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KR20070047133A - 교류용 백색 발광소자 - Google Patents

교류용 백색 발광소자 Download PDF

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KR20070047133A
KR20070047133A KR1020050103939A KR20050103939A KR20070047133A KR 20070047133 A KR20070047133 A KR 20070047133A KR 1020050103939 A KR1020050103939 A KR 1020050103939A KR 20050103939 A KR20050103939 A KR 20050103939A KR 20070047133 A KR20070047133 A KR 20070047133A
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서울옵토디바이스주식회사
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Abstract

교류용 백색 발광소자가 개시된다. 이 백색 발광소자는 직렬연결된 복수개의 발광셀들을 갖는 발광 다이오드 칩, 청색 형광체, 녹색 형광체 및 적색 형광체를 포함한다. 복수개의 발광셀들은 자외선을 방출한다. 한편, 청색 형광체, 녹색 형광체 및 적색 형광체는 각각 발광셀들에서 방출된 자외선을 흡수하여 청색광, 녹색광 및 적색광을 방출한다. 이에 따라, 교류구동이 가능하며, 연색평가수 및 광출력이 향상된 백색 발광소자를 제공할 수 있다.
백색 발광소자, 발광 다이오드, 발광셀, 교류, 형광체

Description

교류용 백색 발광소자{WHITE LIGHT EMITTING DEVICE FOR AC POWER OPERATION}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 교류용 백색 발광소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 칩을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광소자의 교류 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 백색 발광소자의 교류 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
본 발명은 백색 발광소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 교류 구동이 가능한 백색 발광소자에 관한 것이다.
일반적으로, 백색 발광소자는 자외선 또는 청색광을 방출하는 질화갈륨(GaN) 계열 특히, 알루미늄-인디움-갈륨나이트라이드(AlxInyGazN) 계열의 발광 다이오드 및 발광 다이오드에서 방출된 광의 일부를 흡수하여 장파장의 광을 방출하는 형광체를 포함한다. 이러한 백색 발광소자는 광원으로서 단일파장의 광원을 사용하므로, 다양한 파장의 광원을 사용하는 백색 발광소자에 비해 구조가 매우 단순하고 가격이 싸다.
한편, 기존의 형광등을 대체하여 백색 발광소자를 일반조명용으로 사용하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 백색 발광소자가 일반조명용으로 사용되기 위해서는, 충분한 발광강도 뿐만 아니라 형광등 수준의 연색평가수(color rendering index; CRI)를 나타낼 것이 요구된다. CRI는 광원에 의해 조명되는 물체색의 지각이 기준광원(예컨대, 태양광)으로 조명했을 때의 지각과 일치하는 정도를 나타내는 수치로, 외부로 방출되는 광의 파장 분포와 관련된다. 일반조명용으로 사용되는 백색 발광소자의 CRI가 낮을 경우, 물체색의 색상왜곡을 초래할 수 있다.
자외선 발광 다이오드를 채택하여 CRI를 개선한 백색 발광소자가 미국특허 제6,084,250호에 "백색 발광 다이오드"(White light emitting diode)라는 제목으로 쥐스텔 등(J
Figure 112005062893827-PAT00001
stel et al.)에 의해 개시된 바 있다. 이 미국특허 제6,084,250호에 따르면, 약 90 정도의 상당히 높은 CRI를 나타내는 백색 발광소자를 제공할 수 있다. 또한, 일반적으로 자외선 발광 다이오드는 청색 발광 다이오드에 비해 광효율이 상대적으로 높다. 따라서, 상기 자외선 발광 다이오드를 채택한 백색 발광소자는 청색 발광 다이오드를 채택한 백색 발광소자에 비해 상대적으로 높은 광출력을 제공할 수 있다.
