KR101874001B1 - 발광다이오드 장치 - Google Patents

발광다이오드 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101874001B1
KR101874001B1 KR1020120148038A KR20120148038A KR101874001B1 KR 101874001 B1 KR101874001 B1 KR 101874001B1 KR 1020120148038 A KR1020120148038 A KR 1020120148038A KR 20120148038 A KR20120148038 A KR 20120148038A KR 101874001 B1 KR101874001 B1 KR 101874001B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light emitting
emitting diode
substrate
light
units
Prior art date
Application number
KR1020120148038A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130095168A (ko
Inventor
즈-시엔 왕
치아-리앙 슈
이-밍 첸
이-탕 라이
Original Assignee
에피스타 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에피스타 코포레이션 filed Critical 에피스타 코포레이션
Publication of KR20130095168A publication Critical patent/KR20130095168A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101874001B1 publication Critical patent/KR101874001B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/075—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00
    • H01L25/0753—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/15—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission
    • H01L27/153—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars
    • H01L27/156—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars two-dimensional arrays
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2105/00—Planar light sources
    • F21Y2105/10—Planar light sources comprising a two-dimensional array of point-like light-generating elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2105/00—Planar light sources
    • F21Y2105/10—Planar light sources comprising a two-dimensional array of point-like light-generating elements
    • F21Y2105/12—Planar light sources comprising a two-dimensional array of point-like light-generating elements characterised by the geometrical disposition of the light-generating elements, e.g. arranging light-generating elements in differing patterns or densities
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/38—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

본 발명의 2차원 어레이 발광다이오드 소자는, 제1 표면을 가진 투명기판; 복수의 측변 및 둘레 길이를 각각 가지며, 제1 표면상에 배치된 복수의 서로 인접한 발광유닛; 및 복수의 서로 인접한 발광유닛을 전기적으로 연결하며, 제1 표면상에 배치된 복수의 도전배선구조를 포함하고, 각 발광유닛의 측변은 가장 가까운 발광유닛과 복수의 수직 거리를 가지며, 복수의 수직 거리가 50㎛보다 크면 발광유닛의 측변은 가장 가까운 발광유닛과 근접하지 않으며, 복수의 발광유닛 중에서 각 발광유닛의 가장 가까운 발광유닛과 근접하지 않는 측변 길이의 총합과 발광유닛 둘레 길이의 비(比)는 50%보다 크다.

