KR20030069584A - 필라멘트화된 반도체발광다이오드 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 pn 접합의 양단을 NS의 자화된 전극으로 하여 다수개의 직렬배열 또는 이들을 이용하여 1개 내지 다수개의 필라멘트화시켜 여러가지의 발광램프로 제조함으로써 종래의 램프보다 다양하게 활용할 수 있는 필라멘트화된 반도체발광다이오드 구조체에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명은, 일반 반도체공정의 웨이퍼상 반도체 pn 접합(p, n)에다 NS의 자화된 전극(23, 24)을 전도접착제로 각각 일체화시키고, 상기 p 층에 S 극의 부착으로 표면이 N 극을, 상기 n 층에 N 극의 부착으로 표면이 S 극을 각각 형성시켜, 상기 반도체 pn 접합(p, n)상 전극(23, 24)에 다른 반도체 pn 접합(p, n)상 전극(23, 24)을 같은 방향으로 다수개 정열하여 전기적 접촉이 원할하게 된 것을 그 특징으로 한다.

Description

필라멘트화된 반도체발광다이오드 구조체{FILAMENTED SEMICONDUCTOR LED STRUCTURE}

본 발명은 다층 반도체발광다이오드 어셈블리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 pn 접합의 양단을 NS의 자화된 전극으로 하여 다수개의 직렬배열 또는 이들을 이용하여 1개 내지 다수개의 필라멘트화시켜 여러가지 발광램프를 제조함으로써 종래의 램프보다 다양하게 활용할 수 있는 필라멘트화된 반도체발광다이오드 구조체에 관한 것이다.

일반적으로, 빛을 방사하는 반도체다이오드로서 발광다이오드는 화합물반도체의 특성을 이용해 전기신호를 적외선 또는 빛으로 변환시켜 신호를 보내고 받는데 사용되는 반도체의 일종으로 가정용 가전제품, 리모콘, 전광판, 표시기및 각종 자동화기긱등에 이용되어지고 있다. 이들 발광다이오드로는 반도체의 pn 접합에 순방향의 전계를 주는 것과, 전자와 정공이 주입되어 접합부에서 재결합하게 된는 바, 이때 전자와 정공의 재결합에 의해 " 발생하는 광의 파장(㎛) = 1.24/금지대폭(eV)"에 따른 접합을 구성하는 반도체의 금지대폭의 에너지에 상당하는 파장의 빛을 발생하고 있게 된다.

기본으로 되는 재료는 GaP, GaAs, InP등 Ⅲ-Ⅴ족 화합물반도체이고, 각종의 발광색을 얻기 위해서는 이들 결정의 혼정(混晶)조성을 에피텍셜 성장법을 이용하여 제어하며, 금제대폭을 조절하는 것이 기본으로 되어 있지만 불순물레벨을 매개한 가전자 대전이전도 이용되어 있다. 발광기구는 전도대에 여기된 전자가 원래의열평형상태에 되돌릴 때 포놈(격자진동, 열과 등가)의 방출, 흡수를 수반하지 않음으로 가전자대의 천이하는 직접천이형 결정에서는 극히 효율이 높은 발광이 얻어지고 있다.

한편, 전도대에 여기된 전자가 포놈의 방출, 흡수과정을 수반하여 가전자대에 천이하는 간접천이형 결정은 발광이 거의 생기지 않는다. 그 때문에 특정의 불순물을 도입하여 여기된 전자를 일단 이 불순물준위에 속박하고, 그 후 가전자대에 천이시켜 발광되는 방법이 이용되고 있어, GaP에 적용하여 적색, 등색, 녹색및 황색의 가시(可視) 발광다이오드가 시판되고 있다.

