KR101283972B1 - 3단자 발광 소자 및 이를 이용하는 조명 회로 - Google Patents

Abstract

3단자 발광 소자 및 이를 이용하는 조명 회로가 개시된다. 3단자 발광 소자는 n형 반도체층 또는 p형 반도체층을 공유한다. 이는 공통 음극 또는 공통 양극을 중심으로 상호 역방향으로 배치된 2개의 발광체들의 조합으로 모델링된다. 따라서, 하나의 발광 소자는 인가되는 AC 전원의 위상에 무관하게 발광 동작을 수행할 수 있다. 또한, 이를 조명 회로에 적용하여 공통 전극이 인접한 발광 소자의 상향 발광체 또는 하향 발광체에 연결되도록 한다. 이를 통해 특정 위상에서만 턴온되지 않고, 위상과 무관하게 턴온되어 발광 동작을 수행할 수 있는 조명 회로를 얻을 수 있다.

Description

3단자 발광 소자 및 이를 이용하는 조명 회로{3-Terminal Light Emitting Device and Lighting Circuit of using the same}

본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 AC전원에 의해 구동될 수 있는 3단자 발광 소자 및 이를 이용하는 조명 회로에 관한 것이다.

발광 다이오드는 외부에서 인가되는 전원에 의해 발생된 엑시톤의 재결합에 의해 빛을 형성하는 소자이다. 특히, 최근에는 질화물 계열의 화합물 반도체를 이용하고, 고휘도를 실현하고 있다. 즉, GaN 계열의 화합물 반도체들 사이에 다중양자우물 구조를 채용하여 청색광을 구현하고 있으며, 상부에 형광물질을 도입하여 백색광을 구현한다.

발광 다이오드의 동작은 양극과 음극으로 표현되는 2개의 전극에 DC 전압을 인가하고, 전압의 인가에 따른 전류의 공급에 의해 발광동작이 수행되는 메커니즘이다. 특히, 다중양자우물 구조가 형성된 발광층에는 n형 반도체층과 p형 반도체층이 상하부에 접촉된다. n형 반도체층은 발광층에 전자를 공급하고, p형 반도체층은 발광층에 정공을 공급한다. 다중양자우물 구조에 투입된 전자 및 정공은 양자구속효과에 의해 우물층 내부에 정의되고, 재결합에 의해 발광동작이 수행된다.

통상의 경우, 개별적인 발광 다이오드의 발광동작의 구현은 DC전원의 공급에 의해 수행된다. 예컨대, AC 전압을 DC 전압으로 변환하고, DC 전압을 발광 다이오드의 전극들에 인가하여 소정의 발광 동작을 수행하는 메커니즘이다.

최근에는 AC 전원을 이용하여 직접 발광 다이오드를 동작시키는 기술이 구현되고 있다. 이는 다수의 발광 다이오드를 직렬로 연결하고, 직렬 구조를 병렬로 배치한다. 따라서, AC 전원에서 인가되는 전원 전압이 (+) 극성을 가지는 경우, 전원으로부터 정방향으로 연결된 직렬구조가 턴온되어 발광동작을 수행한다. 또한, 전원 전압이 (-) 극성을 가지는 경우, 전원으로부터 역방향으로 연결된 직렬구조가 턴온된다. 따라서, 전원 전압의 전구간 동안 발광 동작이 수행되는 메커니즘이 형성된다.

다만, 각각의 발광 다이오드를 형성하는 칩은 개별적으로 분리된 상태에서 와이어링 등을 통해 직렬연결구조가 실현된다. 다만, 하나의 칩은 전원 전압의 전구간에서 발광 동작을 수행하지 못하고, 일부 구간에서만 발광 동작을 수행하게 된다. 또한, 다이오드는 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층의 적층된 구조이며, 하나의 n형 반도체층을 기반으로 하나의 발광 구조가 형성되는 전형적인 구조를 취하고 있다.

따라서, 이후의 칩 분리 공정을 통해 개별적인 칩에 대한 와이어링 공정을 통해 다수의 직렬연결된 발광 다이오드를 형성해야 하는 제조공정 상의 곤란함을 가진다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1 목적은 공통 전극을 구비하여, 하나의 발광 소자에서 AC 전원의 위상에 무관하게 발광 동작을 수행할 수 있는 3단자 발광 소자를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 제2 목적은 상기 제1 목적의 달성에 의해 획득되는 3단자 발광 소자를 이용한 조명 회로를 제공하는데 있다.

상기 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 제1 방향으로 인접하는 발광 소자의 공통 음극에 연결된 상향 발광체; 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 인접하는 발광 소자의 공통 음극에 연결된 하향 발광체; 및 상기 상향 발광체와 상기 하향 발광체가 공유하는 공통 n형 반도체층에 연결된 공통 음극을 포함하는 3 단자 발광 소자를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 상기 제1 목적은, 제1 방향으로 인접하는 발광 소자의 공통 양극에 연결된 상향 발광체; 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 인접하는 발광 소자의 공통 양극에 연결된 하향 발광체; 및 상기 상향 발광체와 상기 하향 발광체가 공유하는 공통 p형 반도체층에 연결된 공통 양극을 포함하는 3 단자 발광 소자의 제공을 통해서도 달성된다.

상기 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명은, AC 전원의 일단에 연결된 제1 말단 발광 소자; 상기 제1 말단 발광 소자에 연결되고, 서로 직렬로 다수 연결된 다수의 발광 소자들; 및 상기 다수의 발광 소자들의 종단부와 상기 AC 전원의 타단에 연결된 제2 말단 발광 소자를 포함하고, 상기 제1 말단 발광 소자, 상기 제2 말단 발광 소자 및 상기 발광 소자들은 공통 양극 또는 공통 음극을 공유하는 3단자 발광 소자인 것을 특징으로 하는 조명 회로를 제공한다.

또한, 본 발명의 상기 제2 목적은, AC 전원의 일단에 연결된 제1 말단 다이오드; 상기 제1 말단 다이오드에 연결되고, 서로 직렬로 다수 연결된 다수의 발광 소자들; 및 상기 다수의 발광 소자들의 종단부와 상기 AC 전원의 타단에 연결된 제2 말단 다이오드를 포함하고, 상기 제1 말단 다이오드 및 상기 제2 말단 다이오드는 2단자 발광 다이오드이며, 상기 발광 소자들은 공통 양극 또는 공통 음극을 공유하는 3단자 발광 소자인 것을 특징으로 하는 조명 회로의 제공을 통해서도 달성된다.

본 발명에 따르면, 하나의 발광 소자는 2개의 개별적인 발광 다이오드를 연결하지 않고, 3단자 소자로 형성된다. 즉, 하나의 발광 소자는 2개의 전극와 하나의 공통 전극을 가지고, 3단자 사이에 인가되는 전원 조건에 의해 하나의 발광 소자는 AC 전원의 전구간에서 발광 동작을 수행할 수 있다. 즉, 3단자 발광 소자는 상향 발광체와 하향 발광체로 모델링되고, 인가되는 전원 전압의 위상에 따라, 선택적인 발광 동작을 수행할 수 있다. 또한, 3단자 발광 소자는 다양한 배선의 연결관계를 통해 효율적인 조명회로를 형성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 3단자 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 다른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따라 상기 도 1 및 도 2의 발광 소자를 도시한 등가회로도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따라 상기 도 3의 발광 소자를 이용한 조명 회로를 도시한 회로도이다.
도 5 및 도 6은 상기 도 4에 도시된 조명 회로의 동작을 설명하기 위한 회로도들이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다른 조명 회로를 도시한 회로도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 다른 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따라 상기 도 8 및 도 9의 발광 소자를 도시한 등가회로도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따라 상기 도 8 또는 도 9의 발광 소자를 이용한 조명 회로를 도시한 회로도이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다른 조명 회로를 도시한 회로도이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 조명 회로를 도시한 회로도이다.
도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 조명 회로를 도시한 다른 회로도이다.
도 15는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 다른 조명 회로를 도시한 회로도이다.
도 16은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 다른 조명회로를 도시한 다른 회로도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

제1 실시예

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 3단자 발광 소자를 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 소자는 기판(100) 상에 형성된 제1 p형 반도체층(110), 제1 발광층(120), 공통 n형 반도체층(130), 제2 발광층(140) 및 제2 p형 반도체층(150)을 포함한다.

상기 도 1에서 기판(100) 상에 적어도 2개의 발광층들(120, 140)이 형성된다. 또한, 발광층들(120, 140)은 공통 n형 반도체층(130)을 공유한다. 따라서, 공통 n형 반도체층(130)을 공통 분모로 하여 다수의 발광층들(120, 140)이 형성된다.

상기 기판(100)은 소정의 광투과도를 가지고 제1 p형 반도체층(110)의 성장을 용이하게 할 수 있는 재질이라면 어느 것이나 가능할 것이다. 예컨대, 발광 구조가 질화물 계열의 화합물 반도체 또는 산화물 계열의 화합물 반도체로 구성되고, 육방정계 구조를 가지는 경우, 상기 기판(100)도 육방정계의 결정구조를 가짐이 바람직하다. 이외에도 상기 기판(100)은 비정질상 또는 육방정계 이외의 결정구조를 가진 상태에서 그 상부에 단결정 박막이 구비된 형태로 제공될 수 있다. 또한, 상기 기판(100)은 임의의 기판 상에 나노 구조체가 형성된 형태로 제공될 수도 있다.

상기 기판(100) 상에는 제1 p형 반도체층(110)이 형성된다. 상기 제1 p형 반도체층(110)은 질화물 반도체 또는 산화물 반도체일 수 있다.

예컨대, 상기 제1 p형 반도체층(110)이 질화물 반도체인 경우, GaN으로 구성된다. 또한, 도판트로는 2족 원소가 사용되며, Mg이 도판트로 사용됨이 바람직하다. 만일, 상기 제1 p형 반도체층(110)이 산화물 반도체인 경우, ZnO로 구성될 수 있다. 제1 p형 반도체층(110)이 ZnO를 가지는 경우, 도판트로는 1족 원소 또는 5족 원소가 사용됨이 바람직하다.