Description

발광다이오드 장치{LIGHT-EMITTING DIODE DEVICE}
본 발명은 2차원 어레이 발광다이오드 소자에 관한 것으로, 특히 높은 발광 효율을 가진 2차원 어레이 고압 발광다이오드 소자에 관한 것이다.
발광다이오드(LED)의 발광원리와 구조는 종래의 광원과 다르며, 전력소비가 낮고, 소자 수명이 길며, 예열 시간이 필요 없고, 반응 속도가 빠른 등의 장점이 있다. 게다가 부피가 작고, 진동에 잘 견디며, 대량 생산에 적합하고, 응용요구에 따라 미니형 또는 어레이식 소자를 쉽게 제조할 수 있으므로, 광학 디스플레이 장치, 레이저 다이오드, 교통 신호, 데이터 저장장치, 통신장치, 조명장치 및 의료장치 등의 시장에서 광범위하게 응용되고 있다.
종래의 2차원 어레이 발광다이오드 소자(1)는, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 투명기판(10)과, 2차원 방향으로 연장되고, 투명기판(10) 상에 긴밀하게 배열 형성된 복수개의 발광다이오드 유닛(12)을 포함하고, 각각의 발광다이오드 유닛(12)은 p형 반도체층(121), 발광층(122), 및 n형 반도체층(123)을 포함한다. 투명기판(10)이 전기를 전도하지 않으므로, 복수개의 발광다이오드 유닛(12) 사이에 식각을 통해 트렌치(14)를 형성하여, 각각의 발광다이오드 유닛(12)이 서로 절연되게 할 수 있으며, 또한 복수개의 발광다이오드 유닛(12)을 n형 반도체층(123)까지 부분 식각하여, n형 반도체층(123)의 노출 영역 및 p형 반도체층(121) 상에 제1 전극(18) 및 제2 전극(16)을 형성한다. 그런 다음 도전배선구조(19)를 통해 복수개의 발광다이오드 유닛(12)의 제1 전극(18)과 제2 전극(16)을 선택적으로 연결하여, 복수개의 발광다이오드 유닛(12) 사이에 직렬 또는 병렬 회로를 형성한다. 도전배선구조(19)의 하부는 공기일 수 있으며, 또한 도전배선구조(19)를 형성하기 전에 발광다이오드 유닛(12)의 에피택시층의 일부 표면 및 서로 근접한 발광다이오드 유닛(12)의 에피택시층 사이에 화학기상증착 방식(CVD), 물리기상증착 방식(PVD), 스퍼터링(sputtering) 등 기술로 절연층(13)을 미리 증착 형성하여, 에피택시층의 보호층 및 서로 근접한 발광다이오드 유닛(12) 사이의 전기적 절연층으로 할 수도 있다. 절연층(13)의 재질은 바람직하게 산화알루미늄(Al2O3), 산화규소(SiO2), 질화알루미늄(AlN), 질화규소(SiNx), 이산화티타늄(TiO2) 등 재료 또는 이들의 복합 조합일 수 있다.
그러나, 도전배선구조(19)를 통해 발광다이오드 유닛(12) 사이의 회로를 연결할 경우, 발광다이오드 유닛(12)과 그 사이의 트렌치(14)의 높이 차이가 상당히 크므로, 도전배선구조(19)를 형성할 때 도선 연결 불량 또는 단선(斷線) 문제가 쉽게 발생하여 소자의 수율에 영향을 미친다.
또한, 상술한 발광다이오드 소자(1)는 추가로 기타 소자와 조합 연결되어 발광장치(light-emitting apparatus)를 형성할 수 있다. 도 11은 종래의 발광장치의 구조 개략도이다. 도 11에 도시한 바와 같이, 발광장치(100)는 상기 발광다이오드 소자(1)가 점착 고정되고 적어도 회로(101)를 구비한 서브 마운트(110, sub-mount); 및 발광소자(1)의 제1 전극패드(16'), 제2 전극패드(18')와 서브 마운트(110) 상의 회로(101)를 전기적으로 연결시키는 전기적 연결구조(104)를 포함하고, 상기 서브 마운트(110)는 발광장치(100)의 회로설계를 편리하게 하고 방열 효과를 높이도록, 리드 프레임(lead frame) 또는 대형 실장기판(mounting substrate)일 수 있다. 상기 전기적 연결구조(104)는 본딩 와이어(bonding wire) 또는 기타 연결구조일 수 있다.
본 발명은 2차원 어레이 발광다이오드 소자를 제공하며, 특히 높은 발광 효율을 가진 2차원 어레이 고압 발광다이오드 소자를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 어레이 발광다이오드 소자는, 제1 표면을 가진 투명기판; 복수의 측변 및 둘레 길이를 각각 가지며, 제1 표면상에 배치된 복수의 서로 인접한 발광유닛; 및 상기 복수의 서로 인접한 발광유닛을 전기적으로 연결하며, 제1 표면상에 배치된 복수의 도전배선구조를 포함하고, 각각의 발광유닛의 측변은 가장 가까운 발광유닛과 복수의 수직 거리를 가지며, 상기 복수의 수직 거리가 50㎛보다 크면, 발광유닛의 측변은 가장 가까운 발광유닛과 근접하지 않으며; 상기 복수의 발광유닛 중에서 각 발광유닛의 가장 가까운 발광유닛과 근접하지 않는 측변 길이의 총합과 발광유닛 둘레 길이의 비는 50%보다 크다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 2차원 어레이 발광다이오드 소자는, 제1 표면을 가진 투명기판; 투명기판의 제1 표면상에 배치된 제1 도전성 반도체층, 제1 도전성 반도체층 상에 배치된 제2 도전성 반도체층, 및 제1 도전성 반도체층과 제2 도전성 반도체층 사이에 배치된 발광층을 각각 포함하는 복수의 발광유닛; 및 상기 복수의 발광유닛을 전기적으로 연결하며, 제1 표면상에 배치된 복수의 도전배선구조를 포함하고, 각 발광유닛의 발광층 사이의 간격이 35㎛보다 크다.
