JP5646254B2 - 発光素子及びこれを備える発光素子パッケージ - Google Patents

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Description

本発明は発光素子及びこれを備える発光素子パッケージに関するものである。
III‐Ｖ族窒化物半導体は、物理的、化学的特性により、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザーダイオード（ＬＤ）等の発光素子の核心素材として注目されている。III‐Ｖ族窒化物半導体は通常、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−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からなる。
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、化合物半導体の特性を用いることで電気を赤外線または光に変換して、信号を送受信、または光源として使われる半導体素子の一種である。
このような窒化物半導体材料を利用したＬＥＤあるいはＬＤは、光を得るための発光素子に多く用いられており、例えば、携帯電話のキーパットの発光部、電光掲示板、照明装置等各種製品の光源として応用されている。
本発明は、交流電圧用発光素子及びこれを備える発光素子パッケージを提供する。
本発明は、交流電圧で駆動されるm個(４≧m)の発光セルを有する発光素子及びこれを備える発光素子パッケージを提供する。
本発明は、m個(４≧m)の発光セルが直列連結された半導体発光素子及びこれを備える発光素子パッケージを提供する。
本発明は、複数の発光セルが直列連結された第１グループと複数の発光セルが直列連結された第２グループが並列に連結された発光素子及びこれを備える発光素子パッケージを提供する。
本発明の発光素子は、第１導電型半導体層、前記第１導電型半導体層の下に活性層及び前記活性層の下に第２導電型半導体層を含む複数の発光セルと；前記複数の発光セルの第１発光セルの第１導電型半導体層に連結された第１電極層と；前記各発光セルの下にそれぞれ配置され、一部は次の発光セルの第１導電型半導体層に連結された複数の第２電極層と；前記複数の発光セルの最後目の発光セルの下に配置された導電性接触層の下に配置される第３電極層と；前記第１電極層に連結された第１電極と；前記第３電極層に連結された第２電極と；前記第１〜第３電極層の周りに形成された絶縁層と；前記絶縁層の下に形成され、前記複数の発光セルのセンタ側発光セルの下に配置された第２電極層の下に連結された伝導性支持部材と；を含む。
本発明の発光素子は、第１導電型半導体層、前記第１導電型半導体層の下に活性層及び前記活性層の下に第２導電型半導体層を含む複数の発光セルと；前記各発光セルの下に形成された複数の導電性接触層と；前記複数の発光セルの第１発光セルの第１導電型半導体層に連結された第１電極層と；前記各導電性接触層の下にそれぞれ配置され、一部は次の発光セルの第１導電型半導体層に連結された複数の第２電極層と；前記複数の発光セルの最後目の発光セルの下に配置された導電性接触層の下に配置される第３電極層と；前記複数の第２電極層のセンタ側第２電極層に連結された電極と；前記第１〜第３電極層の周りに形成された絶縁層及び前記絶縁層の下に形成され、前記複数の発光セルの一番目及び最後目の発光セルの下に連結された伝導性支持部材と；を含む。
本発明の発光素子パッケージは、ボディと；前記ボディの上に複数のリード電極と；前記複数のリード電極に連結された発光素子と；前記発光素子をモールディングするモールディング部材と；を含み、前記発光素子は、第１導電型半導体層、前記第１導電型半導体層の下に活性層及び前記活性層の下に第２導電型半導体層を含む複数の発光セルと；前記各発光セルの下に形成された複数の導電性接触層と；前記複数の発光セルの第１発光セルの第１導電型半導体層に連結された第１電極層と；前記各導電性接触層の下にそれぞれ配置され、一部は次の発光セルの第１導電型半導体層に連結された複数の第２電極層と；前記複数の発光セルの最後目の発光セルの下配置された導電性接触層の下に配置された第３電極層と；前記第１電極層に連結された第１電極と；前記第３電極層に連結された第２電極と；前記第１〜第３電極層の周りに形成された絶縁層と；前記絶縁層の下に形成され、前記複数の発光セルのセンタ側発光セルに連結された伝導性支持部材と；を含む。
第１実施例に係わる発光素子を示す図面。 図１の発光素子の交流駆動回路を示す図面。 図１の発光素子の製造過程を示す図面。 図１の発光素子の製造過程を示す図面。 図１の発光素子の製造過程を示す図面。 図１の発光素子の製造過程を示す図面。 図１の発光素子の製造過程を示す図面。 図１の発光素子の製造過程を示す図面。 図１の発光素子の製造過程を示す図面。 図１の発光素子の製造過程を示す図面。 図１の発光素子の製造過程を示す図面。 図１の発光素子の製造過程を示す図面。 第２実施例に係わる発光素子を示す図面。 第３実施例に係わる発光素子を示す図面。 図１の発光素子を備える発光素子パッケージを示す図面。 実施例に係わる表示装置の分解斜視図。 実施例に係わる表示装置の他の例を示す図面。 実施例に係わる照明装置を示す図面。
実施例の説明において、各層(膜)、領域、パターン又は構造物が基板、各層(膜)、領域、パッド又はパターンの「上」又は「下」に形成されると記載される場合、「上」と「下」は直接又は他の層を介在して形成されるものを含む。また、各層の「上」又は「下」の基準は図面を基準として説明する。なお、図面において、各層の厚さや大きさは説明の便宜及び明確性を図り、誇張、省略又は概略的に図示されている。また、各構成要素の大きさは実際の大きさを全面的に反映するものではない。
図１は、第１実施例に係わる発光素子を示す側断面図である。図１に示すように、発光素子１００は複数個の発光セルＡ１〜Ａｎ，Ｂ１〜Ｂｎ、導電性接触層１１８、電極層１２１，１２２，１２３，１２４，１２５、絶縁層１５１，１５５，１５６、第１電極１７１、第２電極１７３、及び伝導性支持部材１７０を含む。
前記発光素子１００は少なくともｎ個(ｎ≧２)の発光セルＡ１〜Ａｎが直列連結された第１グループ１０１と、少なくともｎ個(ｎ≧２)の発光セルＢ１〜Ｂｎが直列連結された第２グループ１０３を含む。
前記伝導性支持部材１７０の上には前記第１グループ１０１の発光セルＡ１〜Ａｎと前記第２グループ１０３の発光セルＢ１〜Ｂｎが配置され、各発光セルＡ１〜Ａｎ，Ｂ１〜Ｂｎは相互同一、または一部セルが異なる大きさで形成される。また、各発光セルＡ１〜Ａｎ，Ｂ１〜Ｂｎは下部の幅と上部の幅が同一、又は上部の幅が下部の幅より狭く形成される。
前記第１グループ１０１と前記第２グループ１０３の発光セルＡ１〜Ａｎ，Ｂ１〜Ｂｎは直列連結される。前記各発光セルＡ１〜Ａｎ，Ｂ１〜Ｂｎのサイズは相互同一、または異なるサイズに製造することができるが、これに限定されるものではない。
前記複数の発光セルＡ１〜Ａｎ，Ｂ１〜Ｂｎは少なくとも１列、またはマトリックス形態に配列させる（アレイ構造とする）ことができる。ここで、前記複数の発光セルＡ１〜Ａｎ，Ｂ１〜Ｂｎは、前記第１グループ１０１及び第３グループ１０３は１つの駆動モードまたはＡＣ電源の１周期の間に駆動されるセルを含むことができる。
