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KR101537798B1 - 백색 발광 다이오드 패키지 - Google Patents

백색 발광 다이오드 패키지 Download PDF

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KR101537798B1
KR101537798B1 KR1020080095925A KR20080095925A KR101537798B1 KR 101537798 B1 KR101537798 B1 KR 101537798B1 KR 1020080095925 A KR1020080095925 A KR 1020080095925A KR 20080095925 A KR20080095925 A KR 20080095925A KR 101537798 B1 KR101537798 B1 KR 101537798B1
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white light
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서울반도체 주식회사
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Abstract

백색 발광 다이오드 패키지가 개시된다. 이 패키지는 복수개의 청색 발광 다이오드 칩들 또는 단일 기판 상에 서로 직렬 연결된 복수개의 발광셀들의 어레이를 갖는 청색 발광 다이오드 칩과, 복수개의 적색 발광 다이오드 칩들 및 황색 형광체를 포함한다. 복수개의 청색 발광 다이오드 칩들 또는 상기 복수개의 발광셀들과 상기 적색 발광 다이오드 칩들은 서로 직렬 연결되며, 상기 황색 형광체는 상기 청색 발광 다이오드 칩에서 방출된 광의 일부를 파장변환시킨다. 한편, 동작시, 상기 청색 발광 다이오드 칩에 인가되는 전압과 상기 복수개의 적색 발광 다이오드 칩들에 인가되는 전압은 각각, 상기 패키지에 인가되는 전체 전압에 대해, 65~90% 범위 및 10~35% 범위 내에 있으며, 상기 패키지는 2500~4000K의 온백색광을 구현한다.
발광 다이오드 칩, 형광체, 온백색(warm white), 브리지 정류기

Description

백색 발광 다이오드 패키지{WHITE LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE}
본 발명은 백색 발광 다이오드 패키지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고전압 구동 조건하에서 온백색광을 구현하는 백색 발광 다이오드 패키지에 관한 것이다.
백색광을 구현하는 다양한 백색 발광 다이오드 패키지가 알려져 있다. 이러한 백색 발광 다이오드 패키지는 일반적으로 청색 발광 다이오드 칩과 청색광을 장파장의 광으로 파장변환하는 형광체, 예컨대, YAG 계열 또는 오소실리케이트 계열 형광체를 포함한다. YAG계 또는 오소실리케이트계 형광체는 청색광을 황색광으로 변환시키는 대표적인 황색 형광체이다.
한편, 백색 발광 다이오드 패키지를 일반 조명용으로 사용하기 위해, 온백색광을 구현할 수 있는 다양한 패키지들이 연구 및 개발되고 있다. 온백색광을 구현하기 위해 청색 발광 다이오드 칩과 황색 형광체에 더하여 적색 형광체 또는 적색 발광 다이오드 칩이 사용될 수 있다. 그러나 청색광을 적색광으로 변환시키는 적색 형광체는 아직까지 파장변환효율이 높지 않아 그 적용에 어려움이 있으며, 따라서, 적색 발광 다이오드 칩과 청색 발광 다이오드 칩 및 황색 형광체를 사용하여 온백 색광을 구현하는 것이 일반적이다.
청색 발광 다이오드 칩은 AlInGaN 계열의 질화물 반도체로 제조되며, 순방향 전압이 3~4V 정도이고, 적색 발광 다이오드 칩은 AlInGaP계열의 인화물 반도체로 제조되며, 그 순방향 전압이 약 2V 이다.
종래의 백색 발광 다이오드 패키지는 적색 및 청색 발광 다이오드 칩들을 개별 구동하여 온백색광을 구현한다. 즉, 순방향 전압이 서로 다른 질화물 계열의 발광 다이오드 칩과 인화물 계열의 발광 다이오드 칩을 개별적으로 구동함으로써 그 발광 강도를 조절하여 원하는 색온도를 구현한다. 그러나 이러한 발광 다이오드 패키지는 각각의 LED를 개별적으로 구동하기 때문에 고전압 구동이 어렵고, 특히 각각의 LED를 개별적으로 구동하기 위해 복잡한 회로 구성을 필요로 하며, 또한 각각의 개별 LED를 외부 전원에 연결하기 위해 패키지에 다수의 리드 단자들이 마련되어야 한다.
한편, 발광 다이오드는 순방향 전압에 의해 구동되는 소자로 교류 전원하에서 구동하기 위해서는 정류기를 필요로 한다. 이러한 정류기에 대한 요구는 발광 다이오드를 일반 조명용 광원으로 사용하는 것을 어렵게 하고 있다. 따라서 가정용 전원과 같이 교류전원을 사용하는 환경하에서 정류기 없이 구동될 수 있는 백색 발광 다이오드 패키지가 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 온백색광을 구현할 수 있는 백색 발광 다이오드 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 고전압하에서 구동가능하며, 구동 회로 구성이 간단한 백색 발광 다이오드 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 온백색광을 구현하기에 적합한 청색, 적색 발광 다이오드 칩 및 형광체의 조합을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 정류기 없이 교류전원에 직접 연결되어 구동될 수 있는 백색 발광 다이오드 패키지를 제공하는 데 있다.
