 참조)가 충전되어 경화되지만, 발광 영역(21) 내부를 알기 쉽게 하기 위해서 이 밀봉 부재(15)를 투명하게 나타내고 있다. 또한, 프레임(14)의 외측 영역에 도시되어 있는 3개의 전극(32a, 32b, 32c) 상에는 백색 레지스트가 설치되지만, 이 백색 레지스트는 도 7에서는 생략하고 있다.
또한, 프레임(14)의 내경은 실시예 1과 마찬가지로 일례로서 약 11 ㎜이며, 따라서, 발광 영역(21)의 직경은 약 11 ㎜가 된다, 또한, 부착부(16a, 16b) 등은 제1 실시예의 경우와 동일하므로 이들의 설명은 생략한다.
다음으로, 제2 실시예에 있어서의 발광 영역(21) 내부를 도 8을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 8에서는, 상면과, 상면에 대향하는 하면과, 상면과 하면 사이의 주연부 측면을 구비한 열전도성을 갖는 베이스와, 전극이 형성된 상면과, 상면에 대향하는 하면과, 이 상면과 하면을 관통하는 관통 구멍(33)을 갖는 절연성의 기판과, 이 기판의 하면이 상기 베이스의 상면에 부착되고, 상기 베이스의 상면의 일부가 기판의 관통 구멍(33)으로부터 노출되어 형성된 적어도 1개의 베이스 실장 영역(34)이 도시되어 있다. 또한, 전극(32a, 32b, 32c)은 관통 구멍(33)의 양측을 따라 설치되고, 이 전극에 접속된 복수의 LED 소자(31a, 31b)가 베이스 실장 영역(34) 상에 실장된다. 또한, 프레임이 상기 베이스 실장 영역(34)의 주위를 둘러싸도록 배치되어 발광 영역(21)을 형성한다. 또한, 복수의 LED 소자(31a, 31b)는 관통 구멍(33)의 양측에 설치된 전극(32a, 32b, 32c)과 접속되도록 전극 사이에 복수개 나열 배치되고, 서로 직렬로 접속된 직렬 접속 유닛을 구성한다. 이 유닛은 복수개 설치되어 서로 평행하게 상기 전극과 병렬 접속된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 발광 영역(21)은 예컨대 원 형상으로서, 프레임(14)(도 7 참조)에 의해 주위가 둘러싸여 있다. 발광 영역(21) 내의 기판(10)에는 전술한 바와 같이, 대략 정사각 형상의 관통 구멍(33)이 형성되고, 이 관통 구멍(33)에 의해 베이스(2)의 표면이 노출되며, 대략 정사각 형상의 베이스 실장 영역(34)이 형성된다. 즉, 베이스 실장 영역(34)은 발광 영역(21) 내에 있으며, 베이스(2)의 표면이 노출된 영역이다. 이 베이스 실장 영역(34)은 네 귀퉁이가 모따기된 정사각 형상이지만, 이 형상에 한정되지 않고, 예컨대 모따기를 하지 않을 수도 있고, 또는 다각형일 수도 있다.
또한, 발광 영역(21) 내의 도 8에 있어서의 좌측은 전극(32b)의 일부가 형성되어 관통 구멍(33)의 좌측 근방을 덮고, 발광 영역(21) 내의 도 8에 있어서의 우측 아래쪽은 전극(32a)의 일부가 형성되어 관통 구멍(33)의 우측 아래 근방을 덮으며, 발광 영역(21) 내의 도 8에 있어서의 우측 위쪽은 전극(32c)의 일부가 형성되어 관통 구멍(33)의 우측 위 근방을 덮는다.
복수의 LED 소자(31)는, 도시하는 바와 같이, 베이스(2)의 표면이 노출된 베이스 실장 영역(34)에 실장되지만, 도 8에 있어서, 베이스 실장 영역(34)의 거의 중앙부로부터 위쪽 부분과 아래쪽 부분으로 나누어 위쪽 부분을 A 블록(파선으로 둘러싸인 부분), 아래쪽 부분을 B 블록(파선으로 둘러싸인 부분)으로서 정의하고, A 블록에 실장되는 LED 소자를 제1 LED 소자(31a)라 칭하며, 또한, B 블록에 실장되는 LED 소자를 제2 LED 소자(31b)라 칭한다.
A 블록에 실장되는 제1 LED 소자(31a)는 직렬로 10개의 소자가 5열 병렬로 실장되고, B 블록에 실장되는 제2 LED 소자(31b)도 마찬가지로 직렬로 10개의 소자가 5열 병렬로 실장되어, 모두 100개의 LED 소자가 실장된다. 또한, LED 소자의 개수는 한정되지 않고, LED 장치(30)의 사양에 기초하여 임의로 결정된다. 여기서, 본 실시예의 베이스 실장 영역(34)은 원형의 발광 영역(21)에 내접하는 대략 정사각 형상이기 때문에 면적이 넓고, 또한, LED 소자(31)를 종렬 횡렬 모두 각각 같은 수를 실장할 수 있기 때문에, 실장 효율이 우수하다.
다음으로, 각 LED 소자의 접속을 설명한다. 여기서, 베이스 실장 영역(34)에 실장되는 A 블록의 제1 LED 소자(31a)는, 일례로서 도 8에 있어서의 좌측이 애노드 단자(도시하지 않음), 우측이 캐소드 단자(도시하지 않음)로서 실장되고, B 블록의 제2 LED 소자(31b)는, 일례로서 도 8에 있어서의 우측이 애노드 단자(도시하지 않음), 좌측이 캐소드 단자(도시하지 않음)로서 실장된다. 모든 LED 소자(31a, 31b)는 와이어 본더(도시하지 않음)에 의해 금속 세선인 와이어(19)를 통해 전기적으로 접속된다.
여기서, A 블록의 도 8에 있어서의 가장 좌측에 세로 방향으로 실장된 5개의 LED 소자(31a)는 애노드 단자가 전극(32b)과 와이어(19)에 의해 전기적으로 접속된다. 또한, 이 LED 소자(31a)의 캐소드 단자는 도 8에 있어서의 우측 이웃에 실장되는 LED 소자(31a)의 애노드 단자와 와이어(19)에 의해 직접 접속된다. 이하 마찬가지로, 이 LED 소자(31a)의 캐소드 단자는 도 8에 있어서의 우측 이웃에 실장되는 LED 소자(31a)의 애노드 단자와 와이어(19)에 의해 순차 접속되고, A 블록의 도 8에 있어서의 가장 우측에 세로 방향으로 실장된 5개의 LED 소자(31a)의 캐소드 단자는 전극(32c)에 와이어(19)를 통해 각각 접속된다. 이에 따라, A 블록의 제1 LED 소자(31a)는 전극(32b)과 전극(32c) 사이에서 와이어(19)에 의한 와이어링으로 10개의 LED 소자(31a)가 직렬 접속된 그룹이 5열 병렬 접속되게 된다.
