KR20060117210A - 교류 발광 소자 - Google Patents

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KR20060117210A
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Abstract

교류 발광 소자 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 교류 발광 소자는 기판 상에 형성되며, 상호 연결된 적어도 두 개 이상의 마이크로-다이로 이루어진 적어도 하나 교류 발광 모듈을 포함한다. 적어도 두 개 이상의 활성층을 각각 포함하는 마이크로-다이들은 상기 마이크로-다이들의 활성층들이 교류의 정 및 부의 반주기 동안에 교대로 발광하도록 도전 구조물로 전기적으로 연결되어 상시 발광을 위한 전면 발광 영역을 제공한다.
발광 다이오드, 교류, 전면 발광

Description

교류 발광 소자{ALTERNATING CURRENT LIGHT-EMITTING DEVICE}
도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명에 따른 교류 발광 소자의 개략 단면도 및 부분 확대도들이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 교류 발광 소자의 바람직한 실시예의 동작을 도시한 개략도들이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 교류 발광 소자의 바람직한 실시예의 동작을 설명하는 도 2a 및 도 2b의 대응 회로도를 도시한 도면들이다.
도 4는 본 발명에 따른 칩 상에 배치된 복수의 교류 발광 소자들의 일 실시예를 도시한 평면도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 바람직한 다른 실시예의 교류 발광 소자의 동작을 도시한 개략도들이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 교류 발광 장치의 다른 바람직한 실시예의 동작을 도시한 도 5a 및 도 5b의 대응 회로도들이다.
도 7은 본 발명의 복수의 교류 발광 소자를 도시한 3층 등가 회로도이다.
도 8은 브리지 정류기 내의 다이오드 회로의 패턴에 따라 배치된 마이크로-다이들과 적어도 하나 이상의 활성층을 갖는 본 발명의 복수의 교류 발광 소자의 마이크로-다이들을 도시한 기본 회로도이다.
도 9a 및 도 9b는 도 8에 도시된 바람직한 실시예의 회로 구성에 따라 칩에 인가되는 교류의 정 및 부의 반주기의 일 실시예를 각각 도시한 개략도들이다.
도 10a 및 도 10b는 도 8에 도시된 바람직한 실시예의 회로 구성을 사용하는 브리지 발광 유닛에 의해 실행되는 칩에 인가되는 교류의 정 및 부의 반주기의 일 실시예를 각각 도시한 개략도들로서, 도 8에 도시된 바람직한 실시예의 회로 구성은 하나의 브리지 발광 유닛으로 취급된다.
도 11a 내지 도 11e는 본 발명의 교류 발광 소자의 제조방법의 다른 실시예를 총괄적으로 도시한 구조 흐름도들이다.
도 12a 내지 도 12f는 본 발명의 교류 발광 소자의 제조방법의 다른 실시예를 총괄적으로 도시한 구조 흐름도이다.
본 발명은 발광 소자(Light-emitting device}에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 교류 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
백색광의 발광 원리와 달리, 발광 다이오드(LEDs)의 발광 원리는 빛을 발생할 수 있도록 발광 물질에 전류를 인가하는 것을 필요로 한다. 따라서, 발광 다이오드는 냉 광원(Cold light source)으로도 알려져 있다. 발광 다이오드는 그 자체의 장점, 즉, 내구성이 매우 좋으며, 수명이 길고, 작고 가벼우며, 전력을 적게 소모하며, 수은과 같은 유해 물질을 포함하고 있지 않다는 등의 장점이 있어서, 발광 다이오드 기반 반도체 조명(LED-based solid state lighting)의 개발은 반도체 산업 및 전 세계 조명 산업에 있어서 중요한 연구 목표중의 하나가 되었다. 발광 다이오드의 일반적인 응용은 백색 조명, 지시등, 자동차 신호 및 조명등, 플래시, 발광 다이오드 백라이트 모듈, 프로젝터 광원, 야외용 디스플레이 등을 포함한다.
가장 중요한 조명 응용 분야인 백색 소자(White light device)는 니치아(Nichia) 형광 분말의 특허 제조공정을 여전히 필요로 한다. 로열티를 지급해야하는 필요성만 아니라, 상기 니치아 특허 공정의 단점들은 형광 분말의 분배율(distribution ratio)과 도포 공정(coverage process)으로부터 발생하는 상대적으로 높은 백색의 색온도를 포함하는데, 이는 구동 수명의 단축 및 고온 유발 장애를 일으키게 된다. 게다가, 종래기술은 양호한 패키징 제어를 제공하고 있지 못하기 때문에 대량 생산을 더욱 어렵게 한다.
대만 특허출원 제 093126201호는, 발광 다이오드 소자의 응용을 크게 증진하기 위해서는 전원으로 교류를 사용해야 한다는 관점에서, 종래기술의 문제점, 즉, 직류 구동 발광은 역방향 전류보다는 순방향 전류에서 발생한다는 점을 극복할 수 있도록 하나의 칩 상에 형성되며, 상호 병렬 연결된 두 개의 반대 극성의 마이크로-다이 발광 다이오드(micro-die LEDs)로 구성된 적어도 하나 이상의 교류 마이크로-다이 발광 다이오드 모듈을 포함하는 교류 회로를 구비한 발광 다이오드 다이 구조를 개시하고 있다.
전술한 특허에서는, 평면 배열 구조를 취하기 때문에, 발광 다이오드의 각 마이크로-다이는 교류 주기 내에서 순 바이어스 또는 역 바이어스 하에서만 발광한 다. 다시 말해, 매순간, 발광 영역은 칩 표면의 절반에 지나지 않는 반면, 칩 표면의 나머지 절반에 관계되는 마이크로-다이들은 오프 상태에 있게 되므로, 발광 영역의 낭비를 초래한다. 또한, 전면 발광(full-plane luminosity)을 얻기 위해서는 전류 밀도를 배가시킬 필요가 있다.
