KR101553372B1 - 자발 보호 기능을 겸비한 발광 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광 소자에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 자발 보호 기능이 도입되어 발광 소자의 동작 온도가 증가하면 발광 소자의 작동을 중지시킬 수 있다. 그 결과, 발광 소자의 열화를 방지할 수 있으며, 개선된 내구성 및 수명을 가지고, 안정적인 구동이 가능한 발광 소자를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 발광 소자에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 발광 소자에서 방출되는 열로부터 발광 소자의 열화를 방지하기 위하여 자발 보호 기능을 겸비한 발광 소자에 관한 것이다.
발광 소자는 화합물 반도체의 P-N 접합 구조를 이용하여 정공 및 전자를 생성하고, 이들의 재결합에 의하여 소정의 광을 발산하는 소자이다. 이러한 발광 소자는 소모 전력이 기존의 전구 또는 형광등에 비하여 적고 수명이 길어 소모 전력의 절감과 내구성 측면에서 유리하다. 따라서, 발광 소자는 표시 장치의 백라이트 유닛 또는 조명 장치 등의 다양한 응용 분야에 이용되고 있다.
그러나, 아직까지도 발광 소자에 투입된 전기 에너지의 많은 부분이 열 에너지 형태로 방출되어 발광 소자의 발광 효율을 개선하려는 시도들을 방해하고 있다. 그리고, 상기 열 에너지는 발광 소자의 안정성을 저해하는 주된 원인으로 작용하고 있다.
이러한 발광 소자의 동작 온도 증가로 인하여 초래되는 문제를 해결하기 위하여 발광 소자에 냉각 시스템을 도입하는 방법이 소개되었다.
특허문헌 1은 '발광 유닛 방열 장치, 백라이트 장치 및 화상 표시 장치'에 관한 것으로서, 도 7에서 나타내는 바와 같이, LED(31)로부터 발생한 열을 보다 효과적으로 방열하기 위해서, 고전열 디바이스(히트 파이프, 28)를 금속 기판 하부에 요(凹)부 상의 지지부를 구성하여서 접속시키고 있다.
특허문헌 2는 '냉각 및 방열 유닛'에 관한 것으로서, L자 형으로 구성한 금속제 BLU 외측의 일면에 제1의 히트 파이프를 구성하고, L자 형의 BLU 연장선 상의 금속 케이스에 또 다른 제2 내지 제4의 히트 파이프를 더 구성하여서 LED의 온도 상승을 억제하고 있다.
특허문헌 3은 'LED 조명장치 및 그 제조방법'에 관한 것으로서, LED와 이것과는 별도로 구성한 중공부 구성의 알루미늄 냉각 패널부를 나사 등으로 고정을 하고, 이 중공부에 동(Cu)으로 된 통수관을 삽입하여 냉각수를 흘려보냄으로써 금속 기판의 열을 방산하고 있는 기술을 공개하고 있다.
그리고, 특허문헌 4는 'LED 램프 방열 구조'에 관한 것으로서, LED를 실장한 금속 기판에 다수의 방열 핀을 구성하여 공기의 자연 대류를 이용하는 전형적인 방식을 공개하고 있다.
그러나, 특허문헌 1 및 2는 LED가 실장된 평탄한 금속 기판에 직접 또는 간접으로 히트 파이프를 1개 내지 수 개를 필요에 따라 더 구성하고 있는 기술로서, LED(31)에서 발생한 고온의 열은 열전도율이 1 내지 2Ｗ/ｍ*Ｋ 정도에 지나지 않는 수지 절연 층(34)에 의해 차단이 되면서 금속 기판(32)에 전달이 되고, 이와 연결된 히트 파이프(28)에 의해서 냉각과 함께 방열이 이루어지고 있는 것이다. 때문에, 고온의 LED(31)와 저온의 금속 기판(32) 사이에는 높은 온도 구배차가 형성되어 있어서, 온도가 낮게 형성되는 금속 기판(32) 쪽의 열을 아무리 냉각한다고 하여도 그 효과는 한정될 수밖에 없다.
