KR101115541B1 - 복수개의 발광셀들을 갖는 발광 다이오드 - Google Patents

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Abstract

복수개의 발광셀들을 갖는 발광 다이오드가 개시된다. 이 발광 다이오드는 기판 상에 위치하는 복수개의 발광셀들 및 복수개의 발광셀들을 연결하는 배선들을 포함한다. 복수개의 발광셀들은, 상기 기판의 가장자리들 근처에 배치된 외부 발광셀들 및 외부 발광셀들에 의해 둘러싸인 내부 발광셀들을 포함한다. 한편, 상기 외부 발광셀들 각각의 수평 단면은 이웃하는 발광셀에 인접하여 위치하는 내측 가장자리와 상기 내측 가장자리에 연결된 외측 가장자리를 포함하고, 외부 발광셀들의 외측 가장자리는 기판의 어느 가장자리에 대해서도 비평행이다. 이에 따라, 외부 발광셀들의 측면에서 내부 전반사에 의한 광 손실을 감소시킬 수 있어 광 추출 효율을 향상시킬 수 있는 발광 다이오드를 제공할 수 있다.

Description

복수개의 발광셀들을 갖는 발광 다이오드{LIGHT EMITTING DIODE HAVING A PLURALITY OF LIGHT EMITTING CELLS}
본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 복수개의 발광셀들을 갖는 발광 다이오드에 관한 것이다.
발광 다이오드는 전계발광 반도체 소자로서, 전자와 정공의 재결합에 의하여 빛을 발산한다. 이러한 발광 다이오드는 표시소자 및 백라이트로서 널리 이용되고 있으며, 기존의 전구 또는 형광등에 비해 소모 전력이 작고 수명이 길어, 백열전구 및 형광등을 대체하여 일반 조명 용도로 그 사용 영역을 넓히고 있다.
일반적으로, 발광 다이오드는 순방향 전류가 흐를 때 구동되므로 교류 전원 하에서 전류의 방향에 따라 온/오프를 반복한다. 따라서, 발광 다이오드를 교류 전원에 직접 연결하여 사용할 경우, 발광 다이오드가 연속적으로 빛을 방출하지 못하며, 역방향 전류에 의해 쉽게 파손되는 문제점이 있다. 나아가, 단일의 발광 다이오드는 일정한 순방향 전압하에서 구동되므로, 고전압하에서 구동될 수 없는 문제점이 있다.
이러한 발광 다이오드의 문제점을 해결하여, 고전압 교류 전원에 직접 연결하여 사용할 수 있는 발광 다이오드가 국제공개번호 WO 2004/023568(Al)호에 "발광 성분들을 갖는 발광소자"(LIGHT-EMITTING DEVICE HAVING LIGHT-EMITTING ELEMENTS)라는 제목으로 사카이 등(SAKAI et. al.)에 의해 개시된 바 있으며, 이 밖에도 다양한 구조의 발광 다이오드들이 개발되고 있다.
상기 WO 2004/023568(Al)호에 따르면, 대체로 직사각형 형상을 갖는 LED 요소들(이하, 발광셀들)이 사파이어 기판과 단일 기판상에서 금속배선들에 의해 2차원적으로 직렬연결된 LED 어레이들을 형성한다. 이러한 두 개의 LED 어레이들이 상기 기판상에서 역병렬로 연결되어, AC 전원 공급기에 의해 연속적으로 광을 방출할 수 있으며, 복수개의 발광셀들을 직렬 연결함으로써 상대적으로 고전압하에서 구동될 수 있다.
그러나, 상기 WO 2004/023568(Al)호는 직사각형 형상의 발광셀들을 사용함으로써, 발광셀에서 생성된 광이 발광셀의 측면을 통해 방출될 때, 내부 전반사가 발생되고, 이에 따라, 광 손실이 발생되기 쉽다.
