KR100983725B1 - 발광 다이오드, 발광장치, 조명장치, 디스플레이 및 신호등 - Google Patents

발광 다이오드, 발광장치, 조명장치, 디스플레이 및 신호등 Download PDF

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KR100983725B1
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유리나 세키네
요시하루 구와나
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유겐가이샤 나프라
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Abstract

[과제] 대발광량, 고발광효율, 균일한 면발광을 실현할 수 있는 비용이 염가인 발광 다이오드, 그것을 이용한 발광장치, 조명장치, 디스플레이 및 신호등을 제공하는 것.
[해결수단] 반도체 발광층(2)은 기판(1)의 일면상에 적층되어 있다. 반도체 발광층(2)에 전기에너지를 공급하는 전극(411∼444)은, 기판을 관통하여 반도체 발광층(2)에 도달하는 미세구멍(511∼544)내에 충전된 도체에 의해서 구성되어 있다.

Description

발광 다이오드, 발광장치, 조명장치, 디스플레이 및 신호등{LIGHT-EMITTING DIODE, LIGHT-EMITTING DEVICE, LIGHTING APPARATUS, DISPLAY, AND SIGNAL LIGHT}
본 발명은, 발광 다이오드, 그것을 이용한 발광장치, 조명장치, 디스플레이 및 신호등에 관한 것이다.
발광 다이오드는, 에너지 절약, 수명이 길다는 이점이 있어, 조명장치, 컬러화상 표시장치, 액정패널의 백라이트, 또는, 교통신호등 등의 광원으로서 주목받고 있다.
발광 다이오드는, 예를 들면, 청색 발광 다이오드를 예로 들면, 일본 공개특허공보 2001-210867호에 개시되어 있는 바와 같이, 사파이어로 이루어지는 기판의 표면에, 버퍼층, N형 GaN층, 활성층, P형 GaN층, 및, 투명 전극층을 차례차례 적층한 구조가 되어 있다.
투명 전극층의 일부 표면에는 P측 전극이 형성되어 있고, 또한, 투명 전극층, P형 GaN층 및 활성층의 일부를 드라이 에칭하고, N형 GaN층의 일부를 노출시켜, 이 노출한 N형 GaN층에 N측 전극을 형성한 구조가 되어 있다. 일본 공개특허공보 2009-71337호, 일본 공개특허공보 2008-153634호에도, 같은 적층 구조 및 전극 구조가 개시되어 있다.
상술한 바와 같이, 종래의 발광 다이오드에서는, P측 전극을, 발광면이 되는 투명 전극층의 표면에 형성하는 한편, 투명 전극층, P형 GaN층 및 활성층의 일부를 드라이 에칭하고, N형 GaN층의 일부를 노출시켜, 이 노출한 N형 GaN층에 N측 전극을 형성한 구조가 되어 있기 때문에, 발광면적이 P측 전극 및 N측 전극의 점유 면적분만큼, 축소되어 버린다. 이 때문에, 당연한 결과적으로, 발광량이 저하해 버리고, 발광효율도 저하한다.
또한, N측 전극을, N형 GaN층의 노출 부분에 한정적, 집중적으로 설치하는 구조이기 때문에, 이 부분에 전류가 집중하는 경향에 있어, 균일한 면발광의 방해가 된다.
또한, N측 전극을 형성하기 위한 드라이 에칭에 있어서는, ICP형 RIE장치를 이용하지 않으면 안된다. ICP형 RIE장치는, 각종 Si마이크로머시닝(MEMS) 용도를 비롯하여, 화합물 반도체 에칭에 의한 고주파 디바이스 가공이나, 알틱 에칭에 의한 박막 자기(磁氣) 헤드 가공 등에 사용되는 것이지만, 극히 고가인 것이다. 그 고액의 설비비용이 발광 다이오드의 비용 상승에 반영되어 버린다.
본 발명의 과제는, 발광량이 크고, 발광효율이 높은 발광 다이오드, 그것을 이용한 발광장치, 조명장치, 디스플레이 및 신호등을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 하나의 과제는, 전류의 면확산을 촉진하여, 균일한 면발광을 실현할 수 있는 발광 다이오드, 그것을 이용한 발광장치, 조명장치, 디스플레이 및 신호등을 제공하는 것이다.
본 발명의 더 또 하나의 과제는, 비용이 염가인 발광 다이오드, 그것을 이용한 발광장치, 조명장치, 디스플레이 및 신호등을 제공하는 것이다.
상술한 과제의 적어도 하나를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 발광 다이오드는, 기판과, 반도체 발광층과, 전극을 포함한다. 상기 반도체 발광층은, 상기 기판의 일면상에 적층되어 있다. 상기 전극은, 상기 반도체 발광층에 전기에너지를 공급하는 것으로서, 상기 기판을 관통하여 상기 반도체 발광층에 도달하는 미세구멍내에 충전된 도체에 의해서 구성되어 있다.
반도체 발광층에 전기에너지를 공급하는 전극에 관해서는, 종래는, 투명 전극층의 일부 표면에 P측 전극을 형성하고, 드라이 에칭에 의해서 노출시킨 N형 GaN층에, N측 전극을 형성한 구조가 되어 있었다. 이 때문에, 상술한 문제점이 발생하고 있었다.
본 발명에서는, 이 문제점을 해결하는 수단으로서, 전극을, 기판을 관통하여 반도체 발광층에 도달하는 미세 구멍내에 충전한 도체에 의해서 구성하였다. 이 구성에 의하면, 다음의 작용 효과를 얻을 수 있다.
(a) 전극을, 기판을 관통하여 반도체 발광층에 도달하는 미세구멍내에 충전한 도체에 의해서 구성했기 때문에, 전극을 기판의 이면 등에 도출하여, 외부 전원과 접속할 수 있다. P측 전극이든, N측 전극이든, 그것이, 발광면에 나타나는 일은 없기 때문에, 전극에 의해서, 발광면적이 축소되는 일이 없다. 이 때문에, 발광량이 크고, 발광효율이 높은 발광 다이오드를 실현할 수 있다.
