JP2014131038A - 発光素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】発光効率を増加させる発光素子を提供すること。
【解決手段】実施形態の発光素子は、基板と、基板上に互いに離隔して配置された複数の発光セルと、隣接する発光セルを電気的に接続する連結配線とを含み、隣接する発光セルのうちの一方は複数の第1セグメントを含み、隣接する発光セルのうちの他方は複数の第1セグメントとそれぞれ対向する複数の第2セグメントを含み、それぞれが連結配線と接する端部を有して互いに対向する第1及び第2セグメントの間の離隔距離よりも、それぞれが連結配線と接しない端部を有して互いに対向する第1及び第2セグメントの間の離隔距離がさらに小さい。
【選択図】図2

Description

実施形態は、発光素子に関する。
窒化ガリウム(GaN)の金属有機化学気相蒸着法及び分子線成長法などの発達に基づいて、高輝度及び白色光の具現が可能な赤色、緑色及び青色発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)が開発された。
このようなLEDは、白熱灯と蛍光灯などの既存の照明器具に使用される水銀(Hg)のような環境有害物質が含まれていないので環境性に優れ、長寿命、低電力消費特性などのような長所があるので、既存の光源を代替している。このようなLED素子の核心競争要素は、高効率及び高出力チップ、及びパッケージング技術による高輝度の具現である。
高輝度を具現するために光抽出効率を高めることが重要である。光抽出効率を高めるために、フリップチップ(flip−chip)構造、表面凹凸の形成(surface texturing)、凹凸が形成されたサファイア基板(PSS:Patterned Sapphire Substrate)、光結晶(photonic crystal)技術、及び反射防止膜(anti−reflection layer)構造などを用いた様々な方法が研究されている。
図1は、既存の発光素子10の平面図を示す。
図1に示した発光素子10は、第1及び第2電極パッド22,24、9個の発光領域40、及び隣接する発光領域40を電気的に接続する連結金属30で構成される。このとき、隣接する発光領域40間の距離Dは全て同一である。このような一般的な構造の発光素子10に対して発光効率を増大させるための様々な方法が研究されている。
特に、図1の発光領域40のそれぞれの発光構造物(図示せず)の側壁は、連結金属30が切れるのを防止するために基板(図示せず)に対して傾斜することができる。この場合、発光領域の損失が不可避であるという問題点があるため、発光領域の増大がより要望されている。
実施形態は、発光領域を増大させることで、発光効率を増大させる発光素子を提供する。
実施形態の発光素子は、基板と、前記基板上に互いに離隔して配置された複数の発光セルと、隣接する発光セルを電気的に接続する連結配線とを含み、前記隣接する発光セルのうちの一方は複数の第1セグメントを含み、前記隣接する発光セルのうちの他方は前記複数の第1セグメントとそれぞれ対向する複数の第2セグメントを含み、それぞれが前記連結配線と接する端部を有して互いに対向する第1及び第2セグメントの間の離隔距離よりも、それぞれが前記連結配線と接しない端部を有して互いに対向する第1及び第2セグメントの間の離隔距離がさらに小さい。
前記第1セグメントは、前記連結配線と接する端部を有する第1−1セグメントと、前記第1−1セグメントから延び、前記連結配線と接しない端部を有する第1−2セグメントとを含み、前記第2セグメントは、前記連結配線と接する端部を有し、前記第1−1セグメントと対向する第2−1セグメントと、前記第2−1セグメントから延び、前記連結配線と接しない端部を有し、前記第1−2セグメントと対向する第2−2セグメントとを含むことができる。
前記第1−2セグメントの前記第2−2セグメントと対向する端部は、前記第1−1セグメントの前記第2−1セグメントと対向する端部よりも第1突出長さだけさらに突出することができる。
前記第2−2セグメントの前記第1−2セグメントと対向する端部は、前記第2−1セグメントの前記第1−1セグメントと対向する端部よりも第2突出長さだけさらに突出することができる。
前記第1突出長さと前記第2突出長さは互いに異なっていてもよく、同一であってもよい。
前記第1−2セグメントは、前記第1−1セグメントの両側に延びて配置され、前記第2−2セグメントは、前記第2−1セグメントの両側に延びて配置されることができる。
前記第1−1セグメントの端部の幅と前記第2−1セグメントの端部の幅は互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。
前記第1−2セグメントの端部の幅と前記第2−2セグメントの端部の幅は互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。
前記隣接する発光セルのそれぞれは、前記基板上に配置された第1導電型半導体層と、前記第1導電型半導体層上に配置された活性層と、前記活性層上に配置された第2導電型半導体層とを含む。
前記第1−1セグメントにおいて前記第1導電型半導体層の端部は前記連結配線と接し、前記第2−1セグメントにおいて前記第2導電型半導体層の端部は前記連結配線と接することができる。
前記第1−2セグメントの端部と前記第2−2セグメントの端部との間の離隔距離は、5μm〜50μmであってもよい。
前記第1−1セグメントの端部と前記第2−1セグメントの端部との間の離隔距離は、10μm〜55μmであってもよい。
前記第1−1セグメントの端部の幅は、5μm〜8μmであってもよい。
前記第2−1セグメントの端部の幅は、5μm〜8μmであってもよい。