前記第１グループ１０１及び前記第２グループ１０３の発光セルＡ１〜Ａｎ，Ｂ１〜ＢｎはIII-Ｖ族化合物半導体を用いた複数の半導体層を含む。前記各発光セルＡ１〜Ａｎ，Ｂ１〜Ｂｎは、例えば第１導電型半導体層１１２、前記第１導電型半導体層１１２の下に形成された活性層１１４、前記活性層１１４の下に形成された第２導電型半導体層１１６を含む。
前記発光セルＡ１〜Ａｎ，Ｂ１〜Ｂｎは、III-Ｖ族元素の化合物半導体は、例えばＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰ等を含む。前記第１導電型がＮ型半導体である場合、前記第２導電型はＰ型半導体からなることができる。
前記第１導電型半導体層１１２は前記活性層１１４の上に形成され、その厚さは前記活性層１１４または前記第２導電型半導体層１１６の厚さよりも厚く形成することができる。前記第１導電型半導体層１１２がＮ型半導体である場合、Ｎ型ドーパント(例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅ等)を含む。前記第１導電型半導体層１１２の上面には凹凸部が形成され、前記凹凸部１１３は凹凸形状を含む。前記凹凸部１１３は外部量子効率を高めることができる。また、前記発光セルＡ１〜Ａｎ，Ｂ１〜Ｂｎの上面に電極を形成しないので、電極による外部量子効率の減少を防止することができる。
前記第１導電型半導体層１１２の上面には透光性層が形成され、前記透光性層は前記第１導電型半導体層１１２の屈折率より低い屈折率を有する物質、例えば絶縁物質または/及びＴＣＯ(Transparent conductive oxide)のような透明電極層を含む。
前記活性層１１４は前記第１導電型半導体層１１２と前記第２導電型半導体層１１６の間に配置され、所定波長帯の光を発生させる。前記活性層１１４は単一量子井戸構造または多重量子井戸(MQW)構造、量子線構造または量子ドット構造に形成することができる。前記活性層１１４の井戸層/障壁層は、ＩｎＧａＮ/ＧａＮ、ＧａＮ/ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ/ＩｎＧａＮ等のペア構造を含むことができるが、これに限定されるものではない。前記井戸層は前記障壁層のバンドギャップより低いバンドギャップを有する物質により形成することができる。
前記活性層１１４と前記第１導電型半導体層１１２の間には第１導電型クラッド層(図示されない)を形成することができる。前記第１導電型クラッド層はＧａＮ系半導体からなり、前記活性層１１４のバンドギャップよりは高いバンドギャップを有する。
前記活性層１１４と前記第２導電型半導体層１１６の間には第２導電型クラッド層(図示されない)を形成することができる。前記第２導電型クラッド層はＧａＮ系半導体からなり、前記活性層１１４のバンドギャップよりは高いバンドギャップを有する。
前記活性層１１４の下には第２導電型半導体層１１６が形成される。前記第２導電型半導体層１１６は第２導電型ドーパントがドーピングされた化合物半導体、例えばＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰ等のような化合物半導体のいずれか１つからなることができる。前記第２導電型半導体層１１６がＰ型半導体層である場合、前記第２導電型ドーパントはＰ型ドーパント、例えばＭｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等を含むことができる。
前記第２導電型半導体層１１６の下には第３導電型半導体層が形成され、前記第３導電型半導体層(図示されない)は前記第２導電型と反対極性を有する半導体から形成することができる。前記第３導電型半導体層は前記第１導電型と同一極性を有する半導体から形成することができる。前記発光セルＡ１〜Ａｎ，Ｂ１〜ＢｎはＮ-Ｐ、Ｐ-Ｎ、Ｎ-Ｐ-Ｎ、及びＰ-Ｎ-Ｐ接合構造のいずれか１つから具現することができる。
以下、説明の便宜を図り、発光セルの最下層は第２導電型半導体層１１６が配置された例を用いて説明することにする。また、各発光セルＡ１〜Ａｎ，Ｂ１〜Ｂｎには前記第１導電型半導体層１１２から第２導電型半導体層１１６の上面一部が露出される段差面が形成されていない構造である。
前記第２導電型半導体層１１６は前記活性層１２０の下に形成され、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ等の元素系のＰ型ドーパントをドーピングすることができる。ここで、前記発光セルＡ１〜Ａｎ，Ｂ１〜Ｂｎの最下層は第２導電型半導体層１１６または第３導電型半導体層が配置され、以下、発光セルＡ１〜Ａｎ，Ｂ１〜Ｂｎの最下層は第２導電型半導体層１１６が配置された構造を一例として説明することにする。
前記発光セルＡ１〜Ａｎ，Ｂ１〜Ｂｎは所定のスペーサー１６１によって構造的に分離され、前記第１グループ１０１と前記第２グループ１０３の間のスペーサー１６１は他のセルの間の間隔と同一又は異なるようにすることができる。
導電性接触層１１８は前記各発光セルＡ１〜Ａｎ，Ｂ１〜Ｂｎの第２導電型半導体層１１６の下に形成され、前記導電性接触層１１８の下には電極層１２１，１２２，１２３，１２４，１２５が形成される。前記導電性接触層１１８はオーミック接触層を含む。前記導電性接触層１１８は前記第２導電型半導体層１１６の下面とオーミック接触される。前記導電性接触層１１８はＩＴＯ(indium tin oxide)、ＩＺＯ(indium zinc oxide)、ＩＺＴＯ(indium zinc tin oxide)、ＩＡＺＯ(indium aluminum zinc oxide)、ＩＧＺＯ(indium gallium zinc oxide)、ＩＧＴＯ(indium gallium tin oxide)、ＡＺＯ(aluminum zinc oxide)、ＡＴＯ(antimony tin oxide)、ＧＺＯ(gallium zinc oxide)、ＩｒＯｘ、ＲｕＯｘ、ＲｕＯｘ/ＩＴＯ、Ｎｉ/ＩｒＯｘ/Ａｕ、Ｎｉ/ＩｒＯｘ/Ａｕ/ＩＴＯ、伝導性酸化物(TCO: Transparent conductive oxide)、伝導性窒化物(TCN: Transparent conductive nitride)等からなることができる。
前記導電性接触層１１８は複数のパターンに形成され、前記パターンとパターンの間に低伝導層(図示されない)を更に形成することができる。前記低伝導層は、前記導電性接触層１１８のパターンの間に前記導電性接触層１１８より低伝導性の物質、例えば絶縁物質からなることができる。前記導電性接触層１１８の個数は前記発光セルＡ１〜Ａｎ，Ｂ１〜Ｂｎの個数と同一にすることができる。
前記電極層１２１，１２２，１２３，１２４，１２５はＡｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｆ、Ｗ、Ｔｉ、及びこれらの選択的な組合から構成された物質から選択され、単一層または多重層に形成することができる。前記電極層１２１，１２２，１２３，１２４，１２５は電気的にオーミック接触され、高反射率(例えば、５０％以上)を有する反射電極層として機能することができる。
前記電極層１２１，１２２，１２３，１２４，１２５の一部、または全領域は発光セルＡ１〜Ａｎ，Ｂ１〜Ｂｎの下に少なくとも１つが配置される。
第１電極層１２１は前記第１グループ１０１の一側に配置された第１発光セルＡ１の下に配置される。前記第１電極層１２１の他端１２６は前記導電性接触層１１８、前記第２導電型半導体層１１６、前記活性層１１４を介在して前記第１導電型半導体層１１２に接触される。前記第１電極層１２１は前記第１導電型半導体層１１２の接触部分にオーミック接触物質をさらに含むことができ、これに限定されるものではない。