(b) 반도체 발광층에 있어서의 전류의 면밀도가 미세구멍의 면밀도에 의존한다. 따라서, 반도체 발광층의 면에 대한 미세구멍의 면밀도를 고밀도화, 균일화하는 등에 의해, 투명 전극층을 갖는 일 없이, 반도체 발광층에 대한 전류의 면확산을 촉진하여, 균일한 면발광을 실현할 수 있다. 이 때문에, 투명 전극층을 생략 하여, 제조 프로세스의 간소화, 거기에 따르는 생산효율의 향상, 및, 비용저감을 달성할 수 있다. 게다가, 투명 전극층에 의한 광에너지의 손실이 없어지므로, 발광량 및 발광효율이 향상된다. 무엇보다, 투명 전극층을 배제하는 것은 아니다.
(c) 미세구멍은, 레이저 천공법 또는 화학적 천공법 등, 공지의 천공 기술을 적용하여 용이하게 뚫을 수 있다. 게다가, 전극은, 이와 같이 하여 천공된 미세구멍내에 충전된 도체에 의해서 구성되어 있기 때문에, 전극 제조에 있어서, 도체 페이스트 또는 용융 금속을, 미세구멍내에 충전하고, 또한, 가압하는 방법을 채용할 수 있다. 이 방법에 의하면, 미세구멍내에 공동(空洞)이 없는 치밀한 전극을 형성할 수 있다. 가압 상태를 유지한 채로 경화시키면, 더 양호한 결과를 얻을 수 있다.
게다가, 상술한 제조방법은, 프레스 공법에 속하는 것으로, 종래의 ICP형 RIE장치를 이용한 드라이 에칭법과 비교하여, 설비비가 현저하게 염가이고, 처리 시간도 짧게 끝난다. 따라서, 비용이 염가인 발광 다이오드를 실현할 수 있다.
미세구멍은, 바람직하게는, 소정의 면밀도로 분포시킨다. 이것에 의해, 반도체 발광층에 대한 전류의 면확산을 촉진하여, 균일한 면발광을 실현할 수 있다. 인접하는 미세구멍에 있어서, 한쪽의 미세구멍내의 전극은 P측 전극으로 하고, 다른쪽의 미세구멍내의 전극은 N측 전극으로 한다. 미세구멍은, 그 구멍지름이 ㎛오더이다.
반도체 발광층의 광출사측의 면에 투명 전극층을 갖고, 전극의 일부, 예를 들면 P측 전극의 일단부가, 투명 전극층에 접속되어 있어도 좋다. 이것에 의해, 전극 분포에 의한 전류의 면확산의 촉진과 함께, 투명 전극층에 의한 전류의 면확산의 촉진 작용을 더불어 얻을 수 있다.
발광 다이오드는, 적색 발광 다이오드, 녹색 발광 다이오드 또는 청색 발광 다이오드 중의 어느 쪽이더라도 좋고, 백색 발광 다이오드이더라도 좋다.
본 발명은, 또한, 상술한 발광 다이오드를 이용한 발광장치, 조명장치, 디스플레이(표시장치) 및 신호등을 개시한다.
이상 서술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
(a) 발광량이 크고, 발광효율이 높은 발광 다이오드, 그것을 이용한 발광장치, 조명장치, 디스플레이 및 신호등을 제공할 수 있다.
(b) 전류의 면확산을 촉진하여, 균일한 면발광을 실현할 수 있는 발광 다이오드, 그것을 이용한 발광장치, 조명장치, 디스플레이 및 신호등을 제공할 수 있다.
(c) 비용이 염가인 발광 다이오드, 그것을 이용한 발광장치, 조명장치, 디스플레이 및 신호등을 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 구성 및 이점에 대해서는, 첨부 도면을 참조하여, 더 자세하게 설명한다. 첨부 도면은, 단순히 예시에 지나지 않는다.
도 1은 본 발명에 관한 발광 다이오드의 실시형태를 나타내는 부분 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 발광 다이오드의 저면도이다.
도 3은 본 발명에 관한 발광 다이오드의 다른 실시형태를 나타내는 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명에 관한 발광 다이오드의 또 다른 실시형태를 나타내는 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명에 관한 발광 다이오드의 또 다른 실시형태를 나타내는 부분 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시한 발광 다이오드의 저면도이다.
도 7은 본 발명에 관한 발광 다이오드를 이용한 발광장치의 실시형태를 나타내는 부분 단면도이다.
도 8은 본 발명에 관한 발광 다이오드를 이용한 발광장치의 다른 실시형태를 나타내는 부분 단면도이다.
도 9는 본 발명에 관한 발광 다이오드를 이용한 발광장치의 또 다른 실시형태를 나타내는 부분 단면도이다.
도 10은 도 9에 도시한 발광장치를 평면시한 도면이다.
도 11은 본 발명에 관한 발광 다이오드를 이용한 발광장치의 또 다른 실시형태를 나타내는 부분 단면도이다.
도 12는 본 발명에 관한 발광 다이오드를 이용한 액정 디스플레이의 구성을 나타내는 부분 단면도이다.
1. 발광 다이오드
본 발명에 관한 발광 다이오드는, 기판(1)과, 반도체 발광층(2)과, 전극(411∼444)을 포함한다. 반도체 발광층(2)은, 기판(1)의 일면상에 적층되어 있다. 전극 (411∼444)은, 반도체 발광층(2)에 전기에너지를 공급하는 것으로서, 기판(1)을 관통하여 반도체 발광층(2)에 도달하는 미세구멍(511∼544)내에 충전된 도체에 의해서 구성되어 있다.
