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WO2010050694A2 - 발광 다이오드 - Google Patents

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WO2010050694A2
WO2010050694A2 PCT/KR2009/006120 KR2009006120W WO2010050694A2 WO 2010050694 A2 WO2010050694 A2 WO 2010050694A2 KR 2009006120 W KR2009006120 W KR 2009006120W WO 2010050694 A2 WO2010050694 A2 WO 2010050694A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light emitting
electrode
emitting cells
wave
cells
Prior art date
Application number
PCT/KR2009/006120
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2010050694A3 (ko
Inventor
이정훈
김대원
갈대성
서원철
예경희
윤여진
Original Assignee
서울옵토디바이스주식회사
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Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=42116624&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=WO2010050694(A2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Priority claimed from KR1020090094314A external-priority patent/KR101609866B1/ko
Priority claimed from KR1020090098721A external-priority patent/KR101603773B1/ko
Application filed by 서울옵토디바이스주식회사 filed Critical 서울옵토디바이스주식회사
Publication of WO2010050694A2 publication Critical patent/WO2010050694A2/ko
Publication of WO2010050694A3 publication Critical patent/WO2010050694A3/ko

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    • H01L27/153—
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/40—Details of LED load circuits
    • H05B45/42—Antiparallel configurations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L33/20—
    • H01L33/62—

Definitions

  • the present invention relates to a compound semiconductor light emitting diode, and more particularly, to a light emitting diode which can be driven by being connected to an AC power source.
  • Compound semiconductor light emitting diodes such as gallium nitride-based light emitting diodes are widely used as display devices and backlights, and consume less power and have longer lifetimes than conventional light bulbs or fluorescent lamps. It is expanding the use area.
  • the light emitting diode is repeatedly turned on and off in accordance with the direction of the current under AC power. Therefore, when the light emitting diode is directly connected to an AC power source, the light emitting diode does not emit light continuously and is easily damaged by reverse current.
  • a light emitting diode that can be directly connected to a high voltage AC power source is disclosed in International Publication No. WO 2004/023568 (Al) "Light-Emitting Device Having Light-Emitting Components" (LIGHT-EMITTING DEVICE HAVING LIGHT- EMITTING ELEMENTS has been disclosed by SAKAI et. Al., And light emitting diodes of various structures have been developed.
  • the LEDs form LED arrays two-dimensionally connected in series by metallization on an insulating substrate, such as a sapphire substrate. These two LED arrays are connected in anti-parallel on the substrate, emitting light continuously by an AC power supply.
  • one array is driven during the half cycle of an alternating current power source, and the other array is driven during the next half cycle. That is, one half of the light emitting cells in the light emitting diodes are driven while the phase of the AC power source is changed. Therefore, the use efficiency of the light emitting cells does not exceed 50%.
  • a light emitting diode driven under an AC power source by making a bridge rectifier using light emitting cells on a substrate and arranging an array of light emitting cells connected in series between two nodes of the bridge rectifier is disclosed in Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2006-1800. It is disclosed in the call. According to this, the array of light emitting cells connected to the bridge rectifier can propagate light regardless of the phase change of the AC power source to increase the use efficiency of the light emitting cells.
  • the reverse voltage may be decreased by increasing the number of light emitting cells constituting the bridge rectifier.
  • the use efficiency of the light emitting cells decreases again.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide an improved light emitting diode that can be driven under a high voltage AC power supply.
  • Another object of the present invention is to provide a light emitting diode that can increase the use efficiency of the light emitting cells while reducing the reverse voltage applied to each light emitting cell in the light emitting diode.
  • Another object of the present invention is to provide a light emitting diode having wirings that effectively connect light emitting cells arranged on a single substrate.
  • Another object of the present invention is to provide a light emitting diode that can increase the use efficiency of the light emitting cells while reducing the reverse voltage applied to each light emitting cell in the light emitting diode.
  • Another object of the present invention is to provide a light emitting diode capable of increasing the integration degree of a plurality of light emitting cells in a limited area.
  • Another problem to be solved by the present invention is to provide a light emitting diode which can prevent the disconnection of the wiring and prevent damage to the wiring by external force or moisture.
  • the present invention provides a light emitting diode having a plurality of light emitting cells on a substrate.
  • the light emitting diodes may include: half-wave light emitting units each having at least one light emitting cell and having first and second terminals at both ends thereof; And radio wave emitting units each having at least one light emitting cell and having third and fourth terminals at both ends thereof. Meanwhile, each third terminal of the radio wave emitting units is electrically connected to the second terminals of two half wave light emitting units, and each fourth terminal of the radio wave emitting units is a first terminal of another two half wave light emitting units. Are electrically connected to each other.
  • one half-wave light emitting unit is connected in series between the third terminal of one of the light emitting units and the fourth terminal of the other one of the two light emitting units, and the one of the two light emitting units Another half-wave light emitting unit is connected in series between the fourth terminal of and the third terminal of the other radio wave emitting unit.
  • the half-wave light emitting unit refers to a light emitting unit to which the forward voltage is applied during the half cycle of the AC power, and the reverse voltage is applied to the other half cycle
  • the full-wave light emitting unit refers to the light emitting unit to which the forward voltage is applied even if the phase of the AC power is changed. do.
  • the half-wave light emitting unit and the full-wave light emitting unit each have at least one light emitting cell, and when they have a plurality of light emitting cells, the light emitting cells in the light emitting unit are connected in series.
  • the radio light emitting units since the radio light emitting units are driven irrespective of the phase change of the AC power under AC power, it is possible to increase the use efficiency of the light emitting cells in the light emitting diode.
  • the arrays of half-wave light emitting units share the full-wave light emitting units to lower the reverse voltage applied to the half-wave light emitting unit.
  • half wave light emitting units connected in series between two neighboring radio wave light emitting units having a small number of light emitting cells are effective to prevent breakage of the short wave light emitting unit due to reverse voltage.
  • at least one of the half-wave light emitting units connected in series between two neighboring radio light emitting units may have a single light emitting cell, and furthermore, in series between these two neighboring radio light emitting units.
  • the half wave light emitting units may have a single light emitting cell.
  • the light emitting units may have a single light emitting cell or a plurality of light emitting cells.
  • the reverse voltage applied to the half-wave light emitting units can be minimized, and when the plurality of light emitting units each have a plurality of light emitting cells, the use efficiency of the light emitting cells can be increased. Can be. Therefore, the number of light emitting cells in the full wave light emitting unit may be adjusted in consideration of the reverse voltage applied to the short wave light emitting unit and the use efficiency of the light emitting cells.
  • the light emitting diode may further include two terminals for connecting to an external power source. Each of the terminals is electrically connected to an anode terminal of one half-wave light emitting unit and a cathode terminal of the other half-wave light emitting unit. Accordingly, when the phase of the AC power source changes, current flows into the light emitting diode along different paths.
  • the size of the light emitting cells in the full-wave light emitting unit may be the same as the size of the light emitting cells in the half-wave light emitting unit, but since the light emitting cells in the full-wave light emitting unit emit light for the entire period of AC power, the light emitting area of the light emitting diode It is preferable that the size of the light emitting cells in the full wave light emitting unit is larger than the size of the light emitting cells in the half wave light emitting unit in order to increase.
  • a light emitting diode having a plurality of light emitting cells includes: a plurality of light emitting cells arranged on a single substrate, each having a first terminal and a second terminal; A first insulating layer covering the light emitting cells and having openings exposing first and second terminals of each light emitting cell; And wires formed on the first insulating layer to electrically connect the light emitting cells through the openings of the first insulating layer.
  • at least one of the wires electrically connects the four light emitting cells, and electrically connects the second terminals of the two light emitting cells and the first terminals of the other two light emitting cells.
  • the light emitting cells may include a first conductive semiconductor layer, a second conductive semiconductor layer positioned on a portion of the first conductive semiconductor layer, and an active layer interposed between the first and second conductive semiconductor layers. It may include.
  • the first terminal and the second terminal are both terminals through which a current flows in and out of the light emitting cell, and may be any one as long as wires are connected thereto.
  • the second terminal may be an electrode formed on the first conductive semiconductor layer or the first conductive semiconductor layer, and the first terminal may be on the second conductive semiconductor layer or the second conductive semiconductor layer.
  • the electrode may be formed on the transparent electrode layer formed on the second conductive semiconductor layer or on the transparent electrode layer.
  • the two light emitting cells are disposed between the other two light emitting cells.
  • the first conductive semiconductor layers of the two light emitting cells may be separated from each other, but may be connected to each other.
  • wiring of the two light emitting cells can be easily connected, and disconnection of the wiring due to a step between the light emitting cells can be prevented.
  • the first conductive semiconductor layers connected to each other means that they are connected without being physically separated.
  • the light emitting cells may be formed to be inclined. That is, sidewalls of the first conductive semiconductor layer and the second conductive semiconductor layer may be inclined. Accordingly, disconnection of the wirings can be prevented.
  • the first conductive semiconductor layer may have a first inclined surface and a second inclined surface, and the second inclined surface may be inclined more than the first inclined surface.
  • the light emitting diode may further include a second insulating layer covering the wires.
  • the second insulating layer protects the wirings and the light emitting cells from external force or moisture.
  • the first insulating layer may be relatively thicker than the second insulating layer. By forming the first insulating layer relatively thick, short circuits of the light emitting cells and the wirings can be prevented and dielectric breakdown of the first insulating layer can be prevented.
  • the plurality of light emitting cells may include radio wave emitting cells and half wave emitting cells.
  • the half-wave light emitting cell means a light emitting cell to which the forward voltage is applied during the half cycle of the AC power, and the reverse voltage is applied to the other half cycle
  • the full-wave light emitting cell refers to the light emitting cell to which the forward voltage is applied even if the phase of the AC power is changed. do.
  • the full-wave light emitting cell has a third terminal and a fourth terminal corresponding to the first terminal and the second terminal of the half-wave light emitting cell, respectively.
  • the wirings may include wiring (s) for electrically connecting a third terminal of one full-wave light emitting cell to second terminals of two half-wave light emitting cells. Meanwhile, the first conductivity type semiconductor layers of the two half wave light emitting cells may be connected to each other.
  • the wirings may include wiring (s) for electrically connecting the fourth terminal of one full-wave light emitting cell to the first terminals of two half-wave light emitting cells.
  • the at least one wire may be disposed along an edge of the single substrate. Furthermore, two of the wires may electrically connect four light emitting cells, respectively. The wires electrically connect the second terminals of the two light emitting cells and the first terminals of the other two light emitting cells, respectively. In addition, the two wires may be disposed diagonally to each other along both edges of the single substrate.
  • the present invention it is possible to provide a light emitting diode that can increase the use efficiency of the light emitting cells while alleviating the increase in the reverse voltage applied to the light emitting cells in the light emitting diode.
  • the light emitting cells can be effectively arranged on a single substrate having a limited area.
  • the insulating layer covering the wirings may be adopted to protect the wirings and the light emitting cells.
  • it is possible to achieve stability of wiring by connecting the first conductivity-type semiconductor layers of the two light emitting cells to each other.
  • FIG. 1 is a schematic circuit diagram illustrating a light emitting diode according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic circuit diagram illustrating an example of a light emitting diode according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic plan view illustrating the light emitting diode of FIG. 2.
  • 4 (a) and 4 (b) are other schematic plan views for describing the light emitting diode of FIG. 2.
  • 5 and 6 are schematic partial cross-sectional views taken along cut line A-A of FIG. 3, respectively, to illustrate light emitting diodes usable in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 and 8 are partial cross-sectional views taken along cut line B-B in FIG. 4 (a).
  • 9 and 10 are partial cross-sectional views taken along the cut line C-C of FIG. 4 (b).
  • FIG. 11 is a schematic circuit diagram illustrating another example of a light emitting diode according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a plan view illustrating a light emitting diode according to a second exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along cut line A-A of FIG. 12 to describe a light emitting diode according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view for describing a light emitting diode according to a third embodiment of the present invention.
  • 15 is a partial cross-sectional view illustrating a light emitting cell according to embodiments of the present invention.
  • 16 is a plan view illustrating a light emitting diode according to a fourth embodiment of the present invention.
  • 17 is a plan view illustrating a light emitting diode according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a plan view illustrating a light emitting diode according to a sixth embodiment of the present invention.
  • 19 is a plan view illustrating a light emitting diode according to a seventh exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 20 is an equivalent circuit diagram of the light emitting diode of FIG. 19.
  • 21 is a plan view illustrating a light emitting diode according to an eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 is a plan view illustrating a light emitting diode according to a ninth embodiment of the present invention.
  • 23 and 24 are an equivalent circuit diagram and a plan view for explaining a light emitting diode according to a tenth embodiment of the present invention, respectively.
  • 25 is a plan view illustrating a light emitting diode according to an eleventh embodiment of the present invention.
  • 26 and 27 are equivalent circuit diagrams and plan views illustrating a light emitting diode according to a twelfth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic circuit diagram illustrating a light emitting diode 100 according to a first embodiment of the present invention.
  • the light emitting diode 100 has a plurality of light emitting cells 10 and 20.
  • the light emitting cells 10 and 20 are formed on a single substrate and are electrically connected to each other through a wire.
  • the light emitting diode 100 includes half-wave light emitting units h1, h2, h3, and h4 and full-wave light emitting units a1 and a2.
  • the half-wave light emitting units h1, h2, h3, and h4 each have a first terminal (for example, an anode terminal) and a second terminal (for example, a cathode terminal), and the radio wave emitting units a1 and a2, respectively. It has a third terminal (eg an anode terminal) and a fourth terminal (eg a cathode terminal). Wires are connected to the first to fourth terminals to electrically connect the light emitting units h1, h2, h3, h4, a1, and a2.
  • the half-wave light emitting units h1, h2, h3, and h4 each have at least one light emitting cell 10, and the full-wave light emitting units a1 and a2 each have at least one light emitting cell 20.
  • the light emitting cells in the light emitting units are connected to each other in series.
  • each third terminal of the radio wave emitting units a1 and a2 is electrically connected to the second terminals of two half wave light emitting units, and each fourth terminal of the radio wave emitting units a1 and a2 is electrically connected. Is electrically common connected to the first terminals of another two half-wave light emitting units.
  • the third terminal of the full-wave light emitting unit a2 is electrically connected to the second terminals of the half-wave light emitting units h3 and h4.
  • the fourth terminal is commonly connected to the first terminals of the half-wave light emitting units h1 and h2.
  • one half-wave light emitting unit is disposed between the third terminal of one of the two light emitting units a1 and the fourth terminal of the other one of the other light emitting units a1 and a2. (h1) is connected in series, and another half-wave light emitting unit h3 is connected in series between the fourth terminal of the one radio wave emitting unit a1 and the third terminal of the other radio wave emitting unit a2. .
  • the light emitting diode 100 may have terminals t1 and t2 for connecting an external power source, and the terminals t1 and t2 are first and second terminals of two half-wave light emitting units, respectively. Is electrically connected to the Two half-wave light emitting units connected to the terminal t1 are connected to the full-wave light emitting unit a1, and two half-wave light emitting units connected to the terminal t2 are connected to the other full-wave light emitting unit.
  • the current is generated by the half-wave light emitting unit h2 (upper left), the full-wave light emitting unit a1, in which the first terminal is connected to the terminal t1 through the terminal t1, Half-wave light emitting unit h3, full-wave light emitting unit a2, half-wave light emitting unit h2,... , And flows to the terminal t2 via the full-wave light emitting unit a1, the half-wave light emitting unit h3, the full-wave light emitting unit a2 and the half-wave light emitting unit h2, and thus light is emitted from these light emitting units.
  • the current is generated by the half-wave light emitting unit h4 (lower right) connected with the first terminal to the terminal t2 through the terminal t2, the full-wave light emitting unit a2, Half-wave light emitting unit h1, full-wave light emitting unit a1,... ,
  • Half-wave light emitting units h1 and h4 and full-wave light emitting units a1 and a2 emit light. That is, the half-wave light emitting units h1 and h4 and the half-wave light emitting units h2 and h3 alternately emit light according to the phase of the AC power, and the radio wave light emitting units a1 and a2 change the phase of the AC power. It emits light in all phases regardless.
  • the number of light emitting cells driven as many as the number of light emitting cells in the full-wave light emitting units a1 and a2 can be increased, compared to a light emitting diode in which two conventional series arrays operate alternately. Furthermore, when the half-wave light emitting units all have a single light emitting cell, the use efficiency of the light emitting cell can be maximized.