前記第１電極層１２１の一側は前記第１グループ１０１の第１発光セルＡ１よりも外側に延長され、前記第１電極層１２１の一側の上には第１電極１７１が電気的に連結される。前記第１電極１７１は第１パッドとして機能し、前記第１電極層１２１の一側の上に形成することができる。また、前記第１電極１７１は前記第１発光セルＡ１の第１導電型半導体層１１２の上に形成することができる。
第２〜第５電極層１２２，１２３，１２４，１２５は前記各発光セルＡ１〜Ａｎ，Ｂｎ〜Ｂ１の下に配置され、実質的な反射電極層として機能することになる。第２〜第５電極層１２２，１２３，１２４，１２５は各発光セルＡ１〜Ａｎ，Ｂｎ〜Ｂ１の下に配置された導電性接触層１１８と接触される。
前記第２〜第４電極層１２２，１２３，１２４の一部１２６は、次の発光セルの第１導電型半導体層１１２に接触する。前記第２〜第４電極層１２２，１２３，１２４は隣接する２つの発光セルを直列連結させる。
前記第３電極層１２３は第１グループ１０１と第２グループ１０３を電気的に連結させる。前記第３電極層１２３は前記第１グループ１０１の発光セルＡｎと前記第２グループ１０３の発光セルＢｎを相互直列連結させる。
前記第５電極層１２５は前記第２グループ１０３の第１発光セルＢ１の下に配置された導電性接触層１１８に接触され、他側は前記第１発光セルＢ１の他側に延長される。前記第５電極層１２５の他側には第２電極１７３が電気的に連結され、前記第２電極１７３はパッドとして機能し、前記第５電極層１２５の他側の上に配置される。
前記第１電極１７１と前記第２電極１７３は前記発光素子１００のセンタ側を基準として相互反対側に配置、または相互平行するように配置されるが、これに限定されるものではない。前記第１電極１７１と前記第２電極１７３には相互反対極性を有する電源が供給される。
第１絶縁層１５１は前記第１〜第５電極層１２１，１２２１，１２３，１２４，１２５の上に形成され、前記第１〜第５電極層１２１，１２２１，１２３，１２４，１２５と前記発光セルＡ１〜Ａｎ，Ｂ１〜Ｂｎ、導電性接触層１１６の間の不必要な接触を遮断する。
前記第２絶縁層１５５は前記第１、第２、第４及び第５電極層１２１，１２２１，１２４，１２５と前記伝導性支持部材１７０の間に形成され、前記伝導性支持部材１７０と前記第１、第２、第４及び第５電極層１２１，１２２１，１２４，１２５の間の不必要な接触を遮断する。また、前記第２絶縁層１５５の一部は前記各発光セルＡ１〜Ａｎ，Ｂ１〜Ｂｎの導電性接触層１１８と他の発光セルの電極層が接触することを遮断する。
ここで、前記第３電極層１２３は前記第１グループ１０１の第ｎ発光セルＡｎ、前記第２グループ１０３の第ｎ発光セルＢｎ、及び前記伝導性支持部材１７０に接触される。
前記第３電極層１２３と前記第２電極１７３にはＡＣ電源が１/２周期に分けられて供給され、前記第１グループ１０１と前記第２グループ１０３は１/２周期ずつ交互動作することができる。
前記第１グループ１０１の発光セルＡ１〜Ａｎと前記第２グループ１０３の発光セルＢ１〜Ｂｎは直列連結され、前記第１グループ１０１の第１発光セルＡ１には第１電極１７１が連結され、前記第ｎ発光セルＡｎには伝導性支持部材１７０が連結され、前記第２グループ１０３の第１発光セルＢ１には第２電極１７３に連結され、前記第ｎ発光セルＢｎには伝導性支持部材１７０に連結される。
前記伝導性支持部材１７０は素子全体を支持し、Ｃｕ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ−Ｗ、キャリアウェハ(例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＺｎＯ、ＧａＮ、Ｇｅ２Ｏ３、ＳｉＣ等)、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｗ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｎｂ等から１つ以上が選択される。
前記伝導性支持部材１７０はヒートシンク及び導電特性を有するように形成することができる。
前記伝導性支持部材１７０はメッキ方式、またはシート形態で付着することができるが、これに限定されるものではない。前記伝導性支持部材１７０の厚さは３０〜５００μｍに形成されるが、これに限定されるものではない。
前記伝導性支持部材１７０と前記第３電極層１２３の間には接合層が形成され、前記接合層はチタニウム(Ti)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)の少なくとも１つ、またはこれらの合金を含むことができる。
第３絶縁層１５６は前記発光セルＡ１〜Ａｎ，Ｂ１〜Ｂｎの周りに形成され、層間ショート及びセル間のショートを防止することができる。また、前記第３絶縁層１５６は前記発光セルＡ１〜Ａｎ，Ｂ１〜Ｂｎの上部をカバーすることができる。
前記第１〜第３絶縁層１５１，１５５，１５６はＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２等の絶縁物質からなることができる。
ＡＣ電源の１/２周期の間は正極性と負極性の電源が前記伝導性支持部材１７０に印加され、第１グループ１０１の第ｎ発光セルＡｎから第１発光セルＡ１を経た後前記第１電極１７１に流れる。これによって第１グループ１０１の発光セルＡ１〜Ａｎは発光するようになる。
前記ＡＣ電源の次の１/２周期の間は負極性の電源が前記第２電極１７３を介在して印加され、第２グループ１０３の第１発光セルＢ１から第ｎ発光セルＢｎを経た後前記伝導性支持部材１７０に流れる。これによって前記第２グループ１０３の発光セルＢ１〜Ｂｎは発光するようになる。
前記発光素子１００に印加されるＡＣ電源のレベルは前記発光セルＡ１〜Ａｎ，Ｂ１〜Ｂｎの駆動電圧を合わせた電圧と対応される。例えば、２２０Ｖの交流電圧では３.５Ｖの駆動用発光セルは約６０個を直列連結することができる。即ち、２２０Ｖの交流電圧の場合前記第１グループ１０１の発光セルＡ１〜Ａｎは３０個が直列連結され、前記第２グループ１０３の発光セルＢ１〜Ｂｎは３０個が直列連結される。これによって、全体６０個の発光セルが直列連結される。また、１１０Ｖの交流電圧では、３.５Ｖの駆動用発光セルは略３０個を直列連結することができる。
ここで、前記発光セルＡ１〜Ａｎ，Ｂ１〜Ｂｎの駆動電圧は変更することができ、前記駆動電圧の変更されると発光セルの連結個数も変更される。また、前記半導体発光素子１００は別途の整流器を必要とせず駆動することができる。また、前記第１グループ１０１と第２グループ１０３の発光セルの個数は交流電源での正極性と負極性のレベルに応じて同一、又は異なるようになる。
実施例は１つの伝導性支持部材の上に異なる動作周期を有する少なくとも２つのグループ１０１，１０３の発光セルＡ１〜Ａｎ，Ｂ１〜Ｂｎを配置することによって、素子の大きさを小型化させることができ、またＡＣ電源用発光素子の回路を簡単に実現することができる。またＡＣ電源用発光素子は第１グループ１０１と第２グループ１０３の間の連結方式は別途のワイヤを利用せず連結させることができる。
また複数の発光セルＡ１〜Ａｎ，Ｂ１〜Ｂｎの間を連結する方式は発光セルＡ１〜Ａｎ，Ｂ１〜Ｂｎの下に配置された電極層１２１，１２２，１２３，１２４，１２５を介在して連結することによって、発光セルＡ１〜Ａｎ，Ｂ１〜Ｂｎの上に別途の金属を配置しなくてもよい効果がある。
