KR100578486B1 - 발광 다이오드의 전극배치구조 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광 다이오드의 전극배치구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사각형상의 제 1 내지 제 3 P형 전극과 제 1 및 제 2 N형 전극을 교차하여 내측으로 배치하되 각각의 P형 전극 및 N형 전극이 연결되도록 함으로써 기존의 전극배치 구조보다 낮은 전압으로 보다 더 높은 광출력효율과 순전압특성을 나타내는 발광 다이오드에 관한 것이다.
아울러 한개 또는 두개의 활성층을 가지는 발광 다이오드에 있어 P형 전극을 활성층 영역의 중심부 상에 배치함으로써 보다 더 높은 광출력효율과 순전압특성을 나타내는 발광 다이오드에 관한 것이다.
발광 다이오드, LED, 전극배치구조, 광출력, 순전압, 활성층
Description
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전극배치구조를 나타내는 도면
도 2는 도 1의 A-A 단면도
도 3은 본 발명의 제 2실시예에 따른 전극배치 단면구조를 나타내는 도면
도 4a는 본 발명의 제 3실시예에 따른 전극배치 단면구조를 나타내는 도면
도 4b는 도 4a에서 투명전극의 두께를 1000Å으로 한 전극배치 단면구조를 나타내는 도면
도 5는 종래 하나의 활성층을 가지는 발광 다이오드의 전극배치 단면구조를 나타내는 도면
도 6은 종래 두 개의 활성층을 가지는 발광 다이오드의 전극배치 단면구조를 나타내는 도면
도 7은 도 3의 발광 다이오드에서 P형 전극의 위치에 따른 20mA 전류 인가에 대한 광출력을 나타내는 도면
도 8은 도 3의 발광 다이오드에서 P형 전극의 위치에 따른 20mA 전류 인가에 대한 순전압을 나타내는 도면
도 9는 도 4a와 도 4b 및 도 6 각각에 따른 20mA 전류 인가에 대한 광출력을 나타내는 도면
도 10는 도 4a와 도 4b 및 도 6 각각에 따른 20mA 전류 인가에 대한 순전압을 나타내는 도면
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : N형 영역층 20 : P형 영역층
30 : 활성층 40 : 투명전극
50 : N형 전극 50a : N본딩패드
50b : N금속선 51 : 제 1 N형 전극
52 : 제 2 N형 전극 60 : P형 전극
60a : P본딩패드 60b : P금속선
61 : 제 1 P형 전극 62 : 제 2 P형 전극
63 : 제 3 P형 전극
본 발명은 발광 다이오드의 전극배치구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사각형상의 제 1 내지 제 3 P형 전극과 제 1 및 제 2 N형 전극을 교차하여 내측으로 배치하되 각각의 P형 전극 및 N형 전극이 연결되도록 함으로써 기존의 전극배치 구조보다 낮은 전압으로 보다 더 높은 광출력효율과 순전압특성을 나타내는 발광 다이오드에 관한 것이다.
아울러 한개 또는 두개의 활성층을 가지는 발광 다이오드에 있어 P형 전극을 활성층 영역의 중심부 상에 배치함으로써 보다 더 높은 광출력효율과 순전압특성을 나타내는 발광 다이오드에 관한 것이다.
일반적으로 발광 다이오드(LED : Light Emitting Diode)는 소형, 저소비전력, 고신뢰성 등의 특징을 겸비하여 표시용 광원으로서 널리 이용되고 있으며, 실용화되어 있는 LED의 재료로서는 AlGaAs, GaAlP, GaP, InGaAlP 등의 5족 원소로 As, P를 사용한 3-5족 화합물 반도체가 적색, 등색(橙色), 황색, 녹색 발광용으로서 이용되고, 녹색, 청색, 자외(紫外)영역용으로서는 GaN계 화합물 반도체가 이용되며, 발광강도가 높은 LED가 실현되고 있다.
