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KR101803011B1 - 발광 장치 - Google Patents

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KR101803011B1
KR101803011B1 KR1020100052875A KR20100052875A KR101803011B1 KR 101803011 B1 KR101803011 B1 KR 101803011B1 KR 1020100052875 A KR1020100052875 A KR 1020100052875A KR 20100052875 A KR20100052875 A KR 20100052875A KR 101803011 B1 KR101803011 B1 KR 101803011B1
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KR
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light emitting
terminal
wave
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electrically connected
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서원철
갈대성
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서울바이오시스 주식회사
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    • F21V23/003—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being electronics drivers or controllers for operating the light source, e.g. for a LED array
    • F21V23/004—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being electronics drivers or controllers for operating the light source, e.g. for a LED array arranged on a substrate, e.g. a printed circuit board
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B45/40—Details of LED load circuits
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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  • Led Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 단일 기판상에 형성된 복수개의 발광셀들을 포함하는 발광 장치에 관한 것이며, 상기 발광 장치는 제1 발광셀 그룹 및 상기 제1 발광셀 그룹과 대응되는 제2 발광셀 그룹을 포함하고, 상기 제1 및 제2 발광셀 그룹 각각은,
각 쌍이 동일 극성의 단자들이 서로 전기적으로 연결된 2개의 반파 발광셀들을 포함하고, 한 쌍의 서로 전기적으로 연결된 동일 극성의 단자들은 그것에 인접한 다른 한 쌍의 서로 전기적으로 연결된 동일 극성의 단자들과 반대 극성인, 적어도 두 쌍의 반파 발광셀들; 및
인접한 두 쌍의 반파 발광셀들에 각각 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 전파 발광셀들을 포함하고,
여기서, 상기 반파 발광셀들은 각각 제1 단자와 제2 단자를 갖고, 상기 전파 발광셀들은 각각 상기 제1 단자와 동일 극성인 제3 단자 및 상기 제2 단자와 동일 극성인 제4 단자를 갖고,
상기 전파 발광셀들의 각 단자들은 상기 반파 발광셀들의 상기 서로 전기적으로 연결된 동일 극성의 단자들에 각각 전기적으로 연결되되, 상기 제3 단자가 상기 제2 단자에 연결되고 상기 제4 단자가 상기 제1 단자에 전기적으로 연결되며,
상기 제1 발광셀 그룹의 일단으로부터 제n번째(n은 자연수) 전파 발광셀과 상기 제2 발광셀 그룹의 일단으로부터 제n번째(n은 자연수) 전파 발광셀은 서로 동일 극성의 단자들끼리 서로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

발광 장치{LIGHT-EMITTING DEVICE}
본 발명은 발광 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 외부의 교류-직류 변환기를 사용하지 않고도 교류 전원에 연결되어 구동될 수 있는 발광 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드는 N형 반도체와 P형 반도체가 접합된 구조를 가지는 전계발광 반도체 소자로서, 전자와 정공의 재결합에 의하여 빛을 발산한다. 이러한 발광 다이오드는 표시소자 및 백라이트로서 널리 이용되고 있으며, 기존의 전구 또는 형광등에 비해 소모 전력이 작고 수명이 길어, 백열전구 및 형광등을 대체하여 일반 조명 용도로 그 사용 영역을 넓히고 있다.
한편, 고전압 발광 다이오드의 칩 면적 대비 발광 출력을 향상시키려는 노력 및 신뢰성을 개선하려는 노력이 계속되고 있다. 특히, 발광 다이오드 칩의 한정된 면적 내에 복수개의 발광셀들을 적절히 배열하여 발광 면적을 증대시키고, 이들을 배선을 이용하여 효과적으로 연결한 발광 장치가 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 단일의 발광셀에 인가되는 역방향 전압을 최소화하도록 발광셀들의 배열 구조를 개선한 발광 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 발광 장치 동작시 특정 발광셀에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있는 발광 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 발광 장치는, 단일 기판상에 형성된 복수개의 발광셀들을 포함하며, 상기 발광 장치는 제1 발광셀 그룹 및 상기 제1 발광셀 그룹과 대응되는 제2 발광셀 그룹을 포함하고, 상기 제1 및 제2 발광셀 그룹 각각은,
각 쌍이 동일 극성의 단자들이 서로 전기적으로 연결된 2개의 반파 발광셀들을 포함하고, 한 쌍의 서로 전기적으로 연결된 동일 극성의 단자들은 그것에 인접한 다른 한 쌍의 서로 전기적으로 연결된 동일 극성의 단자들과 반대 극성인, 적어도 두 쌍의 반파 발광셀들; 및