특허문헌 1: 국제공개번호 WO 2004/023568(Al)
본 발명이 해결하려는 과제는, 발광셀의 측면에서 발생되는 내부 전반사에 의한 광 손실을 감소시켜 광 추출 효율을 향상시킬 수 있는 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 내부 전반사에 의한 광 손실을 감소시켜 광 추출 효율을 향상시킬 수 있는 고전압 구동용 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드는, 기판; 상기 기판 상에 위치하는 복수개의 발광셀들; 및 상기 복수개의 발광셀들을 연결하는 배선들을 포함한다. 또한, 상기 복수개의 발광셀들은, 상기 기판의 가장자리들 근처에 배치된 외부 발광셀들 및 상기 외부 발광셀들에 의해 둘러싸인 내부 발광셀들을 포함한다. 나아가, 상기 외부 발광셀들 각각의 수평 단면은 이웃하는 발광셀에 인접하여 위치하는 내측 가장자리와 상기 내측 가장자리에 연결된 외측 가장자리를 포함하고, 상기 외부 발광셀들의 외측 가장자리는 상기 기판의 어느 가장자리에 대해서도 비평행이다.
내부 발광셀의 측면을 통해 방출된 광은 내부 발광셀에 인접한 발광셀, 예컨대 외부 발광셀로 진행하여 외부 발광셀로 입사될 수 있다. 외부 발광셀로 입사된 광은 외부 발광셀을 투과하여 외부로 방출될 수 있으나, 외부 발광셀에 흡수되어 손실될 수 있다. 따라서, 내부 발광셀의 수평단면을 직사각형 형상으로 유지하여 그 측면을 통한 광 방출을 억제할 수 있다. 한편, 외부 발광셀의 수평 단면의 외측 가장자리가 내부 발광셀의 가장자리에 대해 비평행이므로, 외부 발광셀의 외측 측면에서 내부 전반사에 의한 광 손실을 감소시킬 수 있으며, 따라서 발광 다이오드의 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 기판 또한 직사각형 형상을 가질 수 있으며, 상기 복수개의 발광셀들은 상기 기판의 가장자리로 둘러싸인 영역 상에 위치할 수 있다. 나아가, 상기 기판의 가장자리들은 각각 상기 내부 발광셀의 수평 단면의 대응되는 가장자리와 평행할 수 있다. 따라서, 상기 외부 발광셀들의 외측 가장자리는 그것이 인접한 상기 기판의 가장자리에 대해서도 비평행이다.
한편, 상기 외부 발광셀들의 내측 가장자리는 상기 내부 발광셀의 수평 단면의 가장자리들 중 적어도 하나의 가장자리에 평행할 수 있다. 따라서, 외부 발광셀들에서 생성된 광이 그 내측 측면을 통해 방출되어 인접한 발광셀로 입사되는 것을 억제할 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 외부 발광셀들의 외측 가장자리는 볼록한 형상을 가질 수 있다. 나아가, 상기 외부 발광셀들의 외측 가장자리들은 전체적으로 원형 또는 타원형 형상을 이룰 수 있다. 상기 외측 가장자리가 볼록한 형상을 갖도록 함으로써 외부 발광셀의 외측 측면에서 발생되는 내부 전반사를 상당히 감소시킬 수 있다.
상기 발광 다이오드는 전극 패드들을 더 포함할 수 있다. 상기 전극 패드들은 상기 원형 또는 타원형 형상 내부에 위치할 수 있으며, 전극 패드들이 상기 원형 또는 타원형 형상의 일부를 구성할 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 외부 발광셀들 각각의 외측 가장자리는 직선 형상일 수 있다. 나아가, 하나의 외부 발광셀의 외측 가장자리는 그것에 이웃한 외부 발광셀의 외측 가장자리에 대해 반대 방향으로 경사져서 상기 외부 발광셀들의 외측 가장자리들이 전체적으로 요철 형상을 이룰 수 있다. 이와 달리, 하나의 외부 발광셀의 외측 가장자리는 그것에 이웃한 외부 발광셀의 외측 가장자리에 대해 동일 방향으로 경사져서 상기 외부 발광셀들의 외측 가장자리들이 전체적으로 톱니 형상을 이룰 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 외부 발광셀들 각각의 외측 가장자리는 요부 또는 철부 형상이고, 요부 형상의 외측 가장자리를 갖는 외부 발광셀과 철부 형상의 외측 가장자리를 갖는 외부 발광셀이 교대로 배치될 수 있다. 상기 요부 및 철부 형상은 굴곡진 형상이고, 상기 외부 발광셀들의 외측 가장자리들이 전체적으로 물결 모양을 이룰 수 있다. 이와 달리, 상기 요부 및 철부 형상은 각진 형상일 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 전극패드들이 상기 외부 발광셀들과 함께 상기 내부 발광셀들을 둘러쌀 수 있다.