또한, 전술한 특허에 의해 개시된 마이크로-다이는 약 70 마이크로미터의 길이에 지나지 않는 두 개의 레그(leg)를 갖는 이등변 직각 삼각형의 형상을 갖는데, 이는 제품의 소형화에 대한 요구를 충족시키기 위해 발광 다이오드의 크기를 줄여야한다는 필요성이 있는 상황에서 제조공정을 어렵게 한다. 또한, 전술한 특허는 니치아 특허의 형광 분말을 사용하기 때문에 높은 색온도 및 패키징 공정의 제어 곤란성과 같은 단점들이 여전히 존재한다.
따라서, 전술한 종래기술의 문제점을 극복할 수 있을 뿐만 아니라 상시 전면 발광 영역, 그리고 낮은 색온도와 상대적으로 크게 중복된 범위의 색온도들을 특징으로 하는 발광을 제공할 수 있는 개선된 교류 발광 소자를 개발할 필요성이 크다. 여기서 제안되는 교류 발광 소자는 니치아 특허의 형광 분말을 사용하지 않아서 제조공정이 보다 원활하게 수행될 수 있도록 하며, 대량생산을 보다 제어 가능하도록 하고, 결과적으로 여기서 제안되는 교류 발광 소자의 산업상 이용 가능성이 증진된다.
위와 같은 종래기술의 문제점들에 비추어, 본 발명의 주 목적은 상시 발광(all-time light emission) 가능한 전면 발광 영역(full-scale light-emitting area)을 갖는 교류 발광 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 형광 분말을 결코 사용하지 않는 교류 발광 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 소형 교류 발광 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 균일하게 발광할 수 있는 교류 발광 소자를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적 달성을 위해, 본 발명은 교류 발광 소자를 제공한다. 상기 교류 발광 소자는 기판, 교류 마이크로-다이 발광 모듈(micro-die light-emitting module) 및 도전 구조물(conductive structure)을 포함한다. 교류 마이크로-다이 발광 모듈은 기판 상에 형성되며, 적어도 두 개 이상의 마이크로-다이들을 포함하고, 각 마이크로-다이들은 적어도 두 개 이상의 활성층을 포함한다. 도전 구조물은 활성층들이 교류의 정 및 부의 반주기(positive and negative half cycles) 동안에 교대로 발광하도록 각 마이크로-다이들에 전기적으로 연결된다.
상술한 기판은 칩 또는 절연 기판일 수 있다. 상기 활성층은 발광 활성층(luminescent active layer)이다. 상기 도전 구조물은 예를 들면 두 개의 마이크로-다이들의 사이에 배치된 도전 브리지(conductive bridge)에 연결된 도전체를 포함한다.
상기 마이크로-다이들 및 이들의 활성층들 사이의 전기적 연결은 직렬 연결 및 병렬 연결을 포함한다. 상기 마이크로-다이들은 동일한 파장으로 발광함으로써 동일한 색상의 빛(단색광)을 발광하거나, 아니면 서로 다른 파장의 빛을 발광하여 혼합 광(다색광)을 생성할 수도 있다. 바람직하게는, 상기 마이크로-다이들의 활성층들은 색들을 혼합하여 백색을 형성하거나 색들의 조합에 의해 다양한 색상을 형성하기 위해 서로 다른 파장의 빛을 발광할 수 있다. 이러한 조합의 변화에 기초하여, 상기 마이크로-다이들의 동일한 활성층들은 교류의 정 및 부의 반주기 동안 교대로 발광할 수 있다. 또는, 상기 마이크로-다이들의 서로 다른 활성층들이 교류의 정 및 부의 반주기 동안 교대로 발광할 수 있다.
또한, 적어도 두 개의 활성층을 각각 포함하는 상기 마이크로-다이들은 상기 기판 상에 형성되며 플립-칩 기술, 웨이퍼 본딩 기술 또는 에피택시 기술에 의해 제조된다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위해, 본 발명은 교류 발광 소자를 더 제공한다. 상기 교류 발광 소자는 기판, 교류 마이크로-다이 발광 모듈 및 도전 구조물을 포함한다. 상기 교류 마이크로-다이 발광 모듈은 상기 기판 상에 형성되며, 적어도 두 개 이상의 활성층을 각각 포함하는 적어도 두 개 이상의 마이크로-다이를 포함한다. 상기 도전 구조물은 상기 활성층들이 교류의 정 및 부의 반주기 동안에 교대로 발광하도록 각 마이크로-다이에 전기적으로 연결된다.
전술한 마이크로-다이의 적어도 하나 이상의 활성층은 브리지 정류기 내의 다이오드들의 회로 구조에 따라 배열되며, 하나 이상의 브리지 발광 유닛을 형성하도록 다른 마이크로-다이와 전기적으로 연결된다. 상기 브리지 발광 마이크로-다이 들은 매트릭스형 패턴으로 배열될 수 있으며, 중심부에 배치된 상시(all-time) 발광 마이크로-다이들의 수는 주변에 배치된 정류 발광 마이크로-다이들의 수보다 크다. 바람직하게는, 전술한 교류 발광 소자는 상기 매트릭스형 패턴의 서로 대향하는 두 대각 모서리에 배치된 도전 전극들을 더 포함할 수 있으며, 상기 도전 전극들 및 상기 브리지 발광 유닛은 교류원과의 연결을 위해 서로 직렬로 연결된다.