그러나, 상기 자외선 발광 다이오드는 교류전원에 직접 연결하여 구동할 수 없는 단점을 갖고 있다. 발광 다이오드는 반도체의 p-n 접합구조로 형성되어, 전자와 홀의 재결합에 의해 광을 방출하는 반도체 소자로, 일반적으로 일방향의 전류에 의해 구동된다. 따라서, 교류전원을 사용하여 발광 다이오드를 구동할 경우, 교류 전류를 직류 전류로 변환하는 교류-직류 변환기가 요구된다. 교류-직류 변환기를 발광다이오드와 함께 사용함에 따라, 발광다이오드의 설치비용이 증가하며, 특히 발광다이오드를 일반 조명용으로 가정에서 사용하는 것을 어렵게 한다. 따라서, 기존의 형광등을 대체하여 백색 발광소자를 일반 조명용으로 사용하기 위해서는, 교류-직류 변환기 없이, 교류전원을 사용하여 직접 구동할 수 있는 발광소자가 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 연색평가수 및 광출력이 높은 백색 발광소자를 제공하되, 교류전원을 사용하여 직접 구동할 수 있는 백색 발광소자를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명은 교류용 백색 발광소자를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 교류용 백색 발광소자는 자외선을 방출하는 복수개의 발광셀들을 갖는 발광 다이오드 칩 및 상기 발광셀들에서 방출된 자외선을 파장변환시켜 백색광을 구현하는 형광체를 포함한다. 상기 발광셀들은 교류전원에 의해 구동되어 자외선을 방출하며, 이 자외선을 상기 형광체에 의해 백색광으로 파장변환된다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 교류전원에 직접 연결하여 백색광을 방출하는 백색 발광소자가 제공될 수 있다.
상기 형광체는 다양한 색의 형광체를 포함할 수 있으며, 예컨대 상기 발광셀들에서 방출된 광을 흡수하여 청색광을 방출하는 청색 형광체, 녹색광을 방출하는 녹색 형광체 및 적색광을 방출하는 적색 형광체를 포함할 수 있다. 상기 발광셀들에서 방출된 자외선은 상기 청색, 녹색 및 적색 형광체들에 의해 청색광, 녹색광 및 적색광으로 변환되며, 상기 변환된 광들이 혼합되어 백색광이 된다. 이 경우, 파장대역이 넓은 형광체들에 의해 청색, 녹색 및 적색광이 방출되어 연색평가수가 향상된다.
상기 복수개의 발광셀들은 직렬, 병렬 및 직병렬 중 어느 하나의 방식으로 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 직렬연결은 하나의 경로를 따라 흐르는 전류에 의해 상기 발광셀들이 구동되도록 연결된 것을 의미하고, 병렬연결은 전류가 흐르는 경로가 복수개가 되도록 연결된 것을 의미한다. 상기 병렬연결은 발광셀들이 서로 역병렬로, 즉 반대방향으로 흐르는 전류에 의해 각각 구동되도록 연결된 것을 포함한다. 한편, 직병렬 연결은 직렬연결된 발광셀들의 어레이들이 서로 병렬로 연결되거나, 병렬연결된 어레이들이 직렬연결된 것을 의미하며, 여기서, 병렬은 역병렬을 포함한다. 이러한 연결방식에 의해, 상기 복수개의 발광셀들은 교류전원에 연결하여 구동될 수 있도록 서로 전기적으로 연결된다.
한편, 투명부재가 상기 발광 다이오드 칩을 덮을 수 있다. 상기 형광체는 상 기 투명부재와 상기 발광 다이오드 칩 사이에 또는 상기 투명부재 내에 분산되어 위치할 수 있다.
한편, 상기 발광셀들은 P형 반도체층, N형 반도체층 및 상기 P형 반도체층과 N형 반도체층 사이에 개재된 활성층을 포함할 수 있으며, 상기 P형 및 N형 반도체층들과 상기 활성층은 질화갈륨 계열의 화합물 반도체로 형성될 수 있다.