인접한 두 쌍의 반파 발광셀들에 각각 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 전파 발광셀들을 포함하고,
여기서, 상기 반파 발광셀들은 각각 제1 단자와 제2 단자를 갖고, 상기 전파 발광셀들은 각각 상기 제1 단자와 동일 극성인 제3 단자 및 상기 제2 단자와 동일 극성인 제4 단자를 갖고,
상기 전파 발광셀들의 각 단자들은 상기 반파 발광셀들의 상기 서로 전기적으로 연결된 동일 극성의 단자들에 각각 전기적으로 연결되되, 상기 제3 단자가 상기 제2 단자에 연결되고 상기 제4 단자가 상기 제1 단자에 전기적으로 연결되며,
상기 제1 발광셀 그룹의 일단으로부터 제n번째(n은 자연수) 전파 발광셀과 상기 제2 발광셀 그룹의 일단으로부터 제n번째(n은 자연수) 전파 발광셀은 서로 동일 극성의 단자들끼리 서로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 발광 장치는 상기 제1 발광셀 그룹의 상기 일단과 상기 제2 발광셀 그룹의 상기 일단이 서로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 발광 장치는, 상기 제1 및 제2 발광셀 그룹 각각이 두 쌍의 반파 발광셀들 및 한 개의 전파 발광셀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 발광 장치는, 상기 제1 발광셀 그룹의 상기 두 쌍의 반파 발광셀들 중 한 쌍의 반파 발광셀들이 공통접속되는 노드와, 상기 제2 발광셀 그룹의 상기 두 쌍의 반파 발광셀들 중 한 쌍의 반파 발광셀들이 공통접속되는 노드가 서로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 발광 장치는, 상기 제1 발광셀 그룹의 상기 노드에 연결된 반파 발광셀들의 단자의 극성과, 상기 제2 발광셀 그룹의 상기 노드에 연결된 반파 발광셀들의 단자의 극성이 동일한 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 발광 장치는, 상기 제1 및 제2 발광셀 그룹 각각이,
상기 두 쌍의 반파 발광셀들 각각의 일측 끝 단자에 상기 일측 끝 단자와 동일 극성의 단자가 전기적으로 연결되는 반파 발광셀들; 및
상기 두 쌍의 반파 발광셀들 각각의 상기 일측 끝 단자 사이에 전기적으로 연결된 전파 발광셀을 더 포함하고,
상기 일측 끝 단자 사이에 전기적으로 연결된 상기 전파 발광셀은 상기 제3 단자가 상기 제2 단자에 연결되고 상기 제4 단자가 상기 제1 단자에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 단일의 발광셀에 인가되는 역방향 전압을 최소화하여 발광 다이오드가 파손될 위험을 줄이며 역방향 전압에 대한 장치의 안정성을 도모할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 발광 장치 동작시 특정 발광셀에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치(1000)를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 2는 도 1의 발광 장치(1000)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 대한 변형례를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 4는 비교례에 따른 발광 장치(100)를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 장치(2000)를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 장치(3000)를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 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, 층 및 영역의 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일 유사한 참조번호들은 동일 유사한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치(1000)를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다. 도 1을 참조하면, 상기 발광 장치(1000)는 단일 기판상에서 배선에 의해 전기적으로 연결된 복수의 반파 발광셀들(h1, h2, h3, h4, h5, h6, h7, h8; 100) 및 전파 발광셀들(a1, a2; 200)을 포함한다.
여기서, "반파 발광셀"이란 교류전원의 위상에 따라(제1 및 제2 주기에 따라) 교대로 광을 방출하고, "전파 발광셀"이란 교류전원의 위상변화에 무관하게 모든 주기에서 광을 방출하는 발광셀을 각각 의미하는 것으로 한다. 이하 마찬가지이다.
도면에서, 반파 발광셀들(h1 내지 h8) 및 전파 발광셀들(a1, a2)은 각각 하나의 발광 다이오드(100 또는 200)로서 도시되었으나, 실시예에 따라서, 발광 장치의 작동시 하나의 발광 셀에 걸리는 역방향 전압을 고려하여, 반파 및 전파 발광셀들(h1 내지 h8, a1, a2) 각각은 복수개의 발광 다이오드들이 직렬 연결된 구성일 수도 있다. 이하 마찬가지이다.
상기 반파 발광셀들(h1 내지 h8)은 각각 제1 단자(예를들어, 애노드 단자) 및 제2 단자(예를들어, 캐소드 단자)를 가지며, 상기 전파 발광셀들(a1, a2)은 각각 상기 제1 단자와 동일 극성인 제3 단자(예를들어, 애노드 단자) 및 상기 제2 단자와 동일 극성인 제4 단자(예를들어, 캐소드 단자)를 갖는다. 이들 제1 내지 제4 단자들이 배선에 의해 서로 전기적으로 연결됨으로써 복수의 발광셀들을 전기적으로 연결하여, 도 1과 같은 회로를 구성하게 된다.
여기서 "애노드 단자" 및 "캐소드 단자"는 각각 발광셀 내로 전류가 유입 및 유출되는 발광셀의 양 단자들이며, 배선이 연결되는 것이면 어느 것이든 될 수 있다. 예를들어, 상기 애노드 단자는 p형 반도체층(미도시) 또는 상기 p형 반도체층 상에 형성된 투명전극층 또는 상기 p형 반도체층이나 상기 투명전극층 상에 형성된 전극 패드일 수 있으며, 상기 캐소드 단자는 발광셀의 n형 반도체층(미도시) 또는 상기 n형 반도체층 상에 형성된 전극 패드일 수 있다.
예를들어, 반파 발광셀들(h1 내지 h8)의 제1 단자는 p-전극 패드이고 제2 단자는 n-전극 패드이며, 전파 발광셀들(a1, a2)의 제3 단자는 p-전극 패드이고 제4 단자는 n-전극 패드일 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 전극 패드들이 별도로 형성되지 않고 배선들이 직접 전극 패드들의 위치에 형성될 수도 있다.