또한, 실시의 형태에 따라서, 상기 기판(100)과 제1 p형 반도체층(110) 사이에는 버퍼층(미도시)이 개재될 수 있다. 버퍼층은 기판(100)과 제1 p형 반도체층(110) 사이의 격자상수의 불일치에 따른 결정결함의 발생을 최소화시키기 위해 구비된다. 예컨대, 제1 p형 반도체층(110)이 GaN을 포함하고 기판(100)이 사파이어인 경우, 기판(100)과 제1 p형 반도체층(110)은 육방정계의 결정 구조를 가지나, 양 재질 사이에는 격자상수의 차이가 발생한다. 격자상수의 차이에 의해 기판(100) 상에 형성되는 제1 p형 반도체(110)의 계면에서는 사파이어 결정과 결합되지 않는 댕글링 본딩이 형성된다. 이는 제1 p형 반도체(110)의 점결함 또는 선결함을 발생시키며, 단결정으로 형성되어야 할 제1 p형 반도체층(110)의 품질을 저하시키는 요인이 된다. 따라서, 발광 동작에 직접 참여하지 않으면서 기판(100) 및 제1 p형 반도체층(110)의 격자상수와 유사한 막질을 도입하여 이를 버퍼층으로 활용한다.

상기 제1 p형 반도체층(110) 상부에는 제1 발광층(120)이 구비된다. 상기 제1 발광층(120)은 하부의 제1 p형 반도체층(110)과 동종의 결정구조를 가지는 물질로 형성함이 바람직하다. 다만, 실시의 형태에 따라 제1 발광층(120)은 제1 p형 반도체층(110)과 이종접합으로 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 p형 반도체층(110)이 ZnO를 포함하는 경우, 상기 제1 발광층(120)은 GaN을 기반으로한 막질로 구성될 수도 있다. 그러나, 제1 p형 반도체층(110)이 GaN 계열인 경우, 상기 제1 발광층(120)도 GaN 계열로 형성됨이 바람직하다. 이는 발광 다이오드의 박막을 형성하는 핵심 공정인 MOCVD 등에서 공정의 효율성을 위해 선택될 수 있는 사안이다.

또한, 상기 제1 발광층(120)은 다중양자우물 구조를 가짐이 바람직하다. 다중양자우물 구조는 장벽층과 우물층이 교대로 적층된 구조를 의미한다. 장벽층은 우물층의 밴드갭보다 높은 밴드갭을 가진다. 이를 통해 우물층에서의 양자구속효과는 유효하게 발현된다. 우물층 또는 장벽층의 형성은 밴드갭 엔지니어링에 의해 수행된다.

예컨대, GaN 기반의 제1 발광층(120)을 형성하고자 하는 경우, GaN보다 낮은 밴드갭을 가지는 물질을 도입하여 우물층의 밴드갭을 조절할 수 있다. 즉, In원자를 도입하여 우물층을 InGaN으로 형성하고, In의 분율의 조절을 통해 우물층과 장벽층을 형성할 수 있다. In의 분율이 상대적으로 낮은 경우, 장벽층으로 거동하며, In의 분율이 상대적으로 높은 경우, 우물층으로 거동한다. 또한, 우물층 또는 장벽층은 2원계, 3원계 또는 4원계로 형성될 수 있다.

이외에도 상기 제1 발광층(120)이 ZnO 계열로 형성되는 경우, Mg, Cd 또는 Be 등의 도입을 통해 밴드갭 엔지니어링이 수행될 수 있다. 물론, 우물층 또는 장벽층은 2원계, 3원계 또는 4원계로 형성될 수 있다.

다만, 우물층의 밴드갭은 장벽층보다 낮을 것이 요구되며, 장벽층의 밴드갭은 제1 p형 반도체층(110) 또는 공통 n형 반도체층(130)보다 낮게 설정됨이 바람직하다.

상기 제1 발광층(120) 상부에는 공통 n형 반도체층(130)이 형성된다. 상기 공통 n형 반도체층(130)은 상기 제1 p형 반도체층(110) 또는 제1 발광층(120)을 형성하는 기반 물질과 동일한 기반 물질로 형성됨이 바람직하다. 예컨대, 제1 p형 반도체층(110) 또는 제1 발광층(120)이 GaN을 포함하는 경우, 공통 n형 반도체층(130)도 GaN을 포함함이 바람직하며, 제1 p형 반도체층(110) 또는 제1 발광층(120)이 ZnO를 포함하는 경우, 공통 n형 반도체층(130)도 ZnO를 포함함이 바람직하다. 다만, 상기 공통 n형 반도체층(130)의 재질은 제1 발광층(120)에서 형성된 빛의 흡수가 최소화될 수 있는 구조와 밴드갭을 가진 물질이고, 소정의 광투과성을 가진 물질이라면 사용가능하다 할 것이다.

공통 n형 반도체층(130)의 형성을 위해 다양한 형태의 도판트가 도입될 수 있다. 예컨대, 상기 공통 n형 반도체층(130)이 GaN을 포함하는 경우, 도판트로는 4족 원소가 사용될 수 있으며, Si이 사용됨이 바람직하다. 또한, 상기 n형 반도체층(130)이 ZnO를 포함하는 경우, 도판트로는 3족 원소 등이 사용될 수 있다.

상기 공통 n형 반도체층(130) 상부에는 제2 발광층(140)이 구비된다. 상기 제2 발광층(140)은 상술한 제1 발광층(120)과 동일한 구조를 가질 수 있다. 다만, 발광 소자의 설계자의 의지에 따라서, 다양한 물질의 선택과 적층구조의 채용이 가능하다 할 것이다. 특히, 제1 발광층(120)과 동일한 휘도를 구현하고자 하는 경우, 제2 발광층(140)을 형성하는 우물층과 장벽층의 개수는 제1 발광층(120)을 상회할 수 있다. 또한, 제2 발광층(140)을 형성하는 우물층에 대한 밴드갭 엔지니어링을 통해 제1 발광층(120)에서 형성되는 빛과 다른 파장의 빛을 형성할 수도 있다. 예컨대 제1 발광층(120)에서 형성되는 빛이 옐로우 컬러의 파장을 가지도록 하고, 제2 발광층(140)에서 형성되는 빛이 블루 컬러의 파장을 가지도록 할 수 있다.

즉, 제1 발광층(120)이 제1 컬러의 광을 형성하며, 제2 발광층(140)은 제2 컬러의 광을 형성한다. 따라서, 제1 컬러의 광과 제2 컬러의 광은 동일한 파장대를 가지고, 2개의 발광층(120, 140)이 동일한 컬러의 광을 형성할 수 있다. 이외에도 제1 컬러의 광과 제2 컬러의 광이 서로 상이한 파장을 가지도록 하여, 외부에서 2개의 컬러가 혼합된 광을 인식할 수 있도록 구성될 수 있다.

제2 발광층(140) 상부에는 제2 p형 반도체층(150)이 구비된다. 상기 제2 p형 반도체층(150)은 질화물 계열 또는 산화물 계열의 화합물 반도체로 형성된다. 또한, 제1 p형 반도체층(110)과 동일한 재질과 도판트가 사용됨이 바람직하다. 다만, 제2 발광층(140)의 발광면적이 제1 발광층(120)의 발광면적보다 작으므로, 휘도의 균일성을 확보하기 위해 제2 p형 반도체층(150)의 도판트 농도는 제1 p형 반도체층(110)의 경우보다 상회할 수 있다.

또한, 제1 p형 반도체층(110)이 노출된 부위에는 제1 양극(160)이 형성된다. 상기 제1 양극(160)은 제1 p형 반도체층(110)과 오믹 접합을 이룰 수 있는 물질이라면 어느 것이나 가능할 것이다. 예컨대, 상기 제1 양극(160)은 Cr/Au로 형성될 수 있다.

또한, 제1 p형 반도체층(110)과 제1 양극(160) 사이의 오믹 접합 특성을 개선하고, 전류확산을 위해 별도의 전류확산층(미도시)이 개재될 수 있다. 전류확산층으로는 ITO 등의 도전성 산화물이 사용된다.

또한, 제2 p형 반도체층(150) 상부에는 제2 양극(180)이 구비된다. 상기 제2 양극(180)은 제2 p형 반도체층(150)과 오믹 접합을 이룰 수 있는 물질이라면 어느 것이나 가능할 것이다. 예컨대, 상기 제2 양극(180)은 Cr/Au로 형성될 수 있다.

또한, 제2 p형 반도체층(150)과 제2 양극(180) 사이의 오믹 접합 특성을 개선하고, 전류확산을 위해 별도의 전류확산층이 개재될 수 있다. 전류확산층으로는 ITO 등의 도전성 산화물이 사용된다.

공통 n형 반도체층(130)의 노출된 부위에는 공통 음극(170)이 형성된다. 상기 공통 n형 반도체층(130)이 GaN을 포함하는 경우, 상기 공통 음극(170)은 Ti/Au로 형성될 수 있다. 또한, 상기 공통 n형 반도체층(130)이 ZnO를 포함하는 경우, 상기 공통 음극(170)은 Pt/Au로 형성될 수 있다.

다만, 실시의 형태에 따라서 공통 음극(170)은 이후의 와이어 본딩이나 금속 배선 공정에 적합하고, 공통 n형 반도체층(130)과 오믹 접합을 이루는 물질로 선택됨이 바람직하다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 다른 단면도이다.

도 2를 참조하면, 상기 도 1에 비해 공통 음극(170)이 제1 양극(160) 또는 제2 양극(180)에 대향하는 방향에 배치된 것으로 나타난다. 즉, 상기 도 1은 제1 양극(160), 공통 음극(170), 제2 양극(180)이 대략 계단 형상의 구조 상에 배치된 것으로 도시되나, 도 2에서는 제1 양극(160), 공통 음극(170) 및 제2 양극(180)이 기판(100)으로부터 상부를 향해 지그재그 형식으로 배치된 것으로 도시된다.

이는 전극의 배치가 다양하게 이루어 질 수 있음을 나타내며, 상기 도 1 및 도 2에 도시된 발광 소자의 상부 평면은 다양한 위치에서 전극들의 배치가 이루어질 수 있다.

