KR20160143431A - 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는 상면에 요철 패턴을 포함하는 기판, 상기 기판 상에 위치하며, 각각 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 개재된 활성층을 포함하는 복수개의 발광셀들, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 위치하는 투명 전극층, 상기 투명 전극층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 위치하는 전류 차단층, 및 상기 발광셀들을 서로 연결하는 배선들을 포함하고, 상기 요철 패턴은 상기 발광셀들 하부에 위치하는 제1 요철 패턴 및 상기 발광셀들 사이에 위치하는 제2 요철 패턴을 포함하며, 상기 제2 요철 패턴의 높이는 상기 제1 요철 패턴의 높이보다 작을 수 있다.

Description

발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법{LIGHT-EMITTING DIODE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단일 기판 상에서 복수의 발광셀들이 배선들에 의해 서로 연결된 발광 다이오드에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 전기적 에너지를 광으로 변환하는 고체 상태 소자이다. 발광 다이오드는 백라이트 등에 사용하는 각종 광원, 조명, 신호기, 대형 디스플레이 등에 폭넓게 이용되고 있다. 조명용 LED 시장이 확대되고 그 활용 범위가 고전류, 고출력 분야로 확대됨에 따라, 모듈과 같은 외부 구조체와 LED의 반도체층을 전기적으로 연결하기 위한 전극의 신뢰성을 향상시키고, 발광 다이오드가 고전류에서 구동될 시 LED의 효율(lm/W)이 급격하게 저하되는 드룹(droop) 현상을 개선시킬 수 있는 발광 다이오드가 요구되고 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 복수개의 발광셀들을 포함하며 드룹 현상이 개선된 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 배선이 단선되는 문제를 최소화하여 우수한 신뢰성을 가진 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는 상면에 요철 패턴을 포함하는 기판, 상기 기판 상에 위치하며, 각각 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 개재된 활성층을 포함하는 복수개의 발광셀들, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 위치하는 투명 전극층, 상기 투명 전극층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 위치하는 전류 차단층, 및 상기 발광셀들을 서로 연결하는 배선들을 포함하고, 상기 요철 패턴은 상기 발광셀들 하부에 위치하는 제1 요철 패턴 및 상기 발광셀들 사이에 위치하는 제2 요철 패턴을 포함하며, 상기 제2 요철 패턴의 높이는 상기 제1 요철 패턴의 높이보다 작을 수 있다.
상기 제2 요철 패턴의 높이는 상기 제1 도전형 반도체층 두께의 2/3 이하일 수 있다.
상기 기판은 사파이어 기판일 수 있다.
상기 전류 차단층은 분포 브래그 반사기를 포함할 수 있다.
상기 전류 차단층은 발광셀들 사이의 상기 기판 상에 위치한 연장부를 포함할 수 있다.
상기 투명 전극층은 상기 전류 차단층의 연장부를 덮을 수 있다.
상기 배선들 중 적어도 하나는 두 개의 발광셀들에 공통으로 전기적으로 접속하는 공통 음극을 포함하고, 상기 두 개의 발광셀들은 상기 제1 도전형 반도체층을 공유할 수 있다.
상기 공통 음극은 상기 발광셀들 사이에 노출된 상기 기판을 향하여 위치한 제1 공통 음극 및 상기 제1 공통 음극에서 연장되어 상기 두 개의 발광셀들을 향해 위치한 제2 공통 음극을 포함할 수 있다.
상기 공통 양극은 상기 발광셀들 사이에 노출된 상기 기판을 향하여 위치한 제1 공통 양극 및 상기 제1 공통 양극에서 연장되어 상기 또 다른 두 개의 발광셀들 상에 각각 위치하는 제2 공통 양극을 포함할 수 있다.
상기 투명 전극층은 또 다른 두 개의 발광셀들 상에 연속적으로 위치하며, 상기 공통 음극과 연결되며 상기 또 다른 두 개의 발광셀들에 공통으로 전기적으로 접속하는 공통 양극을 포함하고, 상기 공통 양극은 상기 투명 전극층을 통해 상기 두 개의 발광셀들에 전기적으로 접속할 수 있다.
