KR102642019B1 - 발광 소자 및 그를 포함하는 발광 장치 - Google Patents

발광 소자 및 그를 포함하는 발광 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102642019B1
KR102642019B1 KR1020160183709A KR20160183709A KR102642019B1 KR 102642019 B1 KR102642019 B1 KR 102642019B1 KR 1020160183709 A KR1020160183709 A KR 1020160183709A KR 20160183709 A KR20160183709 A KR 20160183709A KR 102642019 B1 KR102642019 B1 KR 102642019B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
light emitting
emitting device
voltage
light
Prior art date
Application number
KR1020160183709A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180078693A (ko
Inventor
이상욱
장원용
Original Assignee
엘지디스플레이 주식회사
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 엘지디스플레이 주식회사 filed Critical 엘지디스플레이 주식회사
Priority to KR1020160183709A priority Critical patent/KR102642019B1/ko
Priority to CN201711205256.6A priority patent/CN108269894B/zh
Priority to US15/856,454 priority patent/US10497825B2/en
Publication of KR20180078693A publication Critical patent/KR20180078693A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102642019B1 publication Critical patent/KR102642019B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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
    • H01L33/38Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/0004Devices characterised by their operation
    • H01L33/0037Devices characterised by their operation having a MIS barrier layer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 bodies
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 bodies
    • H01L33/04Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • H01L33/06Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/15Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/15Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission
    • H01L27/153Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars
    • H01L27/156Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars two-dimensional arrays
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/0004Devices characterised by their operation
    • H01L33/0008Devices characterised by their operation having p-n or hi-lo junctions
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 bodies
    • H01L33/14Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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
    • H01L33/62Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/40Details of LED load circuits
    • H05B45/44Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/40Details of LED load circuits
    • H05B45/44Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix
    • H05B45/46Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix having LEDs disposed in parallel lines
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/12Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1204Optical Diode
    • H01L2924/12041LED
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 bodies
    • H01L33/26Materials of the light emitting region
    • H01L33/28Materials of the light emitting region containing only elements of group II and group VI of the periodic system
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 bodies
    • H01L33/26Materials of the light emitting region
    • H01L33/30Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 bodies
    • H01L33/26Materials of the light emitting region
    • H01L33/30Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system
    • H01L33/32Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system containing nitrogen

Abstract

본 발명은 소비 전력을 저감할 수 있는 발광 소자 및 그를 포함하는 발광 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 발광 소자는 제1 및 제2 전극 각각으로부터 제공되는 전자 및 정공의 결합에 의해 발광하는 활성층과, 상기 활성층의 발광을 온/오프시키는 제어 전극을 구비하므로, 발광 소자와 접속되는 종래 트랜지스터를 제거할 수 있으므로, 트랜지스터에서 발생되는 전력 손실을 방지할 수 있다.

