KR101609866B1 - 발광 다이오드 - Google Patents

Abstract

기판 상에 형성된 복수개의 발광셀들을 갖는 발광 다이오드가 개시된다. 이 발광 다이오드는, 각각 적어도 하나의 발광셀을 가지며 양단에 제1 단자와 제2 단자를 갖는 반파 발광 유닛들 및 각각 적어도 하나의 발광셀을 가지며 양단에 제3 단자와 제4 단자를 갖는 전파 발광 유닛들을 포함한다. 한편, 전파 발광 유닛들의 각 제3 단자는 두개의 반파 발광 유닛들의 제2 단자들에 전기적으로 공통 연결되고, 전파 발광 유닛들의 각 제4 단자는 또 다른 두개의 반파 발광 유닛들의 제1 단자들에 전기적으로 공통 연결된다. 또한, 이웃하는 두개의 전파 발광 유닛들 중, 하나의 전파 발광 유닛의 제3 단자와 다른 하나의 전파 발광 유닛의 제4 단자 사이에 하나의 반파 발광 유닛이 직렬 연결되고, 하나의 전파 발광 유닛의 제4 단자와 상기 다른 하나의 전파 발광 유닛의 제3 단자 사이에 또 다른 반파 발광 유닛이 직렬 연결된다. 이에 따라, 발광셀의 사용효율을 높일수 있으며, 역방향 전압에 안정한 발광 다이오드를 제공할 수 있다.

교류, 발광 다이오드, 발광셀

Description

발광 다이오드{LIGHT EMITTING DIODE FOR AC OPERATION}

본 발명은 화합물 반도체 발광 다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교류 전원에 연결되어 구동될 수 있는 발광 다이오드에 관한 것이다.

화합물 반도체 발광 다이오드, 예컨대 질화갈륨계열의 발광 다이오드는 표시소자 및 백라이트로 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.

발광 다이오드는 교류전원하에서 전류의 방향에 따라 온/오프를 반복한다. 따라서, 발광 다이오드를 교류전원에 직접 연결하여 사용할 경우, 발광 다이오드가 연속적으로 빛을 방출하지 못하며, 역방향 전류에 의해 쉽게 파손되는 문제점이 있다.

이러한 발광 다이오드의 문제점을 해결하여, 고전압 교류전원에 직접 연결하여 사용할 수 있는 발광 다이오드가 국제공개번호 WO 2004/023568(Al)호에 "발광 성분들을 갖는 발광소자"(LIGHT-EMITTING DEVICE HAVING LIGHT-EMITTING ELEMENTS)라는 제목으로 사카이 등(SAKAI et. al.)에 의해 개시된 바 있으며, 다양한 구조의 발광 다이오드들이 개발되고 있다.

상기 WO 2004/023568(Al)호에 따르면, LED들이 사파이어 기판과 같은 절연성 기판 상에서 금속배선들에 의해 2차원적으로 직렬연결된 LED 어레이들을 형성한다. 이러한 두개의 LED 어레이들이 상기 기판 상에서 역병렬로 연결되어, AC 파워 서플라이에 의해 연속적으로 광을 방출한다.

상기 WO 2004/023568(Al)호에 개시된 바에 따르면, 교류전원의 반주기 동안 하나의 어레이가 구동되고, 다음 반주기 동안 다른 어레이가 구동된다. 즉, 교류전원의 위상이 변하는 동안 발광 다이오드 내의 1/2의 발광셀들이 구동된다. 따라서, 발광셀들의 사용효율이 50%를 넘지 못한다.

한편, 기판 상의 발광셀들을 이용하여 브리지 정류기를 만들고, 브리지 정류기의 두개의 노드들 사이에 직렬연결된 발광셀들의 어레이를 배치하여 교류전원하에서 구동되는 발광 다이오드가 대한민국 공개특허공보 제10-2006-1800호에 개시된바 있다. 이에 따르면, 브리지 정류기에 연결된 발광셀들의 어레이가 교류전원의 위상 변화와 무관하게 전파 발광하여 발광셀들의 사용효율을 높일 수 있다.