도 1은 종래의 2차원 어레이 발광다이오드 소자를 나타낸 측면 구조도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 어레이 발광다이오드 소자를 나타낸 평면 구조도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 어레이 발광다이오드 소자를 나타낸 측면 구조도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 유닛을 나타낸 평면 구조도이다.
도 4a ~ 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 어레이 발광다이오드 소자를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 어레이 발광다이오드 소자를 나타내는 평면 구조도이다.
도 6a ~ 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차원 어레이 발광다이오드 소자를 나타낸 평면 개략도이다.
도 7은 서로 다른 2차원 어레이 발광다이오드 소자에 따른 발광 효율과 각 발광다이오드 유닛의 발광 에너지를 나타낸 비교표이다.
도 8a ~ 도 8c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차원 어레이 발광다이오드 소자를 나타낸 평면 구조도이다.
도 9a ~ 도 9d는 단일열의 직렬 연결형 고압 발광다이오드 소자를 나타낸 평면 구조도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차원 어레이 발광다이오드 소자를 나타낸 평면 구조도이다.
이하, 도면과 결합하여 본 발명의 각 실시예에 대해 설명한다. 도 2a와 도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 2차원 어레이 발광다이오드 소자(2)의 평면도와 측면도이다. 2차원 어레이 발광다이오드 소자(2)는 하나의 투명기판(20)을 가지고, 투명기판(20)은 제1 표면(201)과 저면(底面)(202)을 가지며, 제1 표면(201)과 저면(202)은 서로 마주한다. 투명기판(20)은 단일 재료에 한정되지 않으며, 복수의 서로 다른 재료로 구성된 복합식 투명기판일 수도 있다. 예를 들면 투명기판(20)은 2개의 서로 접합된 제1 투명기판과 제2 투명기판(미도시)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 투명기판(20)의 재질은 사파이어(sapphire)이다. 그러나, 투명기판(20)의 재질은 리튬알루미늄옥사이드(lithium aluminum oxide, LiAlO2), 산화아연(zinc oxide, ZnO), 인화갈륨(gallium phosphide, GaP), 유리(Glass), 유기 폴리머 판재, 질화알루미늄(aluminum nitride, AlN)을 포함할 수도 있으나 이에 한정되지 않는다. 투명기판(20)의 제1 표면(201) 상에는 복수의 2차원으로 연장 배열된 발광다이오드 유닛(22) 어레이가 형성된다. 본 실시예에서, 제조방법은 다음과 같다.
우선, 종래의 에피택시 성장 공정을 통해, 성장 기판(미도시) 상에 차례로 n형 반도체층(221), 발광층(222), 및 p형 반도체층(223)을 형성한다. 본 실시예에서, 성장 기판의 재질은 비화갈륨(GaAs)이다. 물론, 비화갈륨(GaAs) 기판 외에도, 성장 기판의 재질은 게르마늄(germanium, Ge), 인화인듐(indium phosphide, InP), 사파이어(sapphire), 탄화규소(silicon carbide), 규소(silicon), 리튬알루미늄옥사이드(lithium aluminum oxide, LiAlO2), 산화아연(zinc oxide, ZnO), 질화갈륨(gallium nitride, GaN), 질화알루미늄(aluminum nitride)을 포함할 수도 있으나 이에 한정되지 않는다.
그 다음, 포토리소그래피공정 기술을 통해 일부 에피택시층을 선택적으로 제거한 후, 잔여 에피택시층은 성장 기판상에 도 2b에 도시한 바와 같이, 분리 배열된 다수의 발광다이오드 유닛(22)의 에피택시층 부분 구조를 형성한다. 그 중, 포토리소그래피공정 기술로 식각하여 형성되는 각 발광다이오드 유닛(22)의 n형 반도체층 노출 영역을 더 포함하여, 후속 전극 구조를 형성하는 플랫폼으로 할 수 있다.