나아가, 상기 전극패드들 사이에서 상기 외부발광셀들과 상기 내부 발광셀들은 상기 배선들에 의해 서로 직렬 연결될 수 있으며, 따라서 고전압에서 구동될 수 있는 발광 다이오드가 제공될 수 있다.
또한, 상기 외부 발광셀들과 상기 내부 발광셀들은 상기 배선들에 의해 연결되어 적어도 두개의 직렬 어레이를 형성할 수 있으며, 이들 적어도 두개의 직렬 어레이가 상기 전극패드들 사이에서 서로 역병렬 연결될 수 있다. 이와 달리, 상기 외부 발광셀들은 브리지 정류 회로를 구성하고, 상기 내부 발광셀들은 서로 직렬 연결되어 상기 브리지 정류 회로의 두개의 노드들 사이에 연결될 수 있다. 따라서, 교류 전원에 연결되어 구동될 수 있는 발광 다이오드가 제공될 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 복수개의 발광셀들은 적어도 하나의 전파 발광셀과 반파 발광셀들을 포함할 수 있다. 여기서, "반파 발광셀"은 교류 전원의 반주기 동안 순방향 전압이 인가되고 다른 반주기 동안 역방향 전압이 인가되거나, 또는 교류 전원의 반주기 동안 역방향 전압이 인가되고 다른 반주기 동안 순방향 전압이 인가되는 발광셀을 의미하고, 전파 발광셀은 교류 전원의 전주기 동안 순방향 전압이 인가되는 발광셀을 의미한다. 전파 발광셀을 사용함으로써 발광셀의 사용효율을 높일 수 있다.
나아가, 인접한 두개의 반파 발광셀들은 n-전극 또는 p-전극을 공유할 수 있다. n-전극 또는 p-전극을 공유하는 발광셀들을 '공통 발광셀'로 칭한다. n-전극 또는 p-전극을 공유함에 따라, 반파 발광셀들의 발광 면적을 증가시킬 수 있으며, 반파 발광셀들을 전기적으로 분리할 필요가 없어 제조공정의 안정성 및 소자 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 발광셀의 사용효율을 증가시킴으로써 동일한 광량을 제공하기 위해 보다 적은 수의 발광셀을 사용할 수 있게 되어, 생산성 및 원가 절감 면에서 우수한 발광 다이오드를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 단일의 발광셀에 인가되는 역방향 전압을 최소화하여 발광 다이오드가 파손될 위험을 줄이며 역방향 전압에 대한 발광 다이오드의 안정성을 도모할 수 있다.
나아가, 특정 구동 전압하에서 구동되는 발광셀의 수를 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1의 절취선 A-A를 따라 취해진 단면도이다.
도 3은 도 1의 발광 다이오드의 등가 회로도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 5는 도 4의 절취선 B-B를 따라 취해진 단면도이다.
도 6은 도 3의 발광 다이오드의 등가 회로도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 8은 도 7의 발광 다이오드의 등가 회로도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 10은 도 9의 발광 다이오드의 등가 회로도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 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, 층 및 영역의 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일 유사한 참조번호들은 유사한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 실시예들에 있어서, "반파 발광셀"은 교류 전원의 반주기 동안 순방향 전압이 인가되고 다른 반주기 동안 역방향 전압이 인가되거나, 또는 교류 전원의 반주기 동안 역방향 전압이 인가되고 다른 반주기 동안 순방향 전압이 인가되는 발광셀을 의미하고, 전파 발광셀은 교류 전원의 전주기 동안 순방향 전압이 인가되는 발광셀을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 평면도이고, 도 2는 도 1의 절취선 A-A를 따라 취해진 단면도이고, 도 3은 도 1의 등가 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 발광 다이오드는 기판(21), 복수개의 발광셀들(30, 40) 및 배선들(55)을 포함한다. 또한, 상기 발광 다이오드는 제1 및 제2 전극 패드(50a, 50b)를 포함할 수 있으며, 또한, 상기 각 발광셀들 상에 투명전극층(도시하지 않음), p-전극(53a) 및 n-전극(53b)이 배치될 수 있으며, 상기 발광 다이오드는 절연층(29) 또는 보호층(도시하지 않음)을 포함할 수 있다.