상기 교류 발광 소자에 관하여, 본 발명은 교류 발광 소자를 제조하기 위한 두가지 방법을 더 제공한다. 제 1 방법은, 기판을 제공하는 단계; 상기 기판 상에 적어도 두 개 이상의 활성층을 형성하는 단계; 상기 기판의 일부가 노출이 될 수 있도록 상기 활성층들에 복수의 개구를 형성하는 단계; 상기 활성층들의 주변을 보호층으로 덮는 단계; 상기 보호층을 관통하여 복수의 도전 터미널을 형성하는 단계; 및 상기 활성층에 교류가 인가된 후, 상기 활성층들이 교류의 정 및 부의 반주기 동안 교대로 발광할 수 있도록 상기 개구들 상에 상기 활성층들을 전기적으로 연결하기 위한 복수의 도전 구조물을 형성하는 단계를 포함한다.
제 2 방법은, 제 1 기판을 제공하는 단계; 상기 제 1 기판 상에 제 1 활성층을 형성하고, 상기 제 1 기판을 제거하고, 제 2 기판 상에 상기 제 1 활성층을 배치하는 단계; 상기 제 1 활성층 상에 제 2 활성층을 형성하고, 상기 제 1 활성층 및 제 2 활성층 사이에 접속층(connective layer)을 형성하는 단계; 상기 제 1 활성층 및 제 2 활성층에 복수의 개구를 형성하는 단계; 보호층으로 상기 제 1 활성층 및 제 2 활성층의 주변을 커버하는 단계; 상기 보호층을 관통하여 복수의 도전 터미널을 형성하는 단계; 및 상기 제 1 활성층 및 제 2 활성층에 교류가 인가된 후, 상기 제 1 및 제 2 활성층이 교류의 정 및 부의 반주기 동안 교대로 발광하도록 상기 제 1 활성층 및 제 2 활성층과의 전기적 연결을 위한 복수의 도전 구조물을 상기 개구들 상에 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 다른 교류 발광 소자를 더 제공한다. 상기 교류 발광 소자는 기판, 브리지 발광 유닛 및 도전 구조물을 포함한다. 브리지 발광 유닛은 상기 기판 상에 형성된 복수의 교류 발광 다이오드 마이크로-다이들을 포함하며, 상기 마이크로-다이들은 브리지 정류기 내의 다이오드 회로의 패턴에 따라 배치된다. 상기 도전 구조물은 상기 마이크로-다이들을 전기적으로 연결함으로써 상기 마이크로-다이들이 교류의 정 및 부의 반주기 동안 교대로 발광하게 된다. 바람직하게는, 상기 교류 발광 소자는 상호 전기적으로 연결된 복수의 브리지 발광 유닛을 포함하되, 상기 브리지 발광 유닛들은 매트릭스형 패턴으로 배열되고, 중심부에 배치된 상시 발광 마이크로-다이들의 수는 주변에 배치된 정류 발광 마이크로-다이들의 수보다 커서, 균일한 발광을 가능하게 하는 전면 발광 여역을 제공한다. 또한, 상술한 교류 발광 소자는, 상기 매트릭스형 패턴의 상호 대향하는 대각 모서리에 배치된 도전 전극들을 더 포함할 수 있으며, 상기 도전 전극들 및 사익 브리지 발광 유닛들은 교류원과의 연결을 위해 서로 직렬로 연결된다.
본 발명의 다양한 목적 및 장점들은 첨부된 도면을 참조하여 이하 상세히 기술되는 설명을 참조하면 완전히 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 칩에 적용할 수 있는 교류 발광 소자를 개시한다. 교류(AC)의 적 용에 있어서, 개시된 교류 발광 소자는 사용자의 요구를 만족시키기 위해 단색광, 백색광 또는 유색 광을 발광할 수 있다. 단색 또는 유색의 빛은 칩의 발광 표면에서 발생한 상시 발광의 결과로서 발광한다. 바람직한 실시예는 60Hz 또는 50Hz의 주파수에서 110V, 100V 또는 220V인 범용 전기 표준에 따라 일반적인 전기 공급에 의해 이루어진다.
도 1A 및 도 1B는 각각 본 발명의 교류 발광 소자 구조의 단면도를 나타낸다. 상기 도면들은 이 바람직한 실시예에서 오직 하나의 교류 발광 소자를 나타낸다. 교류 발광 소자는 기판(1), 기판(1) 상에 형성된 교류 마이크로-다이 발광 모듈(2) 및 전기적 연결을 제공하기 위한 도전 구조물(3)을 포함한다.
본 바람직한 실시예에서, 기판(1)은 상기 언급된 바와 같은 칩 또는 Al2O3, GaAs, GaP, SiC 등과 같은 절연 기판이 될 수 있다.
도 1B는 적어도 두 개의 마이크로-다이들(20a 및 20b)을 포함하는 교류 마이크로-다이 발광 모듈(2)을 나타낸 확대도이다. 각 마이크로 다이는 도면에 도시된 바와 적어도 두 개의 활성층, 즉 상부 활성층들(200a 및 200b) 및 하부 활성층들(201a 및 201b)을 더 포함한다. 활성층들은 발광 활성층들이고, 마이크로-다이(20a 및 20b)의 활성층들은 각각 오믹 전극들(202a, 202b, 203a, 203b, 204a, 204b, 205a 및 205b)을 갖아 활성층들은 교류가 오믹 전극들(202a, 202b, 203a, 203b, 204a, 204b, 205a 및 205b)을 흐를 때마다 발광할 수 있다. 더욱이, 각각 적어도 두 개의 활성층을 갖는 마이크로-다이들(20a 및 20b)은 기판(1)상에 형성되 고, 플립-칩 기술, 웨이퍼 본딩 기술 또는 에피택시 기술에 의해 제조된다.
도전 구조물(3)은 교류가 마이크로-다이들(20a 및 20b)의 활성층들에 인가된 후에 상기 활성층들이 교류의 정 및 부의 반주기 동안 교대로 발광할 수 있도록 마이크로-다이들(20a 및 20b)에 전기적으로 연결된다. 도전 구조물(3)은 두 개의 마이크로-다이들 사이에 배치되어 이들을 연결하는 도전체(30b)를 포함한다. 도 1A에 도시된 바와 같이, 도전 구조물(3)은 교류원을 연결하기 위한 도전체들(30a 및 30c)을 더 포함한다. 바람직한 실시예에서, 도전체들(30a, 30b 및 30c)은 도전 브리지들이다.