前記第1セグメントを含む発光セル及び前記第2セグメントを含む発光セルは、垂直方向または水平方向のうち少なくとも一つの方向に隣接することができる。
前記発光素子は、下記式に示されたように増加した面積を有する発光領域を有することができる。
Figure 2014131038
ここで、TPAは、前記発光領域の増加面積を示し、W12は、前記第1−2セグメントの端部の幅を示し、△L1は、前記第1−2セグメントの前記第2−2セグメントと対向する端部が、前記第1−1セグメントの前記第2−1セグメントと対向する端部よりさらに突出した第1突出長さを示し、W22は、前記第2−2セグメントの端部の幅を示し、△L2は、前記第2−2セグメントの前記第1−2セグメントと対向する端部が、前記第2−1セグメントの前記第1−1セグメントと対向する端部よりさらに突出した第2突出長さを示し、Mは、前記複数の発光セルの個数を示す。
実施形態に係る発光素子は、既存より発光領域がさらに広いので、光度及び動作電圧が改善され、電流密度が減少して信頼性を改善することができる。
下記の図面を参照して実施形態について詳細に説明する。ただし、図面中、同一の構成要素には同一の参照符号を付する。
既存の発光素子の平面図である。 実施形態に係る発光素子の平面図である。 図2の3−3'線に沿って切断した断面図である。 図2の4−4'線に沿って切断した断面図である。 図2に示した発光素子の回路図である。 図2に示した“A”部分を拡大して示した平面図である。 発光面積の増加による光度及び動作電圧を示すグラフである。 実施形態に係る発光素子を含む照明装置の分解斜視図である。 実施形態に係る発光素子を含む表示装置を示す図である。
以下、本発明を具体的に説明するために実施形態を挙げて説明し、発明に対する理解を助けるために、添付の図面を参照して詳細に説明する。しかし、本発明に係る実施形態は、様々な形態に変形可能であり、本発明の範囲が、以下に詳述する実施形態に限定されると解釈されてはならない。本発明の実施形態は、当業界で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。
本発明の実施形態の説明において、各構成要素の「上/上部または下/下部(on or under)」に形成されると記載される場合において、「上/上部または下/下部(on or under)」は、二つの構成要素が互いに直接(directly)接触したり、一つ以上の他の構成要素が前記二つの構成要素の間に配置されて(indirectly)形成されることを全て含む。
また、「上/上部又は下/下部(on or under)」と表現される場合、一つの構成要素を基準にして上側方向のみならず、下側方向の意味も含むことができる。
図2は、実施形態に係る発光素子100の平面図を示し、図3は、図2の3−3'線に沿って切断した断面図を示し、図4は、図2の4−4'線に沿って切断した断面図を示す。
図2乃至図4を参照すると、発光素子100は、第1〜第M伝導層110−1〜110−M、(ここで、Mは、2以上の正の整数)、第1ボンディングパッド(bonding pad)122、第1〜第N連結配線124−1〜124−N(ここで、Nは、1以上の正の整数)、第2ボンディングパッド126、基板130及び発光構造物140を含む。
基板130は、半導体物質の成長に適した物質、キャリアウエハで形成することができる。また、基板130は、熱伝導性に優れた物質で形成することができ、伝導性基板または絶縁性基板であってもよい。また、基板130は、透光性を有する物質からなってもよく、発光素子の全体窒化物発光構造物140の反りを引き起こさないとともに、スクライビング(scribing)工程及びブレーキング(breading)工程を通じて別個のチップによく分離させるための程度の機械的強度を有することができる。例えば、基板130は、サファイア(Al)、GaN、SiC、ZnO、Si、GaP、InP、Ga、GaAs、Geのうち少なくとも一つを含む物質であってもよい。このような基板130の上面は凹凸パターン形状を有することができる。例えば、たとえ図示していないが、基板130は、PSS(Patterned Sapphire Substrate)であってもよい。
また、たとえ図示していないが、基板130と発光構造物140との間にバッファ層がさらに配置されてもよい。バッファ層は、III−V族元素の化合物半導体を用いて形成することができる。バッファ層は、基板130と発光構造物140との間の格子定数の差を減少させる役割を果たす。例えば、バッファ層は、AlNを含むか、またはアンドープ(undoped)窒化物を含むことができるが、これに限定されない。バッファ層は、基板130の種類及び発光構造物140の種類によって省略してもよい。
以下、説明の便宜上、発光セルの個数Mは9であると仮定するが、実施形態はこれに限定されず、発光セルが9個より多いか、または少ない場合にも同一に適用することができる。
発光セルは、基板130上に水平方向に互いに離隔して配列される。
まず、複数の発光領域P1〜PMを順に第1発光領域〜第M発光領域という。すなわち、第1ボンディングパッド122が位置する発光領域を第1発光領域P1といい、第2ボンディングパッド126が位置する発光領域を第9発光領域P9という。
第1〜第M発光セルは、基板130の第1〜第M発光領域にそれぞれ配置される。すなわち、第1発光セルは基板130の第1発光領域P1に配置され、第2発光セルは基板130の第2発光領域P2に配置され、第3発光セルは基板130の第3発光領域P3に配置され、第4発光セルは基板130の第4発光領域P4に配置され、第5発光セルは基板130の第5発光領域P5に配置され、第6発光セルは基板130の第6発光領域P6に配置され、第7発光セルは基板130の第7発光領域P7に配置され、第8発光セルは基板130の第8発光領域P8に配置され、第9発光セルは基板130の第9発光領域P9に配置される。このように、第m発光セル(1≦m≦M)は、基板130の第m発光領域Pmに配置される。以下、説明の便宜上、第m発光セルを‘Pm’と呼ぶ。