또한, 도 2에서 기판(100), 버퍼층, 제1 p형 반도체층(110), 제1 발광층(120), 공통 n형 반도체층(130), 제2 발광층(140), 제2 p형 반도체층(150) 및 전극들(160, 170, 180)의 재질 및 형성은 상기 도 1에 도시된 바와 동일하다.

이하 설명의 편의와 용이한 이해를 위하여 도 1 및 도 2에 개시된 발광 소자에 관한 사항은 도 3의 발광 소자로 기술토록 한다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따라 상기 도 1 및 도 2의 발광 소자를 도시한 등가회로도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 발광 소자는 3 단자 소자로 모델링된다. 이는 하나의 공통 음극(170)을 중심으로 2개의 양극들(160, 180)이 서로 역방향으로 대향하도록 배치된 구조이다. 따라서, 2개의 양극(160, 180) 사이에는 2개의 발광체들(210, 220)이 서로 마주보며 역방향으로 배치되며, 2개의 발광체들(210, 220)은 하나의 전극인 공통 음극(170)에 연결된 구조이다.

만일, 2개의 양극들(160, 180)에만 바이어스를 인가하는 경우, 역방향으로 서로 연결된 발광체들(210, 220)로 인해 발광 소자에는 전류가 흐르지 않으며, 발광 소자에서의 발광 동작은 발생되지 않는다. 발광 소자에서 발광 동작이 수행되기 위해서는 공통 연결된 공통 음극(170)에 일정한 바이어스가 연결되어야 하며, 공통 음극(170)에 연결된 적어도 하나의 발광체에는 순방향 전류가 인가되어야만 한다.

상기 도 3에 개시된 하나의 발광체는 상기 도 1에 도시된 p형 반도체층(110, 150), 발광층(120, 140) 및 공통 n형 반도체층(130)을 모델링한 것이다. 따라서, 상기 도 3에서 2개의 발광체들(11, 12)은 하나의 공통 n형 반도체층(130)을 공유하는 구조를 가진다.

예컨대 상향 발광체(11)는 제1 p형 반도체층(110), 제1 발광층(120) 및 공통 n형 반도체층(130)을 모델링한 것이며, 하향 발광체(12)는 제2 p형 반도체층(150), 제2 발광층(140) 및 공통 n형 반도체층(130)을 모델링한 것이다.

따라서, 3단자 소자로 모델링되는 발광 소자는 공통 n형 반도체층(130)을 공유하는 구조를 가진다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따라 상기 도 3의 발광 소자를 이용한 조명 회로를 도시한 회로도이다.

도 4를 참조하면, 다수개의 발광 소자들은 전원에 대해 직렬로 배치된다. 또한, 각각의 발광 소자는 도 3에 도시된 바와 같이 3 단자 소자로 모델링된다. 이는 하나의 공통 음극을 중심으로 2개의 양극이 연결된 구조이다. 즉, 하나의 발광 소자는 공통 음극을 가지며, 2개의 양극은 서로 대향하도록 배치된다. 이는 하나의 발광 소자를 이루는 2개의 발광체들이 서로 역방향으로 연결된 것으로 모델링할 수 있음을 의미한다.

따라서, 하나의 발광 소자는 상향 발광체와 하향 발광체가 역방향으로 연결된 상태이며, 공통 음극을 가진다.

상기 도 4에서 각각의 발광 소자의 발광체의 양극은 인접한 발광 소자의 공통 음극에 전기적으로 연결되며, 발광 소자의 공통 음극은 인접한 발광 소자의 발광체의 양극에 연결된다. 따라서, 공통 음극을 중심으로 인접한 발광 소자의 발광체들이 연결되며, 해당하는 발광 소자의 상향 발광체 및 하향 발광체가 연결된다.

먼저, 제1 말단 발광소자(200)의 제1 말단 상향 발광체(201)의 양극은 AC 전원에 직접 연결된다. 또한, 제1 말단 발광소자(200)의 제1 말단 공통 음극 NT1은 제1 발광 소자(210)의 제1 상향 발광체(211)의 양극에 연결된다. 또한, 제1 말단 발광소자(200)의 제1 말단 하향 발광체(202)의 양극은 제1 발광소자(210)의 제1 공통 음극 N1에 연결된다.

제1 발광 소자(210)의 제1 상향 발광체(211)의 양극은 상기 제1 말단 공통 음극 NT1에 연결되며, 제1 공통 음극 N1은 제1 말단 하향 발광체(202)의 양극과 제2 발광 소자(220)의 제2 상향 발광체(221)의 양극에 연결된다. 또한, 제1 발광 소자(210)의 제1 하향 발광체(212)의 양극은 제2 발광 소자(220)의 제2 공통 음극 N2에 연결된다.

제2 발광 소자(220)의 제2 상향 발광체(221)의 양극은 상기 제1 공통 음극 N1에 연결되며, 제2 공통 음극 N2는 제1 발광 소자(210)의 제1 하향 발광체(212)의 양극에 연결되고, 제3 발광 소자(230)의 제3 상향 발광체(231)의 양극에 연결된다. 또한, 제2 발광 소자(220)의 제2 하향 발광체(222)의 양극은 제3 발광 소자(230)의 제3 공통 음극 N3에 연결된다.

상술한 연결관계는 제2 말단 발광소자(250)까지 동일하게 적용된다.

즉, 제2 말단 발광소자(250)의 제2 말단 상향 발광체(251)의 양극은 제4 발광 소자(240)의 제2 말단 공통 음극 N4에 연결되고, 제2 말단 공통 음극 NT2는 제4 발광 소자(240)의 제4 하향 발광체(242)의 양극에 연결되고, AC 전원 및 제2 말단 하향 발광체(252)의 양극에 연결된다. 또한, 제2 말단 하향 발광체(252)의 양극은 제2 말단 공통 음극 NT2와 AC 전원에 연결된다.

도 5 및 도 6은 상기 도 4에 도시된 조명 회로의 동작을 설명하기 위한 회로도들이다.

도 5를 참조하면, 통상 가정용 AC 전원은 60Hz의 주파수를 가진다. 따라서, 1초당 60회로 진동하는 주기를 가진다. 따라서, 제1 말단 공통 음극 NT1에 양전압이 인가되고, 제2 말단 공통 음극 NT2에 음전압이 인가되면, 말단 발광 소자(200, 250)를 제외한 모든 발광 소자(210, 220, 230, 240)의 상향 발광체들(211, 221, 231, 241)이 턴온된다.

또한, 제1 말단 발광 소자(200)의 제1 말단 상향 발광체(201)는 오프상태로 유지되며, 제2 말단 발광 소자(250)의 제2 말단 상향 발광체(251)는 턴온된다.

도 6을 참조하면, 제1 말단 공통 음극 NT1에는 음전압이 인가되고, 제2 말단 공통 음극 NT2에는 양전압이 인가된다. 따라서, 말단 발광 소자들(200, 250)을 제외한 모든 발광 소자(210, 220, 230, 240)의 하향 발광체들(212, 222, 232, 242)은 턴온된다. 또한, 제1 말단 발광 소자(200)의 제1 말단 하향 발광 소자(202)는 턴온되고, 제2 말단 발광 소자(250)의 제2 말단 하향 발광 소자(252)는 오프된다.

도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다른 조명 회로를 도시한 회로도이다.

도 7을 참조하면, 4개의 발광 소자들(310, 320, 330, 340)은 직렬로 연결된다. 또한, 4개의 발광 소자들(310, 320, 330, 340)은 상기 도 3의 모델링된 3단자 발광 소자를 나타낸다. 다만, AC 전원에 연결된 제1 말단 다이오드(300)와 제2 말단 다이오드(350)는 통상의 2단자 발광 다이오드를 의미한다.

즉, 도 7에 개시된 조명 회로는 3단자 발광 소자와 2단자 발광 다이오드가 연결된 것이다.

먼저, 제1 말단 다이오드(300)의 음극은 제1 발광 소자(310)의 제1 상향 발광체(311)의 양극에 연결되고, AC 전원에 연결된다. 또한, 제1 말단 다이오드(300)의 양극은 제1 발광 소자(310)의 제1 공통 음극 T1에 연결된다.

또한, 제1 발광 소자(310)의 제1 상향 발광체(311)의 양극은 AC 전원 및 제1 말단 다이오드(300)의 음극에 연결된다. 또한, 제1 발광 소자(310)의 제1 공통 음극 T1은 제1 말단 다이오드(300)의 양극에 연결되고, 제2 발광 소자(320)의 제2 상향 발광체(321)의 양극에 연결된다. 나머지 발광 소자들(320, 330, 340)의 연결관계는 상기 도 4에 설명된 바와 동일하다.

다만, 제4 발광 소자(340)의 제4 공통 음극 T4는 제2 말단 다이오드(350)의 양극과 제3 하향 발광체(332)의 양극에 연결된다. 또한, 제4 발광 소자(340)의 제4 하향 발광체(342)의 양극은 AC 전원 및 제2 말단 다이오드(350)의 음극에 연결된다.

또한, 제2 말단 다이오드(350)의 양극은 상기 제4 공통 음극 T4에 연결되고, 제2 말단 다이오드(350)의 음극은 AC 전원 및 제4 하향 발광체(342)의 양극에 연결된다.

상기 도 7의 회로도에서 제1 말단 다이오드(300)는 제1 상향 발광체(311)와 루프를 형성한다. 따라서, AC 전원으로부터 제1 말단 다이오드(300)의 음극으로 양전압이 인가되는 경우, 발광 소자(310, 320, 330, 340)의 하향 발광체(312, 322, 332, 342)로 전류가 전달되는 것을 차단한다. 또한, 제2 말단 다이오드(350)는 제4 발광 소자(340)와 AC 전원 사이에 연결되어, AC 전원으로부터 제2 말단 다이오드(350)의 음극으로 양전압이 인가되는 경우, 발광 소자(310, 320, 330, 340)의 상향 발광체(311, 321, 331, 341)로 전류가 전달되는 것을 차단한다.