또한, 본 명세서 상에서, "한 쌍의" 반파 발광셀이란 두 개의 반파 발광셀(예를들어, h1과 h2)이 서로 동일한 단자끼리 마주보며 전기적으로 연결된 것을 지칭하는 것으로 한다.
다시, 도 1을 참조하면, 발광 장치(1000)는 제1 발광셀 그룹 및 이에 대응되도록 구성되며 그 양단이 제1 발광셀 그룹의 양단과 전기적으로 연결되는 제2 발광셀 그룹을 포함하며, 상기 제1 발광셀 그룹은 반파 발광셀들(h1, h2, h3 및 h4)과 전파 발광셀(a1)을 포함하고, 상기 제2 발광셀 그룹은 반파 발광셀들(h5, h6, h7 및 h8)과 전파 발광셀(a2)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 발광 장치(1000)의 배선 연결을 살펴보면, 제1 발광셀 그룹의 한 쌍의 반파 발광셀(h1, h2)은 제2 단자들끼리 노드(N4)에서 서로 전기적으로 연결되고, 제1 발광셀 그룹의 다른 한 쌍의 반파 발광셀(h3, h4)은 제1 단자들끼리 노드(N2)에서 서로 전기적으로 연결되며, 전파 발광셀(a1)은 노드들(N2, N4) 사이에 전기적으로 연결된다. 여기서, 전파 발광셀(a1)의 제3 단자는 노드(N4)에서 상기 반파 발광셀들(h1, h2)의 제2 단자들과 전기적으로 연결되고 전파 발광셀(a1)의 제4 단자는 노드(N2)에서 상기 반파 발광셀들(h3, h4)의 제1 단자들과 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 반파 발광셀(h1)의 제1 단자와 반파 발광셀(h3)의 제2 단자는 제1 발광셀 그룹의 일단인 노드(N1)에서 전기적으로 연결되고, 반파 발광셀(h2)의 제1 단자와 반파 발광셀(h4)의 제2 단자는 제1 발광셀 그룹의 타단인 노드(N3)에서 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 제2 발광셀 그룹의 한 쌍의 반파 발광셀(h5, h6)은 제1 단자들끼리 노드(N2')에서 서로 전기적으로 연결되고, 제2 발광셀 그룹의 다른 한 쌍의 반파 발광셀(h7, h8)은 제2 단자들끼리 노드(N5)에서 서로 전기적으로 연결되며, 전파 발광셀(a2)은 노드들(N2', N5) 사이에 전기적으로 연결된다. 여기서, 전파 발광셀(a2)의 제3 단자는 노드(N5)에서 상기 반파 발광셀들(h7, h8)의 제2 단자들과 전기적으로 연결되고 전파 발광셀(a2)의 제4 단자는 노드(N2')에서 상기 반파 발광셀들(h5, h6)의 제1 단자들과 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 반파 발광셀(h5)의 제2 단자와 반파 발광셀(h7)의 제1 단자는 제2 발광셀 그룹의 일단자인 노드(N1')에서 전기적으로 연결되고, 반파 발광셀(h6)의 제2 단자와 반파 발광셀(h8)의 제1 단자는 제2 발광셀 그룹의 타단자인 노드(N3')에서 전기적으로 연결될 수 있다.
즉, 상기 제1 및 제2 발광셀 그룹 각각은, 동일 극성의 단자들끼리 서로 전기적으로 연결된 두 쌍의 반파 발광셀들과, 서로 인접한 상기 두 쌍의 반파 발광셀들에 양 단자가 각각 전기적으로 연결되는 하나의 전파 발광셀을 포함할 수 있다.
또한, 노드(N2)와 노드(N2')를 전기적으로 연결함으로써, 제1 발광셀 그룹의 전파 발광 셀(a1)과 제2 발광셀 그룹의 전파 발광셀(a2)은 제4 단자들끼리 서로 전기적으로 연결된다.
즉, 제1 발광셀 그룹의 일단(즉, N1 노드)으로부터 첫번째 전파 발광셀(a1)과 제2 발광셀 그룹의 일단(즉, N1' 노드)으로부터 첫번째 전파 발광셀(a2)은 서로 동일 극성의 단자들(예를들어, 제4 단자들)끼리 서로 전기적으로 연결된다.
도 1에서, 설명의 편의상, 노드(N2)와 노드(N2')를 구분하여 도시하였으나(N1, N3의 경우도 마찬가지), 이들 두 개의 노드(N2, N2')는 실질적으로 동일한 노드로 구현될 수 있으며, 바람직하게는, 이들 두 개의 노드(N2, N2')들 간에는 전압차가 발생하지 않는다.
한편, 상기 발광 장치(1000)는 외부 전원을 연결하기 위한 단자들(t1, t2)을 가질 수 있으며, 단자(t1)는 노드들(N1, N1')에 전기적으로 연결되고, 단자(t2)는 노드들 (N3, N3')에 연결될 수 있다.
또한, 도 1의 회로는 도 3의 회로와 같이 변형될 수 있음을 당업자는 이해할 것이다. 또한, 이후 설명될 본 발명의 다른 실시예들 역시, 도 3과 같은 방식으로 변형될 수 있다는 것도 당업자는 이해할 것이다.
이하, 도 2를 참조하여, 발광 장치(1000)의 동작에 대해 설명하기로 한다.
