KR20150038891A - 고효율 발광 다이오드 - Google Patents

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Abstract

고효율 발광 다이오드가 개시된다. 이 발광 다이오드는 각 발광셀의 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 두 개의 제1 접속부들과, 발광셀의 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 하나의 제2 접속부를 포함한다. 또한, 제1 상호 접속부들이 인접하는 발광셀들 상의 제1 접속부들과 제2 접속부를 연결하여 직렬 어레이를 형성하고, 제2 상호 접속부들이 직렬 어레이들 사이의 대응하는 발광셀들 상의 제1 접속부들을 서로 연결한다. 이에 따라, 복수의 발광셀들에 전류를 고르게 분산시키면서, 발광 면적 감소를 완화하고 광 차단 영역을 줄일 수 있는 발광 다이오드를 제공할 수 있다.

Description

고효율 발광 다이오드{HIGH EFFICIENCY LIGHT EMITTING DIODE}
본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 특히 고효율 발광 다이오드에 관한 것이다.
단일의 칩 내에서 복수의 발광셀들을 직렬 연결하여 고전압 하에서 구동가능한 발광 다이오드가 예컨대, 국제공개번호 WO 2004/023LEC8(Al)호에 "발광 성분들을 갖는 발광소자"(LIGHT-EMITTING DEVICE HAVING LIGHT-EMITTING ELEMENTS)라는 제목으로 사카이 등(SAKAI et. al.)에 의해 개시된 바 있다.
최근에는, 정해진 칩 크기 내에 복수의 발광셀들을 직렬 연결한 칩들을 패키지 내에서 직렬 연결되도록 실장하고 이 패키지를 브리지 정류기와 함께 사용하여 110V 또는 220V의 가정용 교류 전원에서 구동할 수 있는 발광 소자가 상용화되고 있다. 통상 5개 내지 20개의 발광셀들을 단일 기판 상에서 직렬 연결한 발광 다이오드 칩들을 패키지 내에서 2개 또는 4개 직렬 연결함으로써 상대적으로 높은 전압하에서 구동할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 2는 도 1의 발광 다이오드의 개략적인 등가 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래 기술에 따른 발광 다이오드는 기판(11), 발광셀들(LEC), 투명 전극층(15), 배선들(17), 제1 전극 패드(19a) 및 제2 전극 패드(19b)를 포함한다.
상기 발광셀들(LEC)은 기판(11) 상에 서로 이격되어 배치되며, 제1 도전형 반도체층(13), 활성층(도시 안됨) 및 제2 도전형 반도체층(14)을 포함한다. 일반적으로, 상기 제1 도전형 반도체층(13)은 n형이고, 제2 도전형 반도체층(14)은 p형이다. 각 발광셀들(LEC)의 제1 도전형 반도체층들(13)은 서로 이격된다.
투명 전극층(15)은 제2 도전형 반도체층(14) 상에 위치하며, 제2 도전형 반도체층(14)에 오믹 콘택한다.
한편, 배선(17)은 이웃하는 발광셀들(LECs)을 서로 전기적으로 연결한다. 배선(17)은 제1 도전형 반도체층(13)에 접속하는 제1 접속부(17a; 애노드 전극), 제2 도전형 반도체층(14)에 접속하는 제2 접속부(17b; 캐소드 전극) 및 제1 접속부와 제2 접속부를 상호 연결하는 상호 접속부(17c)를 포함한다. 제2 접속부(17b)는 투명 전극층(15) 상에서 투명 전극층(15)에 접속할 수 있다.
제1 접속부(17a) 및 제2 접속부(17b)는 각 발광셀(LEC) 내에서 전류의 분산을 돕기 위해 기다란 형상을 가진다. 한편, 제1 전극 패드(19a) 및 제2 전극 패드(19b)가 각각 직렬 연결된 발광셀들(LEC)의 양단에 배치된다.
상기 배선(17)에 의해 발광셀들(LECs)이 직렬 연결된 복수의 직렬 어레이가 형성될 수 있으며, 이들 직렬 어레이들이 제1 전극 패드(19a) 및 제2 전극 패드(19b) 사이에서 병렬 연결된다.
종래 기술에 따르면, 복수의 발광셀들(LEC)을 반도체 제조 공정을 이용하여 직렬 연결함으로써 단일 칩으로 고전압하에서 구동할 수 있는 발광 다이오드를 제공할 수 있다. 또한, 상대적으로 큰 발광셀들을 직렬 연결하는 경우에 비해, 상대적으로 작은 크기의 발광셀들을 형성하고, 이들을 직렬 및 병렬 연결함으로써 고효율의 발광 다이오드를 제공할 수 있다.