그러나 브리지 정류기에 연결된 발광셀들의 수를 증가시킬 경우, 브리지 정류기 내의 특정 발광셀에 고전압의 역방향 전압이 인가되어 브리지 정류기의 발광셀이 파손되고, 그 결과 발광 다이오드가 파손될 수 있다. 이를 방지하기 위해 브리지 정류기에 연결된 발광셀들의 어레이 내의 발광셀 수를 감소시킬 수 있으나, 이 경우, 고전압 교류전원하에서 구동되는 발광다이오드를 제공하기 어렵다. 한편, 브리지 정류기를 이루는 발광셀들의 수를 증가시켜 역방향 전압을 감소시킬 수 있 으나, 그에 따라 다시 발광셀들의 사용효율이 떨어진다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고전압 교류 전원하에서 구동될 수 있는 개선된 발광 다이오드를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 발광 다이오드 내의 각 발광셀들에 인가되는 역방향 전압을 감소시키면서 발광셀들의 사용효율을 높일 수 있는 발광 다이오드를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 기판 상에 복수개의 발광셀들을 갖는 발광 다이오드를 제공한다. 상기 발광 다이오드는, 각각 적어도 하나의 발광셀을 가지며 양단에 제1 단자와 제2 단자를 갖는 반파 발광 유닛들; 및 각각 적어도 하나의 발광셀을 가지며 양단에 제3 단자와 제4 단자를 갖는 전파 발광 유닛들을 포함한다. 한편, 상기 전파 발광 유닛들의 각 제3 단자는 두개의 반파 발광 유닛들의 제2 단자들에 전기적으로 공통 연결되고, 상기 전파 발광 유닛들의 각 제4 단자는 또 다른 두개의 반파 발광 유닛들의 제1 단자들에 전기적으로 공통 연결된다. 또한, 이웃하는 두개의 전파 발광 유닛들 중, 하나의 전파 발광 유닛의 제3 단자와 다른 하나의 전파 발광 유닛의 제4 단자 사이에 하나의 반파 발광 유닛이 직렬 연결되고, 상기 하나의 전파 발광 유닛의 제4 단자와 상기 다른 하나의 전파 발광 유닛의 제3 단자 사이에 또 다른 반파 발광 유닛이 직렬 연결된다.

여기서, 반파 발광 유닛은 교류전원의 반주기 동안 순방향 전압이 인가되고, 다른 반주기 동안 역방향 전압이 인가되는 발광 유닛을 의미하며, 전파 발광 유닛은 교류전원의 위상이 변해도 순방향 전압이 인가되는 발광 유닛을 의미한다. 또한, 상기 반파 발광 유닛 및 전파 발광 유닛은 각각 적어도 하나의 발광셀을 가지며, 이들이 복수개의 발광셀들을 가질 경우, 발광 유닛 내의 발광셀들은 서로 직렬 연결된다.

전파 발광 유닛들이 사용됨으로써, 전파 발광 유닛들이 교류전원하에서 교류전원의 위상변화에 무관하게 구동되므로, 발광 다이오드 내의 발광셀들의 사용효율을 높일 수 있다. 또한, 반파발광 유닛들의 어레이들이 전파 발광 유닛들을 공유함으로써 반파 발광 유닛에 인가되는 역방향 전압을 낮출 수 있다.

한편, 이웃하는 두개의 전파 발광 유닛들 사이에서 이들에 직렬 연결되는 반파 발광 유닛들은 적은 수의 발광셀들을 갖는 것이 역방향 전압에 의한 단파 발광 유닛의 파손을 방지하는데 효과적이다. 따라서, 이웃하는 두개의 전파 발광 유닛들 사이에서 이들에 직렬 연결되는 반파 발광 유닛들 중 적어도 하나는 단일의 발광셀을 가질 수 있으며, 나아가, 이웃하는 두개의 전파 발광 유닛들 사이에서 이들에 직렬 연결되는 반파 발광 유닛들은 모두 단일의 발광셀을 가질 수 있다.

한편, 상기 전파 발광 유닛들은 단일의 발광셀 또는 복수개의 발광셀들을 가질 수 있다. 전파 발광 유닛들이 각각 단일의 발광셀을 가질 경우, 상기 반파 발광 유닛들에 인가되는 역방향 전압을 최소화할 수 있으며, 상기 전파 발광 유닛들이 각각 다수의 발광셀들을 가질 경우 발광셀들의 사용효율을 증가시킬 수 있다. 따라서, 단파 발광 유닛에 인가되는 역방향 전압 및 발광셀들의 사용효율을 고려하여 상기 전파 발광 유닛 내의 발광셀들의 수를 조절할 수 있다.

상기 발광 다이오드는 외부 전원에 연결되기 위한 두개의 단자들을 더 포함할 수 있다. 상기 단자들 각각은 하나의 반파 발광 유닛의 애노드 단자 및 다른 하나의 반파 발광 유닛의 캐소드 단자에 전기적으로 연결된다. 이에 따라, 교류전원의 위상이 변할 때, 서로 다른 경로를 따라 전류가 발광 다이오드 내로 유입된다.

한편, 상기 전파 발광 유닛 내의 발광셀의 크기는 상기 반파 발광 유닛 내의 발광셀의 크기와 동일할 수 있으나, 전파 발광 유닛 내의 발광셀들이 교류전원의 전 주기동안 광을 방출하므로, 발광 다이오드의 발광 면적을 증가시키기 위해 전파 발광 유닛 내의 발광셀들의 크기가 반파 발광 유닛 내의 발광셀들의 크기보다 더 큰 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 발광 다이오드 내 발광셀에 인가되는 역방향 전압 증가를 완화하면서 발광셀들의 사용효율을 높일 수 있는 발광 다이오드를 제공할 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 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 발광 다이오드(100)를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.