또한, B 블록의 도 8에 있어서의 가장 좌측에 실장되는 5개의 LED 소자(31b)는 캐소드 단자가 전극(32b)과 와이어(19)에 의해 전기적으로 접속된다. 또한, 제2 LED 소자(31b)의 애노드 단자는 도 8에 있어서의 우측 이웃에 실장되는 LED 소자(31b)의 캐소드 단자와 와이어(19)에 의해 직접 접속된다. 이하 마찬가지로, 이 LED 소자(31b)의 애노드 단자는 도 8에 있어서의 우측 이웃에 실장되는 LED 소자(31b)의 캐소드 단자와 와이어(19)에 의해 순차 접속되고, B 블록의 도 8에 있어서의 가장 우측에 실장되는 5개의 LED 소자(31b)의 애노드 단자는 전극(32a)에 와이어(19)를 통해 각각 접속된다. 이에 따라, B 블록의 제2 LED 소자(31b)에 있어서는 전극(32b)과 전극(32a) 사이에서 와이어(19)에 의한 와이어링으로 10개의 LED 소자(31b)가 직렬 접속된 그룹이 5열 병렬 접속되게 된다.
이 접속에 의해 A 블록의 LED 소자(31a)군과 B 블록의 LED 소자(31b)군은 전극(32b)을 중계하여 직렬 접속되게 된다. 즉, 제2 실시예에 있어서의 LED 소자(31)의 접속은, 10개의 LED 소자(31)가 소자 간의 와이어링에 의해 직렬 접속되어 그룹이 구성되고, 이 그룹은 병렬 접속되어 A 블록과 B 블록이 구성되며, A 블록과 B 블록은 거듭 직렬 접속된다.
도면 부호 22a, 22b는 제1 실시예와 마찬가지로 LED 소자(31)를 정전기 등으로부터 보호하기 위한 ESD 소자를 나타내고, 이들은 전극(32b)과 전극(32c) 사이 및 전극(32b)과 전극(32a) 사이에 접속된다.
이와 같이, 제2 실시예에 따른 LED 장치(30)는 실장 효율이 좋은 대략 정사각 형상의 베이스 실장 영역(34)을 가지며, 또한, 10개의 LED 소자 사이를 와이어링으로 직렬 접속하기 때문에, 제1 실시예보다도 LED 소자의 실장 밀도를 더 높일 수 있다. 이에 따라, 직경 약 11 ㎜의 원형의 좁은 발광 영역(21)에 다수의 LED 소자를 실장할 수 있기 때문에, 좁은 영역임에도 불구하고 강한 광량을 얻을 수 있어 루멘 밀도가 높은 LED 장치를 제공할 수 있다.
다음으로, 제2 실시예에 있어서의 LED 소자의 접속 회로를 도 9를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 있어서의 LED 장치(30)는 LED 소자(31)가 A 블록, B 블록에서 모두 100개 접속된다. 즉, A 블록은 전극(32b)과 전극(32c) 사이에서 LED 소자(31a) 10개가 직렬 접속된 그룹이 5열 병렬 접속되어 있고, B 블록은 전극(32a)과 전극(32b) 사이에서 LED 소자(31b) 10개가 직렬 접속된 그룹이 5열 병렬 접속된다.
이 접속에 의해, 전극(32c)과 전극(32a) 사이, 즉 전극 단자(12a)와 전극 단자(12b) 사이에서 A 블록의 LED 소자군과 B 블록의 LED 소자군이 전극(32b)을 중계하여 직렬 접속된다. 이에 따라, 전극 단자(12a, 12b)에 미리 정해진 구동 전압을 인가하면, A 블록과 B 블록에 구동 전압의 약 1/2의 전압이 분할 인가되어 모든 LED 소자(31a, 31b)를 점등시킬 수 있다. 또한, A 블록, B 블록은 각각 다수의 LED 소자가 직렬 접속되기 때문에, 개개의 LED 소자(31a, 31b)의 특성 편차를 흡수할 수 있다. 또한, 각 블록 내의 각 그룹은 병렬 접속되기 때문에, 구동 전압의 고압화를 막을 수 있다.
또한, A 블록과 B 블록은 직렬 접속되기 때문에, 각 블록에 흐르는 구동 전류는 같아지고, A 블록, B 블록의 발광량은 거의 같아진다. 이에 따라, LED 소자는 다수여도 LED 소자마다 광량 편차가 적은 LED 장치를 실현할 수 있다. 또한, ESD 소자(22a, 22b)는 전술한 바와 같이, 전극(32b)과 전극(32c) 사이 및 전극(32b)과 전극(32a) 사이에 접속되고, 각각의 블록의 LED 소자(31a, 31b)를 정전기로부터 보호한다. 또한, 제2 실시예에 있어서의 동작 및 방열 부재의 부착 구성은 제1 실시예와 동일하므로, 설명은 생략한다.
[제3 실시예]
다음으로, 본 발명의 제3 실시예에 있어서의 LED 장치를 도 10을 참조하여 개략적으로 설명한다. 이 제3 실시예에 있어서의 LED 장치(40)는 원 형상의 베이스 실장 영역(46)을 가지며, 복수의 LED 소자(41)가 이 베이스 실장 영역(46)에 실장된다. 이들 LED 소자(41)의 일부는 더미 소자(42)에 접속된다. 이 제3 실시예에 있어서의 LED 장치(40)의 기본 구조는 전술한 제1 및 제2 실시예와 동일하므로, 동일 요소에는 동일 번호를 붙이고, 중복되는 설명은 일부 생략한다.
더욱 상세히 설명하면, 이 LED 장치(40)는 도 10에 도시된 바와 같이, 알루미늄재 등으로 이루어진 베이스(2)와, 이 베이스(2)의 표면에 고착되는 얇은 유리 에폭시재 등으로 이루어진 절연성의 기판(10)을 갖는다. 기판(10)은 표면의 대부분을 덮는 동박 등으로 이루어진 3개의 전극(32a, 32b, 32c)을 갖는다. 전극(32c, 32a)은 대각의 코너부에, 외부와 접속하여 구동 전압을 공급받는 전극 단자(12a, 12b)를 구비한다.
링형의 프레임(14)이 기판(10)의 중앙 부근의 표면에 고착되고, 이 프레임(14)의 내측에 제1 및 제2 실시예와 마찬가지로 원형의 발광 영역(21)이 형성된다. 발광 영역(21) 내의 기판(10)에 마련된 원 형상의 관통 구멍(45)에 의해 베이스 실장 영역(46)이 형성되고, 이 관통 구멍(45)에 의해 노출된 베이스(2)의 표면에 복수의 LED 소자(41)와 더미 소자(42)가 직접 실장된다. 이 발광 영역(21) 내의 LED 소자(41)와 더미 소자(42) 등의 상세한 내용은 후술한다.
또한, 발광 영역(21)에는, 상기 LED 소자(41)와 더미 소자(42)를 밀봉하는 투광성의 밀봉 부재(15)(도 2 참조)가 충전되지만, 발광 영역(21) 내부를 알기 쉽게 하기 위해서 이 밀봉 부재(15)를 투명하게 나타내고 있다. 또한, 프레임(14)의 외측 영역에 도시되어 있는 3개의 전극(32a, 32b, 32c) 상에는 백색 레지스트가 설치되지만, 이 백색 레지스트는 도 10에서는 생략하고 있다.