도 2a 및 2b는 각각 교류 전압의 양의 반주기(이하, 제1 주기) 및 음의 반주기(이하, 제2 주기)에서 구동되는 발광셀들과 전류경로를 나타낸다.
우선, 도 2a와 같이, 단자(t1)에 양의 전압이 인가된 경우(즉, 제1 주기)에는, 전류는 단자(t1)로부터 반파 발광셀(h1), 전파 발광셀(a1) 및 반파 발광셀(h4)을 거쳐 단자(t2)로 흐르는 전류경로와, 단자(t1)로부터 반파 발광셀(h7), 전파 발광셀(a2) 및 반파 발광셀(h6)을 거쳐 단자(t2)로 흐르는 전류경로를 형성하고, 이에 따라 반파 발광셀들(h1, h4, h6, h7) 및 전파 발광셀들(a1, a2)에서 광이 방출된다.
또한, 이 경우, 반파 발광셀들(h1, h4, h6, h7) 및 전파 발광셀들(a1, a2)에는 모두 동일한 전류가 흐르게 된다. 즉, 예를들어, 단자(t1)로 2i의 전류가 흘러들어가는 경우, 동작되는 발광셀들(h1, h4, h6, h7, a1, a2)에는 모두 i의 전류가 흐르게 되어, 특정 발광셀에 과전류가 흐르는 것이 방지될 수 있다.
즉, 노드(N2)와 노드(N2')를 전기적으로 연결함으로써, 노드(N2) 및 노드(N3) 사이의 전위차와 노드(N2') 및 노드(N3') 사이의 전위차가 서로 동일해지기 때문에 노드(N2, N2')에 유입된 전류가 각각 반파 발광 다이오드(h4)와 반파 발광 다이오드(h6)로 나뉘어 흐르게 되므로, 반파 발광 다이오드(h4 및 h6)에는 다른 반파 발광 다이오드 및 전파 발광 다이오드(h1, h7, a1 및 a2)에서와 마찬가지로 각각 i의 전류가 흐를 수 있게 된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르는 경우, 발광장치(1000) 구동시 제1 주기에서 특정 발광 다이오드(h4 및 h6)에 과전류가 흐르는 것이 방지될 수 있다. 이에 대하여는 후술하기로 한다.
다음으로, 도 2b와 같이, 단자(t2)에 양의 전압이 인가된 경우(즉, 제2 주기), 전류는 단자(t2)로부터 반파 발광셀(h2), 전파 발광셀(a1) 및 반파 발광셀(h3)을 거쳐 단자(t1)로 흐르는 전류경로와, 단자(t2)로부터 반파 발광셀(h8), 전파 발광셀(a2) 및 반파 발광셀(h5)을 거쳐 단자(t1)로 흐르는 전류경로를 형성하고, 이에 따라 반파 발광셀들(h2, h3, h5, h8) 및 전파 발광셀들(a1, a2)에서 광이 방출된다. 즉, 전체 발광셀들 10개 중 6개의 발광셀들에서 광이 방출되므로, 발광셀들의 사용효율은 6/10=60%가 된다.
또한, 이 경우, 반파 발광셀들(h2, h3, h5, h8) 및 전파 발광셀들(a1, a2)에는 모두 동일한 전류가 흐르게 된다. 즉, 예를들어, 단자(t2)로 2i의 전류가 흘러들어가는 경우, 동작되는 발광셀들(h2, h3, h5, h8, a1, a2)에는 모두 i의 전류가 흐르게 되어, 특정 발광셀에 과전류가 흐르는 것이 방지될 수 있다.
즉, 노드(N2)와 노드(N2')를 전기적으로 연결함으로써, 노드(N2) 및 노드(N1) 사이의 전위차와 노드(N2') 및 노드(N1') 사이의 전위차가 서로 동일해지기 때문에 노드(N2 또는 N2')에 유입된 전류가 각각 반파 발광 다이오드(h3)와 반파 발광 다이오드(h5)로 나뉘어 흐르게 되므로, 반파 발광 다이오드(h3 및 h5)에는 다른 반파 발광 다이오드 및 전파 발광 다이오드(h2, h8, a1 및 a2)에서와 마찬가지로 각각 i의 전류가 흐를 수 있게 된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르는 경우, 발광장치(1000) 구동시 제2 주기에서 특정 발광 다이오드(h3 및 h5)에 과전류가 흐르는 것이 방지될 수 있다. 이에 대하여는 후술하기로 한다.
전술한 바와 같이, 제1 주기 동안에는 반파 발광셀들(h1, h4, h6, h7) 및 모든 전파 발광셀들(a1, a2)이 광을 방출하며, 제2 주기 동안에는 다른 반파 발광셀들(h2, h3, h5, h8) 및 모든 전파 발광셀들(a1, a2)이 광을 방출한다. 따라서, 반파 발광셀들(h1, h4, h6, h7)과 반파 발광셀들(h2, h3, h5, h8)은 교류전원의 위상에 따라(즉, 제1 및 제2 주기에 따라) 교대로 광을 방출하고, 전파 발광셀들(a1, a2)은 교류전원의 위상변화에 무관하게 모든 주기에서 광을 방출하며, 동작되는 반파 및 전파 발광셀 모두에는 각각 동일한 전류가 흐를 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따를 경우, 종래의 교류 구동형 발광 다이오드 배열인 역극성 배열(50%)보다 발광셀들의 사용효율을 60%로 증가시킬 수 있고, 발광 장치가 동작되는 동안 특정 발광셀에 과전류가 흐르는 것이 방지되어 장치의 안전성 및 신뢰성이 높아질 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 경우, 반파 발광셀들에 인가되는 역방향 전압에 대해 살펴보기로 한다.