본 발명의 교류 발광 소자는 두 개의 발광 유닛들을 이용하여 작동는데, 이하 도 2A 및 도 2B, 및 도 3A 및 도 3B를 참조하여 바람직한 실시예들에서 상술한다. 도 2A 및 도 2B는 교류를 교류 발광 소자에 인가하는 방법을 도시한다. 도 3A 및 도 3B는 도 2A 및 도 2B에 각각 대응하는 교류 발광 소자의 등가 회로이며, 여기서 상부 활성층(200) 및 하부 활성층(201)을 포함하는 각 활성층은 P/N 구조를 갖는 발광 다이오드(LED)와 등가이어서, 각 마이크로-다이(20)의 상부 활성층(200)과 하부 활성층(201) 사이에서 직렬 연결을 형성하고, 마이크로-다이(20)는 도 3A 및 도 3B에 도시된 바와 같이 도전 구조물(3)에 의해 병렬로 서로 전기적으로 연결된다.
도 2A 및 도 3A는 어떻게 교류가 교류 발광 소자를 통해 흐를 때마다 발광이 정의 반주기 동안 일어나는지를 도시한다. 교류가 정의 반주기에 입력되자마자, 마이크로-다이들(20)의 상부 활성층들(200)은 순 바이어스이고, 정의 반주기 교류는 도 3A에 도시된 화살표로 나타난다. 그 결과, 빛은 마이크로-다이들(20)의 상부 활성층들(200)에 의해 발광한다. 교류가 부의 반주기에 입력되지마자, 마이크로-다이들(20)의 하부 활성층들(201)은 순 바이어스이고, 부의 반주기 교류는 도 3B에 도시된 화살표로 나타난다. 그 결과, 빛은 마이크로-다이들(20)의 하부 활성층들(201)에 의해 발광한다. 다시 말해, 등가 회로에 도시된 바와 같이, 본 발명은 정/부의 반주기 교류를 수신하기 위해 두 층으로 쌓인 발광 다이오드들을 이용하여 구현된다. 이에 따라, 본 발명의 교류 발광 소자는 정 및 부의 반주기 모두에서 발광할 수 있고, 또한 마이크로-다이들(20)의 동일한 활성층들(상부 활성층들(200) 또는 하부 활성층들(201))은 교류의 정 및 부의 반주기 동안 교대로 발광할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 복수의 교류 발광 소자들이 칩 상에서 서로 엇갈리게 배치되어 교류가 인가되면, 칩의 발광 표면은 말하자면 60Hz의 주파수에서 교대로 발광할 수 있고, 마이크로-다이들은 동일하거나 다른 파장에서 발광하고, 따라서 동일하거나 다른 색의 빛을 발광할 수 있다(상기 빛은 활성층들에서 생성됨). 예를 들어, 상부 활성층은 녹색을 발광하는 반면, 하부 활성층은 적색을 발광하도록 다양한 파장 특성들이 마이크로-다이(20)에 대해 선택되면, 상부 활성층과 하부 활성층의 교호 발광은 광 혼합(적색 플러스 녹색)을 일으킬 수 있다. 더욱 상세하게는, 485nm 내지 500nm 사이 범위의 파장을 갖는 녹색(상부 활성층에서)이 580nm 내지 620nm의 파장을 갖는 적색(하부 활성층에서)과 함께 사용되면, 상부 활성층과 하부 활성층에 의해 발광하는 교대로 반짝이는 광선들이 혼합되어 흑체 복사 커브들과 오버랩되는 백색을 형성한다. 따라서, 본 발명은 상시 발광을 위한 개선된 발광 소자를 제공할 뿐만 아니라, 사용자의 요구에 따라 자동 조절되는 색들의 빛(예를 들어, 단색광 또는 유색광)을 발광하는 소자를 제공함으로써, 백색광을 만들기 위해 형광 분말을 사용할 필요성을 제거한다. 따라서, 본 발명은 종래 기술을 뛰어 넘는 장점들을 제공한다.
도 5A 및 도 5B는 본 발명의 교류 발광 소자의 다른 실시예를 도시하고, 도 6A 및 도 6B에 그 등가 회로를 도시하고 있으며, 여기서, (상부 활성층들(200c 및 200d) 및 하부 활성층들(201c 및 201d)을 포함하는) 활성층들은 총괄적으로 P/N 구조를 갖는 발광 다이오드(여기서, 상부 활성층들(200c 및 200d)은 p 구조이고, 하부 활성층들(201c 및 201d)은 n 구조)에 등가이므로, 마이크로-다이들(20c 및 20d)이 도전 구조물(3)에 병렬로 연결되는 반면, 마이크로-다이들(20c 및 20d)의 상부 활성층들(200c 및 200d) 및 하부 활성층들(201c 및 201d)은 직렬로 연결된다.