그리고, 특허문헌 3은 특허문헌 1 및 2에 비하여 냉각수를 사용하고 있다는 점에서 기판의 냉각 효과를 어느 정도 더 높일 수 있다고 할 수 있겠으나, 특허문헌 1 이나 2와 동일한 기판 구조 상에서 수지 절연 층에 의해 형성되는 LED의 높은 열과 패널부의 낮은 열에 의한 온도차 구배를 여전히 해소할 수가 없을 뿐만 아니라, 냉각 패널부와 함께 통수관을 구성 해야 하는 등의 복잡한 설계가 요구되고 대형화에 따른 비용 문제도 큰 부담이 될 것으로 예상된다. 특허문헌 4 또한 특허문헌 1 내지 3과 동일한 구조로서, 최근 개발이 예상되는 고전류 밀도의 고휘도 발광 소자에 적용하기에는 원천적으로 불가능한 구조라 예상된다.
따라서, 발광 소자로부터 방출되는 열로부터 발광 소자를 보호하기 위한 보다 근본적인 해결책이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 발광 소자에서 방출되는 열로부터 발광 소자의 열화를 방지하기 위하여 자발 보호 기능을 가지는 발광 소자를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 서로 이격되어 배치되는 제 1 및 제 2 전극; 상기 제 1 및 제 2 전극에 접하도록 배치되는 반도체층; 상기 제 1 및 제 2 전극 중 적어도 어느 하나의 전극에 형성되는 도체-부도체 상전이 물질; 및 상기 제 1 및 제 2 전극을 연결하되, 양 말단 중 적어도 한 말단이 상기 도체-부도체 상전이 물질을 매개로 전극에 연결되는 도선을 포함한다.
상기 도체-부도체 상전이 물질은 45 내지 125℃에서 부도체에서 도체로 상전이가 발생하는 물질일 수 있다. 이러한 도체-부도체 상전이 물질은, 예를 들면, 바나듐 산화물일 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 도선이 도체-비도체 상전이 물질 및 도체-비도체 상전이 물질이 형성되지 않은 전극과 접촉하고, 상기 외에 반도체층 및 도체-비도체 상전이 물질이 형성된 전극과 접촉하지 않도록 절연층을 추가로 포함할 수 있다.
상기 발광 소자는, 예를 들면, 발광 다이오드, 반도체 레이저 또는 고체 레이저일 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.
상기 발광 소자는 발광 소자로부터 발산된 열로 초래되는 발광 소자의 열화(degradation)로부터 스스로를 보호하기 위한 기능, 즉, 자발 보호(self-protective) 기능을 가진다.
이러한 기능을 가지기 위하여 상기 발광 소자는 서로 이격되어 배치되는 제 1 전극 및 제 2 전극; 상기 전극들에 접하도록 배치되는 반도체층; 상기 전극들 중 적어도 어느 하나의 전극에 형성되는 도체-부도체 상전이 물질; 및 상기 전극들을 연결하되, 양 말단 중 적어도 한 말단이 상기 도체-부도체 상전이 물질을 매개로 전극에 연결되는 도선을 포함한다.
상기 구조의 발광 소자는 상온에서는 발광 소자가 정상적으로 작동하나, 고온에서는 발광 소자의 작동을 중지 시킴으로써 발광 소자가 열화되는 것을 방지할 수 있다. 본 명세서에서 상온은 가온 또는 감온되지 않은 자연 그대로의 온도를 의미한다. 다양한 지역 및 계절의 온도를 고려하여 상기 상온은 -40℃ 내지 40℃ 또는 20℃ 내지 35℃의 온도를 의미할 수 있다.
도체-부도체 상전이 물질은 상온에서는 부도체의 성질을 가지나, 고온에서 도체의 성질을 가진다. 그 결과, 상온에서는 양 말단 중 적어도 한 말단이 부도체 성질을 가지는 상전이 물질을 매개로 전극에 연결되는 도선을 통하여 전류가 흐를 수 없기 때문에 반도체층을 통하여 전류가 흐르며 발광 소자는 정상적으로 작동할 수 있다. 반면, 고온에서는 상전이 물질이 도체의 성질을 가지므로 도선을 통하여 전류가 흘러 발광 소자가 전기적으로 누전(electrical short)됨으로써 발광 소자의 작동은 중지될 수 있다. 따라서, 상기 발광 소자는 고온에서 발광 소자의 작동을 중지시켜 발광 소자의 열화를 방지할 수 있으므로 자발 보호 기능을 가진다고 할 수 있다.
상기 발광 소자는 반도체층이 형성되는 기판을 추가로 포함할 수 있다. 기판은 발광 소자를 제작하기 위한 통상의 웨이퍼를 지칭할 수 있다. 이러한 기판의 예로는 사파이어 기판, Al2O3, SiC, ZnO, Si, GaAs, GaP, LiAl2O3, BN, AlN 및 GaN 등을 들 수 있다.