상기 과제들을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 태양에 따른 백색 발광 다이오드 패키지는, 단일 기판 상에 서로 직렬 연결된 복수개의 발광셀들의 제1 어레이를 갖는 청색 발광 다이오드 칩, 상기 제1 어레이에 직렬 연결된 복수개의 적색 발광 다이오드 칩들 및 상기 청색 발광 다이오드 칩에서 방출된 광의 일부를 파장변환시키는 황색 형광체를 포함한다. 동작시, 상기 청색 발광 다이오드 칩에 인가되는 전압과 상기 복수개의 적색 발광 다이오드 칩들에 인가되는 전압은 각각, 상기 패키지에 인가되는 전체 전압에 대해, 65~90% 범위 및 10~35% 범위 내에 있다. 또한, 상기 백색 발광 다이오드 패키지는 2500~4000K의 온백색광을 구현한다.
이에 따르면, 청색 발광 다이오드 칩 내의 발광셀들의 제1 어레이와 적색 발 광 다이오드 칩들이 직렬 연결되므로, 청색 발광 다이오드 칩과 적색 발광 다이오드 칩들을 개별 구동할 필요가 없으며, 또한, 이들의 전체 구동전압이 증가되어 고전압 구동이 가능하게 된다. 또한, 청색 발광 다이오드 칩과 적색 발광 다이오드 칩들에 인가되는 전압 범위를 제어함으로써 이들이 직렬 연결된 구조에서 흑체 복사선에 가까운 온백색광을 구현하기 위한 발광 다이오드 칩들과 형광체의 적합한 조합을 제공할 수 있다.
여기서, 상기 적색 발광 다이오드 칩은 AlInGaP계 LED일 수 있으며, 상기 청색 발광 다이오드 칩은 AlInGaN계 LED일 수 있다. 또한, 상기 형광체는 550~600nm 사이에 피크 파장을 갖는 일반적인 YAG 또는 오소실리케이트 형광체이다.
이에 더하여, 상기 청색 발광 다이오드 칩은 상기 단일 기판 상에 서로 직렬 연결된 복수개의 발광셀들의 제2 어레이를 더 포함할 수 있으며, 상기 백색 발광 다이오드 패키지는 상기 제2 어레이에 직렬 연결된 또 다른 복수개의 적색 발광 다이오드 칩들을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 어레이와 그것에 직렬 연결된 적색 발광 다이오드 칩들이 상기 제2 어레이와 그것에 직렬 연결된 또 다른 적색 발광 다이오드 칩들에 병렬 또는 역병렬로 연결될 수 있다. 특히, 상기 제1 어레이와 제2 어레이는 서로 역병렬로 연결될 수 있으며, 이에 따라 상기 패키지는 정류기 없이 교류전원에 직접 연결되어 구동될 수 있다.
한편, 상기 패키지는 상기 제1 어레이 및 상기 적색 발광 다이오드 칩들에 정류 전류를 공급하기 위한 브리지 정류기를 더 포함할 수 있다. 이러한 브지지 정류기는 일반 다이오드 또는 발광 다이오드를 이용하여 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 태양에 따른 백색 발광 다이오드 패키지는 제1 및 제2 리드 단자들, 상기 제1 및 제2 리드 단자에 연결되고 각각 적색 발광 다이오드 칩을 포함하는 제1 내지 제4 브리지부들로 이루어진 브리지 정류기, 단일 기판 상에 서로 직렬 연결된 복수개의 발광셀들의 어레이를 갖고 상기 브리지 정류기에 연결된 청색 발광 다이오드 칩, 및 상기 청색 발광 다이오드 칩에서 방출된 광의 일부를 파장변환시키는 황색 형광체를 포함한다. 동작시, 상기 청색 발광 다이오드 칩에 인가되는 전압과 상기 브리지부들 내의 적색 발광 다이오드 칩들에 인가되는 전압은 각각, 상기 패키지에 인가되는 전체 전압에 대해, 65~90% 범위 및 10~35% 범위 내에 있다. 또한, 상기 백색 발광 다이오드 패키지는 2500~4000K의 온백색광을 구현한다.
상기 청색 발광 다이오드 칩은 상기 브리지 정류기에 의해 정류 전류가 입력되도록 상기 브리지 정류기의 두 개의 노드들에 연결되고, 상기 제1 및 제2 리드단자들이 상기 브리지 정류기의 다른 두 개의 노드들에 각각 연결된다.