  • a positive voltage is applied to the half wave light emitting units h2 and h3 and the full wave light emitting units a1 and a2 during a half period in which a positive voltage is applied to the terminal t1 so that the half wave light emitting units h2 and h3 emit light.
  • a reverse voltage is applied to the half-wave light emitting unit h1 or h4.
  • the reverse voltage applied to the half-wave light emitting unit h1 is two radio wave emitting units a1 and a2 connected to its first terminal and a second terminal, respectively, and one connected to the radio wave emitting units a1 and a2. It is equal to the sum of the forward voltages applied to the half wave light emitting unit h3.
  • the reverse voltage applied to the half wave light emitting unit h4 is equal to the sum of the reverse voltages applied to the two light wave emitting units a1 and a2 and one half wave light emitting unit h2.
  • a reverse voltage is applied to the half wave light emitting units h2 and h3, and the half wave light emission.
  • the reverse voltage applied to the unit h2 or h3 is equal to the sum of the forward voltages applied to the two full wave light emitting units a1 and a2 and one half wave light emitting unit h4 or h1.
  • the reverse voltage applied to these half wave light emitting units mainly depends on the number of light emitting cells of the full wave light emitting units. Therefore, it is possible to provide a light emitting diode that is safe against reverse voltage by controlling the number of light emitting cells in the light emitting units.
  • the half-wave light emitting units h1, h2, h3, h4 and full-wave light emitting units a1, a2, and controlling the number of light emitting cells therein it is safe to reverse voltage and emits light. It is possible to provide a light emitting diode that can increase the use efficiency of the cell.
  • FIG. 2 is a schematic circuit diagram illustrating an example of a light emitting diode in which both half-wave light emitting units and full-wave light emitting units are configured as a single light emitting cell
  • FIGS. 3 and 4 are schematic plan views illustrating the light emitting diode of FIG. 2. .
  • the light emitting cells 10 that operate for half a cycle and the light emitting cells 20 that operate during a full cycle are positioned on a single substrate 21.
  • These light emitting cells 10 and 20 may be formed together through the same manufacturing process, and the light emitting cell 10 and the light emitting cell 20 may have different sizes.
  • These light emitting cells 10 have a first terminal and a second terminal, the light emitting cell 20 has a third terminal and a fourth terminal, and a wiring 23 is connected to these terminals.
  • the light emitting cells 20 are commonly connected to the first terminals of the two light emitting cells 10 and to the second terminals of the other two light emitting cells 10.
  • the light emitting cells 10 are connected in series between the third terminal and the fourth terminal of the neighboring light emitting cells 20, and between the fourth terminal and the third terminal, respectively.
  • the light emitting cells 10a and 10b formed on the single substrate 21 may share the first terminal or the second terminal. It can be formed to share a semiconductor layer.
  • the light emitting cells 10a of FIG. 4 (a) are formed by sharing a lower semiconductor layer
  • the light emitting cells 10b of FIG. 4 (b) are formed by sharing an upper semiconductor layer.
  • the light emitting cells 10a of FIG. 4A may share a second terminal
  • the light emitting cells of FIG. 4B may share a first terminal.
  • the wiring structure for connecting the light emitting cells 10 and 20 is not particularly limited. As shown, another wiring may be connected to the wiring connecting the light emitting cells 10 so that the light emitting cell 20 may be electrically connected to the light emitting cells 10. Alternatively, the two light emitting cells 10 and one light emitting cell 20 may be electrically connected to each other through two wires. For example, the third terminal of the light emitting cell 20 and the second terminals of the two light emitting cells 10 may be connected through wires, respectively.
  • the wirings 23 may be formed using an existing wiring process, and for example, may be formed by an air support process or a step cover process.
  • the wirings and the terminals may be formed by the same process and the same material.
  • FIGS. 5, 6, 7, 8, 9 and 10 are schematic cross-sectional views taken along cut line A-A of FIG.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view for explaining that the light emitting cells are electrically connected by wires formed by an air bridge process
  • FIG. 6 is a view illustrating that the light emitting cells are electrically connected by wires formed by a step cover process. It is a partial cross section for doing so.
  • a plurality of light emitting cells 158 are spaced apart from each other on a single substrate 151.
  • Each of the light emitting cells includes a first conductivity type lower semiconductor layer 155, an active layer 157, and a second conductivity type upper semiconductor layer 159.
  • the active layer 157 may be a single quantum well structure or a multi quantum well structure, and its material and composition are selected according to the emission wavelength required.
  • the active layer may be formed of an AlInGaN-based compound semiconductor, such as InGaN.
  • the lower and upper semiconductor layers 155 and 159 may be formed of a material having a larger band gap than the active layer 157, and may be formed of an AlInGaN-based compound semiconductor such as GaN.
  • the buffer layer 153 may be interposed between the lower semiconductor layer 155 and the substrate 151.
  • the buffer layer 153 is employed to mitigate lattice mismatch between the substrate 151 and the lower semiconductor layer 155.
  • the buffer layer 153 may be spaced apart from each other as shown, but is not limited thereto.
  • the buffer layer 153 may be continuous to each other.
  • the upper semiconductor layer 159 is positioned above a portion of the lower semiconductor layer 155, and the active layer is interposed between the upper semiconductor layer 159 and the lower semiconductor layer 155.
  • the transparent electrode layer 161 may be positioned on the upper semiconductor layer 159.
  • the transparent electrode layer 161 may be formed of an indium tin oxide (ITO) material or Ni / Au.
  • wires 167 electrically connect the light emitting cells 158.
  • the wires 167 may be formed all at the same time by the same process.
  • the material of the wirings 167 is not particularly limited, and may be formed of the same material as the transparent electrode layer, for example, ITO or Ni / Au.
  • the wirings 167 connect the lower semiconductor layer 155 of one light emitting cell and the transparent electrode layer 161 of the light emitting cell adjacent thereto.
  • the p-electrode 164 formed on the transparent electrode layer 161 may be connected to the n-electrode 165 formed on the exposed region of the lower semiconductor layer 155.
  • the electrodes 164 and 165 function as anode terminals and cathode terminals of the light emitting cells, respectively.
  • the wirings 167 are formed by an air bridge process, and portions except for the contact portion are physically separated from the substrate 151 and the light emitting cells 158.
  • the wirings 167 form an array in which light emitting cells are connected in series on a single substrate 151.
  • the wirings connecting the light emitting cells 158 may be formed by a step cover process. That is, except for portions for contacting the wirings 187, all the layers of the light emitting cells and the substrate 151 are covered with the insulating layer 185.
  • the wirings 187 electrically connect the light emitting cells on the insulating layer 185.
  • the insulating layer 185 has openings exposing the electrodes 164 and 165, and the wirings 187 connect the electrodes 164 and 165 of neighboring light emitting cells to each other through the openings. To connect the light emitting cells in series.
  • the electrodes 164 and 165 of the light emitting cells may be made of the same material as the wires 187 and may be formed together when the wires 187 are formed. That is, the electrodes 164 and 165 are not separately formed, and the wires 187 may be directly and electrically connected to the lower semiconductor layer 157 and the upper semiconductor layer 159 or the transparent electrode layer 161. Can be.
  • FIG. 7 and 8 are schematic partial cross-sectional views taken along cut line B-B in FIG. 4 (a).
  • FIG. 7 is a partial cross-sectional view for explaining that the light emitting cells are electrically connected by the wirings 167 formed by the air bridge process
  • FIG. 8 is a light emitting cell by the wirings 187 formed by the step cover process. It is a partial sectional drawing for demonstrating that they are electrically connected.
  • the light emitting cells 158 have a similar structure, but the first conductive lower semiconductor layer 153 is formed to be shared with each other.
  • an electrode for example, the n-electrode 165 formed on the first conductive lower semiconductor layer 153 may be formed between the second conductive upper semiconductor layers 159, and preferably, the n-electrode ( 165 may be formed such that the distance from the second conductive upper semiconductor layers 159 is constant. Meanwhile, the second conductive upper semiconductor layers 159 are separated from each other.
  • FIG. 9 and 10 are schematic partial cross-sectional views taken along cut line C-C of FIG. 4 (b).
  • FIG. 9 is a partial cross-sectional view for explaining that the light emitting cells are electrically connected by the wirings 167 formed by the air bridge process
  • FIG. 10 is a light emitting cell by the wirings 187 formed by the step cover process. Partial sectional view for explaining that they are electrically connected.
  • the light emitting cells 158 have a similar structure, but the second conductive upper semiconductor layers 159 are formed to be shared with each other. In this case, the first conductivity type lower semiconductor layer 155 and the active layer 157 formed below are separated from each other, and the space between the lower semiconductor layers 155 may be filled with the insulating layer 189.
  • the short wave light emitting units and the full wave light emitting units are configured as a single light emitting cell.
  • these light emitting units may be composed of a plurality of light emitting cells.
  • the short-wave light emitting unit may be composed of one light emitting cell and the full-wave light emitting units may be composed of a plurality of light emitting cells.
  • the half-wave light emitting units are composed of one light emitting cell, and the full-wave light emitting units are composed of two light emitting cells, respectively.
  • the radio light emitting units each have two light emitting cells. Therefore, the use efficiency of the light emitting cells is increased as compared with the case where the radio light emitting units each have one light emitting cell.
  • the radio light emitting units may have two or more light emitting cells, and the radio light emitting units do not need to have the same number of light emitting cells.
  • the number of light emitting cells in the full wave light emitting units increases, the reverse voltage of the half wave light emitting unit increases. Therefore, the number of light emitting cells in the full-wave light emitting unit is selected in consideration of the reverse voltage of the half-wave light emitting unit, preferably in the range of 1 to 10.
  • FIG. 12 is a schematic plan view for describing a light emitting diode according to a second embodiment of the present invention.
  • the light emitting diode has a substrate 21, a plurality of light emitting cells 30, wires 37a, 37b, and 37c, and bonding pads 41 and 43.
  • the light emitting cells 30 are formed on a single substrate 21 and are connected in series through the wirings 37a and 37b to form an array, and are connected to the bonding pads 41 and 43 by the wirings 37c. Connected.
  • the arrays of light emitting cells 30 may be anti-parallel connected between the bonding pads 41 and 43 to be driven under AC power.
  • the substrate 21 may be any substrate as long as it can electrically insulate the light emitting cells 30.
  • the growth substrate for growing the nitride semiconductors constituting the light emitting cells may be, for example, a sapphire substrate, but is not limited thereto, and may be a bonding substrate bonded to the nitride semiconductor grown on the growth substrate.
  • a sapphire substrate may be used as the bonding substrate.
  • the wires 37a electrically connect the first terminal and the second terminal of the light emitting cells 30, and the wire 37b electrically connects the four light emitting cells 30 in sequence, and the wires 37c.
  • the bonding pads 41 and 43 are respectively connected to the first terminal and the second terminal of at least two light emitting cells through the wires 37c.
  • the bonding pads 41 and 43 may be formed in the same shape, but are not limited thereto and may be formed in different shapes.
  • the bonding pads 41 and 43 may be formed on the substrate 21, but may also be formed on the first conductive semiconductor layer 25 or the second conductive semiconductor layer 29.
  • Both ends of the wiring 37b are electrically connected to first terminals of two light emitting cells, and second terminals of two other light emitting cells 30a and 30b positioned between the two light emitting cells. Are electrically connected to the wiring 37b.
  • both ends of the wiring 37b are electrically connected to the second terminals of the two light emitting cells, and the first terminals of the other two light emitting cells positioned between the two light emitting cells are connected to the wires. It may be electrically connected to 37b. For example, if all polarities of the light emitting cells of FIG. 12 are changed, an arrangement in which second terminals of two light emitting cells are connected to both ends of the wiring 37b may be obtained.
  • the light emitting cells 30 may be formed to have the same area, but may have different areas.
  • the light emitting cells 30 each include a first conductive semiconductor layer 25, an active layer, and a second conductive semiconductor layer.
  • the first conductivity type is n-type
  • the second conductivity-type semiconductor layer is p-type
  • the transparent electrode layer 33 may be disposed on the second conductivity-type semiconductor layer.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along cut line A-A of FIG. 12 to describe a light emitting diode according to a second embodiment of the present invention.
  • Each of the light emitting cells 30 includes a first conductive semiconductor layer 25, an active layer 27, and a second conductive semiconductor layer 29.
  • the active layer 27 may be a single quantum well structure or a multi quantum well structure, and its material and composition are selected according to the emission wavelength required.
  • the active layer may be formed of an AlInGaN-based compound semiconductor, such as InGaN.
  • the first and second conductivity-type semiconductor layers 25 and 29 include an AlInGaN-based compound semiconductor, eg, GaN, having a larger band gap than the active layer 27.
  • a buffer layer (not shown) may be interposed between the first conductivity type semiconductor layer 25 and the substrate 21.
  • the buffer layer is employed to mitigate lattice mismatch between the substrate 21 and the first conductive semiconductor layer 25 when the first conductive semiconductor layer 25 is grown on the substrate 21.
  • the second conductivity-type semiconductor layer 29 is positioned above a portion of the first conductivity-type semiconductor layer 25, and the active layer 27 is the first conductivity-type semiconductor layer 27. And the second conductive semiconductor layer 29 are interposed.
  • the transparent electrode layer 33 may be positioned on the second conductive semiconductor layer 29.
  • the transparent electrode layer 33 may be formed of an indium tin oxide (ITO) material or Ni / Au.
  • the wiring 37b is formed along the edge of the substrate 21 to electrically connect the four light emitting cells 30.
  • the wires 37b are sequentially connected across the upper portions of the light emitting cells 30, and are electrically connected to second terminals of two light emitting cells, for example, first conductive semiconductor layers 25.
  • the first terminals of the other two light emitting cells for example, the second conductive semiconductor layers 29 or the transparent electrode layers 33 are electrically connected to each other.
  • both ends of the wiring 37b are respectively connected to the first terminals of the two light emitting cells, and the wiring 37b is connected to the other two light emitting cells positioned between the two light emitting cells. Are electrically connected to the second terminals of the wires 30a and 30b.
  • the wirings 37a, 37b, and 37c are formed on the first insulating layer 35 to be insulated from the sidewalls of the light emitting cells 30.
  • the first insulating layer 35 is formed of a silicon oxide film or a silicon nitride film.
  • the wires may be covered with a second insulating layer 39.
  • the second insulating layer 35 covers the wirings and the light emitting cells to protect the wirings and the light emitting cells from external force or moisture.
  • the second insulating layer 39 may be formed of a silicon oxide film or a silicon nitride film, and may be formed of the same material as the first insulating layer 37 to increase adhesion.
  • the first insulating layer 37 is thin, an electrical short may occur between the wirings and the light emitting cells, and in particular, when driven under a high voltage AC power supply, insulation breakdown may occur. Therefore, the first insulating layer 37 is preferably thicker than the second insulating layer 39.
  • the light emitting cells may be arranged in a matrix form on the single substrate 21 by the wiring 37b, and the light emitting cells may be arranged such that light emitting cells alternately emit light in rows.
  • the wiring 37b may be used to measure electrical characteristics of an array of light emitting cells in a row during a light emitting diode manufacturing process. That is, in FIG. 12, the electrical characteristics of the light emitting cells in a row unit may be measured by applying a voltage or a current to the bonding pad 41 or 43 and the wiring 37b. This measurement helps to locate electrical defects within the light emitting cells.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view for describing a light emitting diode according to a third embodiment of the present invention.
  • the separation region between the light emitting cells 30a and 30b disappears, thus reducing the stepped area.
  • the wiring 37b can be easily formed, and the reliability of the wiring is improved.
  • 15 is a partial cross-sectional view for describing light emitting cells according to example embodiments.
  • the first conductive semiconductor layer 25 of each light emitting cell has a single inclined surface. This inclined surface helps the wiring to be formed safely.
  • the first conductive semiconductor layer 25 of each light emitting cell may be shaped to have a first inclined surface 25a and a second inclined surface 25b.
  • the second inclined surface 25b is located closer to the substrate 21 than the first inclined surface 25a.
  • the first inclined surface 25a and the second inclined surface 25b have different inclinations with respect to the surface of the substrate 21.
  • the second inclined surface 25b has a sharp inclination relative to the first inclined surface 25a, or the first inclined surface 25a is relatively in comparison with the second inclined surface 25b. It can have a steep slope.
