KR20110029273A

KR20110029273A - 전파 발광셀 및 반파 발광셀을 갖는 교류용 발광 다이오드

Info

Publication number: KR20110029273A
Application number: KR1020090086877A
Authority: KR
Inventors: 이장우; 신진철; 김종규; 진상기; 이소라
Original assignee: 서울옵토디바이스주식회사
Priority date: 2009-09-15
Filing date: 2009-09-15
Publication date: 2011-03-23
Also published as: KR101138975B1

Abstract

반파 발광셀 및 전파 발광셀을 갖는 교류용 발광 다이오드가 개시된다. 이 발광 다이오드는, 단일 기판 상에 본딩패드들 사이에서 전기적으로 연결된 복수개의 발광셀들을 가지며, 각각 애노드 단자와 캐소드 단자를 갖는 반파 발광셀들의 제1행; 각각 애노드 단자와 캐소드 단자를 갖는 전파 발광셀들의 제2행; 각각 애노드 단자와 캐소드 단자를 갖는 반파 발광셀들의 제3행; 및 상기 본딩 패드들 사이에서 상기 복수개의 발광셀들을 전기적으로 연결하는 배선들을 포함한다. 여기서, 상기 전파 발광셀들의 제2행은 상기 제1행 및 제3행 사이에 배치되고, 상기 반파 발광셀들의 제3행은 캐소드 단자를 공유하는 발광셀들의 쌍을 포함한다. 또한, 상기 제3행의 발광셀들에 의해 공유된 캐소드 단자는, 상기 제2행의 전파 발광셀들과 전기적으로 절연되어 상기 제2행을 가로지르는 배선을 통해 상기 제1행의 반파 발광셀들 중 대응하는 반파 발광셀의 애노드 전극에 전기적으로 연결된다.

발광 다이오드, 반파 발광셀, 전파 발광셀, 애노드, 캐소드

Description

전파 발광셀 및 반파 발광셀을 갖는 교류용 발광 다이오드{AC LIGHT EMITTING DIODE HAVING FULL-WAVE LIHGT EMITTING CELL AND HALF-WAVE LIGHT EMITTING CELL}

본 발명은 화합물 반도체 발광 다이오드에 관한 것으로, 특히 전파 발광셀 및 반파 발광셀을 갖는 교류용 발광 다이오드에 관한 것이다.

화합물 반도체 발광 다이오드, 예컨대 질화갈륨 계열의 발광 다이오드는 표시소자 및 백라이트로 널리 이용되고 있으며, 기존의 전구 또는 형광등에 비해 소모 전력이 작고 수명이 길어, 백열전구 및 형광등을 대체하여 일반 조명 용도로 그 사용 영역을 넓히고 있다.

발광 다이오드는 교류 전원하에서 전류의 방향에 따라 온/오프를 반복한다. 따라서, 발광 다이오드를 교류 전원에 직접 연결하여 사용할 경우, 발광 다이오드가 연속적으로 빛을 방출하지 못하며, 역방향 전류에 의해 쉽게 파손되는 문제점이 있다.

이러한 발광 다이오드의 문제점을 해결하여, 고전압 교류 전원에 직접 연결하여 사용할 수 있는 발광 다이오드(칩)가 국제공개번호 WO 2004/023568(Al)호에 " 발광 성분들을 갖는 발광소자"(LIGHT-EMITTING DEVICE HAVING LIGHT-EMITTING ELEMENTS)라는 제목으로 사카이 등(SAKAI et. al.)에 의해 개시된 바 있으며, 다양한 구조의 교류용 발광 다이오드들이 개발되고 있다.

상기 WO 2004/023568(Al)호에 따르면, LED들이 사파이어 기판과 같은 절연성 기판상에서 금속배선들에 의해 2차원적으로 직렬연결된 LED 어레이들을 형성한다. 이러한 두 개의 LED 어레이들이 상기 기판상에서 역병렬로 연결되어, AC 파워 서플라이에 의해 연속적으로 광을 방출한다.

한편, 상기 WO 2004/023568(Al)호에 개시된 바에 따르면, 교류 전원의 반주기 동안 하나의 어레이가 구동되고, 다음 반주기 동안 다른 어레이가 구동된다. 즉, 교류 전원의 위상이 변하는 동안 발광 다이오드 내의 1/2의 발광셀들이 구동된다. 따라서, 발광셀들의 사용효율이 50%를 넘지 못한다.

한편, 기판상의 발광셀들을 이용하여 브리지 정류기를 만들고, 브리지 정류기의 두 개의 노드들 사이에 직렬연결된 발광셀들의 어레이를 배치하여 교류 전원하에서 구동되는 발광 다이오드가 대한민국 공개특허공보 제10-2006-1800호에 개시된바 있다. 이에 따르면, 브리지 정류기에 연결된 발광셀들의 어레이가 교류 전원의 위상 변화와 무관하게 전파 발광하여 발광셀들의 사용효율을 높일 수 있다.