그러나, 공정상의 한계로 인해, 각 직렬 어레이의 저항이 서로 다르다. 이 경우, 전류는 저항이 낮은 직렬 어레이를 통해 더 많이 흐른다. 즉, 저항이 낮은 직렬 어레이에 전류가 집중되고, 저항이 높은 직렬 어레이에 전류가 잘 흐르지 않게 된다. 이에 따라, 발광셀들(LECs)에 전류를 고르게 분산시키는 것이 어려워, 발광 다이오드의 효율이 떨어진다.
각 직렬 어레이의 발광셀들에 전류를 고르게 분산시키기 위해 직렬 어레이들을 연결하는 기술이 연구되고 있다. 도 3은 종래 기술에 따른 또 다른 발광 다이오드를 설명하기 위한 평면도이고, 도 4는 도 3의 발광 다이오드의 개략적인 등가회로도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 발광 다이오드는, 도 1을 참조하여 설명한 발광 다이오드와 대체로 유사하다. 다만, 상기 발광 다이오드느, 제1 접속부(27a), 제2 접속부(27b) 및 상호 접속부(27c)를 포함하는 배선(27)에 더하여, 제1 접속부들(27a)을 연결하는 상호 접속부(27d) 및 제2 접속부들(27b)을 연결하는 상호 접속부(27e)를 더 포함한다.
상호 접속부들(27d, 27e)은 인접한 직렬 어레이들을 서로 전기적으로 연결하고, 각 어레이 내의 대응하는 발광셀들(LECs)이 서로 등전위가 되도록 한다. 이에 따라, 특정 직렬 어레이에 전류가 집중되는 것을 방지하여 발광 다이오드의 효율을 높일 수 있다. 더욱이, 각 발광셀 내에서 제1 접속부(27a)와 제2 접속부(27b)를 상대적으로 길게 형성함으로써 발광셀(LEC)의 거의 전 영역에 걸쳐 전류를 고르게 분산시킬 수 있다.
그러나, 도 3의 발광 다이오드는 인접한 직렬 어레이들을 연결하기 위해 제1 접속부(27a)가 길어지고, 이에 따라, 발광 면적이 감소한다. 또한, 제2 접속부(27b)가 길어져 활성층에서 생성된 광을 차단하는 광 차단 영역이 증가한다.
따라서, 발광 다이오드의 효율을 증가시킬 수 있는 새로운 기술이 요구된다.
국제공개공보 WO 2004/023LEC8(Al)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 고전압 하에서 구동되는 고효율 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 전류 분산을 강화하면서도, 발광 면적 감소를 완화하고, 광 차단 영역을 줄일 수 있는 고효율 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는, 각각 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 제1 내지 제4 발광셀들; 상기 제1 발광셀의 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 두 개의 제1 접속부들; 상기 제2 발광셀의 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 하나의 제2 접속부; 상기 제3 발광셀의 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 두 개의 제1 접속부들; 상기 제4 발광셀의 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 제2 접속부; 상기 제1 발광셀 상의 두 개의 제1 접속부들을 각각 상기 제2 발광셀 상의 제2 접속부에 연결하는 제1 상호 접속부들; 상기 제3 발광셀 상의 두 개의 제1 접속부들을 각각 상기 제4 발광셀 상의 제2 접속부에 연결하는 제1 상호 접속부들; 및 상기 제1 발광셀 상의 제1 접속부들 중 하나를 상기 제3 발광셀 상의 제1 접속부들 중 하나에 연결하는 제2 상호 접속부를 포함한다.
발광셀들을 직렬 및 병렬 연결함으로써 전류를 발광셀들에 고르게 분산시킬 수 있으며, 나아가, 제1 발광셀 및 제3 발광셀에 각각 두 개의 제1 접속부들을 배치하고, 제1 발광셀의 하나의 제1 접속부와 제3 발광셀의 하나의 제1 접속부를 제2 상호접속부로 연결함으로써 발광 면적이 감소하는 것을 완화할 수 있다. 또한, 제2 접속부들은 각 발광셀 상에 독립적으로 위치할 수 있으며, 이에 따라 광 차단 영역을 감소시킬 수 있다.
상기 발광셀들은 또한 각각 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 개재된 활성층을 포함할 수 있다.