예컨대, AC 전원이 정현파의 특성을 가지고, 제1 상향 발광체(311)의 양극 및 제1 말단 다이오드(300)의 음극에 양전압이 인가되고, 반대편의 제2 말단 다이오드(350)의 음극에 음전압이 인가되는 경우, 발광 소자들의 모든 상향 발광체(311, 321, 331, 341)는 턴온된다. 또한, 제2 말단 다이오드(350)도 턴온된다. 반면, 제1 말단 다이오드(300) 및 모든 하향 발광체들(312, 322, 332, 342)은 오프된다.

또한, 제1 말단 다이오드(300)의 음극에 음전압이 인가되고, 반대편의 제2 말단 다이오드(350)이 음극에 양전압이 인가되는 경우, 발광 소자들(310, 320, 330, 340)의 모든 하향 발광체들(312, 322, 332, 342)은 턴온된다. 또한, 제1 말단 다이오드(300)도 턴온된다. 반면, 발광 소자들(310, 320, 330, 340)의 모든 상향 발광체들(311, 322, 332, 342)은 턴오프되며, 제2 말단 다이오드(350)도 턴오프된다.

상기 도 7에서 제1 발광 소자(310)와 AC 전원 사이에는 제1 말단 다이오드(300)가 구비되고, 제4 발광 소자(340)와 AC 전원 사이에는 제2 말단 다이오드(350)가 구비된다. 이외의 구성은 상기 도 4와 동일하다.

또한, 상기 도 4 및 도 7에서 발광 소자들은 4개가 구비되는 것으로 도시되었으나, AC 전원의 진폭에 따라 발광 소자들의 개수는 얼마든지 변경가능하다 할 것이다.

제2 실시예

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 소자를 도시한 단면도이다.

도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 소자는 기판(400) 상에 형성된 제1 n형 반도체층(410), 제1 발광층(420), 공통 p형 반도체층(430), 제2 발광층(440) 및 제2 n형 반도체층(450)을 포함한다.

상기 도 8에서 기판(400) 상에 적어도 2개의 발광층들(420, 440)이 형성된다. 또한, 발광층들(420, 440)은 공통 p형 반도체층(430)을 공유한다. 따라서, 공통 p형 반도체층(430)을 공통 분모로 하여 다수의 발광층들(420, 440)이 형성된다.

상기 기판(400)은 소정의 광투과도를 가지고 제1 n형 반도체층(410)의 성장을 용이하게 할 수 있는 재질이라면 어느 것이나 가능할 것이다. 예컨대, 상기 발광 소자가 질화물 계열의 화합물 반도체 또는 산화물 계열의 화합물 반도체로 구성되고, 육방정계 구조를 가지는 경우, 상기 기판(400)도 육방정계의 결정구조를 가짐이 바람직하다. 이외에도 상기 기판(400)은 비정질상 또는 육방정계 이외의 결정구조를 가진 상태에서 그 상부에 단결정 박막이 구비된 형태로 제공될 수 있다. 또한, 상기 기판(400)은 임의의 기판 상에 나노 구조체가 형성된 형태로 제공될 수도 있다.

상기 기판(400) 상에는 제1 n형 반도체층(410)이 형성된다. 상기 제1 n형 반도체층(410)은 질화물 반도체 또는 산화물 반도체일 수 있다.

예컨대, 상기 제1 n형 반도체층(410)이 질화물 반도체인 경우, GaN으로 구성된다. 또한, 도판트로는 4족 원소가 사용되며, Si이 도판트로 사용됨이 바람직하다. 만일, 상기 제1 n형 반도체층(410)이 산화물 반도체인 경우, ZnO로 구성될 수 있다. 제1 n형 반도체층(410)이 ZnO를 가지는 경우, 도판트로는 3족 원소가 사용됨이 바람직하다.

또한, 실시의 형태에 따라서, 상기 기판(400)과 제1 n형 반도체층(410) 사이에는 버퍼층(미도시)이 개재될 수 있다. 버퍼층은 기판(400)과 제1 n형 반도체층(410) 사이의 격자상수의 불일치에 따른 결정결함의 발생을 최소화시키기 위해 구비된다. 따라서, 발광 동작에 직접 참여하지 않으면서 기판(400) 및 제1 n형 반도체층(410)의 격자상수와 유사한 막질을 도입하여 이를 버퍼층으로 활용한다.

상기 제1 n형 반도체층(410) 상부에는 제1 발광층(420)이 구비된다. 상기 제1 발광층(420)은 하부의 제1 n형 반도체층(410)과 동종의 결정구조를 가지는 물질로 형성함이 바람직하다. 다만, 실시의 형태에 따라 제1 발광층(420)은 제1 n형 반도체층(410)과 이종접합으로 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 n형 반도체층(410)이 ZnO를 포함하는 경우, 상기 제1 발광층(420)은 GaN을 기반으로한 막질로 구성될 수도 있다. 그러나, 제1 n형 반도체층(410)이 GaN 계열인 경우, 상기 제1 발광층(420)도 GaN 계열로 형성됨이 바람직하다. 이는 발광 다이오드의 박막을 형성하는 핵심 공정인 MOCVD 등에서 공정의 효율성을 위해 선택될 수 있는 사안이다.

또한, 상기 제1 발광층(420)은 다중양자우물 구조를 가짐이 바람직하다. 다중양자우물 구조는 장벽층과 우물층이 교대로 적층된 구조를 의미한다. 장벽층은 우물층의 밴드갭보다 높은 밴드갭을 가진다. 이를 통해 우물층에서의 양자구속효과는 유효하게 발현된다. 우물층 또는 장벽층의 형성은 밴드갭 엔지니어링에 의해 수행된다.

예컨대, GaN 기반의 제1 발광층(420)을 형성하고자 하는 경우, GaN보다 낮은 밴드갭을 가지는 물질을 도입하여 우물층의 밴드갭을 조절할 수 있다. 즉, In원자를 도입하여 우물층을 InGaN으로 형성하고, In의 분율의 조절을 통해 우물층과 장벽층을 형성할 수 있다. In의 분율이 상대적으로 낮은 경우, 장벽층으로 거동하며, In의 분율이 상대적으로 높은 경우, 우물층으로 거동한다. 또한, 우물층 또는 장벽층은 2원계, 3원계 또는 4원계로 형성될 수 있다.

이외에도 상기 제1 발광층(420)이 ZnO 계열로 형성되는 경우, Mg, Cd 또는 Be 등의 도입을 통해 밴드갭 엔지니어링이 수행될 수 있다. 물론, 우물층 또는 장벽층은 2원계, 3원계 또는 4원계로 형성될 수 있다.

다만, 우물층의 밴드갭은 장벽층보다 낮을 것이 요구되며, 장벽층의 밴드갭은 제1 n형 반도체층(410) 또는 공통 p형 반도체층(430)보다 낮게 설정됨이 바람직하다.

상기 제1 발광층(420) 상부에는 공통 p형 반도체층(430)이 형성된다. 상기 공통 p형 반도체층(430)은 상기 제1 n형 반도체층(410) 또는 제1 발광층(420)을 형성하는 기반 물질과 동일한 기반 물질로 형성됨이 바람직하다. 예컨대, 제1 n형 반도체층(410) 또는 제1 발광층(420)이 GaN을 포함하는 경우, 공통 p형 반도체층(430)도 GaN을 포함함이 바람직하며, 제1 n형 반도체층(410) 또는 제1 발광층(420)이 ZnO를 포함하는 경우, 공통 p형 반도체층(430)도 ZnO를 포함함이 바람직하다.

공통 p형 반도체층(430)의 형성을 위해 다양한 형태의 도판트가 도입될 수 있다. 예컨대, 상기 공통 p형 반도체층(430)이 GaN을 포함하는 경우, 도판트로는 2족 원소가 사용될 수 있으며, Mg이 사용됨이 바람직하다. 또한, 상기 공통 p형 반도체층(430)이 ZnO를 포함하는 경우, 도판트로는 1족 원소 또는 5족 원소 등이 사용될 수 있다.

상기 공통 p형 반도체층(430) 상부에는 제2 발광층(440)이 구비된다. 상기 제2 발광층(440)은 상술한 제1 발광층(420)과 동일한 구조를 가질 수 있다. 다만, 발광 소자의 설계자의 의지에 따라서, 다양한 물질의 선택과 적층구조의 채용이 가능하다 할 것이다. 특히, 제1 발광층(420)과 동일한 휘도를 구현하고자 하는 경우, 제2 발광층(440)을 형성하는 우물층과 장벽층의 개수는 제1 발광층(420)을 상회할 수 있다. 또한, 제2 발광층(440)을 형성하는 우물층에 대한 밴드갭 엔지니어링을 통해 제1 발광층(420)에서 형성되는 빛과 다른 파장의 빛을 형성할 수도 있다. 예컨대 제1 발광층(420)에서 형성되는 빛이 옐로우 컬러의 파장을 가지도록 하고, 제2 발광층(440)에서 형성되는 빛이 블루 컬러의 파장을 가지도록 할 수 있다.

즉, 제1 발광층(420)이 제1 컬러의 광을 형성하며, 제2 발광층(440)은 제2 컬러의 광을 형성한다. 따라서, 제1 컬러의 광과 제2 컬러의 광은 동일한 파장대를 가지고, 2개의 발광층(420, 440)이 동일한 컬러의 광을 형성할 수 있다. 이외에도 제1 컬러의 광과 제2 컬러의 광이 서로 상이한 파장을 가지도록 하여, 외부에서 2개의 컬러가 혼합된 광을 인식할 수 있도록 구성될 수 있다.

제2 발광층(440) 상부에는 제2 n형 반도체층(450)이 구비된다. 상기 제2 n형 반도체층(450)은 질화물 계열 또는 산화물 계열의 화합물 반도체로 형성된다. 또한, 제1 n형 반도체층(410)과 동일한 재질과 도판트가 사용됨이 바람직하다. 다만, 제2 발광층(440)의 발광면적이 제1 발광층(420)의 발광면적보다 작으므로, 휘도의 균일성을 확보하기 위해 제2 n형 반도체층(450)의 도판트 농도는 제1 n형 반도체층(410)의 경우보다 상회할 수 있다.