그러나 브리지 정류기에 연결된 발광셀들의 수를 증가시킬 경우, 브리지 정류기 내의 특정 발광셀에 고전압의 역방향 전압이 인가되어 브리지 정류기의 발광셀이 파손되고, 그 결과 발광 다이오드가 파손될 수 있다. 이를 방지하기 위해 브리지 정류기에 연결된 발광셀들의 어레이 내의 발광셀 수를 감소시킬 수 있으나, 이 경우, 고전압 교류 전원하에서 구동되는 발광다이오드를 제공하기 어렵다. 한편, 브리지 정류기를 이루는 발광셀들의 수를 증가시켜 역방향 전압을 감소시킬 수 있으나, 그에 따라 다시 발광셀들의 사용효율이 떨어진다.

한편, 고전압 교류용 발광 다이오드의 칩 면적 대비 발광 출력을 향상시키려는 노력 및 신뢰성을 개선하려는 노력이 계속되고 있다. 특히, 사각형의 평면 윤곽을 갖는 칩의 한정된 면적 내에 복수개의 발광셀들을 적절히 배열하여 발광 면적을 증대시키고, 이들을 배선을 이용하여 효과적으로 연결한 발광 다이오드가 요구되고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 발광셀에 인가되는 역방향 전압을 최소화하면서 유효 발광 면적을 증가시킬 수 있는 교류용 발광 다이오드를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 단일의 발광셀에 인가되는 역방향 전압을 최소화하도록 발광셀들의 배열 구조를 개선한 교류용 발광 다이오드를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 단일 기판 상에 본딩패드들 사이에서 전기적으로 연결된 복수개의 발광셀들을 갖는 교류용 발광 다이오드가 제공된다. 이 발광 다이오드는 각각 애노드 단자와 캐소드 단자를 갖는 반파 발광셀들의 제1행; 각각 애노드 단자와 캐소드 단자를 갖는 전파 발광셀들의 제2행; 각각 애노드 단자와 캐소드 단자를 갖는 반파 발광셀들의 제3행; 및 상기 본딩 패드들 사이에서 상기 복수개의 발광셀들을 전기적으로 연결하는 배선들을 포함한다. 여기서, 상기 전파 발광셀들의 제2행은 상기 제1행 및 제2행 사이에 배치되고, 상기 반파 발광셀들의 제3행은 캐소드 단자를 공유하는 발광셀들의 쌍을 포함한다. 또한, 상기 제3행의 발광셀들에 의해 공유된 캐소드 단자는, 상기 제2행의 전파 발광셀들과 전기적으로 절연되어 상기 제2행을 가로지르는 배선을 통해 상기 제1행의 반파 발광셀들 중 대응하는 반파 발광셀의 애노드 전극에 전기적으로 연결된다.

여기서, 반파 발광셀은 교류 전원의 반주기 동안 순방향 전압이 인가되어 광을 방출하는 발광셀을 의미하고, 전파 발광셀은 교류 전원의 전주기 동안 순방향 전압이 인가되어 광을 방출하는 발광셀을 의미한다. 전파 발광셀들을 채택함으로써 유효 발광 면적이 증가한다. 더욱이, 캐소드 단자를 공유하는 발광셀들의 쌍을 채택함으로써, 캐소드 단자 형성 면적을 감소시킬 수 있어 발광 면적을 증가시킬 수 있다.

상기 제2행을 가로질러 제1행의 반파 발광셀과 제3행의 반파 발광셀을 직접연결함으로써 단일의 발광셀에 인가되는 역방향 전압을 최소화할 수 있는 교류용 발광 다이오드를 제공할 수 있다.

한편, 상기 제2행을 가로지르는 배선은 상기 제2행의 전파 발광셀들 중 하나의 상부를 가로지를 수 있다. 상기 전파 발광셀의 상부를 가로지르도록 배선을 연결함으로써 전파 발광셀의 발광 면적을 증가시킬 수 있다.

한편, 상기 반파 발광셀들의 제1행은 캐소드 단자를 공유하는 반파 발광셀들의 쌍들을 복수개 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2행의 전파 발광셀들의 수는 상기 제1행의 캐소드 단자를 공유하는 발광셀들의 쌍들의 수와 동일할 수 있다. 상기 제1행의 공유된 캐소드 단자들은 상기 제2행의 전파 발광셀들의 애노드 단자들에 각각 전기적으로 연결된다.

또한, 상기 제3행의 반파 발광셀들의 수는 상기 제1행의 반파 발광셀들의 수와 동일할 수 있으며, 상기 제2행의 전파 발광셀들의 캐소드 단자들은 각각 상기 제3행의 발광셀들 중 인접한 두개의 발광셀들의 애노드 단자들에 전기적으로 연결 될 수 있다.

