KR20120124640A - 발광 다이오드 - Google Patents
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Abstract
발광 다이오드가 개시된다. 이 발광 다이오드는 기판 상에 서로 이격되어 위치하는 복수의 발광셀과, 인접한 발광셀들을 서로 전기적으로 연결하는 배선들을 포함하며, 이 배선들은 발광셀들에서 생성된 광을 투과하는 투명 도전층으로 형성된다. 이에 따라, 배선에 의한 광 손실을 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단일 기판 상에서 복수의 발광셀들이 배선들에 의해 서로 연결된 발광 다이오드에 관한 것이다.
GaN 계열의 LED는 현재 천연색 LED 표시소자, LED 교통 신호기, 백색 LED 등 다양한 응용에 사용되고 있다. 최근, 고효율 백색 LED의 발광 효율은(luminous efficiency)은 통상의 형광램프의 효율보다 우수하여 일반 조명 분야에서도 형광 램프를 대체할 것으로 기대되고 있다.
일반적으로, 발광 다이오드는 순방향 전류에 의해 광을 방출하며, 직류전류의 공급을 필요로 한다. 따라서, 발광 다이오드는, 교류전원에 직접 연결하여 사용할 경우, 전류의 방향에 따라 온/오프를 반복하며, 그 결과 연속적으로 빛을 방출하지 못하고, 역방향 전류에 의해 쉽게 파손되는 문제점이 있다.
이러한 발광 다이오드의 문제점을 해결하여, 고전압 교류전원에 직접 연결하여 사용할 수 있는 발광 다이오드가 연구되고 있다.
이러한 교류용 발광 다이오드는 예컨대 에어브리지 배선을 이용하여 복수의 발광 요소들을 역병렬 연결하여 교류 전원에서 구동될 수 있다. 그러나 에어브리지 배선은 외압에 의해 단선되기 쉬우며, 또한 외압에 의한 변형에 의해 단락을 유발하기 쉽다.
한편, 배선들의 단선 및/또는 단락을 방지하기 위해 복수의 발광셀들을 덮는 절연층을 형성하고, 그 위에 발광셀들을 서로 전기적으로 연결하는 금속 배선들을 형성할 수 있다.
그러나, 이러한 기술들은 광을 흡수하는 금속 배선들(및 전극 패드들)을 이용하여 발광셀들을 서로 전기적으로 연결하기 때문에, 금속 배선들에 의한 광 손실이 발생된다. 상기 금속 배선들은 발광셀들을 각각 연결해야 하므로 발광 다이오드의 전체 면적에서 상당한 부분을 차지하며, 발광셀의 크기가 작아질수록 차지하는 면적 비율은 증가될 것이다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 배선에 의한 광 손실을 방지할 수 있는 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 발광 다이오드는 기판; 상기 기판 상에 서로 이격되어 위치하는 복수의 발광셀; 및 인접한 발광셀들을 서로 전기적으로 연결하는 배선들을 포함하되, 상기 배선들은 상기 발광셀들에서 생성된 광을 투과하는 투명 도전층으로 형성된다.
이에 따라, 상기 배선들이 광을 투과할 수 있어 배선에 의한 광 손실을 방지할 수 있다.
여기서, 상기 발광셀은 하부 반도체층, 상부 반도체층 및 상기 하부 반도체층과 상기 상부 반도체층 사이에 위치하는 활성층을 포함하는 반도체 적층 구조체를 의미한다. 상기 반도체층들은 예컨대 질화갈륨 계열의 화합물 반도체일 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 발광 다이오드는 상기 각 발광셀의 상부 반도체층 상에 위치하는 투명 전극층을 더 포함할 수 있으며, 상기 배선들은 하나의 발광셀 상의 투명 전극층과 다른 하나의 발광셀의 하부 반도체층을 직접 연결할 수 있다. 즉, 상기 배선들은 하나의 발광셀의 상부 반도체층에 투명 전극층을 통해 전기적으로 접속되나, 다른 하나의 발광셀의 하부 반도체층에는 직접 접속된다. 특히, 상기 하부 반도체층은 n형 반도체층일 수 있다.
이와 달리, 상기 배선들이 하나의 발광셀의 상부 반도체층과 다른 하나의 발광셀의 하부 반도체층을 직접 연결할 수 있다. 즉, 상기 배선들이 상부 반도체층과 하부 반도체층에 직접 접속될 수 있다.
한편, 상기 투명 도전층은 ITO층을 포함할 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 상기 ITO층이 상기 하부 반도체층에 직접 접속될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 투명 도전층은 ZnO층을 더 포함하고, 상기 ZnO층이 상기 하부 반도체층에 직접 접속될 수 있다.