이에 따라, 외부에 별도의 정류기를 설치할 필요 없이 교류전원에 연결하여 구동될 수 있는 교류용 발광 다이오드 패키지가 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 태양에 따른 백색 발광 다이오드 패키지는, 복수개의 청색 발광 다이오드 칩들, 복수개의 적색 발광 다이오드 칩들, 및 상기 청색 발광 다이오드 칩들에서 방출된 광의 일부를 파장변환시키는 황색 형광체를 포함한다. 상기 청색 발광 다이오드 칩들과 상기 적색 발광 다이오드 칩들은 서로 직렬 연결된다. 동작시, 상기 청색 발광 다이오드 칩들에 인가되는 전압과 상기 복수개의 적색 발광 다이오드 칩들에 인가되는 전압은 각각, 상기 패키지에 인가되는 전체 전압에 대해, 65~90% 범위 및 10~35% 범위 내에 있다. 또한, 상기 백색 발광 다이오드 패키지는 2500~4000K의 온백색광을 구현한다.
본 태양에 따른 상기 백색 발광 다이오드 패키지는 또 다른 복수개의 청색 발광 다이오드 칩들 및 또 다른 복수개의 적색 발광 다이오드 칩들을 더 포함할 수 있다. 상기 또 다른 복수개의 청색 발광 다이오드 칩들과 상기 또 다른 적색 발광 다이오드 칩들은 서로 직렬 연결된다.
이에 더하여, 상기 또 다른 복수개의 청색 발광 다이오드 칩들과 상기 또 다른 적색 발광 다이오드 칩들은 상기 복수개의 청색 발광 다이오드 칩들 및 상기 적색 발광 다이오드 칩들에 역병렬로 연결될 수 있다. 이에 따라, 정류기 없이 교류전원에 직접 연결하여 구동되는 백색 발광 다이오드 패키지가 제공될 수 있다.
이와 달리, 상기 백색 발광 다이오드 패키지는 상기 청색 발광 다이오드 칩들 및 상기 적색 발광 다이오드 칩들에 정류 전류를 공급하기 위한 브리지 정류기를 더 포함할 수 있다. 이러한 브지지 정류기는 일반 다이오드 또는 발광 다이오드를 이용하여 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 태양에 따른 백색 발광 다이오드 패키지는, 제1 및 제2 리드 단자들, 상기 제1 및 제2 리드 단자들에 연결되고 각각 적색 발광 다이오드 칩을 포함하는 제1 내지 제4 브리지부들로 이루어진 브리지 정류기, 상기 브리지 정류기의 노드들 사이에서 서로 직렬 연결된 복수개의 청색 발광 다이오드 칩, 및 상기 청색 발광 다이오드 칩들에서 방출된 광의 일부를 파장변환시키는 황색 형광체를 포함한다. 동작시, 상기 청색 발광 다이오드 칩들에 인가되는 전압과 상기 브리지부들 내의 적색 발광 다이오드 칩들에 인가되는 전압은 각각, 상기 패키지에 인가되는 전체 전압에 대해, 65~90% 범위 및 10~35% 범위 내에 있다. 또한, 상기 백색 발광 다이오드 패키지는 2500~4000K의 온백색광을 구현한다. 이에 따라, 외부에 별도의 정류기를 설치할 필요 없이 교류전원에 직접 연결하여 구동되는 백색 발광 다이오드 패키지가 제공될 수 있다. 더욱이, 적색 발광 다이오드 칩들을 이용하여 브리지 정류기를 구성할 수 있어, 일반 다이오드를 이용하여 브리지 정류기를 구성하는 경우에 비해, 다이오드 실장 공간을 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 청색 발광 다이오드 칩 내의 발광셀들 또는 복수개의 청색 발광 다이오드 칩들과 적색 발광 다이오드 칩들을 직렬 연결하여 온백색광을 구현하므로, 패키지를 구동하기 위한 회로 구성이 간단하고, 또한 고전압하에서 구동가능한 백색 발광 다이오드 패키지를 제공할 수 있다. 또한, 청색 발광 다이오드 칩 내의 발광셀들의 어레이 또는 청색 발광 다이오드 칩들과 적색 발광 다이오드 칩들에 인가되는 전압 비율을 제어함으로써 온백색광을 구현하기에 적합한 청색, 적색 발광 다이오드 칩들 및 형광체의 조합을 제공할 수 있다. 이에 더하여, 정류기 없이 교류 전원에 직접 연결되어 구동될 수 있는 백색 발광 다이오드 패키지가 제공될 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다 음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 평면도이고, 도 2는 도 1의 백색 발광 다이오드 패키지의 개략적인 등가 회로도이다.
도 1을 참조하면, 백색 발광 다이오드 패키지는 적색 발광 다이오드 칩들(20r), 청색 발광 다이오드 칩(30b) 및 황색 형광체(도시하지 않음)를 포함한다. 또한, 상기 백색 발광 다이오드 패키지는 제1 리드단자(11) 및 제2 리드단자(13)를 포함하고, 상기 제1 및 제2 리드단자들(11, 13)을 지지하고, 상기 적색 및 청색 발광 다이오드 칩들(20r, 30b)을 실장하기 위한 패키지 본체(10)를 포함한다.