기판(21)은 사파이어와 같은 절연기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상부에 절연층을 갖는 도전기판일 수도 있다. 또한, 기판(21)은 화합물 반도체층들을 성장시키기 위한 성장기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 성장된 화합물 반도체층 상에 부착된 지지기판일 수 있다. 기판(21)은 대체로 사각형 형상을 가지며, 도시된 바와 같이 직사각형 형상을 가질 수 있다.
상기 복수개의 발광셀들은 기판(21)의 가장자리 근처에 배치된 외부 발광셀들(30a~30j) 및 외부 발광셀들에 의해 둘러싸인 내부 발광셀들(40a~40d)을 포함한다. 여기서, 4개의 내부 발광셀과 10개 외부 발광셀을 도시하고 있으나, 내부 발광셀과 외부 발광셀의 개수는 특별히 한정되는 것은 아니다.
내부 발광셀들(40a~40d) 각각은 인접한 다른 발광셀들, 예컨대 외부 발광셀 또는 다른 내부 발광셀에 의해 둘러싸인다. 상기 내부 발광셀들(40a~40d) 각각은 직사각형 형상의 수평 단면을 갖는다. 내부 발광셀(40a~40d)의 수평 단면의 가장자리들은 각각, 도시한 바와 같이, 기판(21)의 가장자리에 평행할 수 있다.
한편, 외부 발광셀들(30a~30j) 각각의 수평 단면은 이웃하는 발광셀에 인접하여 위치하는 내측 가장자리와 상기 내측 가장자리에 연결된 외측 가장자리를 포함한다. 여기서, '내측 가장자리'는 이웃하는 발광셀의 가장자리와 마주보는 가장자리를 의미하고, '외측 가장자리'는 기판(21)의 가장자리 측에 위치하는 가장자리를 의미한다. 따라서, 내측 가장자리 측으로 기판에 수평하게 출사된 광은 이웃하는 발광셀로 입사될 것이나, 외측 가장자리측으로 기판에 수평하게 출사된 광은 이웃하는 발광셀의 간섭을 받지 않고 외부로 방출될 수 있다. 나아가, 상기 외부 발광셀들(30a~30j)의 내측 가장자리는 내부 발광셀(40a~40d)의 수평 단면의 가장자리들 중 어느 하나에 평행할 수 있다. 이에 반해, 외부 발광셀들(30a~30d)의 외측 가장자리는 내부 발광셀(40a~40d)의 수평 단면의 어느 가장자리에 대해서도 비평행이다. 나아가, 상기 외부 발광셀들(30a~30d)의 외측 가장자리들은 또한 기판(21)의 가장자리들에 대해서도 비평행이다.
더욱이, 상기 외부 발광셀들의 외측 가장자리는 도 1에 도시된 바와 같이 볼록한 형상을 가질 수 있으며, 상기 외부 발광셀들(30a~30j)의 외측 가장자리들이 전체적으로 원형 형상을 이룰 수 있다. 따라서, 기판(21)에 대해 수평 방향으로 출사되는 광이 상기 외부 발광셀들(30a~30j)의 외측 가장자리를 통해 쉽게 방출될 수 있어 광 추출 효율이 향상된다.
나아가, 전극 패드들(50a, 50b)은 외부 발광셀들의 외측 가장자리들이 이루는 원형 형상 내부에 위치할 수 있으며, 도시한 바와 같이, 전극 패드들(50a, 50b)이 외부 발광셀들(30a~30j)과 함께 내부 발광셀들(40a~40d)을 둘러쌀 수 있다. 즉, 전극패드들(50a, 50b)의 수평 단면이 상기 원형 형상의 일부를 구성할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 발광셀들은 제1 도전형 하부 반도체층(23), 활성층(25) 및 제2 도전형 상부 반도체층(27)을 포함한다. 상기 활성층(25)은 단일 양자웰 구조 또는 다중 양자웰 구조일 수 있으며, 요구되는 발광 파장에 따라 그 물질 및 조성이 선택된다. 예컨대, 상기 활성층은 AlInGaN 계열의 화합물 반도체, 예컨대 InGaN로 형성될 수 있다. 한편, 상기 하부 및 상부 반도체층(23, 27)은 상기 활성층(25)에 비해 밴드갭이 큰 물질로 형성되며, AlInGaN 계열의 화합물 반도체, 예컨대 GaN로 형성될 수 있다.