第1〜第M発光セルP1〜PMのそれぞれは、基板130上に配置された発光構造物140、第m伝導層110−m、及び第1及び第2電極を含む。一つの発光セルをなす発光構造物140は、境界領域Bによって他の発光セルの発光構造物140と区分することができる。境界領域Bは、第1〜第M発光セルP1〜PMのそれぞれの周りに位置する領域であってもよく、基板130であってもよい。複数の第1〜第M発光セルP1〜PMのそれぞれの面積は同一であってもよいが、これに限定されるものではなく、発光セルの発光頻度によって互いに異なる面積を有することもできる。
各発光セルP1〜PMの発光構造物140は、基板130の上部に順次配置された第1導電型半導体層142、活性層144及び第2導電型半導体層146を含む。
第1導電型半導体層142は、基板130と活性層144との間に配置され、半導体化合物を含むことができ、III−V族、II−VI族などの化合物半導体で具現することができ、第1導電型ドーパントがドープされてもよい。例えば、第1導電型半導体層142は、AlInGa(1−x−y)N(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)の組成式を有する半導体物質、InAlGaN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP、AlGaInPのいずれか一つ以上を含むことができる。第1導電型半導体層142がn型半導体層である場合、第1導電型ドーパントは、Si、Ge、Sn、Se、Teなどのようなn型ドーパントを含むことができる。第1導電型半導体層142は単層または多層構造を有することができ、これに限定しない。
活性層144は、第1導電型半導体層142と第2導電型半導体層146との間に配置され、単一井戸構造、多重井戸構造、単一量子井戸構造、多重量子井戸(MQW:Multi Quantum Well)構造、量子点構造または量子線構造のいずれか一つを含むことができる。活性層144は、III−V族元素の化合物半導体材料を用いて、井戸層と障壁層、例えば、InGaN/GaN、InGaN/InGaN、GaN/AlGaN、InAlGaN/GaN、GaAs(InGaAs)/AlGaAs、GaP(InGaP)/AlGaPのいずれか一つ以上のペア構造を有することができるが、これに限定されない。井戸層は、障壁層のエネルギーバンドギャップよりも小さいエネルギーバンドギャップを有する物質からなることができる。
第2導電型半導体層146は、活性層144の上部に配置され、半導体化合物を含むことができる。第2導電型半導体層146は、III−V族、II−VI族などの化合物半導体で具現することができ、例えば、InAlGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)の組成式を有する半導体物質、またはAlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP、AlGaInPのいずれか一つ以上を含むことができる。
第2導電型半導体層146がp型半導体層である場合、第2導電型ドーパントは、Mg、Zn、Ca、Sr、Baなどのようなp型ドーパントであってもよい。第2導電型半導体層146は単層または多層構造を有することができ、これに限定しない。
第1導電型半導体層142はn型半導体層であり、第2導電型半導体層146はp型半導体層で具現したり、または第1導電型半導体層142はp型半導体層であり、第2導電型半導体層146はn型半導体層で具現してもよい。これによって、発光構造物140は、n−p接合、p−n接合、n−p−n接合、及びp−n−p接合構造のうち少なくとも一つを含むことができる。
以下、第1導電型半導体層142はn型半導体層で、第2導電型半導体層146はp型半導体層であると仮定して説明するが、実施形態はこれに限定されない。すなわち、第1導電型半導体層142がp型半導体層で、第2導電型半導体層146がn型半導体層である場合にも本実施形態は適用可能である。
各発光セルP1〜PMにおいて、第1電極は第1導電型半導体層142上に配置される。例えば、図4を参照すると、第8発光セルP8において、第1電極152は第1導電型半導体層142上に配置される。第1電極を第1導電型半導体層142上に配置するために、発光構造物140の第1導電型半導体層142の一部を露出させることができる。すなわち、第2導電型半導体層146、活性層144及び第1導電型半導体層142の一部がメサエッチング(mesa etching)によってエッチングされて、第1導電型半導体層142の一部を露出することができる。このとき、第1導電型半導体層142の露出面は、活性層144の下面よりも低く位置することができる。
または、各発光セルP1〜PMにおいて、第1電極が第1導電型半導体層142上に別個に設けられる代わりに、第i発光セルPi(1≦i≦M−1)の第1電極は第i連結配線124−iと一体に設けられてもよい。このとき、第M発光セル(例えば、P9)の第1電極は第2ボンディングパッド126と一体に設けることができる。しかし、実施形態はこれに限定されず、第M発光セルPMの第1電極は第2ボンディングパッド126と別個に設けられてもよい。
各発光セルP1〜PMにおいて、第2電極は第2導電型半導体層146上に配置される。例えば、図4を参照すると、第8発光セルP8において、第2電極154は第2導電型半導体層146上に配置されている。