본 발명에 따르면, 투명 도전층을 이용하여 배선을 형성함으로써 배선에 의한 광 손실을 방지할 수 있는 발광 다이오드를 제공할 수 있다. 나아가, 상기 배선을 투명 전극층과 동일한 물질로 형성할 수 있어, 배선 형성 공정에서 투명 전극층을 동시에 형성함으로써 제조 공정을 단순화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1의 개략적인 등가회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위해 도 1a의 절취선 A-A를 따라 취해진 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 도 1의 개략적인 등가회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위해 도 1a의 절취선 A-A를 따라 취해진 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 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, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 2는 도 1의 개략적인 등가회로도이고, 도 3은 도 1의 절취선 A-A를 따라 취해진 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 발광 다이오드는, 기판(21), 복수개의 발광셀들(30), 배선(35a, 35b, 35c, 35d) 및 패드들(P1, P2)을 포함하며, 투명 전극층(31), 제1 절연층(33) 및 제2 절연층(37)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 발광셀들(30)과 기판(21) 사이에 버퍼층(23)이 개재될 수 있다.
상기 기판(21)은 절연 또는 도전성 기판일 수 있으며, 예컨대 사파이어 또는 탄화실리콘(SiC) 기판일 수 있다. 상기 기판(21) 상에 복수개의 발광셀들(30)이 서로 이격되어 위치한다. 본 실시예에 있어서, 34개의 발광셀들이 서로 이격되어 정렬된 것을 나타내고 있다. 상기 발광셀들(30) 각각은 하부 반도체층(25), 상부 반도체층(29) 및 상기 하부 반도체층과 상부 반도체층 사이에 개재된 활성층(27)을 포함하는 반도체 적층 구조체이다. 본 실시예에 있어서, 상기 하부 및 상부 반도체층은 각각 n형 및 p형이지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.
하부 반도체층(25), 활성층(27) 및 상부 반도체층(29)은 각각 질화갈륨 계열의 반도체 물질 즉, (Al, In, Ga)N으로 형성될 수 있다. 상기 활성층(27)은 요구되는 파장의 광 예컨대 자외선 또는 청색광을 방출하도록 조성 원소 및 조성비가 결정되며, 하부 반도체층(25) 및 상부 반도체층(29)은 상기 활성층(27)에 비해 밴드갭이 큰 물질로 형성된다.
상기 하부 반도체층(25) 및/또는 상부 반도체층(29)은, 도시한 바와 같이, 단일층으로 형성될 수 있으나, 다층 구조로 형성될 수도 있다. 또한, 활성층(27)은 단일 양자웰 또는 다중 양자웰 구조를 가질 수 있다.
한편, 상기 각 발광셀(30)의 하부 반도체층(25)의 일부 영역이 노출되도록 상기 상부 반도체층(29) 및 활성층(27)의 일부 영역이 제거된다. 또한, 각 발광셀(30)은 경사지게 형성될 수 있다.
한편, 발광셀들(30)과 기판(21) 사이에 버퍼층(23)이 개재될 수 있다. 버퍼층(23)은, 기판(21)과 그 위에 형성될 하부 반도체층(25)의 격자부정합을 완화시키기 위해 채택될 수 있다.
투명 전극층(31)이 각 발광셀(30) 상에 위치할 수 있다. 투명 전극층(31)은 상부 반도체층(29) 상부면 상에 위치할 수 있으며, 상부 반도체층(29)의 면적보다 좁은 면적을 가질 수 있다. 상기 투명 전극층(31)은 활성층(27)에서 생성된 광을 투과시킬 수 있는 재료로 형성되며, 예컨대 ITO, ZnO 등의 투명 도전성 산화물로 형성될 수 있다.
한편, 제1 절연층(33)이 발광셀들(30)을 덮는다. 절연층(33)은 하부 반도체층들(25)을 노출시키는 개구부들을 가지며, 또한 상부 반도체층들(29) 상의 투명 전극층(31)을 노출시키는 개구부들을 갖는다. 한편, 상기 제1 절연층(33)은 발광셀들(30)의 측벽을 덮는다. 나아가, 제1 절연층(33)은 또한 발광셀들(30) 사이의 기판(21)을 덮을 수 있다. 제1 절연층(33)은 실리콘산화막(SiO2) 또는 실리콘 질화막으로 형성될 수 있다.