또한, 상기 발광셀들이 방출하는 자외선은 300nm 내지 420nm 영역 내에 주 발광피크 파장을 가질 수 있으며, 상기 청색 형광체가 방출하는 청색광은 430nm 내지 490nm 영역 내에 주 발광피크 파장을, 상기 녹색 형광체가 방출하는 녹색광은 520nm 내지 570nm 영역 내에 주 발광피크 파장을, 상기 적색 형광체가 방출하는 적색광은 590nm 내지 630nm 영역 내에 주 발광 피크 파장을 가질 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 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 교류용 백색 발광소자(1)를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 백색 발광소자(1)는 발광 다이오드 칩(3) 및 형광체들(7)을 포함한다. 상기 발광 다이오드 칩(3)은 직렬 연결된 복수개의 발광셀들을 갖는다. 상기 발광셀들은 자외선을 방출하는 AlxInyGazN 계열의 화합물 반도체를 포함한다. 상기 자외선은 300 내지 420nm 영역 내에 주 발광 피크 파장을 가질 수 있다. 상기 발광 다이오드 칩(3) 및 상기 발광셀들의 구조는 도 2 및 도 3을 참조하여 상세하게 설명된다.
상기 발광 다이오드 칩(3)은 리드단자(도시하지 않음)를 통해 외부전원에 전기적으로 연결된다. 이를 위해, 상기 발광 다이오드 칩(3)은 리드단자에 연결되기 위한 두 개의 본딩패드들(도시하지 않음)을 가질 수 있다. 상기 본딩패드들은 각각 본딩와이어들(도시하지 않음)을 통해 상기 리드단자에 연결된다. 이와 달리, 상기 발광 다이오드 칩(3)은 서브마운트 기판(도시하지 않음)에 플립 본딩된 후, 상기 서브마운트 기판을 통해 리드단자에 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 상기 발광 다이오드 칩(3)은 반사컵(9) 내에 배치될 수 있다. 상기 반사컵(9)은 발광 다이오드 칩(3)에서 방출된 광을 요구되는 시야각 내로 반사시키어, 일정 시야각 내의 휘도를 증가시킨다. 따라서, 반사컵(9)은 요구되는 시야각에 따라 일정한 경사면을 갖는다.
한편, 상기 형광체들(7)은 상기 발광 다이오드 칩(3) 상부에 위치하여, 상기 발광셀들에서 방출된 자외선을 흡수하여 그 보다 상대적으로 장파장인 광으로 변환시킨다. 상기 형광체들(7)은 변환된 광들의 혼합색이 백색광이 되도록 다양한 조합의 형광체들로 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 형광체들(7)은 청색광을 방출하는 청색 형광체, 녹색광을 방출하는 녹색 형광체 및 적색광을 방출하는 적색 형광체를 포함할 수 있다. 상기 청색 형광체, 녹색 형광체 및 적색 형광체는 자외선을 흡수하여 각각 430nm 내지 490nm 영역 내에 주 발광 피크 파장을 갖는 청색광, 520nm 내지 570nm 영역 내에 주 발광 피크 파장을 갖는 녹색광 및 590nm 내지 630nm 영역 내에 주 발광 피크 파장을 갖는 적색광을 방출할 수 있다. 청색, 녹색 및 적색 형광체를 채택할 경우, 연색평가수를 상당히 높일 수 있다.
상기 형광체들은 공지된 형광체들을 채택하여 사용할 수 있다. 이러한 형광체들의 예는 미국특허 제6,084,250호, 미국특허 제6,252,254호 또는 일본특허공개공보 2001-143869호 등에 개시되어 있다. 상기 형광체들(7)은 상기 발광셀들에서 방출된 자외선의 파장을 고려하여 변환효율이 큰 형광체들로 선택될 수 있다. 상기 형광체들은 YAG:Ce계 형광체, 오소실리리케이트계 형광체 또는 황화물 형광체들일 수 있다. 이들 형광체의 구성원소들의 일부를 치환함으로써 방출파장을 다양하게 변경할 수 있다.