상기 배선들에 의해 적어도 세 개의 직렬 연결된 발광셀들의 어레이가 형성되고, 상기 적어도 세 개의 직렬 연결된 발광셀들의 어레이가 서로 병렬 연결될 수 있다.
상기 직렬 어레이들의 양 단부에 위치하는 제1 전극 패드 및 제2 전극 패드를 더 포함하며, 상기 제1 전극 패드 및 상기 제2 전극 패드를 가로지르는 가상의 선에 대해 대칭 구조를 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, 복수의 발광셀들이 직렬 및 병렬로 연결되어 고전류 구동 시 드룹 현상이 개선될 수 있다. 이에 따라 발광 다이오드의 출력 전력이 향상될 수 있다. 또한, 복수의 발광셀들 사이에 노출된 기판의 요철 패턴의 크기가 작기 때문에 배선이 단선되는 문제가 최소화될 수 있어서 발광 다이오드의 신뢰성이 개선될 수 있다. 동시에, 복수의 발광셀들 아래에 위치한 기판의 요철 패턴의 크기가 크기 때문에, 발광셀들에서 생성된 광이 효과적으로 반사될 수 있어서, 발광 다이오드의 광 추출 효율이 개선될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1의 절취선 A-A를 따라 취해진 발광 다이오드의 단면도이다.
도 3은 도 1의 I1의 확대도이다.
도 4는 도 1의 절취선 B-B를 따라 취해진 발광 다이오드의 단면도들이다.
도 5는 도 1의 절취선 C-C를 따라 취해진 발광 다이오드의 단면도이다.
도 6은 도 1의 I2의 확대도이다.
도 7은 도 6의 절취선 D-D를 따라 취해진 발광 다이오드의 단면도이다.
도 8은 도 1의 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 등가회로도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 10은 도 9의 절취선 A-A를 따라 취해진 발광 다이오드의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 12는 도 11의 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 등가회로도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 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. 또한, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에" 또는 "상에" 있다고 기재된 경우 각 부분이 다른 부분의 "바로 상부" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라 각 구성요소와 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 개재된 경우도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 2는 도 1의 절취선 A-A를 따라 취해진 단면도이다. 도 3은 도 1의 일부분(I1)을 확대한 확대도이며, 도 4의 (a)는 도 3의 절취선 B-B 를 따라 취해진 단면도이며, 도 4의 (b) 및 (c)는 각각 도 4의 (a)에서 변형 가능한 발광 다이오드들을 설명하기 위한 단면도들이다. 도 5는 도 3의 절취선 C-C를 따라 취해진 단면도이다. 도 6은 도 1의 일부분(I2)를 확대한 확대도이며, 도 7은 도 6의 절취선 D-D를 따라 취해진 단면도이다. 도 8은 도 1의 개략적인 등가회로도이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 실시예의 발광 다이오드는 기판(321), 복수의 발광셀들(LEC)(미도시), 전류 차단층(329), 투명 전극층(331), 제1 배선들(335), 제2 배선들(337), 제1 전극 패드(339a) 및 제2 전극 패드(339b)를 포함한다. 나아가, 본 실시예의 발광 다이오드는 절연 보호층(333)을 더 포함할 수 있다.
기판(321)은 발광셀들(LEC)을 지지하는 기판으로서, 사파이어 기판, 실리콘 기판, GaN 기판 등 질화물 반도체층을 성장시키기 위한 성장기판일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 기판(321)은 통상적으로 발광 다이오드 칩 내의 기판을 의미한다.
본 실시예에 있어서, 기판(321)은 패터닝된 사파이어 기판(PSS)일 수 있다. 기판(321)의 상면은 요철 패턴(R1, R2)을 포함할 수 있다. 요철 패턴(R1, R2)은 반도체층에서 생성된 광을 효과적으로 반사시켜, 발광 다이오드의 광 추출 효율을 개선시킬 수 있다. 요철 패턴(R1, R2)은 삼각뿔, 사각뿔, 사다리꼴 또는 반구형을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 요철 패턴(R1, R2)의 높이에 대한 설명은 기판(321) 외의 구성요소들에 대해 설명한 이후, 설명하도록 한다.