한편, 상기 제1 및 제3 발광셀들은 제1 도전형 반도체층을 공유하고, 상기 제2 및 제4 발광셀들은 제1 도전형 반도체층을 공유할 수 있다. 이에 따라, 제2 상호 접속부가 제1 도전형 반도체층 상에 위치하므로, 제2 상호 접속부의 안정성이 강화된다. 더욱이, 제1 발광셀과 제3 발광셀(및 제2 발광셀과 제4 발광셀) 사이의 거리를 상대적으로 좁게 할 수 있어, 동일 크기의 기판 상에서 발광셀들의 면적을 증가시킬 수 있으며, 이에 따라, 전체 발광 면적을 증가시킬 수 있다.
상기 발광 다이오드는, 각 발광셀들의 제2 도전형 반도체층 상에 위치하는 투명 전극층을 더 포함할 수 있으며, 상기 제2 접속부들은 상기 투명 전극층을 통해 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속할 수 있다.
상기 제1 발광셀들 상의 제1 접속부들 및 상기 제3 발광셀들 상의 제1 접속부들은 각각 제1 및 제2 발광셀들의 일측 가장자리 근처에서 서로 떨어져 배치될 수 있다.
또한, 상기 발광 다이오드는, 상기 제1 발광셀의 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속한 제2 접속부; 및 상기 제2 발광셀의 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속한 제2 접속부를 더 포함할 수 있다. 나아가, 상기 제1 발광셀 및 제2 발광셀 상의 제2 접속부들은 각각 상기 일측 가장자리에 대향하는 타측 가장자리 근처에 배치될 수 있다. 또한, 상기 제2 접속부들은 상기 타측 가장자리의 중앙에 위치할 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 제2 접속부들은 각각 상기 제1 및 제2 발광셀들 상의 상기 제1 접속부들의 이격 거리보다 큰 길이를 가질 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 제2 접속부들은 각각 상기 제1 및 제2 발광셀들 상의 상기 제1 접속부들의 이격 거리와 동일하거나 그보다 작은 길이를 가질 수 있다. 이 경우, 제1 접속부들은 발광셀의 일측 가장자리의 양측 끝 부분에 배치되고, 제2 접속부는 발광셀의 타측 가장자리의 중앙에 배치된다. 이에 따라, 전류가 발광셀의 중간 부분에 집중되는 것을 완화하여 발광셀의 전 영역에 걸쳐 더 잘 분산시킬 수 있다.
상기 발광 다이오드는, 상기 제2 발광셀의 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 두 개의 제1 접속부들; 상기 제4 발광셀의 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 두 개의 제1 접속부들; 및 상기 제2 발광셀 상의 제1 접속부들 중 하나를 상기 제4 발광셀 상의 제1 접속부들 중 하나에 연결하는 제2 상호 접속부를 더 포함할 수 있다. 제1 및 제2 접속부들 및 제1 및 제2 상호 접속부들을 이용하여 많은 수의 발광셀들을 직렬 및 병렬 연결할 수 있다.
한편, 상기 제1 상호 접속부들은 각각 제1 접속부의 단부와 제2 접속부의 단부를 연결할 수 있다. 나아가, 상기 제1 상호 접속부들은 제1 접속부들의 내측 단부들을 제2 접속부의 단부들에 연결할 수 있다. 제1 접속부들의 외측 단부들을 제2 접속부의 단부들에 연결하는 것에 비해, 제1 상호 접속부들의 길이를 상대적으로 짧게 할 수 있어 광 차단 영역을 줄일 수 있다.
상기 발광 다이오드는, 각각 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 제5 및 제6 발광셀들; 상기 제5 발광셀의 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 두 개의 제1 접속부들; 상기 제6 발광셀의 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 하나의 제2 접속부; 상기 제5 발광셀 상의 두 개의 제1 접속부들을 각각 상기 제6 발광셀 상의 제2 접속부에 연결하는 제1 상호 접속부들; 및 상기 제3 발광셀 상의 제1 접속부들 중 다른 하나를 상기 제5 발광셀 상의 제1 접속부들 중 하나에 연결하는 제2 상호 접속부를 더 포함할 수 있다.
상기 제5 및 제6 발광셀들은 서로 직렬 연결되며, 이들 발광셀들은 제1 및 제2 발광셀들, 및 제3 및 제4 발광셀들에 병렬 연결된다. 이와 같은 방식으로 병렬 연결된 어레이의 개수를 증가시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드는, 직렬 및 병렬 연결된 복수의 발광셀들을 갖는 발광 다이오드에 있어서, 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광셀; 상기 발광셀의 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 두 개의 제1 접속부들; 상기 발광셀의 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 하나의 제2 접속부; 상기 제1 접속부들로부터 각각 상기 발광셀의 일측 가장자리를 지나 연장하는 제1 상호 접속부들; 및 상기 제1 접속부들 중 하나로부터 상기 발광셀의 또 다른 가장자리를 지나 연장하는 제2 상호 접속부를 포함한다.