前記発光素子１００は、第１グループ１０１と第２グループ１０３がバー形態で、または相互平行するように形成され、一回以上屈折した構造を有することができる。前記第１グループ１０１と前記第２グループ１０３が相互平行する場合、前記第１電極層１２１と第５電極層１２５は相互電気的に連結され、この場合第１電極１７１及び第２電極１７３のいずれか１つは形成しなくてもよい。
図２は、図１を用いた駆動回路を示す図面である。図２に示すように、ＡＣ電源の正極性電流Ｉ１は１/２周期の間第１グループ１０１に印加され、前記第１グループ１０１の第ｎ発光セルＡｎから第１発光セルＡ１を駆動させる。ＡＣ電源の残りの１/２周期の間には負極性電流Ｉ２が第２グループ１０３に印加され、前記第２グループ１０３の第１発光セルＢ１から第ｎ発光セルＢｎを駆動させる。このような方式でＡＣ電源は１周期の間第１グループ１０１と第２グループ１０３の発光セルＡ１〜Ａｎ，Ｂ１〜Ｂｎを交互にオン/オフさせることができる。
前記ＡＣ電源端と前記発光素子１００の間には抵抗、整流回路等が配置されるが、これに限定されるものではない。また、前記発光素子は第１グループ１０１と第２グループ１０３を別途に駆動させることができる。
図３〜図１２は、図１の発光素子の製造過程を示す図面である。以下では、発光素子の第１グループの製造過程に対して説明し、第１グループは複数の発光セルを有するものを例に説明することにする。また、第２グループの製造過程に対する詳しい構造は第１グループの製造過程を参照することにする。
図３に示すように、基板１１０は成長装置にロードされ、その上にII-VIの化合物半導体を層、またはパターン形態に形成される。
前記成長装置は電子ビーム蒸着機、ＰＶＤ(physical vapor deposition)、ＣＶＤ(chemical vapor deposition)、ＰＬＤ(plasma laser deposition)、二重型熱蒸着機(dual-type thermal evaporator)sputtering(sputtering)、ＭＯＣＶＤ(metal organic chemical vapor deposition)等を用いることができ、このような装備に限定されない。
前記基板１１０は絶縁基板または伝導性基板を含み、例えばサファイア基板(Ａｌ２０３)、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＰ、ＩｎＰ、Ｇａ２０３、及びＧａＡｓ等からなるグループから選択することができる。前記基板１１０の上面には凹凸構造を形成することができる。
前記基板１１０の上にはII-VI元素の化合物半導体層またはパターン、例えばＺｎＯ層(図示されない)、バッファ層(図示されない)、Undoped（ドーピングされない）半導体層(図示されない)の少なくとも１つの層が形成される。前記バッファ層またはUndoped半導体層はIII-Ｖ族元素の化合物半導体からなることができ、前記バッファ層は前記基板とのＧａＮ系半導体との格子定数の差を減らし、前記Undoped半導体層はドーピングされないＧａＮ系半導体からなることができる。以下、説明の便宜を図り、前記基板１１０の上には第１導電型半導体層１１２が形成される例を説明することにする。
前記基板１１０の上には発光セルのために複数の化合物半導体層が形成される。前記基板１１０の上には第１導電型半導体層１１２が形成され、前記第１導電型半導体層１１２の上には活性層１１４が形成され、前記活性層１１４の上には第２導電型半導体層１１６が形成される。
前記第１導電型半導体層１１２は第１導電型ドーパントがドーピングされたIII-Ｖ族元素の化合物半導体、例えばＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰ等からなることができる。前記第１導電型がＮ型半導体である場合、前記第１導電型ドーパントはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅ等のＮ型ドーパントを含む。前記第１導電型半導体層１１２は単一層または多重層に形成されるが、これに限定されるものではない。
前記第１導電型半導体層１１２の上には活性層１１４が形成され、前記活性層１１４は単一量子井戸構造、多重量子井戸構造(MQW)、量子ドット構造及び量子線構造の少なくとも１つに形成される。前記活性層１１４の井戸層/障壁層はＩｎＧａＮ/ＧａＮ、ＧａＮ/ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ/ＩｎＧａＮ等のペア構造を含むことができ、前記ペアの繰返し周期は１〜３０回で繰り返されるが、これに限定されるものではない。前記井戸層は前記障壁層のバンドギャップより低いバンドギャップを有する物質からなることができる。
前記活性層１１４と前記第１導電型半導体層１１２の間には第１導電型クラッド層(図示されない)が配置され、前記第１導電型クラッド層はＧａＮ系半導体からなり、前記活性層１１４のバンドギャップよりは高いバンドギャップを有する。
前記活性層１１４と前記第２導電型半導体層１１６の間には第２導電型クラッド層(図示されない)が配置され、前記第２導電型クラッド層はＧａＮ系半導体からなり、前記活性層１１４のバンドギャップよりは高いバンドギャップを有する。
前記活性層１１４の上には第２導電型半導体層１１６が形成される。前記第２導電型半導体層１１６は第２導電型ドーパントがドーピングされたIII-Ｖ族化合物半導体、例えばＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰ等の化合物半導体のいずれか１つからなることができる。前記第２導電型半導体層１１６がＰ型半導体層である場合、前記第２導電型ドーパントはＰ型ドーパント、例えばＭｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等を含むことができる。
また、前記第２導電型半導体層１１６の上には第３導電型半導体層が形成され、前記第３導電型半導体層は前記第２導電型と反対極性を有する半導体、または前記第１導電型と同一極性を有する半導体からなることができる。
前記第１導電型半導体層１１２、前記活性層１１４及び前記第２導電型半導体層１１６の積層構造は発光セル領域に定義することができる。また、前記発光セル領域はN-P接合、P-N接合、N-P-N接合、P-N-P接合構造の少なくとも１つを含むことができる。
図４に示すように、前記第２導電型半導体層１１６の上には複数の導電性接触層１１８が形成され、前記導電性接触層１１８は一定間隔に離隔される。前記導電性接触層１１８は各発光セル領域と対応する幅に形成することができる。
前記導電性接触層１１８は前記第２導電型半導体層１１６の上面一部に形成され、オーミック接触される。前記導電性接触層１１８は透光性伝導材料は、例えばＩＴＯ(indium tin oxide)、ＩＺＯ(indium zinc oxide)、ＩＺＴＯ(indium zinc tin oxide)、ＩＡＺＯ(indium aluminum zinc oxide)、ＩＧＺＯ(indium gallium zinc oxide)、ＩＧＴＯ(indium gallium tin oxide)、ＡＺＯ(aluminum zinc oxide)、ＡＴＯ(antimony tin oxide)、ＧＺＯ(gallium zinc oxide)、ＩｒＯｘ、ＲｕＯｘ、ＲｕＯｘ/ＩＴＯ、Ｎｉ/ＩｒＯｘ/Ａｕ、及びＮｉ/ＩｒＯｘ/Ａｕ/ＩＴＯの少なくとも１つを含むことができる。