기판(321) 상에 복수의 발광셀들(LEC)이 정렬된다. 각 발광셀(LEC)은 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 도전형 반도체층(323), 활성층(325) 및 제2 도전형 반도체층(327)을 포함한다. 이하에서, 제1 도전형 반도체층(323)은 n형이고, 제2 도전형 반도체층(327)이 p형인 것으로 설명하지만, 그 반대일 수도 있다. 활성층(325)은 제1 도전형 반도체층(323)과 제2 도전형 반도체층(327) 사이에 위치하며, 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조일 수 있다. 활성층(325)은 요구되는 발광 파장에 따라 그 물질 및 조성이 선택된다. 예컨대, 활성층(325)은 AlInGaN 계열의 화합물 반도체, 예컨대 InGaN로 형성될 수 있다. 한편, 제1 도전형 반도체층(323) 및 제2 도전형 반도체층(327)은 활성층(325)에 비해 밴드갭이 큰 AlInGaN 계열의 화합물 반도체, 예컨대 GaN를 포함한다. 한편, 제1 도전형 반도체층(323)과 기판(321) 사이에 버퍼층(도시하지 않음)이 개재될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(323), 활성층(325) 및 제2 도전형 반도체층(327)은 금속 유기화학 기상 성장법을 이용하여 기판(321) 상에서 성장될 수 있으며, 그 후 사진 및 식각 공정을 이용하여 패터닝될 수 있다.
하나의 제1 도전형 반도체층(323) 상에서 활성층(325) 및 제2 도전형 반도체층(327)이 분리될 수 있다. 즉, 도 1, 2, 3 및 5 에 도시한 바와 같이, 두 개 이상의 발광셀들(LEC)이 제1 도전형 반도체층(323)을 공유할 수 있다.
제1 배선들(335) 및 제2 배선들(337)은 발광셀들(LEC)을 전기적으로 연결한다. 제1 배선들(335) 및 제2 배선들(337)은 서로 다른 제1 도전형 반도체층들(323) 상에 위치하는 발광셀들(LEC)을 서로 직렬 연결한다. 제1 배선들(335) 및 제2 배선들(337)을 통해, 하나의 발광셀의 제1 도전형 반도체층(323)은 이웃하는 발광셀(LEC)의 제2 도전형 반도체층(327)에 전기적으로 연결된다.
제1 배선(335)은 제1 도전형 반도체층(323)에 접속하는 제1 접속부(335a; 음극), 제2 도전형 반도체층(327) 상에서 제2 도전형 반도체층(327)에 전기적으로 접속하는 제2 접속부(335b; 양극) 및 이들 제1 접속부(335a)와 제2 접속부(335b)를 상호 연결하는 상호 접속부(335c)를 포함할 수 있다.
한편, 제2 배선(337)은 제1 도전형 반도체층(323)에 접속하는 제1 공통 접속부(337a; 공통 음극), 제2 도전형 반도체층(327) 상에서 제2 도전형 반도체층(327)에 전기적으로 접속하는 제2 공통 접속부(337b; 공통 양극) 및 이들 제1 공통 접속부(337a)와 제2 공통 접속부(337b)를 상호 연결하는 상호 공통 접속부(337c)를 포함할 수 있다.
공통 음극(337a)은 두 개의 발광셀들(LEC)에 공통 접속한 음극으로, 예컨대, 두 개의 발광셀들(LEC)에 공유된 제1 도전형 반도체층에 접속한다. 공통 음극(337a)은 제1 공통 음극(337aa) 및 제2 공통 음극(337ab)을 포함할 수 있다. 제1 공통 음극(337aa)은 발광셀들(LEC) 사이에 노출된 기판을 향하여 위치할 수 있다. 제2 공통 음극(337ab)은 제1 공통 음극(337aa)에서 연장되어 인접한 발광셀들(LEC)을 향하여 위치할 수 있다. 구체적으로, 발광셀들(LEC)의 측면은 각각 제2 도전형 반도체층(327) 및 활성층(325)이 부분적으로 함몰된 오목부를 포함할 수 있으며, 제2 공통 음극(337ab)은 제1 공통 음극(337aa)에서부터 연장되어 오목부를 향하여 위치할 수 있다. 이 경우, 공통 음극(337a)과 인접한 발광셀들(LEC)의 측면 면적이 늘어날 수 있어서, 전류 분산 효율이 개선될 수 있다.