한편, 상기 제3행은 캐소드 단자를 공유하는 반파 발광셀들의 쌍을 복수개 포함할 수 있으며, 여기서 상기 제3행의 공유된 캐소드 단자들은 각각 상기 제2행의 전파 발광셀들과 전기적으로 절연되어 상기 제2행의 전파 발광셀들 중 하나의 상부를 가로지르는 배선을 통해 상기 제1행의 캐소드 단자를 공유하는 반파 발광셀들 중 대응하는 반파 발광셀의 애노드 전극에 전기적으로 연결될 수 있다.

이에 더하여, 상기 제3행의 양 단부에 배치된 반파 발광셀들은 각각 캐소드 단자를 독립적으로 가질 수 있다. 상기 제3행의 일 단부에 배치된 반파 발광셀의 캐소드 단자는 상기 본딩 패드에 전기적으로 연결되고, 상기 제3행의 타 단부에 배치된 반파 발광셀의 캐소드 단자는, 상기 제2행의 전파 발광셀들과 전기적으로 절연되어 상기 제2행의 전파 발광셀들 중 하나의 상부를 가로지르는 배선을 통해 상기 제1행의 캐소드 단자를 공유하는 반파 발광셀들 중 대응하는 반파 발광셀의 애노드 전극에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 제1행의 일 단부에 배치된 반파 발광셀의 애노드 단자는 상기 제3행의 일 단부에 배치된 반파 발광셀의 캐소드 단자가 연결된 상기 본딩 패드에 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 발광셀들은 하부 반도체층, 활성층 및 상부 반도체층을 포함하며, 상기 제2행의 전파 발광셀의 상부를 가로지르는 배선은 절연층을 개재하여 상기 하부 반도체층 상부를 지날 수 있다. 따라서, 상기 배선은 상기 전파 발광셀로부터 절연딘다. 이와 달리, 상기 제2행의 전파 발광셀의 상부를 가로지르는 배선은 절연층을 개재하여 상기 상부 반도체층 상부를 지날 수 있다.

한편, 상기 제2행을 가로지르는 배선은 반파 발광셀들과 전파 발광셀들을 전기적으로 연결하는 배선들 및 동일한 행들 내에서 인접한 반파 발광셀들을 연결하는 배선들에 비해 높은 저항을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 제2행을 가로지르는 배선에 의해 전압 강하를 유발할 수 있으며, 따라서 상대적으로 적은 수의 발광셀들을 고전압하에서 구동시킬 수 있다.

상기 제2행을 가로지르는 배선은 다른 배선들에 비해 상대적으로 좁은 폭을 갖거나 얇은 두께를 가지어 상대적으로 높은 저항을 가질 수 있다. 또는, 상기 제2행을 가로지르는 배선은 반파 발광셀들과 전파 발광셀들을 전기적으로 연결하는 배선들 및 동일한 행들 내에서 인접한 반파 발광셀들을 연결하는 배선들에 비해 높은 비저항을 가질 수 있다. 예컨대, 상기 제2행을 가로지르는 배선은 일반적인 금속 배선 물질과 달리 ITO 또는 폴리 실리콘을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 전파 발광셀들 및 반파 발광셀들을 갖는 교류용 발광 다이오드가 제공된다. 상기 전파 발광셀은 하부 반도체층, 상부 반도체층, 상기 하부 반도체층과 상부 반도체층 사이에 개재된 활성층, 상기 하부 반도체층 상에 위치하여 상기 하부 반도체층에 전기적으로 연결된 전극 패드, 상기 상부 반도체층 상에 위치하여 상기 상부 반도체층에 전기적으로 연결된 전극 패드 및 상기 하부 반도체층 상부에 위치하고, 상기 하부 및 상부 반도체층들로부터 전기적으로 절연된 연결 패드를 포함할 수 있다.

상기 전극 패드들 및 연결 패드들은 발광셀들을 연결하는 배선들과 함께 형성될 수 있으며, 예컨대 배선들의 일부일 수 있다. 이와 달리, 상기 전극 패드들 및 연결 패드들은 배선들을 형성하기 전에 미리 형성되고, 그 후 배선들에 연결될 수 있다.

상기 전파 발광셀이 상기 전극 패드들 이외에 연결 패드를 포함함으로써, 발광셀들에 인가되는 역방향 전압을 최소화하면서 발광 다이오드의 발광 면적 감소를 완화할 수 있다.

한편, 상기 전파 발광셀은 상기 연결 패드와 상기 하부 반도체층 사이에 개재된 절연층을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 연결 패드는 상기 상부 반도체층 상부에 위치할 수 있으며, 상기 전파 발광셀은 상기 연결 패드와 상기 상부 반도체층 사이에 개재된 절연층을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 전파 발광셀은 상기 상부 반도체층 상에 형성된 투명 전극을 더 포함할 수 있으며, 상기 절연층은 상기 연결 패드와 상기 투명 전극 사이에 개재될 수 있다.