이와 같은 일반적인 질화 갈륨계 LED 소자에 있어서, 리드 프레임(미도시)에 인가되는 전압을 통해 반도체 LED 발광소자에 전류가 주입되면, 주입된 전류는 도전성이 높은 투명전극에 의해 확장되고, N형 영역층(N형 GaN층) 및 P형 영역층(P형 GaN층)으로 주입된다. 그리고, 이 PN접합에 의해 발생하는 에너지 hυ(h : 프랭크상수, υ = c/λ, c : 광속, λ : 파장)의 발생은 LED 발광소자의 외부로 방출된다.
상기 LED 발광 다이오드에 전류를 주입하기 위해 N형 영역층과 전기적으로 연결되는 N본딩패드와 N금속선을 포함하는 N형 전극, P형 영역층과 전기적으로 연결되는 P본딩패드와 P금속선을 포함하는 P형 전극 각각에 전원을 가하게 되는데 이러한 N형 전극과 P형 전극의 LED 발광소자 상 배치구조는 발광효율에 직접적인 영향을 미치게 된다.
종래의 다양한 대면적 발광 다이오드의 전극배치구조 중에서 일반적으로 채 택되고 있는 구조로는 N형 전극과 P형 전극이 각각 본딩패드와 연결되면서 여러 개의 핑거형태로 형성되되, N형 전극과 P형 전극의 핑거전극이 교번되게 엇갈린 구조로 배치된 형태를 들 수 있다.
또한 활성층을 하나 또는 두개 정도를 가지는 소면적 발광 다이오드에 있어서, 하나의 활성층의 경우 일측 최외각 투명전극 상에 P형 전극이 배치되고 타측 최외각에는 투명전극, 활성층 및 P형 영역층을 식각하여 노출된 N형 영역층 상에 N형 전극을 배치하는 구조를 가진다.
또한 두개의 활성층을 가지는 경우에는 일측과 타측 최외각의 투명전극 상에 P형 전극이 배치되고 중앙부에 식각을 통해 노출되는 N형 영역층 상에 N형 전극을 배치하는 구조를 가진다.
그러나, 상기 엇갈리는 핑거 형태의 전극배치구조는 각각의 P형 전극과 N형 전극의 본딩패드를 연결하는 전극의 주변 활성층에 발광효율이 현저히 떨어지는 문제점이 발생하며 상기 소면적 발광 다이오드의 일반적 전극배치구조 또한 보다 높은 광출력효율을 가지는 배치구조의 개선이 요구된다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 사각형상의 제 1 내지 제 3 P형 전극과 제 1 및 제 2 N형 전극을 교차하여 내측으로 배치하되 각각의 P형 전극 및 N형 전극이 연결되도록 함으로써 기존의 전극배치 구조보다 낮은 전압으로 보다 더 높은 광출력효율과 순전압특성을 나타내는 발광 다이오드의 전극배치구조를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적으로는 한개 또는 두개 활성층을 가지는 발광 다이오드에 있어 P형 전극을 활성층 영역의 중심부 상에 배치함으로써 보다 더 높은 광출력효율과 순전압특성을 나타내는 발광 다이오드의 전극배치구조를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.
본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 전극배치구조는 기판상에 N형 영역층과, 빛이 방출되는 활성층과, P형 영역층과, 투명 전극이 증착되고, 외부의 전원이 인가되기 위해 N형 영역층과 P형 영역층에는 N형 전극, P형 전극이 각각 배치된 발광 다이오드에 있어서, 상기 P본딩패드를 포함하는 제 1 P형 전극이 대면적 발광다이오드의 테두리로부터 일정간격 내측으로 이격되어 사각형상으로 배치되며, 상기 제 1 P형 전극 내측으로 N본딩패드를 포함하는 제 1 N형 전극이 일측 개방된 사각형상으로 배치되며, 상기 제 1 N형 전극 내측으로 제 1 P형 전극과 연결되는 제 2 P형 전극이 일측 개방된 사각 형상으로 배치되며, 상기 제 2 P형 전극 내측으로 제 1 N형 전극과 연결되는 제 2 N형 전극이 일측 개방된 사각 형상으로 배치되며, 상기 제 2 N형 전극 내측으로 제 2 P형 전극과 연결되는 제 3 P형 전극이 일측 개방된 사각 형상으로 배치된다.