前記導電性接触層１１８は、層またはパターンの形態に形成され、このような層またはパターン形態は前記第２導電型半導体層１１６とのオーミック抵抗を変更させることができる。
図５に示すように、複数の窪み部１１９を形成する。前記窪み部１１９は前記第２導電型半導体層１１６から前記第１導電型半導体層１１２の上面が露出する程度の深さに形成される。前記窪み部１１９の間の間隔Ｔ１は予め決められた間隔、例えば各電極層の一部に対応する間隔に形成することができる。前記複数の窪み部１１９によって分割された前記第２導電型半導体層１１６の上面には導電性接触層１１８がそれぞれ配置される。ここで、前記窪み部１１９と前記導電性接触層１１８の形成順番は変えることができ、これに限定されるものではない。
図６に示すように、前記第２導電型半導体層１１６の上面中前記導電性接触層１１８が形成されない領域には第１絶縁層１５１が形成される。前記第１絶縁層１５１は、例えばマスク層を形成した後フォトリソグラフィ工程によって、前記マスク層が形成されない領域に形成することができる。前記導電性接触層１１８を除いた前記第２導電型半導体層１１６の上面、前記窪み部１１９内に形成することができる。ここで、前記第１導電型半導体層１１２は前記窪み部１１９に配置された前記第１絶縁層１５１を介在して露出される。
図７及び図８に示すように、前記第１絶縁層１５１及び前記導電性接触層１１８の上には電極層１２１，１２２，１２３が形成される。前記電極層１２１，１２２，１２３は相互物理的に離隔され、反射電極層として機能する。前記第１〜第３電極層１２１，１２２，１２３はＡｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｆ、Ｗ、Ｔｉ、及びこれらの選択的な組合から構成される物質を選択的に用いることができる。
第１電極層１２１は前記第１絶縁層１５１の上に形成され、その一部は窪み部１１９を介在して前記第１導電型半導体層１１２に接触される。第２電極層１２２は前記第１絶縁層１５１及び前記導電性接触層１１８の上に形成され、その一部は窪み部１１９を介在して前記第１導電型半導体層１１２に接触される。また、前記電極層１２１，１２２，１２３の一部は１つまたは複数に形成されて第１導電型半導体層１１２に接触されるが、これに限定されるものではない。
第３電極層１２３は前記導電性接触層１１８及び前記第１絶縁層１５１の上に形成される。前記第３電極層１２３は図１の構造のセンタ側第３電極層の位置に配置することができる。ここで、前記第２及び第３電極層１２２，１２３は各発光セルそれぞれに対応し、図１と同様に隣接した発光セルを直列連結する。
図８に示すように、前記第１及び第２電極層１２１，１２２の上には第２絶縁層１５５が形成される。ここで、前記第３電極層１２３の上面は開口された構造により露出される。前記第１及び第２絶縁層１５１，１５５はＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２等の絶縁物質からなることができる。
図９に示すように、前記第２絶縁層１５５及び前記第３電極層１２３の上には伝導性支持部材１７０が形成される。前記伝導性支持部材１７０は素子全体を支持し、Ｃｕ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ-Ｗ、キャリアウェハ(例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＺｎＯ、ＧａＮ、Ｇｅ２Ｏ３、ＳｉＣ等)、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｗ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の１つ以上からなることができる。
前記伝導性支持部材１７０はヒートシンク及び導電特性を有するように形成することができる。前記伝導性支持部材１７０はメッキ方式またはシート形態に付着されるが、これに限定されるものではない。前記伝導性支持部材１７０の厚さは３０〜５００μｍに形成されるが、これに限定されるものではない。
前記伝導性支持部材１７０と前記第３電極層１２３の間には接合層が形成され、前記接合層はチタニウム(Ti)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)の少なくとも１つ、またはこれらの合金を含むことができる。
図９及び図１０に示すように、前記伝導性支持部材１７０をベースに位置させた後、前記基板１１０を除去する。
前記基板１１０の除去は物理的または/及び化学的方法を用いて除去することができる。前記物理的方法は前記基板１１０を通じて一定波長のレーザーを照射する方式(LLO: Laser Lift Off)によって、前記基板１１０を第１導電型半導体層１１２から分離させることができる。前記化学的方法は前記基板１１０と第１導電型半導体層１１２の間に半導体層(例えば、バッファ層)を湿式エッチングによって除去することで、前記基板１１０を分離させることができる。
前記基板１１０が除去された前記第１導電型半導体層１１２の表面に対してＩＣＰ/ＲＩＥ(Inductively coupled Plasma/Reactive Ion Etching)工程を行うことができる。前記導電性接触層１１８及び前記第１〜第３電極層１２１，１２２，１２３は前記第２導電型半導体層１１６の下に配置され、外部衝撃から保護する。即ち、前記基板の除去工程による衝撃から保護することができる。
図１１に示すように、複数の発光セルＡ１〜Ａｎを形成するために所定のスペーサー１６１に大きさにエッチングする。前記エッチングは前記第２導電型半導体層１１６の下に配置された前記第１絶縁層１５１が露出される程の深さに形成される。これによって複数の発光セルＡ１〜Ａｎは構造的に相互分離される。ここで、前記各発光セルＡ１〜Ａｎと電極層１２１，１２２，１２３の一部１２６の間の間隔Ｄは各発光セルＡ１〜Ａｎの外側から離隔される。このような間隔Ｄが大きい場合、その領域には導電性接触層をさらに形成することができる。または前記各発光セルＡ１〜Ａｎの外側には前記第１絶縁層１５１が露出され、これに限定されるものではない。
前記複数の発光セルＡ１〜Ａｎの間のスペーサー１６１の幅は相互同一又は異なるようにすることができ、これに限定されるものではない。前記発光セルＡ１〜Ａｎは上方から見た時、正四角形、直四角形等のような多角形または円形に形成される。
前記第１電極層１２１の一部１２６は前記第１発光セルＡ１の第１導電型半導体層１１２に連結される。前記第２電極層１２２は第１発光セルＡ１の下に配置された導電性接触層１１８に連結され、その一部１２６は第２発光セルＡ２の第１導電型半導体層１１２に連結される。このような方式で前記第２電極層１２２は隣接した２つの発光セルを相互直列連結させる。
第３電極層１２３は前記第ｎ発光セルＡｎの下に配置された導電性接触層１１８と伝導性支持部材１７０に連結される。このような方式でｎ個の発光セルＡ１〜Ａｎを相互直列連結させることができる。
図１２に示すように、複数の発光セルＡ１〜Ａｎの第１導電型半導体層１１２の表面には凹凸部１１３が形成され、前記凹凸部１１３は乾式または/及び湿式エッチングによって所定形状の凹凸構造に形成され、また他の凹凸構造を含むことができる。前記凹凸部１１３は外部量子効率を高めることができる。
また、前記第１発光セルＡ１の外側には前記第１絶縁層１５１の一部が露出され、前記第１絶縁層１５１の一部はエッチングによって開口され、この場合前記第１電極層１２１が露出される。前記第１電極層１２１には第１電極１７１が形成され、前記第１電極１７１はパッドを含むことができる。