또한, 제1 n형 반도체층(410)이 노출된 부위에는 제1 음극(460)이 형성된다. 상기 제1 음극(460)은 제1 n형 반도체층(410)과 오믹 접합을 이룰 수 있는 물질이라면 어느 것이나 가능할 것이다. 예컨대, 상기 제1 n형 반도체층(410)이 GaN을 포함하는 경우, 제1 음극(460)은 Ti/Au로 형성될 수 있으며, 상기 제1 n형 반도체층(410)이 ZnO를 포함하는 경우, 제1 음극(460)은 Pt/Au를 포함할 수 있다.

또한, 제2 n형 반도체층(450) 상부에는 제2 음극(480)이 구비된다. 상기 제2 음극(480)은 제2 n형 반도체층(450)과 오믹 접합을 이룰 수 있는 물질이라면 어느 것이나 가능할 것이다. 예컨대, 상기 제2 음극(480)은 제1 음극(460)과 동일 재질로 형성될 수 있다.

공통 p형 반도체층(430)의 노출된 부위에는 공통 양극(470)이 형성된다. 상기 공통 p형 반도체층(430)은 공통 양극(470)과의 오믹 접합을 형성하기에 용이한 물질이라면 어느 것이나 사용가능하다 할 것이다. 또한, 상기 공통 p형 반도체층(430)와 공통 양극(470) 사이에는 전류확산을 위한 별도의 막질이 개재될 수 있다. 예컨대, 투명 전도성 재질의 전류확산층이 별도로 구비될 수 있다. 사용되는 전류확산층은 전도성 산화물인 ITO 등이 바람직하다. 또한, 전류확산층 상부에 형성되는 공통 양극(470)의 재질로는 Cr/Au가 바람직하다.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광소자를 도시한 다른 단면도이다.

도 9를 참조하면, 상기 도 8에 비해 공통 양극(470)이 제1 음극(460) 또는 제2 음극(480)에 대향하는 방향에 배치된 것으로 나타난다. 즉, 상기 도 8은 제1 음극(460), 공통 양극(470), 제2 음극(480)이 대략 계단 형상의 구조 상에 배치된 것으로 도시되나, 도 9에서는 제1 음극(460), 공통 양극(470) 및 제2 음극(480)이 기판(400)으로부터 상부를 향해 지그재그 형식으로 배치된 것으로 도시된다.

이는 전극의 배치가 다양하게 이루어 질 수 있음을 나타내며, 상기 도 8 및 도 9에 도시된 발광 소자의 상부 평면은 다양한 위치에서 전극들의 배치가 이루어질 수 있다.

또한, 도 9에서 기판(400), 버퍼층, 제1 n형 반도체층(410), 제1 발광층(420), 공통 p형 반도체층(430), 제2 발광층(440), 제2 n형 반도체층(450) 및 전극들(460, 470, 480)의 재질 및 형성은 상기 도 8에 도시된 바와 동일하다.

이하 설명의 편의와 용이한 이해를 위하여 도 8 및 도 9에 개시된 발광 소자에 관한 사항은 도 10의 발광소자로 기술토록 한다.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따라 상기 도 8 및 도 9의 발광 소자를 도시한 등가회로도이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 발광 소자는 3 단자 소자로 모델링된다. 이는 하나의 공통 양극(470)을 중심으로 2개의 음극(460, 480)이 서로 역방향으로 대향하도록 배치된 구조이다. 따라서, 2개의 음극(460, 480) 사이에는 2개의 발광체들(21, 22)이 서로 마주보며 역방향으로 배치되며, 2개의 발광체들(21, 22)은 하나의 전극인 공통 양극(470)에 연결된 구조이다.

만일, 2개의 음극들(460, 480)에만 바이어스를 인가하는 경우, 역방향으로 서로 연결된 발광체들(21, 22)로 인해 발광 소자에는 전류가 흐르지 않으며, 발광 소자에서의 발광 동작은 발생되지 않는다. 발광 소자에서 발광 동작이 수행되기 위해서는 공통 연결된 공통 양극(470)에 일정한 바이어스가 연결되어야 하며, 음극(460, 480)에 연결된 적어도 하나의 발광체(21, 22)에는 순방향 전류가 인가되어야만 한다.

상기 도 10에 개시된 하나의 발광체는 상기 도 8에 도시된 n형 반도체층(410, 450), 발광층(420, 440) 및 공통 p형 반도체층(430)을 모델링한 것이다. 따라서, 상기 도 10에서 2개의 발광체들(21, 22)은 하나의 공통 p형 반도체층(430)을 공유하는 구조를 가진다.

예컨대 상향 발광체(21)는 제2 n형 반도체층(450), 제2 발광층(440) 및 공통 p형 반도체층(430)을 모델링한 것이며, 하향 발광체(22)는 제1 n형 반도체층(410), 제1 발광층(420) 및 공통 p형 반도체층(430)을 모델링한 것이다.

따라서, 3단자 소자로 모델링되는 발광 소자는 공통 p형 반도체층(430)을 공유하는 구조를 가진다.

도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따라 상기 도 8 또는 도 9의 발광 소자를 이용한 조명 회로를 도시한 회로도이다.

도 11을 참조하면, 다수개의 발광 소자들(500, 510, 520, 530, 540, 550)은 전원에 대해 직렬로 배치된다. 또한, 각각의 발광 소자(500, 510, 520, 530, 540, 550)는 도 10에 도시된 바와 같이 3 단자 소자로 모델링된다. 이는 하나의 공통 양극을 중심으로 2개의 음극이 연결된 구조이다. 즉, 하나의 발광소자는 공통 양극을 가지며, 2개의 음극은 서로 대향하도록 배치된다. 이는 하나의 발광 소자를 이루는 2개의 발광체들이 서로 역방향으로 연결된 것으로 모델링할 수 있음을 의미한다.

따라서, 하나의 발광 소자는 상향 발광체와 하향 발광체가 역방향으로 연결된 상태이며, 공통 양극을 가진다.

상기 도 11에서 각각의 발광 소자의 발광체의 음극은 인접한 발광 소자의 공통 양극에 전기적으로 연결되며, 발광 소자의 공통 양극은 인접한 발광 소자의 발광체의 음극에 연결된다. 따라서, 공통 양극을 중심으로 인접한 발광 소자의 발광체들이 연결되며, 해당하는 발광 소자의 상향 발광체 및 하향 발광체가 연결된다.

먼저, 제1 말단 발광소자(500)의 제1 말단 상향 발광체(501)의 음극은 제1 발광 소자(510)의 제1 공통 양극 P1에 연결된다. 또한, 제1 말단 공통 양극 PT1은 AC 전원 및 제1 발광 소자(510)의 제1 하향 발광체(512)의 음극에 연결된다. 제1 말단 발광 소자(500)의 제1 말단 하향 발광체(502)의 음극은 AC 전원 및 제1 말단 공통 양극 PT1에 연결된다.

제1 발광 소자(510)의 제1 상향 발광체(511)의 음극은 제2 발광 소자(520)의 제2 공통 양극 P2에 연결되고, 제1 발광 소자(510)의 제1 공통 양극 P1은 제1 말단 발광 소자(500)의 제1 말단 상향 발광체(501)의 음극과 제2 발광 소자(520)의 제2 하향 발광체(522)의 음극에 연결된다. 또한, 제1 발광 소자(510)의 제1 하향 발광체(512)의 음극은 제1 말단 공통 양극 PT1에 연결된다.

제2 발광 소자(520)의 제2 상향 발광체(521)의 음극은 제3 발광 소자(530)의 제3 공통 양극 P3에 연결되고, 제2 공통 양극 P2는 제1 상향 발광체(511)의 음극 및 제3 하향 발광체(532)의 음극에 연결된다. 또한, 제2 발광 소자(520)의 제2 하향 발광체(522)의 음극은 제1 공통 양극 P1에 연결된다.

상술한 연결관계는 제2 말단 발광 소자(550)까지 동일하게 적용된다.

즉, 제2 말단 발광소자(550)의 제2 말단 상향 발광체(551)의 음극은 AC 전원 및 제2 말단 공통 양극 PT2에 연결되고, 제2 말단 공통 양극 PT2는 제4 상향 발광체(541)의 음극에 연결되고, AC 전원 및 제2 말단 상향 발광체(551)의 음극에 연결된다. 또한, 제2 말단 하향 발광체(552)의 음극은 제4 발광 소자(540)의 제4 공통 양극 P4에 연결된다.

또한, 발광 소자의 발광 동작은 상기 도 5 및 도 6에서 설명된 바와 동일하다. 예컨대 전원 전압의 (+) 반주기 구간에서 제1 말단 공통 양극 PT1에는 양전압이 인가되고, 제2 말단 공통 양극 PT2에는 음전압이 인가된다. 상기 구간에서 상향 발광체들(511, 521, 531, 541)이 턴온되고, 하향 발광체들(512, 522, 532, 542)은 턴오프된다. 특히, 제1 말단 상향 발광체(501)는 턴온되고, 제2 말단 상향 발광체(551)는 턴오프된다.

전원 전압의 (+) 반주기 구간이 경과되고, 제1 말단 공통 양극 PT1에 음전압이 인가되고, 제2 말단 공통 양극 PT2에 양전압이 인가되는 (-) 반주기 구간에서는 발광 소자의 하향 발광체들(512, 522, 532, 542)이 턴온되고, 상향 발광체들(511, 521, 531, 541)은 턴오프된다. 다만, 제1 말단 하향 발광체(502)는 턴오프되고, 제2 말단 하향 발광체(552)는 턴온된다.

따라서, 상향 발광체과 하향 발광체는 상호 번갈아가며 발광 동작을 수행하게 된다. 다만, 각각의 발광체가 발광 동작을 수행하는 구간은 상기 도 11의 조명 회로를 구성하는 발광소자의 개수, 전원 전압의 주기 및 레벨에 따라 달라질 수 있다.

도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다른 조명 회로를 도시한 회로도이다.

도 12를 참조하면, 4개의 발광 소자들(610, 620, 630,640)은 직렬로 연결된다. 또한, 4개의 발광 소자들(610, 620, 630, 640)은 상기 도 10의 모델링된 3단자 발광 소자를 나타낸다. 다만, AC 전원에 연결된 제1 말단 다이오드(600)와 제2 말단 다이오드(650)는 통상의 2단자 발광 다이오드를 의미한다.