한편, 상기 연결 패드는 ITO 또는 폴리 실리콘을 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 전파 발광셀들을 채택하면서도 발광셀에 인가되는 역방향 전압이 두개의 발광셀들에 인가되는 순방향 전압의 합을 초과하지 않게 하여 발광 다이오드의 신뢰성을 보장할 수 있다. 또한, 캐소드 전극을 공유하는 발광셀들의 쌍을 채택함으로써 발광 면적을 증가시킬 수 있으며, 나아가, 전파 발광셀들의 행을 가로지르는 배선을 통해 반파 발광셀들을 서로 전기적으로 연결함으로써 개선된 배열 구조의 발광 다이오드를 제공할 수 있다. 나아가, 전파 발광셀의 상부를 가로지르는 배선 또는 전파 발광셀 상부에 형성된 연결 패드를 이용하여 반파 발광셀들을 전기적으로 연결함으로써 전파 발광셀의 발광 면적을 증가시킬 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 교류용 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 2는 도 1의 등가회로도이고, 도 3 (a) 및 (b)는 각각 도 1의 절취선 A-A 및 B-B를 따라 취해진 단면도들이다.

도 1을 참조하면, 상기 발광 다이오드는 기판(21), 본딩 패드들(50a, 50b), 및 상기 기판(21) 상에 배열된 반파 발광셀들(100a, 100b, 100c) 및 전파 발광셀들(100c)을 포함하며, 상기 발광셀들(100a, 100b, 100c, 200)은 본딩 패드들(50a, 50b) 사이에서 배선들(51~59)에 의해 서로 전기적으로 연결되어 도 2에 도시된 바와 같은 등가 회로를 구성한다.

상기 발광셀들은 각각 애노드 단자와 캐소드 단자를 포함한다. 여기서 "애노드 단자" 및 "캐소드 단자"는 각각 발광셀 내로 전류가 유입 및 유출되는 발광셀의 양측 단자들이며, 배선이 연결되는 것이면 어느 것이든 될 수 있다. 예컨대, 상기 캐소드 단자는 발광셀의 n형 반도체층(23) 또는 상기 n형 반도체층(23) 상에 형성된 전극 패드일 수 있으며, 상기 애노드 단자는 p형 반도체층(도 3의 27) 또는 상기 p형 반도체층 상에 형성된 투명전극층(29) 또는 상기 p형 반도체층 상에 또는 투명전극층(29) 상에 형성된 전극 패드일 수 있다. 설명의 편의를 위해, 이하에서는 반파 발광셀들(100a, 100b, 100c)의 애노드 단자가 p-전극 패드(110)이고, 캐소드 단자가 n-전극 패드(120)이며, 전파 발광셀들(200)의 애노드 단자가 p-전극 패드(210)이고, 캐소드 단자가 n-전극 패드(220)인 것으로 설명한다. 그러나, 본 발명이 이것에 한정되는 것은 아니며, 전극 패드들(110, 120, 210, 220)이 별도로 형성되지 않고 배선들이 직접 전극 패드들의 위치에 형성될 수도 있음을 이해해야 한다.

반파 발광셀들(100a, 100b)은 서로 쌍(100)을 이루며, 캐소드 단자(120)를 서로 공유한다. 이것은 반파 발광셀들(100a, 100b)이 n형 반도체층(23)을 공유하는 것을 의미한다. 상기 발광셀들(100a, 100b)은 서로 대향하도록 배치되며, 또한 서로 대향하는 애노드 단자들(110)을 갖고, 그 중간 위치에 공유된 캐소드 단자(120)를 갖는다. 이러한 반파 발광셀들(100a, 100b)의 쌍들(100)이 정렬될 수 있다. 한편, 반파 발광셀들(100c)은 애노드 단자(110) 및 캐소드 단자(120)를 독립적으로 갖는다.

본 실시예에 있어서, 상기 발광 다이오드의 제1행은 반파 발광셀들의 쌍들(100)을 복수개 포함할 수 있으며, 제1 본딩 패드(50a)가 상기 제1행에 나란히 배치될 수 있다. 상기 제1 본딩 패드(50a)는 배선(51)을 통해 반파 발광셀(100a)의 애노드 단자(110)에 전기적으로 연결된다. 또한, 배열된 반파 발광셀들의 쌍들(100)은 배선(52)을 통해 서로 연결되며, 상기 배선(52)은 인접한 반파 발광셀들100a, 100b)의 애노드 단자들(110)을 서로 전기적으로 연결한다.

한편, 상기 발광 다이오드의 제2행은 전파 발광셀들(200)을 포함하며, 상기 전파 발광셀들(200)은 상기 제1행의 반파 발광셀들의 쌍들(100)의 수와 동일하다. 예커대, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1행의 반파 발광셀들의 쌍들(100)의 수와 상기 제2행의 전파 발광셀들(200)의 수는 모두 3이다.

상기 전파 발광셀들(200)은 각각 애노드 단자(210) 및 캐소드 단자(220)를 독립적으로 가지며, 상기 애노드 단자들(210)은 상기 제1행의 공유된 캐소드 단자들(120)에 배선들(53)을 통해 각각 전기적으로 연결된다. 이에 더하여, 상기 전파 발광셀들(200)은 각각 연결 패드(230)를 갖는다. 상기 연결 패드(230)는 전파 발광셀(200)로부터 전기적으로 절연되어 있으며, 전파 발광셀(200)의 상부에 위치한다. 상기 연결 패드(230)의 일 단부는 배선(54)을 통해 반파 발광셀(100b)의 애노드 단자(110)에 전기적으로 연결된다.