공통 양극(337b)은 두 개의 발광셀들(LEC)에 공통 접속한 양극으로, 예컨대, 공유된 제1 도전형 반도체층(323) 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층들(327)에 공통으로 전기적으로 접속한다. 공통 양극(337b)은 두 개의 발광셀들(LEC) 사이의 영역 상에 위치할 수 있다. 공통 양극(337b)는 제1 공통 양극(337ba) 및 제2 공통 양극(337bb)을 포함할 수 있다. 제1 공통 양극(337ba)은 제1 도전형 반도체층(323)을 공유하는 두 개의 발광셀들(LEC) 사이에 위치할 수 있다. 나아가, 제1 공통 양극(337ba)은 제1 도전형 반도체층(323)을 공유하는 두 개의 발광셀들(LEC) 각각의 측면과 나란하게 위치할 수 있다. 제2 공통 양극(337bb)은 제1 공통 양극(337ba)에서 연장되어 인접한 발광셀들(LEC) 상에 위치할 수 있다. 구체적으로, 제2 공통 양극(337bb)은 제1 공통 양극(337ba)에서부터 연장되어 후술할 투명 전극층(331) 상에 위치할 수 있다. 이 경우, 공통 양극(337a)과 투명 전극층(331)이 접하는 면적이 늘어날 수 있고, 제2 공통 양극(337bb)가 투명 전극층(331) 중 제1 공통 양극(337ba)로부터 멀리 위치한 영역에 가까워질 수 있으므로 전류 분산 효율이 개선될 수 있다.
제1 배선(335) 및 제2 배선(337)에 대해 설명하였지만, 이외에도 다양한 배선이 발광셀들(LEC)을 서로 연결할 수 있다. 예를 들면, 도 1에서 첫번째 발광셀과 그것에 이웃하는 네 개의 발광셀들 중 두 개의 발광셀들을 연결하는 배선과 같이, 하나의 발광셀(LEC)에 접속된 제1 접속부(335a)와 두 개의 발광셀들(LEC)에 공통 접속된 공통 양극(337b)이 상호 접속부에 의해 연결될 수 있다. 또한, 음극(335a)이 두 개의 공통 양극(337b)으로 연결될 수도 있으며, 두 개의 음극(335a)이 공통 양극(337b)으로 연결될 수도 있다.
상기 배선들(335, 337)에 의해 복수의 직렬 어레이들이 형성되며, 이들 어레이들이 서로 병렬 연결된다.
도 1을 참조하면, 제1 전극 패드(339a)와 인접한 두 개의 발광셀들(LEC) 상에 위치한 배선의 일 말단은 발광 다이오드의 측면 중 제1 전극 패드(339a)와 인접한 일 측면 및 상기 일 측면과 접하는 타 측면이 서로 교차되는 영역을 향할 수 있다. 이에 따라, 배선들이 상기 영역과 인접한 발광셀(LEC) 부분에 가깝게 위치할 수 있으므로, 상기 발광셀(LEC) 부분의 발광 강도가 개선될 수 있으며, 전류 분산 효율이 개선될 수 있다.
기판(321)의 요철 패턴(R1, R2)은 제1 요철 패턴(R1)과 제2 요철 패턴(R2)를 포함할 수 있다. 제1 요철 패턴(R1)은 제1 도전형 반도체층(323)과 접하며, 발광셀들(LEC) 하부에 위치할 수 있으며, 구체적으로 제1 도전형 반도체층(323) 하부에 위치할 수 있다. 제2 요철 패턴(R2)은 제1 도전형 반도체층(323)과 접하지 않으며, 제1 도전형 반도체층(323)을 공유하지 않는 발광셀들(LEC) 사이에 위치할 수 있다.