도 5A 및 도 6A는 교류 발광 소자가 교류의 정의 반주기 동안 각각 어떻게 발광하는지를 도시하고 있다. 교류의 정의 반주기 동안, 인접한 마이크로-다이들(20c 및 20d)의 다른 활성층들은 순 바이어스(즉, 마이크로-다이(20c)의 상부 활성층(200c) 및 마이크로-다이(20d)의 하부 활성층(201d))이다. 도 6A의 화살표로 나타난 교류의 정의 반주기 동안, 빛은 마이크로-다이들(20c 및 20d)의 다른 활성층들에 의해 발광한다. 유사하게, 도 5B 및 도 6B에 도시된 바와 같이 교류의 부의 반주기 동안, 인접한 마이크로-다이들(20c 및 20d)의 다른 활성층들은 순 바이어스(즉, 마이크로-다이(20d)의 상부 활성층(200d) 및 마이크로-다이(20c)의 하부 활 성층(201c))이다. 도 6B의 화살표로 나타난 교류의 부의 반주기 동안, 빛은 마이크로-다이들(20c 및 20d)의 다른 활성층들에 의해 발광한다. 다시 말해, 등가 회로로부터 볼 수 있는 바와 같이, 바람직한 실시예는 정/부 반주기 교류를 수신하기 위해 두 층으로 쌓여진 동일한 발광 다이오드들로 구현되어, 본 발명의 교류 발광 소자는 정 및 부의 반주기 모두 동안 빛을 발광할 수 있다. 도 2A, 도 2B, 도 3A 및 도 3B에 도시된 실시예들이 마이크로-다이들(20c 및 20d)의 다른 활성층들이 교류의 정 및 부의 반주기 동안 교대로 발광한다는 점에서 다르다. 그러나, 본 발명의 복수의 교류 발광 소자가 칩 상에서 서로 엇갈리게 배치되어 교류를 수신한다면, 상시 발광도 칩의 발광 표면상에서 발생할 수도 있다.
마찬가지로, 상술한 바와 같은 마이크로-다이들(20c 및 20d)은 동일하거나 서로 다른 색의 빛을 발광하기 위해 동일하거나 다른 파장들에서 발광할 수 있다(관련 활성층들은 동일하거나 서로 다른 파장들에서 발광할 수도 있다). 마이크로-다이들(20c 및 20d)이 다른 파장들에서 발광하면(예를 들어, 상부 활성층들(200c 및 200d)은 녹색을 발광하고, 하부 활성층들(201c 및 201d)은 적색을 발광), 다른 활성층들로부터 발광이 교대로 일어나는 것(상부 활성층(200c)에서 하부 활성층(201d)으로, 또는 상부 활성층(200d)에서 하부 활성층(201c)으로)은 유색광을 혼합하는(적색 플러스 녹색과 같은) 효과를 얻을 수 있다(이 실시예는 앞의 실시예와 같으므로 이하 더 논의하지 않음). 또한, 제조에 따라, 상부 활성층들(200c 및 200d) 및 하부 활성층들(201c 및 201d)은 실질적으로 사람의 시각으로 인식할 수 있는 최대 주파수인 100Hz를 넘는, 120Hz의 진동 발광 주파수(60Hz X 2)에서 서로 다른 색의 빛을 발광하여, 최적의 시각 효과를 제공하게 위한 보다 균일하고 부드럽게 빛을 혼합하는 시각적 효과에 기여할 수 있다. 따라서, 이 실시예에서 상술한 연속적인 발광 소자는 발광하는 빛의 색들을 유연하게 배치하기 위한 사용자의 요구를 만족시킬 뿐만 아니라 최적의 시각적 효과를 위해 더 고르고 부드러운 빛을 제공한다.
본 발명의 교류 발광 소자가 세 개의 활성층들을 가진 구조-도 7에 나타난 바람직한 실시예는 상술한 바와 같은 하나의 활성층이 추가된 등가 회로 및 하나의 등가 발광 다이오드를 도시함-인 경우, 더 많은 색이 가능하다. 화살표로 나타낸 바와 같이 교류의 정의 반주기가 입력될 때, 전류의 정의 반주기가 전달되는 각 활성층은 발광할 것이다(교류의 부의 반주기의 전류 흐름 루트는 교류의 정 반주기로부터 쉽게 구별할 수 있어 이하 더 이상 상술하지 않음). 이 3층 구조의 바람직한 실시예는 인간의 눈이 녹색 파장에 불충분하게 반응하기 때문에 백색광을 만들기 위해 가장 중요한 색인 녹색을 발광하는 제 1 층(L1), 백색광을 만들기 위해 두 번째로 중요한 색인 청색광을 발광하는 제 2 층(L2) 및 백색광을 만들기 위해 세 번째로 중요한 색인 적색을 발광하는 제 3 층(L3)을 갖고 구현된다. 도 7에 기초하여, 교류의 정 반주기 동안 만들어진 색들은(화살표를 따라 왼쪽에서 오른쪽으로) 청색, 녹색, 녹색, 적색, 청색, 녹색, 녹색, 적색과 같은 순서로 나타난다. 교류의 부의 반주기 동안에 생성되는 색은 청색, 녹색, 녹색, 적색, 청색, 녹색, 녹색, 적색으로 나타나지만, 이때 전류는 정 반주기 동안 도전되지 않는 두 개의 청색 및 적색 다이오드들을 이용하기 위해 오른쪽에서 왼쪽으로 흐른다(언급한 바와 같이, 인간의 눈은 백색을 인식하기 위해 더 많은 녹색이 혼합될 필요가 있기 때문에 모든 녹색 다이오드들은 정 반주기 동안과 마찬가지로 부 반주기 동안 발광). 그러므로, 본 발명의 교류 발광 소자는 교류의 정 또는 부 반주기가 활성층들에 인가될 때 전체적으로 바람직한 색 효과를 얻기 위해 서로 다른 색들을 채용하여 매치할 수 있다. 또한, (발광하는 빛의 색들을 혼합하여) 백색광을 만드는 효과를 갖는 이 3층 구조를 위해, 바람직한 실시예는 535nm 파장의 녹색, 460nm 파장의 청색 및 630nm 파장의 적색을 혼합하는 것을 포함한다. 3층 이상의 활성층들이 빛을 혼합하는데 사용될 때, 색온도의 조절이 요구되는데, 예를 들어, 하나 이상의 활성층들은 실제 사용에서 빛 혼합 요건들을 충족시키기 위해 단락 회로들을 인가하는 것에 의해 비발광으로 만들어질 수 있는 것이 추가되어야 한다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 개시된 마이크로-다이의 하나 이상의 활성층은 브리지 정류기 내의 다이오드 패턴에 따라 배치될 수 있으며, 여기서, 활성층은 전기적으로 서로 연결되어 있다(위에서 설명한 바와 같이, 활성층은 발광 다이오드와 같은 요소이다). 최적의 광 혼합 효과를 얻기 위한 실시예는 2개 또는 3개의 활성층에 의한 색상의 혼합을 포함한다(여기서, 광 색상을 혼합하기 위하여 2개 또는 3개의 활성층을 사용하는 바람직한 실시예는 위에서 설명된 실시예와 동일하며 따라서 여기에서 그와 관련된 설명은 생략한다).