소자의 전체적인 발광 효율을 증가시키기 위하여, 기판 전이와 기판 접합 기술을 통해, 발광다이오드 유닛(22)의 에피택시층 구조를 투명기판(20) 상에 설치한다. 발광다이오드 유닛(22)은 가열 또는 가압하는 방식으로 투명기판(20)과 직접 접합되거나, 또는 투명 점착층(미도시)을 통해 발광다이오드 유닛(22)을 투명기판(20)과 점착 접합시킬 수 있다. 투명 점착층은, 폴리이미드(polyimide), 벤조시클로부텐계 폴리머(BCB), 플루오로시클로부텐계 폴리머(PFCB), 에폭시계 수지(Epoxy), 아크릴계 수지(Acrylic Resin), 폴리에스테르계 수지(PET), 폴리카보네이트계 수지(PC) 등 재료 또는 이들의 조합과 같은 유기 폴리머 투명 점착재; 또는 주석도핑 산화인듐(ITO), 산화인듐(InO), 산화주석(SnO), 불소도핑 산화주석(FTO), 안티모니 주석산화물(ATO), 카드뮴 주석산화물(CTO), 알루미늄도핑 산화아연(AZO), 갈륨도핑산화아연(GZO) 등 재료 또는 이들의 조합과 같은 투명 도전 산화금속층; 또는 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(SiNx), 산화규소(SiO2), 질화알루미늄(AlN), 이산화티타늄(TiO2) 등 재료 또는 이들의 조합과 같은 무기 절연층일 수 있다.
본 실시예에서, 발광다이오드 유닛(22)은 벤조시클로부텐계 폴리머(BCB)를 투명 점착층으로 하여 투명기판(20)과 접합된다. 실제로는, 발광다이오드 유닛(22)을 투명기판(20) 상에 설치하는 방법은 이에 한정되지 않으며, 당업자라면 서로 다른 구조 특성에 따라 발광다이오드 유닛(22)을 에피택시 성장 방식으로 투명 기판 상에 직접 형성할 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 기판 전이 회수가 다름에 따라, p형 반도체층과 기판이 서로 인접하고, n형 반도체층이 p형 반도체층 상에 있으며, 중간에 발광층이 개재된 구조로 형성할 수도 있다.
이어서, 발광다이오드 유닛(22)의 에피택시층 일부 표면 및 서로 인접한 발광다이오드 유닛(22) 에피택시층 사이에 화학기상증착 방식(CVD), 물리기상증착 방식(PVD), 스퍼터링(sputtering) 등 기술을 통해 절연층(23)을 증착 형성하여, 에피택시층의 보호층과 서로 인접한 발광다이오드 유닛(22) 사이의 전기적 절연층으로 한다. 절연층(23)의 재질은 바람직하게 산화알루미늄(Al2O3), 산화규소(SiO2), 질화알루미늄(AlN), 질화규소(SiNx), 이산화티타늄(TiO2) 등 재료 또는 이들의 복합 조합일 수 있다.
그 후, 스퍼터링 방식으로 발광다이오드 유닛(22)의 n형 반도체층 노출 영역 표면, p형 반도체층 표면, 및 투명기판의 제1 표면(201)에 제1 전극(28), 제2 전극(26) 및 도전배선구조(29)를 형성함으로써, 발광다이오드 유닛(22) 사이를 전기적으로 연결한다. 본 실시예를 예로 들면, 제1 발광다이오드 유닛(22)의 n형 반도체층 노출 영역에 제1 전극(28)을 형성하고, 인접한 발광다이오드 유닛(22)의 p형 반도체층(223)에 제2 전극(26)을 형성하고, 2개의 전극 사이에 도전배선구조(29)를 형성함으로써, 직렬연결 방식으로 2개의 서로 인접한 발광다이오드 유닛(22)을 전기적으로 연결한다. 도전배선구조(29)와 전극(26, 28)의 재질은 바람직하게 금(Au), 은(Ag), 동(Cu), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 주석(Sn) 등과 같은 금속, 이들의 합금 또는 이들의 적층 조합일 수 있다. 제1 전극(28), 제2 전극(26)과 도전배선구조(29)를 형성하는 재질은 동일하거나 다를 수 있으며, 그 구조는 단일 공정에 의해 완성될 수도 있고, 복수의 공정에 의해 완성될 수도 있다.
또한, 도 2a에 도시한 바와 같이, 발광다이오드 소자(2)의 출광 효율에 대한 불투광 금속구조의 영향을 줄이기 위해, 서로 다른 회로 설계에 따라, 본 실시예에서의 직렬 배열된 발광다이오드 유닛(22) 중의 2개의 발광다이오드 유닛(22)의 p형 반도체층(223) 및 n형 반도체층(221) 표면으로부터 각각 2개조의 도전배선구조(29)를 형성하되, 에피택시층을 벗어나 투명기판(20)의 제1 표면(201)까지 연장하여 제1 전극패드(26')와 제2 전극패드(28')를 형성한다. 2개의 전극패드에 의해, 와이어 본딩 또는 납땜 등 방식으로 외부전원과 전기적으로 연결될 수 있다. 전극패드(26', 28')를 형성하는 공정은, 전극(26, 28) 및 도전배선구조(29)를 형성하는 단일 공정과 함께 진행할 수 있으며, 복수의 공정에 의해 완성될 수도 있다. 전극패드(26', 28')를 형성하는 재질은, 전극(26, 28) 또는 도전배선구조(29)를 형성하는 재질과 각각 동일하거나 다를 수 있다.