한편, 투명부재(5)가 상기 발광 다이오드 칩(3)을 덮을 수 있다. 투명부재(5)는 코팅층이거나 주형을 사용하여 형성된 몰딩부재일 수 있다. 투명부재(5)는 발광 다이오드 칩(3)을 덮어, 수분 또는 외력과 같은 외부환경으로부터 발광 다이오드 칩(3)을 보호한다. 투명부재(5)는 예컨대, 에폭시 또는 실리콘(silicone) 수지일 수 있다. 발광 다이오드 칩(3)이 반사컵(9) 내에 배치된 경우, 상기 투명부재(5)는, 도시한 바와 같이, 반사컵(9) 내에 위치할 수 있다.
형광체들(7)은 투명부재(5)와 발광 다이오드 칩(3) 사이에 위치할 수 있다. 이 경우, 상기 형광체들(7)을 상기 발광 다이오드 칩(3) 상에 도포한 후, 상기 투 명부재(5)가 형성된다. 이와 달리, 형광체들(7)은, 도시한 바와 같이, 투명부재(5) 내에 분산되어 위치할 수 있다. 투명부재(5) 내에 형광체들(7)을 분산시키는 다양한 기술이 알려져 있으며, 예컨대 형광체와 수지 분말을 혼합한 혼합분말을 사용하여 트랜스퍼 몰딩하여 투명부재(5)를 형성하거나, 액상 수지 내에 형광체를 분산시킨 후, 이 액상 수지를 경화시켜 투명부재(5)를 형성할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 자외선을 방출하는 발광 다이오드 칩을 채택하므로, 청색광을 방출하는 발광 다이오드에 비해 광효율이 향상될 수 있으며, 청색, 녹색 및 적색 형광체들을 채택하여 높은 연색평가수(CRI)를 나타내는 백색 발광소자를 제공할 수 있다.
도 2 및 도 3은 직렬연결된 발광셀들을 갖는 발광 다이오드 칩(도 1의 3)을 설명하기 위한 단면도들이다.
상기 발광다이오드 칩은 기판(20) 상에 형성되고, 배선들(80-1 내지 80-n)에 의해 직렬접속된 복수의 발광셀(100-1 내지 100-n)을 갖는다. 즉, 발광다이오드 칩은 인접한 발광셀(100-1 내지 100-n)의 N형 반도체층(40)과 P형 반도체층(60)이 전기적으로 연결되고, 일 끝단의 발광셀(100-n)의 N형 반도체층(40) 상에 N형 본딩 패드(95)가 형성되고, 다른 일 끝단의 발광셀(100-1)의 P형 반도체층(60) 상에 P형 본딩 패드(90)가 형성된 복수의 발광셀들(100)을 포함한다.
인접한 발광셀(100-1 내지 100-n)의 N형 반도체층(40)과 P형 반도체층(60)이 금속 배선(80)을 통해 전기적으로 접속되어 직렬 연결된 발광셀들의 어레이가 형성된다.
제1 내지 제n의 발광셀들(100-1 내지 100-n)이 직렬 접속된 발광다이오드 칩에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 발광셀(100-1)의 P형 반도체층(60)상에 P형 패드(90)가 형성되고, 제1 발광셀(100-1)의 N형 반도체층(40)과 제2 발광셀(100-2)의 P형 반도체층(60)이 제1 배선(80-1)을 통해 접속된다. 또한, 제2 발광셀(100-2)의 N형 반도체층(40)과 제3 발광셀(미도시)의 P형 반도체층(미도시)이 제2 배선(80-2)을 통해 접속된다. 그리고, 제n-2 발광셀(미도시)의 N형 반도체층(미도시)과 제n-1 발광셀(100-n-1)의 P형 반도체층(60)이 제n-2 배선(80-n-2)을 통해 접속되고, 제n-1 발광셀(100-n-1)의 N형 반도체층(40)과, 제n 발광셀(100-n)의 P형 반도체층(60)이 제n-1 배선(80-n-1)을 통해 접속된다. 또한, 제n 발광셀(100-n)의 N형 반도체층(40)에 N형 패드(95)가 형성된다.