상기 발광 소자의 반도체층은 제 1 및 제 2 전극을 통하여 주입되는 전기를 빛으로 변환하여 실제 발광이 나타나는 층이다. 이러한 반도체층은 발광 소자의 종류에 따라 당 업계에 알려진 물질을 제한 없이 사용할 수 있다. 상기 구조를 채용할 수 있는 발광 소자로는 다양한 발광 소자들이 있을 수 있으며, 사용 가능한 발광 소자의 예시로 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode), 반도체 레이저(LD: Laser Diode) 및 고체 레이저(Solid Laser) 등을 들 수 있다.
하나의 예시에서 발광 소자가 발광 다이오드(LED)라면 반도체층은 N형 반도체층, 활성층 및 P형 반도체층을 포함할 수 있다. 각각의 반도체층을 구성하는 방법은 본 발명이 속하는 기술 분야에 널리 알려져 있다.
N형 반도체층의 예로는 Si가 도핑된 GaN, InN, AlN(Ⅲ-Ⅴ족)층 등과 같은 질화물과 이러한 질화물을 일정한 비율로 혼합한 화합물, 예를 들면, AlGaN 등을 들 수 있다. 한편, 발광 소자는 기판 상에 N형 반도체층을 형성하기 전에 기판 과의 격자 부정합을 완화하기 위하여 AlN 또는 GaN을 포함하는 버퍼층을 형성할 수 있다. 또한, 버퍼층 상에 언도프트(undoped)층을 형성할 수 있는데, 언도프트층은 불순물이 도핑되지 않은 층으로 형성할 수 있고, 예를 들면 언도프트 GaN층으로 형성할 수 있다.
활성층은 소정의 밴드 갭을 가지며 양자 우물이 만들어져 전자 및 정공이 재결합되는 영역이다. 활성층은 양자 우물층과 장벽층이 반복적으로 복수 적층된 다중 양자 우물 구조(MQW)로 형성될 수 있다. 예를 들어, 다중 양자 우물 구조의 활성층은 InGaN과 GaN이 반복적으로 적층되어 형성될 수 있고, AlGaN과 GaN이 반복적으로 적층되어 형성될 수도 있다. 여기서, 활성층을 이루는 물질의 종류에 따라 전자 및 정공이 결합하여 발생하는 발광 파장이 변화되기 때문에 목표로 하는 파장에 따라 활성층에 포함되는 반도체 재료를 조절할 수 있다. 즉, 활성층에서 생성되는 광의 파장은 양자 우물층에서 In의 양을 조절함으로써 다양하게 조절할 수 있다. 예를 들어, InGaN 양자 우물층 중 In 함량을 증가 시킴에 따라 밴드갭이 작아져 발광 파장이 길어지는 현상을 이용하여 자외선 영역에서부터 청색, 녹색, 적색 등 모든 가시광 영역까지의 광을 방출할 수 있다. 또 다른 방법으로, 발광 파장은 양자 우물층의 두께를 조절함으로써 변화시킬 수 있는데, 예를 들어 InGaN 양자 우물층의 두께를 증가시키면 밴드갭이 작아져 적색 쪽의 광을 방출할 수 있다. 뿐만 아니라, 양자 우물층의 다층 구조를 이용하여 백색광을 얻을 수도 있다. 즉, 다층 InGaN 양자 우물층의 적어도 하나의 층마다 In 함량을 다르게 조절하여, 청색 발광, 녹색 발광 및 적색 발광을 구성하면 전체로서 백색광을 얻을 수 있다.
P형 반도체층은 P형 불순물이 도핑된 반도체층일 수 있으며, 그에 따라 활성층에 정공을 공급할 수 있다. 예를 들어, P형 반도체층은 Mg가 도핑된 GaN, InN, AlN(Ⅲ-Ⅴ족) 등과 같은 질화물과 이러한 질화물을 일정한 비율로 혼합한 화합물, 예를 들면, AlGaN 또는 AlInGaN을 포함한 다양한 반도체 물질을 이용할 수 있다. 이러한 P형 반도체층은 단일층으로 형성할 수도 있고, 다층으로 형성할 수도 있다.
상기 제 1 및 제 2 전극도 발광 소자의 종류에 따라 당 업계에 알려진 물질을 제한 없이 사용할 수 있다.