또한, 프레임(14)의 내경, 즉 발광 영역(21)의 직경은, 제1 및 제2 실시예와 마찬가지로 일례로서 약 11 ㎜, 또는 그 이하이다. 또한, 외부의 방열 부재를 부착하기 위한 부착부(16a, 16b) 등은 제1 실시예와 동일하므로 설명은 생략한다.
다음으로, 이 제3 실시예에 있어서의 발광 영역(21) 내부를 도 11을 참조하여 상세하게 설명한다.
전술한 바와 같이, 발광 영역(21)은 원 형상이며, 이 발광 영역의 주위는 프레임(14)(도 10 참조)에 의해 둘러싸인다. 발광 영역(21) 내의 기판(10)에는 전술한 바와 같이, 원 형상의 관통 구멍(45)이 형성되고, 이 관통 구멍(45)에 의해 베이스(2)의 표면이 노출되며, 원 형상의 베이스 실장 영역(46)이 형성된다. 즉, 베이스 실장 영역(46)은 발광 영역(21)의 내측에 있으며, 베이스(2)의 표면이 노출된 영역이다.
또한, 발광 영역(21) 내의 도 11에 있어서의 좌측은 전극(32b)의 일부가 형성되어 관통 구멍(45)의 좌측 근방을 구획하고, 발광 영역(21) 내의 도 11에 있어서의 우측 아래쪽은 전극(32a)의 일부가 형성되어 관통 구멍(45)의 우측 아래 근방을 구획한다. 또한, 발광 영역(21) 내의 도 11에 있어서의 우측 위쪽은 전극(32c)의 일부가 형성되어 관통 구멍(45)의 우측 위 근방을 구획한다.
복수의 LED 소자(41)는 베이스(2)의 표면이 노출된 베이스 실장 영역(46)에 실장되지만, 도 11에 있어서 베이스 실장 영역(46)의 거의 중앙부로부터 위쪽 부분을 A 블록(파선으로 둘러싸여 있는 부분), 아래쪽 부분을 B 블록(파선으로 둘러싸여 있는 부분)으로서 정의하고, A 블록에 실장되는 LED 소자를 제1 LED 소자(41a)로 하며, 또한, B 블록에 실장되는 LED 소자를 제2 LED 소자(41b)로 한다.
A 블록에 실장되는 LED 소자(41a)는 직렬로 접속된 5개의 소자가 3열 병렬로 실장되고, B 블록에 실장되는 LED 소자(41b)도, 마찬가지로 직렬로 접속된 5개의 소자가 3열 병렬로 실장되어 모두 30개의 LED 소자가 실장된다. 여기서, A 블록에 있어서, 가장 위쪽 위치의 가로 방향으로 직렬로 배열된 5개의 LED 소자(41a)군을 그룹 A1로 하고, 중간의 5개의 LED 소자(41a)군을 그룹 A2로 하며, 가장 아래쪽 위치의 가로 방향으로 직렬로 배열된 5개의 LED 소자(41a)군을 그룹 A3으로 한다. B 블록에 있어서, 가장 위쪽 위치의 가로 방향으로 직렬로 배열된 5개의 LED 소자(41b)군을 그룹 B1로 하고, 중간의 5개의 LED 소자(41b)군을 그룹 B2로 하며, 가장 아래쪽 위치의 가로 방향으로 직렬로 배열된 5개의 LED 소자(41b)군을 그룹 B3으로 한다. 또한, LED 소자의 개수는 한정되지 않고, 광원 장치의 사양에 기초하여 임의로 결정된다.
더미 소자(42)는, 도시된 바와 같이, A 블록의 그룹 A2와 A3의 좌우단에 1개씩, 또한 B 블록의 그룹 B1과 B2의 좌우단에 1개씩 실장된다. 이 더미 소자(42)는 도전성으로 투명 소재가 바람직하고, 재질은 사파이어, 실리콘 카바이트 등으로 이루어지며, 사이즈는 LED 소자(41a, 41b)와 같은 정도이다. 또한, 그룹 A1과 그룹 B 3의 좌우단에 더미 소자가 실장되지 않는 이유는 각각의 그룹에 접속되는 전극 사이가 짧아서 더미 소자를 실장할 필요가 없기 때문이다.
다음으로, 각 LED 소자(41a)와 더미 소자(42)의 전기적인 접속을 설명한다. 여기서, 베이스 실장 영역(46)에 실장되는 A 블록의 LED 소자(41a)는, 일례로서 도 11에 있어서의 좌측이 애노드 단자(도시하지 않음)는, 우측이 캐소드 단자(도시하지 않음)로서 실장되며, B 블록의 LED 소자(41b)는, 일례로서 도 11에 있어서의 우측이 애노드 단자(도시하지 않음), 좌측이 캐소드 단자(도시하지 않음)로서 실장된다. 그리고, 모든 LED 소자(41a, 41b)와 더미 소자(42)는 와이어 본더(도시하지 않음)에 의해 금속 세선인 와이어(19)를 통해 전기적으로 접속된다.
여기서, A 블록의 그룹 A1의 도 11에 있어서의 가장 좌측에 실장되는 LED 소자(41a)는 애노드 단자가 전극(32b)과 와이어(19)에 의해 전기적으로 접속된다. 또한, 이 LED 소자(41a)의 캐소드 단자는 도 11에 있어서의 우측 이웃에 실장되는 LED 소자(41a)의 애노드 단자와 와이어(19)에 의해 직접 접속된다. 이하 마찬가지로, 이 LED 소자(41a)의 캐소드 단자는 도 11에 있어서의 우측 이웃에 실장되는 LED 소자(41a)의 애노드 단자와 와이어(19)에 의해 순차 접속되고, 그룹 A1의 도 11에 있어서의 가장 우측에 실장되는 LED 소자(41a)의 캐소드 단자는 전극(32c)에 와이어(19)를 통해 접속된다. 이 접속에 의해 그룹 A1의 5개의 LED 소자(41a)는 전극(32b)과 전극(32c) 사이에서 LED 소자 간의 와이어링에 의해 직렬 접속된다.
또한, 그룹 A2의 도 11에 있어서의 좌단에는 전술한 바와 같이 더미 소자(42)가 실장되고, 이 더미 소자(42)는 전극(32b)과 와이어(19)에 의해 접속된다. 또한, 이 더미 소자(42)는 그룹 A2의 도 11에 있어서의 가장 좌측에 실장되는 LED 소자(41a)의 애노드 단자와 와이어(19)에 의해 접속된다. 그리고, 이 LED 소자(41a)의 캐소드 단자는 도 11에 있어서의 우측 이웃에 실장되는 LED 소자(41a)의 애노드 단자와 와이어(19)에 의해 직접 접속된다.
이하 마찬가지로, 이 LED 소자(41a)의 캐소드 단자는 도 11에 있어서의 우측 이웃에 실장되는 LED 소자(41a)의 애노드 단자와 와이어(19)에 의해 순차 접속되고, 그룹 A2의 도 11에 있어서의 가장 우측에 실장되는 LED 소자(41a)의 캐소드 단자는 그룹 A2의 도 11에 있어서의 우단에 실장되는 더미 소자(42)에 와이어(19)를 통해 접속되며, 이 더미 소자(42)는 전극(32c)에 와이어(19)를 통해 접속된다. 이 접속에 의해 그룹 A2의 5개의 LED 소자(41a)는 그룹 A2의 좌우단에 실장되는 더미 소자(42)를 중계하여 전극(32b)과 전극(32c) 사이에서 소자 간의 와이어링에 의해 직렬 접속된다.