그런데, 종래의 발광다이오드는 부분별 명칭으로 칩과 골드선, 리드프레임과 캐소드, 애노우드, 그리고 에폭시등이 있다. 도 1 은 종래의 발광다이오드 구조체를 도시해 놓은 것으로, 이 발광다이오드 구조체(20)는 반도체의 pn 접합에다 양극으로 전도된 전극(21, 22)을 형성시켜 완성된 소자로써 램프로 사용되고 있다. 따라서, 램프로 조립되어 각종 전자제품의 표시나 신호등및 전광판등의 광원으로 쓰이는 상기 가시 발광다이오드들이 여러 가지의 목적으로 활용되고 있지만, 설계자나 수요자의 요구도 다양하여 이를 충족시키는 수단들도 다양하게 개발되고 있는 실정이다.

그 일례로서 일본국 특개평 11 - 251642(발명의 명칭 : 반도체발광다이오드의 광사출 경계면에서 생기는 반사를 감소하는 방법및 반도체발광다이오드)에서는 개선된 광출력을 갖는 반도체발광다이오드가 게재되어 있다. 즉, 양쪽으로도 각각 광파의 파장 1/4 의 광학적인 두께를 갖고 그 굴절율이 소정의 순서로 된 제1 및제2 반도체층으로 된 쌍을 퇴적함에 의해, 파괴적인 간섭에 따라 전체적으로 유효한 반사의 감소및 생기는 유효한 광출력의 증가가 달성될 수 있고, 표면접점과 활성영역간의 전류유통을 해하는 것은 아니다.

이와 동시에 층간의 경계면에서도 횡향의 전류전파때문에 다수캐리어를 위해 앤헨스먼트영역에 따른 밴드 불연속을 이용할 수 있고, 광출력은 균일하게 특히 접점면에 의해 덮어지지 않는 활성영역의 범위에도 분배된다. 층장치의 원자구성부분은 이전에 반도체다이오드에서도 존재하기 때문에, 새로운 물질을 공급시키지 않고 에피텍셜적으로 제조할 수 있도록 되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 제반 사정을 감안하여 발명한 것으로, 종래 발광램프보다 다양한 형태로 활용할 수 있는 반도체발광다이오드 어셈블리로써 반도체 pn 접합의 양단을 NS의 자화된 전극으로 부착하여 다수개의 직렬배열 또는 이들을 이용하여 1개 내지 다수개의 필라멘트화시킴으로 여러가지 용도의 발광램프의 사용을 도모할 수 있는 필라멘트화된 반도체발광다이오드 구조체를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

도 1 은 종래의 발광다이오드 구조체를 도시해 놓은 단면도,

도 2 는 본 발명의 일실시예에 관한 발광다이오드 구조체를 도시해 놓은 단면도,

도 3 은 도 2 에 도시된 발광다이오드 구조체를 다수 개 배열해 놓은 도면,

도 4 는 본 발명의 발광다이오드 구조체를 도시해 놓은 회로도,

도 5 및 도 6 은 본 발명의 반도체발광다이오드 구조체를 서브필라멘트로 도시되어 있는 도면들,

도 7 은 본 발명의 필라멘트화된 반도체발광다이오드 구조체를 도시해 놓은 단면도,

도 8 은 본 발명의 필라멘트화된 반도체발광다이오드 구조체가 작동될 때의 전압-시간도이다.

♠도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

1 - 6 : 발광다이오드10 : 발광다이오드 집합체

11 : 저항23, 24 : 자화된 전극

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 일반 반도체공정의 웨이퍼상 반도체 pn 접합(p, n)에다 NS의 자화된 전극(23, 24)을 전도접착제로 각각 일체화시키고,상기 p 층에 S 극의 부착으로 표면이 N 극을, 상기 n 층에 N 극의 부착으로 표면이 S 극을 각각 형성시켜, 상기 반도체 pn 접합(p, n)상 전극(23, 24)에 다른 반도체 pn 접합(p, n)상 전극(23, 24)을 같은 방향으로 직렬 정열하여 전기적 접촉이 원할하게 된 것을 그 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 2 은 본 발명의 실시예에 관한 발광다이오드를 도시해 놓은 것으로, 본 발명은 반도체 pn 접합(p, n)의 양단을 NS의 자화된 전극(23, 24)으로 하여 다수개의 직렬배열 또는 이들을 이용하여 1개 내지 다수개의 필라멘트화시켜 여러가지 발광램프를 제조함으로써 종래의 램프보다 다양하게 활용할 수 있도록 되어 있다.