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 설명의 목적을 위하여 앞서 언급한 회로 구조에 따라 배치된 전기적으로 연결된 회로의 각각은 제 1 회로(C1), 제 2 회로(C2), 제 3 회로(C3), 제 4 회로(C4) 및 제 5 회로(C5)로 한정되며, 여기서 발광 색상 및 활성층(발광 다이오드와 같은 요소)은 필요에 따라서 사용자에 의하여 결정될 수 있다. 바람직한 실시예는 하나 이상의 층을 갖는 10개의 활성층을 제 1 회로(C1), 제 2 회로(C2), 제 4 회로(C4) 및 제 5 회로(C5) 상에, 하나 이상의 활성층을 갖는 제 3 회로(C3) 상에 22개의 활성층을 각각 배치하는 것이다. 위에서 언급한 방법으로 배치된 회로 구조로 인하여 교류 역 바이어스를 받는 활성층의 수는 교류 순 바이어스를 받는 활성층의 수의 약 1/2이다. 따라서, 교류의 역 바이어스를 동시에 받기 위하여 이 구조가 다수의 활성층을 사용한다면, 활성층이 과도한 역 바이어스에 의하여 유도된 "브레이크다운(breakdown)"을 겪기 때문에 그렇지 않으면 발생할 수 있는 단락 회로를 방지하기 위하여 역 바이어스 교류는 활성층 사이에 균일하게 공유(단일 활성층은 약 10 내지 15의 역 바이어스 볼트를 받을 수 있다)될 것이다. 또한, 백색광을 생성하기 위한 색상 혼합 효과를 이루기 위하여 위에서 언급한 실시예가 실행될 수 있다. 색상이 다른 발광 다이오드가 사용될 수 있다는 사실 및 활성층의 수가 유연하게 결정될 수 있다는 사실에 더하여, 본 실시예를 도시하는 도면은 교류의 정의 반주기를 전도하는 도 9a에 도시된 바와 같은 제 2 회로(C2), 제 3 회로(C3) 및 제 4 회로(C4)의 구성 및 도 9b에 도시된 바와 같은 교류의 부의 반주기를 전도하는 제 5 회로(C5), 제 3 회로(C3) 및 제 1 회로(C1)의 구성이 이용되어 칩의 발광 표면 상에서 교류의 정의 반주기 및 부의 반주기를 전도하기 위하여 제 3 회로를 배치한다는 것을 특징으로 하며, 그로 인하여 칩 표면의 주요 발광 영역 상의 도전 전극들(E1 및 E2)에 교류에 연결될 때(이 도전 전극들(E1 및 E2)은 회로에 전기적으로 연결되어 있음), 연속적인 발광 효과를 얻는다. 교류의 정 반주기 및 부 반주기 동안에 제 3 회로(C3)의 하나 이상의 층을 갖는 다수의 활성층은 발광할 수 있으며, 종래 기술에 따라 사용된 활성층의 수를 줄일 수 있다. 예를 들어, 종래 기술에 따르면 교류의 정, 부 반주기 각각을 위하여 22개의 활성층, 전체적으로는 44개의 활성층이 사용되나, 본 발명에 따르면, 상시 발광을 이루기 위하여 단지 전체적으로 22개의 활성층이 요구된다.
또한, 위에서 언급한 활성층(LED와 등가물)의 회로 구성은 도 8에 도시된 바와 같이 브리지 발광 유닛(B1)일 수 있다. 즉, 브리지 발광 유닛(B1)은 하나 이상의 활성층을 갖는 마이크로-다이이며, 그 회로 구성은 서로 전기적으로 연결하기 위하여 브리지 정류기 내에서 다이오드에 따라서 배치된다. 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같은 매트릭스형 패턴 형태로 배치된 다수의 브리지 발광 유닛(B1)은 칩의 발광 표면 상에 배치되며(바람직하게는 중심부 내의 브리지 발광 유닛(B1)의 수는 주변부의 브리지 발광 유닛의 수보다 많다), 매트릭스형 패턴의 2개의 대향하는 대각 모서리는 교류원과의 접속을 위하여 2개의 도전 전극(E3 및 E4)과 함께 배치되어(2개의 도전 전극(E3 및 E4)은 브리지 발광 유닛(B1)에 직렬로 연결된다), 교류원에 접속할 때, 정 또는 부 반주기의 전류는 칩의 발광 표면의 대부분을 통과하여 연속적으로 발광한다.
위에서 설명한 회로 구성은 예를 들어, 다수의 교류 발광 다이오드 마이크로-다이로 구성된 브리지 발광 유닛을 기판 상에 형성한 단일 활성층을 갖는 마이크로-다이로 구성된 교류 발광 소자에 또한 적용될 수 있다. 마이크로-다이는 브리지 정류기 내의 다이오드 회로의 패턴에 따라 배치되며, 도전 구조물에 의하여 전기적 으로 서로 연결되어 있고, 따라서 마이크로-다이들은 교류의 정 및 부 반주기 동안에 교대로 발광한다. 또는, 위에서 언급된 회로 구성은 전기적으로 서로 연결되고 매트릭스 패턴 형태로 배치된 다수의 브리지 발광 유닛을 포함할 수 있으며, 균일한 발광을 위한 전면 발광 영역을 이루기 위하여 중심부에 배치된 상시 발광 마이크로-다이의 수는 주변부에 배치된 정류 발광 마이크로-다이의 수보다 많다. 또한, 위에서 언급한 회로 구성은 매트릭스형 패턴의 2개의 대향하는 대각 모서리에 배치된 도전 전극을 더 포함하며, 도전 전극은 교류원과의 연결을 위하여 브리지 발광 유닛에 직렬로 연결된다. 이의 회로 구조는 위에 설명한 외로 구조와 유사하며, 따라서 여기서는 더 설명하지 않는다.