또한, 그룹 A3도 그룹 A2와 마찬가지로 접속되기 때문에, 그룹 A3의 5개의 LED 소자(41a)는 그룹 A3의 좌우단에 실장되는 더미 소자(42)를 중계하여 전극(32b)과 전극(32c) 사이에서 LED 소자 간의 와이어링에 의해 직렬 접속된다.
또한, B 블록의 그룹 B1과 B2도 A 블록의 그룹 A2와 A3과 마찬가지로 접속되기 때문에, 그룹 B2와 B3의 각각 5개의 LED 소자(41b)는 그룹 B1과 B2의 좌우단에 실장되는 더미 소자(42)를 중계하여 전극(32b)과 전극(32a) 사이에서 직렬 접속된다. 또한, 그룹 B3은 그룹 A1과 마찬가지로 전극(32b)과 전극(32a) 사이가 짧기 때문에, 더미 소자(42)를 중계하지 않고 접속되며, 그룹 B3의 5개의 LED 소자(41b)는 전극(32b)과 전극(32a) 사이에서 직렬 접속된다.
이와 같이, A 블록의 5개의 LED 소자(41a)가 직렬로 접속된 3개의 그룹 A1, A2, A3이 전극(32b)과 전극(32c) 사이에서 병렬 접속되고, B 블록의 5개의 LED 소자(41b)가 직렬로 접속된 3개의 그룹 B1, B2, B3이 전극(32b)과 전극(32a) 사이에서 병렬 접속된다. 이 접속에 의해, 전극(32c)과 전극(32a) 사이, 즉 전극 단자(12a)와 전극 단자(12b)(도 10 참조) 사이에 A 블록의 LED 소자(41a)군과 B 블록의 LED 소자(41b)군이 전극(32b)을 중계하여 직렬 접속된다. 이에 따라, 전극 단자(12a, 12b)에 미리 정해진 구동 전압을 인가하면, A 블록과 B 블록에 구동 전압의 약 1/2의 전압이 분할 인가되어 모든 LED 소자(41a, 41b)를 점등시킬 수 있다.
또한, ESD 소자(22a, 22b)는 제2 실시예와 마찬가지로, 전극(32b)과 전극(32c) 사이 및 전극(32b)과 전극(32a) 사이에 접속되며, 각각의 블록의 LED 소자(41a, 41b)를 정전기로부터 보호한다.
다음으로, 제3 실시예에 있어서의 더미 소자(42)의 역할에 대해서 설명한다. 이 제3 실시예에 있어서의 관통 구멍(45)은 전술한 바와 같이 원형이기 때문에, 베이스(2)의 표면이 노출되는 베이스 실장 영역(46)은 원형이 된다. 여기서, 베이스(2)의 표면은 LED 소자의 광이 반사되기 쉽게 고반사 처리되기 때문에, 베이스 실장 영역(46)이 원형이면, LED 소자로부터의 출사광의 일부가 베이스 실장 영역(46)에서 노출된 베이스(2)의 표면으로 반사되고, 발광 영역(21)이 대략 원형인 것에 상승(相乘)하여 발광 패턴이 거의 원형의 출사광으로서 LED 장치(40)로부터 출사된다. 여기서, 출사광의 발광 패턴이 거의 원형이면, 전술한 바와 같이, 이 출사광을 집광하는 렌즈의 광학 설계가 용이하고, 집광력이 우수한 LED 장치를 실현할 수 있기 때문에, 베이스 실장 영역(46)을 원형으로 하는 것은 LED 장치의 고성능화에 공헌한다.
이 때문에, 제3 실시예에 있어서의 베이스 실장 영역(46)은 도 11에 도시된 바와 같이 원형으로 되어 있지만, 만일, A 블록과 B 블록의 좌우단에 있는 더미 소자(42)를 실장하지 않는 것으로 하면, 그룹 A2, A3의 가장 좌우측의 각각의 LED 소자(41a)는 전극(32b, 32c)까지의 거리가 멀기 때문에, 접속을 위한 와이어 길이가 길어져서 와이어(19)로 접속할 수 없다. 또한, 무리하게 접속하려고 하면, 와이어의 길이가 길어지기 때문에 와이어(19)의 절단이나 인접한 와이어(19)와 쇼트되기 쉬워져서 불량율이 현저히 증가하고, 또한 신뢰성이 저하될 위험이 있다.
또한, 와이어 길이를 길게 하지 않기 위하여, A 블록의 그룹 A2, A3의 LED 소자(41a)의 직렬 수를 7개로 하여 더미 소자(42) 대신에 LED 소자(41a)를 실장하면, 와이어 길이의 문제는 해소된다. 그러나, 이 경우는, 그룹마다 LED 소자의 직렬 수가 변하기 때문에, 직렬수가 적은 그룹 A1에 구동 전류가 집중하고, 그룹 A2, A3의 LED 소자는 점등되지 않는다고 하는 문제가 발생한다. 이들 문제는 B 블록에 대해서도 동일하다.
따라서, 제3 실시예와 같이, 전극 간의 거리가 긴 A 블록의 그룹 A2, A3 및 B블록의 그룹 B1, B2의 각각의 좌우단의 베이스 실장 위치에 LED 소자가 아닌 더미 소자(42)로 대체하여 실장하고, 이 더미 소자(42)를 중계하여 전극(32a, 32b, 32c)에 접속함으로써 와이어(19)의 길이를 짧게 할 수 있어 베이스 실장 영역(46)의 원형을 실현할 수 있다. 또한, 더미 소자(42)를 중계함으로써, A 블록과 B 블록의 각각의 LED 소자의 직렬 수를 동일하게 할 수 있기 때문에, 각 그룹에 흐르는 구동 전류를 거의 같게 할 수 있고, 이것에 의해, 각 LED 소자 사이에서의 광량의 편차를 억제할 수 있다.
이와 같이, 더미 소자(42)의 실장은 베이스 실장 영역(46)을 원형으로 하기 위해서 매우 중요한 요소이다. 또한, 더미 소자(42)는 투명 소재이기 때문에, 베이스(2)로부터의 반사광을 방해하지 않아 출사 효율이 좋은 LED 장치를 실현할 수 있다. 또한, 제3 실시예에 있어서의 동작 및 방열 부재의 부착 구성 등은 제1 실시예와 동일하므로, 설명은 생략한다.
[제4 실시예]
다음으로, 본 발명의 제4 실시예에 따른 LED 장치의 개략을 도 12를 참조하여 설명한다. 제4 실시예에 있어서의 LED 장치(50)는 LED 소자의 실장 수를 조정하기 위해서 더미 소자를 이용한다. 또한, 제4 실시예에 있어서의 LED 장치의 기본구조는 전술한 제1 및 제2 실시예와 동일하므로, 동일 요소에는 동일 번호를 붙이고, 중복되는 설명은 일부 생략한다.