도 1을 참조하면, 상기 발광 다이오드(100)는 복수개의 발광셀들(10, 20)을 갖는다. 상기 발광셀들(10, 20)은 단일 기판 상에 형성되며 배선을 통해 전기적으로 연결된다.

상기 발광 다이오드(100)는 반파 발광 유닛들(h1, h2, h3, h4)) 및 전파 발광 유닛들(a1, a2)을 포함한다. 상기 반파 발광 유닛들(h1, h2, h3, h4)은 각각 제1 단자(예컨대, 애노드 단자)와 제2 단자(예컨대, 캐소드 단자)를 가지며, 상기 전파 발광 유닛들(a1, a2)은 각각 제3 단자(예컨대, 애노드 단자)와 제4 단자(예컨대, 캐소드 단자)를 갖는다. 이들 제1 내지 제4 단자들에 배선이 연결되어 발광 유닛들(h1, h2, h3, h4, a1, a2)을 전기적으로 연결한다.

반파 발광 유닛들(h1, h2, h3, h4)은 각각 적어도 하나의 발광셀(10)을 가지며, 전파 발광 유닛들(a1, a2)은 각각 적어도 하나의 발광셀(20)을 갖는다. 이들 발광 유닛들(h1, h2, h3, h4, a1, a2) 내에 복수개의 발광셀들이 포함될 경우, 발광 유닛들 내의 발광셀들은 서로 직렬 연결된다.

한편, 상기 전파 발광 유닛들(a1, a2)의 각 제3 단자는 두개의 반파 발광 유닛들의 제2 단자들에 전기적으로 공통 연결되고, 상기 전파 발광 유닛들(a1, a2)의 각 제4 단자는 또 다른 두개의 반파 발광 유닛들의 제1 단자들에 전기적으로 공통 연결된다. 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 전파 발광 유닛(a2)의 제3 단자는 반파 발광 유닛들(h3, h4)의 제2 단자들에 전기적으로 공통 연결되고, 상기 전파 발 광 유닛(a2)의 제4 단자는 반파 발광 유닛(h1, h2)의 제1 단자들에 공통 연결되어 있다.

또한, 이웃하는 두개의 전파 발광 유닛들(a1, a2) 중, 하나의 전파 발광 유닛(a1)의 제3 단자와 다른 하나의 전파 발광 유닛(a2)의 제4 단자 사이에 하나의 반파 발광 유닛(h1)이 직렬 연결되고, 상기 하나의 전파 발광 유닛(a1)의 제4 단자와 상기 다른 하나의 전파 발광 유닛(a2)의 제3 단자 사이에 또 다른 반파 발광 유닛(h3)이 직렬 연결된다.

한편, 상기 발광 다이오드(100)는 외부 전원을 연결하기 위한 단자들(t1, t2)을 가질 수 있으며, 상기 단자들(t1, t2)은 각각 두개의 반파 발광 유닛들의 제1 단자 및 제2 단자에 전기적으로 연결된다. 단자(t1)에 연결된 두개의 반파 발광 유닛들은 전파 발광 유닛(a1)에 연결되고, 단자(t2)에 연결된 두개의 반파 발광 유닛들이 다른 전파 발광 유닛에 연결된다.

단자들(t1, t2)에 교류전원이 연결된 경우의 동작에 대해 설명한다.

우선, 단자(t1)에 양의 전압이 인가된 경우, 전류는 단자(t1)를 통해 단자(t1)에 제1 단자가 연결된 반파 발광 유닛(h2, 좌측 상단), 전파 발광 유닛(a1), 반파 발광 유닛(h3), 전파 발광 유닛(a2), 반파 발광 유닛(h2), …, 전파 발광 유닛(a1), 반파 발광 유닛(h3), 전파 발광 유닛(a2) 및 반파 발광 유닛(h2)을 거쳐 단자(t2)로 흐르고, 이에 따라 이들 발광 유닛들에서 광이 방출된다.

다음, 단자(t2)에 양의 전압이 인가된 경우, 전류는 단자(t2)를 통해 단자(t2)에 제1 단자가 연결된 반파 발광 유닛(h4, 우측 하단), 전파 발광 유닛(a2), 반파 발광 유닛(h1), 전파 발광 유닛(a1), …, 반파 발광 유닛(h4), 전파 발광 유닛(a2), 반파 발광 유닛(h1), 전파 발광 유닛(a1) 및 반파 발광 유닛(h4)을 거쳐 단자(t1)로 흐르고, 이에 따라 이들 발광 유닛들에서 광이 방출된다.

