KR100697803B1 - 복수의 발광 소자를 갖는 발광 장치 - Google Patents

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Abstract

높은 구동전압 및 낮은 구동전류로 동작하는 발광 장치이다. 사파이어 기판 등의 절연기판(10)상에 복수의 LED(1)를 이차원적으로 모놀리식 형성하고, 복수의 LED(1)를 직렬 접속해서 LED 어레이로 한다. 2조의 LED 어레이를 서로 역극성으로 전극(32)에 접속한다. LED(1)의 사이 및 LED(1)와 전극(32) 사이에는 에어 브리지 배선(28)으로 한다. LED 어레이를 지그재그 형상으로 배치함으로서 다수의 LED(1)를 형성하고, 높은 구동전압과 낮은 구동전류를 얻는다. 2개의 LED 어레이는 역극성이기 때문에, 전원으로서 교류전원을 사용할 수 있다.
발광 장치, 모놀리식, 높은 구동 전압, 역극성

Description

복수의 발광 소자를 갖는 발광 장치{LIGHT-EMITTING DEVICE HAVING LIGHT-EMITTING ELEMENTS}
본 발명은, 기판 상에 복수의 발광 소자가 형성된 발광 장치에 관한 것이다.
발광 소자(LED)등의 발광수단이 표시용도 등에 사용되는 경우에는, 그 사용조건이 구동전압 약 1~4V, 구동전류 약 20mA로 되어 있다. 그런데, 최근 GaN계 화합물 반도체를 이용한 단파장 LED가 개발되어, 풀 컬러나 백색 등의 고체 광원이 실용화됨에 따라, 점차 LED를 조명용도에도 응용하는 것이 검토되고 있다. LED를 조명용도에 응용하는 경우에, 상술한 구동전압 약 1~4V, 구동전류 약 20mA라고 하는 사용조건과는 다른 조건에서 사용되는 사태도 생긴다. 이 때문에, LED에 의해 대전류를 흐르게 하고, 발광출력을 크게 하는 연구가 이루어지고 있다. 대전류를 흐르게 하기 위해서는, LED의 pn접합 면적을 크게 하고, 전류밀도를 작게 억제할 필요가 있다.
LED를 조명용 광원으로 사용하는 경우에는, 전원으로서 교류를 사용하고, 100V 이상의 구동전압에서 사용할 수 있는 것이 편리하다. 또한, 같은 전력을 투입 해서 같은 발광출력을 얻는다면, 낮은 전류 값을 유지하면서 높은 전압을 인가하는 쪽이 전력손실을 작게 할 수 있다. 그러나, 종래의 LED에서는, 반드시 충분히 구동전압을 높게 할 수는 없었다.
본 발명의 목적은，높은 구동전압으로 동작할 수 있는 발광 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명은, 절연기판 상에 복수의 GaN계 발광 소자가 형성되고, 상기 복수의 발광 소자가 모놀리식으로 직렬 접속되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 복수의 발광 소자는 상기 기판 상에 이차원 배치되어 있는 것이 호적하다.
또한, 상기 복수의 발광 소자는 2조로 나뉘어, 2개의 전극에 서로 반대극성이 되도록 병렬 접속되어도 좋다.
상기 복수의 발광 소자 사이의 접속은 에어 브리지 배선으로 해도 좋다.
상기 복수의 발광 소자 사이의 전기적인 분리는, 상기 기판으로 사용되는 사파이어에 의해 행해져도 좋다.
또한, 상기 복수의 발광 소자는 동수(同數)씩 2조로 나뉘어, 각조의 발광 소자 어레이는 지그재그 형상으로 배치하고, 또한, 2조의 발광 소자 어레이는 2개의 전극에 서로 반대극성이 되도록 병렬 접속되어도 좋고, 상기 2조의 발광 소자 어레이는, 서로 다르게 배치해도 좋다.
또한, 상기 발광 소자 및 전극은, 평면형상이 거의 정방형 혹은 삼각형상으로 해도 좋다.
또한, 상기 복수의 발광 소자 및 전극은, 전체 형상이 거의 정방형이 되도록 배치해도 좋다.
본 발명에 있어서, 전극은 교류전원용 전극으로 할 수 있다.
또한, 상기 2조의 발광 소자 어레이는, 공통의 n전극을 가져도 좋다.
본 발명에서는 복수의 발광 소자를 모놀리식으로, 즉 동일 기판 상에 형성하고, 이들을 직렬 접속함으로서, 고(高)구동전압을 가능하게 한다. 복수의 발광 소자를 한쪽 방향으로 접속함으로서 직류구동이 가능하게 되지만, 복수의 발광 소자를 2조로 나누고, 각조의 발광 소자(발광 소자 어레이)를 서로 역극성이 되도록 전극에 접속함으로서 교류구동도 가능해진다. 각조의 개수는 동수(同數)라도 좋고, 혹은 달라도 좋다.