이 제4 실시예에 따른 LED 장치(50)는 알루미늄재 등으로 이루어진 열전도성을 갖는 베이스(2)와, 이 베이스(2)의 표면에 고착되는 얇은 유리 에폭시재 등으로 이루어진 절연성의 기판(10)과, 후술하는 베이스 실장 영역(56)에 실장되는 복수의 LED 소자(51) 및 복수의 더미 소자(52)와, 프레임(14)을 구비한다. 기판(10)은 표면의 대부분을 덮는 동박 등으로 이루어진 3개의 전극(32a, 32b, 32c)을 갖는다. 전극(32c)과 전극(32a)은 대각의 코너부에, 외부와 접속하여 구동 전압을 공급받는 전극 단자(12a, 12b)를 구비한다.
예컨대, 링형의 프레임(14)은 기판(10)의 중앙 부근의 표면에 고착되며, 이 프레임(14)의 내측에 제1 및 제2 실시예와 마찬가지로 원형의 발광 영역(21)이 형성된다. 베이스 실장 영역(56)은 발광 영역(21) 내의 기판(10)에 마련된 정사각 형상의 관통 구멍(55)에 의해 형성되고, 이 관통 구멍(55)에 의해 노출된 베이스(2)의 표면에 LED 소자(51)와 더미 소자(52)가 직접 실장된다. 이 발광 영역(21) 내의 LED 소자(51)와 더미 소자(52) 등의 상세한 내용은 후술한다.
또한, 발광 영역(21)에는, LED 소자(51)와 더미 소자(52)를 밀봉하는 투광성의 밀봉 부재(15)(도 2 참조)가 충전되지만, 발광 영역(21) 내부를 알기 쉽게 하기 위해서 이 밀봉 부재(15)를 투명하게 나타내고 있다. 또한, 프레임(14)의 외측 영역에 도시되어 있는 3개의 전극(32a, 32b, 32c) 상에는 백색 레지스트가 설치되지만, 이 백색 레지스트는 도 12에서는 생략하고 있다. 또한, 프레임(14)의 내경, 즉 발광 영역(21)의 직경은 제1 및 제2 실시예와 마찬가지로 일례로서 약 11 ㎜, 또는 그 이하이다. 또한, 외부의 방열 부재를 부착하기 위한 부착부(16a, 16b) 등은 제1 실시예와 동일하므로 설명은 생략한다.
다음으로, 제4 실시예에 있어서의 발광 영역(21) 내부를 도 13을 참조하여 상세히 설명한다.
도 13에 도시된 바와 같이, 제4 실시예에 있어서의 발광 영역(21)은 원 형상이며, 프레임(14)(도 12 참조)에 의해 둘러싸여 있다. 발광 영역(21) 내의 기판(10)에는 전술한 바와 같이, 정사각 형상의 관통 구멍(55)이 형성되고, 이 관통 구멍(55)에 의해 베이스(2)의 표면이 노출되며, 정사각 형상의 베이스 실장 영역(56)이 형성된다. 즉, 베이스 실장 영역(56)은 발광 영역(21)의 내측에 있으며, 베이스(2)의 표면이 노출된 영역이다.
또한, 발광 영역(21) 내의 도 13에 있어서의 좌측은 전극(32b)의 일부가 형성되어 관통 구멍(55)의 좌측 근방을 덮고, 발광 영역(21) 내의 도 13에 있어서의 우측 아래쪽은 전극(32a)의 일부가 형성되어 관통 구멍(55)의 우측 아래 근방을 덮으며, 또한, 발광 영역(21) 내의 도 13에 있어서의 우측 위쪽은 전극(32c)의 일부가 형성되어 관통 구멍(55)의 우측 위 근방을 덮는다.
복수의 LED 소자(51)는 도시하는 바와 같이, 베이스(2)의 표면이 노출된 베이스 실장 영역(56)에 실장되지만, 도 13에 있어서 베이스 실장 영역(56)의 거의 중심부으로부터 위쪽 부분을 A 블록(파선으로 둘러싸여 있는 부분), 아래쪽 부분을 B 블록(파선으로 둘러싸여 있는 부분)으로서 정의하고, A 블록에 실장되는 LED 소자를 제1 LED 소자(51a)로 하고, 또한, B 블록에 실장되는 LED 소자를 제2 LED 소자(51b)로 한다.
A 블록에 실장되는 LED 소자(51a)는 가로 방향으로 직렬로 접속된 5개의 소자가 세로 방향으로 3열 병렬(5개 직렬로 3열 병렬)로 실장되고, B 블록에 실장되는 LED 소자(51b)도 마찬가지로 가로 방향으로 직렬로 접속된 5개의 소자가 세로 방향으로 3열 병렬(5개 직렬로 3열 병렬)로 실장되어, 모두 30개의 LED 소자가 실장된다. 또한, LED 소자의 개수는 한정되지 않고, LED 장치의 사양에 기초하여 임의로 결정된다.
한편, 더미 소자(52)는 도시된 바와 같이, A 블록의 좌우단에 세로로 3개씩, 또한, B 블록의 좌우단에 세로로 3개씩 실장된다. 이 더미 소자(52)는 도전성으로 투명 소재가 바람직하고, 재질은 사파이어, 실리콘 카바이트 등으로 이루어지며, 사이즈는 LED 소자(51a, 51b)와 같은 정도이다.
다음으로, 각 LED 소자와 더미 소자의 전기적인 접속을 설명한다. 여기서, 베이스 실장 영역(56)에 실장되는 A 블록의 LED 소자(51a)는, 일례로서 도 13에 있어서의 좌측이 애노드 단자(도시하지 않음), 우측이 캐소드 단자(도시하지 않음)로서 실장되고, B 블록의 LED 소자(51b)는, 일례로서 도 13에 있어서의 우측이 애노드 단자(도시하지 않음), 좌측이 캐소드 단자(도시하지 않음)로서 실장된다. 모든 LED 소자(51a, 51b)와 더미 소자(52)는 와이어 본더(도시하지 않음)에 의해 금속 세선인 와이어(19)를 통해 전기적으로 접속된다.
여기서, A 블록의 도 13에 있어서의 좌단에는, 전술한 바와 같이 더미 소자(52)가 세로로 3개 실장되고, 이 더미 소자(52)는 전극(32b)과 와이어(19)에 의해 접속된다. 또한, 이 더미 소자(52)는 A 블록의 도 13에 있어서의 가장 좌측에 실장되는 3개의 LED 소자(51a)의 애노드 단자와 와이어(19)에 의해 각각 접속된다. 이 LED 소자(51a)의 캐소드 단자는 도 13에 있어서의 그 우측 이웃에 실장되는 3개의 LED 소자(51a)의 애노드 단자와 와이어(19)에 의해 각각 직접 접속된다.