단자(t1)에 양의 전압이 인가되는 동안, 반파 발광 유닛들(h2, h3) 및 전파 발광 유닛들(a1, a2)이 광을 방출하며, 단자(t2)에 양의 전압이 인가되는 동안, 반파 발광 유닛들(h1, h4) 및 전파 발광 유닛들(a1, a2)가 광을 방출한다. 즉, 반파 발광 유닛들(h1, h4)와 반파 발광 유닛들(h2, h3)은 교류전원의 위상에 따라 교대로 광을 방출하고, 전파 발광 유닛들(a1, a2)은 교류전원의 위상변화에 무관하게 모든 위상에서 광을 방출한다.

따라서, 종래 두개의 직렬 어레이들이 교대로 동작하는 발광 다이오드에 비해, 전파 발광 유닛들(a1, a2) 내의 발광셀의 수 만큼 구동되는 발광셀들의 수를 증가시킬 수 있다. 나아가, 반파 발광 유닛들이 모두 단일의 발광셀을 가질 경우, 발광셀의 사용효율을 최대화할 수 있다.

한편, 반파 발광 유닛들(h1, h2, h3, h4)에 인가되는 역방향 전압에 대해 살펴본다.

단자(t1)에 양의 전압이 인가되어 반파 발광 유닛들(h2, h3)이 광을 방출하는 반주기 동안, 반파 발광 유닛들(h2, h3) 및 전파 발광 유닛(a1, a2)에 순방향의 전압이 인가되고, 반파 발광 유닛(h1 또는 h4)에 역방향 전압이 인가된다. 반파 발광 유닛(h1)에 인가되는 역방향 전압은 그것의 제1 단자 및 제2 단자에 각각 연결된 두개의 전파 발광 유닛들(a1, a2) 및 상기 전파 발광 유닛들(a1, a2)에 연결된 하나의 반파 발광 유닛(h3)에 인가되는 순방향 전압의 합과 같다. 이와 같이, 반파 발광 유닛(h4)에 인가되는 역방향 전압은 두개의 전파 발광 유닛들(a1, a2)과 하나의 반파 발광 유닛(h2)에 인가되는 역방향 전압의 합과 같다.

유사하게, 단자(t2)에 양의 전압이 인가되어 반파 발광 유닛들(h1, h4)이 광을 방출하는 다음 반주기 동안, 반파 발광 유닛들(h2, h3)에 역방향 전압이 인가되고, 반파 발광 유닛(h2 또는 h3)에 인가되는 역방향 전압은 두개의 전파 발광 유닛들(a1, a2) 및 하나의 반파 발광 유닛(h4 또는 h1)에 인가되는 순방향 전압의 합과 같다.

반파 발광 유닛들(h1, h2, h3, h4)을 동일한 발광셀들로 구성할 경우, 이들 반파 발광 유닛들에 인가되는 역방향 전압은 전파 발광 유닛들의 발광셀의 수에 주로 의존한다. 따라서, 전파 발광 유닛들 내의 발광셀의 수를 제어함으로써 역방향 전압에 안전한 발광 다이오드를 제공할 수 있다.

본 실시시예에 따르면, 반파 발광 유닛들(h1, h2, h3, h4) 및 전파 발광 유닛들(a1, a2)을 채택하고, 이들 내의 발광셀의 수를 조절함으로써 역방향 전압에 안전하며 발광셀의 사용효율을 높일 수 있는 발광 다이오드를 제공할 수 있다.

도 2는 반파 발광 유닛들 및 전파 발광 유닛들을 모두 단일의 발광셀로 구성한 발광 다이오드의 일 예를 나타내는 개략적인 회로도이고, 도 3 및 도 4는 도 2의 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도들이다.

도 2, 도 3 및 도 4를 참조하면, 단일 기판(21) 상에 반주기 동안 동작하는 발광셀들(10) 및 전주기 동안 동작하는 발광셀들(20)이 위치한다. 이들 발광셀 들(10, 20)은 동일한 제조공정을 통해 함께 형성될 수 있으며, 발광셀(10)과 발광셀(20)은 서로 다른 크기를 가질 수 있다. 이들 발광셀(10)은 제1 단자 및 제2 단자를 갖고, 발광셀(20)은 제3 단자 및 제4 단자를 가지며, 이들 단자들에 배선(23)이 연결된다.

앞에서 설명한 바와 같이, 발광셀(20)은 두개의 발광셀(10)의 제1 단자들에 공통 연결되고 또 다른 두개의 발광셀(10)의 제2 단자들에 공통 연결된다. 또한, 이웃하는 발광셀들(20)의 제3 단자와 제4 단자 사이 및 제4 단자와 제3 단자 사이에 발광셀들(10)이 각각 직렬 연결된다.

도 4 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 단일 기판(21) 상에 형성된 발광셀들(10a, 10b)은 제1 단자 또는 제2 단자를 공유할 수 있으며, 이를 위해 동일 극성의 반도체층을 공유하도록 형성될 수 있다. 예컨대, 도 4 (a)의 발광셀들(10a)은 하부 반도체층을 공유하여 형성되며, 도 4 (b)의 발광셀들(10b)은 상부 반도체층을 공유하여 형성된다. 도시된 바와 같이, 도 4 (a)의 발광셀들(10a)은 제2 단자를 공유하며, 도 4 (b)의 발광셀들은 제1 단자를 공유할 수 있다.