제1 요철 패턴(R1)의 높이와 제2 요철 패턴(R2)의 높이는 다를 수 있다. 제2 요철 패턴(R2)의 높이는 제1 요철 패턴(R1)의 높이보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제1 요철 패턴(R1)의 높이는 1.5 내지 2㎛이며, 제2 요철 패턴(R2)의 높이는 그 보다 작을 수 있다. 제2 요철 패턴(R2)의 높이가 작으므로 제1 배선(335) 및 제2 배선(337) 각각에 발생하는 단차의 크기가 줄어들 수 있다. 따라서, 제1 배선(335) 및 제2 배선(337)의 단선이 방지될 수 있다. 또한, 제1 요철 패턴(R1)의 높이는 크게 유지되기 때문에, 발광셀들(LEC)에서 생성된 광을 더욱 효과적으로 반사시킬 수 있다. 나아가, 제2 요철 패턴(R2)의 높이는 제1 도전형 반도체층(323) 두께의 2/3 이하일 수 있다. 상기와 같은 제2 요철 패턴(R2)의 높이는 제1 도전형 반도체층(323), 활성층(325) 및 제2 도전형 반도체층(327)을 식각하여 복수개의 발광셀들(LEC)을 개별화시키는 공정에 의해 변화될 수 있다. 나아가, 복수개의 발광셀들(LEC)이 형성된 후, 별도의 추가 식각 공정을 통해 제2 요철 패턴(R2)의 높이 뿐만 아니라 형태를 조절할 수 있다.
투명 전극층들(331)은 발광셀들(LEC)의 제2 도전형 반도체층(327) 상에 위치하며, 제2 도전형 반도체층(327)에 접속한다. 일부 투명 전극층들(331)은 각각의 발광셀들 상에 한정되어 위치하나, 다른 일부 투명 전극층들(331)은 두 개 이상의 발광셀들(LEC) 상에 연속적으로 위치할 수 있다. 구체적으로, 투명 전극층(331)들의 일부는 서로 인접한 제2 도전형 반도체층(327)들 상에 연속적으로 위치할 수 있다. 즉, 투명 전극층(331)의 일부는 일 제2 도전형 반도체층(327) 상에서부터 제1 도전형 반도체층(323) 상을 거쳐 인접한 또 다른 제2 도전형 반도체층(327) 상에 걸쳐 위치할 수 있다. 따라서, 공통 양극(337b)에서 인가된 전류가 투명 전극층(331)을 통해 서로 인접한 양 발광셀들(LEC)에 전달될 수 있다. 또한, 투명 전극층(331)은 더 연장되어 이웃하는 제1 도전형 반도체층(323)의 일부를 덮을 수 있다.
투명 전극층(331)은 인디움틴산화물(ITO) 또는 아연산화물과 같은 도전성 산화물 또는 Ni/Au와 같은 금속층으로 형성될 수 있다. 투명 전극층(331)은 리프트 오프 기술을 이용하여 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 사진 및 식각 공정을 이용하여 형성될 수도 있다.
양극들(335b, 337b)은 투명 전극층(331)을 통해 제2 도전형 반도체층(327)에 전기적으로 접속할 수 있다. 특히, 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 공통 양극(337b)은 두 개의 발광셀들에 연속적으로 위치하는 투명 전극층(331)을 통해 두 개의 발광셀들(LEC)에 동시에 전기적으로 접속할 수 있다.
전류 차단층(329)은 투명 전극층(331)과 제2 도전형 반도체층(327) 사이에 위치할 수 있다. 나아가, 전류 차단층(329)은 양극(335b) 하부 및 공통 양극(337b) 하부에 위치할 수 있다. 전류 차단층(329)은 특히, 제1 도전형 반도체층(323)의 일부 상에 위치하여 투명 전극층(331)을 발광셀들(LEC)의 측면으로부터 절연시켜 단선(short)에 의한 불량을 방지한다. 나아가, 전류 차단층(329)은 발광셀들(LEC)의 상부 영역 일부를 덮을 수 있다.