前記第１電極１７１と前記伝導性支持部材１７０の間にはｎ個の発光セルＡ１〜Ａｎが直列連結される。前記のような製造過程によって図１のような発光素子が製造される。
本発明はＡＣ電源で駆動される第１グループ及び第２グループの発光セルを含む発光素子を製造して提供することができ、ＡＣ電源の使用にともなう別途の部品を必要としない効果がある。また発光セルの上面に電極が配置されないので、光抽出効率を高めることができる。
図１３は、第２実施例に係わる半導体発光素子を示す側断面図である。第２実施例の説明において、第１実施例を参照し、第１実施例と同様な部分の説明は適宜省略することにする。
図１３に示すように、発光素子１００Ａはセンタ側第３電極層１２３と支持部材１７０の間に第２絶縁層１５５を配置する。前記支持部材１７０はヒートシンクと絶縁性材料からなり、放熱を効果的に行うことができる。前記支持部材１７０は伝導性金属からなることができるが、これに限定されるものではない。
前記発光素子１００Ａは一端の第１電極１７１と他端の第２電極１７３の間に複数の発光セルＡ１〜Ａｎ，Ｂｎ〜Ｂ１が相互直列連結されることで、ＡＣ電源の１/２周期の間は発光される。この場合、前記半導体発光素子１００Ａを２個並列に配置して、ＡＣ電源で駆動させることができる。
図１４は、第３実施例に係わる半導体発光素子を示す側断面図である。第３実施例の説明において、第１実施例を参照し、第１実施例と同様な部分の説明は適宜省略することにする。
図１４に示すように、発光素子１００Ｂはセンタ側第３電極層１２３と放熱支持部材１７０の間に第２絶縁層１５５がさらに配置される。
前記複数のグループ１０１，１０３の間のスペーサー１６１には第３電極１７５が形成される。前記第３電極１７５はセンタ側第３電極層１２３の上に形成され、前記第３電極１７５を介在してセンタ側第１グループ１０１Ａの第ｎ発光セルＡｎと第２グループ１０３Ａの第ｎ発光セルＢｎに連結される。
第１グループ１０１Ａの第１発光セルＡ１の下に配置された第１電極層１２１は伝導性支持部材１７０に連結され、第２グループ１０３Ａの第１発光セルＢ１の下に配置された第５電極層１２５は伝導性支持部材１７０に連結される。これによってＡＣ電源の１/２周期の間は第１グループ１０１Ａの発光セルＡ１〜Ａｎが動作し、残りの１/２周期の間は第２グループ１０３Ａの発光セルＢ１〜Ｂｎが動作することになる。このような具体的な動作は第１実施例を参照することにする。
図１５は、実施例に係わる発光素子を含む発光素子パッケージの断面図である。図１５に示すように、実施例に係わる発光素子パッケージ３０はボディ２０と、前記ボディ２０に設置された第１リード電極３２及び第２リード電極３３と、前記ボディ２０に設置され、前記第１リード電極３２及び第２リード電極３３と電気的に連結される発光素子１００と、前記発光素子１００を囲むモールディング部材４０を含む。
前記ボディ２０はシリコン材、合成樹脂材、金属材、サファイア(Ａｌ２Ｏ３)、または印刷回路基板(PCB)の少なくとも１つを含んで形成され、前記発光素子１００の周囲に傾斜面が形成される。前記ボディ２０にはキャビティ２２が形成されるが、これに限定されるものではない。
前記第１リード電極３２及び第２リード電極３３は相互電気的に分離され、前記発光素子１００に電源を提供する。また、前記第１リード電極３２及び第２リード電極３３は前記発光素子１００から発生された光を反射して光効率を増加させることができ、前記発光素子１００から発生される熱を外部に排出する働きもする。
前記第１リード電極３２及び第２リード電極３３は一端が前記ボディ２０の上に配置されたものが例示されているが、これに限定されるものではない。例えば、第１、２リード電極３２、３３はボディ２０の上にのみ形成され、前記ボディの下面には第１、２パッドが形成され、前記第１、２リード電極と前記第１、２パッドがそれぞれ前記ボディを貫通する第１、２導電ビアを介在して電気的に連結されることもできる。
前記発光素子１００は前記ボディ２０の上、または前記第１リード電極３２または第２リード電極３３の上に設置されることができる。
前記発光素子１００は少なくとも、または複数のワイヤ２５を介在して前記第１リード電極３２及び第２リード電極３３のいずれか１つと電気的に連結される。例えば、図１に図示された前記発光素子１００の第１電極及び第２電極はワイヤを介在して第２リード電極３３に連結され、前記発光素子１００の伝導性支持部材は第１リード電極３２の上にダイボンディングすることができる。また、前記発光素子１００は、例えば前記第１リード電極３２及び第２リード電極３３とフリップチップ方式、またはダイボンディング方式によって電気的に連結されることもできる。前記発光素子１００は上記開示された実施例の発光素子を選択的に用いることができ、これに限定されるものではない。
前記モールディング部材４０は透光性シリコンまたは樹脂材からなり、前記発光素子１００を囲んで保護することができる。また、前記モールディング部材４０には蛍光体が含まれ、前記発光素子１００から放出される光の波長を変化させることができる。
本発明のパッケージは直下型を例にして説明しているが、エッジ型でも上記のような放熱特性、伝導性及び反射特性の改善効果があり、このような直下型またはエッジ型方式の発光素子は、上記のように樹脂層でパッケージングした後、レンズを前記樹脂層の上に形成または接着することができるが、これに限定されるものではない。
＜ライトユニット＞
実施例による発光素子または発光素子パッケージはライトユニットに適用することができる。前記ライトユニットは複数の発光素子または発光素子パッケージがアレイされた構造、図１６及び図１７に図示された表示装置、図１８に図示された照明装置を含み、照明灯、信号灯、車両前照灯、電光掲示板等を含むことができる。
図１６は実施例に係わる表示装置の分解斜視図である。図１６に示すように、実施例に係わる表示装置１０００は導光板１０４１と、前記導光板１０４１に光を提供する発光モジュール１０３１と、前記導光板１０４１の下に反射部材１０２２と、前記導光板１０４１の上に光学シート１０５１と、前記光学シート１０５１の上に表示パネル１０６１と、前記導光板１０４１、発光モジュール１０３１及び反射部材１０２２を収納するボトムカバー１０１１を含むことができ、これに限定されない。
前記ボトムカバー１０１１、反射シート１０２２、導光板１０４１、光学シート１０５１はライトユニット１０５０に定義することができる。
前記導光板１０４１は光を広めて面光源化させる役割をする。前記導光板１０４１は透明材質、例えばＰＭＭＡ(polymethyl metaacrylate)のようなアクリル系樹脂、ＰＥＴ(polyethylene terephthlate)、ＰＣ(polycarbonate)、ＣＯＣ(cycloolefin copolymer)及びＰＥＮ(polyethylene naphthalate)樹脂の１つからなることができる。
前記発光モジュール１０３１は前記導光板１０４１の少なくとも一側面に光を提供し、究極的には表示装置の光源として作用する。
前記発光モジュール１０３１は少なくとも１つを含み、前記導光板１０４１の一側面に直接または間接的に光を提供することができる。前記発光モジュール１０３１は基板１０３３と上記開示された実施例の発光素子パッケージ３０を含み、前記発光素子パッケージ３０は前記基板１０３３の上に所定間隔で配列させられる（アレイ構造にされる）。