즉, 일반 반도체공정의 웨이퍼상 반도체 pn 접합(p, n)에다 NS의 자화된 전극(23, 24)을 전도접착제로 각각 일체화시키고, 상기 p 층에 S 극의 부착으로 표면이 N 극을, 상기 n 층에 N 극의 부착으로 표면이 S 극을 각각 형성시킨다. 이는 도 3 에 도시된 바와 같이, 상기 반도체 pn 접합(p, n)상 전극(23, 24)에 다른 반도체 pn 접합(p, n)상 전극(23, 24)을 같은 방향으로 다수개 정열하여 전기적 접촉이 원할하게 되어 있다.

따라서, 상기 반도체 pn 접합(p, n)상 전극(23, 24)와 다른 반도체 pn 접합(p, n)상 전극(23, 24)간의 자력은 인력으로 작용하여 순차적으로 NSpnNSNSpnNS 인 바, 이는 자성전극은 이웃한 발광다이오드 소자를 같은 방향으로 쉽게 정렬함과 동시에 자력으로 전기적 접촉을 이루게 함이 수월하다. 그리고, 이웃 발광다이오드 소자가 같은 방향이 아닌 경우에는 이들 사이의 자력은 척력으로작용하여 밀어내게 된다.

도 4 는 본 발명의 발광다이오드 구조체를 도시해 놓은 회로도로서, 도 3 에 도시된 상기 반도체 pn 접합(p, n)상 전극(23, 24)와 다른 반도체 pn 접합(p, n)상 전극(23, 24)이 다수개 직렬 연결되어 필라멘트 형상의 발광다이오드 집합체(10)인 바, 이를 작동시켜 점등/점멸시키기 위해 전류제한 저항(11)이 직렬로 연결되어 예컨데 수십개의 발광다이오드를 같은 방향으로 정열하여 전술한 바와 같이 전기적 접촉이 원할해진다.

상기 필라멘트 형상의 발광다이오드 집합체(10)를 대량생산하기 위해서는, 일반 반도체공정의 웨이퍼상 배열된 반도체 pn 접합(p, n)에다 도 2 에 도시된 바와 같이 전도 접착제를 이용하여 상하에서 자화된 전극(23)의 NS 와 자화된 전극(24)을 일체화시키고, 그 상하로 같은 방법으로 생성된 웨이퍼상 배열된 반도체 pn 접합(p, n)과 전극(23, 24)을 순차적으로 적층시켜 놓은 다음 이를 각기 컷팅하여 사용하도록 되어 있다. 또한, 일반 반도체공정의 웨이퍼상 배열된 반도체 pn 접합(p, n)의 상하에서 자화된 전극(23)의 NS 와 자화된 전극(24)을 일체화시킨 다음 이를 각기 컷팅하여 사용할 수 있다.

도 5 및 도 6 은 본 발명의 반도체발광다이오드 구조체를 서브필라멘트로 도시되어 있는 것으로, 본 발명의 반도체발광다이오드 구조체를 도 3 및 도 4 를 적용하여 일반 반도체공정의 웨이퍼상 배열된 반도체 pn 접합(p, n)의 상하에서 자화된 전극(23)의 NS 와 자화된 전극(24)을 일체화시키는 방법으로 생성된 웨이퍼상 배열된 반도체 pn 접합(p, n)과 전극(23, 24)을 순차적으로 적층시켜 놓은 제조하여 서브필라멘트로 사용하고 있다.