도 3은 발광다이오드 유닛(22)의 확대 평면도이다. 본 실시예에서, 각각의 발광다이오드 유닛(22)은 장방형(長方形)이고, 차례로 4개의 길이가 a인 측변(22a), 길이가 b인 측변(22b), 길이가 a인 측변(22c), 및 길이가 b인 측변(22d)을 가진다. 발광다이오드 유닛(22)의 둘레 길이는 4개 측변의 길이의 총합, 즉 2a+2b이다.
주목할 만한 것은, 본 발명에서 발광다이오드 소자의 출광 효율을 증가시키기 위해, 발광다이오드 유닛(22)의 배열방식을 조절하였다.
종래의 2차원 어레이 발광다이오드 소자에서, 발광다이오드 유닛(22) 사이의 거리가 너무 가까우면, 발광다이오드 유닛이 발생시킨 광은 근접한 발광다이오드 유닛 중에서 에너지띠(energy band)가 비슷한 반도체층(특히 발광층)에 의해 재흡수되어, 소자의 전체적인 발광 효율에 영향을 주게 된다.
본 발명의 실시예에서, 발광다이오드 유닛 사이의 재흡수 현상을 줄이기 위해, 각각의 서로 다른 발광다이오드 유닛(22) 사이의 거리를 크게 한다. 본 실시예를 예로 들면, 발광층들의 에너지띠가 비슷하기 때문에, 재흡수 현상이 특히 뚜렷하다. 따라서, 발광층 사이의 거리를 기준으로, 10개 발광다이오드 유닛들의 서로 간의 발광층 간격을 35㎛보다 크게 조절한다. 그 밖에, 서로 다른 발광다이오드 유닛(22) 사이는, 측변의 인접 비율을 되도록 감소시켜야 한다. 도 4a를 예로 들면, 서로 다른 발광다이오드 유닛(22) 사이의 측변 수직 거리 x가 50㎛보다 크면, 서로 인접한 발광다이오드 유닛 사이의 재흡수 기회가 낮으므로, 두 측변 사이가 근접하지 않다고 정의할 수 있다. 이러한 정의는, 서로 다른 형상의 발광다이오드 유닛(22) 구조에 광범위하게 적용될 수 있으며, 도 4b에 도시된 바와 같이, 원형의 발광다이오드 유닛(22)도 서로 근접하지 않는 방식으로 2차원 어레이의 방식을 통해 기판 상에 적당하게 설치하여, 서로 간의 재흡수 기회를 감소시킴으로써, 발광다이오드 소자의 출광 효율을 증가시킬 수 있다.
본 실시예를 예로 들면, 각각의 발광다이오드 유닛(22)과 기타 발광다이오드 유닛의 측변 비근접 값α를 추산할 수 있다. 비근접 값α는 단일 발광다이오드 유닛의 기타 발광다이오드 유닛과 근접하지 않는 측변 길이의 총합과 둘레 길이의 비(比)로 정의로 된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 10개의 발광다이오드 유닛(22)에 대해 번호를 매겨, 발광다이오드 유닛(22-1)의 비근접 값α를 계산한다. 발광다이오드 유닛(22-1)과 아래쪽의 발광다이오드 유닛(22-2)의 측변 부분은 도전배선구조(29)에 의해 서로 연결되고, 측변(22-1c)과 측변(22-2d) 사이의 수직 거리가 50㎛보다 작거나 같으면, 서로 근접하고, 근접 길이는 b이다. 마찬가지로, 발광다이오드 유닛(22-1)의 측변(22-1d)과 좌측의 발광다이오드 유닛(22-3)의 측변(22-3b)의 수직 거리가 50㎛보다 작아도, 서로 근접하며, 근접 길이는 b이고; 또한, 발광다이오드 유닛(22-1)의 둘레 길이는 2a+2b이다. 본 실시예에서, 2b 길이를 가지는 측변은 기타 발광다이오드 유닛과 근접하고, 근접하지 않는 측변 길이의 총합은 (2a+2b)-2b=2a이다. 따라서, 발광다이오드 유닛(22-1)의 비근접 값α는 2a/(2a+2b)이다. 동일한 계산공식은, 마찬가지로 서로 다른 형상의 발광다이오드 유닛(22) 구조에 응용될 수 있다. 단일 발광다이오드 유닛의 측변을 무수한 점으로 분할하고, 각 점의 측변을 따라 접선을 그린 다음, 임의의 점에 대해 해당 접선의 수직 방향에 따라 가장 가까운 발광다이오드 유닛 측변과의 수직 거리를 계산한다. 각 점과 가장 가까운 발광다이오드 유닛의 거리를 확인한 후, 근접하지 않는 모든 측변을 적분의 방식으로 합산하여 얻은 적분 값이 근접하지 않는 측변 길이의 총합이고, 비근접 값α는 적분 값과 둘레 길이의 비이다.
도 6a과 도 6b를 예로 들면, 불규칙 형상의 발광다이오드 유닛의 각 점과 기타 발광다이오드 유닛의 근접 여부까지 계산할 수 있다. 발광다이오드 유닛의 형상이 불규칙 형상일 경우, 측변 상의 각 점에 대해 이 측변에 수직인 방향에서 가장 가까운 발광다이오드 유닛 측변과의 수직 거리 x를 계산하고, 측변이 호형(弧形)일 경우, 호형 상의 각 점의 접선을 그린 후, 이 점에 대해 접선 방향에서 수직 거리를 계산한다. 도 6a과 도 6b에서는, 발광다이오드 유닛(32-1)과 발광다이오드 유닛(42-1)을 예로 들어 발광다이오드 유닛 측변의 서로 다른 위치와 가장 가까운 발광다이오드 유닛(32-2), 발광다이오드 유닛(32-3), 발광다이오드 유닛(42-2), 발광다이오드 유닛(42-3) 간의 수직 거리 x의 계산 방식을 표시하였다.