前記基板１０３３は回路パターン(図示されない)を含む印刷回路基板(PCB)からなることができる。但し、前記基板１０３３は一般ＰＣＢのみならず、メタルコアＰＣＢ(MCPCB、Metal Core PCB)、フレキシブルＰＣＢ(FPCB)等を含むこともでき、これに限定されるものではない。前記発光素子パッケージ３０は前記ボトムカバー１０１１の側面または放熱プレート上に搭載される場合、前記基板１０３３は除去することができる。ここで、前記放熱プレートの一部は前記ボトムカバー１０１１の上面に接触される。
そして、前記複数の発光素子パッケージ３０は、前記基板１０３３の上に光が放出される出射面が前記導光板１０４１と所定距離離隔されるように搭載されるが、これに限定されるものではない。前記発光素子パッケージ３０は前記導光板１０４１の一側面の入光部に光を直接または間接的に提供することができるが、これに限定されるものではない。
前記導光板１０４１の下には前記反射部材１０２２を配置することができる。前記反射部材１０２２は前記導光板１０４１の下面に入射された光を反射させて上方に向くようにすることで、前記ライトユニット１０５０の輝度を向上させることができる。前記反射部材１０２２は、例えばＰＥＴ、ＰＣ、ＰＶＣレジン等からなることができるが、これに限定されるものではない。前記反射部材１０２２は前記ボトムカバー１０１１の上面からなることができ、これに限定されるものではない。
前記ボトムカバー１０１１は前記導光板１０４１、発光モジュール１０３１及び反射部材１０２２等を収納することができる。このために、前記ボトムカバー１０１１は上面が開口されたボックスの形状を有する収納部１０１２が形成されるが、これに限定されるものではない。前記ボトムカバー１０１１はトップカバーと連結されることができ、これに限定されるものではない。
前記ボトムカバー１０１１は金属または樹脂材により形成され、プレス成形または圧出成形等の工程によって製造することができる。また、前記ボトムカバー１０１１は熱伝導性が良い金属または非金属材料を含むことができるが、これに限定されるものではない。
前記表示パネル１０６１は、例えばＬＣＤパネルとして、相互対向する透明材質の第１及び第２基板、そして第１及び第２基板の間に介在する液晶層を含む。前記表示パネル１０６１の少なくとも一面には偏光板が付着され、このような偏光板の付着構造に限定されない。前記表示パネル１０６１は光学シート１０５１を通過した光によって情報を表示する。このような表示装置１０００は各種携帯端末機、ノートブックコンピュータのモニタ、ラップトップコンピュータのモニタ、テレビ等に適用することができる。
前記光学シート１０５１は前記表示パネル１０６１と前記導光板１０４１の間に配置され、少なくとも一枚の透光性シートを含む。前記光学シート１０５１は、例えば拡散シート、水平及び垂直プリズムシート、及び輝度強化シート等のシートの少なくとも１つを含むことができる。前記拡散シートは入射される光を拡散させ、前記水平または/及び垂直プリズムシートは入射される光を表示領域に集光させ、前記輝度強化シートは損失される光を再利用して輝度を向上させることができる。また、前記表示パネル１０６１の上には保護シートが配置されるが、これに限定されるものではない。
ここで、前記発光モジュール１０３１の光の経路上には光学部材として、前記導光板１０４１及び光学シート１０５１を含むことができるが、これに限定されるものではない。
図１７は実施例に係わる表示装置の他の例を示す図面である。図１７に示すように、表示装置１１００はボトムカバー１１５２、上記開示された発光素子パッケージ３０がアレイされ基板１１２０、光学部材１１５４、及び表示パネル１１５５を含む。
前記基板１１２０と前記発光素子パッケージ３０は発光モジュール１０６０に定義することができる。前記ボトムカバー１１５２、少なくとも１つの発光モジュール１０６０、光学部材１１５４はライトユニットに定義することができる。前記ボトムカバー１１５２には収納部１１５３を備えることができ、これに限定されるものではない。
ここで、前記光学部材１１５４はレンズ、導光板、拡散シート、水平及び垂直プリズムシート、及び輝度強化シート等の少なくとも１つを含むことができる。前記導光板はＰＣ材またはＰＭＭＡ(Poly methy methacrylate)材からなることができ、このような導光板は除去することができる。前記拡散シートは入射される光を拡散させ、前記水平及び垂直プリズムシートは入射される光を表示領域に集光させ、前記輝度強化シートは損失される光を再利用して輝度を向上させることができる。
前記光学部材１１５４は前記発光モジュール１０６０の上に配置され、前記発光モジュール１０６０から放出される光を面光源化、または拡散、集光させる。
図１８は実施例に係わる照明装置の斜視図である。図１８に示すように、照明装置１５００はケース１５１０と、前記ケース１５１０に設置された発光モジュール１５３０と、前記ケース１５１０に設置されて外部電源から電源を提供される連結端子１５２０を含むことができる。
前記ケース１５１０は放熱特性が良い材質からなることが望ましく、例えば金属または樹脂材からなることができる。
前記発光モジュール１５３０は基板１５３２と、前記基板１５３２に搭載される発光素子パッケージ３０を含むことができる。前記発光素子パッケージ３０は複数個がマトリックス形態、または所定間隔に離隔されてアレイされる。
前記基板１５３２は絶縁体に回路パターンが印刷されたもの、例えば一般の印刷回路基板(PCB)、メタルコアＰＣＢ、フレキシブルＰＣＢ、セラミックＰＣＢ、ＦＲ-４基板等を含むことができる。
また、前記基板１５３２は光を効率的に反射させる材質、または表面が光を効率的に反射させるカラー例えば白色、銀色等のコーティング層からなることができる。
前記基板１５３２の上には少なくとも１つの発光素子パッケージ３０が搭載される。前記発光素子パッケージ３０のそれぞれは少なくとも１つのＬＥＤチップを含むことができる。前記ＬＥＤチップは赤色、緑色、青色または白色の有色光をそれぞれ発光する有色発光ダイオード、及び紫外線を発光する紫外線発光ダイオードを含むことができる。
前記発光モジュール１５３０は色感及び輝度を得るために多様な発光素子パッケージ３０の組合を有するように配置することができる。例えば、高演色性(CRI)を確保するために白色発光ダイオード、赤色発光ダイオード及び緑色発光ダイオードを組合して配置することができる。
前記連結端子１５２０は前記発光モジュール１５３０と電気的に連結されて電源を供給することができる。前記連結端子１５２０はソケット方式で外部電源と連結されるが、これに限定されるものではない。例えば、前記連結端子１５２０はピン(pin)の形態に形成されて外部電源に挿入されたり、配線によって外部電源に連結されることもできる。
実施例は、前記発光素子１００がパッケージングされた後前記基板上に搭載され発光モジュールに具現されたり、ＬＥＤチップの形態に搭載されパッケージングにより発光モジュールに具現されることができる。
前記のライトユニットの発光モジュールは発光素子パッケージを含む。前記発光素子パッケージは、図１５のようなパッケージ構造、または上記開示された発光素子を基板上にそれぞれ搭載した後モールディング部材によりパッケージングして使用することができる。