배선들(35a, 35b, 35c, 35d)이 제1 절연층(33) 상에 형성된다. 배선들(35a, 35b, 35c)은 상기 제1 절연층(33)의 개구부들을 통해 투명 전극층들(31)과 하부 반도체층들(25)을 서로 전기적으로 연결하여 인접한 발광셀들(30)을 연결하고, 배선들(35d)은 패드들(P1, P2)을 그들 각각에 인접한 발광셀 상의 투명 전극층(31)에 연결한다. 상기 배선들(35a, 35c, 35d)에 의해 발광셀들(30)이 패드들(P1, P2) 사이에서 서로 직렬 연결된 어레이가 형성될 수 있다. 상기 배선들(35a)은 인접한 발광셀들(30)을 서로 직렬 연결하고, 상기 배선들(35c)은 2개의 발광셀들(30)의 상부 반도체층(29)과 2개의 발광셀들(30)의 하부 반도체층을 전기적으로 연결하고 있다. 본 실시예에 있어서, 17개의 발광셀들(30)이 서로 직렬 연결된 2개의 직렬 어레이가 패드들(P1, P2) 사이에서 서로 역병렬 연결되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 배선들(35b)은 이들 2개의 직렬 어레이들 사이에서 직렬 어레이들을 서로 전기적으로 연결한다. 상기 배선들(35b)에 의해 연결된 발광셀들(30)은 서로 동일한 전위를 갖게 되며, 따라서 특정 발광셀(30)에 과전압의 역방향 전압이 인가되는 것이 방지된다.
상기 패드들(P1, P2)은 각각 직렬 어레이의 양 끝단의 발광셀들(30)의 하부 반도체층(25) 상에 위치할 수 있으나, 그 위치는 특별히 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 상기 패드들(P1, P2)은 발광셀들(30)과 이격되어 기판(21) 상에 위치할 수도 있으며, 또는 상부 반도체층(29) 상에 형성될 수도 있다. 또한, 상기 패드(P1, P2)와 발광셀(30)을 연결하는 배선(35d)은 후술하는 바와 같은 투명 도전층으로 형성될 수도 있으나, 패드(P1, P2)와 같은 재료, 예컨대 Cr/Au로 형성될 수도 있다.
본 실시예에 있어서, 패드들(P1, P2) 사이에 2개의 어레이들이 서로 역병렬 연결되므로, 본 실시예에 따른 발광 다이오드는 교류전원에 직접 연결되어 구동될 수 있다. 나아가, 이러한 어레이들이 2개 이상 형성될 수 있으며, 복수개의 어레이들이 서로 역병렬로 연결되어 교류전원에 연결되어 구동될 수 있다. 그러나, 본 발명은 2개의 직렬 어레이들이 서로 역병렬 연결된 발광 다이오드에에 한정되는 것은 아니며, 단일의 직렬 어레이만이 형성되는 것도 포함한다. 또한, 배선들(35a, 35b, 35c, 35d)과 발광셀들(30)을 이용하여 브리지 정류기를 형성할 수 있으며, 발광셀들(30)의 직렬 어레이가 상기 브리지 정류기에 연결됨으로써 교류 전원하에서 구동될 수도 있다.
상기 배선들(35a, 35b, 35c)은 투명 도전층으로 형성된다. 예컨대, 상기 배선들은 ITO층을 포함할 수 있으며, 상기 ITO층이 상기 투명 전극층(31)과 하부 반도체층(25)을 직접 연결할 수 있다. 즉, 상기 ITO층이 하부 반도체층(25)에 직접 접속될 수 있다. 상기 하부 반도체층(25)이 n형인 경우, ITO와 하부 반도체층(25)의 접촉 저항 특성을 향상시키기 위해, 상기 하부 반도체층(25)은 약 1×1019/㎤ 이상의 고농도로 도핑될 수 있다. 한편, 상기 배선들(35a, 35b, 35c)은 또한 ZnO층과 ITO층을 포함할 수 있으며, ZnO층이 상기 하부 반도체층(25)에 콘택할 수 있다. 예컨대, 상기 배선들은 ZnO층과 ITO층을 교대로 반복 적층하여 형성될 수도 있다.
한편, 제2 절연층(37)이 상기 배선들(35a, 35b, 35c) 및 상기 제1 절연층(33)을 덮을 수 있다. 제2 절연층(37)은 배선들이 수분 등에 의해 오염되는 것을 방지하며, 외압에 의해 배선들이 손상되는 것을 방지한다. 제2 절연층(37)은 투광성 물질, 예컨대 실리콘산화막 또는 실리콘질화막으로 형성될 수 있으며, 제1 절연층(33)과 동일한 물질로 형성될 수 있다.
종래의 발광 다이오드는 발광셀들을 연결하는 배선을 금속층으로 형성하기 때문에, 발광셀들에서 생성된 광이 배선에 의해 손실된다. 이에 반해, 본 실시예에 따르면, 배선을 투명 도전층으로 형성함으로써 광 손실을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 다이오드는 도 1 내지 3을 참조하여 설명한 발광 다이오드와 대체로 유사하나, 상부 반도체층(29)에 접속되는 투명 전극층(31)과 배선들(35a, 35b, 35c, 35d)이 서로 별개의 공정에 의해 형성되는 대신, 배선(45)에 의해 일체로 형성되는 것에 차이가 있다.