실험 결과에 따르면, 2차원 어레이 발광다이오드 소자 상에서 발광다이오드 유닛의 비근접 값α가 50%보다 크면, 도 7의 발광다이오드 소자의 발광 효율과 각각의 발광다이오드 유닛의 발광 에너지에 대한 비교표에 도시된 바와 같이, 발광다이오드 소자(2)는 종래의 긴밀하게 배열된 2차원 어레이 발광다이오드 소자(3)보다 발광 효율이 5% 향상된다. 발광다이오드 소자(2) 중의 각 발광다이오드 유닛의 측변 길이 a가 560㎛이고, 측변 길이 b가 290㎛일 때, 비근접 값α는 약 65%이고, 발광다이오드 소자(2)의 발광 효율은 종래의 긴밀하게 배열된 2차원 어레이 발광다이오드 소자보다 10% 향상된다.
본 실시예 외에도, 도 8a 내지 도 8c는 비근접 값α가 50%보다 큰 발광다이오드 유닛 배열 방식으로 구성된 기타 2차원 어레이 발광다이오드 소자의 실시예를 제공한다.
또한, 소자의 전체적인 발광 효율을 증가시키기 위해, 건식 식각 또는 습식 식각 등의 방식을 이용하여 투명기판의 제1 표면 및/또는 배면을 조면화함으로써, 광선 난반사 및 출광 확률을 증가시킬 수도 있다. 또한, 평면도에서 보면, 발광다이오드 유닛(22)을 투명기판(20) 상에 설치할 때, 투명기판(20)으로부터의 광 적출 기회가 증가되도록, 발광다이오드 유닛(22)의 발광층이 제1 표면에 수직으로 투영되는 위치와 투명기판(20)의 어느 한 측변 간의 최단 거리는 20㎛보다 큰 것이 바람직하다.
동일한 발명 취지 하에서, 단일열의 직렬연결형 고압 발광다이오드 소자를 투명기판 상에 접합하고, 적당한 2차원 어레이 배열 방식을 이용하여, 직렬연결형 고압 발광다이오드 소자 중의 각 발광유닛의 비근접 값 α를 증가시키는 효과를 달성함으로써, 높은 발광 효율을 가지는 2차원 어레이 발광다이오드 소자를 형성할 수도 있다.
도 9a 내지 도 9d는 단일열의 직렬연결형 고압 발광다이오드 소자(4, 5, 6, 7)를 각각 나타낸다. 각 고압 발광다이오드 소자는 에피택시 성장 또는 접합의 방식으로 기판(40, 50, 60, 70) 상에 형성된 4개의 발광다이오드 유닛(42, 52, 62, 72)을 각각 포함한다. 상술한 구조와 마찬가지로, 먼저 제1 발광다이오드 유닛(42, 52, 62, 72)의 n형 반도체층 노출 영역에 도전배선구조(49, 59, 69, 79)로부터 다른 하나의 서로 인접한 발광다이오드 유닛(42, 52, 62, 72)까지 연장되는 제1 전극(46, 56, 66, 76)을 형성하고, 서로 인접한 발광다이오드 유닛(42)의 p형 반도체층에 제2 전극(48, 58, 68, 78)을 형성함으로써, 직렬연결 방식으로 2개의 서로 인접한 발광다이오드 유닛(42, 52, 62, 72)을 전기적으로 연결한다. 각 단일열의 직렬연결형 고압 발광다이오드 소자(4, 5, 6, 7) 중에서, 행렬 말단의 2개의 발광다이오드 유닛(42, 52, 62, 72)에는, 외부 소자 또는 전원과 전기적으로 연결하기 위한 제1 전극패드(46', 56', 66', 76')와 제2 전극패드(48', 58', 68', 78')가 각각 더 형성되어 있다.
상기 도 9a 내지 도 9d에 도시된 복수개의 단일열의 직렬연결형 고압 발광다이오드 소자(4, 5, 6, 7)를 투명 점착층을 통해 하나의 단일 투명기판(80) 상에 설치할 수 있으며, 발광다이오드 소자(4, 5, 6, 7)는 와이어 본딩 또는 포토 공정으로 도전배선구조(89)를 형성하는 방식을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있으며, 도 10에 도시된 바와 같이 적당한 배열 하에서, 종래의 긴밀하게 배열된 2차원 어레이 발광다이오드 소자보다 높은 비근접 값α를 가지는 2차원 어레이 발광다이오드 소자를 형성함으로써, 소자의 전체적 발광 효율을 비교적 높게 달성할 수 있다.
이상의 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위를 한정하지 않는다. 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 진행한 각종 수정 및 변형은 모두 본 발명의 권리범위에 속한다.
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8: 2차원 어레이 발광다이오드 소자
10, 20, 40, 50, 60, 70, 80: 투명기판
12, 22, 42, 52, 62, 72, 22-1, 22-2, 22-3, 32-1, 32-2, 32-3, 42-1, 42-2, 42-3: 발광다이오드 유닛
13, 23: 절연층
101: 회로
104: 전기적 연결구조
110: 서브 마운트
121, 223: p형 반도체층
122, 222: 발광층
123, 221: n형 반도체층
14: 트렌치
16, 26, 48, 58, 68, 78: 제2 전극
18, 28, 46, 56, 66, 76: 제1 전극
19, 29, 49, 59, 69, 79, 89: 도전배선구조
201: 제1 표면
202: 저면
22a, 22b, 22c, 22d, 22-1c, 22-1d, 22-3b, 22-2d: 측변
16', 26', 46', 56', 66', 76': 제1 전극패드
18', 28', 48', 58', 68', 78': 제2 전극패드
x: 수직 거리
a, b: 변의 길이