  • the first conductive semiconductor layer 25 may provide a light emitting cell having a relatively reduced width compared to a light emitting cell having a single gentle inclined plane, that is, only the first inclined plane 25a of FIG. 15.
  • a larger number of light emitting cells can be integrated in a limited area.
  • wiring can be more easily formed by inclined surfaces having different inclinations.
  • the first conductivity type semiconductor layer 25 may not only represent a single layer but may be a multilayer, and as the person skilled in the art is well aware of, the undoped semiconductor layer may be included in the multilayer.
  • a buffer layer (not shown) may be interposed between the substrate 21 and the second conductivity-type semiconductor layer 25.
  • 16 is a plan view illustrating a light emitting diode according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 it is generally similar to the light emitting diode described with reference to FIG. 12, except that the light emitting cells are arranged in six rows.
  • the bonding pads 41 and 43 may be disposed in a diagonal direction, and in addition to the wiring 37b connecting four light emitting cells, a wiring 57b connecting four other light emitting cells may be formed. have.
  • the wiring 57b is also electrically connected to four light emitting cells in turn, and includes second terminals of two light emitting cells and two other light emitting cells. Are connected to the first terminals of the terminals. Both ends of the wiring 57b are connected to the first terminals of the two light emitting cells, and the second terminals of the other two light emitting cells 50a and 50b positioned between the two light emitting cells are connected to the wiring 57b. ) Can be connected. In this case, the first conductivity-type semiconductor layers 25 of the light emitting cells 50a and 50b may be connected to each other.
  • both ends of the wiring 57b are connected to the second terminals of the two light emitting cells, and the first terminals of the other two light emitting cells 50a and 50b positioned between the two light emitting cells are It may be connected to the wiring 57b.
  • the order of the four light emitting cells connected to the wiring 37b and the four light emitting cells connected to the wiring 57b are reversed.
  • the order of the light emitting cells connected to the wiring 37b and the wiring 57b is configured to be reversed.
  • the first conductive semiconductor layers 25 of the other two light emitting cells 50a and 50b positioned between the two light emitting cells connected to both ends of the wiring 57b are separated from each other.
  • the wiring 37b and the wiring 57b are disposed along both edges of the substrate 21, respectively, and are disposed in diagonal directions with each other. Accordingly, the light emitting cells can be arranged in a matrix shape, and the light emitting cells can be arranged so that the light emitting cells alternately emit light in rows.
  • 17 is a plan view illustrating a light emitting diode according to a fifth embodiment of the present invention.
  • the light emitting diode is substantially similar to the light emitting diode described with reference to FIG. 16 except that the shape of the bonding pads 51 and 53 is different from the bonding pads 41 and 43 of FIG. 16. That is, the bonding pads 41 and 43 include a portion having a large area and a portion extending therefrom, and the bonding pads 51 and 53 have a rectangular shape.
  • the shape of the bonding pads 51 and 53 is not particularly limited and may be variously modified according to the size and arrangement of the light emitting cells. In particular, the bonding pads 51 and 53 are preferably located in an area in which the light emitting cells 30 are arranged.
  • FIG. 18 is a plan view illustrating a light emitting diode according to a sixth embodiment of the present invention.
  • bonding pads 61 and 63 are formed on the light emitting cells 30. That is, the bonding pads 61 and 63 are formed on the first terminal and the second terminal of the two light emitting cells 30 and are electrically connected thereto. Therefore, the wirings 37c connecting the bonding pads and the light emitting cells may be omitted.
  • FIG. 19 is a plan view illustrating a light emitting diode according to a seventh embodiment of the present invention
  • FIG. 20 is a schematic equivalent circuit diagram of the light emitting diode of FIG. 19.
  • the light emitting diode includes a substrate 21, bonding pads 71 and 73, a plurality of half-wave light emitting cells 30, a plurality of propagating light emitting cells 70 and wires ( 37b, 37c, 77b, 77e, 77d).
  • the half-wave light emitting cell refers to a light emitting cell to which the forward voltage is applied during the half cycle of the AC power
  • the full-wave light emitting cell refers to a light emitting cell to which the forward voltage is applied during the full cycle of the AC power.
  • the substrate 21 and the half-wave light emitting cells 30 are similar to those described with reference to FIGS. 12 and 13. However, in one row, the light emitting cells 30 are disposed to face each other. That is, the light emitting cells 30c and 30d face each other with the first terminals or face the second terminals.
  • each of the full-wave light emitting cells 70 is disposed between the rows of the light emitting cells 30, the third terminal and the fourth terminal corresponding to the first terminal and the second terminal of the half-wave light emitting cell 30, respectively Has
  • the fourth terminal of the full-wave light emitting cell 70 is electrically connected to the first terminals of the two half-wave light emitting cells 30 through the wiring 77d, and the third terminal thereof is connected through the wiring 77e.
  • the second terminals of the two half-wave light emitting cells 30 are electrically connected to each other.
  • a half-wave light emitting cell 30 is disposed in a forward direction between the third terminal of one full-wave light emitting cell 70 and the fourth terminal of the full-wave light emitting cell 70 adjacent thereto, and the single full-wave light emitting cell 70 is disposed.
  • the half-wave light emitting cell 30 is disposed in the forward direction between the fourth terminal of and the third terminal of the radio wave emitting cell adjacent thereto.
  • the half-wave light emitting cells 30 are alternately driven, and the full-wave light emitting cells 70 are provided during the full cycle. Therefore, the use efficiency of the light emitting cells driven on the single substrate 21 can be improved. In addition, the reverse voltage applied to the half-wave light emitting cell 30 during the half cycle can be adjusted relatively low.
  • one propagation light emitting cell 70 is disposed between rows of half-wave light emitting cells, but a plurality of propagation light emitting cells 70 are arranged between rows of half-wave light emitting cells in an array form. May be In addition, a plurality of half-wave light emitting cells may be arranged in an array form between adjacent propagating light emitting cells 70. However, the number of these propagation light emitting cells or half-wave light emitting cells in an array form is limited in consideration of the reverse voltage applied to the half-wave light emitting cells.
  • the wirings 77d and 77e electrically connect one full wave light emitting cell 70 and two half wave light emitting cells 30 without being branched, respectively. It is possible to connect, thus improving the stability of the wiring.
  • the wiring 37b electrically connects four light emitting cells.
  • the wiring 77b is disposed diagonally to the wiring 37b to electrically connect four light emitting cells. Both ends of the wiring 77b are connected to the second terminals of the two half-wave light emitting cells, and the first terminals of the other two half-wave light emitting cells 70a and 70b disposed between the two light emitting cells. It is connected to the wiring 77b.
  • the wiring 77b is also connected to the first terminals of the two half-wave light emitting cells, like the wiring 37b, and two other half-wave light emitting cells 70a disposed between the light emitting cells.
  • the second terminals of 70b may be connected to the wiring 77b.
  • the wiring 37b and the wiring 77b connect the half-wave light emitting cells in the same order or connect them in different orders.
  • the bonding pads 71 and 73 are illustrated as being positioned between the uppermost row and the lowermost row of the half-wave light emitting cells, but the present invention is not limited thereto, and the bonding pads 71 and 73 may be disposed in various shapes and various positions. have. In addition, the bonding pads 71 and 73 may be formed on the two half-wave light emitting cells 30, and thus the wirings 37c may be omitted.
  • 21 is a plan view illustrating a light emitting diode according to an eighth embodiment of the present invention.
  • the equivalent circuit of the light emitting diode according to this embodiment is the same as that of FIG.
  • the first conductive semiconductor layers 25 of the light emitting cells 30c and 30d are substantially similar to those of the light emitting diode described with reference to FIG. 19, but the second terminals face each other in FIG. 19. There is a difference in this connection.
  • the first conductive semiconductor layers 25 of the half-wave light emitting cells 30a and 30b connected to the wiring 37b may also be connected to each other.
  • the steps formed to separate the light emitting cells 30 can be reduced, so that the wirings 37b, 77d, and 77e can be easily formed, and their reliability can be improved.
  • FIG. 22 is a plan view illustrating a light emitting diode according to a ninth embodiment of the present invention.
  • the equivalent circuit of the light emitting diode according to this embodiment is the same as that of FIG.
  • the light emitting diode includes a substrate 21, bonding pads 91 and 93, a plurality of half-wave light emitting cells 30, a plurality of full-wave light emitting cells 80, and wires 37b and 77b. , 87e, 87d).
  • the substrate 21 and the half-wave light emitting cells 30 are similar to those described with reference to FIGS. 12 and 13. However, in one row, the light emitting cells 30 are disposed to face each other. That is, the light emitting cells 30c and 30d face each other with the first terminals or face the second terminals.
  • the propagation light emitting cells 80 are disposed between the half wave light emitting cells 30 facing each other, and are disposed over two rows of the half wave light emitting cells 30.
  • Each of the full-wave light emitting cells 80 has its fourth terminal electrically connected to the first terminals of the two half-wave light emitting cells 30 through a wiring 87d, and its third terminal has a wiring 87e.
  • the wires 87d and 87e sequentially connect two half-wave light emitting cells 30 and one full wave light emitting cell 80.
  • a half-wave light emitting cell 30 is disposed in a forward direction between the third terminal of one full-wave light emitting cell 80 and the fourth terminal of the full-wave light emitting cell 80 adjacent thereto, and the single full-wave light emitting cell 80 is disposed.
  • the half-wave light emitting cell 30 is disposed in the forward direction between the fourth terminal of and the third terminal of the radio wave emitting cell adjacent thereto.
  • one full-wave light emitting cell 80 is illustrated as being disposed between half-wave light emitting cells, but a plurality of full-wave light emitting cells 80 may be arranged between the half-wave light emitting cells in an array form. .
  • a plurality of half-wave light emitting cells may be arranged in an array form between adjacent propagation light emitting cells 80.
  • the number of these propagation light emitting cells or half-wave light emitting cells in an array form is limited in consideration of the reverse voltage applied to the half-wave light emitting cells.
  • the wiring 37b and the wiring 77b electrically connect four light emitting cells as described with reference to FIG. 19.
  • the bonding pads 91 and 93 are formed on the two half-wave light emitting cells 30 and electrically connected thereto, so that the wirings 37c of FIG. 19 are omitted.
  • 23 and 24 are an equivalent circuit diagram and a plan view for explaining a light emitting diode according to a tenth embodiment of the present invention, respectively.
  • half-wave light emitting cells are arranged in four rows between the bonding pads 71 and 73 as compared with the light emitting diode described with reference to FIG. 20.
  • Two rows of propagation light emitting cells are arranged between two rows of half wave light emitting cells, respectively.
  • two rows of half-wave light emitting cells arranged on the upper side and two rows of half-wave light emitting cells arranged on the bottom are electrically connected to each other by the wiring 37b.
  • the half-wave light emitting cell 30d located at the right end of the first row and the half-wave light emitting cell 30a located at the right end of the second row are positioned at the right end of the third row through the wiring 37b.
  • the configuration is directly connected to the half-wave light emitting cell 30b and the half-wave light emitting cell 30d positioned at the right end of the fourth row.
  • the light emitting diode according to the present embodiment has an additional propagation light emitting cell between the half wave light emitting cell 30d positioned at the right end of the first row and the half wave light emitting cell 30a positioned at the right end of the first row. 70a) is further included.
  • the second terminal of the half-wave light emitting cell 30a at the right end of the second row and the half-wave light emitting cell 30b at the right end of the third row are electrically connected to each other, and the right side of the first row is
  • the half wave light emitting cell 30d located at the end and the half wave light emitting cell 30d located at the right end of the fourth row are connected through the wiring 97b.
  • the half wave light emitting cells 30a and 30b are connected to the half wave light emitting cells 30d in the first row and the fourth row through the radio wave emitting cell 70a.
  • a light emitting diode which is repeated in the same basic structure so that the forward current alternately flows through the half-wave light emitting cell and the light emitting light emitting cell, and the number of the light emitting cell is increased in comparison with the previous embodiments. You can.
  • the position of the additional propagation light emitting cells 70a is not particularly limited, and as shown in FIG. 24, are arranged side by side in the row of the top propagation light emitting cells 70, or the lower propagation light emitting cells 70. Can be placed next to each other. Further, the additional propagation light emitting cell 70a may be disposed to the right of the region between the second row of half-wave light emitting cells and the third row of half-wave light emitting cells, as shown in FIG. 25.
  • the first terminal of the half-wave light emitting cell located at the right end of the first row and the first terminal of the half wave light emitting cell located at the right end of the fourth row are connected via the wiring 97b.
  • the second terminal of the half-wave light emitting cells located at the right end of the first row and the half-wave light emitting cells located at the right end of the fourth row according to the number of half-wave light emitting cells in each row.
  • the second terminal of may be connected through the wiring 97b.
  • 26 and 27 are equivalent circuit diagrams and plan views illustrating a light emitting diode according to an eleventh embodiment of the present invention.
  • half-wave light emitting cells are arranged in six rows between bonding pads 71 and 73 similarly to the light emitting diode described with reference to FIG. 20.
  • Three rows of propagation light emitting cells are arranged between two rows of half wave light emitting cells, respectively.
  • the additional propagation light emitting cell 70a is formed at the right end of the first row and the second row of the half-wave light emitting cells and the third row and the fourth row of the half-wave light emitting cells. Used to connect the right end.
  • an additional propagation light emitting cell 70b is used to connect the left end of the third and fourth rows of half-wave light emitting cells and the right end of the fifth and sixth rows of half-wave light emitting cells.
  • the additional propagation light emitting cells 70a and 70b it is possible to provide a light emitting diode in which the same basic structure is repeated even if the light emitting cells are arranged in more rows.
  • FIG. 28 illustrates plan views for describing shapes of various light emitting cells and various electrode arrangements that may be used in light emitting diodes according to embodiments of the present disclosure.
  • the electrodes are shown as connected to the wires, the wires and the electrodes may be formed together by the same process.
  • electrodes for example, an n-electrode and a p-electrode, are formed on the first conductive lower semiconductor layer and the second conductive upper semiconductor layer of the light emitting cell, respectively. It includes an extension that extends from the portion to which the wiring is connected.
  • the extension of the n-electrode and the extension of the p-electrode are formed symmetrically with each other and may be formed in parallel with each other.
  • the wirings may be connected to the central portion of the corresponding electrode, respectively.
  • electrodes are formed on the first conductive lower semiconductor layer and the second conductive upper semiconductor layer of the light emitting cell, respectively.
  • An electrode, eg, a p-electrode, formed on the semiconductor layer may be formed in the center portion on the light emitting region.
  • the electrodes may be formed to include extensions, respectively, as described with reference to FIG. 28A.
  • the wirings are connected to the electrodes near the edges of the first conductive lower semiconductor layer and the second conductive lower semiconductor layer, respectively.
  • the wirings are connected to the electrodes at a diagonally symmetrical portion of the light emitting cell, and the electrodes each have extensions extending along the edge of the light emitting cell at the portion where the wirings are connected.
  • the extensions can be formed parallel to one another, so that the distance between the extensions can be substantially the same.
  • electrodes are formed on the first conductive lower semiconductor layer and the second conductive upper semiconductor layer of the light emitting cell, and the electrodes are positioned symmetrically with each other in diagonalness.
  • the electrodes may have a plurality of extensions, which may be formed along the edge of the light emitting cell. Also, the corresponding extensions of the n- and p-electrodes may be parallel to each other.
  • the light emitting cells may have a trapezoidal shape.
  • one of the electrodes may have a triangular shape.
  • the n-electrode may have a triangular shape.
  • the p-electrode may have a triangular shape.
  • the wirings may be connected to the electrodes on the same side of the light emitting cell.
  • the electrodes may have extensions extending along edges of the first conductivity type lower semiconductor layer and the second conductivity type upper semiconductor layer from the portions to which the wirings are connected. These extensions can be parallel to each other.
  • the wirings may be connected to the electrodes on opposite sides of the light emitting cell.
  • the electrodes may have extensions extending along edges of the first conductivity type lower semiconductor layer and the second conductivity type upper semiconductor layer from the portions to which the wirings are connected. These extensions can be parallel to each other.
  • the light emitting cells may have a parallelogram shape.
  • the electrodes may each have a plurality of extensions extending near the edges, each of which may extend along the edge of the light emitting cell.
  • corresponding extensions of the n- and p-electrodes may be formed parallel to each other.
  • FIG. 28 illustrates plan views for describing shapes of various light emitting cells and various electrode arrangements that may be used in light emitting diodes according to embodiments of the present disclosure.