또한 상기 제 2 P형 전극은 외측과 내측에 일측 개방된 P형 전극이 2중으로 배치되어 이루어지며, 상기 제 1 N형 전극 및 제 2 N 형 전극과 제 2 P형 전극 및 제 3 P형 전극은 각각 상기 P본딩패드와 N본딩패드와의 이격거리에 따른 전류분배 효율을 증대되도록 일측 양 모서리부가 모따기된다.
아울러 본 발명은 상기의 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 전극배치구조는 기판상에 N형 영역층과, 빛이 방출되는 활성층과, P형 영역층과, 투명 전극이 증착되고, 외부의 전원이 인가되기 위해 N형 영역층과 P형 영역층에는 N형 전극, P형 전극이 배치되되, 하나의 활성층을 가지는 발광 다이오드의 전극 배치구조에 있어서, 투명전극층과 P형 영역층 및 활성층이 식각되어 노출되되 다이오드 일단 상에 N형 영역층이 다이오드 일단 상에 N형 전극과 연결되어 위치하며 식각되지 않은 투명전극층 중심부 상에 위치하는 P형 전극으로 이루어진다.
또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극배치구조는 기판상에 N형 영역층과, 빛이 방출되는 활성층과, P형 영역층과, 투명 전극이 증착되고, 외부의 전원이 인가되기 위해 N형 영역층과 P형 영역층에는 N형 전극, P형 전극이 배치되되, 두개의 활성층을 가지는 발광 다이오드의 전극 배치구조에 있어서, 투명전극층과 P형 영역층 및 활성층이 식각되어 노출되는 N형 영역층이 다이오드 중심부에 N형 전극과 연결되어 위치하며 식각되지 않은 두개의 투명전극층 각각의 중심상에는 P형 전극이 연결되어 위치한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.
(실시예 1)
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전극배치구조를 나타내는 도면이고, 도 2 는 도 1의 A-A 단면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 전극배치구조는 크게 사각 형상의 제 1 내지 제 3 P형 전극(61, 62, 63)과 제 1 및 제 2 N형 전극(51, 52)이 교번되게 내측으로 배치되며 제 1 내지 제 3 P형 전극과 제 1 및 제 2 N형 전극은 각각 동극간에 연결 형성된다.
일반적으로 발광 다이오드(LED)는 기판상에 N형 영역층(10)과, 빛이 방출되는 활성층(30)과, P형 영역층(20)과, 투명 전극(40)이 증착되고, 외부의 전원이 인가되기 위해 N형 영역층(10)과 P형 영역층(20)에는 N형 전극(50), P형 전극(60)이 각각 배치형성된다.
여기서 상기의 투명 전극(40)은 P형 영역층(20)의 원활한 전류의 흐름을 위해 P형 영역층(20)에 증착되고, 일반적으로 산화인듐(In2O3), 산화카드뮴(CdO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO) 등을 이용하여 증착되며, 바람직하게는 투광성이 높은 산화인듐을 이용한다.
상기 투명전극(40)의 증착 두께는 1500Å 내지 2500Å 정도이며, 증착 두께를 얇게 할 경우 광출력효율은 증대하나 순방향전압값이 증가하여 이를 적절히 조정함이 필요하다.
또한 상기 순방향전압값은 전극배치구조에 따라 증가폭을 감소시킬 수 있음은 물론이다.
한편 활성층(30)이라 함은, 대면적 발광 다이오드에서 전극(50, 60)부분을 제외한 빛이 방출되는 발광 영역을 말하며, 이 활성층(30)에서 방출되는 빛의 발광효율은 전극(50, 60) 배치구조와 관련된다.