복수의 발광 소자를 이차원 배열하는 방법은 여러 가지 존재하지만, 기판 전유면적을 될 수 있는 한 작게 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 2조의 발광 소자 어레이를 각각 지그재그 형상으로, 즉 복수의 발광 소자를 절곡된 직선상에 배치하고, 각각의 발광 소자 어레이를 서로 다르게 배치함으로서, 기판 면적을 유효 활용해서 다수의 발광 소자를 접속할 수 있다. 2조의 발광 소자 어레이를 서로 다르게 배치함으로서, 배선의 교차부분이 생기는 경우도 있지만, 발광 소자 사이를 에어브리지 배선으로 접속함으로서 교차부분에서의 단락을 유효하게 방지할 수 있다. 발광 소자 및 전극 형상은 임의지만, 예를 들면 평면형상이 거의 정방형으로 되도록 형성함으로서 전체형상도 거의 정방형으로 되고, 표준적인 마운트 구조를 사용할 수 있다. 발광 소자 및 전극을 정방형 이외, 예를 들면, 삼각형으로 한 경우라도, 이들 삼각형상을 조합해서 전체로서 거의 정방형을 형성하면, 마찬가지로 표준적인 마운트 구조를 사용할 수 있게 된다.
도 １은，발광 소자(LED)의 기본구성도이다．
도 ２는，발광 장치의 등가회로도이다.
도 ３은, 2개의 LED의 평면도이다.
도 ４는, 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 단면도이다.
도 ５는, 발광 장치의 다른 등가회로도이다.
도 ６은，40개의 LED를 이차원 배열한 설명도이다.
도 ７은，도 6의 회로도이다.
도 ８은，6개의 LED를 이차원 배열한 설명도이다.
도 ９는，도 8의 회로도이다.
도 １０은，14개의 LED를 이차원 배열한 설명도이다.
도 １1은, 도 10의 회로도이다.
도 １２는, 6개의 LED를 이차원 배열한 설명도이다.
도 １３은, 도 12의 회로도이다.
도 １4는, 16개의 LED를 이차원 배열한 설명도이다.
도 15는, 도 14의 회로도이다.
도 16은, 2개의 LED를 배열한 설명도이다.
도 17은, 도 16의 회로도이다.
도 18은, 4개의 LED를 이차원 배열한 설명도이다.
도 19는, 도 18의 회로도이다.
도 20은, 3개의 LED를 이차원 배열한 설명도이다.
도 21은, 도 20의 회로도이다.
도 22는, 6개의 LED를 이차원 배열한 설명도이다.
도 23은, 도 22의 회로도이다.
도 24는, 5개의 LED를 이차원 배열한 설명도이다.
도 25는, 도 24의 회로도이다.
도 26은, 다른 이차원 배치 설명도이다.
도 27은, 도 26의 회로도이다.
도 28은, 다른 이차원 배치 설명도이다.
도 29는, 도 28의 회로도이다.
도 30은, 다른 이차원 배치 설명도이다.
도 31은, 도 30의 회로도이다.
이하, 도면에 근거해서 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
도 1은, 본 실시예에 있어서 GaN계 화합물 반도체 발광 소자로서의 LED(1)의 기본구성이 나타나 있다. LED(1)은, 기판(10)상에 차례로 GaN층(12), Si-도핑 n형 GaN층(14), InGaN발광층(16), AlGaN층(18), p형 GaN층(20)이 적층되고, p형 GaN층(20)에 접해서 p전극(22), n형 GaN층(14)에 접해서 n전극(24)이 형성되는 구성이다.
도 1에 나타낸 LED는 이하의 프로세스에 의해 제작된다. 즉, 우선, MOCVD장치로 사파이어 c면 기판을 수소분위기중에서 1100℃, 10분간 열처리한다. 그리고, 온도를 500 ℃까지 강온(降溫)시키고, 실란가스와 암모니아가스를 100초간 공급해서 불연속적인 SiN막을 기판(10)상에 형성한다. 즉, 상기 프로세스는 디바이스중의 전위밀도를 저감시키기 위한 것이고, 도에서는 SiN막은 생략하고 있다. 다음으로, 동일 온도로 트리메틸갈륨 및 암모니아가스를 공급해서 GaN층을 20nm 두께 성장시킨다. 온도를 1050 ℃로 승온(昇溫)하고, 다시 트리메틸갈륨 및 암모니아가스를 공급해서 언도핑 GaN(u-GaN)층12 및 Si도핑 n형 GaN층(14)을 각 2μm 두께 성장시킨다. 그 뒤, 온도를 700 ℃ 정도까지 강온해서 InGaN발광층(16)을 2nm 두께 성장시킨다. 목표조성은 x=0.15, 즉 In0 .15Ga0 .85N 이다. InGaN발광층(16) 성장 후, 온도를 1000 ℃까지 승온해서 AlGaN 정공(正孔)주입층(18)을 성장시키고, 나아가 p형 GaN층(20)을 성장시킨다.
p형 GaN층(20)을 성장시킨 후, 웨이퍼를 MOCVD 장치로부터 꺼내고, Ni10nm 두께, Au10nm 두께를 차례로 진공증착으로 성장층 표면에 형성한다. 5%의 산소를 포함하는 질소가스 분위기중에서 520 ℃ 열처리함으로서 금속막은 p형 투명전극(22)으로 된다. 투명전극 형성후, 전면에 포토레지스트를 도포하고, n형전극 형성을 위한 에칭을 포토레지스트를 마스크로서 행한다. 에칭 깊이는, 예를 들면, 600nm 정도이다. 에칭으로 노출된 n형 GaN층(14)상에 Ti 5nm 두께, Al 5nm 두께를 형성하고, 질소가스 분위기중에서 450 ℃, 30분간 열처리해서 n형전극(24)을 형성한다. 마지막으로, 기판(10)의 속면(裏面)을 100μm까지 연마해서 칩을 잘라내고, 마운트함으로서 LED(1)이 얻어진다.