발광셀들(10, 20)을 연결하는 배선 구조는 특별히 한정되지 않는다. 도시한 바와 같이, 발광셀들(10)을 연결하는 배선에 또 다른 배선이 연결되어 발광셀(20)이 발광셀들(10)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 달리, 두개의 발광셀들(10)과 하나의 발광셀(20)을 각각 두개의 배선을 통해 서로 전기적으로 연결할 수도 있다. 예를 들어, 발광셀(20)의 제3 단자와 두개의 발광셀(10)의 제2 단자들을 각각 배선을 통해 연결할 수 있다.

상기 배선들(23)은 기존의 배선 공정을 사용하여 형성될 수 있으며, 예컨대 에어브지지 공정 또는 스텝커버 공정에 의해 형성될 수 있다. 또한, 상기 배선들과 상기 단자들은 동일 공정 및 동일 물질에 의해 형성될 수 있다.

이하, 도 5, 도 6, 도 7, 도 8, 도 9 및 도 10을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 교류용 발광 다이오드의 발광셀들의 구조 및 배선을 통한 연결에 대해 설명한다. 도 5 및 도 6은 도 3의 절취선 A-A를 따라 취해진 개략적인 단면도이다. 여기서, 도 5는 에어브리지 공정에 의해 형성된 배선들에 의해 발광셀들이 전기적으로 연결된 것을 설명하기 위한 부분단면도이고, 도 6은 스텝커버 공정에 의해 형성된 배선들에 의해 발광셀들이 전기적으로 연결된 것을 설명하기 위한 부분 단면도이다.

도 5를 참조하면, 단일 기판(151) 상에 복수개의 발광셀들(158)이 서로 이격되어 위치한다. 상기 발광셀들 각각은 제1 도전형 하부 반도체층(155), 활성층(157) 및 제2 도전형 상부 반도체층(159)을 포함한다. 상기 활성층(157)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(155, 159)은 상기 활성층(157)에 비해 밴드갭이 큰 물질로 형성되며, AlInGaN 계열의 화합물 반도체, 예컨대 GaN로 형성될 수 있다.

한편, 상기 하부 반도체층(155)과 상기 기판(151) 사이에 버퍼층(153)이 개재될 수 있다. 버퍼층(153)은 기판(151)과 하부 반도체층(155)의 격자부정합을 완 화시키기 위해 채택된다. 상기 버퍼층(153)은 도시된 바와 같이 서로 이격될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 버퍼층(153)이 절연성이거나 저항이 큰 물질로 형성된 경우, 서로 연속적일 수 있다.

상기 상부 반도체층(159)은, 도시한 바와 같이, 상기 하부 반도체층(155)의 일부 영역 상부에 위치하며, 상기 활성층은 상부 반도체층(159)과 하부 반도체층(155) 사이에 개재된다. 또한, 상기 상부 반도체층(159) 상에 투명전극층(161)이 위치할 수 있다. 상기 투명전극층(161)은 인디움틴산화막(ITO) 또는 Ni/Au 등의 물질로 형성될 수 있다.

한편, 배선들(167)이 상기 발광셀들(158)을 전기적으로 연결한다. 상기 배선들(167)은 하나의 발광셀의 하부 반도체층(155)과 그것에 이웃하는 발광셀의 투명전극층(161)을 연결한다. 상기 배선들은 도시한 바와 같이, 상기 투명전극층(161) 상에 형성된 p-전극(164)과 상기 하부 반도체층(155)의 노출된 영역 상에 형성된 n-전극(165)을 연결할 수 있다. 여기서, 상기 전극들(164, 165)이 각각 발광셀의 애노드 단자 및 캐소드 단자로 기능한다. 여기서, 상기 배선들(167)은 에어브리지 공정에 의해 형성된 것으로, 접촉부를 제외한 부분은 기판(151) 및 발광셀들(158)로부터 물리적으로 떨어져 있다. 상기 배선들(167)에 의해 단일 기판(151) 상에서 발광셀들이 직렬 연결된 어레이가 형성된다.

도 6을 참조하면, 상기 발광셀들(158)을 연결하는 배선들은 스텝커버 공정에 의해 형성될 수 있다. 즉, 배선들(187)을 접촉시키기 위한 부분들을 제외하고, 상기 발광셀들의 모든 층들 및 기판(151)은 절연층(185)으로 덮혀진다. 그리고, 상기 배선들(187)이 상기 절연층(185) 상에서 상기 발광셀들을 전기적으로 연결한다.