한편, 상기 발광 다이오드의 제3행은 반파 발광셀들(100a, 100b, 100c)을 포함한다. 반파 발광셀들(100a, 100b)은, 제1행에서와 동일하게, 서로 캐소드 단자(120)를 공유하여 쌍(100)을 이루며, 반파 발광셀들(100c)은 캐소드 단자(120)를 독립적으로 갖는다.

상기 제3행에 있어서, 반파 발광셀들의 쌍들(100)을 사이에 두고 반파 발광 셀들(100c)이 양측에 배치되어 있다. 일 단부에 위치하는 반파 발광셀(100c)의 캐소드 단자(120)는 제1 본딩 패드(50a)에 배선(55)을 통해 전기적으로 연결되어 있으며, 타 단부에 위치하는 반파 발광셀(100c)의 캐소드 단자(120)는 배선(56)을 통해 전파 발광셀(200)의 연결 패드(23)에 연결된다. 한편, 상기 반파 발광셀들(100a, 100b, 100c)의 각 애노드 단자(110)는 배선(57)을 통해 대응하는 상기 전파 발광셀(200)의 캐소드 단자(220)에 전기적으로 연결된다. 즉, 전파 발광셀(200)의 캐소드 단자는 반파 발광셀들(100a, 100b, 100c) 중 그 아래에 위치하는 두개의 반파 발광셀들의 애노드 단자들에 전기적으로 연결된다.

한편, 상기 제3행에서 반파 발광셀들(100a, 100b)에 의해 공유된 캐소드 단자들(120)은 배선들(58)을 통해 각각 전파 발광셀들(200) 상의 연결 패드(230)에 전기적으로 연결된다. 따라서, 상기 제3행 내의 공유된 캐소드 단자들(120)은 각각 연결 패드(230) 및 배선들(54)을 통해 상기 제1행의 발광셀들(100b)의 애노드 단자(110)에 전기적으로 연결된다.

한편, 본 실시예에 있어서, 상기 제1 본딩 패드(50a), 반파 발광셀들의 제1행, 전파 발광셀들의 제2행 및 반파 발광셀들의 제3행의 배열에 대해 거울면 대칭 형상으로 반파 발광셀들의 제4행, 전파 발광셀들의 제5행 및 반파 발광셀들의 제6행 및 제2 본딩 패드(50b)가 배열되어 있다. 상기 제2 본딩 패드(50b)는 반파 발광셀들의 제6행과 나란히 배치되어 있다. 한편, 상기 제3행의 타 단부에 배치된 반파 발광셀(100c)의 캐소드 단자(120)는 배선(59)을 통해 그것에 대응하는 제4행의 반파 발광셀의 캐소드 단자(120)에 전기적으로 연결된다.

또한, 본 실시예에 있어서, 상기 연결 패드(230) 및 배선들(54, 58)을 통해 상기 제3행에서 반파 발광셀들(100a, 100b)에 의해 공유된 캐소드 단자(120)가 제1행의 발광셀에 전기적으로 연결되는 것으로 주로 설명했지만, 앞에서 설명한 바와 같이, 연결 패드(230)는 배선의 일부일 수 있다. 즉, 상기 제3행에서 반파 발광셀들(100a, 100b)에 의해 공유된 캐소드 단자(120)는 단일의 배선을 통해 제1행의 반파 발광셀에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 배선은 전파 발광셀의 상부를 가로지를 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 전파 발광셀들 사이의 영역을 가로지를 수도 있다.

상기 연결 패드(230) 및/또는 배선들(54, 58)은 다른 배선들과 동일한 재료로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 특히, 상기 연결 패드(230) 및/또는 배선들(54, 58)은 폭 및 두께를 조절하여 다른 배선들에 비해 높은 저항을 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 연결 패드(230) 및/또는 배선들(54, 58)은 다른 배선들에 비해 비저항이 높은 물질, 예컨대 ITO 또는 폴리실리콘으로 형성되어 다른 배선들에 비해 상대적으로 높은 저항을 가질 수 있다.

이에 따라, 도 2에 도시된 바와 같은 등가 회로도를 갖는 발광 다이오드가 제공된다.

도 2를 참조하면, 제1 본딩 패드(50a)와 제2 본딩 패드(50b)에 교류 전원이 연결되어 발광 다이오드에 교류 전압이 인가되면, 반주기 동안은 제1 본딩 패드(50a)에 연결된 제1행의 반파 발광셀(100a), 전파 발광셀(200)을 거쳐 순차적으로 전류가 제2 본딩 패드(50b)로 흘러 발광 다이오드가 구동되고, 다음 반주기 동 안은 제2 본딩 패드(50b)에 연결된 제6행의 발광셀(100a), 전파 발광셀(200)을 거쳐 순차적으로 전류가 제1 본딩 패드(50a)로 흘러 발광 다이오드가 구동된다. 이때, 반파 발광셀들(100a, 100b, 100c)은 반주기 동안 구동되고, 전파 발광셀들(200)은 전주기 동안 구동된다.