도 1에서는, 기판(10)상에 하나의 GaN계 LED(1)가 형성되어 있지만, 본 실시예에서는, 기판(10)상에 LED(1)을 모놀리식으로, 또한 이차원 어레이 형상으로 복수 형성하고, 각 LED룰 접속해서 발광 장치(칩)를 구성한다. 여기서, 「모놀리식」이란, 1개의 기판상에 모든 소자가 형성되어 있는 것을 의미한다.
도 2에는, 발광 장치의 등가회로도가 나타나 있다. 도 2에서, 2차원 어레이 형상으로 형성된 발광 소자군은 동수(도4에서는 4개)씩 2조로 나뉘어, 각 조의 LED(1)은 각각 직렬 접속되고, 2조의 LED배열은 전극(구동전극)에 대해서 역극성으로 되도록 병렬 접속된다. 이와 같이 LED배열이 직렬 접속됨으로서, 각각의 구동전압이 가산된 높은 전압에서 LED(1)를 구동할 수 있다. 또한, 각 LED배열은 그 극성이 서로 반대가 되도록 전극에 병렬 접속되어 있으므로, 전원으로서 교류전원을 사용한 경우에도, 전원의 각 주기중에 반드시 어느 쪽인가의 LED열이 발광하고 있게 되므로, 효율이 좋은 발광을 행할 수 있다.
도 3에는, 기판(10)상에 모놀리식으로 형성된 복수의 LED의 부분적인 평면도 가 나타나 있다. 또한, 도4는, 도3의 Ⅳ-Ⅳ 단면도가 나타나 있다. 도 3에 있어서, LED(1)의 상면에는, 도1에 나타낸 것과 같이 p전극(22) 및 n전극(24)이 형성되어 있다. 인접하는 LED(1)의 p전극(22)과 n전극(24)의 사이가 에어 브리지 배선(28)에 의해 접속되고, 복수의 LED(1)가 직렬 접속된다.
도 4에 있어서, 각 LED(1)는 설명의 편의상 간략하게 나타내고 있다. 즉, n형 GaN층(14), p형 GaN층(20), p전극(22), n전극(24)만이 나타나 있다. 실제로는 도1에 나타난 것과 같이 InGaN발광층(16) 등이 존재하는 것은 말할 필요도 없다. 에어 브리지 배선(28)은, p전극(22)에서부터 n전극(24)까지를 공중(空中)을 개재시켜 접속한다. 이에 따라, 소자표면에 절연막을 도포하고, 그 위에 전극을 형성해서 p전극(22)과 n전극(24)을 전기적으로 접속하는 방법에 비해서, 에칭홈을 따라 전극을 배치할 필요가 없게 되므로, 배선조각이나 절연막에서 n층, p층으로 절연재료를 구성하는 원소가 열확산해서 LED(1)를 열화 시키는 문제를 회피할 수 있다. 에어 브리지 배선(28)은 LED(1) 사이뿐만 아니라, LED(1)와 도시하지 않은 전극 사이의 접속에도 사용된다.
또한, 도 4에 나타낸 것과 같이, 각 LED(1)는 서로 독립하고, 전기적으로 절연될 필요가 있다. 이 때문에, 각 LED(1)는 사파이어 기판(10)상에서 분리된 구성으로 되어 있다. 사파이어는 그 자체가 절연체이므로, LED(1)를 각각 전기적으로 분리할 수 있다. 이와 같이, 사파이어 기판(10)을 LED의 전기적인 분리를 행하기 위한 저항체로서 사용함으로서, 용이하고 또한 확실하게 LED의 전기적인 분리를 행할 수 있다.
즉, 발광 소자로서는, pn접합을 갖는 LED 이외, MIS로 할 수도 있다.
도 5에는, 발광 장치의 다른 등가회로도가 나타나 있다. 도에서, 20개의 LED(1)가 직렬 접속되어 하나의 LED 어레이를 형성하고 있고, 두 개의 LED 어레이( 합계 40개의 LED)가 전원에 병렬로 접속되어 있다. LED(1)의 구동전압은 5V로 설정되고, 각 LED 어레이의 구동전압은 100V로 되어 있다. 두 개의 LED 어레이는 도2와 마찬가지로 서로 반대극성으로 되도록 전원에 병렬 접속되어 있고, 전원의 극성이 모두 반드시 어느 쪽인가의 LED 어레이가 발광하게 된다.