즉, 도 12에 개시된 조명 회로는 3단자 발광 소자와 2단자 발광 다이오드가 연결된 것이다.

먼저, 제1 말단 다이오드(600)의 양극은 AC 전원 및 제1 발광 소자(610)의 제1 하향 발광체(612)의 음극에 연결되고, 제1 말단 다이오드(600)의 음극은 제1 발광 소자(610)의 제1 공통 양극 M1에 연결된다.

또한, 제1 발광 소자(610)의 제1 상향 발광체(611)의 음극은 제2 공통 양극 M2에 연결되고, 제1 공통 양극 M1은 제2 발광 소자(620)의 제2 하향 발광체(622)의 음극에 연결된다. 또한, 제1 발광 소자(610)의 제1 하향 발광체(612)의 음극은 AC 전원 및 제1 말단 다이오드(600)의 양극에 연결된다. 나머지 발광 소자들(620, 630)의 연결관계는 상기 도 11에 설명된 바와 동일하다.

다만, 제4 발광 소자(640)의 제4 공통 양극 M4는 제2 말단 다이오드(650)의 음극과 제3 상향 발광체(631)의 음극에 연결된다. 또한, 제4 발광 소자(640)의 제4 상향 발광체(641)의 음극은 AC 전원 및 제2 말단 다이오드(650)의 양극에 연결된다.

또한, 제2 말단 다이오드(650)의 음극은 상기 제4 공통 양극 M4에 연결되고, 제2 말단 다이오드(650)의 양극은 AC 전원 및 제4 상향 발광체(641)의 음극에 연결된다.

상기 도 12의 회로도에서 제1 말단 다이오드(600)는 제1 하향 발광체(612)와 루프를 형성한다. 따라서, AC 전원으로부터 제1 말단 다이오드(600)의 양극으로 양전압이 인가되는 경우, 발광 소자의 하향 발광체(612, 622, 632, 642)로 전류가 전달되는 것을 차단한다. 또한, 제2 말단 다이오드(650)는 제4 발광 소자(640)와 AC 전원 사이에 연결되어, AC 전원으로부터 양전압이 제2 말단 다이오드(650)의 양극에 인가되는 경우, 발광 소자의 상향 발광체(611, 621, 631, 641)로 전류가 전달되는 것을 차단한다.

예컨대, AC 전원이 정현파의 특성을 가지고, 제1 하향 발광체(612)의 음극 및 제1 말단 다이오드(600)의 양극에 양전압이 인가되고, 반대편의 제2 말단 다이오드(650)의 양극에 음전압이 인가되는 경우, 발광 소자들의 모든 상향 발광체(611, 621, 631, 641)는 턴온된다. 또한, 제1 말단 다이오드(600)도 턴온된다. 반면, 제2 말단 다이오드(650) 및 모든 하향 발광체들(612, 622, 632, 642)은 오프된다.

또한, 제1 말단 다이오드(600)의 양극에 음전압이 인가되고, 반대편의 제2 말단 다이오드(650)의 양극에 양전압이 인가되는 경우, 발광 소자들의 모든 하향 발광체들(612, 622, 632, 642)은 턴온된다. 또한, 제2 말단 다이오드(650)도 턴온된다. 반면, 발광 소자들의 모든 상향 발광체들(611, 621, 631, 641)은 턴오프되며, 제1 말단 다이오드(600)도 턴오프된다.

상기 도 12에서 제1 발광 소자(610)와 AC 전원 사이에는 제1 말단 다이오드(600)가 구비되고, 제4 발광 소자(640)와 AC 전원 사이에는 제2 말단 다이오드(650)가 구비된다. 이외의 구성은 상기 도 11과 동일하다.

또한, 상기 도 11 및 도 12에서 발광 소자들은 4개가 구비되는 것으로 도시되었으나, AC 전원의 진폭에 따라 발광 소자들의 개수는 얼마든지 변경가능하다 할 것이다.

제3 실시예

도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 조명 회로를 도시한 회로도이다.

도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 조명회로는 다수의 발광 소자들이 서로 연결되고, 연결을 통해 대략 마름모 형상의 배치를 가진다.

또한, 조명 회로는 다수의 발광 소자들이 연결되어 하나의 열을 형성하고, 각각의 열은 서로 연결되어, 조명 회로를 구성한다.

제1 열(710)은 제1 말단 다이오드(711) 및 다수개의 발광 소자들로 구성된다. 도 13의 발광 소자들은 상기 도 7에 도시된 발광 소자들이다. 따라서, 제1 말단 다이오드(711)는 AC 전원 및 제1 발광 소자(712) 사이에 연결된다. 또한, 제1 열(710)의 말단에 배치된 제5 발광 소자(713)의 제5 공통 음극은 제2 열(721)의 제5 발광 소자(721)의 제5 하향 발광체(721)의 양극에 연결된다. 또한, 제1 열(710)의 말단의 제5 발광 소자(713)의 제5 하향 발광체의 양극은 제2 열(720)의 제5 발광 소자(721)의 제5 공통 음극에 연결된다.

또한, 제2 열(720)의 말단에 배치된 제1 발광 소자(722)는 제3 열(730)의 제1 발광 소자(731)에 전기적으로 연결된다. 즉, 제2 열(720)의 제1 발광 소자(722)의 제1 상향 발광체의 양극은 제3 열(730)의 제1 발광 소자(731)의 제1 공통 음극에 연결되고, 제2 열(720)의 제1 발광 소자(722)의 제1 공통 음극은 제3 열(730)의 제1 발광 소자(731)의 제1 상향 발광체의 양극에 연결되다. 상술한 연결관계들은 제3 열(730)의 발광 소자들에 동일하게 적용된다. 또한, 제3 열(730)의 말단에 배치된 제5 발광 소자(732)는 제4 열(740)의 제5 발광 소자(742)에 연결된다.

제3열(730)의 제5 발광 소자(732)의 제5 공통 음극은 제4 열(740)의 제5 발광 소자(741)의 제5 하향 발광체의 양극에 연결된다. 또한, 제3 열(730)의 제5 발광 소자(732)의 제5 하향 발광체의 양극은 제4 열(740)의 제5 공통 음극에 연결된다.

제4 열(740)의 말단에 배치된 제2 말단 다이오드(743)의 양극은 제4 열(740)의 제1 발광 소자(742)의 제1 공통 음극에 연결되고, 제2 말단 발광 다이오드의 음극은 AC 전원 및 제1 발광 소자(743)의 제1 상향 발광체의 양극에 연결된다.

또한, 각각의 열에 배치된 발광 소자들 사이의 전기적 연결은 상기 도 7에서 설명된 바와 동일하다. 특히, 상기 도 13에서는 AC 전원에 2개의 말단 다이오드들이 연결된 것으로 도시하였으나, 도 4와 같이 말단 다이오드 대신 말단 발광 소자들이 사용될 수 있다.

상기 도 13에서 AC 전원을 통해 제1 말단 다이오드(711)의 음극에 양전압이 인가되고, 제2 말단 다이오드(743)의 음극에 음전압이 인가되는 경우, 제1 열(710)의 상향 발광체들은 턴온되고, 제1 열(710)의 하향 발광체들은 턴오프된다. 또한, 제2 열(720)의 하향 발광체들은 턴온되고, 제2 열(720)의 상향 발광체들은 턴오프된다. 이는 제3 열(730)에서 모든 상향 발광체들이 턴온되고, 하향 발광체들이 턴오프되는 현상을 유발한다. 마지막으로 제4 열(740)의 하향 발광체들은 턴온되고, 제4 열(740)의 상향 발광체들은 턴오프되는데, 특히, 제2 말단 다이오드(743)도 턴온된다.

반면, 제1 말단 다이오드(711)의 음극에 음전압이 인가되고, 제2 말단 다이오드(743)의 음극에 양전압이 인가되는 경우, 제1 열(710)의 발광 소자들의 하향 발광체들은 모두 턴온되고, 상향 발광체들은 모두 턴오프된다. 특히, 제1 말단 다이오드(711)는 턴온된다. 또한, 제2 열(720)의 상향 발광체들은 모두 턴온되고, 제3 열(730)의 하향 발광체들도 모두 턴온되며, 제4 열(740)의 상향 발광체들도 턴온된다.

상술한 도 13의 조명 회로는 턴온시 전류의 흐름이 지그재그로 진행된다. 예컨대, 제1 열(710)에서 좌측에서 우측을 전류가 흐를 경우, 제2 열(720)에서는 우측에서 좌측으로 전류가 흐르는 양상을 가진다. 또한, 열마다 턴온되는 발광체는 서로 번갈아가며 수행된다. 즉, 제1 열(710)에서 상향 발광체들이 턴온되면, 제2 열(720)에서는 하향 발광체들이 턴온되는 양상을 가진다. 즉, 짝수열에서 상향 발광체가 턴온되면, 홀수열에서는 하향 발광체들이 턴온된다. 물론, 반대의 경우도 성립한다.

이는 상기 도 1, 도 2, 도 8 또는 도 9에서 제1 발광층이 제1 컬러의 광을 형성하고, 제2 발광층이 제1 컬러와 다른 제2 컬러의 광을 형성할 때, 하나의 조명 회로에서 적어도 2개의 컬러의 광이 추출될 수 있음을 의미한다. 따라서, 적절한 컬러의 광의 형성을 통해 백색광의 형성이 가능하다. 예컨대, 제1 컬러를 옐로우로 형성하고, 제2 컬러를 블루로 형성하는 경우, 전원 전압의 전 주기에서 백색광의 형성이 가능해진다.

도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 조명 회로를 도시한 다른 회로도이다.

도 14를 참조하면, 다수의 발광 소자들은 하나의 열을 형성하고, 다수의 열의 조합을 통해 하나의 조명 회로가 형성된다.

각각의 열들에 구성된 발광 소자의 구성은 상기 도 7에서 설명된 바와 동일하다. 다만, 상기 도 14는 열들 사이의 전기적 연결관계가 상기 도 13과 상이하다.