단자(t1)에 양의 전압이 인가되어 반파 발광셀들(h1, h4, h6, h7)이 광을 방출하는 제1 주기 동안, 반파 발광셀들(h1, h4, h6, h7) 및 전파 발광셀들(a1, a2)에는 순방향의 전압이 인가되고, 반파 발광셀들(h2, h3, h5, h8)에는 역방향 전압이 인가된다.
여기서, 반파 발광셀들(h2, h3, h5, h8) 각각에 인가되는 역방향 전압의 크기는 그것의 일 단자에 연결된 하나의 반파 발광셀에 인가되는 순방향 전압, 및 그것의 타 단자에 연결된 하나의 전파 발광셀에 인가되는 순방향 전압의 합(예를들어, Vf+Vf=2Vf)과 같다.
유사하게, 단자(t2)에 양의 전압이 인가되어 반파 발광셀들(h2, h3, h5, h8)이 광을 방출하는 제2 주기 동안, 반파 발광셀들(h1, h4, h6, h7)에는 역방향 전압이 인가되고, 반파 발광셀들(h1, h4, h6, h7) 각각에 인가되는 역방향 전압의 크기는 하나의 전파 발광셀에 인가되는 순방향 전압 및 하나의 반파 발광셀에 인가되는 순방향 전압의 합(예를들어, 2Vf)과 같다.
또한, 반파 발광셀들(h1 내지 h8)을 동일한 발광 다이오드로 구성할 경우, 이들 반파 발광셀들 각각에 인가되는 역방향 전압은 인접한 두 쌍의 반파 발광셀들 사이에 연결된 전파 발광셀의 수에 주로 의존한다. 따라서, 인접한 두 쌍의 반파 발광셀들 사이에 직렬 연결되는 전파 발광셀의 수를 제어함으로써 역방향 전압에 안전한 발광 장치를 제공할 수 있다. 예를들어, 직렬 연결되는 전파 발광셀의 수는 반파 발광셀의 역방향 전압을 고려하여 선택되며, 바람직하게 1~10개의 범위에서 선택될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명 일 실시예에 따르면, 반파 발광셀들(h1 내지 h8) 및 전파 발광셀들(a1, a2)을 채택하고, 직렬 연결되는 전파 발광셀의 수를 조절함으로써 역방향 전압에 안전하며 사용효율을 높일 수 있는 발광 장치를 제공할 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여, 발광 장치의 동작시 특정 발광 다이오드에 인가되는 과전류 현상에 대하여 살펴보기로 한다.
도 4를 참조하면, 발광 장치(100)는 단일 기판 상에서 배선에 의해 전기적으로 연결된 3쌍의 반파 발광셀들(100) 및 두 개의 전파 발광셀들(200)을 포함한다.
즉, 3쌍의 반파 발광셀들(즉, 제1행, 제2행, 제3행의 반파 발광셀들)은 노드(n1, n3) 사이에 위치하고, 반파 발광셀들의 쌍은 동일 극성의 단자들이 서로 전기적으로 연결된 2개의 반파 발광셀들을 포함하며, 반파 발광셀들의 한 쌍의 서로 전기적으로 연결된 동일 극성의 단자들은 그것에 인접한 반파 발광셀들의 다른 한 쌍의 서로 전기적으로 연결된 동일 극성의 단자들과 반대 극성이다.
또한, 전파 발광셀 각각은 인접한 두 쌍의 반파 발광셀들에 전기적으로 연결되어 있다. 즉, 제1행 및 제2행의 반파 발광셀 쌍들 사이에 하나의 전파 발광셀(200)이 연결되고, 제2행 및 제3행의 반파 발광셀 쌍들 사이에 다른 하나의 전파 발광셀(200)이 연결된다.
여기서, 전파 발광셀들의 제3 단자는 각각 제1행 및 제3행의 한 쌍의 반파 발광셀들의 제2 단자에 전기적으로 연결되고, 반면, 전파 발광셀들의 제4 단자는 제2행의 반파 발광셀들의 제1 단자에 각각 전기적으로 연결된다.
또한, 인접한 두 쌍의 반파 발광셀들 중 한 쌍의 양측 끝 단자들은 다른 한 쌍의 양측 끝 단자들에 각각 노드(n1, n3)에서 전기적으로 연결된다. 예를들어, 제2행의 반파 발광셀들의 제2 단자는 제1행 및 제3행의 다른 반파 발광셀들의 제1 단자와 노드(n1, n3)에서 각각 전기적으로 연결된다.
이렇게 할 경우, 도 4의 발광장치(100)는 예를들어, 노드(n1) 측으로부터 양의 전압이 인가된 경우, 이에 따라 전류는 노드(n1)으로부터 노드(n2)에 이르기까지 점선으로 표시된 바와 같이 흐르게 된다.
구체적으로, 예를들어, 노드(n1)로 2i의 전류가 흘러들어 간 경우, 노드(n1)에 각각 연결된 제1행 및 제2행의 반파 발광셀과 각 전파 발광셀에는 i의 전류가 흐르고, 노드(n2)에서 두 개의 전류 흐름이 합쳐져서, 노드(n2)와 노드(n3) 사이에 전기적으로 연결된 제2행의 반파 발광셀(100)에는 총 2i의 전류가 흐르게 된다.