또한, 상기 제1 접속부들은 상기 발광셀의 일측 가장자리 근처에서 서로 떨어져 배치될 수 있다. 나아가, 상기 제2 접속부는 상기 일측 가장자리의 반대측 가장자리 근처에 배치될 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 제2 접속부는 상기 제1 접속부들의 이격 거리보다 큰 길이를 가질 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 제2 접속부는 상기 제1 접속부들의 이격 거리와 동일하거나 그보다 작은 길이를 가질 수 있다.
상기 발광 다이오드는 또한 상기 제1 접속부들 중 다른 하나로부터 상기 또 다른 가장자리에 대향하는 가장자리를 지나 연장하는 제2 상호 접속부를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 제1 상호 접속부의 적어도 일부는 제1 도전형 반도체층 영역 외부에 위치하고, 상기 제2 상호 접속부는 모두 제1 도전형 반도체층 영역 상부에 위치할 수 있다.
나아가, 상기 발광 다이오드는, 상기 제2 접속부들의 단부들로부터 상기 발광셀의 외부로 연장하는 제2 상호접속부들을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 발광셀들을 직렬 및 병렬 연결함으로써 전류를 발광셀들에 고르게 분산시킬 수 있어 고효율 발광 다이오드를 제공할 수 있다. 나아가, 발광셀들 상에 각각 두 개의 제1 접속부들을 배치하고, 제2 상호 접속부를 이용하여 이웃하는 발광셀들 상의 제1 접속부들을 상호 연결함으로써 발광셀들을 병렬 연결하면서도 발광 면적이 감소하는 것을 완화할 수 있다. 또한, 제2 접속부들은 각 발광셀 상에 독립적으로 위치할 수 있으며, 이에 따라 광 차단 영역을 감소시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1의 발광 다이오드의 개략적인 등가 회로도이다.
도 3은 또 다른 종래 기술에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 4는 도 3의 발광 다이오드의 개략적인 등가 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 6은 도 5의 발광 다이오드의 일부 발광셀들을 확대 도시한 평면도이다.
도 7 (a) 및 (b)는 각각 도 6의 절취선 A-A 및 B-B를 따라 취해진 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 10은 도 9의 발광 다이오드의 개략적인 등가회로도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
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 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 6은 도 5의 발광 다이오드의 일부 발광셀들을 확대 도시한 평면도이다. 또한, 도 7(a) 및 (b)는 도 6의 절취선 A-A 및 B-B를 따라 취해진 단면도들이다.
도 5, 도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 발광 다이오드는, 기판(51), 복수의 발광셀들(LEC), 투명 전극층(59), 발광셀들(LECs)을 연결하는 복수의 배선들, 제1 전극 패드(69a) 및 제2 전극 패드(69b)를 포함한다. 또한, 상기 발광 다이오드는 절연층(도 7의 61)을 포함할 수 있다.
기판(51)은 발광셀들(LEC)을 지지하는 기판으로서, 사파이어 기판, 실리콘 기판, GaN 기판 등 질화물 반도체층을 성장시키기 위한 성장기판일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 기판(21)은 통상적으로 발광 다이오드 칩 내의 기판을 의미한다.
상기 기판(51) 상에 복수의 발광셀들(LECs)이 정렬된다. 복수의 발광셀들(LECs)은 배선들에 의해 서로 직렬 연결되어 직렬 어레이들을 형성하고, 또한, 이들 직렬 어레이들이 제1 전극 패드(69a) 및 제2 전극 패드(69b) 사이에서 병렬 연결된다. 나아가, 서로 병렬 연결된 직렬 어레이들 내의 이웃하는 발광셀들이 배선에 의해 연결됨으로써 도 4와 유사한 등가회로를 가지는 발광 다이오드가 제공된다.
한편, 도 5에서, 어레이들의 양단에 각각 하나의 발광셀들이 배치된 것으로 도시하였으나, 2개 이상의 발광셀들이 어레이들의 단부에 배치될 수도 있다.