または、各発光セルP1〜PMにおいて、第2電極が第2導電型半導体層146上に別個に設けられる代わりに、第j発光セルPj(2≦j≦M)の第2電極は第j−1連結配線124−(j−1)と一体に設けられてもよい。例えば、図4を参照すると、第7発光セルP7の第2電極は第6連結配線124−6と一体に設けられている。このとき、図3を参照すると、第1発光セルP1の第2電極は第1ボンディングパッド122と一体に設けられてもよい。しかし、実施形態はこれに限定されず、第1発光セルP1の第2電極は第1ボンディングパッド122と別個に設けられてもよい。
図4において、説明のために、第8発光セルP8の第1電極152と第8連結配線124−8は別個に設けられ、第8発光セルP8の第2電極154と第7連結配線124−7は別個に設けられる一方、第7発光セルP7の第2電極は第6連結配線124−6と一体に設けられる場合を図示した。しかし、工程の便宜上、第1〜第M発光セルP1〜PMの第1及び第2電極は全て一括的に連結配線と一体に設けられてもよく、または別個に設けられてもよいことは勿論である。
各発光セルP1〜PMの第1及び第2電極のそれぞれは、接着層(図示せず)、バリア層(図示せず)及びボンディング層(図示せず)が順次積層された構造を有することができる。第1電極の接着層は、第1導電型半導体層142とオーミック接触する物質を含み、第2電極の接着層は、第2導電型半導体層146とオーミック接触する物質を含むことができる。例えば、接着層は、Cr、Rd及びTiのうち少なくとも一つの材料で、単層または多層構造で形成することができる。
バリア層は、接着層上に配置され、Ni、Cr、Ti及びPtのうち少なくとも一つを含む材料で、単層または多層に形成することができる。例えば、バリア層は、CrとPtの合金からなることができる。
また、バリア層と接着層との間にAgなどからなる反射層を介在してもよいが、省略してもよい。ボンディング層は、バリア層の上に配置され、Auを含むことができる。
第1ボンディングパッド122は、第1電源を提供するためのワイヤ(図示せず)がボンディングされ得る。図2及び図3を参照すると、第1ボンディングパッド122は、第1〜第M発光セルP1〜PMのいずれか一つの発光セル(例えば、P1)の第2導電型半導体層146上に配置され、第2導電型半導体層146と接触することができる。
また、第2ボンディングパッド126は、第2電源を提供するためのワイヤ(図示せず)がボンディングされ得る。図2及び図4を参照すると、第2ボンディングパッド126は、第1〜第M発光セルP1〜PMのうちの他の一つの発光セル(例えば、P=9)の第1導電型半導体層142上に配置され、第1導電型半導体層142と接触することができる。
また、第2電極と第2導電型半導体層146との間に伝導層110−1〜110−Mがさらに配置されてもよい。各伝導層110−mは、全反射を減少させるだけでなく、透光性が良いので、活性層144から放出されて第2導電型半導体層146を経た光の抽出効率を増加させることができる。各伝導層110−mは、発光波長に対して透過率の高い透明な酸化物系物質、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)、TO(Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、IZTO(Indium Zinc Tin Oxide)、IAZO(Indium Aluminium Zinc Oxide)、IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide)、IGTO(Indium Gallium Tin Oxide)、AZO(Aluminium Zinc Oxide)、ATO(Aluminium Tin Oxide)、GZO(Gallium Zinc Oxide)、IrOx、RuOx、RuOx/ITO、Ni、Ag、Ni/IrOx/AuまたはNi/IrOx/Au/ITOのうち少なくとも一つ以上を用いて単層または多層で具現することができる。
第2導電型半導体層146上に配置された各伝導層110−mの面積は、第2導電型半導体層146の上部面の面積以下とすることができる。
一方、第1〜第N連結配線124−1〜124−Nは、複数の発光セルP1〜PMを互いに電気的に接続する役割を果たす。すなわち、第1〜第N連結配線124−1〜124−Nは、隣接する発光セルを電気的に接続する役割を果たす。すなわち、第i連結配線124−i(1≦i≦M−1)は、第i発光領域Pi、第i+1発光領域P(i+1)及びそれら[Pi,P(i+1)]の間の境界領域B上に位置して、隣接する第i発光セルPiと第i+1発光セルP(i+1)とを電気的に接続する役割を果たす。例えば、第1連結配線124−1(i=1)は、隣接する第1発光セルP1と第2発光セルP2とを電気的に接続し、図4に示すように、第7連結配線124−7は、第7発光領域P7、第8発光領域P8及びそれら(P7,P8)の間の境界領域B上に位置し、隣接する第7発光セルP7の第1導電型半導体層142と第8発光セルP8の第2導電型半導体層146とを互いに電気的に接続する。
図2乃至図4の場合、第1〜第N連結配線124−1〜124−Nによって第1〜第M発光セルP1〜PMが互いに電気的に直列接続されている。この場合、N=M−1である。第1〜第N連結配線124−1〜124−Nは、第1ボンディングパッド122が位置する第1発光セルP1を始点とし、第2ボンディングパッド126が位置する第M発光領域PMを終点として、第1〜第M発光セルP1〜PMを直列接続することができる。しかし、実施形態はこれに限定されず、第1〜第M発光セルP1〜PMのうち少なくとも一部が連結配線によって電気的に互いに並列に接続されてもよい。
第1〜第N連結配線124−1〜124−Nのそれぞれは、第1及び第2電極のそれぞれと同一または互いに異なる物質からなることができる。もし、第1〜第N連結配線124−1〜124−Nが第1及び第2電極と同一の物質からなる場合、前述したように、連結配線は第1電極または第2電極と一体型とすることもできる。第1〜第N連結配線124−1〜124−Nのそれぞれは、Cr、Rd、Au、Ni、TiまたはPtのうち少なくとも一つを含むことができるが、これに限定されない。