이하 마찬가지로, 이 LED 소자(51a)의 캐소드 단자는 도 13에 있어서의 우측 이웃에 실장되는 LED 소자(51a)의 애노드 단자와 와이어(19)에 의해 순차 접속되고, A 블록의 도 13에 있어서의 가장 우측에 실장되는 3개의 LED 소자(51a)의 캐소드 단자는 A 블록의 도 13에 있어서의 우단에 실장되는 3개의 더미 소자(52)에 와이어(19)를 통해 접속되며, 이 3개의 더미 소자(52)는 전극(32c)에 와이어(19)를 통해 각각 접속된다. 이와 같이, A 블록의 직렬로 5개, 병렬로 3열의 LED 소자(51a)군은 A 블록의 좌우단에 실장되는 더미 소자(52)를 중계하여 전극(32b, 32c)에 접속된다.
또한, B 블록의 LED 소자(51b)군도 A 블록과 마찬가지로 접속되기 때문에, B 블록의 직렬로 5개, 병렬로 3열의 LED 소자(51b)군은 B 블록의 좌우단에 실장되는 더미 소자(52)를 중계하여 전극(32b, 32a)에 접속된다.
이와 같이, A 블록의 5개 직렬 3열 병렬의 LED 소자(51a)군이 전극(32b, 32c)에 접속되고, B 블록의 5개 직렬 3열 병렬의 LED 소자(51b)군이 전극(32b, 32a)에 접속된다. 이 접속에 의해, 전극(32c)과 전극(32a) 사이, 즉 전극 단자(12a)와 전극 단자(12b)(도 12 참조) 사이에 A 블록의 LED 소자(51a)군과 B 블록의 LED 소자(51b)군이 전극(32b)을 중계하여 직렬 접속된다. 이에 따라, 전극 단자(12a, 12b)에 미리 정해진 구동 전압을 인가하면, A 블록과 B 블록에 구동 전압의 약 1/2의 전압이 분할 인가되어 모든 LED 소자(51a, 51b)를 점등시킬 수 있다.
또한, ESD 소자(22a, 22b)는 제2 실시예와 마찬가지로, 전극(32b, 32c) 사이 및 전극(32b, 32a) 사이에 접속되고, 각각의 블록의 LED 소자(51a, 51b)를 정전기로부터 보호한다.
다음으로, 제4 실시예에 있어서의 더미 소자(52)의 역할에 대해서 설명한다. 본 발명의 목적은 가능한 한 작은 발광 영역에 많은 LED 소자를 실장하여 루멘 밀도가 높은 LED 장치를 실현하는 것이지만, LED 장치는 사용 목적에 따라 요구되는 광량이 상이한 경우가 빈번하게 있다. 이 경우, 패키지를 변경하여 베이스 실장 영역(56)의 사이즈가 상이한 몇 종류의 기판(10)을 제조하고, LED 소자의 실장 수를 변경한 LED 장치를 준비하면, 요구 사양에 대응할 수 있지만, 몇 개의 패키지를 준비하는 것은 LED 장치의 제조 효율을 악화시키고, 부품 등의 재고 관리가 번거로워 제품 비용의 증가를 초래하여 문제가 된다.
그러나, 제4 실시예에 나타내는 바와 같이 더미 소자(52)를 이용하면, 패키지를 변경하지 않고, A 블록, B 블록의 LED 소자군의 실장 수를 조정할 수 있기 때문에, 요구 사양에 따른 광량을 출사하는 LED 장치를 용이하게 실현할 수 있다. 예컨대, 제4 실시예에 있어서의 LED 장치보다 광량이 많은 LED 장치를 제조하는 경우는, A 블록, B 블록의 좌우단에 실장되는 더미 소자(52)를 제거하고, 그 더미 소자(52)를 대체하여 LED 소자를 실장하면 된다. 이 경우는, A 블록, B 블록 모두 7개 직렬 3열 병렬의 LED 소자군을 실장하여 접속할 수 있기 때문에, 패키지를 변경하지 않고[베이스 실장 영역(56)의 사이즈를 변경하지 않고] LED 장치의 광량을 사양에 따라 증가시킬 수 있다.
또한, 제4 실시예에 있어서의 LED 장치보다 광량이 적은 LED 장치를 제조하는 경우는, A 블록, B 블록의 가장 좌우측에 실장되는 LED 소자(51a, 51b)를 더미 소자(52)로 대체해 더미 소자(52)의 수를 2배로 하여 모두 24개를 실장할 수 있다. 즉, 더미 소자(52)를 A 블록, B 블록의 좌우단에서 2개 직렬로 와이어링에 의해 접속한다. 이에 따라, A 블록, B 블록 모두 3개 직렬 3열 병렬의 LED 소자군이 되기 때문에, 패키지를 변경하지 않고, LED 장치의 광량을 사양에 따라 감소시킬 수 있다.
이와 같이, 제4 실시예에 있어서의 LED 장치는 더미 소자의 실장 수를 변경함으로써, 출사 광량이 상이한 LED 장치를 용이하게 실현할 수 있기 때문에, 요구 사양이 다른 LED 장치를 효율적으로 제공할 수 있다.
[제5 실시예]
다음으로, 본 발명의 제5 실시예에 따른 LED 장치의 개략을 도 14를 참조하여 설명한다. 이 제5 실시예에 있어서의 LED 장치(60)의 기본 구조는 전술한 제1 및 제2 실시예와 동일하므로, 동일 요소에는 동일 번호를 붙이고, 중복되는 설명은 일부 생략한다.
이 제5 실시예에 있어서의 LED 장치(60)는 도전성의 베이스(도 2 참조)와, 표면에 3개의 전극(63a, 63b, 63c)이 형성된 절연성의 기판(10)을 구비한다. 발광 영역(61)의 내측에 대략 정사각 형상의 베이스 실장 영역(62)이 마련된다. 이 베이스 실장 영역(62)은 상기 제1 내지 제4 실시예와 마찬가지로, 베이스(2)의 표면을 노출시키기 위하여 전극(63a, 63b, 63c) 및 기판(10)을 관통하도록 마련된 관통 구멍(64)에 의해 형성된다. 이 관통 구멍(64)은 예컨대 사각 형상이다. 복수의 LED 소자(65)가 이 베이스 실장 영역(62)에 배열된다. 이들 LED 소자(65)는 가로 방향으로 10개의 LED 소자가 배치되고, 이 10개의 LED 소자(65)가 세로 방향으로 8열 배열된다. 그리고, 2열씩이 한 쌍이 되어 모두 20개씩의 LED 소자(65)가 직렬로 접속된다. 직렬 접속된 20개의 LED 소자(65)는 그 양단의 LED 소자가 전극(63a, 63b, 63c)에 접속됨으로써, 4열이 병렬 접속되게 된다.
도 15는 제5 실시예에 있어서의 LED 소자의 접속 회로를 상세하게 나타낸 것이다. LED 소자(65a, 65b)가 A 블록과 B 블록에 40개씩 분리되어 모두 80개 접속된다. 즉, A 블록에는 전극(63b)과 전극(63c) 사이에서 20개의 LED 소자(65a)가 직렬 접속된 그룹이 2열 병렬 접속되고, B 블록에는 전극(63a)과 전극(63b) 사이에서 20개의 LED 소자(65b)가 직렬 접속된 그룹이 2열 병렬 접속된다.