본 발명의 제 1실시예에 따른 N형 또는 P형 전극(50, 60)의 배치구조는 상기 P본딩패드(60a)를 포함하는 제 1 P형 전극(61)이 대면적 발광다이오드의 테두리로부터 일정간격 내측으로 이격되어 사각형상으로 배치되며, 상기 제 1 P형 전극(61) 내측으로 N본딩패드(50a)를 포함하는 제 1 N형 전극(51)이 일측 개방된 사각형상으로 배치되며, 상기 제 1 N형 전극(51) 내측으로 제 1 P형 전극(61)과 연결되는 제 2 P형 전극(62)이 일측 개방된 사각 형상으로 배치되며, 상기 제 2 P형 전극(62) 내측으로 제 1 N형 전극(51)과 연결되는 제 2 N형 전극(52)이 일측 개방된 사각 형상으로 배치되며, 상기 제 2 N형 전극(52) 내측으로 제 2 P형 전극(62)과 연결되는 제 3 P형 전극(63)이 일측 개방된 사각 형상으로 배치된다.
상기 제 1 P형 전극(61)은 P본딩패드(60a)와 P금속선으로 이루어지며, 사각 형상의 제 1 P형 전극(61) 중 선택되는 하나의 모서리부분과 이웃하는 모서리부분 양측에 P본딩패드(60a)가 배치된다.
상기 P본딩패드(60a)가 차지하는 배치 영역에 따라 내측으로 배치되는 제 1 N형 전극(51)의 모서리부분에는 모따기되게 되는데, 이는 N형 또는 P형 전극(50, 60)에 인가되는 전원에 의해 전류분배 효율을 높이기 위함임은 물론이다.
또한 상기 제 1 P형 전극(61)의 각 모서리부분에서 대각 외측 방향으로는 대각 외측 부분의 발광효율을 증대하기 위해 P형 전극(60)을 연장 형성한다.
상기 제 1 N형 전극(51)은 상기 제 1 P형 전극(61) 내측으로 일정간격 이격 되어 사각 형태로 배치되며 제 1 P형 전극(61)과 제 2 P형 전극(62) 간의 연결을 위해 일측의 일부분이 개방된다.
물론 제 1 N형 전극(51)은 N본딩패드(50a)과 이와 전기적으로 연결되는 N금속선으로 이루어지며, 상기 N본딩패드(50a)는 P본딩패드(60a)와 간섭되지 않는 모서리부분 양측에 형성된다.
또한 상기 N본딩패드(50a)의 배치 영역으로 인해 내측으로 일정간격 이격되어 배치되는 제 2 P형 전극(62)의 모서리부분 중 N본딩패드(50a)와 대향하는 모서리부분은 모따기 형성됨은 물론이다.
여기서 상기 제 2 P형 전극(62)은 제 1 N형 전극(51)과 제 2 N형 전극(52)간에 배치되는데, 내측과 외측으로 일정간격 이격되어 배치되는 2중구조를 가진다.
여기서 2중구조는 양 제 2 P형 전극(62) 사이에 개재되어 배치되는 N형 전극(50)을 생략한 형태로서, 활성층(30)을 가지는 활성영역을 증대시켜 발광효율을 향상시키며 전류분배효율 또한 다양한 실험을 통해 N형 전극(50)이 개재된 경우와 대비하여 볼 때 그 차이가 미세한 것으로 나타남으로써 보다 발광효율을 증대할 수 있는 유리한 전극배치구조임이 입증되었다.
한편 상기 제 2 P형 전극(62) 내측으로 일정간격 이격되며 일측 일부분이 개방된 사각 형상의 제 2 N형 전극(52)이 배치되는데, N본딩패드(50a)와 대향하는 모서리 부분은 모따기 형성될 수 있으며, 제 1 N형 전극(51)과 전기적으로 연결 형성됨은 물론이다.
또한 상기 제 2 N형 전극(52) 내측에 제 3 P형 전극(63)이 배치되며, 이는 제 2 P형 전극(62)과 연결됨은 물론이다.