전류 차단층(329)은 절연층으로 형성되어 전류가 양극(335b) 및 공통 양극(337b) 아래에서 집중되는 것을 방지한다. 나아가, 전류 차단층(329)은 분포 브래그 반사기를 포함할 수 있다. 굴절률이 서로 다른 층들, 예컨대, TiO2/SiO2를 반복 적층함으로써 활성층(325)에서 방출되는 광을 반사시키는 분포 브래그 반사기를 형성할 수 있다. 전류 차단층(329)이 분포 브래그 반사기를 포함함으로써, 활성층(323)에서 생성된 광이 배선들(335,337)에 흡수되는 것을 방지할 수 있다.
전류 차단층(329)의 일부는 제1 도전형 반도체층(323) 외부로 연장될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 전류 차단층(329)은 발광셀들(LEC) 사이에 노출된 기판(321) 상에 위치한 연장부를 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 전류 차단층(329)의 연장부는 발광셀들(LEC) 사이에 위치한 제2 요철 패턴(R2) 상에 위치할 수 있다. 전류 차단층(329)의 연장부는 상호 공통 접속부(337c)로 진행하는 광을 반사시킬 수 있다.
전류 차단층(329)의 연장부 일부는 투명 전극층(331)에 의해 덮일 수 있다. 도 1 및 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 투명 전극층(331)은 일 발광셀(LEC)의 상부에 위치한 부분에서 연장되어 제2 요철 패턴(R2) 상의 전류 차단층(329)의 연장부를 덮으며, 상기 일 발광셀(LEC)과 제1 도전형 반도체층(323)을 공유하지 않는 또 다른 발광셀들(LEC)에 의해 공유된 제1 도전형 반도체층(323)의 상면에 위치할 수 있다. 그러나, 이에 반드시 한정되는 것은 아니다. 도 4의 (b)의 발광 다이오드의 경우, 도 4의 (a)의 발광 다이오드오 유사하나, 투명 전극층(331)은 일 발광셀(LEC)의 상부에 위치한 부분에서 연장되어 제2 요철 패턴(R2) 상의 전류 차단층(329)의 연장부를 덮으며, 상기 일 발광셀(LEC)과 제1 도전형 반도체층(323)을 공유하지 않는 또 다른 발광셀들(LEC)에 의해 공유된 제1 도전형 반도체층(323)의 측면에 위치할 수 있다. 또는, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 투명 전극층(331)은 일 발광셀(LEC)의 상부에 위치한 부분에서부터 제2 요철 패턴(R2) 상의 전류 차단층(329)의 연장부의 일부 상에까지 연장될 수도 있다. 도 4의 (a), (b) 및 (c) 각각의 발광 다이오드들의 투명 전극층(331)은 모두 제2 배선(337)의 상호 공통 접속부(337c)와 전류 차단층(329)의 연장부 사이에 위치하여, 상호 공통 접속부(337c)와 전류 차단층(329)의 연장부를 이격시킨다. 따라서, 제2 배선(337) 형성 시, 전류 차단층(329)의 연장부가 손상되는 것을 방지할 수 있으므로, 발광 다이오드의 신뢰성이 개선될 수 있다. 이는 제2 배선(337) 하부의 투명 전극층(331) 및 전류 차단층(329)에 한정된 특징이 아니며, 제1 배선(335) 하부의 투명 전극층(331) 및 전류 차단층(329)도 상기 구성을 포함할 수 있다.
전류 차단층(329)은 제2 도전형 반도체층(327)을 노출시키는 개구부(329a)를 포함할 수 있다. 개구부(329a)는 원형의 고리 형태일 수 있다.
제1 전극 패드(339a) 및 제2 전극 패드(339b)는 직렬 어레이들의 양 단부에 위치한다. 제1 전극 패드(339a) 및 제2 전극 패드(339b) 각각은 직렬 어레이의 양단에 위치하는 발광셀들(LEC) 상에 위치할 수 있다.