一方、絶縁層160は、第1〜第N連結配線124−1〜124−Nと、その連結配線によって接続される隣接する発光セルとの間に配置されて、連結配線と発光セルとを電気的に絶縁させる。すなわち、絶縁層160は、第i連結配線124−iと、その配線124−iによって接続される隣接する第i及び第i+1発光セルPi,P(i+1)との間に配置されて、第i連結配線124−iと第i発光セルPiとを電気的に絶縁させ、第i連結配線124−iと第i+1発光セルP(i+1)とを電気的に絶縁させる。例えば、図4を参照すると、絶縁層160は、第7連結配線124−7と、第7及び第8発光セルP7,P8との間に配置されて、第7連結配線124−7と、第7及び第8発光セルP7,P8のそれぞれとを電気的に絶縁させる。
また、絶縁層160は、複数の発光セルP1〜PM及び境界領域Bの上に配置されてもよい。すなわち、絶縁層160は、複数の発光セルP1〜PMの上面及び側面を覆い、境界領域Bを覆うこともできる。このとき、絶縁層160は、第1及び第2ボンディングパッド122,126と、各発光セルP1〜PMの第1及び第2電極は露出させる。
例えば、図3を参照すると、絶縁層160は、第1ボンディングパッド122を露出させながら、第1、第6及び第7発光セルP1,P6,P7の各発光構造物140の上面と側面及び境界領域Bを覆う。また、図4を参照すると、絶縁層160は、第2ボンディングパッド126を露出させ、第7、第8及び第9発光セルP7,P8,P9のそれぞれの第1及び第2電極を露出させながら、発光構造物140の上面と側面及び境界領域Bを覆う。絶縁層160は、透光性絶縁物質、例えば、SiO、SiO、SiO、Si、またはAlで形成することができ、分散ブラッグ反射層(DBR:Distributed Bragg Reflector)などとして具現してもよく、実施形態はこれに限定されない。
図5は、図2に示した発光素子100の回路図である。
図2及び図5を参照すると、発光素子100は、共通の一つの(+)端子、例えば、一つの第1ボンディングパッド122を有し、共通の一つの(−)端子、例えば、一つの第2ボンディングパッド126を有することができる。
図6は、図2に示した“A”部分を拡大して示した平面図である。
一方、図2及び図6を参照すると、隣接する第i発光セルPi(1≦i≦M−1)と第i+1発光セルP(i+1)のうち第i発光セルPiは、複数の第1セグメントS1を含み、第i+1発光セルP(i+1)は、複数の第1セグメントS1とそれぞれ対向する複数の第2セグメントS2を含む。
まず、第i発光セルPiの第1セグメントS1は、第1−1セグメントS1−1及び第1−2セグメントS1−2A,S1−2Bを含む。第1−1セグメントS1−1は、第i連結配線124−iと接する端部を有し、第1−2セグメントS1−2A,S1−2Bは、第1−1セグメントS1−1から延び、第i連結配線124−iと接しない端部を有する。このとき、第1−1セグメントS1−1の両側に第1−2セグメントS1−2A,S1−2Bがそれぞれ延びて配置され得る。
例えば、図6を参照すると、第1−1セグメントS1−1は、第7連結配線124−7と接する端部212を有する。第1−2セグメントS1−2Aは、第1−1セグメントS1−1の一方から延び、第7連結配線124−7と接しない端部214を有し、第1−2セグメントS1−2Bは、第1−1セグメントS1−1の他方から延び、第7連結配線124−7と接しない端部216を有する。
また、第i+1発光セルP(i+1)の第2セグメントS2は、第2−1セグメントS1−1及び第2−2セグメントS2−2A,S2−2Bを含む。第2−1セグメントS2−1は、第i連結配線124−iと接する端部を有し、第1−1セグメントS1−1と対向する。第2−2セグメントS2−2A,S2−2Bは、第2−1セグメントS2−1から延び、第i連結配線124−iと接しない端部を有し、第1−2セグメントS1−2A,S1−2Bと対向する。このとき、第2−1セグメントS2−1の両側に第2−2セグメントS2−2A,S2−2Bがそれぞれ延びて配置され得る。
例えば、図6を参照すると、第2−1セグメントS2−1は、第7連結配線124−7と接する端部222を有し、第1−1セグメントS1−1と対向する。第2−2セグメントS2−2Aは、第2−1セグメントS2−1の一方から延び、第7連結配線124−7と接しない端部224を有し、第1−2セグメントS1−2Aと対向する。第2−2セグメントS2−2Bは、第2−1セグメントS2−1の他方から延び、第7連結配線124−7と接しない端部226を有し、第1−2セグメントS1−2Bと対向する。
また、それぞれが第i連結配線124−iと接する端部を有して互いに対向する第1セグメントS1と第2セグメントS2との間の離隔距離よりも、それぞれが第i連結配線124−iと接しない端部を有して互いに対向する第1及び第2セグメントS1,S2の間の離隔距離がさらに小さい。
すなわち、第i発光セルPiの複数の第1セグメントS1−1,S1−2A,S1−2Bのうち、第i連結配線124−iと接する端部を有するセグメント[例えば、第1−1セグメントS1−1]と、第i+1発光セルP(i+1)の複数の第2セグメントS2−1,S2−2A,S2−2Bのうち、第i連結配線124−iと接する端部を有するセグメント[例えば、第2−1セグメントS2−1]との間の離隔距離を‘D1’とする。また、複数の第1セグメントS1−1,S1−2A,S1−2Bのうち、第i連結配線124−iと接しない端部を有するセグメント[例えば、第1−2セグメントS1−2A,S1−2B]と、複数の第2セグメントS2において第i連結配線124−iと接しない端部を有するセグメント[例えば、第2−2セグメントS2−2A,S2−2B]との間の離隔距離を‘D2'とする。このとき、D1よりもD2がさらに小さい。