따라서, 도 4의 구성과 같이 발광 장치를 구성할 경우에는, 발광 장치의 구동시 특정 반파 발광셀(예를들어, 제2행의 반파 발광셀)에 과전류가 흐르게 되고, 이로써 발광장치가 파손될 우려가 높다.
반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 장치(1000)는 전술한 바와 같이, 노드(N2)(또는 노드(N2'))에서 복수의 특정 반파 발광 다이오드로 전류가 흐름으로써 해당 반파 발광 다이오드에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 장치(2000)를 설명하기로 한다. 다만, 설명의 간략화를 위하여, 발광 장치(1000)와 중복되는 부분의 설명은 생략하기로 한다.
발광 장치(2000)는 발광 장치(1000)와 유사한 방식으로 단일 기판상에서 배선에 의해 전기적으로 연결된 복수의 반파 발광셀들(h1 내지 h12; 100) 및 전파 발광셀들(a1 내지 a4; 200)을 포함한다. 다만, 발광 장치(1000)는 2개의 전파 발광셀(a1, a2) 및 8개의 반파 발광셀들(h1 내지 h8)을 포함하고 있는데 비하여, 발광 장치(2000)는 4개의 전파 발광셀 및 12개의 반파 발광셀을 포함한다는 점에서 차이가 있다.
구체적으로, 발광 장치(2000)는 제1 발광셀 그룹 및 이에 대응되도록 구성되며 그 양단이 제1 발광셀 그룹의 양단과 전기적으로 연결되는 제2 발광셀 그룹을 포함하며, 상기 제1 발광셀 그룹은 반파 발광셀들(h1, h2, h3, h4, h9, h10)과 전파 발광셀(a1, a3)을 포함하고, 상기 제2 발광셀 그룹은 반파 발광셀들(h5, h6, h7, h8, h11, h12)과 전파 발광셀(a2, a4)을 포함할 수 있다.
즉, 발광 장치(1000)의 제1 발광셀 그룹과 달리, 발광 장치(2000)의 제1 발광셀 그룹은 한 쌍의 반파 발광셀(h1, h2)의 일측 끝 단자에 전기적으로 연결된 반파 발광셀(h9), 다른 한 쌍의 반파 발광셀(h3, h4)의 일측 끝 단자에 전기적으로 연결된 반파 발광셀(h10), 및 상기 두 쌍의 반파 발광셀들 각각의 일측 단자들 사이(즉, 노드 N3과 N7 사이)에 전기적으로 연결된 전파 발광셀(a3)을 더 포함하고, 발광 장치(1000)의 제2 발광셀 그룹과 달리, 발광 장치(2000)의 제2 발광셀 그룹은 한 쌍의 반파 발광셀(h5, h6)의 일측 끝 단자에 전기적으로 연결된 반파 발광셀(h11), 다른 한 쌍의 반파 발광셀(h7, h8)의 일측 끝 단자에 전기적으로 연결된 반파 발광셀(h12), 및 상기 두 쌍의 반파 발광셀들 각각의 일측 단자들 사이(즉, 노드 N3'과 N8 사이)에 전기적으로 연결된 전파 발광셀(a4)을 더 포함할 수 있다.
여기서, 반파 발광셀(h9)은 노드(N7)에서 반파 발광셀(h2)과 제1 단자끼리 전기적으로 연결되며, 반파 발광셀(h10)은 노드(N3)에서 반파 발광셀(h4)과 제2 단자끼리 전기적으로 연결되고, 반파 발광셀(h11)은 노드(N3')에서 반파 발광셀(h6)과 제2 단자끼리 전기적으로 연결되며, 반파 발광셀(h12)은 노드(N8)에서 반파 발광셀(h8)과 제1 단자끼리 전기적으로 연결된다.
전파발광셀들(a3, a4)의 제3 단자는 인접한 반파 발광셀들의 제2 단자에 전기적으로 연결되고, 전파발광셀들(a3, a4)의 제4 단자는 인접한 반파 발광셀들의 제1 단자에 전기적으로 연결된다.
또한, 노드(N2)와 노드(N2')를 전기적으로 연결하고, 노드(N3)와 노드(N3')를 전기적으로 연결함으로써, 전파 발광 셀(a1)과 전파 발광셀(a2)은 제4 단자들끼리 서로 전기적으로 연결되고, 전파 발광 셀(a3)과 전파 발광셀(a4)은 제3 단자들끼리 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 제1 발광셀 그룹의 일단(즉, N1 노드)으로부터 첫번째 전파 발광셀(a1)과 제2 발광셀 그룹의 일단(즉, N1' 노드)으로부터 첫번째 전파 발광셀(a2)은 서로 동일 극성의 단자들(예를들어, 제4 단자들)끼리 서로 전기적으로 연결되고, 제1 발광셀 그룹의 일단(즉, N1 노드)으로부터 두번째 전파 발광셀(a3)과 제2 발광셀 그룹의 일단(즉, N1' 노드)으로부터 두번째 전파 발광셀(a4)은 서로 동일 극성의 단자들(예를들어, 제3 단자들)끼리 서로 전기적으로 연결된다.