여기서, 반주기 동안 역방향 전압이 인가되는 반파 발광셀들이 발생되며, 이때, 제1행의 반파 발광셀들과 제2행의 반파 발광셀들이 연결 패드들(230)을 통해 직접 연결되기 때문에, 반파 발광셀 하나에 인가되는 역방향 전압은 반파 발광셀(100a 또는 100b) 하나와 전파 발광셀(200) 하나에 인가되는 순방향 전압의 합과 유사하다. 따라서, 반파 발광셀(100a, 100b)에 인가되는 역방향 전압을 최소화할 수 있다.

한편, 상기 연결 패드들(230)을 저항체로 형성할 수 있으며, 따라서 외부 저항체를 별도로 구비하지 않고도 고전압 하에서 반주기 동안 순방향 전압이 인가되는 발광셀들의 수를 감소시킬 수 있다.

도 3(a) 및 (b)는 각각 도 1의 절취선 A-A 및 B-B를 따라 취해진 단면도들이다.

도 3(a) 및 (b)를 참조하면, 반파 발광셀들(100a, 100b, 100c) 및 전파 발광셀들(200)은 각각 하부 반도체층(23), 활성층(25) 및 상부 반도체층(27)을 포함한다. 상기 활성층(25)은 단일 양자웰 구조 또는 다중 양자웰 구조일 수 있으며, 요구되는 발광 파장에 따라 그 물질 및 조성이 선택된다. 예컨대, 상기 활성층은 AlInGaN 계열의 화합물 반도체, 예컨대 InGaN로 형성될 수 있다. 한편, 상기 하부 및 상부 반도체층(23, 27)은 상기 활성층(25)에 비해 밴드갭이 큰 AlInGaN 계열의 화합물 반도체, 예컨대 GaN를 포함한다. 한편, 상기 하부 반도체층(23)과 상기 기판(21) 사이에 버퍼층(도시하지 않음)이 개재될 수 있다.

상기 상부 반도체층(27)은 상기 하부 반도체층(23)의 일부 영역 상부에 위치하며, 상기 활성층(25)은 하부 반도체층(25)과 상부 반도체층(27) 사이에 개재된다. 상기 하부 반도체층(23)은 n형 반도체층이고, 상기 상부 반도체층(27)은 p형 반도체층일 수 있다. 이때, 상기 상부 반도체층(27) 상에 투명전극층(29)이 위치할 수 있다. 상기 투명전극층(29)은 인디움틴산화막(ITO) 또는 Ni/Au 등의 물질로 형성될 수 있다. 이와 달리, 상기 하부 반도체층(23)이 p형 반도체층이고, 상기 상부 반도체층(27)이 n형 반도체층일 수도 있다. 이 경우, 투명전극층(29)은 생략될 수 있다.

한편, 전파 발광셀(200)의 하부 반도체층(23) 상에 연결 패드(230)가 위치한다. 상기 연결 패드(230)는 절연층(31)에 의해 하부 반도체층(23)으로부터 전기적으로 절연된다. 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 상기 연결 패드(230)는 배선(54)을 통해 제1행의 반파 발광셀들의 쌍(100) 내의 하나의 반파 발광셀의 애노드 단자(110)에 전기적으로 연결되며, 배선(58)을 통해 제3행 내의 반파 발광셀들의 쌍(100) 내의 공유된 캐소드 단자(120)에 전기적으로 연결된다.

본 실시예에 있어서, 연결 패드(230)가 하부 반도체층(23) 상에 위치하기 때문에, 연결 패드(230)가 위치하는 부분의 하부 반도체층(23)을 식각하여 제거할 필요가 없어 공정을 단순화할 수 있다. 연결 패드들(230)이 위치하는 부분의 하부 반 도체층(23)은 n-전극 패드들(120, 220)을 형성하기 위해 발광셀들(100a, 100b, 100c, 200)의 하부 반도체층을 노출시키는 동안 함께 노출될 수 있다.

본 실시예에 있어서, p-전극 패드들(110, 210)이 애노드 단자이고, n-전극 패드들(120, 220)이 캐소드 단자(120)인 것으로 배선들(51~59)과 구분하여 설명했지만, p-전극 패드들 및 n-전극 패드들은 배선들을 형성하는 동안 함께 형성될 수 있다. 즉, p-전극 패드들 및 n-전극 패드들은 배선들의 일부일 수 있다. 이 경우, 애노드 단자 및 캐소드 단자는 배선들이 전기적으로 연결되는 발광셀들의 부분, 예컨대, 투명전극(29)(또는 상부 반도체층(27)) 및 하부 반도체층(23)이 된다.