이를 위해, 제1 절연층(43)은 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 제1 절연층(33)과 대체로 유사하나, 하부 반도체층(25)을 노출시키는 개구부들과 함께 상부 반도체층(29)의 거의 전 영역을 노출시키는 개구부들을 갖는다. 배선(45)은 상기 제1 절연층(43)의 개구부들을 통해 하부 반도체층(25) 및 상부 반도체층(29)에 직접 접속하여 발광셀들(30)을 전기적으로 연결한다. 즉, 상기 배선들(45)은 하부 반도체층(25) 및 상부 반도체층(29) 모두에 접촉한다. 상기 배선들(45)은 투명 도전층으로 형성되고, 앞의 실시예에서 설명한 바와 같이, ITO층을 포함할 수 있으며, 나아가 ZnO층을 포함할 수 있다. 제2 절연층(47)은 제1 절연층(43) 및 상기 배선들(45)을 덮는다.
본 실시예에 따르면, 투명 전극층과 배선을 서로 별도의 공정으로 형성하지 않고 배선 형성 공정에서 동시에 형성할 수 있으므로, 제조 공정을 단순화시킬 수 있다.
Claims (11)
- 기판;
상기 기판 상에 서로 이격되어 위치하는 복수의 발광셀; 및
인접한 발광셀들을 서로 전기적으로 연결하는 배선들을 포함하되,
상기 배선들은 상기 발광셀들에서 생성된 광을 투과하는 투명 도전층으로 형성된 발광 다이오드. - 청구항 1에 있어서,
상기 발광셀은 하부 반도체층, 상부 반도체층 및 상기 하부 반도체층과 상기 상부 반도체층 사이에 위치하는 활성층을 포함하는 반도체 적층 구조체인 발광 다이오드. - 청구항 2에 있어서,
상기 각 발광셀의 상부 반도체층 상에 위치하는 투명 전극층을 더 포함하고,
상기 배선들은 하나의 발광셀 상의 투명 전극층과 다른 하나의 발광셀의 하부 반도체층을 직접 연결하는 발광 다이오드. - 청구항 3에 있어서,
상기 투명 도전층은 ITO층을 포함하는 발광 다이오드. - 청구항 4에 있어서,
상기 ITO층이 상기 하부 반도체층에 직접 접속되는 발광 다이오드. - 청구항 4에 있어서,
상기 투명 도전층은 ZnO층을 더 포함하고, 상기 ZnO층이 상기 하부 반도체층에 직접 접속되는 발광 다이오드. - 청구항 2에 있어서,
상기 배선들은 하나의 발광셀의 상부 반도체층과 다른 하나의 발광셀의 하부 반도체층을 직접 연결하는 발광 다이오드. - 청구항 7에 있어서,
상기 투명 도전층은 ITO층을 포함하는 발광 다이오드. - 청구항 8에 있어서,
상기 ITO층이 상기 상부 반도체층 및 상기 하부 반도체층에 직접 접속되는 발광 다이오드. - 청구항 8에 있어서,
상기 투명 도전층은 ZnO층을 더 포함하고, 상기 ZnO층이 상기 상부 반도체층 및 상기 하부 반도체층에 직접 접속되는 발광 다이오드. - 청구항 1에 있어서,
상기 배선들 및 상기 발광셀들을 덮는 절연층을 더 포함하는 발광 다이오드.
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| KR1020110042418A KR20120124640A (ko) | 2011-05-04 | 2011-05-04 | 발광 다이오드 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110042418A KR20120124640A (ko) | 2011-05-04 | 2011-05-04 | 발광 다이오드 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family
ID=47509942
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110042418A KR20120124640A (ko) | 2011-05-04 | 2011-05-04 | 발광 다이오드 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014126437A1 (en) * | 2013-02-15 | 2014-08-21 | Seoul Viosys Co., Ltd. | Led chip resistant to electrostatic discharge and led package including the same |
| CN104995753A (zh) * | 2013-02-15 | 2015-10-21 | 首尔伟傲世有限公司 | 抗静电放电的led芯片以及包含所述led芯片的led封装 |
-
2011
- 2011-05-04 KR KR1020110042418A patent/KR20120124640A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014126437A1 (en) * | 2013-02-15 | 2014-08-21 | Seoul Viosys Co., Ltd. | Led chip resistant to electrostatic discharge and led package including the same |
| CN104995753A (zh) * | 2013-02-15 | 2015-10-21 | 首尔伟傲世有限公司 | 抗静电放电的led芯片以及包含所述led芯片的led封装 |
| US9929315B2 (en) | 2013-02-15 | 2018-03-27 | Seoul Viosys Co., Ltd. | LED chip resistant to electrostatic discharge and LED package including the same |
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