  • the electrodes are shown as connected to the wires, the wires and the electrodes may be formed together by the same process.
  • electrodes for example, an n-electrode and a p-electrode, are formed on the first conductive lower semiconductor layer and the second conductive upper semiconductor layer of the light emitting cell, respectively. It includes an extension that extends from the portion to which the wiring is connected.
  • the extension of the n-electrode and the extension of the p-electrode are formed symmetrically with each other and may be formed in parallel with each other.
  • the wirings may be connected to the central portion of the corresponding electrode, respectively.
  • electrodes are formed on the first conductive lower semiconductor layer and the second conductive upper semiconductor layer of the light emitting cell, respectively.
  • An electrode, eg, a p-electrode, formed on the semiconductor layer may be formed in the center portion on the light emitting region.
  • the electrodes may be formed to include extensions, respectively, as described with reference to FIG. 28A.
  • the wirings are connected to the electrodes near the edges of the first conductive lower semiconductor layer and the second conductive lower semiconductor layer, respectively.
  • the wirings are connected to the electrodes at a diagonally symmetrical portion of the light emitting cell, and the electrodes each have extensions extending along the edge of the light emitting cell at the portion where the wirings are connected.
  • the extensions can be formed parallel to one another, so that the distance between the extensions can be substantially the same.
  • electrodes are formed on the first conductive lower semiconductor layer and the second conductive upper semiconductor layer of the light emitting cell, and the electrodes are positioned symmetrically with each other in diagonalness.
  • the electrodes may have a plurality of extensions, which may be formed along the edge of the light emitting cell. Also, the corresponding extensions of the n- and p-electrodes may be parallel to each other.
  • the light emitting cells may have a trapezoidal shape.
  • one of the electrodes may have a triangular shape.
  • the n-electrode may have a triangular shape.
  • the p-electrode may have a triangular shape.
  • the wirings may be connected to the electrodes on the same side of the light emitting cell.
  • the electrodes may have extensions extending along edges of the first conductivity type lower semiconductor layer and the second conductivity type upper semiconductor layer from the portions to which the wirings are connected. These extensions can be parallel to each other.
  • the wirings may be connected to the electrodes on opposite sides of the light emitting cell.
  • the electrodes may have extensions extending along edges of the first conductivity type lower semiconductor layer and the second conductivity type upper semiconductor layer from the portions to which the wirings are connected. These extensions can be parallel to each other.
  • the light emitting cells may have a parallelogram shape.
  • the electrodes may each have a plurality of extensions extending near the edges, each of which may extend along the edge of the light emitting cell.
  • corresponding extensions of the n- and p-electrodes may be formed parallel to each other.

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Abstract

복수개의 발광셀들을 갖는 발광 다이오드가 개시된다. 이 발광 다이오드는, 각각 적어도 하나의 발광셀을 가지며 양단에 제1 단자와 제 2 단자를 갖는 반파 발광 유닛들 및 각각 적어도 하나의 발광셀을 가지며 양단에 제 3 단자와 제4 단자를 갖는 전파 발광 유닛들을 포함한다. 한편, 전파 발광 유닛들의 각 제3 단자는 두개의 반파 발광 유닛들의 제2 단자들에 전기적으로 공통 연결되고, 전파 발광 유닛들의 각 제4 단자는 또 다른 두개의 반파 발광 유닛들의 제1 단자들에 전기적으로 공통 연결된다. 또한, 이웃하는 두개의 전파 발광 유닛들 중, 하나의 전파 발광 유닛의 제3 단자와 다른 하나의 전파 발광 유닛의 제4 단자 사이에 하나의 반파 발광 유닛이 직렬 연결되고, 하나의 전파 발광 유닛의 제4 단자와 상기 다른 하나의 전파 발광 유닛의 제3 단자 사이에 또 다른 반파 발광 유닛이 직렬 연결된다. 이에 따라, 발광셀의 사용효율을 높일 수 있으며, 역방향 전압에 안정한 발광 다이오드를 제공할 수 있다.

Description

발광 다이오드
본 발명은 화합물 반도체 발광 다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교류 전원에 연결되어 구동될 수 있는 발광 다이오드에 관한 것이다.
화합물 반도체 발광 다이오드, 예컨대 질화갈륨계열의 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 교류전원하에서 전류의 방향에 따라 온/오프를 반복한다. 따라서, 발광 다이오드를 교류전원에 직접 연결하여 사용할 경우, 발광 다이오드가 연속적으로 빛을 방출하지 못하며, 역방향 전류에 의해 쉽게 파손되는 문제점이 있다.
이러한 발광 다이오드의 문제점을 해결하여, 고전압 교류전원에 직접 연결하여 사용할 수 있는 발광 다이오드가 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 발광 다이오드들이 개발되고 있다.
상기 WO 2004/023568(Al)호에 따르면, LED들이 사파이어 기판과 같은 절연성 기판 상에서 금속배선들에 의해 2차원적으로 직렬연결된 LED 어레이들을 형성한다. 이러한 두개의 LED 어레이들이 상기 기판 상에서 역병렬로 연결되어, AC 파워 서플라이에 의해 연속적으로 광을 방출한다.
상기 WO 2004/023568(Al)호에 개시된 바에 따르면, 교류전원의 반주기 동안 하나의 어레이가 구동되고, 다음 반주기 동안 다른 어레이가 구동된다. 즉, 교류전원의 위상이 변하는 동안 발광 다이오드 내의 1/2의 발광셀들이 구동된다. 따라서, 발광셀들의 사용효율이 50%를 넘지 못한다.
한편, 기판 상의 발광셀들을 이용하여 브리지 정류기를 만들고, 브리지 정류기의 두개의 노드들 사이에 직렬연결된 발광셀들의 어레이를 배치하여 교류전원하에서 구동되는 발광 다이오드가 대한민국 공개특허공보 제10-2006-1800호에 개시된바 있다. 이에 따르면, 브리지 정류기에 연결된 발광셀들의 어레이가 교류전원의 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 교류전원하에서 구동되는 발광다이오드를 제공하기 어렵다. 한편, 브리지 정류기를 이루는 발광셀들의 수를 증가시켜 역방향 전압을 감소시킬 수 있으나, 그에 따라 다시 발광셀들의 사용효율이 떨어진다.
한편, 고전압 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 배열하고, 이들을 배선을 이용하여 효과적으로 연결한 발광 다이오드가 요구되며, 또한 안전한 배선 연결이 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고전압 교류 전원하에서 구동될 수 있는 개선된 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 발광 다이오드 내의 각 발광셀들에 인가되는 역방향 전압을 감소시키면서 발광셀들의 사용효율을 높일 수 있는 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 단일 기판상에 배열된 발광셀들을 효과적으로 연결한 배선들을 갖는 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 발광 다이오드 내의 각 발광셀에 인가되는 역방향 전압을 감소시키면서 발광셀들의 사용효율을 높일 수 있는 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 한정된 면적 내에 복수개의 발광셀들의 집적도를 높일 수 있는 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 배선의 단선을 방지할 수 있고 외력 또는 수분에 의한 배선의 손상을 방지할 수 있는 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 기판 상에 복수개의 발광셀들을 갖는 발광 다이오드를 제공한다. 상기 발광 다이오드는, 각각 적어도 하나의 발광셀을 가지며 양단에 제1 단자와 제2 단자를 갖는 반파 발광 유닛들; 및 각각 적어도 하나의 발광셀을 가지며 양단에 제3 단자와 제4 단자를 갖는 전파 발광 유닛들을 포함한다. 한편, 상기 전파 발광 유닛들의 각 제3 단자는 두개의 반파 발광 유닛들의 제2 단자들에 전기적으로 공통 연결되고, 상기 전파 발광 유닛들의 각 제4 단자는 또 다른 두개의 반파 발광 유닛들의 제1 단자들에 전기적으로 공통 연결된다. 또한, 이웃하는 두개의 전파 발광 유닛들 중, 하나의 전파 발광 유닛의 제3 단자와 다른 하나의 전파 발광 유닛의 제4 단자 사이에 하나의 반파 발광 유닛이 직렬 연결되고, 상기 하나의 전파 발광 유닛의 제4 단자와 상기 다른 하나의 전파 발광 유닛의 제3 단자 사이에 또 다른 반파 발광 유닛이 직렬 연결된다.
여기서, 반파 발광 유닛은 교류전원의 반주기 동안 순방향 전압이 인가되고, 다른 반주기 동안 역방향 전압이 인가되는 발광 유닛을 의미하며, 전파 발광 유닛은 교류전원의 위상이 변해도 순방향 전압이 인가되는 발광 유닛을 의미한다. 또한, 상기 반파 발광 유닛 및 전파 발광 유닛은 각각 적어도 하나의 발광셀을 가지며, 이들이 복수개의 발광셀들을 가질 경우, 발광 유닛 내의 발광셀들은 서로 직렬 연결된다.
전파 발광 유닛들이 사용됨으로써, 전파 발광 유닛들이 교류전원하에서 교류전원의 위상변화에 무관하게 구동되므로, 발광 다이오드 내의 발광셀들의 사용효율을 높일 수 있다. 또한, 반파발광 유닛들의 어레이들이 전파 발광 유닛들을 공유함으로써 반파 발광 유닛에 인가되는 역방향 전압을 낮출 수 있다.
한편, 이웃하는 두개의 전파 발광 유닛들 사이에서 이들에 직렬 연결되는 반파 발광 유닛들은 적은 수의 발광셀들을 갖는 것이 역방향 전압에 의한 단파 발광 유닛의 파손을 방지하는데 효과적이다. 따라서, 이웃하는 두개의 전파 발광 유닛들 사이에서 이들에 직렬 연결되는 반파 발광 유닛들 중 적어도 하나는 단일의 발광셀을 가질 수 있으며, 나아가, 이웃하는 두개의 전파 발광 유닛들 사이에서 이들에 직렬 연결되는 반파 발광 유닛들은 모두 단일의 발광셀을 가질 수 있다.
한편, 상기 전파 발광 유닛들은 단일의 발광셀 또는 복수개의 발광셀들을 가질 수 있다. 전파 발광 유닛들이 각각 단일의 발광셀을 가질 경우, 상기 반파 발광 유닛들에 인가되는 역방향 전압을 최소화할 수 있으며, 상기 전파 발광 유닛들이 각각 다수의 발광셀들을 가질 경우 발광셀들의 사용효율을 증가시킬 수 있다. 따라서, 단파 발광 유닛에 인가되는 역방향 전압 및 발광셀들의 사용효율을 고려하여 상기 전파 발광 유닛 내의 발광셀들의 수를 조절할 수 있다.
상기 발광 다이오드는 외부 전원에 연결되기 위한 두개의 단자들을 더 포함할 수 있다. 상기 단자들 각각은 하나의 반파 발광 유닛의 애노드 단자 및 다른 하나의 반파 발광 유닛의 캐소드 단자에 전기적으로 연결된다. 이에 따라, 교류전원의 위상이 변할 때, 서로 다른 경로를 따라 전류가 발광 다이오드 내로 유입된다.
한편, 상기 전파 발광 유닛 내의 발광셀의 크기는 상기 반파 발광 유닛 내의 발광셀의 크기와 동일할 수 있으나, 전파 발광 유닛 내의 발광셀들이 교류전원의 전 주기동안 광을 방출하므로, 발광 다이오드의 발광 면적을 증가시키기 위해 전파 발광 유닛 내의 발광셀들의 크기가 반파 발광 유닛 내의 발광셀들의 크기보다 더 큰 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 태양에 복수개의 발광셀들을 갖는 발광 다이오드는, 단일 기판상에 배열되고, 각각 제1 단자와 제2 단자를 갖는 복수개의 발광셀들; 상기 발광셀들을 덮되, 상기 각 발광셀의 제1 단자 및 제2 단자를 노출시키는 개구부들을 갖는 제1 절연층; 및 상기 제1 절연층 상에 형성되어 상기 제1 절연층의 개구부들을 통해 상기 발광셀들을 전기적으로 연결하는 배선들을 포함한다. 여기서, 상기 배선들 중 적어도 하나는 네 개의 발광셀들을 전기적으로 연결하되, 두 개의 발광셀들의 제2 단자들과 다른 두 개의 발광셀들의 제1 단자들을 서로 전기적으로 연결한다.
상기 발광셀들은 각각 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층의 일부 영역 상에 위치하는 제2 도전형 반도체층 및 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층들 사이에 개재된 활성층을 포함할 수 있다.
상기 제1 단자 및 제2 단자는 각각 발광셀 내로 전류가 유입 및 유출되는 양측 단자들이며, 배선이 연결되는 것이면 어느 것이든 될 수 있다. 예컨대, 상기 제2 단자는 상기 제1 도전형 반도체층 또는 상기 제1 도전형 반도체층 상에 형성된 전극일 수 있으며, 상기 제1 단자는 상기 2 도전형 반도체층 또는 상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성된 투명전극층 또는 상기 제2 도전형 반도체층 상에 또는 투명전극층 상에 형성된 전극일 수 있다.
한편, 상기 두 개의 발광셀들은 상기 다른 두 개의 발광셀들 사이에 배치된다. 상기 두 개의 발광셀들의 제1 도전형 반도체층들은 서로 분리될 수 있으나, 서로 연결될 수 있다. 상기 두 개의 발광셀들의 제1 도전형 반도체층들이 서로 연결된 경우, 상기 두 개의 발광셀들의 배선 연결이 쉬워지며, 이들 발광셀들 사이의 단차에 의한 배선의 단선을 방지할 수 있다. 여기서, 상기 제1 도전형 반도체층들이 서로 연결된다는 것은 이들이 물리적으로 분리되지 않고 연결되어 있음을 의미한다.
상기 발광셀들은 경사지게 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층의 측벽들이 경사질 수 있다. 이에 따라, 배선들의 단선을 방지할 수 있다.
나아가, 상기 제1 도전형 반도체층은 제1 경사면과 제2 경사면을 가질 수 있으며, 상기 제2 경사면이 상기 제1 경사면에 비해 더 경사질 수 있다. 서로 다른 경사면을 갖도록 제1 도전형 반도체층을 형상화함으로써, 배선들의 단선을 방지함과 아울러 발광셀들을 고집적화할 수 있다.
또한, 상기 발광 다이오드는 상기 배선들을 덮는 제2 절연층을 더 포함할 수 있다. 제2 절연층은 외력 또는 수분으로부터 상기 배선들 및 상기 발광셀들을 보호한다. 나아가, 상기 제1 절연층은 상기 제2 절연층에 비해 상대적으로 더 두꺼울 수 있다. 제1 절연층을 상대적으로 두껍게 형성함으로써, 발광셀들과 배선들의 단락을 방지할 수 있으며, 제1 절연층의 절연 파괴를 방지할 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 복수개의 발광셀들은 전파 발광셀들 및 반파 발광셀들을 포함할 수 있다.
여기서, 반파 발광셀은 교류 전원의 반주기 동안 순방향 전압이 인가되고, 다른 반주기 동안 역방향 전압이 인가되는 발광셀을 의미하며, 전파 발광셀은 교류 전원의 위상이 변해도 순방향 전압이 인가되는 발광셀을 의미한다. 전파 발광셀들이 사용됨으로써, 발광 다이오드 내의 발광셀들의 사용효율을 높일 수 있다.
상기 전파 발광셀은 상기 반파 발광셀의 제1 단자 및 제2 단자에 각각 대응하는 제3 단자 및 제4 단자를 갖는다.
상기 배선들은 하나의 전파 발광셀의 제3 단자를 두 개의 반파 발광셀들의 제2 단자들에 전기적으로 연결하는 배선(들)을 포함할 수 있다. 한편, 상기 두 개의 반파 발광셀들의 제1 도전형 반도체층들은 서로 연결될 수 있다.
또한, 상기 배선들은 하나의 전파 발광셀의 제4 단자를 두 개의 반파 발광셀들의 제1 단자들에 전기적으로 연결하는 배선(들)을 포함할 수 있다.