Description

발광 소자 및 그를 포함하는 발광 장치{LIGHT EMITTING ELEMENT AND LIGHT EMITTING DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 발광 소자 및 그를 포함하는 발광 장치에 관한 것으로, 특히 소비 전력을 저감할 수 있는 발광 소자 및 그를 포함하는 발광 장치에 관한 것이다.
반도체의 Ⅲ-Ⅴ족 또는 Ⅱ-Ⅵ 족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Ligit Emitting Diode; 이하 "LED"라 함)나 레이저 다이오드와 같은 발광 소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있다. 또한, 발광 소자는 형광 물질을 이용하여 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현할 수 있으며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
따라서, 광 통신 수단의 송신 모듈, 액정 표시 장치(LCD:Liquid Crystal Display)의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL:Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 발광 소자의 응용이 확대되고 있다.
일반적인 LED를 구동하는 LED 구동부는 도 1에 도시된 바와 같이 LED와 접속되는 트랜지스터(TR)을 구비한다. 이 트랜지스터(TR)는 LED의 캐소드 전극에 접속되며, 온/오프 기능을 통해 LED에 흐르는 전류의 흐름을 제어한다.
이와 같이, 종래 LED를 구동하기 위해서는 트랜지스터(TR)가 구비되어야 한다. 그러나, 트랜지스터(TR)의 온/오프의 동작에 의해 전력 손실이 크게 발생될 뿐만 아니라, 트랜지스터(TR)로 인해 LED구동부가 배치되는 회로 기판의 면적이 커지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 소비 전력을 저감할 수 있는 발광 소자 및 그를 포함하는 발광 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 발광 소자는 제1 및 제2 전극 각각으로부터 제공되는 전자 및 정공의 결합에 의해 발광하는 활성층과, 상기 활성층의 발광을 온/오프시키는 제어 전극을 구비하므로, 발광 소자와 접속되는 종래 트랜지스터를 제거할 수 있으므로, 트랜지스터에서 발생되는 전력 손실을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 발광 소자 및 발광 장치는 활성층으로 제공되는 정공 또는 전자의 이동 경로를 활성층의 반대방향으로 변경하는 제어 전극을 구비함으로써 별도의 트랜지스터없이도 활성층의 발광을 온/오프할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 발광 소자와 접속되는 종래 트랜지스터를 제거할 수 있으므로, 트랜지스터에서 발생되는 전력 손실을 방지할 수 있어 소비전력을 저감할 수 있다. 또한, 본 발명은 종래 트랜지스터가 차지하는 면적만큼 회로 기판의 면적을 줄일 수 있다.
도 1은 종래 LED와 트랜지스터를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 제어 전극을 가지는 LED를 나타내는 회로도이다.
도 3은 도 2에 도시된 제어 전극을 가지는 LED를 나타내는 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 제어 전극을 가지는 LED의 구동 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 5a 및 도 5b는 도 3에 도시된 제어 전극을 가지는 LED를 가지는 발광 장치를 나타내는 도면들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 제어 전극을 가지는 LED를 나타내는 회로도이며, 도 3은 도 2에 도시된 제어 전극을 가지는 LED를 나타내는 단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 LED(100)는 기판(101), 발광 구조물과, 스위칭 구조물을 구비한다.
기판(101)은 절연성, 도전성 또는 반도체 기판이 사용된다. 예를 들어, 기판(101)으로는 사파이어(Al2O3), SiC, Si, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN 또는 SiAl가 이용된다.