도 6에는, 이차원 어레이가 구체적으로 나타나 있다. 도 2의 등가 회로도에 대응하는 것이다. 도에서, 사파이어 기판(10)상에 합계 40개의 LED(1)가 형성되어 있고, 각각 20개씩 2조로 나뉘어져, 에어 브리지 배선(28)에 의해 직렬 접속되어 두 개의 LED 어레이를 형성하고 있다. 보다 상세하게는, 각 LED(1)는 모두 동형(同形)인 정방형으로 동사이즈이고, 하나의 LED 어레이는 위에서부터 6개, 7개, 7개로 각각 직선상에 배치되고, 위에서부터 제1열째(6개)와 제2열째(7개)는 서로 역방향으로 형성되고, 제2열째와 제3열째도 서로 역방향으로 형성된다. 제1열째와 제2열째, 제2열째와 제3열째는 서로 이간(離間)되어 배치되어 있다. 이것은 후술하는 것과 같이, 다른 쪽의 LED 어레이 열이 교대로 삽입되기 때문이다. 제1열째의 우단(右端) LED(1)와 제2열째의 우단 LED(1)는 에어 브리지 배선(28)에 의해 접속된다. 제2열째의 좌단 LED(1)와 제3열째의 좌단(左端) LED(1)도 에어 브리지 배선(28)으로 접속되어 지그재그 배열로 된다. 제1열째의 좌단 LED(1)는 기판(10)의 좌상부에 형성된 전극(패드)(32)에 에어 브리지 배선(28)으로 접속되고, 제3열째의 우단 LED(1)는 기판(10)의 우하부에 형성된 전극(패드)(32)에 에어 브리지 배선(28)으로 접속된다. 두 개의 전극(패드)(32)도 LED(1)와 동형인 정방형이다. 다른 쪽 LED 어레이는 상술한 한쪽 LED 어레이의 간극에 서로 다르게 형성된다. 즉, 다른 쪽 LED 어레이는 위에서부터 7개, 7개, 6개로 각각 직선상에 배치되고, 위에서부터 제1열째는 한쪽 LED 어레이의 제1열째와 제2열째의 사이에 형성되고, 제2열째는 한쪽 LED 어레이의 제2열째와 제3열째의 사이에 형성되고, 제 3열째는 한쪽 LED 어레이의 제3열째의 아래에 형성된다. 다른 쪽 LED 어레이의 제1열째와 제2열째, 및 제2열째와 제3열째 도 서로 역방향으로 되도록 형성되고, 제1열째의 우단 LED(1)는 제2열째의 우단 LED(1)에 에어 브리지 배선(28)으로 접속되고, 제2열째의 좌단 LED(1)는 제3열의 좌단 LED(1)에 에어 브리지 배선(28)으로 접속되어 지그재그 형상으로 된다. 다른 쪽 LED 어레이의 제1열째의 좌단 LED는 기판(10)의 좌상부(左上部)에 형성된 전극(32)에 에어 브리지 배선(28)으로 접속되고, 제3열째의 우단 LED(1)는 기판(10)의 우하부(右下部)에 형성된 전극(32)에 에어 브리지 배선(28)으로 접속된다. 한쪽 LED 어레이와 다른 쪽 LED 어레이의 전극(32)에 대한 극성은 서로 반대이다. 발광 장치(칩)의 전체 형상은 장방형이다. 전원이 공급되는 두 개의 전극(32)은, 장방형의 대각선 위치에 이간해서 형성되는 점도 착안하고 싶다.
도 7에는, 도 6의 회로도가 나타나 있다. 각각의 LED 어레이는 지그재그 형상으로 굴곡하면서 직렬 접속되고, 2개의 LED 어레이는 지그재그 형상의 각 열이 서로의 열 사이에 형성되는 모습이 분명해질 것이다. 이와 같은 배치로 함으로서, 다수의 LED(1)를 작은 기판(10)상에 배치할 수 있다. 또한, 40개의 LED(1)에 대해 서 전극(32)이 2개로도 되므로, 이점에서도 기판(10)의 사용 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 각 LED(1)를 분리하기 위해서 LED(1)를 개별로 형성하는 경우에는 웨이퍼를 잘라서 분리할 필요가 있는 것에 대해, 본 실시예에서는 각 LED(1)의 분리를 에칭으로 행할 수 있으므로, LED(1)의 간극을 좁게 할 수 있다. 이에 따라, 사파이어 기판(10)의 크기를 보다 작게 할 수 있다. LED(1)끼리의 분리는, 포토레지스트나 반응성 이온 에칭, 습식 에칭을 병용함으로서 LED(1) 이외의 영역을 기판(10)에 달할 때까지 에칭 제거함으로서 달성된다. 각 LED 어레이는 교대로 발광하므로, 발광효율을 향상할 수 있음과 동시에 방열 특성도 향상시킬 수 있다. 또한, 직렬 접속시키는 LED(1)의 수를 변경하면, 전체로서의 구동전압도 변경할 수 있다. 또한, LED(1)의 면적을 작게 하면, 하나의 LED당 구동전압을 높게 할 수도 있다. LED(1)를 20개 직렬로 접속한 경우, 상용전원(100V, 60Hz)으로 구동하면, 대략 150mW의 발광출력을 얻을 수 있다. 이 경우의 구동전류로서는 20mA 정도이다.
즉, 도 7로부터 알 수 있듯이, 2개의 LED 어레이를 지그재그 형상으로 교대로 배열할 경우, 에어 브리지 배선(28)에 교차부분(34)이 필연적으로 발생한다. 예를 들면, 다른 쪽 LED 어레이의 제1열째와 제2열째를 접속할 때, 한 쪽 LED 어레이의 제1열째와 제2열째를 접속하기 위한 배선부분과 교차한다. 그러나, 본 실시예의 에어 브리지 배선(28)은, 상술한 것과 같이 기판(10)에 접착되어 있지 않고, 기판(10)으로부터 떨어져 공중(空中)을 통과하므로, 교차부분(34)에 있어서 에어 브리지 배선(28)끼리 접촉하고, 단락하는 것을 쉽게 회피할 수 있다. 에어 브리지 배선(28)을 이용하는 이점의 하나이다. 에어 브리지 배선(28)은, 예를 들면, 다음과 같 이 형성된다. 즉, 전면에 2μm의 두께의 포토레지스트를 도포하고, 에어 브리지 배선(28)의 형상으로 구멍을 뚫은 후에 포스트 베이크 한다. 그 위에, 진공증착으로 Ti를 10nm, Au를 10nm, 상기 순서로 증착한다. 나아가, 그 위의 전면에 2μm 두께로 포토레지스트를 다시 도포하고, 에어 브리지 배선(28)을 형성하는 부분에만 구멍을 뚫는다. 이어서, Ti와 Au를 전극으로서 전해액속에서 이온 도금에 의해 전극 전면에 3~5μm의 두께의 Au를 부착시킨다. 그 다음, 시료를 아세톤에 담그고, 초음파세정에 의해 포토레지스트를 용해제거해서 에어 브리지 배선(28)이 완성된다.