본 발명의 기판(20)은 복수개의 발광다이오드 칩을 제작할 수 있는 기판일 수 있다. 여기서, 도 2 및 도 3의 A는 이러한 복수개의 발광다이오드 칩을 개별적으로 절단하기 위한 절단부를 나타낸다.
또한, 상술한 발광다이오드 칩은 외부 교류전압을 정류하기 위한 정류용 다이오드 셀들을 가질 수 있다. 상기 다이오드 셀들은 정류 브리지형태로 연결되어 브리지 정류기를 구성한다. 상기 브리지 정류기는 외부전원과 상기 직렬 연결된 발광셀들의 어레이 사이에 위치한다. 이에 따라, 상기 직렬 연결된 발광셀들의 어레이에 일정한 방향의 전류가 공급된다. 상기 정류용 다이오드 셀들은 상기 발광셀들과 동일한 구조를 가질 수 있다. 즉, 상기 정류용 다이오드 셀들은 상기 발광셀들과 동일한 공정에 의해 형성될 수 있다.
한편, 상기 기판 상에 적어도 두개의 직렬 연결된 발광셀들의 어레이들이 형성될 수 있다. 상기 어레이들을 서로 역병렬로 연결되어, 교류전원에 의해 번갈아가며 구동된다.
상기 발광셀들을 연결하는 방식은 다양하게 선택될 수 있으며, 상기 발광셀들은 직렬, 병렬 또는 직병렬로 전기적으로 연결되어 교류전원에 의해 구동될 수 있다.
이하, 상기 직렬접속된 발광셀들을 갖는 발광다이오드 칩의 제조 방법을 설명한다.
기판(20) 상에 버퍼층(30), N형 반도체층(40), 활성층(50) 및 P형 반도체층(60)을 순차적으로 성장시킨다. P형 반도체층(60) 상에 투명 전극층(70)을 더 형성할 수도 있다. 상기 기판(20)은 사파이어(Al2O3), 탄화실리콘(SiC), 산화아연(ZnO), 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs), 갈륨인(GaP), 리튬-알루미나(LiAl2O3), 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN) 또는 질화갈륨(GaN) 기판일 수 있으며, 기판(20) 상에 형성될 반도체층의 물질에 따라 선택될 수 있다. 질화갈륨계 반도체층을 형성할 경우, 상기 기판(20)은 사파이어 또는 탄화실리콘(SiC) 기판일 수 있다.
상기 버퍼층(30)은 결정 성장시에 기판(20)과 후속층들의 격자 부정합을 줄위기 위한 층으로서, 예컨대 갈륨질화막(GaN)일 수 있다. SiC 기판이 전도성 기판일 경우, 상기 버퍼층(30)은 절연층으로 형성되는 것이 바람직하며, 반절연 GaN로 형성될 수 있다. N형 반도체층(40)은 전자가 생성되는 층으로서, N형 화합물 반도 체층과 N형 클래드층으로 형성될 수 있다. 이때, N형 화합물 반도체 층은 N형 불순물이 도핑되어 있는 GaN을 사용할 수 있다. P형 반도체층(60)은 홀이 생성되는 층으로서, P형 클래드층과 P형 화합물 반도체층으로 형성될 수 있다. 이때, P형 화합물 반도체층은 P형 불순물이 도핑되어 있는 AlGaN을 사용할 수 있다.
활성층(50)은 소정의 밴드 갭과 양자 우물이 만들어져 전자 및 홀이 재결합되는 영역으로서, AlxInyGazN층을 포함할 수 있다. 활성층(50)을 이루는 물질의 조성비에 따라 전자 및 홀이 결합하여 발생하는 발광 파장이 변화된다. 따라서, 자외선을 방출할 수 있도록 상기 Al, In 및 Ga의 조성비가 선택된다.