발광 구조물은 기판(101) 상에 적층되는 제1 반도체층(122), 활성층(124) 및 제2 반도체층(126)과, 제1 및 제2 전극(102,104)을 구비한다.
제1 반도체층(122)은 n형 도펀트가 도핑된 Ⅲ-Ⅴ 족 또는 Ⅱ-Ⅵ 족 등의 화합물 반도체로 구현된다. n형 도펀트로는 Si, Ge, Sn, Se 또는 Te가 이용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 반도체층은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 형성된다. 제1 반도체층(122)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 제1 반도체층(122)은 제1 전극(102)으로부터의 전자를 활성층(124)에 제공하는 역할을 한다.
제2 반도체층(126)은 p형 도펀트가 도핑된 Ⅲ-Ⅴ 족 또는 Ⅱ-Ⅵ 족 등의 화합물 반도체로 구현된다. p형 도펀트로는 Mg, Zn, Ca, Sr 또는 Ba가 이용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제2 도전형 반도체층(126)은 InxAlyGa1 -x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 형성된다. 이러한 제2 반도체층(126)은 제2 전극(104)으로부터의 정공을 활성층(124)에 제공하는 역할을 한다.
활성층(124)은 제1 및 제2 반도체층(122,126) 사이에 배치된다. 이 활성층(124)은 제1 반도체층(122)을 통해서 주입되는 전자와 제2 반도체층(126)을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서, 활성층(124)을 이루는 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다. 활성층(124)은 단일 우물 구조(Double Hetero Structure), 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 활성층(124)의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 우물층은 장벽층의 밴드갭 에너지보다 낮은 밴드갭 에너지를 갖는 물질로 형성될 수 있다.
제1 전극(102)은 활성층(124) 및 제2 반도체층(126)에 의해 노출된 제1 반도체층(122) 상에 형성된다. 제2 전극(104)은 제2 반도체층(126) 상에 형성된다.
본 발명에서는 제1 전극(102)을 캐소드 전극으로, 제2 전극(104)을 애노드 전극으로 이용하는 구조를 예로 들어 설명하기로 한다. 따라서, 제1 전극(102)에는 제1 전압이 공급되고, 제2 전극(104)에는 제1 전압보다 높은 제2 전압이 공급된다.
또한, 제1 전극(102)은 제2 전극(104)보다 일함수가 높은 재질로 형성되므로 제1 반도체층(122)을 통해 활성층(124)으로의 전자 주입이 용이하다. 제2 전극(104)은 제1 전극(102)보다 일함수가 낮은 재질로 형성되므로 제2 반도체층(126)을 통해 활성층(124)으로 정공 주입이 용이하다.
이러한 제1 및 제2 전극(102,104)은 티탄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), ITO 중 적어도 어느 하나로 형성될 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
스위칭 구조물은 제3 반도체층(112), 층간 절연막(114) 및 제어 전극(106)을 구비한다.
제3 반도체층(112)은 기판(101)과 제1 반도체층(122) 사이에 배치되도록 기판(101) 상에 형성된다. 이 제3 반도체층(122)은 제어 전극(106)과 접속되며, 제2 반도체층(126)과 마찬가지로 p형 도펀트가 도핑된 Ⅲ-Ⅴ 족 또는 Ⅱ-Ⅵ 족 등의 화합물 반도체로 구현된다. 이러한 제3 반도체층(112)은 p형 도펀트가 도핑된 반도체 물질로 이루어지는 제2 반도체층(126)과 동일 또는 다른 재질로 이루어질 수 있다.
층간 절연막(114)은 제1 및 제3 반도체층(122,112) 사이에 형성된다. 이 층간 절연막(114)은 제어 전극(106)으로부터의 정공이 활성층(124)으로 이동하는 것을 차단하고, 제1 전극(102)으로부터의 전자가 제3 반도체층(112)으로 이동하는 것을 차단한다. 이에 따라, 층간 절연막(114)은 제1 및 제3 반도체층(122,112) 사이에 전류 패스가 형성되는 것을 차단하여 소비전력 증가를 방지할 수 있다. 한편, 제1 및 제3 반도체층(122,112) 사이에 층간 절연막(114)없이 제1 및 제3 반도체층(122,112)이 서로 접촉될 수도 있다. 이 경우, 제1 및 제3 반도체층(122,112) 사이에는 별도의 발광층이 없으므로 제1 및 제3 반도체층(122,112) 사이에 전류패스가 형성되더라도 LED(100)는 발광하지 않는다.