즉, 제1 발광셀 그룹의 일단으로부터 제n번째(n은 자연수) 전파 발광셀과 상기 제2 발광셀 그룹의 일단으로부터 제n번째(n은 자연수) 전파 발광셀은 서로 동일 극성의 단자들끼리 서로 전기적으로 연결된다.
이렇게 할 경우, 발광 장치(2000)의 단자(t1, t2)에 교류 전원이 인가될 때, 제1 및 제2 주기 각각에서 발광 장치(2000)의 발광 효율은 10/16=62.5%와 같아진다.
또한, 도 5에서는 제1 주기인 경우의 전류 흐름을 점선으로 표시하였는데, 단자(t1)를 통하여 2i의 전류가 흘러들어 가는 경우, 전류 흐름 경로 상의 발광 다이오드들 각각에 흐르는 전류는 i로서 모두 동일하다. 반대로, 제2 주기에서 단자(t2)를 통하여 2i의 전류가 흘러들어 가는 경우도 마찬가지로 각 발광 다이오드에는 전류 i가 흐른다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 장치(2000)의 경우, 발광 장치(2000)의 동작시 특정 발광 다이오드에 과전류가 흐르는 현상은 방지하면서도 발광 장치의 사용효율을 증가시킬 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 장치(3000)를 설명하기로 한다. 다만, 설명의 간략화를 위하여, 발광 장치(1000 또는 2000)와 중복되는 부분의 설명은 생략하기로 한다.
발광 장치(3000)는 발광 장치(1000 또는 2000)와 유사한 방식으로 단일 기판상에서 배선에 의해 전기적으로 연결된 복수의 반파 발광셀들(100) 및 전파 발광셀들(200)을 포함한다. 다만, 발광 장치(2000)와 달리, 발광 장치(3000)는 6개의 전파 발광셀 및 16개의 반파 발광셀을 포함한다는 점에서 차이가 있다.
구체적으로, 발광 장치(3000)는 제1 발광셀 그룹 및 이에 대응되도록 구성되며 그 양단이 제1 발광셀 그룹의 양단과 전기적으로 연결되는 제2 발광셀 그룹을 포함하며, 상기 제1 발광셀 그룹은 반파 발광셀들(h1, h2, h3, h4, h9, h10, h13, h14)과 전파 발광셀(a1, a3, a5)을 포함하고, 상기 제2 발광셀 그룹은 반파 발광셀들(h5, h6, h7, h8, h11, h12, h15, h16)과 전파 발광셀(a2, a4, a6)을 포함할 수 있다.
여기서, 제1 발광셀 그룹의 반파 발광셀들(h13 및 h14) 각각은 반파 발광셀들(h9 및 h10) 각각과 동일 극성의 단자(예를들어, 제2 단자)끼리 전기적으로 연결되고, 제2 발광셀 그룹의 반파 발광셀들(h15 및 h16) 각각은 반파 발광셀들(h11 및 h12) 각각과 동일 극성의 단자(예를들어, 제1 단자)끼리 연결된다. 또한, 전파 발광셀(a5)은 노드들(N4, N10) 사이에서 두 쌍의 인접한 반파 발광셀들에 전기적으로 연결되고 전파 발광셀(a6)은 노드들(N4', N11) 사이에서 두 쌍의 인접한 반파 발광셀들에 전기적으로 연결된다.
전파발광셀들(a5, a6)의 제3 단자는 인접한 반파 발광셀들의 제2 단자에 전기적으로 연결되고, 전파발광셀들(a5, a6)의 제4 단자는 인접한 반파 발광셀들의 제1 단자에 전기적으로 연결된다.
또한, 노드(N2)와 노드(N2')를 전기적으로 연결하고, 노드(N3)와 노드(N3')를 전기적으로 연결하며, 노드(N4)와 노드(N4')를 전기적으로 연결함으로써, 전파 발광 셀(a1)과 전파 발광셀(a2)은 제4 단자들끼리 서로 전기적으로 연결되고, 전파 발광 셀(a3)과 전파 발광셀(a4)은 제3 단자들끼리 서로 전기적으로 연결되며, 전파 발광 셀(a5)과 전파 발광셀(a6)은 제4 단자들끼리 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
즉, 발광 장치(2000)의 제1 발광셀 그룹과 달리, 발광 장치(3000)의 제1 발광셀 그룹은 반파 발광셀(h9, h10)과 각각 동일 극성의 단자끼리 전기적으로 연결된 반파 발광셀(h13, h14)과 노드들(N4 및 N10)사이에 전기적으로 연결된 전파 발광셀(a5)을 더 포함하고, 발광 장치(2000)의 제2 발광셀 그룹과 달리, 발광 장치(3000)의 제2 발광셀 그룹은 반파 발광셀(h11, h12)과 각각 동일 극성의 단자끼리 전기적으로 연결된 반파 발광셀(h15, h16)과 노드들(N4' 및 N11)사이에 전기적으로 연결된 전파 발광셀(a6)을 더 포함할 수 있다.
또한, 제1 발광셀 그룹의 일단(즉, N1 노드)으로부터 첫번째인 전파 발광셀(a1)과 제2 발광셀 그룹의 일단(즉, N1' 노드)으로부터 첫번째인 전파 발광셀(a2)은 제4 단자들끼리 서로 전기적으로 연결되고, 제1 발광셀 그룹의 두번째 전파 발광셀(a3)과 제2 발광셀 그룹의 두번째 전파 발광셀(a4)은 제3 단자들끼리 서로 전기적으로 연결되며, 제1 발광셀 그룹의 세번째 전파 발광셀(a5)과 제2 발광셀 그룹의 세번째 전파 발광셀(a6)은 제4 단자들끼리 서로 전기적으로 연결된다.