그 후, 사진 및 식각공정을 사용하여 상기 P형 반도체층(60) 및 활성층(50)들을 패터닝하여 상기 N형 반도체층(40)의 일부를 노출시킨다. 또한, 상기 노출된 N형 반도체층(40)의 일부를 제거하여 각각의 발광셀(100)을 전기적으로 절연한다. 이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 노출된 버퍼층(30)을 제거하여 기판(20) 상부면을 노출시킬 수 있으며, 도 3과 같이, 버퍼층(30)에서 식각을 정지할 수 있다. 상기 버퍼층(30)이 전도성인 경우, 상기 노출된 버퍼층(30)을 제거하여 발광셀들을 전기적으로 분리시킨다.
상술한 제조 공정과 동일한 방법을 이용하여 정류 브리지용 다이오드 셀들도 함께 형성할 수 있다. 물론, 통상의 반도체 제조 공정을 사용하여 별도로 정류 브리지용 다이오드 셀들을 형성할 수도 있다.
이후, 소정의 브리지(Bridge) 공정 또는 스텝커버(Step-Cover) 등의 공정을 통해 각기 인접한 발광셀(100-1 내지 100-n)의 N형 반도체층(40)과 P형 반도체층(60)을 전기적으로 연결하는 배선(80-1 내지 80-n-1)을 형성한다. 배선(80-1 내지 80-n)은 도전성 물질을 이용하여 형성하며, 예컨대 금속 또는 불순물 도핑된 실리콘 또는 실리콘 화합물을 사용하여 형성한다.
한편, 양끝단에 위치한 발광셀(100-1 및 100-n)에 각기 외부와 전기적 접속을 위한 P형 본딩 패드(90)와 N형 본딩 패드(95)를 형성한다. 상기 P형 패드(90) 및 N형 패드(95)에 본딩와이어들(도시하지 않음)이 연결될 수 있다.
상술한 본 발명의 발광다이오드 칩의 제조 방법은 일 실시예일 뿐이며, 이에 한정되지 않고, 다양한 공정과 제조 방법이 소자의 특성 및 공정의 편의에 따라 변경되거나 추가될 수 있다.
예를 들어, 기판 상에 복수개의 발광셀들을 형성한 후, 별도의 호스트 기판 상에 상기 발광셀들을 본딩하고, 상기 기판을 레이저를 사용하여 분리하거나, 화학기계적연마 기술을 사용하여 제거하므로써 호스트 기판 상에 복수개의 발광셀들을 형성하는 것도 가능하다.
상기 발광셀(100) 각각은 기판(20) 상에 순차적으로 적층된 N형 반도체층(40), 활성층(50) 및 P형 반도체층(60)을 포함하며, 버퍼층(30)이 기판(20)과 발광셀(100) 사이에 개재된다. 상기 발광셀(100) 각각은 상기 P형 반도체층(60) 상에 형성된 투명전극층(70)을 포함한다. 또한, 수직형 발광셀의 경우, N형 반도체층 하부에 위치하는 N형 전극을 포함한다.
N형 본딩 패드와 P형 본딩 패드는 발광셀(100)을 외부의 금속배선 또는 본딩 와이어와 전기적으로 연결하기 위한 패드로서, Ti/Au의 적층 구조로 형성할 수 있다. 또한, 상기 배선들(80)을 연결하기 위한 전극패드들을 상기 발광셀들(100)의 N형 반도체층 및 P형 반도체층 상에 형성할 수 있다. 또한, 상술한 투명 전극층(70)은 입력되는 전류를 분산시키어, 전류가 P형 반도체층(60)에 균일하게 입력되도록 한다.
도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 발광다이오드 칩은 발광셀들(100)이 배선들(80)을 통해 직렬 연결된 발광셀들의 어레이를 갖는다. 그러나, 상기 발광셀들을 직렬 연결하는 방법은 다양하며, 예컨대 상기 배선들(80) 대신에 상기 발광셀들의 N형 반도체층 및 P형 반도체층 상에 금속범퍼들을 형성하고, 상기 금속범퍼들을 서브마운트에 본딩하여 발광셀들을 직렬연결할 수도 있다. 또한, 상기 배선들(80)을 통해 상기 발광셀들(100)을 직렬 연결한 후, 상기 발광셀들(100)을 서브마운트에 플립본딩할 수도 있다. 이 경우, 열전도율이 높은 서브마운트를 채택하여 발광셀들(100)에서 방출되는 열을 외부로 쉽게 방출할 수 있어, 광효율을 더욱 개선할 수 있다.