한편, 상기 적어도 하나의 배선은 상기 단일 기판의 가장자리를 따라 배치될 수 있다. 나아가, 상기 배선들 중 두 개의 배선이 각각 네 개의 발광셀들을 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 배선들은 각각 두 개의 발광셀들의 제2 단자들과 다른 두 개의 발광셀들의 제1 단자들을 서로 전기적으로 연결한다. 이에 더하여, 상기 두 개의 배선들은 상기 단일 기판의 양측 가장자리를 따라 서로 대각 방향에 배치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 발광 다이오드 내 발광셀에 인가되는 역방향 전압 증가를 완화하면서 발광셀들의 사용효율을 높일 수 있는 발광 다이오드를 제공할 수 있다. 또한, 네 개의 발광셀들을 차례로 연결하는 배선들을 채택함으로써 한정된 면적을 갖는 단일 기판상에 발광셀들을 효과적으로 배치할 수 있다. 또한, 배선들을 덮는 절연층을 채택하여 배선들 및 발광셀들을 보호할 수 있다. 나아가, 전파 발광셀들을 사용함으로써 발광 다이오드 내 발광셀에 인가되는 역방향 전압 증가를 완화하면서 발광셀들의 사용효율을 높일 수 있는 발광 다이오드를 제공할 수 있다. 또한, 두 개의 발광셀들의 제1 도전형 반도체층을 서로 연결함으로써 배선의 안정성을 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 다이오드의 일예를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 3은 도 2의 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 4 (a) 및 (b)는 도 2의 발광 다이오드를 설명하기 위한 다른 개략적인 평면도들이다.
도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 제 1 실시예에 사용가능한 발광 다이오드들을 설명하기 위해 도 3의 절취선 A-A를 따라 취해진 개략적인 부분 단면도들이다.
도 7 및 도 8은 도 4 (a)의 절취선 B-B를 따라 취해진 부분 단면도이다.
도 9 및 도 10은 도 4 (b)의 절취선 C-C를 따라 취해진 부분 단면도이다.
도 11는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 다이오드의 또 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 12은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 평면도이다.
도 13는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위해 도 12의 절취선 A-A를 따라 취해진 단면도이다.
도 14은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 발광셀을 설명하기 위한 부분단면도이다.
도 16는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 평면도이다.
도 17은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 평면도이다.
도 18은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 평면도이다.
도 19은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 평면도이다.
도 20는 도 19의 발광 다이오드의 등가 회로도이다.
도 21은 본 발명의 제 8 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 평면도이다.
도 22은 본 발명의 제 9 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 평면도이다.
도 23 및 24은 각각 본 발명의 제 10 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 등가회로도 및 평면도이다.
도 25는 본 발명의 제 11 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 평면도이다.
도 26 및 도 27은 본 발명의 제 12 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 등가회로도 및 평면도이다.
도 28은 본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드에 사용되는 발광셀들의 다양한 형상 및 다양한 전극 배치를 설명하기 위한 평면도들이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 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, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 다이오드(100)를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 1을 참조하면, 상기 발광 다이오드(100)는 복수개의 발광셀들(10, 20)을 갖는다. 상기 발광셀들(10, 20)은 단일 기판 상에 형성되며 배선을 통해 전기적으로 연결된다.
상기 발광 다이오드(100)는 반파 발광 유닛들(h1, h2, h3, h4)) 및 전파 발광 유닛들(a1, a2)을 포함한다. 상기 반파 발광 유닛들(h1, h2, h3, h4)은 각각 제1 단자(예컨대, 애노드 단자)와 제2 단자(예컨대, 캐소드 단자)를 가지며, 상기 전파 발광 유닛들(a1, a2)은 각각 제3 단자(예컨대, 애노드 단자)와 제4 단자(예컨대, 캐소드 단자)를 갖는다. 이들 제1 내지 제4 단자들에 배선이 연결되어 발광 유닛들(h1, h2, h3, h4, a1, a2)을 전기적으로 연결한다.
반파 발광 유닛들(h1, h2, h3, h4)은 각각 적어도 하나의 발광셀(10)을 가지며, 전파 발광 유닛들(a1, a2)은 각각 적어도 하나의 발광셀(20)을 갖는다. 이들 발광 유닛들(h1, h2, h3, h4, a1, a2) 내에 복수개의 발광셀들이 포함될 경우, 발광 유닛들 내의 발광셀들은 서로 직렬 연결된다.
한편, 상기 전파 발광 유닛들(a1, a2)의 각 제3 단자는 두개의 반파 발광 유닛들의 제2 단자들에 전기적으로 공통 연결되고, 상기 전파 발광 유닛들(a1, a2)의 각 제4 단자는 또 다른 두개의 반파 발광 유닛들의 제1 단자들에 전기적으로 공통 연결된다. 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 전파 발광 유닛(a2)의 제3 단자는 반파 발광 유닛들(h3, h4)의 제2 단자들에 전기적으로 공통 연결되고, 상기 전파 발광 유닛(a2)의 제4 단자는 반파 발광 유닛(h1, h2)의 제1 단자들에 공통 연결되어 있다.
또한, 이웃하는 두개의 전파 발광 유닛들(a1, a2) 중, 하나의 전파 발광 유닛(a1)의 제3 단자와 다른 하나의 전파 발광 유닛(a2)의 제4 단자 사이에 하나의 반파 발광 유닛(h1)이 직렬 연결되고, 상기 하나의 전파 발광 유닛(a1)의 제4 단자와 상기 다른 하나의 전파 발광 유닛(a2)의 제3 단자 사이에 또 다른 반파 발광 유닛(h3)이 직렬 연결된다.
한편, 상기 발광 다이오드(100)는 외부 전원을 연결하기 위한 단자들(t1, t2)을 가질 수 있으며, 상기 단자들(t1, t2)은 각각 두개의 반파 발광 유닛들의 제1 단자 및 제2 단자에 전기적으로 연결된다. 단자(t1)에 연결된 두개의 반파 발광 유닛들은 전파 발광 유닛(a1)에 연결되고, 단자(t2)에 연결된 두개의 반파 발광 유닛들이 다른 전파 발광 유닛에 연결된다.
단자들(t1, t2)에 교류전원이 연결된 경우의 동작에 대해 설명한다.
우선, 단자(t1)에 양의 전압이 인가된 경우, 전류는 단자(t1)를 통해 단자(t1)에 제1 단자가 연결된 반파 발광 유닛(h2, 좌측 상단), 전파 발광 유닛(a1), 반파 발광 유닛(h3), 전파 발광 유닛(a2), 반파 발광 유닛(h2), …, 전파 발광 유닛(a1), 반파 발광 유닛(h3), 전파 발광 유닛(a2) 및 반파 발광 유닛(h2)을 거쳐 단자(t2)로 흐르고, 이에 따라 이들 발광 유닛들에서 광이 방출된다.
다음, 단자(t2)에 양의 전압이 인가된 경우, 전류는 단자(t2)를 통해 단자(t2)에 제1 단자가 연결된 반파 발광 유닛(h4, 우측 하단), 전파 발광 유닛(a2), 반파 발광 유닛(h1), 전파 발광 유닛(a1), …, 반파 발광 유닛(h4), 전파 발광 유닛(a2), 반파 발광 유닛(h1), 전파 발광 유닛(a1) 및 반파 발광 유닛(h4)을 거쳐 단자(t1)로 흐르고, 이에 따라 이들 발광 유닛들에서 광이 방출된다.
단자(t1)에 양의 전압이 인가되는 동안, 반파 발광 유닛들(h2, h3) 및 전파 발광 유닛들(a1, a2)이 광을 방출하며, 단자(t2)에 양의 전압이 인가되는 동안, 반파 발광 유닛들(h1, h4) 및 전파 발광 유닛들(a1, a2)가 광을 방출한다. 즉, 반파 발광 유닛들(h1, h4)와 반파 발광 유닛들(h2, h3)은 교류전원의 위상에 따라 교대로 광을 방출하고, 전파 발광 유닛들(a1, a2)은 교류전원의 위상변화에 무관하게 모든 위상에서 광을 방출한다.
따라서, 종래 두개의 직렬 어레이들이 교대로 동작하는 발광 다이오드에 비해, 전파 발광 유닛들(a1, a2) 내의 발광셀의 수 만큼 구동되는 발광셀들의 수를 증가시킬 수 있다. 나아가, 반파 발광 유닛들이 모두 단일의 발광셀을 가질 경우, 발광셀의 사용효율을 최대화할 수 있다.
한편, 반파 발광 유닛들(h1, h2, h3, h4)에 인가되는 역방향 전압에 대해 살펴본다.
단자(t1)에 양의 전압이 인가되어 반파 발광 유닛들(h2, h3)이 광을 방출하는 반주기 동안, 반파 발광 유닛들(h2, h3) 및 전파 발광 유닛(a1, a2)에 순방향의 전압이 인가되고, 반파 발광 유닛(h1 또는 h4)에 역방향 전압이 인가된다. 반파 발광 유닛(h1)에 인가되는 역방향 전압은 그것의 제1 단자 및 제2 단자에 각각 연결된 두개의 전파 발광 유닛들(a1, a2) 및 상기 전파 발광 유닛들(a1, a2)에 연결된 하나의 반파 발광 유닛(h3)에 인가되는 순방향 전압의 합과 같다. 이와 같이, 반파 발광 유닛(h4)에 인가되는 역방향 전압은 두개의 전파 발광 유닛들(a1, a2)과 하나의 반파 발광 유닛(h2)에 인가되는 역방향 전압의 합과 같다.
유사하게, 단자(t2)에 양의 전압이 인가되어 반파 발광 유닛들(h1, h4)이 광을 방출하는 다음 반주기 동안, 반파 발광 유닛들(h2, h3)에 역방향 전압이 인가되고, 반파 발광 유닛(h2 또는 h3)에 인가되는 역방향 전압은 두개의 전파 발광 유닛들(a1, a2) 및 하나의 반파 발광 유닛(h4 또는 h1)에 인가되는 순방향 전압의 합과 같다.
반파 발광 유닛들(h1, h2, h3, h4)을 동일한 발광셀들로 구성할 경우, 이들 반파 발광 유닛들에 인가되는 역방향 전압은 전파 발광 유닛들의 발광셀의 수에 주로 의존한다. 따라서, 전파 발광 유닛들 내의 발광셀의 수를 제어함으로써 역방향 전압에 안전한 발광 다이오드를 제공할 수 있다.
본 제 1 실시예에 따르면, 반파 발광 유닛들(h1, h2, h3, h4) 및 전파 발광 유닛들(a1, a2)을 채택하고, 이들 내의 발광셀의 수를 조절함으로써 역방향 전압에 안전하며 발광셀의 사용효율을 높일 수 있는 발광 다이오드를 제공할 수 있다.
도 2는 반파 발광 유닛들 및 전파 발광 유닛들을 모두 단일의 발광셀로 구성한 발광 다이오드의 일 예를 나타내는 개략적인 회로도이고, 도 3 및 도 4는 도 2의 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도들이다.
도 2, 도 3 및 도 4를 참조하면, 단일 기판(21) 상에 반주기 동안 동작하는 발광셀들(10) 및 전주기 동안 동작하는 발광셀들(20)이 위치한다. 이들 발광셀들(10, 20)은 동일한 제조공정을 통해 함께 형성될 수 있으며, 발광셀(10)과 발광셀(20)은 서로 다른 크기를 가질 수 있다. 이들 발광셀(10)은 제1 단자 및 제2 단자를 갖고, 발광셀(20)은 제3 단자 및 제4 단자를 가지며, 이들 단자들에 배선(23)이 연결된다.
앞에서 설명한 바와 같이, 발광셀(20)은 두개의 발광셀(10)의 제1 단자들에 공통 연결되고 또 다른 두개의 발광셀(10)의 제2 단자들에 공통 연결된다. 또한, 이웃하는 발광셀들(20)의 제3 단자와 제4 단자 사이 및 제4 단자와 제3 단자 사이에 발광셀들(10)이 각각 직렬 연결된다.
도 4 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 단일 기판(21) 상에 형성된 발광셀들(10a, 10b)은 제1 단자 또는 제2 단자를 공유할 수 있으며, 이를 위해 동일 극성의 반도체층을 공유하도록 형성될 수 있다. 예컨대, 도 4 (a)의 발광셀들(10a)은 하부 반도체층을 공유하여 형성되며, 도 4 (b)의 발광셀들(10b)은 상부 반도체층을 공유하여 형성된다. 도시된 바와 같이, 도 4 (a)의 발광셀들(10a)은 제2 단자를 공유하며, 도 4 (b)의 발광셀들은 제1 단자를 공유할 수 있다.
발광셀들(10, 20)을 연결하는 배선 구조는 특별히 한정되지 않는다. 도시한 바와 같이, 발광셀들(10)을 연결하는 배선에 또 다른 배선이 연결되어 발광셀(20)이 발광셀들(10)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 달리, 두개의 발광셀들(10)과 하나의 발광셀(20)을 각각 두개의 배선을 통해 서로 전기적으로 연결할 수도 있다. 예를 들어, 발광셀(20)의 제3 단자와 두개의 발광셀(10)의 제2 단자들을 각각 배선을 통해 연결할 수 있다.
상기 배선들(23)은 기존의 배선 공정을 사용하여 형성될 수 있으며, 예컨대 에어브지지 공정 또는 스텝커버 공정에 의해 형성될 수 있다. 또한, 상기 배선들과 상기 단자들은 동일 공정 및 동일 물질에 의해 형성될 수 있다.
이하, 도 5, 도 6, 도 7, 도 8, 도 9 및 도 10을 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 교류용 발광 다이오드의 발광셀들의 구조 및 배선을 통한 연결에 대해 설명한다. 도 5 및 도 6은 도 3의 절취선 A-A를 따라 취해진 개략적인 단면도이다. 여기서, 도 5는 에어브리지 공정에 의해 형성된 배선들에 의해 발광셀들이 전기적으로 연결된 것을 설명하기 위한 부분단면도이고, 도 6은 스텝커버 공정에 의해 형성된 배선들에 의해 발광셀들이 전기적으로 연결된 것을 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도 5를 참조하면, 단일 기판(151) 상에 복수개의 발광셀들(158)이 서로 이격되어 위치한다. 상기 발광셀들 각각은 제1 도전형 하부 반도체층(155), 활성층(157) 및 제2 도전형 상부 반도체층(159)을 포함한다. 상기 활성층(157)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(155, 159)은 상기 활성층(157)에 비해 밴드갭이 큰 물질로 형성되며, AlInGaN 계열의 화합물 반도체, 예컨대 GaN로 형성될 수 있다.
한편, 상기 하부 반도체층(155)과 상기 기판(151) 사이에 버퍼층(153)이 개재될 수 있다. 버퍼층(153)은 기판(151)과 하부 반도체층(155)의 격자부정합을 완화시키기 위해 채택된다. 상기 버퍼층(153)은 도시된 바와 같이 서로 이격될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 버퍼층(153)이 절연성이거나 저항이 큰 물질로 형성된 경우, 서로 연속적일 수 있다.
상기 상부 반도체층(159)은, 도시한 바와 같이, 상기 하부 반도체층(155)의 일부 영역 상부에 위치하며, 상기 활성층은 상부 반도체층(159)과 하부 반도체층(155) 사이에 개재된다. 또한, 상기 상부 반도체층(159) 상에 투명전극층(161)이 위치할 수 있다. 상기 투명전극층(161)은 인디움틴산화막(ITO) 또는 Ni/Au 등의 물질로 형성될 수 있다.
한편, 배선들(167)이 상기 발광셀들(158)을 전기적으로 연결한다. 상기 배선들(167)은 동일 공정에 의해 모두 동시에 형성될 수 있다. 또한, 상기 배선들(167)의 재료는 특별히 한정되지 않으며, 상기 투명전극층과 동일한 재료, 예컨대 ITO 또는 Ni/Au로 형성될 수도 있다. 상기 배선들(167)은 하나의 발광셀의 하부 반도체층(155)과 그것에 이웃하는 발광셀의 투명전극층(161)을 연결한다. 상기 배선들은 도시한 바와 같이, 상기 투명전극층(161) 상에 형성된 p-전극(164)과 상기 하부 반도체층(155)의 노출된 영역 상에 형성된 n-전극(165)을 연결할 수 있다. 여기서, 상기 전극들(164, 165)이 각각 발광셀의 애노드 단자 및 캐소드 단자로 기능한다. 여기서, 상기 배선들(167)은 에어브리지 공정에 의해 형성된 것으로, 접촉부를 제외한 부분은 기판(151) 및 발광셀들(158)로부터 물리적으로 떨어져 있다. 상기 배선들(167)에 의해 단일 기판(151) 상에서 발광셀들이 직렬 연결된 어레이가 형성된다.