제어 전극(106)은 층간 절연막(114)에 의해 노출된 제3 반도체층(112) 상에 형성된다. 이 제어 전극(106)은 제2 전극(104)에 공급되는 제2 전압보다 높은 제3 전압이 공급되고 제2 전극(104)보다 일함수가 높은 재질로 형성되므로 제3 반도체층(112)으로의 전자 주입이 용이하다. 이러한 제어 전극(106)은 티탄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), ITO 중 적어도 어느 하나로 형성될 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 도 2 및 도 3에 도시된 LED(100)는 별도의 트랜지스터 없이도 제어 전극(106)을 포함하는 스위칭 구조물을 이용하여 LED(100)의 발광 여부를 제어한다.
즉, 도 4a에 도시된 바와 같이 LED(100)의 제1 전극(102)에 제1 전압(V1)을, 제2 전극(104)에 제1 전압(V1)보다 높은 제2 전압(V2)을, 제어 전극(106)에 제2 전압(V2)보다 높은 제3 전압(V3)을 공급한다. 이 경우, 제1 전극(102)의 에너지 준위는 제2 전극(104)의 에너지 준위보다 높고, 제2 전극(104)의 에너지 준위는 제어 전극(106)의 에너지 준위보다 높다. 이 때, 전자는 에너지 준위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하고, 정공은 에너지 준위가 낮은 곳에서 높은 곳으로 이동한다. 따라서, 제2 전극(104)에서 방출된 정공은 제2 전극(104)보다 에너지 준위가 높은 제1 전극(102) 방향인 활성층(124)으로 이동하는 반면에, 제1 전극(102)에서 방출된 전자는 제2 전극(102)보다 에너지 준위가 낮은 제어 전극(106) 방향인 층간 절연막(114)으로 이동하게 된다. 즉, 제1 전극(102)에서 방출된 전자는 활성층(124)으로 이동하지 못하고 층간 절연막(114)으로 모이게 된다. 이에 따라, 스위칭 구조물의 제어 전극(106)에 의해 제1 및 제2 전극(102,104) 사이에는 구동 전류가 흐르지 못하게 되므로, 발광 구조물의 활성층(124)은 발광하지 못하게 된다.
그리고, 도 4b에 도시된 바와 같이 LED(100)의 제1 전극(102)에 제1 전압(V1)을, 제2 전극(104)에 제1 전압(V1)보다 높은 제2 전압(V2)을 공급한다. 이 때, 제어 전극(106)에는 제2 전극(104)에 공급된 제2 전압(V2)보다 낮은 제3 전압(V3)이 공급되거나, 제1 전극(102)에 공급된 제1 전압(V1)과 동일 레벨의 제3 전압(V3)이 공급될 수 있다. 이 경우, 제1 전극(102)의 에너지 준위는 제2 전극(104)의 에너지 준위보다 높다. 따라서, 제2 전극(104)에서 방출된 정공은 제2 전극(104)보다 에너지 준위가 높은 제1 전극(102) 방향인 활성층(124)으로 이동하고, 제1 전극(102)에서 방출된 전자는 제1 전극(102)보다 에너지 준위가 낮은 제2 전극(104) 방향인 활성층(124)으로 이동하게 된다. 즉, 제1 전극(102)에서 방출된 전자와 제2 전극(104)에서 방출된 전자는 활성층(124)에서 모이게 된다. 이에 따라, 스위칭 구조물의 제어 전극(106)에 의해 제1 및 제2 전극(102,104) 사이에는 구동 전류가 흐르게 되어 LED(100)는 발광하게 된다.
이와 같이, 본 발명에서는 제1 전극(102)에 제1 전압(V1)이, 제2 전극(104)에 제2 전압(V2)이 공급되면 활성층(124)의 발광이 온된다. 또는, LED(100)의 발광 중 또는 LED(100)의 발광을 위해, 제1 전극(102)에 제1 전압(V1)이, 제2 전극(104)에 제2 전압(V2)이, 제어 전극(106)에 제2 전압(V2)보다 낮거나, 제1 저압(V1)과 동일 레벨의 제3 전압(V3)이 공급되면 활성층(124)의 발광이 유지된다. 그리고, LED(100)의 발광 중 제2 전극(104)에 공급된 제2 전압(V2)보다 높은 제3 전압(V3)이 제어 전극(106)에 공급되면, 활성층(124)의 발광이 오프된다.