Claims (11)

  1. 제1 표면을 가지는 기판;
    복수의 측변 및 둘레 길이를 각각 가지며, 상기 제1 표면 상에 배치된 복수의 발광다이오드 유닛;
    을 포함하고,
    상기 복수의 발광다이오드 유닛 중에서 임의의 하나의 발광다이오드 유닛의 측변은 가장 가까운 발광다이오드 유닛 간에 복수의 수직 거리를 가지며, 상기 복수의 수직 거리가 50㎛보다 크면, 상기 발광다이오드 유닛의 측변은 가장 가까운 발광다이오드 유닛과 근접하지 않으며,
    단일 발광다이오드 유닛의 임의의 측변을 무수한 점으로 분할하고, 임의의 점에 대해 해당 접선의 수직 방향에 따라 가장 가까운 발광다이오드 유닛 측변과의 거리를 계산하고, 상기 거리는 즉 상기 복수의 수직 거리 중의 하나이고,
    상기 복수의 발광다이오드 유닛 중에서 임의의 하나의 발광다이오드 유닛의 가장 가까운 발광다이오드 유닛과 근접하지 않는 측변 길이의 총합과 상기 발광다이오드 유닛의 둘레 길이의 비는 50%보다 큰,
    발광다이오드 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 발광다이오드 유닛에 의해 둘러싸인 두 개의 전극 패드를 더 포함하는 발광다이오드 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 주변 영역 및 상기 주변 영역에 의해 둘러싸인 중심 영역을 구비하고, 또한 상기 복수의 발광다이오드 유닛은 상기 기판의 주변 영역에 설치되고, 상기 중심 영역에 어떠한 발광다이오드 유닛도 구비되지 않는, 발광다이오드 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 발광다이오드 유닛을 전기적으로 연결하며, 상기 복수의 발광다이오드 유닛 간에 직렬 연결 또는 병렬 연결을 형성하도록 하는 복수의 도전배선구조를 더 포함하는, 발광다이오드 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판 및 상기 복수의 발광다이오드 유닛 사이에 형성되는 점착층을 더 포함하는 발광다이오드 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 복합 기판인, 발광다이오드 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 제1 변 및 제2 변을 포함하고;
    상기 제2 변은 상기 제1 변에 연결되고 또한 상기 제1 변과 다른 방향을 향해 연신되고, 그 중 하나의 상기 복수의 발광다이오드 유닛은 측변을 구비하고, 상기 측변은 상기 기판의 제1 변 또는 제2 변에 평행한, 발광다이오드 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 점착층은 유기 폴리머 투명 점착재, 투명 도전 산화금속층, 또는 무기 절연층인, 발광다이오드 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    투명기판을 더 포함하고, 상기 복수의 발광다이오드 유닛은 상기 투명기판 상에 설치되고, 또한 상기 투명기판은 상기 기판에 결합되는, 발광다이오드 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 투명기판 및 상기 기판 사이에 설치되는 점착층을 더 포함하는 발광다이오드 장치.
  11. 삭제
KR1020120148038A 2012-02-17 2012-12-18 발광다이오드 장치 KR101874001B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW101105428 2012-02-17
TW101105428A TWI509786B (zh) 2012-02-17 2012-02-17 發光二極體元件