도 4 및 도 5는 각각 본 발명의 실시예들에 따른 백색 발광소자의 교류 동작을 설명하기 위한 회로도들이다.
우선, 도 4를 참조하면, 발광셀들(31a, 31b, 31c)이 직렬 연결되어 제1 직렬 발광셀 어레이(31)를 형성하고, 또 다른 발광셀들(33a, 33b, 33c)이 직렬 연결되어 제2 직렬 발광셀 어레이(33)를 형성한다. 여기서, "직렬 발광셀 어레이"는 다수의 발광셀들이 직렬로 연결된 발광셀들의 어레이를 의미한다.
상기 제1 및 제2 직렬 어레이들(31, 33)의 양 단부들은 각각 리드단자를 통해 교류전원(35) 및 접지에 연결된다. 상기 제1 및 제2 직렬 어레이들은 교류전원(35)과 접지 사이에서 역병렬로 연결된다. 즉, 상기 제1 및 제2 직렬 어레이들의 양 단부들은 서로 전기적으로 연결되며, 상기 제1 및 제2 직렬 어레이들(31, 33)은 서로 반대 방향으로 흐르는 전류에 의해 발광셀들이 구동되도록 배치된다. 즉, 도시한 바와 같이, 제1 직렬 어레이(31)에 포함된 발광셀들의 양극(anode) 및 음극(cathode)과 제2 직렬 어레이(33)에 포함된 발광셀들의 양극 및 음극은 서로 반대 방향으로 배치된다.
따라서, 교류전원(35)이 양의 위상일 경우, 상기 제1 직렬 어레이(31)에 포함된 발광셀들이 턴온되어 발광하며, 제2 직렬 어레이(33)에 포함된 발광셀들은 턴오프된다. 이와 반대로, 교류전원(35)이 음의 위상일 경우, 상기 제1 직렬 어레이(31)에 포함된 발광셀들이 턴오프되고, 제2 직렬 어레이(33)에 포함된 발광셀들이 턴온된다.
결과적으로, 상기 제1 및 제2 직렬 어레이들(31, 33)이 교류전원에 의해 턴온 및 턴오프를 교대로 반복함으로써, 상기 제1 및 제2 직렬 어레이들을 포함하는 발광다이오드 칩은 연속적으로 빛을 방출한다.
한편, 도 4의 회로는 상기 제1 및 제2 직렬 어레이들의 양단부들이 교류전원(35) 및 접지에 각각 연결되도록 구성하였으나, 상기 양단부들이 교류전원의 양 단자에 연결되도록 구성할 수도 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 직렬 어레이들은 각각 세 개의 발광셀들로 구성되어 있으나, 이는 설명을 돕기 위한 예시이고, 발광셀들 의 수는 필요에 따라 더 증가될 수 있다. 그리고, 상기 직렬 어레이들의 수도 더 증가될 수 있다.
도 5를 참조하면, 발광셀들(41a, 41b, 41c, 41d, 41e, 41f)이 직렬 발광셀 어레이(41)를 구성한다. 한편, 교류전원(45)과 직렬 발광셀 어레이(41) 및 접지와 직렬 발광셀 어레이(41) 사이에 다이오드 셀들(D1, D2, D3, D4)을 포함하는 브리지 정류기가 배치된다. 상기 다이오드 셀들(D1, D2, D3, D4)은 발광셀들과 동일한 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 광을 방출하지 않을 수도 있다. 상기 직렬 발광셀 어레이(41)의 애노드 단자는 상기 다이오드 셀들(D1, D2) 사이의 노드에 연결되고, 캐소드 단자는 다이오드 셀들(D3, D4) 사이의 노드에 연결된다. 한편, 교류전원(45)의 단자는 다이오드 셀들(D1, D4) 사이의 노드에 연결되고, 접지는 다이오드 셀들(D2, D3) 사이의 노드에 연결된다.