하나의 예시에서 발광 소자가 발광 다이오드라면 제 1 전극으로는 N형 전극을, 제 2 전극으로는 P형 전극을 사용할 수 있다. N형 및 P형 전극을 구성하는 방법도 본 발명이 속하는 기술 분야에 널리 알려져 있다.
N형 전극 및 P형 전극은 도전성 물질을 이용하여 형성할 수 있는데, 예를 들면, Ti, Cr, Au, Al, Ni, Ag, Zn 등의 금속 물질 또는 이들의 합금을 이용하여 단일층 또는 다층으로 형성할 수 있다. 여기서, P형 전극은 전류의 확산을 위한 전극 패턴에 따라 복수 개로 형성될 수 있다. P형 반도체층 상부에 P형 전극을 통해 인가되는 전원이 P형 반도체층에 고르게 공급되도록 하기 위해 투명 전극이 형성될 수 있다. P형 반도체층은 수직으로 예컨데 수 Ω의 저항을 갖고 수평으로 예컨데 수백 ㏀의 저항을 갖기 때문에 수평 방향으로는 전류가 흐르지 않고 수직 방향으로 대부분의 전류가 흐르게 된다. 따라서, P형 반도체층에 국부적으로 전원을 인가하게 되면 P형 반도체층 전체적으로 전류가 흐르지 않으므로 투명 전극을 형성하여 P형 반도체층에 전체적으로 전류가 흐를 수 있도록 한다. 투명 전극은 활성층에서 발생된 광이 잘 투과될 수 있도록 투명 도전성 물질로 형성될 수 있는데, 예를 들면, ITO, IZO, ZnO, RuOx, TiOx 또는 IrOx 등으로 형성할 수 있다. 본 명세서에서 제 1 전극 및 제 2 전극은 쌍을 이루어 반도체층에 전압을 인가할 수 있는 전극을 의미한다. 따라서, 상기 P형 전극과 투명 전극은 제 2 전극으로 분류될 수 있고, 상기 도체-부도체 상전이 물질은 P형 전극, 투명 전극 또는 이들 모두에 형성될 수 있다.
또한, 발광 소자는 투명 전극 외에 P형 전극 측으로 방출되는 빛을 상부로 반사하기 위해 P형 반도체층 상에 형성된 반사층을 추가로 포함할 수 있다. 반사층은 비교적 큰 에너지 밴드갭을 갖는 P형 반도체층과의 접촉 저항을 낮추면서도, 높은 반사율을 갖는 물질로 형성된다. 예를 들어, 반사층은 Ag, Ni, Al, Ph, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 및 그 합금으로 형성될 수 있으며, 70% 이상의 반사율을 갖는 것이 바람직하다.
상기 도체-부도체 상전이 물질은 상온에서는 부도체의 성질을 가지나, 고온에서 도체의 성질을 가진 것이라면 제한 없이 사용할 수 있다. 구체적으로, 도체-부도체 상전이 물질은 발광 소자가 열화되는 온도에 도달하면 부도체에서 도체로 변환되어 자발 보호 기능을 발휘할 수 있다. 발광 소자가 열화되는 온도는 사용하는 반도체층의 종류에 따라 다를 수 있다. 현재 판매되는 발광 다이오드(LED)의 제품 설명서를 참조하면, 약 -40 내지 20℃의 온도에서는 LED가 50mA의 전류를 유지하나, 약 20 내지 40℃의 온도에서 LED의 전류가 감소하기 시작하여 약 85℃ 이상의 온도에서 LED의 전류가 흐르지 않는다.
따라서, 상기 도체-부도체 상전이 물질은 대략 45℃ 이상의 온도에서 부도체에서 도체로 상전이가 발생하는 물질일 수 있다. 또한, 발광 소자는 약 85℃ 이상의 온도에서부터 점차적으로 기능이 저하될 뿐 아니라 발광 소자는 85℃ 이상의 온도에서부터 점차적으로 열화되므로 상기 도체-부도체 상전이 물질로는 적어도 125℃ 이하 또는 85℃ 이하의 온도에서 부도체에서 도체로 상전이가 발생하는 물질을 사용할 수 있다. 이러한 도체-부도체 상전이 물질의 예로는 약 68℃에서 부도체에서 도체로 상변이가 일어나는 이산화바나듐(VO2)과 같은 바나듐 산화물 등을 사용할 수 있다. 그러나, 도체-부도체 상전이 물질이 이산화바나듐에 한정되는 것은 아니며, 상술한 온도에서 상전이가 발생하는 것이라면 VO 또는 V2O3와 같은 바나듐 산화물 등도 사용될 수 있다. 또한, 상기 도체-부도체 상전이 물질로는 상술한 바나듐 산화물에 그래핀 등과 같은 물질을 첨가하여 상전이 온도를 변경한 물질 또는 당 업계에 알려진 상전이 물질 등을 채용할 수도 있다.