상기 패키지 본체(10)는 예컨대, 인쇄회로기판, 사출 성형에 의해 성형된 플라스틱 또는 세라믹으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 리드단자들(11, 13)은 리드 프레임으로부터 또는 도금 등에 의해 형성될 수 있다.
한편, 적색 발광 다이오드 칩들(20r)은 통상적인 AlInGaP 계열의 LED일 수 있으며, 이러한 적색 LED는 600~700 nm 범위의 발광 파장을 갖는다.
청색 발광 다이오드 칩(30b)은 단일 기판 상에 복수개의 발광셀들(31c)이 서로 직렬 연결된 어레이를 갖는다. 이러한 청색 발광 다이오드 칩(30b)은 400~500nm 범위의 발광 파장을 가지며, 그 구조에 대해서는 도 5 또는 도 6을 참조하여 뒤에서 상세히 설명한다.
한편, 황색 형광체(도시하지 않음)는 청색 발광 다이오드 칩 상부에 위치하여 상기 청색 발광 다이오드에서 방출된 청색광의 일부를 550~600nm 범위 내에 피크 파장을 갖는 황색광으로 변환시킨다. 황색 형광체로는 통상적인 YAG계 또는 오소실리케이트 형광체가 사용될 수 있다. 통상적인 YAG계 또는 오소실리케이트 형광체는 파장 변환 효율이 높으며, 약 570nm의 피크 파장을 가질 수 있다.
황색 형광체는 상기 청색 발광 다이오드 칩(30b) 상에 또는 상기 칩(30b)을 덮는 투명 수지 상에 위치할 수 있으며, 또는 상기 칩(30b)을 덮는 투명 수지 내에 분포되어 상기 청색 발광 다이오드 칩 상부에 배치될 수 있다.
상기 적색 발광 다이오드 칩들(20r)은 상기 청색 발광 다이오드 칩(30b)에 직렬 연결된다. 또한, 상기 청색 발광 다이오드 칩(30b)과 적색 발광 다이오드 칩들(20r)은 제1 및 제2 리드단자들(11, 13)에 연결되어 외부 전원에 연결될 수 있다. 상기 발광 다이오드 칩들(20r 30b) 사이의 연결 및 발광 다이오드 칩들과 리드단자들(11, 13) 사이의 연결은 본딩와이어(도시하지 않음) 또는 배선들을 통해 형성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 청색 발광 다이오드 칩(30b)은 서로 직렬 연결된 발광셀들(31c)의 어레이를 가지며, 적색 발광 다이오드 칩들(20r)이 상기 발광셀들의 어레이에 직렬 연결되어 있다. 상기 청색 발광 다이오드 칩(30b)과 적색 발광 다이오드 칩들의 직렬 연결의 양단은 각각 제1 및 제2 리드단자들(11, 13)에 연결된다.
도시된 바와 같이, 복수개의 LED들이 직렬 연결되므로, 구동 전압이 증가된다. 상기 적색 발광 다이오드 칩들 및 발광셀들의 개수를 조절함으로써 예컨대, 110V 또는 220V에서 구동될 수 있는 백색 발광 다이오드 패키지가 제공될 수 있다.
한편, 동작시, 상기 청색 발광 다이오드 칩(30b), 즉 발광셀들(31c)에 인가되는 전압과 상기 적색 발광 다이오드 칩들(20r)에 인가되는 전압은 각각, 상기 패키지에 인가되는 전체 전압에 대해, 65~90% 범위 및 10~35% 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 흑체 복사선에 가까운 색온도 2500~4000K의 온백색광을 구현할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 백색 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 개략적인 등가 회로도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 백색 발광 다이오드 패키지는, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 백색 발광 다이오드 패키지와 대체로 유사하나, 상기 청색 발광 다이오드 칩(30b)이 상기 발광셀들(31c)의 어레이(제1 어레이, 31a)에 더하여 발광셀들(35c)의 어레이(제2 어레이, 35a)를 더 포함하고, 상기 제2 어레이(35a)에 적색 발광 다이오드 칩들(25r)이 직렬 연결된 것에 차이가 있다.
즉, 본 실시예에 따르면, 청색 발광 다이오드 칩(30b)은 단일 기판 상에 서로 직렬 연결된 발광셀들(31c)의 제1 어레이(31a)와 함께 서로 직렬 연결된 발광셀들(35c)의 제2 어레이(35a)를 갖는다. 또한, 상기 제1 어레이(31a)에 직렬 연결된 적색 발광 다이오드 칩들(20r)에 더하여 상기 제2 어레이(35a)에 적색 발광 다이오드 칩들(25r)이 직렬 연결된다.