각 발광셀(LEC)은 도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같이, 제1 도전형 반도체층(53), 활성층(55) 및 제2 도전형 반도체층(57)을 포함한다. 이하에서, 상기 제1 도전형 반도체층(53)이 n형이고, 제2 도전형 반도체층(57)이 p형인 것으로 설명하지만, 그 반대일 수도 있다. 상기 활성층(55)은 제1 도전형 반도체층(53)과 제2 도전형 반도체층(57) 사이에 위치하며, 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조일 수 있다. 상기 활성층(55)은 요구되는 발광 파장에 따라 그 물질 및 조성이 선택된다. 예컨대, 상기 활성층(55)은 AlInGaN 계열의 화합물 반도체, 예컨대 InGaN로 형성될 수 있다. 한편, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(53, 57)은 상기 활성층(55)에 비해 밴드갭이 큰 AlInGaN 계열의 화합물 반도체, 예컨대 GaN를 포함한다. 한편, 상기 제1 도전형 반도체층(53)과 상기 기판(51) 사이에 버퍼층(도시하지 않음)이 개재될 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(53), 활성층(55) 및 제2 도전형 반도체층(57)은 금속 유기화학 기상 성장법을 이용하여 기판(51) 상에서 성장될 수 있으며, 그 후 사진 및 식각 공정을 이용하여 패터닝될 수 있다.
이어서, 도 6 및 도 7을 참조하여 발광셀들의 직렬 및 병렬 연결 구조를 더 상세하게 설명한다.
도 6을 참조하면, 제1 발광셀(LEC1)에 인접하여 제2 발광셀(LEC2)이 배치되고, 제3 발광셀(LEC3)에 인접하여 제4 발광셀(LEC4)이 배치된다. 제1 내지 제4 발광셀들(LEC1, LEC2, LEC3, LEC4)은 앞서 설명한 바와 같이 제1 도전형 반도체층(53), 활성층(55) 및 제2 도전형 반도체층(57)을 포함한다. 또한, 각 발광셀들 상에 투명 전극층(59)이 위치할 수 있으며, 투명 전극층(59)은 제2 도전형 반도체층(57)에 오믹콘택할 수 있다.
한편, 제1 내지 제4 발광셀((LEC1, LEC2, LEC3, LEC4)) 상에 각각 두 개의 제1 접속부들(67a) 및 하나의 제2 접속부(67b)가 배치된다. 두 개의 제1 접속부들(67a)은 제1 도전형 반도체층(53)에 전기적으로 접속하고, 하나의 제2 접속부(67b)는 제2 도전형 반도체층(57)에 전기적으로 접속한다. 제1 접속부들(67a)은 제1 도전형 반도체층(53)에 직접 접촉할 수 있다. 제2 접속부(67b)는 투명 전극층(59)에 접촉할 수 있으며, 투명 전극층(59)을 통해 제2 도전형 반도체층(57)에 전기적으로 접속할 수 있다.
각 발광셀 상의 제1 접속부들(67a)은 발광셀의 일측 가장자리 근처에 배치되며, 도 6에 도시한 바와 같이, 일측 가장자리의 양측 단부에 배치될 수 있다. 한편, 각 발광셀 상의 제2 접속부(67b)는 발광셀의 타측 가장자리, 즉, 상기 일측 가장자리에 대향하는 가장자리 근처에 배치된다. 제2 접속부(67b)는 타측 가장자리의 중앙에 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 접속부들(67a, 67b)은 기다란 형상을 가질 수 있으며, 이들의 길이 방향이 상기 일측 또는 타측 가장자리에 대체로 평행할 수 있다.
한편, 제1 발광셀(LEC1) 상의 제1 접속부들(67a)은 각각 제1 상호 접속부들(67c)을 통해 제2 발광셀(LEC2)의 제2 접속부(67b)에 연결된다. 또한, 제3 발광셀(LEC3) 상의 제1 접속부들(67a)은 각각 제1 상호 접속부들(67c)을 통해 제4 발광셀(LEC4)의 제2 접속부(67b)에 연결된다. 제1 상호 접속부들(67c)은 각각 제1 접속부들(67a)의 일 단부를 제2 접속부(67b)의 일 단부에 연결할 수 있다. 더욱이, 도 6에 도시한 바와 같이, 제1 상호 접속부들(67c)은 제1 접속부들(67a)의 내측 단부, 즉, 발광셀의 일측 가장 자리에서 중앙에 가까운 단부를 제2 접속부(67b)의 단부들에 연결할 수 있다.
한편, 제1 발광셀(LEC1)의 제1 접속부들(67a) 중 하나의 제1 접속부(67a)는 제2 상호 접속부(67d)를 통해 제3 발광셀(LEC3)의 제1 접속부들(67a) 중 하나의 제1 접속부(67a)에 연결된다. 또한, 제2 발광셀(LEC2)의 제1 접속부들(67a) 중 하나의 제1 접속부(67a)는 제2 상호 접속부(67d)를 통해 제4 발광셀(LEC4)의 제1 접속부들(67a) 중 하나의 제1 접속부(67a)에 연결된다.