제2 전극 패드(339b)는 원형의 본체부 및 상부 연장부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 6 및 7에 도시된 바와 같이, 상기 본체부는 개구부(329a)를 통해 제2 도전형 반도체층(327)과 접촉될 수 있다. 이 때, 개구부(329a)에 의해 발생한 전류 차단층(329)의 단차에 의해, 제2 전극 패드(339b)의 박리 등의 불량이 발생하는 것이 방지될 수 있다. 더불어, 상기 단차에 의해, 본체부의 상면은 개구부(329a)의 위치에 대응하는 함몰부를 포함할 수 있다. 이 경우, 함몰부에 의해 와이어가 본체부에 안정적으로 접착될 수 있다.
상부 연장부는 본체부에서 연장되어 위치할 수 있다. 상부 연장부의 일 말단은 발광 다이오드의 측면을 향해 연장될 수 있다. 이 경우, 본체부를 통해 인가된 전류가 더욱 효과적으로 발광셀의 각 영역에 분산될 수 있어서, 발광 강도의 불균일이 개선될 수 있다.
절연 보호층(333)은 제1 배선(335), 제2 배선(337), 제1 전극 패드(339a) 및 제2 전극 패드(339b)가 형성될 영역을 제외하고, 발광 다이오드의 거의 전면을 덮을 수 있다. 절연 보호층(333)은 외부의 습기나 외력으로부터 발광 다이오드를 보호하는 역할을 할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 도 8에 도시한 바와 같이, 제1 전극 패드(339a)와 제2 전극 패드(339b) 사이에 발광셀들(LEC)의 네 개의 직렬 어레이가 형성된다. 도 8을 참조하면, 제2 전극 패드(339b)가 위치하는 일 단에 하나의 발광셀이 위치하고, 제1 전극 패드(339a)가 위치하는 일 단에 두 개의 발광셀이 위치한다. 그러나, 발광셀들(LEC)의 배열은 이에 한정되는 것은 아니며, 이들 어레이의 양단에 각각 하나의 발광셀이 위치하거나 두 개의 발광셀들이 위치할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따르면, 도 8에 점선으로 표시한 부분과 같이, 공통 양극(337b)를 포함하는 배선(337)이 배치되어 병렬 연결된 어레이를 상호 접속한다. 이에 따라, 공통 양극에 접속된 발광셀들은 서로 등전위를 가지며, 어느 하나의 어레이에 전류가 집중되는 것을 완화시킬 수 있다.
본 실시예에 있어서, 직렬 어레이 내에 5 개의 발광셀들이 정렬된 것을 도시하였으나, 직렬 어레이 내의 발광셀들의 개수는 1 개 이상이면 특별히 한정되지 않는다. 또한, 이들 발광셀들의 개수는 필요에 따라 또는 사용 전압을 고려하여 다양하게 선택될 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서, 기판(321) 상의 배선들에 의해 네 개의 직렬 어레이들이 형성되고, 이들 네 개의 어레이들이 병렬 연결된 직병렬 구조에 대해 도시 및 설명하였다. 본 실시예와 같이, 발광 다이오드가 직병렬 구조의 발광셀들을 포함하는 경우, 발광 다이오드가 고전류에서 구동될 시 LED의 효율(lm/W)이 급격하게 저하되는 드룹(droop) 현상이 개선될 수 있다. 또한, 기판(321) 상에 형성되는 직렬 어레이들의 개수는 두 개에 한정되지 않으며, 더 많은 직렬 어레이들을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 발광 다이오드는 제1 전극 패드(339a) 및 제2 전극 패드(339b)를 가로지르는 가상의 선(X-X)에 대해 대칭 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 가상의 선(X-X)에 의해 가상적으로 구분되는 양 영역의 발광 분포가 동일할 수 있으며, 이를 이용하여 발광 다이오드의 불량 부분을 더 용이하게 검출해낼 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도 및 단면도이다. 도 9 및 도 10의 발광 다이오드는 도 1 내지 도 8을 통해 설명한 발광 다이오드와 유사하나, 투명 전극층(331)이 서로 인접한 두 개의 제2 도전형 반도체층(327)을 공유하지 않으며, 공통 양극(337b)이 존재하지 않는다는 점에서 차이가 있다.