이와 같이, 복수의 LED(1)를 이차원 어레이 형상으로 배치함으로서, 기판면적을 유효하게 활용하면서 고(高)구동전압, 특히, 상용전원에서의 구동도 가능해지지만, 이차원 어레이의 패턴으로서는 이 외에도 다양한 패턴이 가능하다. 일반적으로, 이차원 어레이 패턴으로서는, 다음의 조건을 구비하는 것이 바람직하다.
(1) 각 LED에 균일하게 전류를 흐르게 하고, 균일한 발광을 얻기 위해서는 각 LED의 형상, 전극 위치가 동일한 것이 바람직하다.
(2) 웨이퍼를 잘라서 칩으로 하기 위해서는, 각 LED의 변(邊)은 직선인 것이 바람직하다.
(3) 광 취출 효율을 향상시키기 위해, 표준적인 마운트를 사용해서 주변으로부터의 반사를 이용하기 위해서는 LED는 평면형상이 정방형에 가까운 형상이 바람직하다.
(4) 2개의 전극(본딩 패드)의 크기는 100μm각 정도로, 서로 떨어져 있는 것이 바람직하다.
(5) 웨이퍼 면적의 유효한 이용을 위해, 배선, 패드가 차지하는 비율은 작은 편이 바람직하다.
물론, 이들은 반드시 필요한 것은 아니고, 예를 들면, LED의 형상으로서는 평면형상 삼각형을 이용하는 것도 가능할 것이다. 각 LED의 형상이 삼각형이라도, 이들을 조합시킴으로서 전체 형상을 거의 정방형으로 할 수 있다. 이하, 이차원 어레이 패턴의 예를 몇 개 나타낸다.
도 8에는, 합계 6개의 LED(1)를 이차원으로 배치한 예가 나타나 있고, 도9에는 그 회로도가 나타나 있다. 도8의 배치는, 기본적으로 도6의 배치와 동일하고, 합계 6개의 LED 어레이는 동수(同數)씩 2조로 나뉘어, 각각 직렬 접속된 3개의 LED로부터 구성된다. 한 쪽 LED 어레이는 지그재그 형상으로 배열되고, 위에서부터 제1열째는 1개의 LED(1), 제2열째는 2개의 LED(1)가 형성된다. 제1열째의 LED와 제2열째의 우단 LED(1)는 에어 브리지 배선(28)으로 직렬 접속된다. 기판(10)의 좌상부와 좌하부에 전극(패드)32가 형성되고, 제1열째의 LED(1)는 좌상부의 전극(32)에 에어 브리지 배선(28)으로 접속되고, 제2열째의 좌단 LED(1)는 좌하부의 전극(32)에 접속된다. 다른 쪽 LED 어레이도 지그재그 형상으로 배열되고, 위에서부터 제1열째는 2개의 LED(1), 제2열째는 1개의 LED(1)가 형성된다. 다른 쪽 LED 어레이의 제1열째는 상기 한쪽 LED 어레이의 제1열째와 제2열째 사이에 형성되고, 다른 쪽 LED 어레이의 제2열째는 상기 한쪽 LED 어레이의 제2열째의 하방에 형성된다. 제1열째의 우단 LED(1)는 제2열째의 LED(1)에 에어 브리지 배선(28)으로 직렬 접속되고, 제1열째의 2개의 LED(1)끼리도 에어 브리지 배선(28)으로 직렬 접속된다. 제1 열째의 좌단 LED(1)는 좌상부의 전극(32)에 에어 브리지 배선(28)으로 접속되고, 제2열째의 LED(1)는 좌하부의 전극(32)에 에어 브리지 배선(28)으로 접속된다. 도9로부터 알 수 있듯이, 이 예에서도 2개의 LED 어레이는 서로 병렬로 전극(32)에 접속되고, 또한, 서로 역극성으로 되도록 접속된다. 따라서, 교류전원을 공급한 경우, 2개의 LED 어레이는 교대로 발광하게 된다.