한편, 상기 하부 반도체층(23)과 상기 기판(21) 사이에 버퍼층(도시하지 않음)이 개재될 수 있다. 버퍼층은 서로 이격될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 버퍼층이 절연성이거나 저항이 큰 물질로 형성된 경우, 서로 연속적일 수 있다.
상기 상부 반도체층(27)은, 도시한 바와 같이, 상기 하부 반도체층(25)의 일부 영역 상부에 위치하며, 상기 활성층(23)은 상부 반도체층(27)과 하부 반도체층(23) 사이에 개재된다. 또한, 상기 상부 반도체층(27) 상에 투명전극층(도시하지 않음)이 위치할 수 있다. 상기 투명전극층은 인디움틴산화막(ITO) 또는 Ni/Au 등의 물질로 형성될 수 있다.
상기 하부 반도체층(23) 및 상부 반도체층(27)은 각각 n형 반도체층 및 p형 반도체층일 수 있으나, 그 반대일 수도 있다. 본 실시예에 있어서는 상기 하부 반도체층(23)이 n형 반도체층이고, 상부 반도체층(27)이 p형 반도체층인 것으로 설명한다. 따라서, 하부 반도체층(23) 상에 n-전극(53b)이 위치하고, 상부 반도체층(27) 상에 p-전극(53a)이 위치한다.
제1 및 제2 전극 패드(50a, 50b)는 외부의 전원으로부터 전력을 공급하기 위한 패드들로서, 예컨대 본딩와이어가 본딩될 수 있는 패드들이다. 발광 다이오드는 제1 및 제2 전극 패드(50a, 50b)에 인가된 전력에 의해 구동된다. 제1 및 제2 전극패드(50a, 50b)는 도시한 바와 같이 하부 반도체층(23) 상에 위치할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 기판(21) 상에 또는 상부 반도체층(27) 상에 위치할 수도 있다.
배선들(55)은 인접한 발광셀들을 서로 전기적으로 연결한다. 즉, 배선들(55)은 하나의 발광셀의 n-전극(53b)을 인접한 발광셀의 p-전극(53a)에 연결한다. 한편, 절연층(29)이 발광셀들의 측면에 형성되어 배선(55)에 의해 상부 반도체층(27)과 하부 반도체층(23)이 단락되는 것을 방지한다. 이러한 방식으로 복수의 발광셀들이 직렬 연결될 수 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 배선들(55)이 발광셀들(30, 30)을 서로 연결하여 제1 전극 패드(50a)와 제2 전극 패드(50b) 사이에서 단방향 발광셀 어레이가 형성된다. 배선들(55)을 이용하여 외부 발광셀들 및 내부 발광셀들을 다양한 방식으로 연결할 수 있다. 도 1은 외부 발광셀들과 내부 발광셀들이 행 단위로 차례로 연결된 것을 나타낸다. 예컨대, 제1 전극 패드(50a), 외부 발광셀(30a), 외부 발광셀(30b), 외부 발광셀(30c), 외부 발광셀(30d), 내부 발광셀(40a), 내부 발광셀(40b), 외부 발광셀(30e), 외부 발광셀(30f), 내부 발광셀(40c), 내부 발광셀(40d), 외부 발광셀(30g), 외부 발광셀(30h), 외부 발광셀(30i), 외부 발광셀(30j) 및 제2 전극 패드(50b)의 순으로 배선들(55)을 통해 순차적으로 연결된다. 이에 따라, 제1 전극 패드(50a)로부터 외부 발광셀 및 내부 발광셀을 거쳐 제2 전극 패드(50b)로 전류가 흐르며, 복수개의 발광셀들이 직렬 연결되어 고전압에서 구동 가능한 발광 다이오드가 제공된다.
본 실시예에 있어서, 전극 패드들(50a, 50b)이 외부 발광셀들(30a~30j)과 함께 원형 형상을 구성하는 것으로 도시 및 설명하였지만, 전극 패드들(50a. 50b)는 상기 원형 형상의 외부에 위치할 수도 있다. 예컨대, 기판의 모서리 근처에 전극 패드들(50a, 50b)이 배치될 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서, 외부 발광셀들(30a~30j)의 외측 가장자리들이 전체적으로 원형 형상을 이루는 것에 대해 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 예컨대 타원 형상을 이룰 수도 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 5는 도 4의 절취선 B-B를 따라 취해진 단면도이고, 도 6은 도 4의 발광 다이오드의 등가회로도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 다이오드는 기판(21) 상에 외부 발광셀들(60a~60j) 및 내부 발광셀들(70a~70d)을 포함하고, 이들 발광셀들이 배선들(85)을 통해 서로 연결된다. 본 실시예에 따른 발광 다이오드는, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 발광 다이오드와 대체로 유사하나, 제1 전극 패드(80a)와 제2 전극 패드(80b) 사이에서 배선들(85)에 의해 발광셀들의 두개의 직렬 어레이들이 형성되고, 이들 직렬 어레이들이 서로 역병렬로 연결된 것에 차이가 있다.