도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 LED를 이용하는 발광 장치의 실시예들을 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 발광 장치는 발광 패널(130)과, 그 발광 패널(130)을 구동하는 LED구동부(142)가 실장된 회로 기판(140)을 구비한다.
도 5a에 도시된 발광 패널(130)은 직렬로 연결된 다수의 LED로 이루어진 적어도 하나의 LED채널(132)을 구비한다. 각 LED채널(132)에 포함된 다수의 LED 각각의 제어 전극(106)은 제어 라인(134)에 접속되거나, 각 LED채널(132)에 포함된 다수의 LED 중 회로 기판(140)과 가장 인접한 LED의 제어 전극(106)은 제어 라인(134)에 접속된다. 한편, 도 5a에 도시된 바와 같이 각 LED채널(132)에 포함된 다수의 LED 중 회로 기판(140)과 가장 인접한 LED은 본 발명과 같은 제어 전극(106)을 포함하는 3전극의 LED가 적용되고, 각 LED 채널(132)에 포함된 다수의 LED 중 나머지 LED는 제어 전극(106)이 없는 2전극의 LED가 적용될 수도 있다. 이러한 각 LED 채널(132)의 제어 라인(134)에, LED의 제2 전극(104)에 공급되는 제2 전압(V2)보다 높은 제3 전압(V3)이 공급되면, LED에 흐르는 전류의 흐름이 차단된다. 그리고, 각 LED 채널(132)의 제어 라인(134)에, LED의 제2 전극(104)에 공급되는 제2 전압(VCC;V2)보다 낮은 제3 전압(V3)이 공급되면, LED 채널(132)에 흐르는 전류는 LED구동부(142)에 공급된다.
도 5b에 도시된 발광 패널(130)은 병렬로 연결된 다수의 LED로 이루어진 적어도 하나의 LED 채널(132)을 구비한다. 각 LED채널(132)에 포함된 다수의 LED(100) 각각의 제2 전극(104)에는 제2 전압(VCC;V2)이 공급된다. 그리고, 각 LED채널(132)에 포함된 다수의 LED(100) 각각의 제어 전극(106)은 동일한 제어 라인(134)에 접속된다. 이러한 발광 패널(130)은 각 LED 채널(132)을 선택적으로 구동할 수 있다. 예를 들어, 발광 패널(130)의 첫번째 행에 배치된 LED 채널(132)의 제어 라인(134)에 LED의 제2 전극(104)에 공급되는 제2 전압(V2)보다 높은 제3 전압(V3)이 공급되면, 첫번째 행에 배치된 LED채널(132)은 비발광된다. 그리고, 발광 패널(130)의 첫번째 행을 제외한 나머지 행에 배치된 LED 채널(132)의 제어 라인(134)에 LED의 제2 전극(104)에 공급되는 제2 전압(VCC;V2)보다 낮은 제3 전압(V3)이 공급되면, 첫번째 행을 제외한 나머지 행에 배치된 LED 채널(132)들은 발광된다.
회로 기판(140)에는 전원 공급부(142)와 LED구동부(144)가 배치된다. 여기서, 전원 공급부(142) 및 LED구동부(144)는 단일 칩 형태로 형성되거나, 각각의 칩 형태로 형성되어 회로 기판(140) 상에 실장된다.
LED구동부(142)는 LED 채널(132) 각각에 흐르는 전류를 일정하게 제어한다. 이러한 LED구동부(142)는 복수의 LED 채널(132)의 전류 및 LED 채널 채널(132)에 인가된 전압에 대한 정보를 피드백 정보로 변환하여 전원 공급부(144)에 공급한다.
전원 공급부(144)는 LED구동부(142)로부터 전달된 피드백 정보에 따라서 LED(100)에 공급되는 제1 내지 제3 전압(V1,V2,V3,Vcc)을 포함하는 다수의 구동 전압을 생성한다. 특히, 제3 전압(V3)은 제어 라인(134)을 통해 LED(100)의 제어 전극(106)에 공급된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 발광 장치는 LED가 트랜지스터 기능을 겸하므로, 회로 기판(140) 내에서 LED와 접속되는 트랜지스터를 제거할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 발광 장치는 종래 트랜지스터가 차지하는 면적만큼 회로 기판의 면적을 줄일 수 있다.
한편, 도 5a 및 도 5b에 도시된 발광 장치는 조명 유닛, 액정 표시 장치의 백라이트 유닛, 표시 장치, 가로등, 신호등 등의 전자 장치에 적용될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.
100 : LED 102 : 제1 전극
104 : 제2 전극 106 : 제어 전극
112,122,126 : 반도체층 114 : 층간 절연막
124 : 활성층 130 : 발광 패널
132 : LED 채널 134 : 제어 라인
140 : 회로 기판 142 : LED 구동부
144 : 전원 공급부