본 발명에 의하여 개시된 활성층(위에서 언급한 바와 같은 LED와 등가물)은 외부 부하 없이 관련된 회로 또는 인디케이터 회로(indicator circuit)에 곧바로 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명에서, 다수의 활성층들이 서로 병렬로 연결되거나, 또는 병렬 연결로 배치된 활성층의 그룹들을 직렬로 연결하여 다른 목적의 발광 소자를 형성할 수 있다. 또한, 미국특허 제2005001537호, 미국특허 제2004246696호 및 일본특허 제2004333583호에 의하여 개시된 바와 같이 활성층은 LCD 백라이트 소자에 적용될 수 있다. 5 φLED 도전 와이어 스탠드 글루-이리게이팅 패키징 공정(conducting wire stand glue-irrigating packaging process), 수퍼 플럭스 도전 와이어 스탠드 글루-이리게이팅 패키징 공정, 플립-칩(flip-chip) 공정, 세라믹 기판 공정, 알루미늄 기판 공정, PPA 포인트-글루잉(point-gluing) 공정, 사출 패키징 공정, 또는 To 금속 쉘 패키징 공정 등과 같은 다양한 제조 공정 에 의하여 활성층은 실행될 수 있다.
본 발명은 도 11a 내지 도 11e에 도시된 바와 같은 교류 발광 소자 제조방법을 더 제공한다. 위에서 언급한 실시예와 대응하도록, 본 제조방법은 2개의 교류 발광 소자를 도시한 도면에 의하여 예시화된다. 도 11a를 참조하면, 본 제조방법은 기판(1)을 제공하는 단계 및 칩 적층 방법(chip-stacking manner; 도면에 도시된 바와 같이 상부 활성층(200) 및 하부 활성층(201))으로 팁 기판 상에 적어도 2개의 활성층을 형성하는 단계를 포함하며, 여기서 활성층은 총괄적으로 발광 다이오드 P/N 구조와 등가물인 p-형 발광층 및 n-형 발광층을 포함한다. p-형 발광층 및 n-형 발광층은 바람직하게는 P-InGaN 및 N-InGaN을 이용하여 각각 실행된다. 이어서, 도 11b에 도시된 바와 같이, 리소그래피 및 에칭 공정에 의하여 활성층(상부 활성층(200) 및 하부 활성층(201) 내에 다수의 개구(4)가 형성되어 기판(1)의 일부분이 개구(4)를 통하여 노출된다. 그 후, 도 11c에 도시된 바와 같이, 누설 전류를 방지하기 위하여 활성층(상부 활성층(200) 및 하부 활성층(201))의 주변부는 보호층(5)으로 덮여진다. 보호층(5)은 SiOX, SiNX 등과 같은 유전 물질로 이루어진다. 뒤를 이어, 도 11d에 도시된 바와 같이, 다수의 도전 터미널(6a, 6b, 6c 및 6d)이 보호층(5)을 통과하여 형성되어 활성층(상부 활성층(200) 및 하부 활성층(201)에 전기적으로 연결된다. 마지막으로, 도 11e에 도시된 바와 같이, 교류의 정 또는 부 반주기 동안에 상부 및 하부 활성층이 교대로 발광할 수 있도록 다수의 도전 구조물(3)이 개구(4) 상에 형성되어 활성층(상부 활성층(200) 및 하부 활성층(201))에 전기적으로 연결된다. 기판(1)의 적용으로서, 활성층(상부 활성층(200) 및 하부 활성층(201)) 및 제조방법에서 언급된 도전 구조물(3)은 도 2a, 도 2b 도 3a 및 도 3b에 도시된 활성층 및 도전 구조물과 동일하며, 따라서 여기서 그에 대한 설명은 생략한다.
다수의 도전 터미널(6a, 6b, 6c 및 6d)은 기상 증착에 의하여 형성되며, 활성층(상부 활성층(200) 및 하부 활성층(201))에 전기적으로 연결된 오믹 전극(ohmic electrode)을 이용하여 마크크로-다이(20)를 형성하기 위해 실행될 수 있으며, 여기서, 활성층은 위에서 언급한 바와 같은 동일한 또는 다른 파장의 발광에 의하여 실행될 수 있다.