제1 열(750)은 제1 말단 다이오드(751) 및 5개의 발광 소자들로 구성된다. 제1 말단 다이오드(751)는 제1 열(750)의 제1 발광 소자(752)와 AC 전원 사이에 연결된다. 또한, 제1 열(750)의 발광 소자는 제2 열(760)의 발광 소자와 전기적으로 연결된다. 즉, 제1 열(750)의 말단인 제5 발광 소자(753)의 제5 공통 음극은 제2 열(760)의 제1 발광 소자(761)의 상향 발광체의 양극에 연결된다. 또한, 제1 열(750)의 제5 발광 소자(753)의 제5 하향 발광체의 양극은 제2 열(760)의 제1 공통 음극에 연결된다.

또한, 제2 열(760)의 제5 발광 소자(762)는 제3 열(770)의 제1 발광 소자(771)와 전기적으로 연결된다. 마찬가지로, 제3 열(770)의 말단에 배치된 제5 발광 소자(772)는 제4 열(780)의 제1 발광 소자(781)와 전기적으로 연결된다. 또한, 제4 열(780)의 말단에 배치된 제2 말단 다이오드(783)의 양극은 제5 발광 소자(782)의 제5 공통 음극에 연결되고, 제2 말단 다이오드(783)의 음극은 제5 하향 발광체의 양극과 AC 전원에 연결된다.

상기 도 14에서, 제1 말단 다이오드(751)의 음극에 양전압이 인가되고, 제2 말단 다이오드(783)의 음극에 음전압이 인가되면, 모든 열의 상향 발광체들은 턴온된다. 또한, 모든 열의 하향 발광체들은 턴오프된다. 특히, 제2 말단 다이오드(783)는 턴온된다.

만일, 도 14에서 제1 말단 다이오드(751)의 음극에 음전압이 인가되고, 제2 말단 다이오드(783)의 음극에 양전압이 인가되면, 모든 열의 하향 발광체들은 턴온되고, 상향 발광체들은 턴오프된다. 또한, 제1 말단 다이오드(751)는 턴온된다.

상술한 도 14의 조명 회로는 AC 전원의 한 주기 동한 상향 발광체와 하향 발광체가 번갈아가며 턴온되는 양상을 가진다. 또한, 하나의 열에서 전류가 흐르는 방향은 각각의 열에서 동일하다. 즉, 제1 열(750)에서 좌측으로부터 우측으로 전류가 흐르는 경우, 나머지 열들에서도 동일하게 전류가 흐른다.

또한, 도 13의 조명 회로와 도 14의 조명 회로는 서로 혼용되어 적용될 수 있다. 예컨대, 제1 열 및 제2 열은 도 13과 같은 구성을 가지고, 제2 열 및 제 3열은 도 14와 같은 구성을 가질 수 있다. 또한, 도 13 및 도 14에서는 하나의 열에 채용되는 3단자 발광 소자의 개수가 4 또는 5로 설정되나, 이는 설명의 편의를 위한 구성이며, 하나의 열에는 다양한 수의 발광 소자들이 채용될 수 있다. 또한, 조명 회로를 구성하는 열의 개수도 다양하게 변경 가능함은 당업자에게 자명한 사항이라 할 것이다. 이외에 도 13 및 도 14에서 말단 다이오드 대신 도 4에 도시된 말단 발광 소자가 채용될 수 도 있다. 즉, 도 13 및 도 14에서는 AC 전원과 연결되는 말단부에는 2단자 발광 다이오드를 채용하고 있으나, 3단자 발광 소자가 말단부에 채용될 수도 있다.

도 15는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 다른 조명 회로를 도시한 회로도이다.

도 15를 참조하면, 조명 회로는 다수의 발광 소자들이 하나의 열로 형성되고, 다수개의 열이 전기적으로 서로 연결되어 조명 회로를 형성한다. 각각의 열은 본 발명의 도 12에 도시된 회로에 의해 형성된다.

제1 열(810)은 제1 말단 다이오드(811)와 4개의 발광 소자들로 형성된다. 특히, 제1 말단 다이오드(811)는 AC 전원 및 제1 열(810)의 제1 발광 소자(812) 사이에 연결된다. 즉, 제1 말단 다이오드(811)의 양극은 AC 전원에 연결되고, 제1 하향 발광체의 음극에 연결된다. 또한, 제1 말단 다이오드(811)의 음극은 제1 공통 양극에 연결된다. 나머지 제1 열(810)의 발광 소자의 전기적 연결관계는 도 12에서 서술된 바와 동일하다. 또한, 제1 열(810)의 말단에 배치된 제5 발광 소자(813)는 제2 열(820)의 제5 발광 소자(821)와 연결된다. 즉, 제1 열(810)의 제5 상향 발광체(813)의 음극은 제2 열(820)의 제5 발광 소자(821)의 제5 공통 양극에 연결되고, 제1 열(810)의 제5 공통 양극은 제2 열(820)의 제5 상향 발광체의 음극에 연결된다.

제2 열(820)의 말단을 구성하는 제1 발광 소자(822)는 제3 열(830)의 제1 발광 소자(831)와 전기적으로 연결된다. 즉, 제2 열(820)의 제1 공통 양극은 제3 열(830)의 제1 하향 발광체의 음극에 연결되고, 제2 열(820)의 제1 하향 발광체의 음극은 제3 열(830)의 제1 공통 양극에 연결된다.

제3 열(830)의 말단을 구성하는 제5 발광 소자(832)는 제4 열(840)의 제5 발광 소자(841)와 전기적으로 연결된다. 즉, 제3 열(830)의 제5 상향 발광체의 음극은 제4 열(840)의 제5 공통 양극에 연결되고, 제3 열(830)의 제5 공통 양극은 제4 열(840)의 제5 상향 발광체의 음극에 연결된다.

또한, 제4 열(840)을 구성하는 발광 소자들의 연결관계는 상술한 열들을 구성하는 발광 소자들의 연결관계와 동일하다. 다만, 제4 열의 말단에는 제2 말단 다이오드(843)가 구비되고, 제2 말단 다이오드(843)는 AC 전원과 제1 발광 소자(842) 사이에 배치된다. 즉, 제2 말단 다이오드(843)의 음극은 제4 열(840)의 제1 공통 양극에 연결되고, 제2 말단 다이오드(843)의 양극은 AC 전원 및 제4 열(840)의 제1 하향 발광체의 음극에 연결된다.

만일, 제1 말단 다이오드(811)의 양극에 양전압이 인가되고, 제2 말단 다이오드(843)의 양극에 음전압이 인가되는 경우, 홀수열의 상향 발광체들과 짝수열의 하향 발광체들은 턴온된다. 또한, 홀수열의 하향 발광체와 짝수열의 상향 발광체들은 턴오프된다. 특히, 제1 말단 다이오드(811)도 턴온된다.

또한, 제1 말단 다이오드(811)의 양극에 음전압이 인가되고, 제2 말단 다이오드(843)의 음극에 양전압이 인가되는 경우, 홀수열의 하향 발광체들은 턴온되고, 짝수열의 상향 발광체들도 턴온되며, 제2 말단 다이오드(843)도 턴온된다. 또한, 홀수열의 상향 발광체들과 짝수열의 하향 발광체들도 턴오프된다.

상기 도 15의 조명 회로는 제1 열(810)부터 제4 열(840)까지 지그재그 형상으로 연결되어 턴온되는 상향 발광체 또는 하향 발광체가 서로 번갈아가며 발광 동작을 수행하는 양상을 가진다. 즉, 제1 열(810)의 상향 발광체들에서 왼쪽에서 오른쪽 방향으로 전류가 흐르면, 제2 열(820)의 하향 발광체들에서는 반대 방향으로 전류가 흐른다. 따라서, 홀수열에서 흐르는 전류의 방향과 짝수열에서 흐르는 전류의 방향은 서로 반대방향으로 설정된다.

도 16은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 다른 조명회로를 도시한 다른 회로도이다.

도 16을 참조하면, 상기 도 15에 도시된 회로와 동일하게 다수의 발광 소자들을 연결하여 하나의 열을 형성한다. 각각의 열의 연결관계가 상이한 것을 제외하고, 나머지 요소들의 연결관계는 상기 도 15와 동일하다. 즉, 제1 말단 다이오드(851) 및 제2 말단 다이오드(883)는 2 단자 발광 다이오드로 구성되고, 나머지 발광 소자들은 3단자 발광 소자들로 구성된다.

따라서, 제1 말단 다이오드(851)는 AC 전원과 제1 열(850)의 제1 발광 소자(852) 사이에 연결된다. 또한, 제1 열(850)의 제5 발광 소자(853)는 제2 열(860)의 제1 발광 소자(861)에 연결된다. 제2 열(860)의 제5 발광 소자(862)는 제3 열(870)의 제1 발광 소자(871)에 연결된다. 마찬가지로, 제3 열(870)의 제5 발광 소자(872)는 제4 열(880)의 제1 발광 소자(881)에 연결된다. 제4 열(880)의 말단부에 배치된 제2 말단 다이오드(883)는 제4 열(880)의 제5 발광 소자(882)와 AC 전원 사이에 연결된다.

만일, 제1 말단 다이오드(851)의 양극에 양전압이 인가되고, 제2 말단 다이오드(883)의 양극에 음전압이 인가되는 경우, 모든 열의 상향 발광체들은 턴온되고, 하향 발광체들은 턴오프된다. 따라서, 각각의 열은 좌측에서 우측 방향으로 전류가 흐르게 된다. 또한, 제1 말단 다이오드(851)의 양극에 음전압이 인가되고, 제2 말단 다이오드(883)의 양극에 양전압이 인가되면, 모든 열의 상향 발광체들은 턴오프되고, 모든 열의 하향 발광체들은 턴온된다. 따라서, 각각의 열은 우측에서 좌측방향으로 전류가 흐르게 된다. 또한, 상향 발광체들이 턴온되는 경우, 제1 말단 다이오드(851)도 턴온되고, 하향 발광체들이 턴온되는 경우, 제2 말단 다이오드(883)도 턴온된다.