이 접속에 의해, 전극(63c)과 전극(63a) 사이, 즉 전극 단자(12a)와 전극 단자(12b) 사이에서 A 블록의 LED 소자군과 B 블록의 LED 소자군이 전극(63b)을 중계하여 직렬 접속된다.
이에 따라, 전극 단자(12a, 12b)에 미리 정해진 구동 전압을 인가하면, A 블록과 B 블록으로 구동 전압의 약 1/2의 전압이 분할 인가되어 모든 LED 소자(65a, 65b)를 점등시킬 수 있다. 또한, A 블록, B 블록은 각각 다수의 LED 소자가 직렬 접속되기 때문에, 개개의 LED 소자(65a, 65b)의 특성 편차를 흡수할 수 있다. 또한, 각 블록 내의 각 그룹은 병렬 접속되기 때문에, 구동 전압의 고전압화를 막을 수 있다.
또한, A 블록과 B 블록은 직렬 접속되기 때문에, 각 블록에 흐르는 구동 전류는 같아지고, A 블록, B 블록의 발광량은 거의 같아진다. 이에 따라, LED 소자가 다수여도 LED 소자마다의 광량 편차가 적은 LED 장치를 실현할 수 있다.
[제6 실시예]
다음으로, 본 발명의 제6 실시예에 따른 LED 장치를 도 16을 참조하여 개략적으로 설명한다. 제6 실시예에 있어서의 LED 장치(70)의 기본 구조는 전술한 제1 및 제2 실시예와 동일하므로, 동일 요소에는 동일 번호를 붙이고, 중복되는 설명은 일부 생략한다.
이 제6 실시예에 있어서의 LED 장치(70)는 도전성의 베이스(도 2 참조)와, 이 베이스 상에 부착된 절연성의 기판(10)을 구비한다. 기판(10)의 표면에 4개의 전극(71a, 71b, 71c, 71d)이 형성된다. 발광 영역(72)의 내측에 3개의 베이스 실장 영역(73a, 73b, 73c)이 마련된다. 이들 베이스 실장 영역(73a, 73b, 73c)의 각각은, 예컨대 직사각 형상이며, 상기 제1 내지 제4 실시예와 마찬가지로, 베이스(2)의 표면을 노출시키기 위해 기판(10)을 관통하도록 마련된 관통 구멍에 의해 형성된다. 전극(71a, 71b, 71c, 71d)은 각각 각 관통 구멍의 양측을 따라 배치된다.
복수의 LED 소자(74)가 베이스 실장 영역(73a, 73b, 73c)의 각각에 배치된다. 각 베이스 실장 영역에 있어서의 LED 소자(74)는, 예컨대 관통 구멍의 길이 방향으로 12개 배치되고, 그 중 인접하는 4개씩이 직렬 접속되어 유닛을 구성한다. 직렬 접속된 4개의 LED 소자의 유닛이 세로 방향으로 3세트 배치되고, 각 유닛의 양단에 위치하는 LED 소자가 좌우의 전극에 각각 전기적으로 접속됨으로써, 3세트의 유닛이 병렬 접속된다. 즉, 베이스 실장 영역(73a)에 있어서의 LED 소자의 복수의 유닛은 전극(71a)과 전극(71b) 사이에 접속되고, 베이스 실장 영역(73b)에 있어서의 LED 소자의 복수의 유닛은 전극(71b)과 전극(71c) 사이에 접속되며, 베이스 실장 영역(73c)에 있어서의 LED 소자의 복수의 유닛은 전극(71c)과 전극(71d) 사이에 접속된다. 이러한 접속에 의해, 각 베이스 실장 영역 내에서 병렬 접속된 LED 소자의 3개의 유닛은 각 베이스 실장 영역 사이에서 병렬 접속되게 된다. 또한, 도면 부호 75는 ESD 소자를 나타낸다.
도 17은 제6 실시예에 있어서의 LED 소자의 접속 회로를 상세하게 나타낸 것이다. LED 소자(74a, 74b, 74c)가 A, B, C의 각 블록에 각 12개씩 분리되어 모두 36개 접속되어 있다. A 블록에서는 전극(71a)과 전극(71b) 사이에서 직렬 접속된 4개의 LED 소자(74a)의 그룹이 3열 병렬 접속되고, 또한 B 블록에서도 전극(71b)과 전극(71c) 사이에서 직렬 접속된 4개의 LED 소자(74b)의 그룹이 3열 병렬 접속되며, 또한, C 블록에서도 전극(71c)과 전극(71d) 사이에서 직렬 접속된 4개의 LED 소자(74c)의 그룹이 3열 병렬 접속된다.
이 접속에 의해, 전극(71a)과 전극(71d) 사이, 즉 전극 단자(12a)와 전극 단자(12b) 사이에서는, A, B, C 블록의 각 LED 소자군이 전극(71b)과 전극(71c)을 중계하여 직렬 접속되게 된다.
이에 따라, 전극 단자(12a, 12b)에 미리 정해진 구동 전압을 인가하면, 각 블록 A, B, C에 구동 전압의 약 1/3의 전압이 분할 인가되어 모든 LED 소자(74)를 점등시킬 수 있다. 또한, 각 블록 A, B, C는 전술한 바와 같이 4개의 LED 소자가 직렬 접속된 3열의 그룹으로 구성되기 때문에, 개개의 LED 소자의 특성 편차를 흡수할 수 있다.
또한, 각 블록 A, B, C 사이는 직렬 접속되기 때문에, 각 블록에 흐르는 구동 전류는 같아지고, 각 블록의 LED 소자(74a, 74b, 74c)의 발광량은 거의 같아진다. 이에 따라, LED 소자는 다수여도 LED 소자마다의 광량 편차가 적은 LED 장치를 실현할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 전술된 제1 내지 제6 실시예의 각각에 따른 LED 장치는 LED 소자의 설치 밀도를 높게 할 수 있기 때문에, 발광 영역의 사이즈가 작아지고, 루멘 밀도가 높은 LED 장치를 제공할 수 있다. 또한, 동일한 사이즈의 발광 영역이라면, 보다 많은 LED 소자를 실장할 수 있기 때문에, 고휘도 고출력의 LED 장치를 제공할 수 있다. 또한, 발광 영역이 대략 원형이기 때문에, 발광 영역 내에 실장되는 LED 소자로부터의 출사광이 발광 영역 내에서 반사되고, 대략 원형의 발광 패턴이 되어 출사된다. 이에 따라, 출사광의 지향성이 양호해지고, 출사광을 집광하는 렌즈의 광학 설계가 용이해져서 소형이면서 고성능의 LED 장치를 실현할 수 있다.
또한, 좁은 면적의 발광 영역에 다수의 LED 소자를 실장하여 발광시킬 수 있기 때문에, 루멘 밀도가 높은 LED 장치를 제공할 수 있다. 이에 따라, 출사광을 집광하기 위한 렌즈 등의 광학 설계가 용이하여 소형이면서 집광력이 우수한 고휘도 고출력의 LED 장치를 실현할 수 있기 때문에, 여러 가지 용도의 조명 장치에 적응할 수 있다.