도시된 바와 같이, 상기 제1 어레이(31a)와 적색 발광 다이오드 칩들(20r)은 상기 제2 어레이(35a)와 적색 발광 다이오드 칩들(25r)과 제1 리드단자(11)와 제2 리드단자(13) 사이에서 서로 역병렬로 연결될 수 있다. 이 경우, 외부에 별도의 정류기를 설치할 필요 없이, 제1 리드단자(11)와 제2 리드단자(13)를 교류전원에 직접 연결하여 백색 발광 다이오드 패키지를 구동시킬 수 있다. 즉, 교류전원의 극성에 따라, 반주기 동안은 제1 어레이(31a)와 그것에 직렬 연결된 적색 발광 다이오드 칩들(20r)이 구동되고, 그 다음 반주기 동안은 제2 어레이(35a)와 그것에 직렬 연결된 적색 발광 다이오드 칩들(25r)이 구동되어, 연속적으로 백색광을 구현할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 백색 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 개략적인 등가 회로도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 백색 발광 다이오드 패키지는 적색 발광 다이오드 칩들(20r), 청색 발광 다이오드 칩(30b) 및 황색 형광체(도시하지 않음)를 포함한다. 또한, 상기 백색 발광 다이오드 패키지는, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 제1 리드단자(11) 및 제2 리드단자(13)를 포함하고, 상기 제1 및 제2 리드단자들(11, 13)을 지지하고, 상기 적색 및 청색 발광 다이오드 칩들(20r, 30b)을 실장하기 위한 패키지 본체(10)를 포함한다.
이에 더하여, 상기 백색 발광 다이오드 패키지는 제1 내지 제4 브리지부들(21, 22, 23, 24)로 이루어진 브리지 정류기를 포함한다. 상기 제1 내지 제4 브리지부들(21 ~ 24)은 각각 적어도 하나의 적색 발광 다이오드 칩(20r)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 내지 제4 브리지부들은 적색 발광 다이오드 칩들(20r)만으로 구성될 수도 있다.
한편, 상기 제1 브리지부(21)와 제2 브리지부(22)는 입력단(41)에 연결되고, 상기 제3 브리지부(23)와 제4 브리지부(24)는 출력단(43)에 연결된다. 여기서 입력단(41)과 출력단(43)은, 설명의 편의상 정한 것으로, 교류전원에 입력되는 전류의 방향에 따라 서로 뒤바뀔 수 있다.
상기 제1 브리지부(21)와 제2 브리지부(22)는 입력단(41)과 출력단(43) 사이에 인가된 전압에 대해 서로 반대 극성이 되도록 입력단(41)에 연결되고, 상기 제3 브리지부(23)와 제4 브리지부(24) 또한 입력단(41)과 출력단(43) 사이에 인가된 전압에 대해 서로 반대 극성이 되도록 출력단(43)에 연결된다.
한편, 상기 제1 브리지부(21)와 제4 브리지부(24)는 제1 노드(45)에 연결되고, 상기 제2 브리지부(22)와 제3 브리부(23)는 제2 노드(47)에 연결된다. 제1 브리지부(21)와 제4 브리지부(24)는 입력단(41)과 출력단(43) 사이에 인가된 전압에 대해 서로 반대 극성이 되도록 제1 노드(45)에 연결되고, 상기 제2 브리지부(22)와 제3 브리지부(23) 또한 입력단(41)과 출력단(43) 사이에 인가된 전압에 대해 서로 반대 극성이 되도록 제2 노드(47)에 연결된다.
한편, 단일 기판 상에 서로 직렬 연결된 발광셀들(31c)의 어레이를 갖는 청색 발광 다이오드 칩(30b)이 상기 브리지 정류기의 제1 노드(45)와 제2 노드(47)에 전기적으로 연결된다. 상기 발광셀들(31c)의 어레이는 제1 리드 단자(11) 또는 제2 리드 단자(13)에서 입력되는 전류에 대해 순방향이 되도록 제1 노드(45)와 제2 노 드(47)에 전기적으로 연결된다.
상기 브리지부들(21 ~ 24) 및 청색 발광 다이오드 칩(30b)은 본딩와이어 또는 배선들을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
이하에서, 다시 도 4를 참조하여 교류 전원하에서 본 실시예에 따른 백색 발광 다이오드 패키지의 동작을 설명한다.
우선, 교류 전원이 제1 리드 단자(11) 및 제2 리드단자(13)에 연결되고, 제1 리드단자(11)에 양의 전압이, 제2 리드단자(13)에 음의 전압이 인가되는 반주기 동안, 전류는 브리지 정류기의 입력단(41)을 통해 입력되고, 제2 브리지부(22), 발광셀들(31c)의 어레이, 제4 브리지부(24)를 경유하여 브리지 정류기의 출력단(43)을 통해 나간다. 이에 따라, 제2 및 제4 브리지부들(22, 24) 내의 적색 발광 다이오드 칩들(20r)과 청색 발광 다이오드 칩(30b) 내의 발광셀들(31c)이 구동되어 광이 방출된다.
이제, 교류전원의 전압 인가 방향이 바뀐 경우에 대해 설명한다.