즉, 제1 전극 패드(80a), 외부 발광셀(60a), 내부 발광셀(70a), 내부 발광셀(70b), 외부 발광셀(60b), 외부 발광셀(60c), 외부 발광셀(60d), 외부 발광셀(60e) 및 제2 전극 패드(80b)가 배선들(85)에 의해 순차적으로 연결되어 하나의 어레이를 형성한다. 또한, 제2 전극 패드(80b), 외부 발광셀(60f), 내부 발광셀(70c), 내부 발광셀(70d), 외부 발광셀(70g), 외부 발광셀(60h), 외부 발광셀(60i), 외부 발광셀(60j) 및 제1 전극 패드(80a)가 배선들(85)을 통해 순차적으로 연결되어 다른 어레이를 형성한다. 이들 어레이들은 제1 전극 패드(80a)와 제2 전극 패드(80b) 사이에서 역병렬로 연결되며, 따라서 교류전원하에서 양방향 구동될 수 있다.
상기 배선들(85)은 하나의 발광셀의 p-전극(83a)과 그것에 이웃한 발광셀의 n-전극(83b)을 연결하여 발광셀들을 직렬 연결할 수 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이, 하나의 발광셀(예컨대 60b)의 n-전극(83b)과 그것에 이웃한 발광셀(예컨대, 60g)의 n-전극(83b)을 연결하는 배선(85)을 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 8은 도 7의 발광 다이오드의 등가회로도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 다이오드는, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 발광 다이오드와 대체로 유사하나, 외부 발광셀들(110, 120, 130, 140)이 브리지 정류 회로를 구성하고, 내부 발광셀들(100)이 상기 외부 발광셀들에 의해 구성된 브리지 정류 회로의 두개의 노드 사이에서 직렬 연결된 것에 차이가 있다.
즉, 외부 발광셀들(110a~110d; 110), 외부 발광셀들(120a~120c; 120), 외부 발광셀들(130a~130c; 130) 및 외부 발광셀들(140a~140d; 140)은 제1 전극 패드(150a)와 제2 전극 패드(150b) 사이에서 브리지 정류 회로를 구성한다. 외부 발광셀(110) 및 외부 발광셀(140)은 제1 전극 패드(150a)에 연결되고, 외부 발광셀(120) 및 외부 발광셀(130)은 제2 전극 패드(150b)에 연결된다. 한편, 외부 발광셀(110)과 외부 발광셀(130)은 하나의 노드에서 연결되고, 외부 발광셀(120) 및 외부 발광셀(140)은 다른 하나의 노드에서 연결된다. 한편, 내부 발광셀들(100)은 서로 직렬 연결되어 상기 하나의 노드와 다른 하나의 노드에 연결된다.
본 실시예에 따르면, 외부 발광셀들(110~140)을 이용하여 브리지 정류 회로를 구성함으로써 교류 전원하에서 구동될 수 있는 발광 다이오드가 제공될 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 10은 도 9의 발광 다이오드의 등가회로도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 실시예의 발광 다이오드는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 발광 다이오드와 유사하게, 외부 발광셀들의 외측 가장자리들이 전체적으로 원형 형상을 이룬다. 다만, 본 실시예에 있어서, 전극 패드들(180a, 180b)이 원형 형상의 외부에 배치된 것으로 도시하였다. 그러나, 본 발명은 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이 전극 패드들(180a, 180b)이 원형 형상의 내부에 배치될 수도 있다.
한편, 본 실시예에 따른 발광 다이오드는 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한 교류용 발광 다이오드와 유사하게 제1 전극 패드(180a)와 제2 전극 패드(180b) 사이에서 두개의 역병렬 어레이가 형성되나, 이들 두개의 역병렬 어레이가 전파 발광셀들(160a, 170a, 160b)을 공유하는 구조로 배선들(185)에 의해 연결되어 있다. 즉, 전파 발광셀들(160a, 170a, 160b)은 도 10에 도시된 바와 같이 교류 전원의 전주기 동안 광을 방출할 수 있다. 따라서, 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한 발광 다이오드와 대비하여 발광셀의 사용효율을 높일 수 있다.