도 6을 참조하면, 상기 발광셀들(158)을 연결하는 배선들은 스텝커버 공정에 의해 형성될 수 있다. 즉, 배선들(187)을 접촉시키기 위한 부분들을 제외하고, 상기 발광셀들의 모든 층들 및 기판(151)은 절연층(185)으로 덮혀진다. 그리고, 상기 배선들(187)이 상기 절연층(185) 상에서 상기 발광셀들을 전기적으로 연결한다.
예컨대, 상기 절연층(185)은 상기 전극들(164, 165)을 노출시키는 개구부들을 가지며, 상기 배선들(187)은 상기 개구부들을 통해 이웃하는 발광셀들의 전극들(164, 165)을 서로 연결하여 발광셀들을 직렬 연결한다.
상기 발광셀들의 전극들(164, 165)은 상기 배선들(187)과 동일 물질일 수 있으며, 상기 배선들(187)을 형성할 때 함께 형성될 수 있다. 즉, 상기 전극들(164, 165)이 별도로 형성되지 않고, 상기 배선들(187)이 하부 반도체층(157)과, 상기 상부 반도체층(159) 또는 투명전극층(161) 상에 직접 전기적으로 연결될 수 있다.
도 7 및 도 8은 도 4 (a)의 절취선 B-B를 따라 취해진 개략적인 부분 단면도이다. 여기서, 도 7은 에어브리지 공정에 의해 형성된 배선들(167)에 의해 발광셀들이 전기적으로 연결된 것을 설명하기 위한 부분단면도이고, 도 8은 스텝커버 공정에 의해 형성된 배선들(187)에 의해 발광셀들이 전기적으로 연결된 것을 설명하기 위한 부분 단면도이다.
앞에서 설명한 바와 같이, 발광셀들(158)의 구조는 유사하나, 제1 도전형 하부 반도체층(153)이 서로 공유되도록 형성된다. 이때, 제1 도전형 하부 반도체층(153)상에 형성되는 전극, 예컨대 n-전극(165)은 제2 도전형 상부 반도체층들(159) 사이에 형성될 수 있으며, 바람직하게 n-전극(165)은 제2 도전형 상부 반도체층들(159)로부터의 거리가 일정하도록 형성될 수 있다. 한편, 제2 도전형 상부 반도체층들(159)은 서로 분리되어 있다.
도 9 및 도 10은 도 4 (b)의 절취선 C-C를 따라 취해진 개략적인 부분 단면도이다. 여기서, 도 9는 에어브리지 공정에 의해 형성된 배선들(167)에 의해 발광셀들이 전기적으로 연결된 것을 설명하기 위한 부분단면도이고, 도 10은 스텝커버 공정에 의해 형성된 배선들(187)에 의해 발광셀들이 전기적으로 연결된 것을 설명하기 위한 부분단면도이다.
앞에서 설명한 바와 같이 발광셀들(158)의 구조는 유사하나, 제2 도전형 상부 반도체층들(159)이 서로 공유되도록 형성된다. 이때, 하부에 형성되는 제1 도전형 하부 반도체층(155) 및 활성층(157)은 서로 분리되며, 하부 반도체층들(155) 사이의 공간은 절연층(189)으로 채워질 수 있다.
한편, 제 1 실시예에 있어서, 단파 발광 유닛들 및 전파 발광 유닛들이 단일의 발광셀로 구성된 예에 대해 설명하지만, 이들 발광 유닛들은 복수개의 발광셀들로 구성될 수 있다. 특히, 단파 발광 유닛은 하나의 발광셀로 구성되고 전파 발광 유닛들은 복수개의 발광셀들로 구성될 수 있다. 반파 발광 유닛들은 각각 하나의 발광셀로 구성하고, 전파 발광 유닛들은 두개의 발광셀들로 구성한 예를 도 11에 개략적인 회로도로 나타내었다.
도 11을 참조하면, 전파 발광 유닛들이 각각 두개의 발광셀들을 갖는다. 따라서, 전파 발광 유닛들이 각각 하나의 발광셀을 갖는 경우에 비해 발광셀의 사용효율이 증가된다.
상기 전파 발광 유닛들은 두개 이상의 발광셀들을 가질 수 있으며, 전파 발광 유닛들이 모두 동일한 수의 발광셀을 가질 것을 요하지 않는다. 한편, 전파 발광 유닛들 내의 발광셀의 수가 증가하면, 반파 발광 유닛의 역방향 전압이 증가된다. 따라서, 전파 발광 유닛 내의 발광셀의 수는 반파 발광 유닛의 역방향 전압을 고려하여 선택되며, 바람직하게 1~10개의 범위에서 선택될 수 있다.
도 12은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 12을 참조하면, 상기 발광 다이오드는 기판(21), 복수개의 발광셀들(30), 배선들(37a, 37b, 37c) 및 본딩 패드들(41, 43)을 갖는다. 상기 발광셀들(30)은 단일 기판(21) 상에 형성되며 배선들(37a, 37b)을 통해 직렬 연결되어 어레이를 형성하며, 배선들(37c)에 의해 본딩 패드들(41, 43)에 연결된다. 상기 발광셀들(30)의 어레이들이 본딩 패드들(41, 43) 사이에서 역병렬 연결되어 교류 전원하에서 구동될 수 있다.
기판(21)은 발광셀들(30)을 전기적으로 절연시킬 수 있으면 어느 기판이든 사용될 수 있다. 발광셀들을 이루는 질화물 반도체를 성장시키기 위한 성장 기판, 예컨대 사파이어 기판일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 성장 기판에서 성장된 질화물 반도체에 본딩된 본딩 기판일 수 있다. 상기 본딩 기판으로 사파이어 기판이 사용될 수도 있다.
배선들(37a)은 발광셀들(30)의 제1 단자와 제2 단자를 전기적으로 연결하고, 배선(37b)은 네 개의 발광셀들(30)을 차례로 전기적으로 연결하고, 배선들(37c)은 본딩 패드들(41, 43)과 발광셀들(30)을 전기적으로 연결한다. 본딩 패드들(41, 43)은 각각 배선들(37c)을 통해 적어도 두 개의 발광셀들의 제1 단자 및 제2 단자에 연결된다. 본딩 패드들(41, 43)은 서로 동일한 형상으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 서로 다른 형상으로 형성될 수도 있다. 상기 본딩 패드들(41, 43)은 기판(21) 상에 형성될 수 있으나, 제1 도전형 반도체층(25) 또는 제2 도전형 반도체층(29) 상에 형성될 수도 있다.
상기 배선(37b)의 양 끝단은 두 개의 발광셀의 제1 단자들에 전기적으로 연결되고, 아울러 상기 두 개의 발광셀들 사이에 위치하는 다른 두 개의 발광셀들(30a, 30b)의 제2 단자들이 상기 배선(37b)에 전기적으로 연결된다. 이와 달리, 상기 배선(37b)의 양 끝단이 두 개의 발광셀의 제2 단자들에 전기적으로 연결되고, 아울러 이들 두 개의 발광셀들 사이에 위치하는 다른 두 개의 발광셀들의 제1 단자들이 상기 배선(37b)에 전기적으로 연결될 수도 있다. 예컨대, 도 12의 발광셀들의 극성을 모두 변경하면, 배선(37b)의 양 끝단에 두 개의 발광셀의 제 2 단자들이 연결된 배열이 얻어질 수 있다.
상기 발광셀들(30)은 서로 동일한 면적을 갖도록 형성될 수 있으나, 서로 다른 면적을 가질 수도 있다. 상기 발광셀들(30)은 각각 제1 도전형 반도체층(25), 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함한다. 상기 제1 도전형이 n형인 경우, 상기 제2 도전형 반도체층은 p형이고, 이때, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 투명전극층(33)이 배치될 수 있다. 상기 발광셀의 구조 및 배선(37b)에 대해 도 13 및 도 14을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 13는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위해 도 12의 절취선 A-A를 따라 취해진 단면도이다.
도 13를 참조하면, 기판(21) 상에 네 개의 발광셀들(30)이 도시되어 있다. 상기 발광셀들(30)은 서로 이격되어 위치한다. 상기 발광셀들 각각은 제1 도전형 반도체층(25), 활성층(27) 및 제2 도전형 반도체층(29)을 포함한다. 상기 활성층(27)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 제1 및 제2 도전형 반도체층(25, 29)은 상기 활성층(27)에 비해 밴드갭이 큰 AlInGaN 계열의 화합물 반도체, 예컨대 GaN를 포함한다.
한편, 상기 제1 도전형 반도체층(25)과 상기 기판(21) 사이에 버퍼층(도시하지 않음)이 개재될 수 있다. 버퍼층은 기판(21) 상에 제1 도전형 반도체층(25)을 성장시킬 때, 기판(21)과 제1 도전형 반도체층(25)의 격자부정합을 완화시키기 위해 채택된다.
상기 제2 도전형 반도체층(29)은, 도시한 바와 같이, 상기 제1 도전형 반도체층(25)의 일부 영역 상부에 위치하며, 상기 활성층(27)은 제1 도전형 반도체층(27)과 제2 도전형 반도체층(29) 사이에 개재된다. 또한, 상기 제2 도전형 반도체층(29) 상에 투명전극층(33)이 위치할 수 있다. 상기 투명전극층(33)은 인디움틴산화막(ITO) 또는 Ni/Au 등의 물질로 형성될 수 있다.
한편, 배선(37b)은 기판(21)의 가장자리를 따라 형성되어 네 개의 발광셀들(30)을 전기적으로 연결한다. 상기 배선들(37b)은 상기 발광셀들(30) 상부를 가로질러 이들을 차례로 연결하며, 두 개의 발광셀의 제2 단자들, 예컨대 제1 도전형 반도체층들(25)에 전기적으로 연결되고, 다른 두 개의 발광셀의 제1 단자들, 예컨대 제2 도전형 반도체층들(29) 또는 투명전극층들(33)에 전기적으로 연결된다. 도시한 바와 같이, 배선(37b)의 양 끝단들은 각각 두 개의 발광셀의 제1 단자들에 연결되고, 또한, 상기 배선(37b)은 상기 두 개의 발광셀들 사이에 위치하는 다른 두 개의 발광셀들(30a, 30b)의 제2 단자들에 전기적으로 연결된다.
배선들(37a, 37b, 37c)은 제1 절연층(35) 상에 형성되어 발광셀들(30)의 측벽으로부터 절연된다. 제1 절연층(35)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막으로 형성된다. 또한, 상기 배선들은 제2 절연층(39)으로 덮일 수 있다. 제2 절연층(35)은 배선들 및 발광셀들을 덮어 외력 또는 수분으로부터 배선들 및 발광셀들을 보호한다. 제2 절연층(39)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막으로 형성될 수 있으며, 접착력을 증가시키기 위해 제1 절연층(37)과 동일한 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 한편, 제1 절연층(37)이 얇을 경우, 배선들과 발광셀들 사이에 전기적 단락이 유발될 수 있으며, 특히 고전압 교류 전원하에서 구동될 경우, 절연 파괴가 일어날 수 있다. 따라서, 제1 절연층(37)은 제2 절연층(39)에 비해 상대적으로 두꺼운 것이 바람직하다.
상기 배선(37b)에 의해 단일 기판(21) 상에 발광셀들을 매트릭스 형상으로 배치할 수 있으며, 발광셀들이 행 단위로 교대로 발광하도록 이들을 배치할 수 있다. 또한, 상기 배선(37b)을 이용하여 발광 다이오드 제조 공정 중에 한 행의 발광셀들의 어레이의 전기적 특성을 측정할 수 있다. 즉, 도 12에서 본딩 패드(41 또는 43)와 배선(37b)에 전압 또는 전류를 인가함으로써 행 단위의 발광셀들의 전기적 특성을 측정할 수 있다. 이러한 측정은 발광셀들 내의 전기적 결함 위치를 파악하는 것을 돕는다.
도 14은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 14을 참조하면, 도 13를 참조하여 설명한 바와 대체로 유사하며, 다만, 배선(37b)의 양 끝단이 연결된 두 개의 발광셀들 사이에 위치하는 다른 두 개의 발광셀들의 제1 도전형 반도체층들(25)이 서로 연결되어 있는 것이 다르다. 즉, 상기 다른 두 개의 발광셀들(도 12의 30a 및 30b)은 제1 도전형 반도체층들(25)이 서로 분리되지 않고 연결되어 있다. 한편, 제2 도전형 반도체층들(29)은 서로 분리되어 있다.
상기 발광셀들(30a, 30b)의 제1 도전형 반도체층들(25)이 서로 연결됨에 따라, 상기 발광셀들(30a, 30b) 사이의 분리영역이 사라지고, 따라서 단차 영역을 줄일 수 있다. 이에 따라, 상기 배선(37b) 형성이 용이하며, 배선의 신뢰성이 향상된다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 발광셀들을 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도 13 및 도 14에서 각 발광셀의 제1 도전형 반도체층(25)은 단일의 경사면을 갖는 것으로 도시되어 있다. 이러한 경사면은 배선이 안전하게 형성될 수 있도록 돕는다. 그러나 활성층(27) 및 제2 도전형 반도체층(29)에 비해 상대적으로 두꺼운 제1 도전형 반도체층(25)이 경사면을 가질 경우, 경사면의 기울기에 따라서 발광셀의 하부 영역의 폭이 상당히 증가된다. 따라서, 제1 도전형 반도체층(25)의 단일 경사면은 한정된 면적을 갖는 기판 상에 발광셀들을 고집적화하는 것을 방해할 수 있다.
도 15에 도시된 바와 같이, 각 발광셀의 제1 도전형 반도체층(25)은 제1 경사면(25a) 및 제2 경사면(25b)을 갖도록 형상화될 수 있다. 제2 경사면(25b)이 제1 경사면(25a)에 비해 기판(21)에 가깝게 위치한다. 상기 제1 경사면(25a)과 제2 경사면(25b)은 기판(21) 면에 대해 서로 다른 기울기를 갖는다. 예컨대, 제2 경사면(25b)이, 도 15에 도시된 바와 같이, 제1 경사면(25a)에 비해 상대적으로 급격한 기울기를 가지거나, 제1 경사면(25a)이 제2 경사면(25b)에 비해 상대적으로 급격한 기울기를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 도전형 반도체층(25)이 단일의 완만한 경사면, 즉 도 15의 제1 경사면(25a)만을 갖는 발광셀에 비해 상대적으로 폭이 감소된 발광셀을 제공할 수 있으며, 그 결과 한정된 면적 내에 더 많은 수의 발광셀들을 집적할 수 있다.더욱이, 서로 다른 기울기를 갖는 경사면에 의해 배선을 더 용이하게 형성할 수 있다.
한편, 상기 제1 도전형 반도체층(25)은 단일층만을 나타내는 것은 아니며 다중층일 수 있으며, 당업자가 잘 알고 있듯이, 상기 다중층 내에는 언도프트 반도체층이 포함될 수 있다. 또한, 기판(21)과 제2 도전형 반도체층(25) 사이에 버퍼층(도시하지 않음)이 개재될 수 있다.
도 16는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 평면도이다.
도 16를 참조하면, 도 12을 참조하여 설명한 발광 다이오드와 대체로 유사하며, 다만, 6개의 행으로 발광셀들을 배열한 것에 차이가 있다. 이 경우, 본딩패드들(41, 43)을 대각 방향에 배치할 수 있으며, 또한 네 개의 발광셀들을 연결하는 배선(37b)에 더하여 다른 네 개의 발광셀들을 연결하는 배선(57b)이 형성될 수 있다.
상기 배선(57b) 또한, 도 12을 참조하여 설명한 배선(37b)과 마찬가지로, 네 개의 발광셀들을 차례로 가로질러 이들에 전기적으로 연결되며, 두 개의 발광셀들의 제2 단자들 및 다른 두 개의 발광셀들의 제1 단자들에 연결된다. 상기 배선(57b)의 양 끝단은 두 개의 발광셀의 제1 단자들에 연결되고, 상기 두 개의 발광셀 사이에 위치하는 다른 두 개의 발광셀(50a, 50b)의 제2 단자들이 상기 배선(57b)에 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 발광셀들(50a, 50b)의 제1 도전형 반도체층들(25)은 서로 연결될 수 있다.