기판(1)은, 대표적으로는, 사파이어 기판(1)이다. 기판(1)의 일면상에는, 버퍼층(3)이 있어, 반도체 발광층(2)은, 버퍼층(3)을 사이에 두고, 기판(1)의 위에 탑재되어 있다.
반도체 발광층(2)은, 발광 다이오드에 있어서 주지이다. pn접합을 갖고, 대표적으로는 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체가 이용된다. 무엇보다, 공지 기술에 한정하지 않고, 지금부터 제안되는 것이 있는 화합물 반도체를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 발광 다이오드는, 적색 발광 다이오드, 녹색 발광 다이오드, 청색 발광 다이오드, 등색(橙色) 발광 다이오드 중의 어느 쪽이더라도 좋고, 백색 발광 다이오드이더라도 좋다. 그러한 발광 다이오드에 있어서, 반도체 발광층 (2)를 구성하는 반도체 재료의 일례를 이하에 나타낸다.
(a) 적색 발광 다이오드
(가) 비소(As)계의 화합물 반도체를 이용한 것
예 : AlGaAs계 적색 발광 다이오드
(나) 비소(As), 인(P)계의 화합물 반도체를 이용한 것
예 : GaAsP계 적색 발광 다이오드
(b) 녹색 발광 다이오드
(가) 인(P)계의 화합물 반도체를 이용한 것
예 : GaP계 녹색 발광 다이오드
(나) 질소(N)계의 화합물 반도체를 이용한 것
예 : GaN계 녹색 발광 다이오드
(c) 청색 발광 다이오드
질소(N)계의 화합물 반도체를 이용한 것
예 : GaN계 청색 발광 다이오드
(d) 백색 발광 다이오드
질소(N)계의 화합물 반도체를 이용한 것
예 : GaN계 백색 발광 다이오드
(e) 등색 발광 다이오드
인(P)계의 4원 혼정 화합물 반도체를 이용한 것
예 : AlGaInP계 등색 발광 다이오드
도 1 및 도 2는, 질소(N)계의 화합물 반도체를 이용한 GaN계 청색 발광다이오드의 일례를 도시하고 있다. 도면을 참조하면, 반도체 발광층(2)은, 사파이어로 이루어지는 기판(1)의 일면상에 부착된 버퍼층(3)의 위에, n형 반도체층(21), 활성층(22), p형 반도체층(23) 및 톱층(24)을, 이 순서로 적층한 구조를 갖는다. 일례이지만, n형 반도체층(21)은, Si도프 GaN층으로 구성되고, p형 반도체층(23)은 Mg도프 GaN층으로 구성된다.
활성층(22)은, GaN-InGaN등으로 이루어지는 다중자 우물 MQW(Multiple Quantum Well) 구조를 갖고, p형 반도체층(23)과 접하는 측에, Al-GaN 초격자 캡층을 구비하는 경우가 있다. 톱층(24)은, 광학적으로 투명한 광학층이면 좋고, 투명 전극층일 필요는 없다. 즉, 반도체 발광층(2)의 광출사면에 투명 전극을 갖지 않는 경우가 있다.
전극에 관해서는, 종래는, 투명 전극층의 일부 표면에 P측 전극을 형성하고, 드라이 에칭에 의해서 노출시킨 n형 GaN층에, n측 전극을 형성한 구조가 되어 있었다. 이 때문에, 이미 지적한 문제점이 발생하고 있었다.
본 발명에서는, 이 문제점을 해결하는 수단으로서, 전극(411∼444)을, 기판 (1)을 관통하여 반도체 발광층(2)에 도달하는 미세구멍(511∼544)내에 충전한 도체에 의해서 구성하였다.
미세구멍(511∼544)은, 바람직하게는, 소정의 면밀도로 분포시킨다. 이것에 의해, 미세구멍(511∼544)의 내부에 충전된 전극(411∼444)을, 종래의 투명 전극층을 대신하는 전극으로서 기능시키고, 반도체 발광층(2)에 대한 전류 면확산을 촉진하여, 균일한 면발광을 실현할 수 있다. 따라서, 발광량 및 발광효율을 개선하면서, 종래 필수였던 투명 전극층을 생략하고, 제조 프로세스를 간소화하여, 비용저감을 도모할 수 있다. 게다가, 투명 전극층에 의한 광에너지의 손실이 없어지므로, 발광량 및 발광효율이 향상된다.
실시형태에 있어서, 미세구멍(511∼544)은, 기판(1)의 면에 있어서, 소정의 피치 간격으로, 4행 4열의 매트릭스 형상으로 배치되어 있다. 행수 및 열수는 임의이다. 미세구멍(511∼544)은, 그 구멍지름이 ㎛오더이다. 피치 간격도 그러한 오더로 좋다.
상술한 발광 다이오드에 의하면, 다음의 작용 효과를 얻을 수 있다.
(a) 전극(411∼444)을, 기판(1)을 관통하여 반도체 발광층(2)에 도달하는 미세구멍(511∼544)내에 충전한 도체에 의해서 구성했기 때문에, 전극(411∼444)을 기판(1)의 이면 등에 도출하여, 외부 전원과 접속할 수 있다. p측 전극이든, n측 전극이든, 그것이, 발광면에 나타나는 일은 없기 때문에, 전극 구조에 의해, 발광면의 면적이 축소하는 일이 없다. 이 때문에, 발광량이 크고, 발광효율이 높은 발광 다이오드를 실현할 수 있다.
(b) 반도체 발광층(2)에 있어서의 전류 분포가 미세구멍(511∼544)의 분포에 의존한다. 따라서, 반도체 발광층(2)의 면에 대한 미세구멍(511∼544)의 면분포를 고밀도화, 균일화하는 등에 의해, 반도체 발광층(2)에 대한 전류의 면확산을 촉진하고, 전류 분포를 균일화하여, 균일한 면발광을 실현할 수 있다. 무엇보다, 투명 전극층을 배제하는 것은 아니다.