도 10에는, 합계 14개의 LED를 이차원으로 배치한 예가 나타나 있고, 도 11에는 그 회로도가 나타나 있다. 합계 14개의 LED 어레이는 2조로 나뉘어, 각각 직렬 접속된 7개의 LED로부터 구성된다. 한 쪽 LED 어레이는 지그재그 형상으로 배열되고, 위에서부터 제1열째는 3개의 LED(1), 제2열째는 4개의 LED(1)가 형성된다. 제1열째의 좌단 LED와 제2열째의 좌단 LED(1)는 에어 브리지 배선(28)으로 직렬 접속되고, 제1열째의 3개의 LED끼리, 및 제 2열째의 4개의 LED(1)끼리도 에어 브리지 배선(28)으로 직렬 접속된다. 기판(10)의 우상부와 우하부에 전극(패드)32가 형성되고, 제 1열째의 우단 LED(1)는 우상부의 전극(32)에 에어 브리지 배선(28)으로 접속되고, 제2열째의 우단 LED(1)는 우하부의 전극(32)에 접속된다. 다른 쪽 LED 어레이도 지그재그 형상으로 배열되고, 위에서부터 제1열째는 4개의 LED(1), 제2열째는 3개의 LED(1)가 형성된다. 다른 쪽 LED 어레이의 제1열째는 상기 한쪽 LED 어레이의 제1열째와 제2열째 사이에 형성되고, 다른 쪽 LED 어레이의 제2열째는 상기 한쪽 LED 어레이의 제2열째의 하방에 형성된다. 제1열째의 우단 LED(1)는 제2열째의 좌단 LED(1)에 에어 브리지 배선(28)으로 직렬 접속된다. 제1열째의 4개의 LED(1)끼리 및 제2열째의 3개인 LED(1)끼리도 직렬 접속된다. 제1열째의 우단 LED(1)는 우상부의 전극(32)에 에어 브리지 배선(28)으로 접속되고, 제2열째의 우단 LED(1)는 우하부의 전극(32)에 에어 브리지 배선(28)으로 접속된다. 도 11로부터 알 수 있듯이, 이 예에서도 2개의 LED 어레이는 서로 병렬로 전극(32)에 접속되고, 또한, 서로 역극성으로 되도록 접속된다. 따라서, 교류전원을 공급한 경우, 2개의 LED 어레이는 교대로 발광하게 된다.
도 6, 도 8, 도 10의 이차원 패턴에 공통하는 특징으로서는, 각 LED(1)가 거의 정방형의 동형(同形), 동사이즈인 것, 2개의 전극(패드)도 거의 정방형이고, 인접 형성되어 있지 않은(이간 형성되어 있는) 것, 2개의 LED 어레이의 조합인 것, 2개의 LED 어레이는 굴곡하면서 칩상에 서로 교차하도록 형성되는 것, 2개의 LED 어레이는 서로 역극성이 되도록 전극에 접속되는 것, 등이다.
도 12에는, 평면형상이 삼각형인 LED를 이차원 배열한 경우의 예가 나타나 있고, 도 13에는 그 회로도가 나타나 있다. 도 12에 있어서, 합계 6개의 LED(1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f )가 그 평면형상이 삼각형상으로 되도록 형성되어 있다. LED(1a와 1e)가 삼각형의 일변에서 대향해서 2개로 거의 정방형이 되도록 배치되고, LED(1b와 1f)가 대향해서 2개로 거의 정방향으로 되도록 배치된다. 또한, LED(1d)와 전극(32)이 대향해서 접속하고, LED(1c)와 전극(32)이 대향해서 접속한다. 2개의 전극(32)도 LED와 마찬가지로 평면형상이 삼각형상이고, 마찬가지로 거의 정방형이 되도록 배치된다. LED끼리 대향하는 변은 n전극(24)을 구성하고, 즉, 대향하는 2개의 LED는 n전극(24)을 공유한다. LED와 전극(32)도 n전극 접속이다. 이 배치도, 상술한 예와 마찬가지로 합계 6개의 LED는 2조로 나눠진다. 한쪽 LED 어레이는, LED(1a, 1b, 1c )로 이루어지는 어레이 이고, LED(1a)의 p전극(22)은 전극(32)에 에어 브리지 배선(28)으로 접속되고, 그 n전극(24)은 LED(1b)의 p전극(22)과 에어 브리지 배선(28)으로 접속된다. LED(1b)의 n전극(24)은 LED(1c)의 p전극(22)과 에어 브리지 배선(28)으로 접속된다. LED(1c)의 n전극(24)은 전극(32)에 접속된다. 다른 쪽 LED 어레이는 LED(1d, 1e, 1f)로 구성되고, 전극(32)와 LED(1f)의 p전극(22)은 에어 브리지 배선(28)으로 접속되고, LED(1f)의 n전극(24)은 LED(1e)의 p전극(22)과 에어 브리지 배선(28)으로 접속되고, LED(1e)의 n전극(24)과 LED(1d)의 p전극(22)은 에어 브리지 배선(28)으로 접속되고, LED(1d)의 n전극(24)은 전극(32)에 접속된다.
도 13에 있어서, 한쪽 LED 어레이를 구성하는 LED(1a)와 다른쪽 LED 어레이를 구성하는 LED(1e)의 n전극(24)이 접속되어 있고, 한 쪽 LED 어레이를 구성하는 LED(1b)와 다른 쪽 LED 어레이를 구성하는 LED(1f)의 n전극(24)이 접속되어 있는 점에도 착안하고 싶다. 2조의 LED 어레이의 몇 개의 n전극(24)을 공유함으로서, 회로배선을 삭감할 수 있다. 또한, 이 예에서도, 2개의 LED 어레이는 병렬로 전극(32)에 접속되고, 또한, 서로 역극성이 되도록 접속된다. 또한, 각 LED는 동형, 동사이즈이고, 각 LED를 하나의 변으로 대향시킴과 동시에 전극(32)도 삼각형상으로 함으로서 LED 및 전극을 고밀도로 형성해서 필요한 기판면적을 작게 할 수 있다.