이와 달리, 상기 배선(57b)의 양 끝단은 두 개의 발광셀의 제2 단자들에 연결되고, 상기 두 개의 발광셀 사이에 위치하는 다른 두 개의 발광셀(50a, 50b)의 제1 단자들이 상기 배선(57b)에 연결될 수 있다. 이 경우, 배선(37b)에 연결된 네 개의 발광셀들과 배선(57b)에 연결된 네 개의 발광셀들의 순서가 서로 반대로 된다. 예컨대, 한 행 내의 발광셀들의 수를 증가시켜 홀수개의 발광셀들로 행을 구성할 경우, 배선(37b)과 배선(57b)에 연결되는 발광셀들의 순서가 서로 반대가 되도록 구성된다. 이 경우, 배선(57b)의 양 끝단에 연결된 두 개의 발광셀 사이에 위치하는 다른 두 개의 발광셀(50a, 50b)의 제1 도전형 반도체층들(25)은 서로 분리된다.
상기 배선(37b)과 배선(57b)은 각각 기판(21)의 양측 가장자리를 따라 배치되며, 서로 대각 방향에 위치한다. 이에 따라, 발광셀들을 매트릭스 형상으로 배치할 수 있으며, 발광셀들이 행 단위로 교대로 발광하도록 이들을 배치할 수 있다.
도 17은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 평면도이다.
도 17을 참조하면, 도 16를 참조하여 설명한 발광 다이오드와 대체로 유사하며, 다만 본딩 패드들(51, 53)의 형상이 도 16의 본딩 패드들(41, 43)과 다르다. 즉, 본딩패드들(41, 43)은 넓은 면적을 갖는 부분과 그것에서 연장된 부분을 포함하는데, 본딩패드들(51, 53)은 직사각형 형상을 갖는다. 상기 본딩 패드들(51, 53)의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니며, 발광셀들의 크기 및 배열에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 특히, 발광셀들(30)이 배열된 면적 내에 본딩 패드들(51, 53)이 위치하는 것이 바람직하다.
도 18은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 평면도이다.
도 18을 참조하면, 도 16를 참조하여 설명한 발광 다이오드와 대체로 유사하며, 다만 본딩 패드들(61, 63)이 발광셀들(30) 상에 형성된 것이 다르다. 즉, 본딩 패드들(61, 63)은 두 개의 발광셀들(30)의 제1 단자와 제2 단자 상에 형성되어 이들에 전기적으로 연결된다. 따라서, 본딩 패드와 발광셀을 연결하는 배선들(37c)이 생략될 수 있다.
도 19은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 평면도이고, 도 20는 도 19의 발광 다이오드의 개략적인 등가 회로도이다.
도 19 및 도 20를 참조하면, 상기 발광 다이오드는 기판(21), 본딩 패드들(71, 73), 복수개의 반파 발광셀들(30), 복수개의 전파 발광셀들(70) 및 배선들(37b, 37c, 77b, 77e, 77d)을 포함한다. 여기서, 반파 발광셀은 교류 전원의 반주기 동안 순방향 전압이 인가되는 발광셀을 의미하고, 전파 발광셀은 교류 전원의 전주기 동안 순방향 전압이 인가되는 발광셀을 의미한다.
기판(21) 및 반파 발광셀들(30)은 도 12 및 도 13를 참조하여 설명한 바와 유사하다. 다만, 하나의 행 내에서 발광셀들(30)이 서로 대향하도록 배치된다. 즉, 발광셀들(30c, 30d)은 서로 제1 단자들을 마주보고 배치되거나 제2 단자들을 마주 보고 배치된다.
한편, 전파 발광셀들(70) 각각은 발광셀들(30)의 행들 사이에 배치되며, 각각 상기 반파 발광셀(30)의 제1 단자 및 제2 단자에 대응하는 제3 단자 및 제4 단자를 갖는다. 상기 전파 발광셀(70)의 제4 단자가 배선(77d)을 통해 두 개의 반파 발광셀들(30)의 제1 단자들에 전기적으로 연결되고, 그것의 제3 단자가 배선(77e)을 통해 두 개의 반파 발광셀들(30)의 제2 단자들에 전기적으로 연결된다. 또한, 하나의 전파 발광셀(70)의 제3 단자와 그것에 인접한 전파 발광셀(70)의 제4 단자 사이에 반파 발광셀(30)이 순방향으로 배치되며, 상기 하나의 전파 발광셀(70)의 제4 단자와 그것에 인접한 전파 발광셀의 제3 단자 사이에 반파 발광셀(30)이 순방향으로 배치된다.
이에 따라, 본딩 패드들(71, 73)에 교류 전원을 연결할 경우, 반파 발광셀들(30)은 교대로 구동되고, 전파 발광셀들(70)은 전주기 동안 구동되는 발광 다이오드가 제공된다. 따라서, 단일 기판(21) 상에서 구동되는 발광셀들의 사용 효율을 높일 수 있다. 더욱이, 반주기 동안 반파 발광셀(30)에 인가되는 역방향 전압을 상대적으로 낮게 조절할 수 있다.
도 19 및 20에 있어서, 하나의 전파 발광셀(70)이 반파 발광셀들의 행들 사이에 배치된 것으로 도시하였으나, 복수개의 전파 발광셀들(70)이 어레이 형태로 반파 발광셀들의 행들 사이에 배치될 수도 있다. 또한, 인접한 전파 발광셀들(70) 사이에 복수개의 반파 발광셀들이 어레이 형태로 배치될 수도 있다. 다만, 어레이 형태의 이들 전파 발광셀들 또는 반파 발광셀들은 반파 발광셀들에 인가되는 역방향 전압을 고려하여 그 수가 제한된다.
한편, 발광셀들(30)이 서로 마주보고 배치됨에 따라, 배선들(77d, 77e)은 각각 분기될 필요 없이 하나의 전파 발광셀(70)과 두 개의 반파 발광셀들(30)을 전기적으로 연결할 수 있으며, 따라서 배선의 안정성을 향상시킬 수 있다.
한편, 배선(37b)은 도 12 및 도 13를 참조하여 설명한 바와 같이, 네 개의 발광셀들을 전기적으로 연결한다. 또한, 배선(77b)은 상기 배선(37b)과 대각 방향에 배치되어 네 개의 발광셀들을 전기적으로 연결한다. 상기 배선(77b)은 그 양 끝단이 두 개의 반파 발광셀의 제2 단자들에 연결되고, 이들 발광셀들 사이에 배치된 다른 두 개의 반파 발광셀들(70a, 70b)의 제1 단자들이 상기 배선(77b)에 연결된다. 이와 달리, 상기 배선(77b) 또한 배선(37b)과 같이 그 양 끝단이 두 개의 반파 발광셀의 제1 단자들에 연결되고, 이들 발광셀들 사이에 배치된 다른 두 개의 반파 발광셀들(70a, 70b)의 제2 단자들이 상기 배선(77b)에 연결될 수 있다. 한 행 내에 배치되는 반파 발광셀들의 수를 조절함에 따라, 배선(37b)과 배선(77b)이 동일한 순서로 반파 발광셀들을 연결하거나 서로 다른 순서로 이들을 연결하게 된다.
본 실시예에 있어서, 본딩패드들(71, 73)이 반파 발광셀들의 최상측 행과 최하측 행 사이에 위치하는 것으로 도시하였으나, 이것에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형상 및 다양한 위치에 배치될 수 있다. 또한, 상기 본딩패드들(71, 73)은 두 개의 반파 발광셀들(30) 상에 형성될 수 있으며, 따라서 배선들(37c)이 생략될 수 있다.
도 21은 본 발명의 제 8 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 평면도이다. 본 실시예에 따른 발광 다이오드의 등가 회로는 도 20와 동일하다.
도 21을 참조하면, 도 19을 참조하여 설명한 발광 다이오드와 대체로 유사하나, 다만, 도 19에서 제2 단자들이 서로 마주보는 발광셀들(30c, 30d)의 제1 도전형 반도체층들(25)이 서로 연결된 것에 차이가 있다. 배선(37b)에 연결된 반파 발광셀들(30a, 30b)의 제1 도전형 반도체층들(25) 또한 서로 연결될 수 있다.
이에 따라, 발광셀들(30)을 분리하기 위해 형성된 단차들을 감소시킬 수 있으며, 따라서 배선들(37b, 77d, 77e)의 형성이 용이하고, 이들의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 22은 본 발명의 제 9 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 평면도이다. 본 실시예에 따른 발광 다이오드의 등가 회로는 도 20와 동일하다.
도 22을 참조하면, 상기 발광 다이오드는 기판(21), 본딩 패드들(91, 93), 복수개의 반파 발광셀들(30), 복수개의 전파 발광셀들(80) 및 배선들(37b, 77b, 87e, 87d)을 포함한다.
기판(21) 및 반파 발광셀들(30)은 도 12 및 도 13를 참조하여 설명한 바와 유사하다. 다만, 하나의 행 내에서 발광셀들(30)이 서로 대향하도록 배치된다. 즉, 발광셀들(30c, 30d)은 서로 제1 단자들을 마주보고 배치되거나 제2 단자들을 마주 보고 배치된다.
한편, 전파 발광셀들(80)은 서로 마주보는 반파 발광셀들(30) 사이에 배치되며, 반파 발광셀들(30)의 두 개의 행들에 걸쳐 배치된다. 전파 발광셀들(80)은 각각 그것의 제4 단자가 배선(87d)을 통해 두 개의 반파 발광셀들(30)의 제1 단자들에 전기적으로 연결되고, 그것의 제3 단자가 배선(87e)을 통해 두 개의 반파 발광셀들(30)의 제2 단자들에 전기적으로 연결된다. 상기 배선들(87d, 87e)은 두 개의 반파 발광셀들(30) 및 하나의 전파 발광셀(80)을 가로질러 이들을 차례로 연결한다. 또한, 하나의 전파 발광셀(80)의 제3 단자와 그것에 인접한 전파 발광셀(80)의 제4 단자 사이에 반파 발광셀(30)이 순방향으로 배치되며, 상기 하나의 전파 발광셀(80)의 제4 단자와 그것에 인접한 전파 발광셀의 제3 단자 사이에 반파 발광셀(30)이 순방향으로 배치된다.
이에 따라, 도 20 와 같은 등가 회로를 갖는 발광 다이오드가 제공될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 하나의 전파 발광셀(80)이 반파 발광셀들 사이에 배치된 것으로 도시하였으나, 복수개의 전파 발광셀들(80)이 어레이 형태로 반파 발광셀들 사이에 배치될 수도 있다. 또한, 인접한 전파 발광셀들(80) 사이에 복수개의 반파 발광셀들이 어레이 형태로 배치될 수도 있다. 다만, 어레이 형태의 이들 전파 발광셀들 또는 반파 발광셀들은 반파 발광셀들에 인가되는 역방향 전압을 고려하여 그 수가 제한된다.
한편, 배선(37b) 및 배선(77b)은 도 19을 참조하여 설명한 바와 동일하게 네 개의 발광셀들을 전기적으로 연결한다.
본 실시예에 있어서, 본딩패드들(91, 93)은 두 개의 반파 발광셀들(30) 상에 형성되어 이들에 전기적으로 연결되며, 따라서 배선들(도 19의 37c)이 생략된다.
도 23 및 24은 각각 본 발명의 제 10 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 등가회로도 및 평면도이다.
도 23 및 도 24을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 다이오드에 있어서, 도 20를 참조하여 설명한 발광 다이오드와 비교하여 본딩 패드들(71, 73) 사이에서 반파 발광셀들이 네개의 행으로 배열되고, 전파 발광셀들의 두개의 행이 각각 반파 발광셀들의 두개의 행들 사이에 배열되어 있다.
한편, 도 20의 등가회로도에 있어서, 윗쪽에 배열된 반파발광셀들의 두개의 행들 및 아래쪽에 배열된 반파발광셀들의 두개의 행들이 배선(37b)에 의해 서로 전기적으로 연결되어 있다. 이러한 배열은 제1행의 오른쪽 끝단에 위치하는 반파 발광셀(30d)과 제2행의 오른쪽 끝단에 위치하는 반파 발광셀(30a)이 배선(37b)를 통해 제3행의 오른쪽 끝단에 위치하는 반파 발광셀(30b) 및 제4행의 오른쪽 끝단에 위치하는 반파 발광셀(30d)에 직접 연결되는 구성을 나타낸다.
이와 달리, 본 실시예에 따른 발광 다이오드는 제1행의 오른쪽 끝단에 위치하는 반파 발광셀(30d)과 제1행의 오른쪽 끝단에 위치하는 반파 발광셀(30a) 사이에 추가의 전파 발광셀(70a)을 더 포함하고 있다. 또한, 제2행의 오른쪽 끝단에 위치하는 반파 발광셀(30a)과 제3행의 오른쪽 끝단에 위치하는 반파 발광셀(30b)의 제2 단자들이 서로 전기적으로 연결되어 있으며, 제1행의 오른쪽 끝단에 위치하는 반파 발광셀(30d)과 제4행의 오른쪽 끝단에 위치하는 반파 발광셀(30d)이 배선(97b)을 통해 연결되어 있다. 반파 발광셀들(30a, 30b)은 전파 발광셀(70a)을 통해 제1행 및 제4행의 상기 반파 발광셀들(30d)에 연결된다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 순방향 전류가 반파 발광셀과 전파 발광셀을 교대로 흐르도록 동일한 기본 구조로 반복되는 발광 다이오드가 제공되며, 앞의 실시예들과 비교하여 전파 발광셀의 수를 증가시킬 수 있다.
한편, 추가의 전파 발광셀(70a)의 위치는 특별히 한정되는 것은 아니며, 도 24에 도시된 바와 같이, 위쪽 전파 발광셀들(70)의 행에 나란히 배치되거나, 아래쪽 전파 발광셀들(70)의 행에 나란히 배치될 수 있다. 또한, 추가의 전파 발광셀(70a)은 도 25에 도시된 바와 같이, 반파 발광셀들의 제2행과 반파 발광셀들의 제3행 사이 영역의 오른쪽에 배치될 수도 있다.
또한, 도 24에 도시된 바와 같이, 제1행의 오른쪽 끝단에 위치하는 반파 발광셀의 제1 단자와 제4행의 오른쪽 끝단에 위치하는 반파 발광셀의 제1 단자가 배선(97b)을 통해 연결될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 각 행들 내의 반파 발광셀들의 개수에 따라, 제1행의 오른쪽 끝단에 위치하는 반파 발광셀의 제2 단자와 제4행의 오른쪽 끝단에 위치하는 반파 발광셀의 제2 단자가 배선(97b)을 통해 연결될 수도 있다.
도 26 및 도 27은 본 발명의 제 11 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 등가회로도 및 평면도이다.
도 26 및 도 27를 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 다이오드에 있어서, 도 20를 참조하여 설명한 발광 다이오드와 유사하게 본딩 패드들(71, 73) 사이에서 반파 발광셀들이 6개의 행으로 배열되고, 전파 발광셀들의 3개의 행이 각각 반파 발광셀들의 두개의 행들 사이에 배열되어 있다. 또한, 도 23 및 도 24을 참조하여 설명한 바와 같이, 추가의 전파 발광셀(70a)이 반파 발광셀들의 제1행 및 제2행의 오른쪽 끝단과 반파 발광셀들의 제3행 및 제4행의 오른쪽 끝단을 연결하는데 사용된다.
나아가, 추가의 전파 발광셀(70b)이 반파 발광셀들의 제3행 및 제4행의 왼쪽 끝단과 반파 발광셀들의 제5행 및 제6행의 오른쪽 끝단을 연결하는데 사용된다.
상기 추가의 전파 발광셀들(70a, 70b)을 사용함으로써, 더 많은 행들로 발광셀들을 배열하더라도 동일한 기본 구조가 반복되는 발광 다이오드를 제공할 수 있다.
도 28은 본 발명의 실시예들 따른 발광 다이오드에 사용될 수 있는 다양한 발광셀의 형상 및 다양한 전극 배치를 설명하기 위한 평면도들을 예시한다. 여기서, 전극들이 배선들에 연결된 것으로 도시하고 있으나, 배선들과 전극들은 동일한 공정에 의해 함께 형성될 수 있다.
도 28(a)를 참조하면, 발광셀의 제1 도전형 하부 반도체층 및 제2 도전형 상부 반도체층 상에 각각 전극들, 예컨대 n-전극 및 p-전극이 형성되어 있으며, 상기 전극들은 각각 배선이 접속된 부분으로부터 연장하는 연장부를 포함한다. n-전극의 연장부와 p-전극의 연장부는 서로 대칭형태로 형성되며, 서로 평행하게 형성될 수 있다. 배선들은 각각 대응하는 전극의 중심부에 접속될 수 있다.