또한, 연결 패드들(23)이 배선들과 별개의 구성요소인 것으로 설명했지만, 연결 패드들(23) 또한 배선들을 형성하는 동안 함께 형성될 수 있으며, 따라서 배선의 일부일 수 있다. 따라서, 전파 발광셀들(200)과 절연되고 그것의 상부를 가로지르는 배선에 의해 제3행의 공유된 캐소드 단자들이 제1행의 대응하는 발광셀들의 애노드 단자에 직접 연결된다.

본 실시예에 있어서, 연결 패드들(230)이 절연층(31)에 의해 하부 반도체층(23)으로부터 절연되어 하부 반도체층(23) 상에 위치하는 것으로 설명했지만, 연결 패드들(230)은 상부 반도체층(27) 상부에 위치할 수도 있다. 이를 도 4 (a) 및 (b)를 참조하여 설명한다.

도 4 (a) 및 (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드를 설명하기 위한 개략적인 단면도들인데, 여기서, (a) 및 (b)는 각각 도 3 (a) 및 (b)에 대응한다.

도 4 (a) 및 (b)를 참조하면, 연결 패드들(230')이 상부 반도체층(27) 상부에 위치한다. 상기 상부 반도체층 상에 투명 전극층(29)이 위치하는 경우, 상기 연결 패드들(230')은 투명 전극층(29) 상에 위치한다. 연결 패드들(230')은 투명 전극층(29) 또는 상부 반도체층(27)으로부터 절연층(31)에 의해 절연된다.

상기 연결 패드(230')는 도 3(b)를 참조하여 설명한 바와 같이, 배선들(54, 58)을 통해 애노드 단자(110) 및 캐소드 단자(120)에 연결된다. 앞서 설명한 바와 같이, 연결 패드(230'), p-전극 패드(110, 210) 및 n-전극 패드(120, 220)가 배선의 일수일 수 있다.

본 실시예에 있어서, 연결 패드(230')는 상부 반도체층(27) 상부에 위치하기 때문에, 연결 패드(230')를 형성하기 위해 전파 발광셀(200)의 상부 반도체층(27)의 일부 및 활성층(25)의 일부를 제거할 필요가 없다. 따라서, 전파 발광셀(200)의 발광 면적을 증가시킬 수 있다.

앞서 설명한 실시예들에 있어서, 발광 다이오드의 제1행이 캐소드 단자를 공유하는 발광셀들의 쌍들로 이루어진 것으로 도시 및 설명하였지만, 상기 제1행은 캐소드 단자를 독립적으로 갖는 반파 발광셀(100c)을 포함할 수도 있다.

또한, 도 1에서 설명한 발광셀들의 배열에서 제1행과 제3행은 서로 위치가 바뀔 수도 있으며, 더 많은 수의 행들이 배열될 수 있다. 한편, 도 1의 발광 다이오드가 거울면 대칭 구조를 갖는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며 교류 구동이 가능하도록 다양하게 배열될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 교류용 발광 다이오드를 설명하기 위한 평면도이다.

도 2는 도 1의 등가회로도이다.

도 3 (a) 및 (b)는 각각 도 1의 절취선 A-A 및 B-B를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.

도 4 (a) 및 (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 교류용 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도들이다.

Claims

단일 기판 상에 본딩패드들 사이에서 전기적으로 연결된 복수개의 발광셀들을 갖는 교류용 발광 다이오드에 있어서,

각각 애노드 단자와 캐소드 단자를 갖는 반파 발광셀들의 제1행;

각각 애노드 단자와 캐소드 단자를 갖는 전파 발광셀들의 제2행;

각각 애노드 단자와 캐소드 단자를 갖는 반파 발광셀들의 제3행; 및

상기 본딩 패드들 사이에서 상기 복수개의 발광셀들을 전기적으로 연결하는 배선들을 포함하되,

상기 전파 발광셀들의 제2행은 상기 제1행 및 제3행 사이에 배치되고,

상기 반파 발광셀들의 제3행은 캐소드 단자를 공유하는 발광셀들의 쌍을 포함하고,

상기 제3행의 발광셀들에 의해 공유된 캐소드 단자는, 상기 제2행의 전파 발광셀들과 전기적으로 절연되어 상기 제2행을 가로지르는 배선을 통해 상기 제1행의 반파 발광셀들 중 대응하는 반파 발광셀의 애노드 전극에 전기적으로 연결된 발광 다이오드.
청구항 1에 있어서, 상기 제2행을 가로지르는 배선은 상기 제2행의 전파 발광셀들 중 하나의 상부를 가로지르는 발광 다이오드.
청구항 2에 있어서, 상기 반파 발광셀들의 제1행은 캐소드 단자를 공유하는 반파 발광셀들의 쌍들을 복수개 포함하고,