상기 도 15 및 도 16에서 제1 말단 다이오드 및 제2 말단 다이오드 대신 상기 도 11에 개시된 말단 발광소자들이 사용될 수 있다. 또한, 각각의 열에 채용되는 발광 소자들의 개수는 임의로 변경 가능하며, 열의 개수 또한 인가되는 전원 전압의 진폭에 따라 변경 가능하다 할 것이다. 또한, 도 15에 개시된 열의 연결관계와 도 16에 도시된 열의 전기적 연결관계는 서로 혼용될 수 있다. 즉, 제1 열과 제2 열 사이에는 도 15의 연결관계로 형성되고, 제2 열과 제3 열 사이에는 도 16의 연결관계로 설정될 수 있다.

상술한 본 발명에 따른 조명 회로는 다수의 3 단자 발광 소자들로 구성된다. 즉, 하나의 발광 소자는 3 단자로 형성되며, AC 전원이 인가되더라도, 인가전압의 전구간에서 턴온되는 특성을 가진다. 이를 통해 간단한 전기적 연결로 효율적인 조명 회로의 구성이 가능해진다. 또한, 하나의 발광 구조에서 적어도 2개의 컬러를 가진 광을 형성할 수 있으므로 다양한 컬러의 구현이 가능해진다.

100, 400 : 기판 110 : 제1 p형 반도체층
120, 420 : 제1 발광층 130 : 공통 n형 반도체층
140, 440 : 제2 발광층 150 : 제2 p형 반도체층
170 : 공통 음극 200, 500 : 제1 말단 발광 소자
250, 550 : 제2 말단 발광 소자 300, 600 : 제1 말단 다이오드
350, 650 : 제2 말단 다이오드 410 : 제1 n형 반도체층
430 : 공통 p형 반도체층 450 : 제2 n형 반도체층
470 : 공통 양극

Claims (18)

1. 제1 방향으로 인접하는 발광 소자의 공통 음극에 연결된 상향 발광체;
   상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 인접하는 발광 소자의 공통 음극에 연결된 하향 발광체; 및
   상기 상향 발광체와 상기 하향 발광체가 공유하는 공통 n형 반도체층에 연결된 공통 음극을 포함하는 3 단자 발광 소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 상향 발광체와 상기 하향 발광체는 상기 공통 음극을 중심으로 서로 대향하는 것을 특징으로 하는 3 단자 발광 소자.
3. 제2항에 있어서, 상기 상향 발광체는,
   기판 상에 형성된 제1 p형 반도체층;
   상기 제1 p형 반도체층 상에 형성된 제1 발광층; 및
   상기 제1 발광층 상에 형성된 상기 공통 n형 반도체층을 포함하고,
   상기 하향 발광체는,
   상기 상향 발광체와 공유되는 상기 공통 n형 반도체층;
   상기 공통 n형 반도체층 상에 형성된 제2 발광층; 및
   상기 제2 발광층 상에 형성된 제2 p형 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 3 단자 발광 소자.
4. 제3항에 있어서,상기 제1 p형 반도체층 상에는 제1 양극이 형성되고, 상기 제2 p형 반도체층 상에는 제2 양극이 형성되며, 상기 공통 n형 반도체층 상에는 상기 공통 음극이 형성되고, 상기 제1 양극은 상기 제1 방향에 인접하는 발광 소자의 공통 음극에 연결되고, 상기 제2 양극은 상기 제2 방향으로 인접하는 발광 소자의 공통 음극에 연결되는 것을 특징으로 하는 3 단자 발광 소자.
5. 제1 방향으로 인접하는 발광 소자의 공통 양극에 연결된 상향 발광체;
   상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 인접하는 발광 소자의 공통 양극에 연결된 하향 발광체; 및
   상기 상향 발광체와 상기 하향 발광체가 공유하는 공통 p형 반도체층에 연결된 공통 양극을 포함하는 3 단자 발광 소자.
6. 제5항에 있어서, 상기 상향 발광체와 상기 하향 발광체는 상기 공통 양극을 중심으로 서로 대향하는 것을 특징으로 하는 3 단자 발광 소자.
7. 제6항에 있어서, 상기 하향 발광체는,
   기판 상에 형성된 제1 n형 반도체층;
   상기 제1 n형 반도체층 상에 형성된 제1 발광층; 및
   상기 제1 발광층 상에 형성된 상기 공통 p형 반도체층을 포함하고,
   상기 상향 발광체는,
   상기 하향 발광체와 공유되는 상기 공통 p형 반도체층;
   상기 공통 p형 반도체층 상에 형성된 제2 발광층; 및
   상기 제2 발광층 상에 형성된 제2 n형 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 3 단자 발광 소자.
8. 제7항에 있어서,상기 제1 n형 반도체층 상에는 제1 음극이 형성되고, 상기 제2 n형 반도체층 상에는 제2 음극이 형성되며, 상기 공통 p형 반도체층 상에는 상기 공통 양극이 형성되고, 상기 제1 음극은 상기 제2 방향에 인접하는 발광 소자의 공통 양극에 연결되고, 상기 제2 음극은 상기 제1 방향으로 인접하는 발광 소자의 공통 양극에 연결되는 것을 특징으로 하는 3 단자 발광 소자.
9. AC 전원의 일단에 연결된 제1 말단 발광 소자;
   상기 제1 말단 발광 소자에 연결되고, 서로 직렬로 다수 연결된 다수의 발광 소자들; 및
   상기 다수의 발광 소자들의 종단부와 상기 AC 전원의 타단에 연결된 제2 말단 발광 소자를 포함하고,
   상기 제1 말단 발광 소자, 상기 제2 말단 발광 소자 및 상기 발광 소자들은 공통 양극 또는 공통 음극을 공유하는 3단자 발광 소자인 것을 특징으로 하는 조명 회로.
10. 제9항에 있어서, 상기 3단자 발광 소자는,
    기판 상에 형성된 제1 p형 반도체층;
    상기 제1 p형 반도체층 상에 형성된 제1 발광층;
    상기 제1 발광층 상에 형성된 공통 n형 반도체층;
    상기 공통 n형 반도체층 상에 형성된 제2 발광층; 및
    상기 제2 발광층 상에 형성된 제2 p형 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 회로.
11. 제10항에 있어서, 상기 3단자 발광 소자는,
    상기 제1 p형 반도체층, 상기 제1 발광층 및 상기 공통 n형 반도체층은 상향 발광체를 구성하고,
    상기 제2 p형 반도체층, 상기 제2 발광층 및 상기 공통 n형 반도체층은 하향 발광체를 구성하여,
    상기 상향 발광체 및 상기 하향 발광체는 상기 공통 n형 반도체층을 공유하고, 상호 대향되어 연결되는 것을 특징으로 하는 조명 회로.
12. 제9항에 있어서, 상기 3단자 발광 소자는,
    기판 상에 형성된 제1 n형 반도체층;
    상기 제1 n형 반도체층 상에 형성된 제1 발광층;
    상기 제1 발광층 상에 형성된 공통 p형 반도체층;
    상기 공통 p형 반도체층 상에 형성된 제2 발광층; 및
    상기 제2 발광층 상에 형성된 제2 n형 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 회로.
13. 제12항에 있어서, 상기 3단자 발광 소자는,
    상기 제1 n형 반도체층, 상기 제1 발광층 및 상기 공통 p형 반도체층은 하향 발광체를 구성하고,
    상기 제2 n형 반도체층, 상기 제2 발광층 및 상기 공통 p형 반도체층은 상향 발광체를 구성하여,
    상기 하향 발광체 및 상기 상향 발광체는 상기 공통 p형 반도체층을 공유하고, 상호 대향되어 연결되는 것을 특징으로 하는 조명 회로.
14. AC 전원의 일단에 연결된 제1 말단 다이오드;
    상기 제1 말단 다이오드에 연결되고, 서로 직렬로 다수 연결된 다수의 발광 소자들; 및
    상기 다수의 발광 소자들의 종단부와 상기 AC 전원의 타단에 연결된 제2 말단 다이오드를 포함하고,
    상기 제1 말단 다이오드 및 상기 제2 말단 다이오드는 2단자 발광 다이오드이며, 상기 발광 소자들은 공통 양극 또는 공통 음극을 공유하는 3단자 발광 소자인 것을 특징으로 하는 조명 회로.
15. 제14항에 있어서, 상기 3단자 발광 소자는,
    기판 상에 형성된 제1 p형 반도체층;
    상기 제1 p형 반도체층 상에 형성된 제1 발광층;
    상기 제1 발광층 상에 형성된 공통 n형 반도체층;
    상기 공통 n형 반도체층 상에 형성된 제2 발광층; 및
    상기 제2 발광층 상에 형성된 제2 p형 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 회로.
16. 제15항에 있어서, 상기 3단자 발광 소자는,
    상기 제1 p형 반도체층, 상기 제1 발광층 및 상기 공통 n형 반도체층은 상향 발광체를 구성하고,
    상기 제2 p형 반도체층, 상기 제2 발광층 및 상기 공통 n형 반도체층은 하향 발광체를 구성하여,
    상기 상향 발광체 및 상기 하향 발광체는 상기 공통 n형 반도체층을 공유하고, 상호 대향되어 연결되는 것을 특징으로 하는 조명 회로.
17. 제14항에 있어서, 상기 3단자 발광 소자는,
    기판 상에 형성된 제1 n형 반도체층;
    상기 제1 n형 반도체층 상에 형성된 제1 발광층;
    상기 제1 발광층 상에 형성된 공통 p형 반도체층;
    상기 공통 p형 반도체층 상에 형성된 제2 발광층; 및
    상기 제2 발광층 상에 형성된 제2 n형 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 회로.
18. 제17항에 있어서, 상기 3단자 발광 소자는,
    상기 제1 n형 반도체층, 상기 제1 발광층 및 상기 공통 p형 반도체층은 하향 발광체를 구성하고,
    상기 제2 n형 반도체층, 상기 제2 발광층 및 상기 공통 p형 반도체층은 상향 발광체를 구성하여,
    상기 하향 발광체 및 상기 상향 발광체는 상기 공통 p형 반도체층을 공유하고, 상호 대향되어 연결되는 것을 특징으로 하는 조명 회로.
    

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