例えば、図4及び図6を参照すると、第1−1セグメントS1−1の端部212と第2−1セグメントS2−1の端部222との間の離隔距離D1よりも、第1−2セグメントS1−2Aの端部214と第2−2セグメントS2−SAの端部224との間の離隔距離D2がさらに小さい。また、第1−1セグメントS1−1の端部212と第2−1セグメントS2−1の端部222との間の離隔距離D1よりも、第1−2セグメントS1−2Bの端部216と第2−2セグメントS2−SBの端部226との間の離隔距離D2がさらに小さい。
このように、離隔距離D2を離隔距離D1よりも小さくするために、第2−2セグメントS2−2A,S2−2Bは突出せずに、第1−2セグメントS1−2A,S1−2Bのみが第i+1発光セルP(i+1)側に突出したり、または第1−2セグメントS1−2A,S1−2Bは突出せずに、第2−2セグメントS2−2A,S2−2Bのみが第i発光セルPi側に突出したり、または第1−2セグメントS1−2A,S1−2B及び第2−2セグメントS2−2A,S2−2Bが全て突出してもよい。
図4及び図6を参照すると、第1−2セグメントS1−2Aにおいて第2−2セグメントS2−2Aと対向する端部214は、第1−1セグメントS1−1において第2−1セグメントS2−1と対向する端部212よりも第1突出長さ△L11だけさらに突出することができる。これと同様に、第1−2セグメントS1−2Bにおいて第2−2セグメントS2−2Bと対向する端部216は、端部212よりも第1突出長さ△L12だけさらに突出することができる。ここで、△L11と△L12は同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。以下では、便宜上、△L11と△L12は同一であり、図6に示したように、△L1と称するものとする。
また、第2−2セグメントS2−2Aにおいて第1−2セグメントS1−2Aと対向する端部224は、第2−1セグメントS2−1において第1−1セグメントS1−1と対向する端部222よりも第2突出長さ△L21だけさらに突出することができる。これと同様に、第2−2セグメントS2−2Bにおいて第1−2セグメントS1−2Bと対向する端部226は、第2−1セグメントS2−1において第1−1セグメントS1−1と対向する端部222よりも第2突出長さ△L22だけさらに突出することができる。ここで、△L21と△L22は同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。以下では、便宜上、△L21と△L22は同一であり、図6に示されたように、△L2と称するものとする。
前述した第1突出長さ△L1と前記第2突出長さ△L2は互いに異なっていてもよく、互いに同一であってもよい。
また、第i発光セルPiにおいて第1−1セグメントS1−1の端部212の幅W11と、第i+1発光セルP(i+1)において第2−1セグメントS2−1の端部222の幅W21とは互いに異なっていてもよく、同一であってもよい。
また、第i発光セルPiにおいて第1−2セグメントS1−2A,S1−2Bの端部214,216の幅W12と、第i+1発光セルP(i+1)において第2−2セグメントS2−2A,S2−2Bの端部224,226の幅W22とは互いに同一であってもよく、または異なっていてもよい。
また、第1−1セグメントS1−1において第1導電型半導体層142の端部は、第i連結配線124−iと接し、第2−1セグメントS2−1において第2導電型半導体層146の端部は、第i連結配線124−iと接することができる。例えば、図6を参照すると、第1−1セグメントS1−1において第1導電型半導体層142の端部は、第7連結配線124−7と接し、第2−1セグメントS2−1において第2導電型半導体層146の端部は、第7連結配線124−iと接することができる。
水平方向に隣接した発光セル間のD1とD2は、前述した通りである。また、垂直方向に隣接した発光セルに対しても、前述した説明は同一に適用することができる。例えば、図6を参照すると、垂直方向に隣接した発光セル(P6とP7、またはP5とP8)間の間隔であるD3もD2と同一にすることができる。
図1に示された既存の発光素子10の場合、発光領域40間の離隔距離Dは全て同一である。反面、実施形態によれば、D2はD1よりも小さい。このように、第i連結配線124−iが第i発光セルPiと第i+1発光セルP(i+1)とを電気的に接続させる部分で電気的な短絡が発生しないように、D1、W11及びW21のうち少なくとも一つは一定の値を維持しなければならない。例えば、D1が10μmより小さいか、55μmより大きいとき、第i連結配線124−iによって第i発光セルPiと第i+1発光セルP(i+1)とが電気的に接続される部分で電気的な短絡が発生することもある。したがって、D1は、10μm〜55μmであればよい。
また、W11及びW21のそれぞれが5μmより小さか、または8μmより大きいとき、第i連結配線124−iによって第i発光セルPiと第i+1発光セルP(i+1)とが電気的に接続される部分で電気的な短絡が発生することもある。したがって、W11及びW21のそれぞれは5μm〜8μmであればよい。
このように、電気的な短絡が防止されるようにD1、W11、W21を一定の値に維持すれば、第i連結配線124−iと端部が接しない第1及び第2セグメントS1,S2の端部[(214、224)または(216、226)]の間の距離であるD2を最大限減少させることができる。もし、D2が5μmよりも小さい場合、具現が困難になり得、50μmよりも大きい場合、発光領域の増加は極めて小さくなり得る。したがって、D1、W11、W21が、前述したような値を有する時、D2は、例えば、5μm〜50μmであってもよいが、実施形態はこれに限定されない。