도 7(b)에 도시한 바와 같이, 제1 발광셀(LEC1)과 제3 발광셀(LEC3)은 제1 도전형 반도체층(53)을 공유할 수 있으며, 또한, 제2 발광셀(LEC2)과 제4 발광셀(LEC4)은 제1 도전형 반도체층(53)을 공유할 수 있다. 따라서, 상기 제2 상호 접속부들(67d)은 그 전체가 제1 도전형 반도체층(53) 상부에 위치할 수 있다. 한편, 제1 발광셀(LEC1)과 제2 발광셀(LEC1)의 제1 도전형 반도체층들(53)은 서로 분리되며, 따라서, 제1 상호 접속부들(67c)의 일부는 제1 도전형 반도체층들(53) 사이에서 기판(51) 상부에 위치한다.
상기 제1 상호 접속부들(67c)은 제1 및 제3 발광셀들(LEC1, LEC3)의 일측 가장자리를 지나서 제1 및 제4 발광셀들(LEC2, LEC4) 상의 제2 접속부(67b)에 연결된다. 또한, 제2 상호 접속부들(67c)이 제1 및 제3 발광셀들(LEC1, LEC3) 상의 제2 접속부들(67b)로부터 타측 가장자리를 지나서 인접한 발광셀들로 연장할 것이다. 이들 제1 상호 접속부들(67c)은 인접한 발광셀들을 직렬 연결하며, 따라서 직렬 어레이를 형성한다.
한편, 제2 상호 접속부들(67d)은 직렬 어레이들 내의 인접한 발광셀들, 예컨대, 제1 및 제3 발광셀들(LEC1, LEC3), 및 제2 및 제4 발광셀들(LEC2, LEC4)을 서로 전기적으로 연결한다.
한편, 도 7(a)에 도시한 바와 같이, 제1 상호 접속부(67c)를 발광셀들(LEC1, LEC2)의 측면으로부터 절연시키기 위해 절연층(61)이 제1 상호 접속부(67c)와 발광셀들 사이에 배치될 수 있다. 절연층(61)의 재료는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 실리콘산화물 또는 실리콘 질화물일 수 있다. 또한, 절연층(61)은 굴절률이 서로 다른 유전층들을 교대로 적층한 분포 브래그 반사기일 수도 있다.
상기 제1 접속부(67a), 제2 접속부(67b), 제1 상호 접속부(67c) 및 제2 상호 접속부(67d)는 발광셀들을 서로 연결하는 배선으로서 작용한다. 상기 접속부들((67a, 67b, 67c, 67d) 이외에 어레이의 양단에 위치하는 발광셀들을 인접한 발광셀들에 연결하는 다른 배선들이 존재할 수 있다. 한편, 상기 접속부들(67a, 67b, 67c, 67d)은 동일 재료로 동일 공정에 의해 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 서로 다른 재료로 형성될 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 복수의 발광셀들(LECs)이 서로 직렬 및 병렬 연결된 발광 다이오드가 제공된다. 특히, 직렬 어레이들 내의 대응하는 발광셀들이 서로 전기적으로 연결되므로, 발광셀들 내에 전류를 고르게 분산시킬 수 있다. 나아가, 제1 접속부들의 면적을 줄일 수 있어 발광 면적 감소를 완화할 수 있으며, 또한, 제2 접속부들을 서로 연결할 필요가 없어 광 차단 영역을 줄일 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 8을 참조하면, 도 5의 실시예에 따른 발광 다이이오드에 있어서, 제2 접속부들(67b)의 길이는 제1 접속부들(67a)의 이격거리보다 긴 것으로 도시하였으나, 본 실시예에 따른 발광 다이오드에 있어서, 제2 접속부(67b)의 길이(L)가 제1 접속부들(67a) 사이의 이격거리(D)보다 작거나 이격거리와 동일할 수 있다. 제1 접속부들(67a)은 또한, 발광셀의 일측 가장자리에서 양측 단부에 치우쳐 위치하며, 제2 접속부(67b)는 타측 가장자리에서 중앙에 위치한다.
본 실시예에 따르면, 제1 접속부들(67a)은 제2 접속부(67b)에 대향하는 위치로부터 벗어나 있고, 따라서, 제2 접속부(67b)에서 제1 접속부들(67a)로 전류가 흐를 때, 발광셀의 중심을 따라 전류가 집중되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 제2 접속부(67b)로부터 제1 접속부들(67a)측으로 약간 대각선 방향으로 전류가 흐르게 되며, 따라서, 발광셀들의 넓은 면적에 걸쳐 전류를 분산시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 10은 도 9의 발광 다이오드의 개략적인 등가회로도이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 다이오드는, 도 6의 제1 내지 제4 발광셀들(LEC1, LEC2, LEC3, LEC4)에 더하여, 제5 및 제6 발광셀들(LEC5, LEC6)을 더 포함한다.