(c) 미세구멍(511∼544)은, 레이저 천공법 또는 화학적 천공법 등, 공지의 천공기술을 적용하여 용이하게 뚫을 수 있다. 게다가, 전극(411∼444)은, 이와 같이 하여 천공된 미세구멍(511∼544) 내에 충전된 도체에 의해서 구성되어 있기 때문에, 전극 제조에 있어서, 도체 페이스트 또는 용융 금속을, 미세구멍(511∼544)내에 충전하고, 또한, 가압하는 방법을 채용할 수 있다. 이 방법에 의하면, 미세구멍(511∼544)내에 공동이 없는 치밀한 전극(411∼444)을 형성할 수 있다. 가압 상태를 유지한 채로 경화시키면, 더 양호한 결과를 얻을 수 있다.
상술한 가압 충전 제조방법은, 프레스 공법에 속하는 것으로, 종래의 ICP형 RIE장치를 이용한 드라이 에칭법과 비교하여, 설비비가 현저하게 염가이고, 처리시간도 짧게 끝난다. 따라서, 비용이 염가인 발광 다이오드를 실현할 수 있다.
전극(411∼444)은, 상술한 바와 같이, 도체 페이스트를 이용하여 형성할 수도 있지만, 전기적 특성의 향상 및 전극 자체의 품질의 향상 등의 관점으로부터, 용융 금속을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. 이 경우에 이용되는 금속재료의 주된 것으로서는, 비스머스(Bi), 인듐(In), 주석(Sn) 및 동(Cu)을 예시할 수 있다. 특히, 비스머스(Bi)를 함유시키면, 비스머스(Bi)가 갖는 응고시의 체적 팽창 특성에 의해, 미세구멍(511∼544)의 내부에서, 공동이나 공극이 발생하는 일이 없는 치밀한 전극(411∼444)을 형성할 수 있다. 용융 금속으로서는, 상술한 금속재료를 이용하여, 입자지름 1㎛ 이하, 결정지름이 200nm 이하의 다결정체의 집합체로 이루어지는 입자(나노입자)의 분체를 용융한 것을 이용할 수 있다.
미세구멍(511∼544) 중, 서로 인접하는 미세구멍, 예를 들면, 미세구멍(512)과, 미세구멍(511,513)에 있어서, 한쪽의 미세구멍(511,513)내의 전극(411,413)은 p측 전극으로 하고, 다른쪽의 미세구멍(512)내의 전극(412)은 n측 전극으로 한다. 도 2에 있어서, 사선을 실시한 전극이 p측 전극이고, 그 이외는 n측 전극이 된다.
p측 전극이 되는 전극(411,413)은, 기판(1)을 관통하고, 또한, 버퍼층(3), n형 반도체층(21) 및 활성층(22)을 관통하여, 선단이 p형 반도체층(23)에 파고들어가고 있다. 전극(411,413)은, 전기 절연의 필요한 영역이, 절연막(6)에 의해서 덮여져 있다. n측 전극이 되는 전극(412)은, 기판(1) 및 버퍼층을 관통하여, 선단이 n형 반도체층에 파고들어 멈추어 있다.
도 3에는, 본 발명에 관한 발광 다이오드의 다른 실시형태가 도시되어 있다. 도면에서, 도 1 및 도 2에 도시된 구성부분과 대응하는 부분에 대해서는, 동일한 참조부호를 붙이고, 중복 설명을 생략한다.
도 3에 도시하는 실시형태의 특징은, n형 반도체층(21)이, 비도프 GaN층 (211)과, Si도프 GaN층(212)을 적층한 구조로 되어 있는 것이다.
미세구멍(511∼544) 중, 서로 인접하는 미세구멍, 예를 들면, 미세구멍(512)과, 미세구멍(511,513)에 대해서 설명하면, 미세구멍(511,513)의 내부에 충전된 전극(411,413)은, 기판(1), 버퍼층(3), n형 반도체층(21) 및 활성층(22)을 관통하여, 선단이 p형 반도체층(23)에 파고들어가 있다.
한편, n측 전극이 되는 전극(412)은, 기판(1), 버퍼층(3) 및 비도프 GaN층 (211)을 관통하여, 선단이 Si도프 GaN층(212)에 파고들어 멈추어 있다.
도 4에는, 본 발명에 관한 발광 다이오드의 또 다른 실시형태가 도시되어 있다. 도면에서, 도 1및 도 2에 도시된 구성부분과 대응하는 부분에 대해서는, 동일한 참조부호를 붙이고, 중복 설명을 생략한다.
이 실시형태의 특징은, 반도체 발광층(2)의 광출사측의 면에 설치되어 있는 톱층(24)이, 광학적으로 투명한 투명 전극층으로 이루어지는 점이다. 전극(411∼444) 중, P측 전극(411,413)의 일단부는, 투명 전극층(24)에 접속되어 있다. 이것에 의해, 전극(411∼444) 분포에 의한 전류의 면확산의 촉진과 함께, 투명 전극층 (24)에 의한 전류의 면확산의 촉진 작용을 더불어 얻을 수 있다.
다음에, 도 5 및 도 6을 참조하면, 발광면적이 큰 발광 다이오드가 도시되어 있다. 도면에서, 도 1 및 도 2에 도시된 구성부분과 대응하는 부분에 대해서는, 동일한 참조부호를 붙이고, 중복 설명을 생략한다.
도 5 및 도 6의 실시형태에서는, 미세구멍(511∼5NM)은, 기판(1)의 면에 있어서, 소정의 피치 간격으로, M행 N열의 매트릭스 형상으로 배치되어 있다. 따라서, 미세구멍(511∼5NM)의 내부에 형성되는 전극(411∼4NM)도, M행 N열의 매트릭스 형상 배치가 되어, 행수 M 및 열수 N에 거의 비례하는 큰 발광면적 및 발광량을 확보할 수 있다.
2. 발광장치
본 발명은, 2가지 형태에 관한 발광장치를 개시한다.