도 28(b)를 참조하면, 발광셀의 제1 도전형 하부 반도체층과 제2 도전형 상부 반도체층 상에 각각 전극들(n-전극 및 p-전극)이 형성되어 있으며, 제2 도전형 반도체층 상에 형성되는 전극, 예컨대, p-전극은 발광 영역상의 중앙부에 형성될 수 있다. 상기 전극들은 도 28(a)를 참조하여 설명한 바와 같이 각각 연장부를 포함하여 형성될 수 있다.
도 28(c)를 참조하면, 도 28(a)와 대체로 유사하나, 배선들이 각각 제1 도전형 하부 반도체층 및 제2 도전형 하부 반도체층의 모서리 부근에서 전극들에 접속된다. 상기 배선들은 발광셀의 대각선상의 대칭 부분에서 상기 전극들에 접속되며, 상기 전극들은 각각 배선들이 접속된 부분에서 발광셀의 가장자리를 따라 연장하는 연장부들을 갖는다. 상기 연장부들은 서로 평행하게 형성될 수 있으며, 따라서 연장부들 사이의 거리가 실질적으로 동일할 수 있다.
도 28(d)를 참조하면, 발광셀의 제1 도전형 하부 반도체층 및 제2 도전형 상부 반도체층상에 전극들이 형성되어 있으며, 상기 전극들은 대각선성에서 서로 대칭 형태로 위치한다. 상기 전극들은 복수의 연장부들을 가질 수 있으며, 이들 연장부들은 발광셀의 가장자리 부근을 따라 형성될 수 있다. 또한, n-전극과 p-전극의 대응하는 연장부들은 서로 평행할 수 있다. 또한, 상기 대칭되고, 발광셀의 대각선상에서 서로 대칭 형태로 위치한다.
도 28(e)를 참조하면, 발광셀이 사다리꼴 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 전극들 중 하나는 삼각형 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 도시한 바와 같이, 발광 영역이 직사각형 형상을 갖는 경우, n-전극이 삼각형 형상을 가질 수 있다. 이와 달리, 발광 영역이 사다리꼴 형상을 갖는 경우, p-전극이 삼각형 형상을 가질 수 있다.
도 28(f)를 참조하면, 배선들이 발광셀의 동일 측면에서 전극들에 접속될 수 있다. 전극들은 배선들이 접속된 부분으로부터 제1 도전형 하부 반도체층 및 제2 도전형 상부 반도체층의 가장자리를 따라 연장하는 연장부를 가질 수 있다. 이들 연장부들은 서로 평행할 수 있다.
도 28(g)를 참조하면, 배선들이 발광셀의 대향 측면에서 전극들에 접속될 수 있다. 전극들은 배선들이 접속된 부분으로부터 제1 도전형 하부 반도체층 및 제2 도전형 상부 반도체층의 가장자리를 따라 연장하는 연장부를 가질 수 있다. 이들 연장부들은 서로 평행할 수 있다.
도 28(h)를 참조하면, 발광셀이 평행사변형 모양의 형상을 가질 수 있다. 전극들은 각각 모서리 부근에서 연장하는 복수의 연장부들을 가질 수 있으며, 이들 연장부들은 각각 발광셀의 가장자리를 따라 연장할 수 있다. 또한, n-전극과 p-전극의 대응하는 연장부들은 서로 평행하게 형성될 있다.
이상에서, 상기 발광셀들의 구조 및 배선을 통한 발광셀들의 연결에 대해 개략적으로 설명하었지만, 발광셀들의 구조 및 배선에 대해 다양한 변형이 가능하며, 본 발명은 특정 발광셀의 구조 및 특정 배선 구조에 한정되지 않는다.
도 28은 본 발명의 실시예들 따른 발광 다이오드에 사용될 수 있는 다양한 발광셀의 형상 및 다양한 전극 배치를 설명하기 위한 평면도들을 예시한다. 여기서, 전극들이 배선들에 연결된 것으로 도시하고 있으나, 배선들과 전극들은 동일한 공정에 의해 함께 형성될 수 있다.
도 28(a)를 참조하면, 발광셀의 제1 도전형 하부 반도체층 및 제2 도전형 상부 반도체층 상에 각각 전극들, 예컨대 n-전극 및 p-전극이 형성되어 있으며, 상기 전극들은 각각 배선이 접속된 부분으로부터 연장하는 연장부를 포함한다. n-전극의 연장부와 p-전극의 연장부는 서로 대칭형태로 형성되며, 서로 평행하게 형성될 수 있다. 배선들은 각각 대응하는 전극의 중심부에 접속될 수 있다.
도 28(b)를 참조하면, 발광셀의 제1 도전형 하부 반도체층과 제2 도전형 상부 반도체층 상에 각각 전극들(n-전극 및 p-전극)이 형성되어 있으며, 제2 도전형 반도체층 상에 형성되는 전극, 예컨대, p-전극은 발광 영역상의 중앙부에 형성될 수 있다. 상기 전극들은 도 28(a)를 참조하여 설명한 바와 같이 각각 연장부를 포함하여 형성될 수 있다.
도 28(c)를 참조하면, 도 28(a)와 대체로 유사하나, 배선들이 각각 제1 도전형 하부 반도체층 및 제2 도전형 하부 반도체층의 모서리 부근에서 전극들에 접속된다. 상기 배선들은 발광셀의 대각선상의 대칭 부분에서 상기 전극들에 접속되며, 상기 전극들은 각각 배선들이 접속된 부분에서 발광셀의 가장자리를 따라 연장하는 연장부들을 갖는다. 상기 연장부들은 서로 평행하게 형성될 수 있으며, 따라서 연장부들 사이의 거리가 실질적으로 동일할 수 있다.
도 28(d)를 참조하면, 발광셀의 제1 도전형 하부 반도체층 및 제2 도전형 상부 반도체층상에 전극들이 형성되어 있으며, 상기 전극들은 대각선성에서 서로 대칭 형태로 위치한다. 상기 전극들은 복수의 연장부들을 가질 수 있으며, 이들 연장부들은 발광셀의 가장자리 부근을 따라 형성될 수 있다. 또한, n-전극과 p-전극의 대응하는 연장부들은 서로 평행할 수 있다. 또한, 상기 대칭되고, 발광셀의 대각선상에서 서로 대칭 형태로 위치한다.
도 28(e)를 참조하면, 발광셀이 사다리꼴 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 전극들 중 하나는 삼각형 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 도시한 바와 같이, 발광 영역이 직사각형 형상을 갖는 경우, n-전극이 삼각형 형상을 가질 수 있다. 이와 달리, 발광 영역이 사다리꼴 형상을 갖는 경우, p-전극이 삼각형 형상을 가질 수 있다.
도 28(f)를 참조하면, 배선들이 발광셀의 동일 측면에서 전극들에 접속될 수 있다. 전극들은 배선들이 접속된 부분으로부터 제1 도전형 하부 반도체층 및 제2 도전형 상부 반도체층의 가장자리를 따라 연장하는 연장부를 가질 수 있다. 이들 연장부들은 서로 평행할 수 있다.
도 28(g)를 참조하면, 배선들이 발광셀의 대향 측면에서 전극들에 접속될 수 있다. 전극들은 배선들이 접속된 부분으로부터 제1 도전형 하부 반도체층 및 제2 도전형 상부 반도체층의 가장자리를 따라 연장하는 연장부를 가질 수 있다. 이들 연장부들은 서로 평행할 수 있다.
도 28(h)를 참조하면, 발광셀이 평행사변형 모양의 형상을 가질 수 있다. 전극들은 각각 모서리 부근에서 연장하는 복수의 연장부들을 가질 수 있으며, 이들 연장부들은 각각 발광셀의 가장자리를 따라 연장할 수 있다. 또한, n-전극과 p-전극의 대응하는 연장부들은 서로 평행하게 형성될 있다.
이상에서, 상기 발광셀들의 구조 및 배선을 통한 발광셀들의 연결에 대해 개략적으로 설명하었지만, 발광셀들의 구조 및 배선에 대해 다양한 변형이 가능하며, 본 발명은 특정 발광셀의 구조 및 특정 배선 구조에 한정되지 않는다.
이상, 본 발명의 몇몇 실시예들에 대해 예시적으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 앞서 설명된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 단지 더 잘 이해할 수 있도록 설명하기 위한 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 권리 범위는 이러한 실시예들에 의해 한정되지 않으며, 아래 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (38)

  1. 기판 상에 형성된 복수개의 발광셀들을 갖는 발광 다이오드에 있어서,
    각각 적어도 하나의 발광셀을 가지며 양단에 제1 단자와 제2 단자를 갖는 적어도 4개의 반파 발광 유닛들; 및
    각각 적어도 하나의 발광셀을 가지며 양단에 제3 단자와 제4 단자를 갖는 적어도 2개의 전파 발광 유닛들을 포함하고,
    상기 전파 발광 유닛들 중 적어도 하나의 제3 단자는 두개의 반파 발광 유닛들의 제2 단자들에 전기적으로 연결되고, 상기 전파 발광 유닛들 중 상기 적어도 하나의 제4 단자는 또 다른 두개의 반파 발광 유닛들의 제1 단자들에 전기적으로 연결되며,
    상기 2개의 전파 발광 유닛들 중 하나의 전파 발광 유닛의 제3 단자와 다른 하나의 전파 발광 유닛의 제4 단자 사이에 적어도 1개의 반파 발광 유닛이 직렬 연결되고, 상기 하나의 전파 발광 유닛의 제4 단자와 상기 다른 하나의 전파 발광 유닛의 제3 단자 사이에 또 다른 반파 발광 유닛이 직렬 연결된 발광 다이오드.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전파 발광 유닛들 중 적어도 하나의 제3 단자가 두개의 반파 발광 유닛들의 제2 단자들에 전기적으로 연결되는 것은 상기 두개의 반파 발광 유닛내 각각의 제2 단자에 인접한 발광셀들이 동일 극성의 전극을 공유함에 의한 것임을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 두개의 반파 발광 유닛내 각각의 제2 단자에 인접한 발광셀들은 동일 극성의 반도체층을 공유하며, 상기 동일 극성의 전극은 상기 공유된 동일 극성의 반도체층 상에 형성됨을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 동일 극성의 전극은 n-전극임을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 동일 극성의 전극은 p-전극임을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전파 발광 유닛들은 각각 복수개의 발광셀들을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  7. 청구항 1에 있어서,
    외부 전원에 연결되기 위한 적어도 2개의 본딩패드들을 더 포함하고, 상기 본딩패드들 각각은 하나의 반파 발광 유닛의 제1 단자 및 다른 하나의 반파 발광 유닛의 제2 단자에 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 2개의 본딩패드들은 상기 기판 상에 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 기판상에 추가로 형성된 본딩패드들과 상기 복수개의 발광셀들은 전체적으로 사각형 형상을 띄도록 배치됨을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 전파 발광 유닛 내의 발광셀의 크기는 상기 반파 발광 유닛 내의 발광셀의 크기보다 더 큰 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수개의 발광셀들은 각각 n-전극 및 p-전극을 포함하며, 상기 복수개의 발광셀들 중 적어도 하나는 상기 n-전극 또는 p-전극으로부터 연장된 연장부를 추가로 구비함을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 복수개의 발광셀들 중 적어도 하나는 상기 n-전극 및 p-전극 각각으로부터 연장된 연장부를 추가로 구비하며, 상기 n-전극으로부터 연장된 연장부와 p-전극으로부터 연장된 연장부가 서로 대칭 형태인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 n-전극으로부터 연장된 연장부와 상기 p-전극으로부터 연장된 연장부가 서로 평행한 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 n-전극으로부터 연장된 연장부와 p-전극으로부터 연장된 연장부가 발광셀의 대각선상에서 서로 대칭 형태인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 복수의 발광셀들은 n-전극으로부터 연장된 연장부와 상기 p-전극으로부터 연장된 연장부간의 거리가 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 복수개의 발광셀들 중 적어도 하나는 상기 n-전극 및 p-전극 각각으로부터 연장된 적어도 두개의 연장부들을 추가로 구비하며, 상기 n-전극으로부터 연장된 연장부들과 상기 p-전극으로부터 연장된 연장부들이 서로 대칭 형태인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 n-전극으로부터 연장된 연장부들 각각은 그것에 대응하는 상기 p-전극으로부터 연장된 연장부들 각각에 평행한 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  18. 청구항 1에 있어서,
    상기 청구항 1의 구조가 반복적으로 형성됨을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 청구항 1의 구조가 반복적으로 형성된 구조만으로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  20. 기판 상에 형성된 복수개의 발광셀들을 포함하며,
    상기 복수개의 발광셀들은 그 상부에 제 1 도전형 반도체층 및 제 2 도전형 반도체층을 노출하는 개구부를 포함하는 제 1 절연층을 포함하고,
    상기 제 1 절연층의 개구부를 통해 상기 발광셀들을 전기적으로 연결하는 배선들을 포함하며,
    상기 배선들 중 적어도 하나는 적어도 4개의 발광셀들을 전기적으로 연결하되, 2개의 발광셀들의 제 1 도전형 반도체층과 다른 두 개의 발광셀들의 제 2 도전형 반도체층을 서로 전기적으로 연결하는 발광 다이오드.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 두 개의 발광셀들은 상기 다른 두 개의 발광셀들 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 두 개의 발광셀들은 제 1 도전형 반도체층을 서로 공유함을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  23. 청구항 20에 있어서,
    상기 제 1 도전형 반도체층 및 제 2 도전형 반도체층의 측벽들은 경사진 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 측벽의 경사는 2중으로 형성된 경사임을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 2중으로 형성된 경사는 제 1 반도체층에서 구분됨을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  26. 청구항 20에 있어서,
    상기 배선들을 덮는 제 2 절연층을 더 포함함을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  27. 청구항 26에 있어서,
    상기 제 1 절연층은 상기 제 2 절연층에 비해 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  28. 청구항 20에 있어서,
    상기 복수개의 발광셀들은 적어도 하나의 전파 발광셀 및 적어도 하나의 반파 발광셀을 포함함을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  29. 청구항 28에 있어서,
    상기 배선들은 하나의 전파 발광셀의 제2 도전형 반도체층을 두 개의 반파 발광셀들의 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 연결하는 적어도 하나의 배선을 포함하는 발광 다이오드.
  30. 청구항 29에 있어서,
    상기 두 개의 반파 발광셀들은 제1 도전형 반도체층을 서로 공유함을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  31. 청구항 29에 있어서,
    상기 배선들은 하나의 전파 발광셀의 제1 도전형 반도체층을 두 개의 반파 발광셀들의 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 연결하는 적어도 하나의 배선을 포함함을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  32. 청구항 20에 있어서,
    상기 적어도 하나의 배선은 상기 기판의 가장자리를 따라 배치된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  33. 청구항 31에 있어서,
    상기 적어도 하나의 배선이 기판의 한변의 가장자리를 따라 형성되되 기판 모서리중 제 1 모서리에 인접하여 배치되며,
    다른 하나의 배선이 기판의 다른 한변의 가장자리를 따라 형성되되 기판 모서리중 상기 제 1 모서리와 대각하여 반대방향에 위치하는 제 2 모서리에 인접하여 배치되고,
    상기 기판의 한변과 다른 한변이 서로 마주보는 변인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  34. 청구항 20에 있어서,
    상기 복수개의 발광셀들은 각각 n-전극 및 p-전극을 포함하며, 상기 복수개의 발광셀들중 적어도 하나는 상기 n-전극 또는 p-전극으로부터 연장된 연장부를 추가로 구비함을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  35. 청구항 34에 있어서,
    상기 복수개의 발광셀들중 적어도 하나는 상기 n-전극 및 p-전극 각각으로부터 연장된 연장부를 추가로 구비하며, 상기 n-전극으로부터 연장된 연장부와 p전극으로부터 연장된 연장부가 서로 대칭 형태인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  36. 청구항 35에 있어서,
    상기 n-전극으로부터 연장된 연장부와 상기 p-전극으로부터 연장된 연장부가 서로 평행한 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  37. 청구항 35에 있어서,
    상기 n-전극으로부터 연장된 연장부와 상기 p-전극으로부터 연장된 연장부가 발광셀의 대각선상에서 서로 대칭 형태인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  38. 청구항 35에 있어서,
    상기 복수의 발광셀들은 n-전극으로부터 연장된 연장부와 상기 p-전극으로부터 연장된 연장부간의 거리가 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
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