구체적으로, 도 9 및 도 10의 발광 다이오드의 투명 전극층(331)들은 각각 하나의 발광셀 상에 한정되어 위치한다. 또한, 공통 양극(337b) 대신 두 개의 양극(337d)들이 상호 접속부(337c)에 연결된다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도 및 등가회로도이다. 도 11 및 도 12의 발광 다이오드는 도 9 내지 도 10를 통해 설명한 발광 다이오드와 유사하나, 제1 전극 패드(339a)와 제2 전극 패드(339b) 사이에 발광셀들(LEC)의 세 개의 직렬 어레이가 형성되어 세 개의 직렬 연결된 어레이들이 서로 병열 연결된다는 점에서 차이가 있다. 또한, 도 11 및 도 12에 따른 발광 다이오드는 제1 전극 패드(339a) 및 제2 전극 패드(339b)를 가로지르는 가상의 선에 대해 대칭 구조를 가지지 않는다.

Claims (12)

  1. 상면에 요철 패턴을 포함하는 기판;
    상기 기판 상에 위치하며, 각각 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층 및 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 개재된 활성층을 포함하는 복수개의 발광셀들;
    상기 제2 도전형 반도체층 상에 위치하는 투명 전극층;
    상기 투명 전극층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 위치하는 전류 차단층; 및
    상기 발광셀들을 서로 연결하는 배선들을 포함하고,
    상기 요철 패턴은 상기 발광셀들 하부에 위치하는 제1 요철 패턴 및 상기 발광셀들 사이에 위치하는 제2 요철 패턴을 포함하며,
    상기 제2 요철 패턴의 높이는 상기 제1 요철 패턴의 높이보다 작은 발광 다이오드.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 요철 패턴의 높이는 상기 제1 도전형 반도체층 두께의 2/3 이하인 발광 다이오드.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판은 사파이어 기판인 발광 다이오드.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 전류 차단층은 분포 브래그 반사기를 포함하는 발광 다이오드.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 전류 차단층은 발광셀들 사이의 상기 기판 상에 위치한 연장부를 포함하는 발광 다이오드.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 투명 전극층은 상기 전류 차단층의 연장부를 덮는 발광 다이오드
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 배선들 중 적어도 하나는 두 개의 발광셀들에 공통으로 전기적으로 접속하는 공통 음극을 포함하고,
    상기 두 개의 발광셀들은 상기 제1 도전형 반도체층을 공유하는 발광 다이오드.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 공통 음극은,
    상기 발광셀들 사이에 노출된 상기 기판을 향하여 위치한 제1 공통 음극 및;
    상기 제1 공통 음극에서 연장되어 상기 두 개의 발광셀들을 향해 위치한 제2 공통 음극을 포함하는 발광 다이오드.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 투명 전극층은 또 다른 두 개의 발광셀들 상에 연속적으로 위치하며,
    상기 공통 음극과 연결되며 상기 또 다른 두 개의 발광셀들에 공통으로 전기적으로 접속하는 공통 양극을 포함하고,
    상기 공통 양극은 상기 투명 전극층을 통해 상기 두 개의 발광셀들에 전기적으로 접속하는 발광 다이오드.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 공통 양극은 상기 발광셀들 사이에 노출된 상기 기판을 향하여 위치한 제1 공통 양극 및;
    상기 제1 공통 양극에서 연장되어 상기 또 다른 두 개의 발광셀들 상에 각각 위치하는 제2 공통 양극을 포함하는 발광 다이오드.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 배선들에 의해 적어도 세 개의 직렬 연결된 발광셀들의 어레이가 형성되고,
    상기 적어도 세 개의 직렬 연결된 발광셀들의 어레이가 서로 병렬 연결된 발광 다이오드.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 직렬 어레이들의 양 단부에 위치하는 제1 전극 패드 및 제2 전극 패드를 더 포함하며,
    상기 제1 전극 패드 및 상기 제2 전극 패드를 가로지르는 가상의 선에 대해 대칭 구조를 가지는 발광 다이오드.
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