(실시예 2)
도 3은 본 발명의 제 2실시예에 따른 전극배치 단면구조를 나타내는 도면이며, 도 5는 종래 하나의 활성층을 가지는 발광 다이오드의 전극배치 단면구조를 나타내는 도면이고, 도 7은 도 3의 발광 다이오드에서 P형 전극의 위치에 따른 20mA 전류 인가에 대한 광출력을 나타내는 도면이며, 도 8은 도 3의 발광 다이오드에서 P형 전극의 위치에 따른 20mA 전류 인가에 대한 순전압을 나타내는 도면이다.
도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 전극배치구조는 크게 기판(1) 상에 N형 영역층(10), 활성층(30), P형 영역층(20), 투명전극(40)이 순차적으로 증착되되, 상기 N형 영역층(10)에 전원을 인가하기 위해 활성층(30), P형 영역층(20), 투명전극(40)을 식각하여 노출되는 N형 영역층(10) 상에 배치되는 N형 전극(50)과 P형 영역층(20)에 전원을 인가하기 위해 투명전극(40) 중심부 상에 배치되는 P형 전극(60)으로 구성된다.
종래 활성층(30) 영역이 하나인 경우 N형 전극(50)과 P형 전극(60)은 양단에 위치하였는데 반해 본 발명은 N형 전극(50)은 일측 단부 상에 배치되고, P형 전극(60)은 투명전극(40) 중심부 상에 배치된다.
여기서 활성층(30) 영역이 하나라 함은, 발광 다이오드(LED)가 하나의 활성층(30) 영역을 가지며 이러한 활성층(30) 영역에서 빛이 발산되도록 N형 전극(50)과 P형 전극(60)이 각각 하나로 연결되어 구비됨을 의미한다.
또한 도 3은 이러한 상기 발광 다이오드의 전극배치 단면구조를 표시한 것이며, 이러한 전극배치구조는 활성층 영역이 다수개 형성될 경우에도 적용 가능함은 물론이다.
도 7과 도 8에 도시된 바와 같이 이러한 전극배치구조에 따라 전원 인가 대비 광출력특성 및 순전압 특성을 보다 향상시키게 됨을 알 수 있다.
즉, 투명전극(40) 일단 상에 P형 전극(60)을 배치시킨 경우에서 타단의 N형 전극(50)이 배치된 타측의 투명전극(40) 상에 배치시키는 경우까지 배치위치에 따라 공급전류 대비 광출력특성 및 순전압을 측정해 본 결과 투명전극(40) 중심부 상에 P형 전극(60)을 배치시킨 경우가 가장 우수한 특성을 나타냄을 알 수 있다.
(실시예 3)
도 4a는 본 발명의 제 3실시예에 따른 전극배치 단면구조를 나타내는 도면이며, 도 4b는 도 4a에서 투명전극의 두께를 1000Å으로 한 전극배치 단면구조를 나타내는 도면이고, 도 6은 종래 두 개의 활성층을 가지는 발광 다이오드의 전극배치 단면구조를 나타내는 도면이다.
또한 도 9는 도 4a와 도 4b 및 도 6 각각에 따른 20mA 전류 인가에 대한 광출력을 나타내는 도면이며, 도 10는 도 4a와 도 4b 및 도 6 각각에 따른 20mA 전류 인가에 대한 순전압을 나타내는 도면이다.
도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 전극배치구조는 기판(1) 상에 N형 영역층(10), 활성층(30), P형 영역층(20), 투명전극(40)이 순차적으로 증착되되, 상기 N형 영역층(10)에 전원을 인가하기 위해 활성층(30), P형 영역층(20), 투명전극(40)의 중심부 상을 식각하여 노출되는 N형 영역층(10) 상에 배치되는 N형 전극(50)과 상기 N형 전극(50)으로 인해 양분되는 두 개의 투명전극(40) 각각의 중심부 상에 배치되며 P형 영역층(20)에 전원을 인가하기 위해 마련되는 P형 전극(60)으로 구성된다.