여기서는 6 개의 발광다이오드(1 - 6)가 적층된 것을 일례로하여 설명한다. 일체화된 발광다이오드(1 - 6)는 발광다이오드 서브필라멘트(30)로 바닥부터 적색, 녹색및 청색발광다이오드가 적층되고 그 위로 적색, 녹색및 청색발광다이오드가 적층되어 있어 이들이 도 6 과 같이 회로구성되어 점등될 때 백색으로 점등되어진다. 이렇게 구성된 발광다이오드 서브필라멘트(30)의 정격전압은 2개의 적색발광다이오드가 3.6 V(즉 1.8 * 2), 2개씩의 녹색및 청색발광다이오드가 15.2 V(즉 3.8 * 4)로써 18.8 V DC 이다.

상기 발광다이오드 서브필라멘트(30)둘레에 투명서포터(34)를 세우고 양단으로 각 접촉용접포인트(35)를 통해 전도 얇은필름(31)이 놓여지게 되고, 이 전도 얇은필름(31)표면에는 각각 전도접착제(33)를 통해 서브전극(32)이 형성되게 된다. 이렇게 구성되는 발광다이오드 서브필라멘트(30)는 도 6 에 도시된 바와 같이 양 서브전극(32)내에서 전도접착제(33)와 전도 얇은필름(31)을 사이에 두고 각 접촉용접포인트(35)를 통해 발광다이오드 소자로써 적색, 녹색및 청색발광다이오드(1 - 3)와 적색, 녹색및 청색발광다이오드(4 - 6)가 회로적으로 직렬및 구조적으로 선형 구조화되어 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같이 구성되는 예컨데 6 개 발광다이오드(1 - 6)단위로 발광다이오드 서브필라멘트(30)를 형성하여 완성품으로써 필라멘트화된 반도체발광다이오드 구조체를 이용할 수 있다.

한편, 도 5 에 도시된 서브필라멘트는 투명서포터(33)내 발광다이오드 서브필라멘트(30)양단의 접촉포인트(35)에 일체화된 서브전극(32)의 전도접착제(33)와 전도 얇은필름(31)을 밀폐시키고, 이때 내부에 생기는 습기는 상기 투명서포터(33)의 일측을 통해 진공펌핑한 다음 밀폐시켜서 진공유리상태로하여 사용할 수 있다.

도 7 은 본 발명의 필라멘트화된 반도체발광다이오드 구조체를 도시해 놓은 단면도이고, 도 8 은 본 발명의 필라멘트화된 반도체발광다이오드 구조체가 작동될 때의 전압-시간도이다. 본 발명의 필라멘트화된 반도체발광다이오드 구조체는 대량 생산을 위해 도 2 - 도 4 에 도시된 바와 같이 일반 웨이퍼상에 가공된 발광다이오드 소자를 도 5 및 도 6 과 같이 직접 구성하여 제조할 수 있고, 도 5 및 도 6 에 도시된 서브필라멘트를 이용하여 예컨데 12 개 단위로 필라멘트로 형성할 수 있다.