したがって、図1に示された既存の発光素子10と比較するとき、実施形態によれば、第1−2セグメントS1−2A,S1−2Bは、互いに同一の第1突出長さ△L1及び互いに同一の幅W12を有し、第2−2セグメントS2−2A,S2−2Bは、互いに同一の第2突出長さ△L2及び互いに同一の幅W22を有し、第1〜第M発光セルP1〜PMのそれぞれの面積は同一であり、四角形であり、図1のDが図6のD1に該当すると仮定するとき、総発光領域TPAは、次の数学式2のように増加することができる。
Figure 2014131038
前述した数学式2からわかるように、実施形態による発光素子100は、既存の発光素子10よりTPAだけ大きい発光領域を有する。したがって、光抽出効率を改善することができる。
以下、図2乃至図4にそれぞれ示した発光素子100において、発光セルP1〜PMのそれぞれの面積は同一であり、M=21とする場合、発光セルの単位面積の増加による光度Poの改善及び動作電圧Vfの改善を、次のように説明する。
図7は、発光面積の増加による光度Po及び動作電圧Vfを示すグラフであって、横軸は発光面積を示し、縦軸は光度Po及び動作電圧Vfをそれぞれ示す。
発光セルP1〜PMのそれぞれの横(x)と縦(y)の大きさを変化させながら、光度Po及び動作電圧Vfの変化を説明すると、次の表1及び図7の通りである。
Figure 2014131038
ここで、単位面積とは、一つの発光セルの面積を意味し、全体面積は、21個の発光セルの面積を全て加算した面積を意味し、Active増加とは、発光領域の増加された程度であって、パーセントで示す。
前述した数学式2、表1及び図7から、実施形態でのように、W11、W22、△L1、△L2による個別発光セルの発光領域の面積の変化がたとえわずかな増加であっても、発光セルの個数(M=21)が多くなれば、光度Po及び動作電圧Vfが改善可能であることがわかる。さらに、電流密度が減少することで、信頼性の改善が可能である。
前述した図2乃至図6に示した発光素子100の第1〜第M発光セルP1〜PMのそれぞれは水平型構造を有するものと例示したが、実施形態はこれに限定されない。すなわち、第1〜第M発光セルのそれぞれが垂直型またはフリップチップ構造を有する場合にも本実施形態を適用できることは勿論である。
前述した実施形態に係る発光素子の複数個を基板上に発光素子パッケージの形態で配列することができ、発光素子パッケージの光経路上に光学部材である導光板、プリズムシート、拡散シートなどを配置することができる。このような発光素子パッケージ、基板、光学部材はバックライトユニットとして機能することができる。
更に他の実施形態は、上述した実施形態に記載された発光素子を含む表示装置、指示装置、照明システムとして具現することができ、例えば、照明システムは、ランプ、街灯を含むことができる。
図8は、実施形態に係る発光素子を含む照明装置の分解斜視図である。図8を参照すると、照明装置は、光を投射する光源750と、光源750が内蔵されるハウジング700と、光源750の熱を放出する放熱部740と、光源750及び放熱部740をハウジング700に結合するホルダー760とを含む。
ハウジング700は、電気ソケット(図示せず)に結合されるソケット結合部710と、ソケット結合部710と連結され、光源750が内蔵されるボディー部730とを含む。ボディー部730には、一つの空気流動口720が貫通して形成されてもよい。
ハウジング700のボディー部730上に複数個の空気流動口720が備えられ、空気流動口720は一つまたは複数個であってもよい。空気流動口720は、ボディー部730に放射状に配置したり、様々な形態で配置することができる。
光源750は、基板754上に備えられる複数個の発光素子パッケージ752を含む。基板754は、ハウジング700の開口部に挿入可能な形状とすることができ、後述するように、放熱部740に熱を伝達するために熱伝導率の高い物質からなることができる。複数個の発光素子パッケージは、前述した発光素子を含むことができる。
光源750の下部にはホルダー760が備えられ、ホルダー760は、フレーム及び他の空気流動口を含むことができる。また、図示していないが、光源750の下部には光学部材が備えられて、光源750の発光素子パッケージ752から投射される光を拡散、散乱または収斂させることができる。
図9は、実施形態に係る発光素子を含む表示装置を示す。
図9を参照すると、表示装置800は、ボトムカバー810と、ボトムカバー810上に配置される反射板820と、光を放出する発光モジュール830,835と、反射板820の前方に配置され、前記発光モジュール830,835から発散される光を表示装置の前方に案内する導光板840と、導光板840の前方に配置されるプリズムシート850,860を含む光学シートと、光学シートの前方に配置されるディスプレイパネル870と、ディスプレイパネル870と連結され、ディスプレイパネル870に画像信号を供給する画像信号出力回路872と、ディスプレイパネル870の前方に配置されるカラーフィルター880とを含むことができる。ここで、ボトムカバー810、反射板820、発光モジュール830,835、導光板840、及び光学シートはバックライトユニット(Backlight Unit)をなすことができる。
発光モジュールは、基板830上の発光素子パッケージ835を含んでなる。ここで、基板830としてはPCBなどを使用することができる。発光素子パッケージ835は、前述した実施形態に係る発光素子を含むことができる。
ボトムカバー810は、表示装置800内の構成要素を収納することができる。そして、反射板820は、本図でのように別途の構成要素として設けてもよく、導光板840の後面やボトムカバー810の前面に反射度の高い物質でコーティングする形態で設けることも可能である。