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 기판 상에 배치되며 발광하는 활성층과;
    상기 활성층을 사이에 두고 대향하는 제1 및 제2 반도체층과;
    상기 제1 및 제2 반도체층 중 어느 하나와 접촉되는 제1 전극과;
    상기 제1 및 제2 반도체층 중 나머지 하나와 접촉되는 제2 전극과;
    상기 활성층의 발광을 온/오프시키는 제어 전극과;
    상기 기판과 상기 제1 반도체층 사이에 배치되며 상기 제어 전극과 접촉되는 제3 반도체층과;
    상기 제1 및 제3 반도체층 사이에 배치되는 층간 절연막을 구비하는 발광 소자.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2 및 제3 반도체층은 n형 및 p형 반도체 중 어느 하나를 포함하며,
    상기 제1 반도체층은 n형 및 p형 반도체 중 나머지 하나를 포함하는 발광 소자.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 발광 소자가 발광할 때, 상기 제1 전극에는 제1 전압이 인가되고, 상기 제2 전극에는 제1 전압보다 높은 제2 전압이 인가되며,
    상기 발광 소자가 비발광할 때, 상기 제1 전극에는 제1 전압이 인가되고, 상기 제2 전극에는 제1 전압보다 높은 제2 전압이 인가되고, 상기 제어 전극에는 제2 전압보다 높은 제3 전압이 인가되는 발광 소자.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 다수의 발광 소자로 이루어진 적어도 하나의 LED채널을 포함하는 발광 패널과;
    상기 LED채널들을 구동하는 LED구동부를 구비하며,
    상기 발광 소자는
    기판 상에 배치되는 활성층과;
    상기 활성층을 사이에 두고 대향하는 제1 및 제2 반도체층과;
    상기 제1 및 제2 반도체층 중 어느 하나와 접촉되는 제1 전극과;
    상기 제1 및 제2 반도체층 중 나머지 하나와 접촉되는 제2 전극과;
    상기 활성층의 발광 여부를 제어하는 제어 전극과;
    상기 기판과 상기 제1 반도체층 사이에 배치되며 상기 제어 전극과 접촉되는 제3 반도체층과;
    상기 제1 및 제3 반도체층 사이에 배치되는 층간 절연막을 구비하는 발광 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 및 제3 반도체층은 n형 및 p형 반도체 중 어느 하나를 포함하며,
    상기 제2 반도체층은 n형 및 p형 반도체 중 나머지 하나를 포함하는 발광 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 발광 소자가 발광할 때, 상기 제1 전극에는 제1 전압이 인가되고, 상기 제2 전극에는 제1 전압보다 높은 제2 전압이 인가되며,
    상기 발광 소자가 비발광할 때, 상기 제1 전극에는 제1 전압이 인가되고, 상기 제2 전극에는 제1 전압보다 높은 제2 전압이 인가되고, 상기 제어 전극에는 제2 전압보다 높은 제3 전압이 인가되는 발광 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 LED 채널 각각은 직렬로 연결된 상기 다수의 발광 소자들을 포함하는 발광 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 LED 채널 각각에 포함된 다수의 발광 소자들 중 적어도 하나의 제어 전극과, 상기 LED구동부를 연결하는 제어 라인을 추가로 구비하는 발광 장치.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 LED 채널 각각은 병렬로 연결된 상기 다수의 발광 소자들을 포함하는 발광 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 LED 채널 각각에 포함된 다수의 발광 소자들의 제어 전극은 동일한 제어 라인에 접속되며,
    상기 제어 라인은 LED구동부와 접속된 발광 장치.
KR1020160183709A 2016-12-30 2016-12-30 발광 소자 및 그를 포함하는 발광 장치 KR102642019B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160183709A KR102642019B1 (ko) 2016-12-30 2016-12-30 발광 소자 및 그를 포함하는 발광 장치
CN201711205256.6A CN108269894B (zh) 2016-12-30 2017-11-27 发光元件以及包括该发光元件的发光装置
US15/856,454 US10497825B2 (en) 2016-12-30 2017-12-28 Light emitting element and light emitting device including the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160183709A KR102642019B1 (ko) 2016-12-30 2016-12-30 발광 소자 및 그를 포함하는 발광 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180078693A KR20180078693A (ko) 2018-07-10
KR102642019B1 true KR102642019B1 (ko) 2024-02-28