제5 및 제6 발광셀들(LEC5, LEC6)은 각각 제1 내지 제4 발광셀들(LEC1, LEC2, LEC3, LEC4)과 유사하게 두 개의 제1 접속부들(67a), 하나의 제2 접속부(67b)를 포함한다. 또한, 제1 상호 접속부들(67c)이 제5 발광셀(LEC5) 상의 제1 접속부들(67a)을 제6 발광셀(LEC6)의 제2 접속부(67b)에 연결한다. 제1 상호 접속부들(67c)에 의해 제5 및 제6 발광셀들(LEC5, LEC6)이 서로 직렬 연결된다. 제1 상호 접속부들(67c)은 도 6을 참조하여 설명한 제1 상호 접속부들(67c)과 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
한편, 제3 발광셀(LEC3)의 제1 접속부들(67a) 중 하나의 제1 접속부(67a)는 제2 상호 접속부(67d)를 통해 제5 발광셀(LEC5)의 제1 접속부들(67a) 중 하나의 제1 접속부(67a)에 연결된다. 또한, 제4 발광셀(LEC4)의 제1 접속부들(67a) 중 하나의 제1 접속부(67a)는 제2 상호 접속부(67d)를 통해 제6 발광셀(LEC6)의 제1 접속부들(67a) 중 하나의 제1 접속부(67a)에 연결된다.
한편, 상기 제1, 제3 및 제5 발광셀들(LEC1, LEC3, LEC5)은 제1 도전형 반도체층(53)을 공유할 수 있으며, 상기 제2, 제4 및 제6 발광셀들(LEC2, LEC4, LEC6) 또한 제1 도전형 반도체층(53)을 공유할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 도 10에 도시한 바와 같이, 3개의 직렬 어레이들이 제1 및 제2 전극 패드들(69a, 69b) 사이에서 서로 병렬 연결되고, 또한 어레이들 사이의 대응하는 발광셀들이 제2 상호 접속부들(67d)에 의해 서로 접속된 발광 다이오드가 제공될 수 있다. 한편, 직렬 어레이의 양단, 전극 패드들(69a, 69b)에 인접해서 하나의 발광셀이 배치된 것으로 도시하나, 반드시 하나일 필요는 없고, 2개 이상의 발광셀들이 각 전극 패드들(69a, 69b)에 인접하여 배치될 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 다이오드는 4개의 직렬 어레이들이 서로 병렬 연결되고, 또한 어레이들 사이의 대응하는 발광셀들이 제2 상호 접속부들(67d)에 의해 서로 접속된다. 또한, 대응하는 발광셀들은 제1 도전형 반도체층(53)을 공유할 수 있다.
이러한 구조의 발광 다이오드는 도 9의 발광셀들에 제7 및 제8 발광셀들을 제5 및 제6 발광셀들(LEC5, LEC6)과 유사한 방식으로, 제5 및 제6 발광셀들(LEC5, LEC6) 아래에 연결함으로써 구현될 수 있다.
본 실시예에서, 4개의 어레이들을 포함하는 발광 다이오드를 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라, 더 많은 수의 직렬 어레이들이 서로 병렬 연결될 수 있으며, 어레이들 사이의 대응하는 발광셀들(LEC)이 제2 상호 접속부들(67d)을 통해 서로 연결될 수 있다. 또한, 각 직렬 어레이 내에 3개의 발광셀들(LEC)이 배치된 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않으며, 제1 상호 접속부들(67c)을 이용하여 더 많은 수의 발광셀들(LEC)이 직렬 연결될 수 있다.
앞서 본 발명의 다양한 실시예들에 대해 설명하였지만, 이들 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공된 것으로, 본 발명이 이들 실시예들에 한정되도록 하려는 것은 아니다. 또한, 특정 실시예에서 설명한 사항은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한 다른 실시예에도 적용될 수 있다.

Claims (20)

  1. 각각 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 제1 내지 제4 발광셀들;
    상기 제1 발광셀의 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 두 개의 제1 접속부들;
    상기 제2 발광셀의 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 하나의 제2 접속부;
    상기 제3 발광셀의 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 두 개의 제1 접속부들;
    상기 제4 발광셀의 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 제2 접속부;
    상기 제1 발광셀 상의 두 개의 제1 접속부들을 각각 상기 제2 발광셀 상의 제2 접속부에 연결하는 제1 상호 접속부들;
    상기 제3 발광셀 상의 두 개의 제1 접속부들을 각각 상기 제4 발광셀 상의 제2 접속부에 연결하는 제1 상호 접속부들; 및
    상기 제1 발광셀 상의 제1 접속부들 중 하나를 상기 제3 발광셀 상의 제1 접속부들 중 하나에 연결하는 제2 상호 접속부를 포함하는 발광 다이오드.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 발광셀들은 각각 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 개재된 활성층을 포함하는 발광 다이오드.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 및 제3 발광셀들은 제1 도전형 반도체층을 공유하고,
    상기 제2 및 제4 발광셀들은 제1 도전형 반도체층을 공유하는 발광 다이오드.