ここで、反射板820は、反射率が高く、超薄型に形成可能な素材を使用することができ、ポリエチレンテレフタレート(PolyEthylene Terephtalate;PET)を使用することができる。
そして、導光板840は、ポリメチルメタクリレート(PolyMethylMethAcrylate;PMMA)、ポリカーボネート(PolyCarbonate;PC)、またはポリエチレン(PolyEthylene;PE)などで形成することができる。
そして、第1プリズムシート850は、支持フィルムの一面に、透光性で且つ弾性を有する重合体材料で形成することができ、重合体は、複数個の立体構造が反復して形成されたプリズム層を有することができる。ここで、複数個のパターンは、図示のように、山と谷が反復的にストライプタイプに備えられてもよい。
そして、第2プリズムシート860において支持フィルムの一面の山と谷の方向は、第1プリズムシート850内の支持フィルムの一面の山と谷の方向と垂直をなすことができる。これは、発光モジュールと反射シートから伝達された光をディスプレイパネル870の全面に均一に分散させるためである。
そして、図示していないが、導光板840と第1プリズムシート850との間に拡散シートが配置されてもよい。拡散シートは、ポリエステルとポリカーボネート系列の材料からなることができ、バックライトユニットから入射された光を、屈折及び散乱を通じて光投射角を最大に広げることができる。そして、拡散シートは、光拡散剤を含む支持層と、光出射面(第1プリズムシート方向)と光入射面(反射シート方向)に形成され、光拡散剤を含んでいない第1レイヤー及び第2レイヤーを含むことができる。
実施形態において、拡散シート、第1プリズムシート850、及び第2プリズムシート860が光学シートを構成するが、光学シートは、他の組み合わせ、例えば、マイクロレンズアレイからなってもよく、拡散シートとマイクロレンズアレイとの組み合わせ、または一つのプリズムシートとマイクロレンズアレイとの組み合わせなどからなってもよい。
ディスプレイパネル870としては液晶表示パネル(Liquid crystal display)を配置できるが、液晶表示パネルの他に、光源を必要とする他の種類の表示装置を備えることもできる。
以上、実施形態を中心に説明したが、これは単なる例示であり、本発明を限定するものではなく、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、本実施形態の本質的な特性を逸脱しない範囲で、以上で例示していない様々な変形及び応用が可能であるということが理解されるであろう。例えば、実施形態に具体的に示した各構成要素は変形実施が可能である。そして、このような変形及び応用に係る差異点は、添付の特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈しなければならない。

Claims (10)

  1. 基板と、
    前記基板上に互いに離隔して配置された複数の発光セルと、
    隣接する発光セルを電気的に接続する連結配線とを含み、
    前記隣接する発光セルのうちの一方は複数の第1セグメントを含み、前記隣接する発光セルのうちの他方は前記複数の第1セグメントとそれぞれ対向する複数の第2セグメントを含み、
    それぞれが前記連結配線と接する端部を有して互いに対向する第1及び第2セグメントの間の離隔距離よりも、それぞれが前記連結配線と接しない端部を有して互いに対向する第1及び第2セグメントの間の離隔距離がさらに小さい、発光素子。
  2. 前記第1セグメントは、
    前記連結配線と接する端部を有する第1−1セグメントと、
    前記第1−1セグメントから延び、前記連結配線と接しない端部を有する第1−2セグメントとを含み、
    前記第2セグメントは、
    前記連結配線と接する端部を有し、前記第1−1セグメントと対向する第2−1セグメントと、
    前記第2−1セグメントから延び、前記連結配線と接しない端部を有し、前記第1−2セグメントと対向する第2−2セグメントとを含む、請求項1に記載の発光素子。
  3. 前記第1−2セグメントの前記第2−2セグメントと対向する端部は、前記第1−1セグメントの前記第2−1セグメントと対向する端部よりも第1突出長さだけさらに突出した、請求項2に記載の発光素子。
  4. 前記第2−2セグメントの前記第1−2セグメントと対向する端部は、前記第2−1セグメントの前記第1−1セグメントと対向する端部よりも第2突出長さだけさらに突出した、請求項2又は3に記載の発光素子。
  5. 前記第1突出長さと前記第2突出長さは互いに異なる、請求項4に記載の発光素子。
  6. 前記第1−2セグメントは、前記第1−1セグメントの両側に延びて配置され、前記第2−2セグメントは、前記第2−1セグメントの両側に延びて配置された、請求項2ないし5のいずれかに記載の発光素子。
  7. 前記第1−1セグメントの端部の幅と前記第2−1セグメントの端部の幅は互いに異なる、請求項2ないし6のいずれかに記載の発光素子。
  8. 前記第1−2セグメントの端部の幅と前記第2−2セグメントの端部の幅は互いに異なる、請求項2ないし7のいずれかに記載の発光素子。
  9. 前記隣接する発光セルのそれぞれは、
    前記基板上に配置された第1導電型半導体層と、
    前記第1導電型半導体層上に配置された活性層と、
    前記活性層上に配置された第2導電型半導体層とを含む、請求項2ないし8のいずれかに記載の発光素子。
  10. 前記第1−1セグメントにおいて前記第1導電型半導体層の端部は前記連結配線と接し、前記第2−1セグメントにおいて前記第2導電型半導体層の端部は前記連結配線と接する、請求項9に記載の発光素子。
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