本発明の発光素子の製造方法は、成長基板の上に第１導電型半導体層、活性層及び第２導電型半導体層を形成する段階と、前記第２導電型半導体層の上に相互離隔された複数の導電性接触層を形成する段階と、エッチングにより前記第１導電型半導体層を露出させるｍ(ｍ＞４)個の複数の窪み部を形成する段階と、前記第２導電型半導体層の上及び前記窪み部の周りに第１絶縁層を形成する段階と、前記導電性接触層の上及び前記窪み部に電極層をそれぞれ形成する段階と、センタ側電極層を除いた全領域に第２絶縁層を形成する段階と、前記第２絶縁層及び前記センタ側第２電極層の上に伝導性支持部材を形成する段階と、前記基板を除去し、エッチングにより前記第２絶縁層を露出させてｍ(ｍ≧４)個の発光セルに分離させ、m個の発光セルを直列連結させる段階と、前記発光セルの第１発光セルの第１導電型半導体層に連結される第１電極、及び前記最後目の発光セルの下に配置された電極層に連結される第２電極を形成する段階と、を含む。
以上、上記の各実施例に例示された特徴、構造、効果等は本発明の少なくとも１つの実施例に含まれ、必ずしもその１つの実施例にのみ限定されるのではない。されに、各実施例に例示された特徴、構造、効果等は当業者によって他の実施例と組合、または変形して実施することが可能である。よって、このような組合と変形に係わる内容も本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきでる。
本発明は交流電源で駆動される半導体発光素子を提供することができ、高電圧交流電源用半導体発光素子を駆動させることができる。本発明は熱的にも安定した半導体発光素子を提供することができる。本発明は複数個が直列連結された発光セルを有する複数個の半導体発光素子を直列、並列、または逆並列に連結した交流駆動用発光装置を提供することができる。

Claims (20)

  1. 第１導電型半導体層、前記第１導電型半導体層の下に活性層及び前記活性層の下に第２導電型半導体層を含む複数の発光セルと、
    前記複数の発光セルの第１発光セルの第１導電型半導体層に連結された第１電極層と、
    前記各発光セルの下にそれぞれ配置され、一部は次の発光セルの第１導電型半導体層に連結された複数の第２電極層と、
    前記複数の発光セルのうち最後の発光セルの下に配置された第３電極層と、
    前記第１電極層に連結された第１電極と、
    前記第３電極層に連結された第２電極と、
    前記第１〜第３電極層の周りに第１絶縁層と、
    前記第１絶縁層の下に配置された伝導性支持部材と、を含み、
    前記伝導性支持部材は、前記複数の発光セルのうち、センタ側発光セルの下に配置された第２電極層に連結され、
    前記複数の発光セルは、前記第１電極に複数個が連結された第１グループと、前記第２電極に複数個が連結された第２グループと、を含み、
    前記複数の発光セルのセンタ側発光セルは、前記第１グループと第２グループとの間の領域に隣接した前記第１及び第２グループの発光セルの少なくとも一つの発光セルを含む発光素子。
  2. 前記複数の第２電極層のいずれか一つは、前記第１グループ及び第２グループの発光セルを連結させることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  3. 前記複数の発光セルの周りに配置された第２絶縁層を含む請求項１または２に記載の発光素子。
  4. 前記各発光セルと前記第２及び第３電極層のいずれか１つの間に配置された複数の導電性接触層を含む請求項１〜３のいずれか一項に記載の発光素子。
  5. 前記導電性接触層の個数は前記発光セルの個数と同一である請求項４に記載の発光素子。
  6. 前記複数の発光セルはバー形態、またはｎ個(ｎ＞２)が相互平行するように配置される請求項１〜５のいずれか一項に記載の発光素子。
  7. 前記第１電極層は、前記第１発光セルと前記伝導性支持部材の間に配置され、
    前記第１電極は、前記第１電極層の上に配置され、前記第１発光セルから離隔される請求項１〜６のいずれか一項に記載の発光素子。
  8. 前記第１電極は、前記複数の発光セルの第１発光セルの第１導電型半導体層の上に形成される請求項１〜６のいずれか一項に記載の発光素子。
  9. 前記第２電極は、前記第３電極層の上に配置され、前記最後の発光セルから離隔される請求項１〜８のいずれか一項に記載の発光素子。
  10. 前記第２電極層の一部は次の発光セルの第２導電型半導体層から第１導電型半導体層の下部まで延長され、前記第１絶縁層の一部は前記第２電極層の一部周りに延長される請求項１〜９のいずれか一項に記載の発光素子。
  11. 前記第１グループの複数の発光セルは、前記第１電極と前記伝導性支持部材の間に直列に連結され、
    前記第２グループの複数の発光セルは、前記第２電極と前記伝導性支持部材の間に直列に連結される請求項１〜１０のいずれか一項に記載の発光素子。
  12. 前記第１グループの発光セルは前記第２グループの発光セルと同一個数である請求項１〜１１のいずれか一項に記載の発光素子。
  13. 前記第１グループの発光セルと前記第２グループの発光セルはＡＣ電源の１/２周期ずつ駆動される請求項１〜１２のいずれか一項に記載の発光素子。
  14. 前記第１〜第３電極層はＡｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｆ、Ｗ、Ｔｉ、及びこれらの選択的な組合からなるグループから選択される請求項１〜１３のいずれか一項に記載の発光素子。
  15. 前記伝導性支持部材は、金属またはキャリアウェハを含む請求項１〜１４のいずれか一項に記載の発光素子。
  16. 前記伝導性支持部材と前記伝導性支持部材に連結された第２電極層の間に配置された接合層をさらに含む請求項１〜１５のいずれか一項に記載の発光素子。
  17. 前記第１導電型半導体層はＮ型ドーパントを含み、
    前記第２導電型半導体層はＰ型ドーパントを含む請求項１〜１６のいずれか一項に記載の発光素子。
  18. 前記第１〜第３電極層は反射電極層である請求項１〜１７のいずれか一項に記載の発光素子。
  19. 前記複数の第２電極層のそれぞれは、前記第１または第２グループ内に配置された隣接した二つの発光セルを直列に連結させる請求項１〜１８のいずれか一項に記載の発光素子。
  20. ボディと、前記ボディの上に複数のリード電極と、前記複数のリード電極に連結された発光素子と、前記発光素子をモールディングするモールディング部材と、を含み、
    前記発光素子は、
    第１導電型半導体層、前記第１導電型半導体層の下に活性層及び前記活性層の下に第２導電型半導体層を含む複数の発光セルと、
    前記複数の発光セルの第１発光セルの第１導電型半導体層に連結された第１電極層と、
    前記各発光セルの下にそれぞれ配置され、一部は次の発光セルの第１導電型半導体層に連結された複数の第２電極層と、
    前記複数の発光セルのうち最後の発光セルの下に配置された第３電極層と、
    前記第１電極層に連結された第１電極と、
    前記第３電極層に連結された第２電極と、
    前記第１〜第３電極層の周りに形成された第１絶縁層と、
    前記第１絶縁層の下に配置された伝導性支持部材と、を含み、
    前記伝導性支持部材は、前記複数の発光セルのセンタ側発光セルの下に配置された第２電極層に連結され、
    前記複数の発光セルは、前記第１電極に複数個が連結された第１グループと、前記第２電極に複数個が連結された第２グループと、を含み、
    前記複数の発光セルのセンタ側発光セルは、前記第１グループと第２グループとの間の領域に隣接した前記第１及び第２グループの発光セルの少なくとも一つの発光セルを含む発光素子パッケージ。
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