도 14에는, 평면형상이 삼각형인 LED를 이차원 배열한 다른 예가 나타나 있고, 도 15에는 그 회로도가 나타나 있다. 이 예에서는, 합계 16개의 LED(1a~1r)이 이차원 형성되어 있다. LED(1a) 와 LED(1j), LED(1b) 와 LED(1k), LED(1c) 와 LED(1m), LED(1d) 와 LED(1n), LED(1e) 와 LED(1p), LED(1f) 와 LED(1q), LED(1g) 와 LED(1r) 이 각각 삼각형의 하나의 변에 대향한다. 대향하는 변에는 n전극(24)이 공통 형성되어 있다. 또한, LED(1i)와 전극(32)이 대향하고, LED(1h)와 전극(32)이 대향한다. 한쪽 LED 어레이는 LED(1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g, 1h )로 구성되고, 다른 쪽 LED 어레이는 LED(1r, 1q, 1p, 1n, 1m, 1k, 1j, 1i )로 구성된다. LED(1b)의 n전극(24)은 에어 브리지 배선(28)에 의해 LED(1c)의 p전극(22)에 접속되고, LED(1e)의 n전극(24)도 에어 브리지 배선(28)에 의해 LED(1f)의 p전극(22)에 접속된다. 또한, LED(1q)의 n전극(24)도 에어 브리지 배선(28)에 의해 LED(1p)의 p전극(22)에 접속되고, LED(1m)의 n전극(24)도 에어 브리지 배선(28)에 의해 LED(1k)의 p전극(22)에 접속된다. 도 14에 있어서도, 도 12와 마찬가지로 교차부분이 생기지만, 에어 브리지 배선(28)에 의해 단락을 회피할 수 있다. 또한, 이 예에서도 2조의 LED 어레이의 몇 개인가의 n전극(24)을 공유구조로 함으로서 필요한 배선을 삭감하고 있다. 또한, 이 예에서도 2개의 LED 어레이는 병렬로 서로 역극성으로 전극(32)에 접속되어 있고, 교류구동이 가능하다. 도 12에 있어서는, 합계 6개의 LED의 경우, 도 14에 있어서는, 합계 16개의 LED의 경우에 대해서 나타냈지만, 다른 개수의 LED라도 마찬가지로 이차원 배열할 수 있다. 본 출원인은, 38개의 LED를 이차원 배열한 발광 장치도 작성하고 있다.
이상, 교류구동의 경우에 대해서 설명했지만, 직류구동도 가능하다는 것은 말할 필요도 없다. 이 경우, LED 어레이를 서로 역극성으로 되도록 전극에 접속하는 것이 아니라, 직류전원의 극성 방향에 맞추어 LED 어레이를 순방향으로 접속하 면 좋다. 복수의 LED를 직렬 접속함으로서, 고전압구동이 가능하다. 이하, 직류구동의 경우에 대해서 설명한다.
도 16에는, 2개의 LED를 직렬 접속한 예가 나타나 있고, 도 17에는 그 회로도가 나타나 있다. 각 LED(1)는 평면형상이 직사각형상이고, 2개의 LED 사이는 에어 브리지 배선(28)으로 접속된다. 전극(32)은 LED(1)의 근방에 형성되어 있고, 전극(32)과 LED(1)에서 장방형의 영역을 형성한다. 즉, 전극(32)은 장방형 영역의 일부를 점유하고, 장방형 영역의 다른 영역에 LED(1)가 형성되어 있다.
도 18에는, 합계 4개의 LED를 이차원 배열한 예가 나타나 있고, 도 19에는 그 회로도가 나타나 있다. 도 16의 LED(1)를 2개로 분할하고, 각각을 병렬로 접속한 것이다. 2개의 LED로 이루어진 LED 어레이를 2조 병렬로 순방향 접속했다고 말할 수도 있다. LED(1a)와 LED(1b)로 하나의 LED 어레이를 구성하고, LED(1c)와 LED(1d)로 하나 더 LED 어레이를 구성한다. LED(1a)와 LED(1c)는 p전극(22) 및 n전극(24)을 공유하고, LED(1b)와 LED(1d)도 p전극(22) 및 n전극(24)을 공유한다. 상기 구성에 의하면, 도 16에 비해 전류가 균일화되는 효과가 있다.
도 20은, 합계 3개의 LED를 이차원 배열한 예가 나타나 있고, 도 21에는 그 회로도가 나타나 있다. LED(1a, 1b, 1c)는 동형이 아니고, LED(1a)의 일부에 전극(32)이 형성되어 있다. LED(1a)의 n전극(24)과 LED(1b)의 p전극(22)은 LED(1b)의 위를 넘는 에어 브리지 배선(28)으로 접속된다. 각 LED의 형상 및 배치를 궁리한 끝에, 3개의 LED에서도 발광 장치(칩) 전체의 외관형상을 거의 정방형으로 할 수 있었다.
도 22에는, 합계 6개의 LED를 이차원 배열한 예가 나타나 있고, 도 23에는 그 회로도가 나타나 있다. 각 LED(1a~1f)는 동형, 동사이즈이다. LED(1a~1f)는 직렬 접속된다. LED(1a~1c)는 직선상에 배치되고, LED(1d~1f)는 다른 직선상에 배치된다. LED(1c)와 LED(1d)는 에어 브리지 배선(28)으로 접속된다. 이 예에서도, 칩 전체 형상을 거의 정방형으로 할 수 있다.