도체-부도체 상전이 물질은 원하는 자발 보호 기능에 따라 제 1 및/또는 제 2 전극에 형성될 수 있다. 만일 열에 민감하게 반응하는 발광 소자를 제조하고자 한다면, 제 1 및 제 2 전극 중 발열량이 많은 전극에 도체-부도체 상전이 물질을 형성할 수 있다. 반면, 발광 소자의 작동 온도가 고온으로 올라가더라도 발광 소자의 작동이 어느 정도 유지되어야 할 경우에는 제 1 및 제 2 전극 중 발열량이 적은 전극; 또는 제 1 및 제 2 전극에 도체-부도체 상전이 물질을 형성할 수 있다.
구체적으로, 상기 발광 소자는 도 1과 같이 서로 이격되어 배치되는 제 1 전극(10) 및 제 2 전극(11); 상기 전극들(10, 11)에 접하도록 배치되는 반도체층(20); 상기 제 2 전극(11)에 형성되는 도체-부도체 상전이 물질(30); 및 상기 전극들(10, 11)을 연결하되, 양 말단 중 한 말단은 제 1 전극(10)에 연결되고 다른 한 말단은 상기 도체-부도체 상전이 물질(30)을 매개로 제 2 전극(11)에 연결되는 도선(40)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 발광 소자는 도 2와 같이 제 2 전극(11)이 아닌 제 1 전극(10)에 형성된 도체-부도체 상전이 물질(30); 및 양 말단 중 한 말단은 도체-부도체 상전이 물질(30)을 매개로 제 1 전극(10)에 연결되고 다른 한 말단은 제 2 전극에 연결되는 도선(40)을 포함할 수 있다.
또, 상기 발광 소자는 도 3과 같이 제 1 전극(10) 및 제 2 전극(11)에 형성된 도체-부도체 상전이 물질(30A, 30B); 및 양 말단 중 한 말단은 도체-부도체 상전이 물질(30A)를 매개로 제 1 전극(10)에 연결되고 다른 한 말단은 도체-부도체 상전이 물질(30B)를 매개로 제 2 전극(11)에 연결되는 도선(40)을 포함할 수 있다.
상기 도체-부도체 상전이 물질은 진공 증착 방식 또는 졸-겔 방식 등의 다양한 방식에 의하여 제 1 및/또는 제 2 전극에 형성될 수 있다.
상기 제 1 전극 및 제 2 전극을 연결하는 도선은 전류가 흐를 수 있는 것이라면 그 종류는 제한되지 않는다. 상기 도선은 전류가 흐를 수 있는 각종 금속으로 제조될 수 있으며, 예를 들면, 제 1 또는 제 2 전극과 같이 형성될 수 있다. 상기 도선은 진공 증착 방식 등 다양한 방식에 의하여 형성될 수 있다.
상기 발광 소자는 절연층을 추가로 포함할 수 있다. 상기 절연층은 상기 도선이 도체-비도체 상전이 물질 및 도체-비도체 상전이 물질이 형성되지 않은 전극 외에 반도체층 및 도체-비도체 상전이 물질이 형성된 전극과 접촉하지 않도록 하는 위치에 형성될 수 있다.
도 1과 같이 절연층(50)은 도선(40)의 하부에 형성되되, 도선(40)이 반도체층(20) 및 도체-비도체 상전이 물질이 형성된 제 1 전극(10)과 접촉하지 않도록 형성될 수 있다. 그 결과, 절연층(50)은 제 1 전극(10), 제 2 전극(11)과 접하며, 반도체층(20)에 접하도록 형성될 수 있다.
상기 절연층을 구성하는 성분으로는 전류를 통하지 않는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있다. 이러한 절연층의 예로는 실리콘 옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 실리콘 옥시나이트라이드, 실리콘 카바이드, 알루미늄 옥사이드, 알루미늄 나이트라이드 등을 들 수 있다.