(1) 제 1 형태에 관한 발광장치
도 7을 참조하면, 제 1 형태에 관한 발광장치는, 발광 다이오드 LED와, 형광체(8)를 포함한다. 발광 다이오드 LED는, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 본 발명에 관한 발광 다이오드이다. 형광체(8)는, 발광 다이오드 LED의 광출사측에 설치되어, 발광 다이오드 LED의 발광과는 다른 색광을 발광한다.
예를 들면, 발광 다이오드 LED로서 청색 발광 다이오드를 이용하고, 형광체 (8)로서 청색 발광 다이오드가 발하는 청색광에 대해서 보색광을 발광하는 것을 이용한 경우에는, 백색광(가시광선)을 얻을 수 있다. 청색 발광 다이오드로서, GaN계 화합물 반도체가 이용되는 경우, 대응하는 형광체(8)로서 YAG계 형광체(8)가 이용된다.
무엇보다, 발광장치로서의 발색광은, 발광 다이오드 LED의 타입과 형광체(8)의 광학적 성질에 의해서, 광범위하게 설정할 수 있으므로, 백색광에 한정되는 것은 아니다.
발광 다이오드 LED는, 마더보드(9)의 일면상에 탑재되어 있고, 마더보드(9)의 타면측에는, 전극(411∼414) 등에 급전하기 위한 단자(10,11)가 구비되어 있다. 형광체(8)는, 마더보드(9)의 일면상에서 발광 다이오드 LED를, 이른바 '탄환형상'으로 덮여져 있다.
또한, 도 8을 참조하면, 도 7에 도시된 발광장치와 비교하여, 발광면적의 극히 큰 발광장치가 도시되어 있다. 이 발광장치는, 면발광 디바이스로서 적합한 것이다. 발광 다이오드 LED는, 도 5 및 도 6 등에서 설명한 바와 같이, 미세구멍(511∼5MN) 및 전극(411∼4MN)을, M행 N열로 배치한 것으로, 대면적의 발광면을 확보할 수 있다. 이 대면적의 발광 다이오드 LED의 광출사측(발광면측)에, 발광 다이오드 LED의 발광과는 다른 색광을 발광하는 형광체(8)가 설치되어 있다.
발광 다이오드 LED로서, 청색 발광 다이오드를 이용하고, 형광체(8)로서, 청색 발광 다이오드가 발하는 청색광에 대해서 보색광을 발광하는 것을 이용한 경우에는, 조명장치 또는 액정 백라이트 등에 극히 유용한 대면적의 백색광(가시광선)의 발광장치를 얻을 수 있다.
(2) 제 2 형태에 관한 발광장치
제 2 형태에 관한 발광장치는, 도 9 내지 도 11에 도시되어 있다. 우선, 도 9, 도 10을 참조하면, 적색 발광 다이오드 R과, 녹색 발광 다이오드 G와, 청색 발광 다이오드 B와의 조합을 포함한다. 이 발광장치는, 빛의 3원색인 적색, 녹색 및 청색의 각 발광 다이오드 R, G, B를 조합(1셀로 하여)하여, 백색광을 얻는 것이다.
적색 발광 다이오드 R, 녹색 발광 다이오드 G 및 청색 발광 다이오드 B는, 모두, 본 발명에 관한 발광 다이오드이다.
다음에, 도 11을 참조하면, 적색, 녹색 및 청색의 각 발광 다이오드 R, G, B를 조합하여 1셀로 하고, 이 발광 다이오드 셀(C11∼CMN)을, M행 N열로 배치한 것으로, 대면적의 발광면을 갖는 백색광의 발광장치가 된다.
3. 조명장치
본 발명에 관한 조명장치는, 도 7 내지 도 11에 도시한 발광장치를 이용하여 구성할 수 있다. 도 7에 도시한 발광장치를 이용한 경우에는, 그 복수개를 배열하여, 중간색 광, 백색광을 발생시킨다. 발광장치는, 매트릭스 형상(가로 세로 형상)으로 좁은 피치로 배열하는 것이 바람직하다.
다음에, 도 8에 도시한 발광장치를 이용하는 경우는, 발광장치 자체가 대면적화 되어 있으므로, 그대로 이용하고, 중간색 광, 백색광을 발생시킬 수 있다. 더 대면적화하기 위해서는, 도 8에 도시된 발광장치의 복수개를, 가로 또는 세로로 나열해 가면 좋다.
도 9 및 도 10에 도시한 발광장치를 이용하는 경우는, 그 복수개를 배열하고, 중간색 광, 백색광을 발생시킨다. 발광장치는, 매트릭스 형상(가로 세로 형상)에 좁은 피치로 배열하는 것이 바람직하다.
도 11에 도시한 발광장치를 이용하는 경우는, 발광장치 자체가 대면적화 되어 있으므로, 그대로 이용하여, 중간색 광, 백색광을 발생시킬 수 있다. 더 대면적화하기 위해서는, 도 11에 도시된 발광장치의 복수개를, 가로 또는 세로로 나열해 가면 좋다.
4. 디스플레이
본 발명에 관한 디스플레이(표시장치)는, 액정 디스플레이와 발광 다이오드 디스플레이를 포함하고 있다.
(1) 액정 디스플레이
도 12를 참조하면, 액정 디스플레이는, 액정패널(12)과, 백라이트(13)를 갖는다. 백라이트(13)는, 도 7 내지 도 11에 도시한 발광장치를 이용한 본 발명에 관한 조명장치로 이루어지고, 액정패널(12)을, 그 배면으로부터 조명한다. 도 12는, 도 8에 도시한 발광장치를 이용한 경우를 예시하고 있다.