  4. 청구항 1에 있어서,
    각 발광셀들의 제2 도전형 반도체층 상에 위치하는 투명 전극층을 더 포함하고,
    상기 제2 접속부들은 상기 투명 전극층을 통해 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속하는 발광 다이오드.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 발광셀들 상의 제1 접속부들 및 상기 제3 발광셀들 상의 제1 접속부들은 각각 제1 및 제2 발광셀들의 일측 가장자리 근처에서 서로 떨어져 배치된 발광 다이오드.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 발광셀의 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속한 제2 접속부; 및
    상기 제2 발광셀의 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속한 제2 접속부를 더 포함하는 발광 다이오드.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 발광셀 및 제2 발광셀 상의 상기 제2 접속부들은 각각 상기 일측 가장자리에 대향하는 타측 가장자리 근처에 배치된 발광 다이오드.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 접속부들은 상기 타측 가장자리의 중앙에 위치하는 발광 다이오드.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제2 접속부들은 각각 상기 제1 및 제2 발광셀들 상의 상기 제1 접속부들의 이격 거리와 동일하거나 그보다 작은 길이를 가지는 발광 다이오드.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 발광셀의 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 두 개의 제1 접속부들;
    상기 제4 발광셀의 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 두 개의 제1 접속부들; 및
    상기 제2 발광셀 상의 제1 접속부들 중 하나를 상기 제4 발광셀 상의 제1 접속부들 중 하나에 연결하는 제2 상호 접속부를 더 포함하는 발광 다이오드.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 상호 접속부들은 각각 제1 접속부의 단부와 제2 접속부의 단부를 연결하는 발광 다이오드.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 상호 접속부들은 제1 접속부들의 내측 단부들을 제2 접속부의 단부들에 연결하는 발광 다이오드.
  13. 청구항 1에 있어서,
    각각 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 제5 및 제6 발광셀들;
    상기 제5 발광셀의 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 두 개의 제1 접속부들;
    상기 제6 발광셀의 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 하나의 제2 접속부;
    상기 제5 발광셀 상의 두 개의 제1 접속부들을 각각 상기 제6 발광셀 상의 제2 접속부에 연결하는 제1 상호 접속부들; 및
    상기 제3 발광셀 상의 제1 접속부들 중 다른 하나를 상기 제5 발광셀 상의 제1 접속부들 중 하나에 연결하는 제2 상호 접속부를 더 포함하는 발광 다이오드.
  14. 직렬 및 병렬 연결된 복수의 발광셀들을 갖는 발광 다이오드에 있어서,
    제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광셀;
    상기 발광셀의 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 두 개의 제1 접속부들;
    상기 발광셀의 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 접속된 하나의 제2 접속부;
    상기 제1 접속부들로부터 각각 상기 발광셀의 일측 가장자리를 지나 연장하는 제1 상호 접속부들; 및
    상기 제1 접속부들 중 하나로부터 상기 발광셀의 또 다른 가장자리를 지나 연장하는 제2 상호 접속부를 포함하는 발광 다이오드.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 접속부들은 상기 발광셀의 일측 가장자리 근처에서 서로 떨어져 배치된 발광 다이오드.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제2 접속부는 상기 일측 가장자리의 반대측 가장자리 근처에 배치된 발광 다이오드.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제2 접속부는 상기 제1 접속부들의 이격 거리와 동일하거나 그보다 작은 길이를 가지는 발광 다이오드.
  18. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 접속부들 중 다른 하나로부터 상기 또 다른 가장자리에 대향하는 가장자리를 지나 연장하는 제2 상호 접속부를 더 포함하는 발광 다이오드.
  19. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 상호 접속부의 적어도 일부는 제1 도전형 반도체층 영역 외부에 위치하고,
    상기 제2 상호 접속부는 모두 제1 도전형 반도체층 영역 상부에 위치하는 발광 다이오드
  20. 청구항 14에 있어서,
    상기 제2 접속부들의 단부들로부터 상기 발광셀의 외부로 연장하는 제2 상호접속부들을 더 포함하는 발광 다이오드.
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