상기 제2행의 전파 발광셀들의 수는 상기 제1행의 캐소드 단자를 공유하는 발광셀들의 쌍들의 수와 동일하고,

상기 제1행의 공유된 캐소드 단자들은 상기 제2행의 전파 발광셀들의 애노드 단자들에 각각 전기적으로 연결된 발광 다이오드.
청구항 3에 있어서, 상기 제3행의 반파 발광셀들의 수는 상기 제1행의 반파 발광셀들의 수와 동일하고,

상기 제2행의 전파 발광셀들의 캐소드 단자들은 각각 상기 제3행의 발광셀들 중 인접한 두개의 발광셀들의 애노드 단자들에 전기적으로 연결된 발광 다이오드.
청구항 4에 있어서, 상기 제3행은 캐소드 단자를 공유하는 반파 발광셀들의 쌍을 복수개 포함하되,

상기 제3행의 공유된 캐소드 단자들은 각각 상기 제2행의 전파 발광셀들과 전기적으로 절연되어 상기 제2행의 전파 발광셀들 중 하나의 상부를 가로지르는 배선을 통해 상기 제1행의 캐소드 단자를 공유하는 반파 발광셀들 중 대응하는 반파 발광셀의 애노드 전극에 전기적으로 연결된 발광 다이오드.
청구항 4에 있어서, 상기 제3행의 양 단부에 배치된 반파 발광셀들은 각각 캐소드 단자를 독립적으로 갖고,

상기 제3행의 일 단부에 배치된 반파 발광셀의 캐소드 단자는 상기 본딩 패드에 전기적으로 연결되고,

상기 제3행의 타 단부에 배치된 반파 발광셀의 캐소드 단자는, 상기 제2행의 전파 발광셀들과 전기적으로 절연되어 상기 제2행의 전파 발광셀들 중 하나의 상부를 가로지르는 배선을 통해 상기 제1행의 캐소드 단자를 공유하는 반파 발광셀들 중 대응하는 반파 발광셀의 애노드 전극에 전기적으로 연결되고,

상기 제1행의 일 단부에 배치된 반파 발광셀의 애노드 단자는 상기 제3행의 일 단부에 배치된 반파 발광셀의 캐소드 단자가 연결된 상기 본딩 패드에 전기적으로 연결된 발광 다이오드.
청구항 2에 있어서, 상기 발광셀들은 하부 반도체층, 활성층 및 상부 반도체층을 포함하고,

상기 제2행의 전파 발광셀의 상부를 가로지르는 배선은 절연층을 개재하여 상기 하부 반도체층 상부를 지나는 발광 다이오드.
청구항 2에 있어서, 상기 발광셀들은 하부 반도체층, 활성층 및 상부 반도체층을 포함하고,

상기 제2행의 전파 발광셀의 상부를 가로지르는 배선은 절연층을 개재하여 상기 상부 반도체층 상부를 지나는 발광 다이오드.
청구항 1에 있어서, 상기 제2행을 가로지르는 배선은 반파 발광셀들과 전파 발광셀들을 전기적으로 연결하는 배선들 및 동일한 행들 내에서 인접한 반파 발광셀들을 연결하는 배선들에 비해 높은 저항을 갖는 발광 다이오드.
청구항 9에 있어서, 상기 제2행을 가로지르는 배선은 반파 발광셀들과 전파 발광셀들을 전기적으로 연결하는 배선들 및 동일한 행들 내에서 인접한 반파 발광셀들을 연결하는 배선들에 비해 높은 비저항을 갖는 발광 다이오드.
청구항 10에 있어서, 상기 제2행을 가로지르는 배선은 ITO 또는 폴리 실리콘을 포함하는 발광 다이오드.
전파 발광셀들 및 반파 발광셀들을 갖는 교류용 발광 다이오드에 있어서,

상기 전파 발광셀은

하부 반도체층;

상부 반도체층;

상기 하부 반도체층과 상부 반도체층 사이에 개재된 활성층;

상기 하부 반도체층 상에 위치하여 상기 하부 반도체층에 전기적으로 연결된 전극 패드;

상기 상부 반도체층 상에 위치하여 상기 상부 반도체층에 전기적으로 연결된 전극 패드; 및

상기 하부 반도체층 상부에 위치하고, 상기 하부 및 상부 반도체층들로부터 전기적으로 절연된 연결 패드를 포함하는 발광 다이오드.
청구항 12에 있어서, 상기 전파 발광셀은 상기 연결 패드와 상기 하부 반도체층 사이에 개재된 절연층을 더 포함하는 발광 다이오드.
청구항 12에 있어서,

상기 연결 패드는 상기 상부 반도체층 상부에 위치하고,

상기 전파 발광셀은 상기 연결 패드와 상기 상부 반도체층 사이에 개재된 절연층을 더 포함하는 발광 다이오드.
청구항 14에 있어서,

상기 전파 발광셀은 상기 상부 반도체층 상에 형성된 투명 전극을 더 포함하고,

상기 절연층은 상기 연결 패드와 상기 투명 전극 사이에 개재된 발광 다이오드.
청구항 12에 있어서, 상기 연결 패드는 ITO 또는 폴리 실리콘을 포함하는 발광 다이오드.