Family

ID=62708516

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160183709A KR102642019B1 (ko) 2016-12-30 2016-12-30 발광 소자 및 그를 포함하는 발광 장치

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10497825B2 (ko)
KR (1) KR102642019B1 (ko)
CN (1) CN108269894B (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019217228A1 (de) 2019-11-07 2021-05-12 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronisches bauteil und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauteils

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001353902A (ja) 2000-06-16 2001-12-25 Nippon Sheet Glass Co Ltd 自己走査型2次元発光素子アレイ

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL8004912A (nl) * 1980-08-29 1982-04-01 Bogey Bv Licht emitterende halfgeleiderstructuur.
JPH09283794A (ja) * 1996-04-08 1997-10-31 Nippon Sheet Glass Co Ltd 面発光素子および自己走査型発光装置
JP5236924B2 (ja) * 2007-10-11 2013-07-17 ローム株式会社 半導体発光素子およびその製造方法
JP5589271B2 (ja) * 2008-09-26 2014-09-17 ソニー株式会社 半導体薄膜の形成方法及び電子デバイスの製造方法
KR20120106192A (ko) * 2011-03-18 2012-09-26 삼성디스플레이 주식회사 유기 발광 장치 및 그 제조 방법
KR20130043708A (ko) * 2011-10-20 2013-05-02 엘지이노텍 주식회사 발광소자
US9647076B2 (en) * 2011-11-21 2017-05-09 Sensor Electronic Technology, Inc. Circuit including semiconductor device with multiple individually biased space-charge control electrodes
JP6135559B2 (ja) * 2014-03-10 2017-05-31 ソニー株式会社 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法ならびに半導体素子
US9711760B2 (en) * 2015-06-30 2017-07-18 Nanyang Technological University Light-emitting device, method of forming and operating the same

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001353902A (ja) 2000-06-16 2001-12-25 Nippon Sheet Glass Co Ltd 自己走査型2次元発光素子アレイ

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180078693A (ko) 2018-07-10
US20180190861A1 (en) 2018-07-05
CN108269894A (zh) 2018-07-10
CN108269894B (zh) 2020-03-10
US10497825B2 (en) 2019-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102460072B1 (ko) 반도체 발광 소자
KR102039838B1 (ko) 마이크로 led 디스플레이 화소 조립체 및 이의 제조방법
KR102007405B1 (ko) 발광 모듈
US20180351039A1 (en) Light-emitting device and lighting device including the same
KR20130074471A (ko) 발광소자 및 이를 포함하는 조명시스템
US20070090372A1 (en) Light emitting diode
KR101945808B1 (ko) 발광 소자 및 발광 소자 패키지
KR102642019B1 (ko) 발광 소자 및 그를 포함하는 발광 장치
KR102627863B1 (ko) 반도체 소자
KR102059033B1 (ko) 발광소자
KR20170023533A (ko) 발광소자
KR102523696B1 (ko) 발광소자 및 그 제조방법
KR102607401B1 (ko) 발광소자 패키지
KR102399381B1 (ko) 발광소자
KR102340717B1 (ko) 발광소자 및 그 제조방법
KR102579649B1 (ko) 발광장치
KR20130075326A (ko) 발광소자
KR101972049B1 (ko) 발광소자 및 이를 포함한 발광소자 모듈과, 발광소자 패키지 및 이를 포함한 발광소자 패키지 모듈
KR102007408B1 (ko) 발광소자
KR20120011198A (ko) 발광 소자, 발광 소자 패키지 및 발광 소자의 제조방법
KR20170064503A (ko) 고전압 구동 발광소자 및 그 제조 방법
KR102455225B1 (ko) 발광소자
KR102486031B1 (ko) 광학렌즈 및 이를 포함하는 발광소자 패키지
KR102425850B1 (ko) 발광소자
KR20150097953A (ko) 발광소자

Legal Events

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