즉, 도 5 에 도시된 서브필라멘트(41 - 52)를 일렬로 배열하고 이 서브필라멘트(41, 42)사이에 접착제 또는 접촉포인트(40)를 통해 일체화시키고, 이렇게 일체화된 서브필라멘트(41 - 52)의 둘레에 투명가이드(53)를 세우고 양단으로 터미날(56)을 접촉시켜 각각 몰딩(54, 55)함으로써 완성품으로 사용할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 필라멘트화된 반도체발광다이오드 구조체를 사용하기 위해 터미날(56)에 전원을 공급하게 되는 바, 이는 전술한 바와 같이 발광다이오드 서브필라멘트의 정격전압이 2개의 적색발광다이오드 3.6 V 와 2개씩의 녹색및 청색발광다이오드의 15.2 V 로써 18.8 V 이므로 18.8 V * 12 는 225.6 V로 되어 유효전압 220 V 근사치로 된다. 따라서, 도 8 에 도시된 사선부분이 본 발명의 필라멘트화된 반도체발광다이오드 구조체가 턴온된 상태를 나타내고 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 종래 발광램프보다 다양한 형태로 활용할 수 있는 반도체발광다이오드 어셈블리로써 반도체 pn 접합의 양단을 NS의 자화된 전극으로 부착하여 다수개의 직렬배열 또는 이들을 이용하여 1개 내지 다수개의 필라멘트화시킴으로 여러가지 용도의 발광램프의 사용을 도모할 수 있는 잇점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시예에서 여러 종류의 필라멘트화된 반도체발광다이오드 구조체에 관하여 설명했지만, 본 기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어남이 없이 다양한 수정, 변경및 부가등이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

1. 일반 반도체공정의 웨이퍼상 반도체 pn 접합에다 NS의 자화된 전극을 전도접착제로 각각 일체화시키고, 상기 p 층에 S 극의 부착으로 표면이 N 극을, 상기 n 층에 N 극의 부착으로 표면이 S 극을 각각 형성시켜,

   상기 반도체 pn 접합상 전극에 다른 반도체 pn 접합상 전극을 같은 방향으로 다수개 정열하여 전기적 접촉이 원할하게 된 것을 특징으로 하는 반도체발광다이오드 구조체.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 반도체 pn 접합상 전극와 다른 반도체 pn 접합상 전극이 다수개 직렬 연결되어 필라멘트 형상의 발광다이오드 집합체가 전류제한 저항과 직렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 필라멘트화된 반도체발광다이오드 구조체.
3. 일반 반도체공정의 웨이퍼상 배열된 반도체 pn 접합(p, n)의 상하에서 자화된 전극(23)의 NS 와 자화된 전극(24)을 일체화시켜서 생성된 웨이퍼상 배열된 반도체 pn 접합(p, n)과 전극(23, 24)을 순차적으로 적층시켜 놓은 제조하여 서브필라멘트로 6 개의 발광다이오드(1 - 6)가 적층되어,

   이렇게 일체화된 발광다이오드(1 - 6)는 발광다이오드 서브필라멘트(30)로 바닥부터 적색, 녹색및 청색발광다이오드가 적층되고 그 위로 적색, 녹색및 청색발광다이오드가 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 필라멘트화된 반도체발광다이오드 구조체.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 발광다이오드 서브필라멘트(30)둘레에 투명서포터(34)를 세우고 양단으로 각 접촉용접포인트(35)를 통해 전도 얇은필름(31)이 놓여지게 되고, 이 전도 얇은필름(31)표면에는 각각 전도접착제(33)를 통해 서브전극(32)이 형성되게 된 것을 특징으로 하는 필라멘트화된 반도체발광다이오드 구조체.
5. 발광다이오드 서브필라멘트(30)는 양단의 서브전극(32)내에 전도접착제(33)와 전도 얇은필름(31)을 사이에 두고 각 접촉용접포인트(35)를 통해 발광다이오드 소자로써 적색, 녹색및 청색발광다이오드(1 - 3)와 적색, 녹색및 청색발광다이오드(4 - 6)가 회로적으로 직렬및 구조적으로 선형 구조화된 것을 특징으로 하는 필라멘트화된 반도체발광다이오드 구조체.
6. 서브필라멘트(41 - 52)를 일렬로 배열하고 이 서브필라멘트(41, 42)사이에 접착제 또는 접촉포인트(40)를 통해 일체화시키고, 이렇게 일체화된 서브필라멘트(41 - 52)의 둘레에 투명가이드(53)를 세우고 양단으로 터미날(56)을 접촉시켜 각각 몰딩(54, 55)시킨 것을 특징으로 하는 필라멘트화된 반도체발광다이오드 구조체.