상기 브리지 정류기의 출력단(43)을 통해 전류가 유입되고, 이 전류는 브리지 정류기의 제3 브리지부(23), 발광셀들(31c)의 어레이, 제1 브리지부(21)를 경유하여 브리지 정류기의 입력단(41)을 통해 빠져나간다. 이에 따라, 제1 및 제3 브리지부들(21, 23) 내의 적색 발광 다이오드 칩들(20r)과 청색 발광 다이오드 칩(30b) 내의 발광셀들(31c)이 구동되어 광이 방출된다.
결과적으로, 상기 청색 발광 다이오드 칩(30b)과 함께, 상기 청색 발광 다이오드 칩(30b)에 연결된 제1 및 제3 브리지부들 내의 적색 발광 다이오드 칩들(20r) 또는 제2 및 제4 브리지부들 내의 적색 발광 다이오드 칩들(20r)이 서로 교대로 구동되어 연속적으로 광을 방출한다.
한편, 동작시, 상기 청색 발광 다이오드 칩(30b), 즉 발광셀들(31c)에 인가되는 전압과 제1 및 제3 브리지부들 내의 적색 발광 다이오드 칩들(20r) 또는 제2 및 제4 브리지부들 내의 적색 발광 다이오드 칩들(20r)에 인가되는 전압은 각각, 상기 패키지에 인가되는 전체 전압에 대해, 65~90% 범위 및 10~35% 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 흑체 복사선에 가까운 색온도 2500~4000K의 온백색광을 구현할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 적색 발광 다이오드 칩들(20r)을 포함하는 브리지부들(21~24)에 대해 설명하였지만, 일반 다이오드로 브리지부들(21~24)을 구성하고, 적색 발광 다이오드 칩들(20r)을 청색 발광 다이오드 칩(30b)에 직렬 연결하여 제1 노드(45)와 제2 노드(45) 사이에 배치할 수도 있다.
도 5 및 도 6은 도 1 내지 도 4의 발광셀들(31c 또는 35c)의 어레이를 설명하기 위한 부분단면도이다. 여기서, 도 5는 에어브리지 공정에 의해 형성된 배선들에 의해 발광셀들이 직렬 연결된 것을 설명하기 위한 부분단면도이고, 도 6은 스텝커버 공정에 의해 형성된 배선들에 의해 발광셀들이 직렬 연결된 것을 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도 5를 참조하면, 기판(51) 상에 복수개의 발광셀들(58)이 서로 이격되어 위치한다. 상기 발광셀들 각각은 제1 도전형 하부 반도체층(55), 활성층(57) 및 제2 도전형 상부 반도체층(59)을 포함한다. 상기 활성층(57)은 단일 양자웰 구조 또는 다중 양자웰 구조일 수 있으며, 요구되는 발광 파장에 따라 그 물질 및 조성이 선택된다. 예컨대, 상기 활성층은 AlInGaN 계열의 화합물 반도체, 예컨대 InGaN로 형성될 수 있다. 한편, 상기 하부 및 상부 반도체층(55, 59)은 상기 활성층(57)에 비해 밴드갭이 큰 물질로 형성되며, AlInGaN 계열의 화합물 반도체, 예컨대 GaN로 형성될 수 있다.
한편, 상기 하부 반도체층(55)과 상기 기판(51) 사이에 버퍼층(53)이 개재될 수 있다. 버퍼층(53)은 기판(51)과 하부 반도체층(55)의 격자부정합을 완화시키기 위해 채택된다. 상기 버퍼층(53)은 도시된 바와 같이 서로 이격될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 버퍼층(53)이 절연성이거나 저항이 큰 물질로 형성된 경우, 서로 연속적일 수 있다.
상기 상부 반도체층(59)은, 도시한 바와 같이, 상기 하부 반도체층(55)의 일부 영역 상부에 위치하며, 상기 활성층은 상부 반도체층(59)과 하부 반도체층(55) 사이에 개재된다. 또한, 상기 상부 반도체층(59) 상에 투명전극층(61)이 위치할 수 있다. 상기 투명전극층(61)은 인디움틴산화막(ITO) 또는 Ni/Au 등의 물질로 형성될 수 있다.
한편, 배선들(67)이 상기 발광셀들(58)을 전기적으로 연결한다. 상기 배선들(67)은 하나의 발광셀의 하부 반도체층(55)과 그것에 이웃하는 발광셀의 투명전극층(61)을 연결한다. 상기 배선들은 도시한 바와 같이, 상기 투명전극층(61) 상에 형성된 전극패드(64)와 상기 하부 반도체층(55)의 노출된 영역 상에 형성된 전극패드(65)를 연결할 수 있다. 여기서, 상기 배선들(67)은 에어브리지 공정에 의해 형 성된 것으로, 접촉부를 제외한 부분은 기판(51) 및 발광셀들(58)로부터 물리적으로 떨어져 있다. 상기 배선들(67)에 의해 단일 기판(51) 상에서 발광셀들이 직렬 연결된 어레이(31a 또는 35a)가 형성된다.