즉, 제1 발광셀 그룹의 일단으로부터 제n번째(n은 자연수) 전파 발광셀과 상기 제2 발광셀 그룹의 일단으로부터 제n번째(n은 자연수) 전파 발광셀은 서로 동일 극성의 단자들끼리 서로 전기적으로 연결된다.
이렇게 할 경우, 발광 장치(3000)의 단자(t1, t2)에 교류 전원이 인가될 때, 제1 및 제2 주기 각각에서 발광 장치(3000)의 발광 효율은 14/22= 약 63.6%와 같아진다.
또한, 도 6에서는 제1 주기인 경우의 전류 흐름을 점선으로 표시하였는데, 단자(t1)를 통하여 2i의 전류가 흘러들어 가는 경우, 전류 흐름 경로 상의 발광 다이오드들 각각에 흐르는 전류는 i로서 모두 동일하다. 반대로, 제2 주기에서 단자(t2)를 통하여 2i의 전류가 흘러들어 가는 경우도 마찬가지로 각 발광 다이오드에는 전류 i가 흐른다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 장치(3000)의 경우, 발광 장치(3000)의 동작시 특정 발광 다이오드에 과전류가 흐르는 현상은 방지하면서도 발광 효율은 더욱 증가시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 몇몇 실시예들에 대해 예시적으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 앞서 설명된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 단지 더 잘 이해할 수 있도록 설명하기 위한 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 권리 범위는 이러한 실시예들에 의해 한정되지 않으며, 아래 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 반파 발광 셀
200: 전파 발광 셀
1000, 2000: 발광 장치

Claims (6)

  1. 단일 기판상에 형성된 복수개의 발광셀들을 포함하는 발광 장치에 있어서,
    제1 발광셀 그룹 및 상기 제1 발광셀 그룹과 대응되는 제2 발광셀 그룹을 포함하고, 상기 제1 및 제2 발광셀 그룹 각각은,
    각 쌍이 동일 극성의 단자들이 서로 전기적으로 연결된 2개의 반파 발광셀들을 포함하고, 한 쌍의 서로 전기적으로 연결된 동일 극성의 단자들은 그것에 인접한 다른 한 쌍의 서로 전기적으로 연결된 동일 극성의 단자들과 반대 극성인, 적어도 두 쌍의 반파 발광셀들; 및
    인접한 두 쌍의 반파 발광셀들에 각각 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 전파 발광셀들을 포함하고,
    여기서, 상기 반파 발광셀들은 각각 제1 단자와 제2 단자를 갖고, 상기 전파 발광셀들은 각각 상기 제1 단자와 동일 극성인 제3 단자 및 상기 제2 단자와 동일 극성인 제4 단자를 갖고,
    상기 전파 발광셀들의 각 단자들은 상기 반파 발광셀들의 상기 서로 전기적으로 연결된 동일 극성의 단자들에 각각 전기적으로 연결되되, 상기 제3 단자가 상기 제2 단자에 연결되고 상기 제4 단자가 상기 제1 단자에 전기적으로 연결되며,
    상기 제1 발광셀 그룹의 일단으로부터 제n번째 전파 발광셀과 상기 제2 발광셀 그룹의 일단으로부터 제n번째 전파 발광셀은 서로 동일 극성의 단자들끼리 서로 전기적으로 연결되고,
    여기서 n은 자연수인 발광 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 발광셀 그룹의 상기 일단과 상기 제2 발광셀 그룹의 상기 일단은 서로 전기적으로 연결되는 발광 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 및 제2 발광셀 그룹 각각은,
    두 쌍의 반파 발광셀들 및 한 개의 전파 발광셀을 포함하는 발광 장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 제1 발광셀 그룹의 상기 두 쌍의 반파 발광셀들 중 한 쌍의 반파 발광셀들이 공통접속되는 노드와, 상기 제2 발광셀 그룹의 상기 두 쌍의 반파 발광셀들 중 한 쌍의 반파 발광셀들이 공통접속되는 노드는 서로 전기적으로 연결되는 발광 장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 제1 발광셀 그룹의 상기 노드에 연결된 반파 발광셀들의 단자의 극성과, 상기 제2 발광셀 그룹의 상기 노드에 연결된 반파 발광셀들의 단자의 극성은 동일한 발광 장치.
  6. 청구항 3에 있어서, 상기 제1 및 제2 발광셀 그룹 각각은,
    상기 두 쌍의 반파 발광셀들 각각의 일측 끝 단자에 상기 일측 끝 단자와 동일 극성의 단자가 전기적으로 연결되는 반파 발광셀들; 및
    상기 두 쌍의 반파 발광셀들 각각의 상기 일측 끝 단자 사이에 전기적으로 연결된 전파 발광셀을 더 포함하고,
    상기 일측 끝 단자 사이에 전기적으로 연결된 상기 전파 발광셀은 상기 제3 단자가 상기 제2 단자에 연결되고 상기 제4 단자가 상기 제1 단자에 전기적으로 연결되는 발광 장치.

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