예컨대, 상기 절연층(185)은 상기 전극들(164, 165)을 노출시키는 개구부들을 가지며, 상기 배선들(187)은 상기 개구부들을 통해 이웃하는 발광셀들의 전극들(164, 165)을 서로 연결하여 발광셀들을 직렬 연결한다.

상기 발광셀들의 전극들(164, 165)은 상기 배선들(187)과 동일 물질일 수 있으며, 상기 배선들(187)을 형성할 때 함께 형성될 수 있다. 즉, 상기 전극들(164, 165)이 별도로 형성되지 않고, 상기 배선들(187)이 하부 반도체층(157)과, 상기 상부 반도체층(159) 또는 투명전극층(161) 상에 직접 전기적으로 연결될 수 있다.

도 7 및 도 8은 도 4 (a)의 절취선 B-B를 따라 취해진 개략적인 부분 단면도이다. 여기서, 도 7은 에어브리지 공정에 의해 형성된 배선들(167)에 의해 발광셀들이 전기적으로 연결된 것을 설명하기 위한 부분단면도이고, 도 8은 스텝커버 공정에 의해 형성된 배선들(187)에 의해 발광셀들이 전기적으로 연결된 것을 설명하기 위한 부분 단면도이다.

앞에서 설명한 바와 같이, 발광셀들(158)의 구조는 유사하나, 제1 도전형 하부 반도체층(153)이 서로 공유되도록 형성된다. 이때, 제1 도전형 하부 반도체층(153)상에 형성되는 전극, 예컨대 n-전극(165)은 제2 도전형 상부 반도체층들(159) 사이에 형성될 수 있으며, 바람직하게 n-전극(165)은 제2 도전형 상부 반도체층들(159)로부터의 거리가 일정하도록 형성될 수 있다. 한편, 제2 도전형 상부 반도체층들(159)은 서로 분리되어 있다.

도 9 및 도 10은 도 4 (b)의 절취선 C-C를 따라 취해진 개략적인 부분 단면 도이다. 여기서, 도 9는 에어브리지 공정에 의해 형성된 배선들(167)에 의해 발광셀들이 전기적으로 연결된 것을 설명하기 위한 부분단면도이고, 도 10은 스텝커버 공정에 의해 형성된 배선들(187)에 의해 발광셀들이 전기적으로 연결된 것을 설명하기 위한 부분단면도이다.

앞에서 설명한 바와 같이 발광셀들(158)의 구조는 유사하나, 제2 도전형 상부 반도체층들(159)이 서로 공유되도록 형성된다. 이때, 하부에 형성되는 제1 도전형 하부 반도체층(155) 및 활성층(157)은 서로 분리되며, 하부 반도체층들(155) 사이의 공간은 절연층(189)으로 채워질 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드에 사용될 수 있는 다양한 발광셀의 형상 및 다양한 전극 배치를 설명하기 위한 평면도들을 예시한다. 여기서, 전극들이 배선들에 연결된 것으로 도시하고 있으나, 앞에서 설명한 바와 같이, 배선들과 전극들은 동일한 공정에 의해 함께 형성될 수 있다.

도 11(a)를 참조하면, 발광셀의 제1 도전형 하부 반도체층 및 제2 도전형 상부 반도체층 상에 각각 전극들, 예컨대 n-전극 및 p-전극이 형성되어 있으며, 상기 전극들은 각각 배선이 접속된 부분으로부터 연장하는 연장부를 포함한다. n-전극의 연장부와 p-전극의 연장부는 서로 대칭형태로 형성되며, 서로 평행하게 형성될 수 있다. 배선들은 각각 대응하는 전극의 중심부에 접속될 수 있다.

도 11(b)를 참조하면, 발광셀의 제1 도전형 하부 반도체층과 제2 도전형 상부 반도체층 상에 각각 전극들(n-전극 및 p-전극)이 형성되어 있으며, 제2 도전형 반도체층 상에 형성되는 전극, 예컨대, p-전극은 발광 영역상의 중앙부에 형성될 수 있다. 상기 전극들은 도 11(a)를 참조하여 설명한 바와 같이 각각 연장부를 포함하여 형성될 수 있다.

도 11(c)를 참조하면, 도 11(a)와 대체로 유사하나, 배선들이 각각 제1 도전형 하부 반도체층 및 제2 도전형 하부 반도체층의 모서리 부근에서 전극들에 접속된다. 상기 배선들은 발광셀의 대각선상의 대칭 부분에서 상기 전극들에 접속되며, 상기 전극들은 각각 배선들이 접속된 부분에서 발광셀의 가장자리를 따라 연장하는 연장부들을 갖는다. 상기 연장부들은 서로 평행하게 형성될 수 있으며, 따라서 연장부들 사이의 거리가 실질적으로 동일할 수 있다.