도 6를 참조하면, 상기 발광셀들(58)을 연결하는 배선들은 스텝커버 공정에 의해 형성될 수 있다. 즉, 배선들(87)을 접촉시키기 위한 부분들을 제외하고, 상기 발광셀들의 모든 층들 및 기판(51)은 절연층(85)으로 덮혀진다. 그리고, 상기 배선들(87)이 상기 절연층(85) 상에서 상기 발광셀들을 전기적으로 연결한다.
예컨대, 상기 절연층(85)은 상기 전극패드들(64, 65)을 노출시키는 개구부들을 가지며, 상기 배선들(87)은 상기 개구부들을 통해 이웃하는 발광셀들의 전극패드들(64, 65)을 서로 연결하여 발광셀들을 직렬 연결한다.
앞의 실시예들에 있어서, 발광셀들의 어레이를 갖는 청색 발광 다이오드 칩(30b)을 포함하는 백색 발광 다이오드 패키지에 대해 설명하였다. 그러나 본 발명은 통상적인 청색 발광 다이오드 칩들을 복수개 구비하여 이루어질 수 있으며, 이하에서 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 백색 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 평면도이고, 도 8은 상기 백색 발광 다이오드 패키지의 개략적인 등가 회로도이다.
도 7을 참조하면, 상기 백색 발광 다이오드 패키지는 적색 발광 다이오드 칩들(20r), 청색 발광 다이오드 칩들(130b) 및 황색 형광체(도시하지 않음)를 포함한다. 또한, 상기 백색 발광 다이오드 패키지는, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 제1 리드단자(11) 및 제2 리드단자(13)와, 상기 제1 및 제2 리드단자들(11, 13)을 지지하고, 상기 적색 및 청색 발광 다이오드 칩들(20r, 130b)을 실장하기 위한 패키지 본체(10)를 포함한다.
상기 적색 발광 다이오드 칩들(20r)은 통상적인 AlInGaP 계열의 LED일 수 있으며, 이러한 적색 LED는 600~700 nm 범위의 발광 파장을 갖는다. 청색 발광 다이오드 칩들(130b)은 단일 기판 상에 단일의 활성층을 갖는 통상적인 AlInGaN 계열의 LED 일 수 있으며, 400~500nm 범위의 발광 파장을 갖는다.
한편, 황색 형광체(도시하지 않음)는 청색 발광 다이오드 칩들 상부에 위치하여 상기 청색 발광 다이오드에서 방출된 청색광의 일부를 550~600nm 범위 내에 피크 파장을 갖는 황색광으로 변환시킨다. 황색 형광체로는 통상적인 YAG계 또는 오소실리케이트 형광체가 사용될 수 있다.
상기 적색 발광 다이오드 칩들(20r)과 상기 청색 발광 다이오드 칩들(130b)은 서로 직렬 연결된다. 또한, 상기 청색 발광 다이오드 칩들(130b)과 적색 발광 다이오드 칩들(20r)은 제1 및 제2 리드단자들(11, 13)에 연결되어 외부 전원에 연결될 수 있다. 상기 발광 다이오드 칩들(20r 130b) 사이의 연결 및 발광 다이오드 칩들과 리드단자들(11, 13) 사이의 연결은 본딩와이어(도시하지 않음) 또는 배선들을 통해 형성될 수 있다.
도 8을 참조하면, 청색 발광 다이오드 칩들(130b)과 적색 발광 다이오드 칩들(20r)이 서로 직렬 연결되어 있다. 상기 청색 발광 다이오드 칩들(30b)과 적색 발광 다이오드 칩들의 직렬 연결의 양단은 각각 제1 및 제2 리드단자들(11, 13)에 연결된다.
도시된 바와 같이, 청색 발광 다이오드 칩들(130b)이 서로 직렬 연결되어 어레이를 형성하고 이 어레이에 적색 발광 다이오드 칩들(20r)이 직렬 연결될 수 있으나, 청색 발광 다이오드 칩들(130b) 사이에 적색 발광 다이오드 칩들(20r)이 배치될 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 복수개의 발광 다이오드 칩들(20r, 130b)이 직렬 연결되어 구동 전압이 증가된다. 상기 적색 및 청색 발광 다이오드 칩들의 개수를 조절함으로써 예컨대, 110V 또는 220V에서 구동될 수 있는 백색 발광 다이오드 패키지가 제공될 수 있다.
한편, 동작시, 상기 청색 발광 다이오드 칩들(130b)에 인가되는 전압과 상기 적색 발광 다이오드 칩들(20r)에 인가되는 전압은 각각, 상기 패키지에 인가되는 전체 전압에 대해, 65~90% 범위 및 10~35% 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 흑체 복사선에 가까운 색온도 2500~4000K의 온백색광을 구현할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 백색 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 개략적인 등가 회로도이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 백색 발광 다이오드 패키지는, 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한 백색 발광 다이오드 패키지에 더하여 또 다른 청색 발광 다이오드 칩들(135b) 및 또 다른 적색 발광 다이오드 칩들(25r)을 더 포함한다. 상기 청색 발광 다이오드 칩들(135b)과 적색 발광 다이오드 칩들(25r)은 서로 직렬 연결된다.