(2) 발광 다이오드 디스플레이
본 발명에 관한 발광 다이오드 디스플레이는, 복수의 발광장치를 배열한 것이다. 발광장치는, 바람직하게는, 도 11에 도시한 발광장치이다. 즉, 적색 발광 다이오드 R과, 녹색 발광 다이오드 G와, 청색 발광 다이오드 B와의 조합(1셀로 하여)을 포함하고 있다. 적색 발광 다이오드 R, 녹색 발광 다이오드 G 및 청색 발광 다이오드 B는, 모두 본 발명에 관한 발광 다이오드이다. 1셀내에서, 도트 형상으로 배열된 적색, 녹색 및 청색의 각 발광 다이오드 R, G, B를, 개별적으로 구동하고, 원하는 컬러화상을 표시한다.
5. 신호등
본 발명에 관한 신호등은, 발광 다이오드를 배열한 것이다. 발광 다이오드 LED는, 본 발명에 관한 것이다. 필요한 신호등색 광은, 발광 다이오드의 타입, 및, 그것과 형광체(8)와의 조합에 의해서 실현될 수 있다.
이상, 바람직한 실시형태를 참조하여 본 발명의 내용을 구체적으로 설명했지만, 본 발명의 기본적 기술사상 및 교시에 기초하여, 당업자라면, 여러 가지 변형 형태를 채용할 수 있는 것은 자명하다.
1 : 기판
2 : 반도체 발광층
411∼4MN : 전극
511∼5MN : 미세구멍

Claims (18)

  1. 기판과, 반도체 발광층과, 전극을 포함한 발광 다이오드로서,
    상기 반도체 발광층은, 상기 기판의 일면상에 적층되어 있고,
    상기 전극은, 상기 기판을 관통하여 상기 반도체 발광층에 도달하는 미세구멍내에 충전된 도체에 의해서 구성되어 있고,
    상기 반도체 발광층은, 차례차례 적층된 n형 반도체층 및 p형 반도체층을 포함하고 있고,
    상기 전극은, n측 전극 및 p측 전극을 포함하고 있고,
    상기 n측 전극 및 상기 p측 전극의 한쪽은, 상기 p형 반도체층 및 상기 n형 반도체층 중, 상기 기판측에 위치하고, 또한, 자신이 접속되지 않은 한쪽의 반도체층을 관통하여, 그 선단이 다른쪽의 반도체층에 파고들어 멈추어 있고,
    상기 n측 전극 및 상기 p측 전극의 다른쪽은, 상기 기판의 상기 일면과는 반대측의 타면측으로부터 상기 기판을 관통하여, 그 선단이, 상기 기판측에 위치하는 상기 한쪽의 반도체층에 파고들어 멈추어 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세구멍은, 소정의 면밀도로 분포되어 있고,
    상기 미세구멍의 내부에 충전된 상기 n측 전극 및 상기 p측 전극은, 상기 n형 반도체층 및 상기 p형 반도체층에 대한 전류 면확산 전극으로서 기능하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  3. 발광 다이오드와, 형광체를 포함한 발광장치로서,
    상기 발광 다이오드는, 기판과, 반도체 발광층과, 전극을 포함하고 있고,
    상기 반도체 발광층은, 상기 기판의 일면상에 적층되어 있고,
    상기 전극은, 상기 기판을 관통하여 상기 반도체 발광층에 도달하는 미세구멍내에 충전된 도체에 의해서 구성되어 있고,
    상기 반도체 발광층은, 차례차례 적층된 n형 반도체층 및 p형 반도체층을 포함하고 있고,
    상기 전극은, n측 전극 및 p측 전극을 포함하고 있고,
    상기 n측 전극 및 상기 p측 전극의 한쪽은, 상기 p형 반도체층 및 상기 n형 반도체층 중, 상기 기판측에 위치하고, 또한, 자신이 접속되지 않은 한쪽의 반도체층을 관통하여, 그 선단이 다른쪽의 반도체층에 파고들어 멈추어 있고,
    상기 n측 전극 및 상기 p측 전극의 다른쪽은, 상기 기판의 상기 일면과는 반대측의 타면측으로부터 상기 기판을 관통하여, 그 선단이, 상기 기판측에 위치하는 상기 한쪽의 반도체층에 파고들어 멈추어 있고,
    상기 형광체는, 상기 발광 다이오드의 광출사측에 설치되고, 상기 발광 다이오드의 발광과는 다른 색광을 발광하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드의 상기 미세구멍은, 소정의 면밀도로 분포되어 있고,
    상기 미세구멍의 내부에 충전된 상기 n측 전극 및 상기 p측 전극은, 상기 n형 반도체층 및 상기 p형 반도체층에 대한 전류 면확산 전극으로서 기능하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  5. 적색 발광 다이오드와, 녹색 발광 다이오드와, 청색 발광 다이오드와의 조합을 포함한 발광장치로서,
    상기 적색 발광 다이오드, 상기 녹색 발광 다이오드 및 청색 발광 다이오드의 각각은, 기판과, 반도체 발광층과, 전극을 포함하고 있고,
    상기 반도체 발광층은, 상기 기판의 일면상에 적층되어 있고,
    상기 전극은, 상기 기판을 관통하여 상기 반도체 발광층에 도달하는 미세구멍내에 충전된 도체에 의해서 구성되어 있고,
    상기 반도체 발광층은, 차례차례 적층된 n형 반도체층 및 p형 반도체층을 포함하고 있고,
    상기 전극은, n측 전극 및 p측 전극을 포함하고 있고,
    상기 n측 전극 및 상기 p측 전극의 한쪽은, 상기 p형 반도체층 및 상기 n형 반도체층 중, 상기 기판측에 위치하고, 또한, 자신이 접속되지 않은 한쪽의 반도체층을 관통하여, 그 선단이 다른쪽의 반도체층에 파고들어 멈추어 있고,
    상기 n측 전극 및 상기 p측 전극의 다른쪽은, 상기 기판의 상기 일면과는 반대측의 타면측으로부터 상기 기판을 관통하여, 그 선단이, 상기 기판측에 위치하는 상기 한쪽의 반도체층에 파고들어 멈추어 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 적색 발광 다이오드, 상기 녹색 발광 다이오드 및 청색 발광 다이오드의 각각의 상기 미세구멍은, 소정의 면밀도로 분포되어 있고,