상기와 같은 구조를 가지는 발광 소자는 발광 소자가 열화될 온도 미만에서는 정상적으로 작동하나, 발광 소자가 열화될 수 있는 온도 이상에서는 발광 소자의 작동이 중지되어 발광 소자가 열화되는 것을 방지함으로써 안정적인 구동이 가능하다.
상기 발광 소자는 상술한 구성 외에 발광 소자에 통상적으로 사용되는 구성을 추가로 포함할 수 있고, 통상적으로 사용되는 구조로 설계될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자는 자발 보호 기능이 도입되어 발광 소자의 동작 온도가 증가하면 발광 소자의 작동을 중지시킬 수 있다. 그 결과, 발광 소자의 열화를 방지할 수 있으며, 개선된 내구성 및 수명을 가지고, 안정적인 구동이 가능한 발광 소자를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 발광 소자의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 다른 일 실시예에 따른 발광 소자의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 또 다른 일 실시예에 따른 발광 소자의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 다른 일 실시예에 따른 발광 소자의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 또 다른 일 실시예에 따른 발광 소자의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 개략 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는 N형 반도체층(20A), 활성층(20B) 및 P형 반도체층(20C)으로 이루어진 반도체층을 포함한다. 또한, 상기 발광 다이오드는 활성층(20B), P형 반도체층(20C)의 일부가 식각되어 노출된 N형 반도체층 상에 형성된 N형 전극(10)과, P형 반도체층(20C) 상에 형성된 P형 전극(11)을 포함하고, 반도체층(20) 및 전극들(10, 11)에 접하는 절연층(50)을 포함한다. 그리고, 상기 발광 다이오드는 자발 보호 기능을 위하여 P형 전극(11) 상에 증착된 이산화바나듐(30), 및 상기 이산화바나듐(30)과 N형 전극(10)을 연결하는 도선(40)을 포함한다.
이산화바나듐은 약 68℃ 이하에서는 부도체의 성질을 가지므로, 전류는 반도체층(20A, 20B, 20C)을 통하여 흐르게 된다. 그러나, 발광 다이오드에서 발산하는 열로 인하여 발광 소자의 온도가 약 68℃에 이르면 이산화바나듐은 도체의 성질을 가져 이산화바나듐(30) 및 도선(40)을 통하여 N형 전극(10)과 P형 전극(11) 사이에 전류가 흐르면서 발광 소자가 전기적으로 누전 된다. 그 결과, 발광 소자는 작동이 중지되고, 발광 소자가 약 68℃이하로 냉각되면 다시 동작할 수 있다. 따라서, 상기 자발 보호 기능을 가지는 발광 소자는 발광 소자의 열화를 방지하고, 우수한 내구성 및 개선된 수명을 가질 수 있고, 안정적인 동작이 가능하다.
10: 제 1 전극
11: 제 2 전극
20: 반도체층
20A: N형 반도체층
20B: 활성층
20C: P형 반도체층
30: 도체-반도체 상전이 물질
40: 도선
50: 절연층
11: 제 2 전극
20: 반도체층
20A: N형 반도체층
20B: 활성층
20C: P형 반도체층
30: 도체-반도체 상전이 물질
40: 도선
50: 절연층
Claims (5)
- 서로 이격되어 배치되는 제 1 및 제 2 전극;
상기 제 1 및 제 2 전극에 접하도록 배치되는 반도체층;
상기 제 1 및 제 2 전극 중 적어도 어느 하나의 전극에 접촉되어 형성되는 도체-부도체 상전이 물질; 및
상기 제 1 및 제 2 전극을 연결하되, 양 말단 중 적어도 한 말단이 상기 도체-부도체 상전이 물질을 매개로 전극에 연결되며, 상기 반도체층의 측면을 지나는 도선을 포함하는 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 도체-부도체 상전이 물질은 45 내지 125℃에서 부도체에서 도체로 상전이가 발생하는 물질인 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 도체-부도체 상전이 물질은 바나듐 산화물인 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 도선이 도체-비도체 상전이 물질 및 도체-비도체 상전이 물질이 형성되지 않은 전극 외에 반도체층 및 도체-비도체 상전이 물질이 형성된 전극과 접촉하지 않도록 절연층을 추가로 포함하는 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,
발광 소자는 발광 다이오드, 반도체 레이저 또는 고체 레이저인 발광 소자.
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