도 11(d)를 참조하면, 발광셀의 제1 도전형 하부 반도체층 및 제2 도전형 상부 반도체층상에 전극들이 형성되어 있으며, 상기 전극들은 대각선성에서 서로 대칭 형태로 위치한다. 상기 전극들은 복수의 연장부들을 가질 수 있으며, 이들 연장부들은 발광셀의 가장자리 부근을 따라 형성될 수 있다. 또한, n-전극과 p-전극의 대응하는 연장부들은 서로 평행할 수 있다. 또한, 상기 대칭되고, 발광셀의 대각선상에서 서로 대칭 형태로 위치한다.

도 11(e)를 참조하면, 발광셀이 사다리꼴 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 전극들 중 하나는 삼각형 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 도시한 바와 같이, 발광 영역이 직사각형 형상을 갖는 경우, n-전극이 삼각형 형상을 가질 수 있다. 이와 달리, 발광 영역이 사다리꼴 형상을 갖는 경우, p-전극이 삼각형 형상을 가질 수 있다.

도 11(f)를 참조하면, 배선들이 발광셀의 동일 측면에서 전극들에 접속될 수 있다. 전극들은 배선들이 접속된 부분으로부터 제1 도전형 하부 반도체층 및 제2 도전형 상부 반도체층의 가장자리를 따라 연장하는 연장부를 가질 수 있다. 이들 연장부들은 서로 평행할 수 있다.

도 11(g)를 참조하면, 배선들이 발광셀의 대향 측면에서 전극들에 접속될 수 있다. 전극들은 배선들이 접속된 부분으로부터 제1 도전형 하부 반도체층 및 제2 도전형 상부 반도체층의 가장자리를 따라 연장하는 연장부를 가질 수 있다. 이들 연장부들은 서로 평행할 수 있다.

도 11(h)를 참조하면, 발광셀이 평행사변형 모양의 형상을 가질 수 있다. 전극들은 각각 모서리 부근에서 연장하는 복수의 연장부들을 가질 수 있으며, 이들 연장부들은 각각 발광셀의 가장자리를 따라 연장할 수 있다. 또한, n-전극과 p-전극의 대응하는 연장부들은 서로 평행하게 형성될 있다.

이상에서, 상기 발광셀들의 구조 및 배선을 통한 발광셀들의 연결에 대해 개략적으로 설명하었지만, 발광셀들의 구조 및 배선에 대해 다양한 변형이 가능하며, 본 발명은 특정 발광셀의 구조 및 특정 배선 구조에 한정되지 않는다.

한편, 본 실시예에 있어서, 단파 발광 유닛들 및 전파 발광 유닛들이 단일의 발광셀로 구성된 예에 대해 설명하지만, 이들 발광 유닛들은 복수개의 발광셀들로 구성될 수 있다. 특히, 단파 발광 유닛은 하나의 발광셀로 구성되고 전파 발광 유닛들은 복수개의 발광셀들로 구성될 수 있다. 반파 발광 유닛들은 각각 하나의 발광셀로 구성하고, 전파 발광 유닛들은 두개의 발광셀들로 구성한 예를 도 12에 개략적인 회로도로 나타내었다.

도 12를 참조하면, 전파 발광 유닛들이 각각 두개의 발광셀들을 갖는다. 따라서, 전파 발광 유닛들이 각각 하나의 발광셀을 갖는 경우에 비해 발광셀의 사용효율이 증가된다.

상기 전파 발광 유닛들은 두개 이상의 발광셀들을 가질 수 있으며, 전파 발광 유닛들이 모두 동일한 수의 발광셀을 가질 것을 요하지 않는다. 한편, 전파 발광 유닛들 내의 발광셀의 수가 증가하면, 반파 발광 유닛의 역방향 전압이 증가된다. 따라서, 전파 발광 유닛 내의 발광셀의 수는 반파 발광 유닛의 역방향 전압을 고려하여 선택되며, 바람직하게 1~10개의 범위에서 선택될 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 동등한 범위 내에 있는 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 일예를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.

도 3은 도 2의 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.

도 4 (a) 및 (b)는 도 2의 발광 다이오드를 설명하기 위한 다른 개략적인 평면도들이다.

도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 실시예들에 사용가능한 발광 다이오드들을 설명하기 위해 도 3의 절취선 A-A를 따라 취해진 개략적인 부분 단면도들이다.

도 7 및 도 8은 도 4 (a)의 절취선 B-B를 따라 취해진 부분 단면도이다.

도 9 및 도 10은 도 4 (b)의 절취선 C-C를 따라 취해진 부분 단면도이다.

도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드에 사용되는 발광셀들의 다양한 형상 및 다양한 전극 배치를 설명하기 위한 평면도들이다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 또 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.