이와 같이 본 실시예에서는 활성층(30) 영역을 두개로 가지는 발광 다이오드에 있어서 전극배치구조를 중심부에 N형 전극(50)이 배치되고, 이에 양분되는 투명전극(40) 각각의 중심부 상에 P형 전극(60)을 배치하여 공급전류 대비 광출력특성 및 순전압특성을 향상시키도록 구성한다.
이와 더불어 투명전극(40)의 두께를 800Å 내지 1500Å으로 할 경우 저항이 증가되나 빛의 흡수를 감소시키면 도 9에서 보는 바와 같이 광출력을 증대시킨다.
또한 본 실시예에서는 활성층이 두 영역으로 나뉘며, 금속선이 3개인 발광 다이오드에 대해 기술하고 있으나, 이를 적용하여 활성층이 네 개인 경우에도 본 실시예에 따른 배치구조를 구성할 수 있음은 물론이다.
이에 따라 중심부에 두 개의 P형 전극이 배치되며 이 P형 전극 양측으로 N형 전극이 배치되며 이 N형 전극 양측으로 다시 P형 전극이 배치되는 구조가 된다.
따라서 단순히 N형 전극과 P형 전극이 교번되게 배치되는 종래 구성과 달리 활성층의 영역이 증대되어 광출력 효율이 보다 증대되게 되는 것이다.
상기에서 기술된 바와 같이 본 발명은 사각형상의 제 1 내지 제 3 P형 전극 과 제 1 및 제 2 N형 전극을 교차하여 내측으로 배치하되 각각의 P형 전극 및 N형 전극이 연결되도록 함으로써 기존의 전극배치 구조보다 낮은 전압으로 보다 더 높은 광출력효율과 순전압특성을 나타내는 효과가 있다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따라 한개 또는 두개 활성층을 가지는 발광 다이오드에 있어 P형 전극을 활성층 영역의 중심부 상에 배치함으로써 보다 더 높은 광출력효율과 순전압특성을 나타내는 효과가 있다.
Claims (6)
- 기판(1)상에 N형 영역층(10)과, 빛이 방출되는 활성층(30)과, P형 영역층(20)과, 투명 전극(40)이 증착되고, 외부의 전원이 인가되기 위해 N형 영역층(10)과 P형 영역층(20)에는 N형 전극(50), P형 전극(60)이 각각 배치된 발광 다이오드에 있어서,상기 P본딩패드(60a)를 포함하는 제 1 P형 전극(61)이 대면적 발광다이오드의 테두리로부터 일정간격 내측으로 이격되어 사각형상으로 배치되며, 상기 제 1 P형 전극(61) 내측으로 N본딩패드(50a)를 포함하는 제 1 N형 전극(51)이 일측 개방된 사각형상으로 배치되며, 상기 제 1 N형 전극(51) 내측으로 제 1 P형 전극(61)과 연결되는 제 2 P형 전극(62)이 일측 개방된 사각 형상으로 배치되며, 상기 제 2 P형 전극(62) 내측으로 제 1 N형 전극(51)과 연결되는 제 2 N형 전극(52)이 일측 개방된 사각 형상으로 배치되며, 상기 제 2 N형 전극(52) 내측으로 제 2 P형 전극(62)과 연결되는 제 3 P형 전극(63)이 일측 개방된 사각 형상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 전극배치구조.
- 제 1항에 있어서,상기 제 2 P형 전극(62)은 외측과 내측에 일측 개방된 P형 전극(60)이 2중으로 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 전극배치구조.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 제 1 N형 전극(51) 및 제 2 N 형 전극(52)과 제 2 P형 전극(62) 및 제 3 P형 전극(63)은 각각 상기 P본딩패드(60a)와 N본딩패드(50a)와의 이격거리에 따른 전류분배효율을 증대되도록 일측 양 모서리부가 모따기된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 전극배치구조.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1 P형 전극(61) 모서리부에는 각각 대각방향 외측으로 전극이 연장 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 전극배치구조.
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Patent Citations (4)
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