따라서, 도 12a 내지 도 12f는 위에서 언급한 실시예에 따른 2개의 교류 발광 소자를 이용한 본 발명의 교류 발광 소자 제조방법을 도시한다. 본 발명의 방법은 제 1 기판(도시되지 않음)을 제공하는 단계; 제 1 기판 상에 제 1 활성층(70)을 형성하고 제 1 기판을 제거하는 단계; 도 12a에 도시된 바와 같이 제 2 기판(8) 상에 제 1 활성층(70)을 배치하는 단계; 제 1 활성층(70) 상에 제 2 활성층(71)을 형성하고, 도 12b에 도시된 바와 같이 제 1 활성층(70)과 제 2 활성층(71) 사이에 도전성 및 비도전성 물질로 구성되고 광 투과성인 접속층(72)을 형성하는 단계; 도 12c에 도시된 바와 같이 제 2 기판(8)의 일부를 노출시키기 위하여 리소그래피 및 에칭에 의하여 제 1 활성층(70) 및 제 2 활성층(71)에 다수의 개구를 형성하는 단계; 전류 누설을 방지하기 위하여 제 1 활성층(70)과 제 2 활성층(71)의 주변부에 SiOX, SiNX 등과 같은 유전 물질로 이루어진 보호층(10)을 배치하는 단계(도 12d); 제 1 활성층(70)과 제 2 활성층(71)에 전기적으로 연결하기 위하여 보호층(10)을 관통하여 다수의 도전 터미널(6e, 6f, 6g 및 6h)을 형성하는 단계(도 12e); 마지막으로, 교류의 정 및 부 반주기 동안에 구조물들이 교대로 발광할 수 있도록 제 1 활성층(70)과 제 2 활성층(71)에 전기적으로 연결하기 위하여 다수의 도전 구조물(3)을 개구(9) 상에 형성하는 단계(도 12f)를 포함한다. 제 2 기판(8)과 같이, 활성층(제 1 활성층(70) 및 제 2 활성층(71))과 도전 구조물(3)은 도 2a, 도 2b, 도 3a 및 도 3b에 설명된 것들과 구조 면에서 실질적으로 유사하며, 따라서 여기서 더 이상 설명하지 않는다.
마찬가지로, 본 제조방법의 다수의 도전 터미널(6e, 6f, 6g 및 6h)은 또한 기상 증착에 의하여 형성되고, 오믹 전극의 형태로 실행되며; 도전 터미널들은 활성층(제 1 활성층(70) 및 제 2 활성층(71))에 전기적으로 연결되어 동일 또는 다른 파장의 빛을 발광하는 마이크로-다이(20)를 형성한다.
정리하면, 본 발명에 개시된 교류 발광 소자는, 각 마이크로-다이가 적어도 2개의 활성층(바람직하게는, 2개 또는 3개의 층)을 포함하며, 상기 마이크로-다이들의 활성층들이 교류의 정 및 부 반주기 동안에 교대로 발광할 수 있도록 형성되어, 그로 인하여 상시 발광을 위한 전면 발광 영역을 제공하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 의하여 개시된 활성층의 기본적인 구조는 원하는 바에 따라 혼합 광 및 상시 발광의 최적 효과를 이루기 위하여 다양한 회로 구성에 적용될 수 있다.
특정 실시예의 설명은 본 발명을 설명하기 위한 것이다. 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 다른 이들은 본 명세서 내에 개시된 내용으로부터 본 발명의 다른 이점들 및 특징을 쉽게 이해할 수 있다. 본 발명은 다른 실시예들을 통하여 수행 또는 적용될 수 있다. 본 명세서 내의 모든 상세한 구성은 본 발명의 범위 내에서 다른 관점 및 응용을 기초로 하여 변형될 수 있다.

Claims (9)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성되며, 적어도 두 개 이상의 활성층들을 각각 구비하는 적어도 두 개 이상의 마이크로-다이들(micro-dies)을 갖는 교류 마이크로-다이 발광 모듈(alternating current micro-die light-emitting module); 및
    상기 마이크로-다이들의 활성층들이 교류의 정 및 부의 반주기 동안 교대로 발광할 수 있도록 상기 마이크로-다이들을 전기적으로 연결하는 도전 구조물을 포함하는 교류 발광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로-다이들의 동일한 활성층들이 교류의 정 및 부의 반주기 동안 교대로 발광하는 것을 특징으로 하는 교류 발광 소자.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로-다이들의 서로 다른 활성층들이 교류의 정 및 부의 반주기 동안 교대로 발광하는 것을 특징으로 하는 교류 발광 소자.
  4. 기판을 제공하는 단계;
    상기 기판 상에 적어도 두 개 이상의 활성층들을 형성하는 단계;
    상기 기판의 일부가 노출이 될 수 있도록 상기 활성층들에 복수의 개구를 형성하는 단계;
    상기 활성층들의 주변을 보호층으로 덮는 단계;
    상기 활성층들을 전기적으로 연결하도록 상기 보호층을 관통하여 복수의 도전 터미널을 형성하는 단계; 및
    상기 활성층에 교류가 인가된 후, 상기 활성층들이 교류의 정 및 부의 반주기 동안 교대로 발광할 수 있도록 상기 개구들 상에 상기 활성층들을 전기적으로 연결하기 위한 복수의 도전 구조물을 형성하는 단계를 포함하는 교류 발광 소자의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 마이크로-다이들의 동일한 활성층들이 교류의 정 및 부의 반주기 동안 교대로 발광하는 것을 특징으로 하는 교류 발광 소자의 제조방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 마이크로-다이들의 서로 다른 활성층들이 교류의 정 및 부의 반주기 동안 교대로 발광하는 것을 특징으로 하는 교류 발광 소자의 제조방법.
  7. 기판;
    상기 기판 상에 형성된 복수의 교류 발광 다이오드 마이크로-다이들을 포함하되, 상기 마이크로-다이들은 브리지 정류기 내의 다이오드 회로 패턴에 따라 배치된 브리지 발광 유닛; 및
    상기 마이크로-다이들이 교류의 정 및 부의 반주기 동안에 교대로 발광하도록 상기 마이크로-다이들을 전기적으로 연결하는 도전 구조물을 포함하는 교류 발광 소자.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 브리지 발광 유닛의 중심부에 위치한 마이크로-다이들은 적어도 주변부에 위치한 마이크로-다이들 만큼 있는 것을 특징으로 하는 교류 발광 소자.
  9. 제 7 항에 있어서, 상호 전기적으로 연결된 복수의 브리지 발광 유닛을 더 포함하되, 두 개의 도전 전극이 교류원과의 연결을 위해 직렬로 상기 브리지 발광 유닛들에 연결된 것을 특징으로 하는 교류 발광 소자.
KR1020060041644A 2005-05-13 2006-05-09 교류 발광 소자 KR100858319B1 (ko)

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