도 24에는, 합계 5개의 LED를 이차원 배열한 예가 나타나 있고, 도 25에는 그 회로도가 나타나 있다. LED(1a~1e) 는 동형(장방형), 동사이즈이다. 이 예에서도, 전체 형상을 거의 정방형으로 할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 각종 변경이 가능하다. 특히, 복수의 발광 소자(LED 등)를 이차원 배치하는 경우의 패턴은 상술한 패턴 이외에도 가능하다. 이 경우, 인접하는 발광 소자 사이에서 전극을 공유해서 배선을 적게 하는 것, 전체 형상을 정방형 혹은 장방형으로 하는 것, 복수조의 발광 소자 어레이를 전극에 병렬 접속하는 것, 교류구동의 경우에 복수조의 발광 소자 어레이를 서로 역극성으로 하는 것, 복수조의 발광 소자 어레이를 각각 지그재그 형상으로 굴곡 시켜 조합하는 것, 등이 호적하다.
도 26~도 31에는, 이들의 변경 예의 몇 개인가를 예시하고 있다. 도 26은 교류구동의 경우의 이차원 배치이고, 합계 40개의 LED가 배치되어 있다. 도 27은 그 회로도이다. 도 6과 다른 점은, 2조의 LED 어레이의 몇 개인가가 n전극(24)을 공유하는 점이다(도 5참조). 예를 들면, 한 쪽 LED 어레이의 제1열의 우단으로부터 2번째에 위치하는 LED(도중 α로 표시한다)의 n전극(24)은, 다른 쪽 LED 어레이의 제1 열의 우단에 위치하는 LED(도중 β로 표시한다)의 n전극(24)과 공유되어 있다. 즉, LED 어레이의 단부(도중 γ 부분)에 대한 에어 브리지 배선(28)은, 교차시키는 것 없이 공통 형성되어 있다.
도 28은, 교류 구동의 경우의 이차원 배치이고, 합계 14개의 LED가 배치되어 있다. 도 29는 그 회로도이다. 도 10과 다른 점은, 2조의 LED 어레이의 몇 개인가가 n전극(24)을 공유하는 점이다. 예를 들면, 한 쪽 LED 어레이의 제1열의 좌단 LED(도중 α로 표시한다)의 n전극(24)은, 다른 쪽 LED 어레이의 제1열의 우단으로부터 2번째에 위치하는 LED(도중 β로 표시한다)의 n전극(24)과 공유되어 있다. 또한, 단부(도중 γ 부분)에 대한 에어 브리지 배선(28)은, 공통 형성되어 있다.
도 30은, 교류 구동의 경우의 이차원 배치이고, 합계 6개의 LED가 배치되어 있다. 도 31은 그 회로도이다. 이 예에서도, 단부( γ 부)의 에어 브리지 배선(28)이 공통 형성되어 있다. 이 구성도, 한 쪽 LED 어레이에 대한 n전극(24)과 다른 쪽 LED 어레이에 대한 n전극(24)이 공유되어 있다고 말할 수 있다.

Claims (13)

  1. 절연기판 상에 복수의 GaN계 발광다이오드소자가 형성된 발광장치에 있어서,
    상기 복수의 발광다이오드 소자는 상기 절연기판상에 2차원적으로 배치되고, 상기 복수의 발광다이오드 소자는 동수(同數)씩 제1조와 제2조로 나뉘어, 상기 제1조와 상기 제2조는 각각 지그재그 형상으로 서로 다르게 배치되고, 상기 제1조와 상기 제2조는 2개의 교류전원용 전극에 서로 반대 극성이 되도록 병렬접속되되,
    상기 제1조를 구성하는 발광다이오드 소자 중에, 적어도, 말단부에 위치한 발광다이오드 소자를 제외한 어느 하나의 발광다이오드 소자의 음전극과, 상기 제2조를 구성하는 발광다이오드 소자 중에 상기 어느 하나의 발광다이오드 소자에 인접한 발광다이오드 소자의 음전극이 공유되도록 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  2. 절연기판 상에 복수의 GaN계 발광다이오드소자가 형성된 발광장치에 있어서,
    상기 복수의 발광다이오드 소자는 상기 절연기판상에 2차원적으로 배치되고, 상기 복수의 발광다이오드소자는 동수(同數)씩 제1조와 제2조로 나뉘어, 상기 제1조와 상기 제2조는 2개의 교류전원용 전극에 서로 반대 극성이 되도록 병렬접속되되,
    상기 제1조를 구성하는 발광다이오드소자 중에 말단부에 위치한 발광다이오드 소자를 제외한 어느 하나의 발광다이오드 소자의 음전극과, 상기 제2조를 구성하는 발광다이오드 소자 중에 상기 어느 하나의 발광다이오드 소자에 인접한 발광다이오드 소자의 음전극이 공유되도록 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 복수의 발광다이오드 소자는 동일한 형상 또는 동일한 사이즈인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 복수의 발광소자는 평면형상이 정방형상인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 복수의 발광소자는 평면형상이 삼각형상인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1조를 구성하는 발광다이오드 소자 중에 어느 하나의 발광다이오드 소자와, 상기 제2조를 구성하는 발광다이오드소자 중에 상기 어느 하나의 발광다이오드 소자에 인접한 발광다이오드소자는 삼각형상의 한 변을 마주함으로써, 평면형상이 정방형상이 되도록 배치되고, 상기 삼각형상의 마주보는 한 변을 통해 음전극을 공유하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
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