한편, 본 실시예에 있어서, 반파 발광셀들(161a와 161b, 163a와 163b, 165a와 165b, 167a와 167b, 169a와 169b, 171a와 171b)은 서로 n-전극(183b) 또는 p-전극(183a)을 공유하는 공통 발광셀로 구성되어 있다. 따라서, n-전극 또는 p-전극을 형성하는데 필요한 면적을 줄일 수 있으며, 이에 더하여 반파 발광셀들을 분리할 필요가 없으므로 발광셀의 면적을 상대적으로 크게 할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 반파 발광셀들을 공통 발광셀이 아닌 개별 발광셀로 구성할 수도 있다.
본 실시예에 있어서, 전파발광셀들 사이에 두개의 반파 발광셀들이 직렬 연결되어 있다. 따라서, 교류 구동시, 전파 발광셀들 사이의 두개의 반파 발광셀들에 인가되는 역방향 전압은 두개의 전파 발광셀과 두개의 반파 발광셀에 인가되는 순방향 전압과 동일하다. 따라서, 반파 발광셀 각각에 인가되는 역방향 전압은 두 개의 발광셀에 인가되는 순방향 전압의 크기에 상응한다. 즉, 역방향 전압이 2Vf에 해당된다. 그러나, 본 발명은 역방향 전압이 2Vf인 구조에 한정되는 것은 아니며, 전파발광셀들 사이에 하나의 반파 발광셀이 직렬 연결함으로써, 예컨대 3Vf 구조로 구현할 수 있다.
도 11 내지 도 14는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 평면도들이다. 이들 도면들에 있어서, 예시를 명료하게 하기 위해 전극패드들, 전극들 및 배선들은 생략하였으며, 발광셀들에 대해서는 그 단면 형상을 도시하였다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 다이오드는 기판(21)의 가장자리 근처에 배치된 외부 발광셀들(230)과 상기 외부 발광셀들(230)에 의해 둘러싸인 내부 발광셀들(240)을 포함한다. 내부 발광셀들(240)은 직사각형 형상의 수평 단면을 갖는다. 한편, 상기 외부 발광셀들(230) 각각의 외측 가장자리는 직선 형상이며, 하나의 외부 발광셀의 외측 가장자리는 그것에 이웃한 외부 발광셀의 외측 가장자리에 대해 반대 방향으로 경사져 있다. 이에 따라, 상기 외부 발광셀들(230)의 외측 가장자리들이 전체적으로 요철 형상을 이룬다. 상기 외부 발광셀들(230) 및 내부 발광셀들(240)은 각각 서로 대체로 동일한 발광 면적을 갖도록 형성될 수 있다.
상기 외부 발광셀들(230) 및 내부 발광셀들(240)은 배선들(도시하지 않음)을 통해 다양한 방식으로, 예컨대, 도 1, 도 4, 도 7 또는 도 9의 실시예들과 같이 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 다이오드는 도 11을 참조하여 설명한 발광 다이오드와 대체로 유사하나, 하나의 외부 발광셀(250)의 외측 가장자리가 그것에 이웃한 외부 발광셀의 외측 가장자리에 대해 동일 방향으로 경사진 것에 차이가 있다. 이에 따라, 상기 외부 발광셀들(250)의 외측 가장자리들이 전체적으로 톱니 형상을 이룬다.
도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 다이오드는 도 11을 참조하여 설명한 발광 다이오드와 대체로 유사하나, 외부 발광셀들(260) 각각의 외측 가장자리가 요부 또는 철부 형상을 갖는 것에 차이가 있다. 본 실시예에 있어서, 상기 요부 및 철부 형상은 굴곡진 형상이고, 요부 형상의 외측 가장자리를 갖는 외부 발광셀과 철부 형상의 외측 가장자리를 갖는 외부 발광셀이 교대로 배치되어 상기 외부 발광셀들의 외측 가장자리들이 전체적으로 물결 모양을 이룬다.