    상기 미세구멍의 내부에 충전된 상기 n측 전극 및 상기 p측 전극은, 상기 n형 반도체층 및 상기 p형 반도체층에 대한 전류 면확산 전극으로서 기능하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  7. 복수의 발광장치를 배열한 조명장치로서, 상기 발광장치는, 발광 다이오드와, 형광체를 포함하고 있고,
    상기 발광 다이오드는, 기판과, 반도체 발광층과, 전극을 포함하고 있고,
    상기 반도체 발광층은, 상기 기판의 일면상에 적층되어 있고,
    상기 전극은, 상기 기판을 관통하여 상기 반도체 발광층에 도달하는 미세구멍내에 충전된 도체에 의해서 구성되어 있고,
    상기 반도체 발광층은, 차례차례 적층된 n형 반도체층 및 p형 반도체층을 포함하고 있고,
    상기 전극은, n측 전극 및 p측 전극을 포함하고 있고,
    상기 n측 전극 및 상기 p측 전극의 한쪽은, 상기 p형 반도체층 및 상기 n형 반도체층 중, 상기 기판측에 위치하고, 또한, 자신이 접속되지 않은 한쪽의 반도체층을 관통하여, 그 선단이 다른쪽의 반도체층에 파고들어 멈추어 있고,
    상기 n측 전극 및 상기 p측 전극의 다른쪽은, 상기 기판의 상기 일면과는 반대측의 타면측으로부터 상기 기판을 관통하여, 그 선단이, 상기 기판측에 위치하는 상기 한쪽의 반도체층에 파고들어 멈추어 있고,
    상기 형광체는, 상기 발광 다이오드의 광출사측에 설치되고, 상기 발광 다이오드의 발광과는 다른 색광을 발광하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드의 상기 미세구멍은, 소정의 면밀도로 분포되어 있고,
    상기 미세구멍의 내부에 충전된 상기 n측 전극 및 상기 p측 전극은, 상기 n형 반도체층 및 상기 p형 반도체층에 대한 전류 면확산 전극으로서 기능하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  9. 복수의 발광장치를 배열한 조명장치로서,
    상기 발광장치의 각각은, 적색 발광 다이오드와, 녹색 발광 다이오드와, 청색 발광 다이오드와의 조합을 포함하고 있고,
    상기 적색 발광 다이오드, 상기 녹색 발광 다이오드 및 청색 발광 다이오드의 각각은, 기판과, 반도체 발광층과, 전극을 포함하고 있고,
    상기 반도체 발광층은, 상기 기판의 일면상에 적층되어 있고,
    상기 전극은, 상기 기판을 관통하여 상기 반도체 발광층에 도달하는 미세구멍내에 충전된 도체에 의해서 구성되어 있고,
    상기 반도체 발광층은, 차례차례 적층된 n형 반도체층 및 p형 반도체층을 포함하고 있고,
    상기 전극은, n측 전극 및 p측 전극을 포함하고 있고,
    상기 n측 전극 및 상기 p측 전극의 한쪽은, 상기 p형 반도체층 및 상기 n형 반도체층 중, 상기 기판측에 위치하고, 또한, 자신이 접속되지 않은 한쪽의 반도체층을 관통하여, 그 선단이 다른쪽의 반도체층에 파고들어 멈추어 있고,
    상기 n측 전극 및 상기 p측 전극의 다른쪽은, 상기 기판의 상기 일면과는 반대측의 타면측으로부터 상기 기판을 관통하여, 그 선단이, 상기 기판측에 위치하는 상기 한쪽의 반도체층에 파고들어 멈추어 있는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드의 상기 미세구멍은, 소정의 면밀도로 분포되어 있고,
    상기 미세구멍의 내부에 충전된 상기 n측 전극 및 상기 p측 전극은, 상기 n형 반도체층 및 상기 p형 반도체층에 대한 전류 면확산 전극으로서 기능하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  11. 액정패널과 백라이트를 갖는 액정 디스플레이로서,
    상기 백라이트는, 복수의 발광장치를 배열한 조명장치이며,
    상기 발광장치는, 발광 다이오드와, 형광체를 포함하고 있고,
    상기 발광 다이오드는, 기판과, 반도체 발광층과, 전극을 포함하고 있고,
    상기 반도체 발광층은, 상기 기판의 일면상에 적층되어 있고,
    상기 전극은, 상기 기판을 관통하여 상기 반도체 발광층에 도달하는 미세구멍내에 충전된 도체에 의해서 구성되어 있고,
    상기 반도체 발광층은, 차례차례 적층된 n형 반도체층 및 p형 반도체층을 포함하고 있고,
    상기 전극은, n측 전극 및 p측 전극을 포함하고 있고,
    상기 n측 전극 및 상기 p측 전극의 한쪽은, 상기 p형 반도체층 및 상기 n형 반도체층 중, 상기 기판측에 위치하고, 또한, 자신이 접속되지 않은 한쪽의 반도체층을 관통하여, 그 선단이 다른쪽의 반도체층에 파고들어 멈추어 있고,
    상기 n측 전극 및 상기 p측 전극의 다른쪽은, 상기 기판의 상기 일면과는 반대측의 타면측으로부터 상기 기판을 관통하여, 그 선단이, 상기 기판측에 위치하는 상기 한쪽의 반도체층에 파고들어 멈추어 있고,
    상기 형광체는, 상기 발광 다이오드의 광출사측에 설치되고, 상기 발광 다이오드의 발광과는 다른 색광을 발광하는 것이고,
    상기 백라이트는, 상기 액정패널을, 그 배면으로부터 조명하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드의 상기 미세구멍은, 소정의 면밀도로 분포되어 있고,