Claims (19)

1. 기판 상에 형성된 복수개의 발광셀들을 갖는 발광 다이오드에 있어서,

   각각 적어도 하나의 발광셀을 가지며 양단에 제1 단자와 제2 단자를 갖는 적어도 4개의 반파 발광 유닛들; 및

   각각 적어도 하나의 발광셀을 가지며 양단에 제3 단자와 제4 단자를 갖는 적어도 2개의 전파 발광 유닛들을 포함하고,

   상기 전파 발광 유닛들 중 적어도 하나의 제3 단자는 두개의 반파 발광 유닛들의 제2 단자들에 전기적으로 연결되고, 상기 전파 발광 유닛들 중 상기 적어도 하나의 제4 단자는 또 다른 두개의 반파 발광 유닛들의 제1 단자들에 전기적으로 연결되며,

   상기 2개의 전파 발광 유닛들 중 하나의 전파 발광 유닛의 제3 단자와 다른 하나의 전파 발광 유닛의 제4 단자 사이에 적어도 1개의 반파 발광 유닛이 직렬 연결되고, 상기 하나의 전파 발광 유닛의 제4 단자와 상기 다른 하나의 전파 발광 유닛의 제3 단자 사이에 또 다른 반파 발광 유닛이 직렬 연결되고,

   상기 두개의 반파 발광 유닛내 각각의 제2 단자에 인접한 발광셀들은 동일 극성의 반도체층을 공유하는 발광 다이오드.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 전파 발광 유닛들 중 적어도 하나의 제3 단자가 두개의 반파 발광 유닛들의 제2 단자들에 전기적으로 연결되는 것은 상기 두개의 반파 발광 유닛내 각각의 제2 단자에 인접한 발광셀들이 동일 극성의 전극을 공유함에 의한 것임을 특징 으로 하는 발광 다이오드.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 동일 극성의 전극은 상기 공유된 동일 극성의 반도체층 상에 형성됨을 특징으로 하는 발광 다이오드.
4. 청구항 2에 있어서,

   상기 동일 극성의 전극은 n-전극임을 특징으로 하는 발광 다이오드.
5. 청구항 2에 있어서,

   상기 동일 극성의 전극은 p-전극임을 특징으로 하는 발광 다이오드.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 전파 발광 유닛들은 각각 복수개의 발광셀들을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
7. 청구항 1에 있어서,

   외부 전원에 연결되기 위한 적어도 2개의 본딩패드들을 더 포함하고, 상기 본딩패드들 각각은 하나의 반파 발광 유닛의 제1 단자 및 다른 하나의 반파 발광 유닛의 제2 단자에 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
8. 청구항 7에 있어서,

   상기 2개의 본딩패드들은 상기 기판 상에 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
9. 청구항 8에 있어서,

   상기 기판상에 추가로 형성된 본딩패드들과 상기 복수개의 발광셀들은 전체적으로 사각형 형상을 띄도록 배치됨을 특징으로 하는 발광 다이오드.
10. 청구항 1에 있어서,

    상기 전파 발광 유닛 내의 발광셀의 크기는 상기 반파 발광 유닛 내의 발광셀의 크기보다 더 큰 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
11. 청구항 1에 있어서,

    상기 복수개의 발광셀들은 각각 n-전극 및 p-전극을 포함하며, 상기 복수개의 발광셀들 중 적어도 하나는 상기 n-전극 또는 p-전극으로부터 연장된 연장부를 추가로 구비함을 특징으로 하는 발광 다이오드.
12. 청구항 11에 있어서,

    상기 복수개의 발광셀들 중 적어도 하나는 상기 n-전극 및 p-전극 각각으로부터 연장된 연장부를 추가로 구비하며, 상기 n-전극으로부터 연장된 연장부와 p-전극으로부터 연장된 연장부가 서로 대칭 형태인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
13. 청구항 12에 있어서,

    상기 n-전극으로부터 연장된 연장부와 상기 p-전극으로부터 연장된 연장부가 서로 평행한 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
14. 청구항 12에 있어서,

    상기 n-전극으로부터 연장된 연장부와 p-전극으로부터 연장된 연장부가 발광셀의 대각선상에서 서로 대칭 형태인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
15. 청구항 12에 있어서,

    상기 복수의 발광셀들은 n-전극으로부터 연장된 연장부와 상기 p-전극으로부터 연장된 연장부간의 거리가 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
16. 청구항 11에 있어서,

    상기 복수개의 발광셀들 중 적어도 하나는 상기 n-전극 및 p-전극 각각으로 부터 연장된 적어도 두개의 연장부들을 추가로 구비하며, 상기 n-전극으로부터 연장된 연장부들과 상기 p-전극으로부터 연장된 연장부들이 서로 대칭 형태인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
17. 청구항 16에 있어서,

    상기 n-전극으로부터 연장된 연장부들 각각은 그것에 대응하는 상기 p-전극으로부터 연장된 연장부들 각각에 평행한 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
18. 청구항 1에 있어서,

    상기 청구항 1의 구조가 반복적으로 형성됨을 특징으로 하는 발광 다이오드.
19. 청구항 16에 있어서,

    상기 청구항 1의 구조가 반복적으로 형성된 구조만으로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.

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