상기 교류전원(45)이 양의 위상을 갖는 경우, 브리지 정류기의 다이오드 셀들(D1, D3)이 턴온되고, 다이오드 셀들(D2, D4)이 턴오프된다. 따라서, 전류는 브리지 정류기의 다이오드 셀(D1), 상기 직렬 발광셀 어레이(41) 및 브리지 정류기의 다이오드 셀(D3)을 거쳐 접지로 흐른다.
한편, 상기 교류전원(45)이 음의 위상을 갖는 경우, 브리지 정류기의 다이오드 셀들(D1, D3)이 턴오프되고, 다이오드 셀들(D2, D4)이 턴온된다. 따라서, 전류는 브리지 정류기의 다이오드 셀(D2), 상기 직렬 발광셀 어레이(41) 및 브리지 정류기의 다이오드 셀(D4)을 거쳐 교류전원으로 흐른다.
결과적으로, 직렬 발광셀 어레이(41)에 브리지 정류기를 연결하므로써, 교류 전원(45)을 사용하여 직렬 발광셀 어레이(41)를 계속적으로 구동시킬 수 있다. 여기서, 브리지 정류기의 단자들이 교류전원(45) 및 접지에 연결되도록 구성하였으나, 브리지 정류기의 상기 단자들이 교류전원의 양 단자에 연결되도록 구성할 수도 있다. 한편, 교류전원을 사용하여 직렬 발광셀 어레이(41)를 구동함에 따라, 리플(ripple)이 발생할 수 있으며, 이를 방지하기 위해 RC 필터(도시하지 않음)를 연결하여 사용할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 하나의 직렬 발광셀 어레이를 교류전원에 전기적으로 연결하여 구동시킬 수 있으며, 도 4의 발광다이오드 칩에 비해 발광셀의 사용효율을 높일 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 발광 다이오드의 연결은 발광셀들의 교류동작을 설명하기 위한 실시예들일 뿐이며, 상기 발광셀들을 연결하는 방식은 다양하게 선택될 수 있다.
자외선을 방출하는 발광 다이오드 칩과 상기 자외선을 가시광으로 파장변환시켜 백색광을 구현하는 형광체, 예컨대 청색, 녹색 및 적색 형광체들을 채택하여, 연색평가수 및 광출력이 높은 백색 발광소자를 제공할 수 있으며, 발광 다이오드 칩 내의 복수개의 발광셀들을 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결하여, 교류전원을 사용하여 직접 구동할 수 있는 백색 발광소자를 제공할 수 있다.

Claims (4)

  1. 자외선을 방출하는 복수개의 발광셀들을 갖는 발광 다이오드 칩; 및
    상기 발광셀들에서 방출된 자외선을 파장변환시켜 백색광을 구현하는 형광체를 포함하는 교류용 백색 발광소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 형광체는
    상기 발광셀들에서 방출된 광을 흡수하여 청색광을 방출하는 청색 형광체;
    상기 발광셀들에서 방출된 광을 흡수하여 녹색광을 방출하는 녹색 형광체; 및
    상기 발광셀들에서 방출된 광을 흡수하여 적색광을 방출하는 적색 형광체를 포함하는 교류용 백색 발광소자.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 복수개의 발광셀들은 직렬, 병렬 및 직병렬 중 어느 하나의 방식으로 전기적으로 연결되어 있는 교류용 백색 발광소자.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩을 덮는 투명부재를 더 포함하되, 상기 형광체는 상기 발광 다이오드 칩과 상기 투명부재 사이에 또는 상기 투명부재 내에 분산되어 위치하는 교류용 백색 발광소자.
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