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180073817A Division KR20180077131A (ko) 2012-02-17 2018-06-27 발광다이오드 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130095168A KR20130095168A (ko) 2013-08-27
KR101874001B1 true KR101874001B1 (ko) 2018-07-05

Family

ID=48915336

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120148038A KR101874001B1 (ko) 2012-02-17 2012-12-18 발광다이오드 장치
KR1020180073817A KR20180077131A (ko) 2012-02-17 2018-06-27 발광다이오드 장치

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180073817A KR20180077131A (ko) 2012-02-17 2018-06-27 발광다이오드 장치

Country Status (5)

Country Link
US (3) US8860046B2 (ko)
JP (1) JP2013172147A (ko)
KR (2) KR101874001B1 (ko)
DE (1) DE102013101524A1 (ko)
TW (1) TWI509786B (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150199900A1 (en) * 2014-01-10 2015-07-16 Top Victory Investments Ltd. Display Device
TWD169527S (zh) 2014-08-20 2015-08-01 晶元光電股份有限公司 發光二極體元件之部分
DE112016000731T5 (de) * 2015-02-13 2017-12-21 Seoul Viosys Co., Ltd. Lichtaussendeelement und leuchtdiode
US9601674B2 (en) * 2015-08-13 2017-03-21 Epistar Corporation Light-emitting device
CN105355623A (zh) * 2015-10-31 2016-02-24 嘉兴市上村电子有限公司 一种基于透明陶瓷基板的led灯丝
US11011555B2 (en) * 2016-10-12 2021-05-18 Shaoher Pan Fabricating integrated light-emitting pixel arrays for displays

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009260311A (ja) * 2008-03-28 2009-11-05 Sanken Electric Co Ltd 発光装置
JP2010027514A (ja) * 2008-07-23 2010-02-04 Panasonic Electric Works Co Ltd 発光装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101865375B (zh) * 2005-06-28 2013-03-13 首尔Opto仪器股份有限公司 发光装置
KR100634307B1 (ko) * 2005-08-10 2006-10-16 서울옵토디바이스주식회사 발광 소자 및 이의 제조 방법
JP4728788B2 (ja) * 2005-12-05 2011-07-20 ローム株式会社 半導体発光素子
WO2008038910A1 (en) * 2006-09-25 2008-04-03 Seoul Opto Device Co., Ltd. Light emitting diode having alingap active layer and method of fabricating the same
KR101239853B1 (ko) 2007-03-13 2013-03-06 서울옵토디바이스주식회사 교류용 발광 다이오드
JP5029822B2 (ja) * 2007-07-31 2012-09-19 東芝ライテック株式会社 光源および照明装置
JP2009231525A (ja) * 2008-03-24 2009-10-08 Mitsubishi Chemicals Corp 発光モジュール、および照明装置
JP5254754B2 (ja) * 2008-11-14 2013-08-07 シャープ株式会社 発光装置
JP5352857B2 (ja) * 2009-03-31 2013-11-27 旭化成エレクトロニクス株式会社 光デバイス
KR101047778B1 (ko) * 2010-04-01 2011-07-07 엘지이노텍 주식회사 발광 소자 패키지 및 이를 구비한 라이트 유닛
JP2011249411A (ja) * 2010-05-24 2011-12-08 Seiwa Electric Mfg Co Ltd 半導体発光素子、発光装置、照明装置、表示装置、信号灯器及び道路情報装置
KR101781424B1 (ko) * 2010-11-26 2017-09-26 서울반도체 주식회사 엘이디 조명기구

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009260311A (ja) * 2008-03-28 2009-11-05 Sanken Electric Co Ltd 発光装置
JP2010027514A (ja) * 2008-07-23 2010-02-04 Panasonic Electric Works Co Ltd 発光装置

Also Published As

Publication number Publication date
TWI509786B (zh) 2015-11-21
KR20130095168A (ko) 2013-08-27
US20150262980A1 (en) 2015-09-17
TW201336063A (zh) 2013-09-01
DE102013101524A1 (de) 2013-08-22
KR20180077131A (ko) 2018-07-06
US20150028369A1 (en) 2015-01-29
JP2013172147A (ja) 2013-09-02
US20130228802A1 (en) 2013-09-05
US9048165B2 (en) 2015-06-02
US8860046B2 (en) 2014-10-14
US9305904B2 (en) 2016-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20180077131A (ko) 발광다이오드 장치
JP2024016213A (ja) 半導体発光素子の製造方法
CN102148301B (zh) 光电元件及其制造方法
US9876052B2 (en) Light-emitting diode device
US10043961B2 (en) Light-emitting diode device
US20140034974A1 (en) Light-emitting device
US9548424B2 (en) Light emitting diode
TWI488334B (zh) 發光元件及其製造方法
TWI570904B (zh) 發光二極體元件
KR100758541B1 (ko) 행렬로 배치된 발광셀들을 갖는 발광 다이오드 및 그제조방법
CN103296044A (zh) 二维式阵列发光二极管元件
TWI600148B (zh) 發光二極體元件
TWI575722B (zh) 發光二極體元件
US20150054021A1 (en) Light-emitting diode device
KR100637652B1 (ko) 전원 극성에 관계없이 작동하는 발광다이오드 및 그제조방법
TWI662720B (zh) 光電元件及其製造方法
KR20150029329A (ko) 발광다이오드 소자
TW201939767A (zh) 光電元件及其製造方法
KR20150136201A (ko) 웨이퍼 레벨의 발광 다이오드 어레이
TW201937754A (zh) 光電元件及其製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right