또한, 발광 영역이 대략 원형이며, 이 발광 영역의 주위는 프레임으로 덮여 있기 때문에, 발광 영역 내에 실장되는 LED 소자로부터의 출사광이 발광 영역 내에서 반사되고, 대략 원형의 발광 패턴이 되어 출사된다. 이에 따라, 출사광의 지향성이 양호해지고, 출사광을 집광하는 렌즈의 광학 설계가 용이해져서 소형이면서 고성능의 LED 장치를 실현할 수 있다.
또한, 다수의 LED 소자를 미리 정해진 수의 그룹으로 나누어 직렬 접속과 병렬 접속을 혼합함으로써, 구동 전압의 고전압화를 막고, 개개의 LED 소자의 발광 편차를 억제할 수 있다. 또한, 열전도성이 우수한 베이스에 LED 소자를 직접 실장하고, 또한, 베이스를 외부의 방열 부재에 용이하게 부착할 수 있기 때문에, 방열 효과가 우수한 광원 장치를 실현할 수 있고, LED 소자의 온도 상승을 억제하여 수명이 길면서 신뢰성이 우수한 LED 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않고, 이들 실시예에서 여러 가지 변경 및 변형이 이루어질 수 있는 것이 이해되어야 할 것이다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 장치는 루멘 밀도가 높은 LED 장치를 간단하고 쉬운 설계로 실현할 수 있기 때문에, 일반적인 조명용 광원이나 백라이트 및 차재용 광원 등에, 조명용 광원 장치로서 폭넓게 이용될 수 있다.
1 : LED 장치 2 : 베이스
10: 기판 12a, 12b: 전극 단자
13a, 13b, 13c: 관통 구멍 14: 프레임
15: 밀봉 부재 16a, 16b: 부착부
17a, 17b, 17c: 베이스 실장 영역 18a, 18b: 전극
20: LED 소자 21: 발광 영역
22: ESD 소자 23: 레지스트

Claims (13)

  1. 상면과, 상면에 대향하는 하면과, 상면과 하면 사이의 주연부 측면을 구비한 열전도성을 갖는 베이스와,
    전극이 형성된 상면과, 상면에 대향하는 하면과, 이 상면과 하면을 관통하는 관통 구멍을 갖는 절연성의 기판과,
    이 기판의 하면이 상기 베이스의 상면에 부착되고, 상기 베이스의 상면의 일부가 기판의 관통 구멍으로부터 노출되어 형성되는 1개 이상의 베이스 실장 영역과,
    상기 베이스 실장 영역 상에 실장되며, 각각이 서로 상기 관통 구멍의 양측을 따라 설치된 전극에 전기적으로 접속되는 복수의 발광 다이오드 소자와,
    상기 베이스 실장 영역의 주위를 둘러싸도록 배치되어 발광 영역을 형성하는 프레임
    을 구비하는 발광 다이오드 장치.
  2. 상면과, 상면에 대향하는 하면과, 상면과 하면 사이의 주연부 측면을 구비한 열전도성을 갖는 베이스와,
    전극이 형성된 상면과, 상면에 대향하는 하면과, 이 상면과 하면을 관통하는 복수의 가늘고 긴 관통 구멍을 갖는 절연성의 기판과,
    이 기판의 하면이 상기 베이스의 상면에 부착되고, 상기 베이스의 상면의 일부가 기판의 복수의 관통 구멍으로부터 노출되어 형성되는 복수의 베이스 실장 영역과,
    이 복수의 베이스 실장 영역의 각각에 실장되는 복수의 발광 다이오드 소자와,
    상기 복수의 베이스 실장 영역의 주위를 둘러싸도록 배치되어 발광 영역을 형성하는 프레임
    을 구비하며,
    상기 기판에 마련된 복수의 가늘고 긴 관통 구멍은 그 길이 방향과 평행하게, 또한 길이 방향과 수직인 폭 방향으로 간격을 두고 배치되고, 폭 방향으로 인접한 복수의 관통 구멍 사이에는 상기 기판의 상면에 설치된 전극이 인접한 관통 구멍과 평행하게 독립적으로 설치되어 상기 복수의 발광 다이오드 소자와 전기적으로 접속되는 것인 발광 다이오드 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전극은 길이 방향과 평행하게 배치된 복수의 관통 구멍의 폭 방향 외측 양측에 독립된 전극을 각각 더 구비하고, 각 관통 구멍으로부터 노출된 베이스 실장 영역에는 각 관통 구멍의 폭 방향으로 나열 배치된 2개 이상의 발광 다이오드 소자가 탑재되어, 각 관통 구멍의 폭 방향으로 인접 배치된 2개의 독립된 전극에 직렬 접속되는 것인 발광 다이오드 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 직렬 접속되어 나열 배치된 2개 이상의 발광 다이오드 소자로 이루어진 유닛이 각각의 관통 구멍의 길이 방향으로 복수개 설치되어 복수의 직렬 접속 유닛을 복수개 형성하고, 각 관통 구멍으로부터 노출된 베이스 실장 영역에 탑재된 복수의 직렬 접속 유닛은 각 관통 구멍의 폭 방향으로 인접 배치되는 2개의 독립된 전극에 서로 병렬 접속되는 것인 발광 다이오드 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 직렬 접속되어 나열 배치된 2개 이상의 발광 다이오드 소자의 유닛은 각 유닛 내의 발광 다이오드 소자가 금속 세선에 의해 직접 와이어링되는 것인 발광 다이오드 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 전극은 길이 방향과 평행하게 배치된 복수의 관통 구멍의 폭 방향 양 외측에 각각 독립된 전극을 더 구비하고, 각 관통 구멍으로부터 노출된 베이스 실장 영역에는 각 관통 구멍의 길이 방향으로 복수의 발광 다이오드 소자가 배치되어 복수의 유닛을 구성하며, 각 유닛은 각 관통 구멍의 폭 방향으로 인접 배치되는 2개의 독립된 전극에 직렬 접속되는 복수의 발광 다이오드 소자를 구비하는 것인 발광 다이오드 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 복수의 유닛 간의 접속은 상기 전극에 의해 중계되는 것인 발광 다이오드 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 각 유닛 내에서의 복수의 발광 다이오드 소자 간의 접속은 금속 세선에 의해 직접 와이어링되는 것인 발광 다이오드 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복수의 발광 다이오드 소자는 그 일부가 도전성 더미 소자에 접속되는 것인 발광 다이오드 장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 베이스 실장 영역은 직사각 형상, 정사각 형상 및 원 형상 중 어느 하나의 형상으로 이루어지는 것인 발광 다이오드 장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 프레임 내측의 발광 영역은 투광성의 밀봉 부재로 밀봉되는 것인 발광 다이오드 장치.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 베이스의 하면에는 방열 효과를 높이도록 구성된 방열 부재가 부착되는 것인 발광 다이오드 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 복수의 발광 다이오드 소자는 상기 관통 구멍의 양측에 설치된 전극과 접속되도록 전극 사이에 나열 배치되고, 복수의 발광 다이오드 소자가 서로 직렬로 접속된 직렬 접속 유닛을 구성하며, 이 직렬 접속 유닛은 복수개 설치되고, 유닛끼리는 서로 전극과 병렬 접속되는 것인 발광 다이오드 장치.
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