    상기 미세구멍의 내부에 충전된 상기 n측 전극 및 상기 p측 전극은, 상기 n형 반도체층 및 상기 p형 반도체층에 대한 전류 면확산 전극으로서 기능하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  13. 액정패널과 백라이트를 갖는 액정 디스플레이로서,
    상기 백라이트는, 복수의 발광장치를 배열한 조명장치이며,
    상기 발광장치의 각각은, 적색 발광 다이오드와, 녹색 발광 다이오드와, 청색 발광 다이오드와의 조합을 포함하고 있고,
    상기 적색 발광 다이오드, 상기 녹색 발광 다이오드 및 청색 발광 다이오드의 각각은, 기판과, 반도체 발광층과, 전극을 포함하고 있고,
    상기 반도체 발광층은, 상기 기판의 일면상에 적층되어 있고,
    상기 전극은, 상기 기판을 관통하여 상기 반도체 발광층에 도달하는 미세구멍내에 충전된 도체에 의해서 구성되어 있고,
    상기 반도체 발광층은, 차례차례 적층된 n형 반도체층 및 p형 반도체층을 포함하고 있고,
    상기 전극은, n측 전극 및 p측 전극을 포함하고 있고,
    상기 n측 전극 및 상기 p측 전극의 한쪽은, 상기 p형 반도체층 및 상기 n형 반도체층 중, 상기 기판측에 위치하고, 또한, 자신이 접속되지 않은 한쪽의 반도체층을 관통하여, 그 선단이 다른쪽의 반도체층에 파고들어 멈추어 있고,
    상기 n측 전극 및 상기 p측 전극의 다른쪽은, 상기 기판의 상기 일면과는 반대측의 타면측으로부터 상기 기판을 관통하여, 그 선단이, 상기 기판측에 위치하는 상기 한쪽의 반도체층에 파고들어 멈추어 있고,
    상기 백라이트는, 상기 액정패널을, 그 배면으로부터 조명하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드의 상기 미세구멍은, 소정의 면밀도로 분포되어 있고,
    상기 미세구멍의 내부에 충전된 상기 n측 전극 및 상기 p측 전극은, 상기 n형 반도체층 및 상기 p형 반도체층에 대한 전류 면확산 전극으로서 기능하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  15. 복수의 발광장치를 배열한 발광 다이오드 디스플레이로서,
    상기 발광장치의 각각은, 적색 발광 다이오드와, 녹색 발광 다이오드와, 청색 발광 다이오드와의 조합을 포함하고 있고,
    상기 적색 발광 다이오드, 상기 녹색 발광 다이오드 및 청색 발광 다이오드의 각각은, 기판과, 반도체 발광층과, 전극을 포함하고 있고,
    상기 반도체 발광층은, 상기 기판의 일면상에 적층되어 있고,
    상기 전극은, 상기 기판을 관통하여 상기 반도체 발광층에 도달하는 미세구멍내에 충전된 도체에 의해서 구성되어 있고,
    상기 반도체 발광층은, 차례차례 적층된 n형 반도체층 및 p형 반도체층을 포함하고 있고,
    상기 전극은, n측 전극 및 p측 전극을 포함하고 있고,
    상기 n측 전극 및 상기 p측 전극의 한쪽은, 상기 p형 반도체층 및 상기 n형 반도체층 중, 상기 기판측에 위치하고, 또한, 자신이 접속되지 않은 한쪽의 반도체층을 관통하여, 그 선단이 다른쪽의 반도체층에 파고들어 멈추어 있고,
    상기 n측 전극 및 상기 p측 전극의 다른쪽은, 상기 기판의 상기 일면과는 반대측의 타면측으로부터 상기 기판을 관통하여, 그 선단이, 상기 기판측에 위치하는 상기 한쪽의 반도체층에 파고들어 멈추어 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 디스플레이.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 적색 발광 다이오드, 상기 녹색 발광 다이오드 및 청색 발광 다이오드의 각각의 상기 미세구멍은, 소정의 면밀도로 분포되어 있고,
    상기 미세구멍의 내부에 충전된 상기 n측 전극 및 상기 p측 전극은, 상기 n형 반도체층 및 상기 p형 반도체층에 대한 전류 면확산 전극으로서 기능하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 디스플레이.
  17. 발광 다이오드를 배열한 신호등으로서,
    상기 발광 다이오드는, 기판과, 반도체 발광층과, 전극을 포함하고 있고,
    상기 반도체 발광층은, 상기 기판의 일면상에 적층되어 있고,
    상기 전극은, 상기 기판을 관통하여 상기 반도체 발광층에 도달하는 미세구멍내에 충전된 도체에 의해서 구성되어 있고,
    상기 반도체 발광층은, 차례차례 적층된 n형 반도체층 및 p형 반도체층을 포함하고 있고,
    상기 전극은, n측 전극 및 p측 전극을 포함하고 있고,
    상기 n측 전극 및 상기 p측 전극의 한쪽은, 상기 p형 반도체층 및 상기 n형 반도체층 중, 상기 기판측에 위치하고, 또한, 자신이 접속되지 않은 한쪽의 반도체층을 관통하여, 그 선단이 다른쪽의 반도체층에 파고들어 멈추어 있고,
    상기 n측 전극 및 상기 p측 전극의 다른쪽은, 상기 기판의 상기 일면과는 반대측의 타면측으로부터 상기 기판을 관통하여, 그 선단이, 상기 기판측에 위치하는 상기 한쪽의 반도체층에 파고들어 멈추어 있는 것을 특징으로 하는 신호등.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드의 상기 미세구멍은, 소정의 면밀도로 분포되어 있고,
    상기 미세구멍의 내부에 충전된 상기 n측 전극 및 상기 p측 전극은, 상기 n형 반도체층 및 상기 p형 반도체층에 대한 전류 면확산 전극으로서 기능하는 것을 특징으로 하는 신호등.


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