도 14를 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 다이오드는 도 13을 참조하여 설명한 발광 다이오드와 대체로 유사하나, 외부 발광셀들(270)의 외측 가장자리가 산 모양의 요부 형상 또는 골짜기 모양의 철부 형상을 갖고, 요부 형상의 외측 가장자리를 갖는 외부 발광셀과 철부 형상의 외측 가장자리를 갖는 외부 발광셀이 교대로 배치되어 상기 외부 발광셀들의 외측 가장자리들이 전체적으로 요철 모양을 이룬다.
이상, 본 발명의 몇몇 실시예들에 대해 예시적으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 앞서 설명된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 단지 더 잘 이해할 수 있도록 설명하기 위한 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 권리 범위는 이러한 실시예들에 의해 한정되지 않으며, 아래 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (17)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 위치하는 복수개의 발광셀들; 및
    상기 복수개의 발광셀들을 연결하는 배선들을 포함하되,
    상기 복수개의 발광셀들은, 상기 기판의 가장자리들 근처에 배치된 외부 발광셀들 및 상기 외부 발광셀들에 의해 둘러싸인 내부 발광셀들을 포함하고,
    상기 외부 발광셀들은 각각 그 수평 단면이 내측 가장자리와 외측 가장자리를 포함하되, 상기 내측 가장자리는 이웃하는 발광셀의 가장자리와 마주보는 가장자리이며, 상기 외측 가장자리는 상기 기판의 가장자리 측에 위치하는 가장자리이고,
    상기 외부 발광셀들의 외측 가장자리는 상기 기판의 어느 가장자리에 대해서도 비평행인 발광 다이오드.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부 발광셀들의 외측 가장자리들은 전체적으로 물결 모양을 형성하는 발광 다이오드.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부 발광셀들의 외측 가장자리는 볼록한 형상을 갖는 발광 다이오드.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 외부 발광셀들의 외측 가장자리들은 전체적으로 원형 또는 타원형 형상을 이루는 발광 다이오드.
  5. 청구항 4에 있어서,
    전극 패드들을 더 포함하되, 상기 전극 패드들은 상기 원형 또는 타원형 형상 내부에 위치하는 발광 다이오드.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부 발광셀들 각각의 외측 가장자리는 직선 형상인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  7. 청구항 6에 있어서,
    하나의 외부 발광셀의 외측 가장자리는 그것에 이웃한 외부 발광셀의 외측 가장자리에 대해 반대 방향으로 경사져서 상기 외부 발광셀들의 외측 가장자리들이 전체적으로 요철 형상을 이루는 발광 다이오드.
  8. 청구항 6에 있어서,
    하나의 외부 발광셀의 외측 가장자리는 그것에 이웃한 외부 발광셀의 외측 가장자리에 대해 동일 방향으로 경사져서 상기 외부 발광셀들의 외측 가장자리들이 전체적으로 톱니 형상을 이루는 발광 다이오드.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부 발광셀들 각각의 외측 가장자리는 요부 또는 철부 형상이고, 요부 형상의 외측 가장자리를 갖는 외부 발광셀과 철부 형상의 외측 가장자리를 갖는 외부 발광셀이 교대로 배치된 발광 다이오드.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 요부 및 철부 형상은 굴곡진 형상이고, 상기 외부 발광셀들의 외측 가장자리들이 전체적으로 물결 모양을 이루는 발광 다이오드.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부 발광셀들과 함께 상기 내부 발광셀들을 둘러싸는 전극패드들을 더 포함하는 발광 다이오드.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 전극패드들 사이에서 상기 외부발광셀들과 상기 내부 발광셀들은 상기 배선들에 의해 서로 직렬 연결된 발광 다이오드.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 외부 발광셀들과 상기 내부 발광셀들은 상기 배선들에 의해 연결되어 적어도 두개의 직렬 어레이를 형성하고, 상기 적어도 두개의 직렬 어레이가 상기 전극패드들 사이에서 서로 역병렬 연결된 발광 다이오드.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 외부 발광셀들은 브리지 정류 회로를 구성하고, 상기 내부 발광셀들은 서로 직렬 연결되어 상기 브리지 정류 회로의 두개의 노드들 사이에 연결된 발광 다이오드.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수개의 발광셀들은 적어도 하나의 전파 발광셀을 포함하는 발광 다이오드.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수개의 발광셀들은 적어도 하나의 공통 발광셀을 포함하는 발광 다이오드.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 공통 발광셀은 p-전극을 공유하는 발광 다이오드.
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