도시된 바와 같이, 적색 발광 다이오드 칩들(20r) 및 청색 발광 다이오드 칩들(130b)은 적색 발광 다이오드 칩들(25r) 및 청색 발광 다이오드 칩들(135b)에 제1 리드단자(11)와 제2 리드단자(13) 사이에서 서로 역병렬로 연결될 수 있다. 이 경우, 외부에 별도의 정류기를 설치할 필요 없이, 제1 리드단자(11)와 제2 리드단자(13)를 교류전원에 직접 연결하여 백색 발광 다이오드 패키지를 구동시킬 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 백색 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 개략적인 등가 회로도이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 백색 발광 다이오드 패키지는 제1 내지 제4 브리지부들(21~24)로 이루어진 브리지 정류기를 갖는 도 4의 백색 발광 다이오드 패키지와 유사하다. 다만, 단일기판 상에 서로 직렬 연결된 발광셀들(31c)의 어레이 대신에 서로 직렬 연결된 복수개의 청색 발광 다이오드 칩들(130b)이 제1 노드(45)와 제2 노드(47) 사이에 연결되는 것에 차이가 있다.
상기 청색 발광 다이오드 칩들(130b)은 단일 기판 상에 단일의 활성층을 갖는 통상적인 AlInGaN 계열의 LED 일 수 있으며, 400~500nm 범위의 발광 파장을 갖는다.
상도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 제1 내지 제4 브리지부들(21 ~ 24)은 각각 적어도 하나의 적색 발광 다이오드 칩(20r)을 포함할 수 있으며, 상기 제1 내지 제4 브리지부들은 적색 발광 다이오드 칩들(20r)만으로 구성될 수도 있다.
한편, 동작시, 상기 청색 발광 다이오드 칩들(130b)에 인가되는 전압과 제1 및 제3 브리지부들(21, 23) 내의 적색 발광 다이오드 칩들(20r) 또는 제2 및 제4 브리지부들(22, 24) 내의 적색 발광 다이오드 칩들(20r)에 인가되는 전압은 각각, 상기 패키지에 인가되는 전체 전압에 대해, 65~90% 범위 및 10~35% 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 흑체 복사선에 가까운 색온도 2500~4000K의 온백색광을 구현할 수 있다.
한편, 상기 제1 내지 제4 브리지부들(21~24)은 일반 다이오드로 구성되고, 적색 발광 다이오드 칩들(20r)이 제1 노드(45)와 제2 노드(47) 사이에서 상기 청색 발광 다이오드 칩들(130b)에 직렬 연결될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1의 백색 발광 다이오드 패키지의 개략적인 등가 회로도이다.
도 3는 본 발명의 다른 실시예에 따른 백색 발광 다이오드 패키지의 개략적인 등가 회로도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 백색 발광 다이오드 패키지의 개략적인 등가 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예들에 따른 발광셀들의 어레이를 설명하기 위한 부분단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 발광셀들의 어레이를 설명하기 위한 부분단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 백색 발광 다이오드 패키지의 개략적인 평면도이다.
도 8은 도 7의 백색 발광 다이오드 패키지의 개략적인 등가 회로도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 백색 발광 다이오드 패키지의 개략적인 등가 회로도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 백색 발광 다이오드 패키지의 개략적인 등가 회로도이다.

Claims (11)

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  6. 교류전원에 연결되는 제1 및 제2 리드 단자들;
    상기 제1 및 제2 리드 단자에 연결되고 각각 적색 발광 다이오드 칩을 포함하는 제1 내지 제4 브리지부들로 이루어진 브리지 정류기;
    단일 기판 상에 서로 직렬 연결된 복수개의 발광셀들의 어레이를 갖고 상기 브리지 정류기에 연결된 청색 발광 다이오드 칩; 및
    상기 청색 발광 다이오드 칩에서 방출된 광의 일부를 파장변환시키는 황색 형광체를 포함하고,
    상기 브리지 정류기는 상기 적색 발광 다이오드 칩 및 상기 청색 발광 다이오드 칩에 정류 전류를 공급하고,
    상기 청색 발광 다이오드칩은 상기 브리지 정류기의 노드들 사이에서 서로 직렬 연결되고,
    동작시, 상기 청색 발광 다이오드 칩에 인가되는 전압과 상기 브리지부들 내의 적색 발광 다이오드 칩들에 인가되는 전압은 각각, 패키지에 인가되는 전체 전압에 대해, 65~90% 범위 및 10~35% 범위 내에 있으며,
    2500~4000K의 온백색광을 구현하는 백색 발광 다이오드 패키지.
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