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KR100968843B1 - 다수의 발광셀이 어레이된 발광소자 - Google Patents

다수의 발광셀이 어레이된 발광소자 Download PDF

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KR100968843B1
KR100968843B1 KR20050124882A KR20050124882A KR100968843B1 KR 100968843 B1 KR100968843 B1 KR 100968843B1 KR 20050124882 A KR20050124882 A KR 20050124882A KR 20050124882 A KR20050124882 A KR 20050124882A KR 100968843 B1 KR100968843 B1 KR 100968843B1
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electrode
emitting device
cell block
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KR20050124882A
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이재호
라크로익 야베스
윤여진
황의진
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서울옵토디바이스주식회사
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Abstract

본 발명은 발광소자에 관한 것이다. 본 발명에 따른 발광소자는 다수개의 발광셀을 포함하는 발광셀 블럭과, 상기 발광셀 블럭의 입출력 단자와 연결된 브릿지 정류회로를 포함하고, 상기 브릿지 정류회로는 노드와 노드 사이에 다수의 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 교류형 발광소자의 제작에 있어 브릿지 정류 회로를 내장할 때 그 크기를 일정크기 이하로 하고 그 개수를 정하여 발광소자의 휘도를 향상시키고 신뢰성을 향상시킬 수 있는 발광소자를 제공할 수 있다.
발광소자, 교류, 브릿지 정류회로, 정류, 발광셀

Description

다수의 발광셀이 어레이된 발광소자{LIGHT EMITTING DEVICE WITH LIGHT EMITTING CELLS ARRAYED}
도 1은 종래의 역병렬형 발광소자의 개념도.
도 2는 종래의 브릿지 정류회로가 형성된 발광소자의 개념도.
도 3은 본 발명에 따른 발광소자의 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 발광소자의 등가회로도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 도면.
<도면의 주요부분의 기호에 대한 설명>
100: 기판 120: 브릿지 정류회로
121: 다이오드 140: 발광셀 블럭
141: 발광셀 160: 전극
200: N형 반도체층 220: 활성층
240: P형 반도체층 260: 배선
본 발명은 교류형 발광소자에 관한 것으로서, 특히 브릿지 정류회로가 형성된 교류형 발광소자에 관한 것이다.
종래의 교류형 발광소자는 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(1000) 상에 각각이 직렬로 연결된 복수개의 발광셀로 이루어진 제 1 발광셀 블럭(1200a)과 제 2 발광셀 블럭(1200b)이 서로 다른 방향으로 양 전극(1600a, 1600b)으로부터 2열로 배열 즉, 역병렬 연결되어 있거나, 도 2에 도시된 바와 같이 발광셀 블럭(1200) 및 4개의 다이오드(1400)로 구성된 브릿지 정류회로를 포함한다.
상기와 같이 정류회로를 포함하지 않은 도 1과 같은 구조의 종래 역병렬형 발광소자는 교류전압 인가 시 제 1 발광셀 블럭(1200a)과 제 2 발광셀 블럭(1200b)이 교대로 점등된다. 이와 같은 역병렬 발광소자는 동작 시 제 1 발광셀 블럭(1200a)와 제 2 발광셀 블럭(1200b) 중 어느 하나만 점등되므로 단위 면적당 광 방출 효율이 낮다는 문제가 있다.
또한, 도 2와 같은 구조의 종래 발광소자는 단위면적당 광 효율을 향상시키기 위해 브릿지 정류회로와 발광셀 블럭(1200)을 연결하였다. 그러나, 이와 같이 사용된 브릿지 정류회로의 다이오드(1400)에는 역전압 인가 시 과전압이 인가될 경우 소자가 작동하지 않거나, 손상되는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 교류형 발광소자의 제작에 있어 브릿지 정류 회로를 내장할 때 그 크기를 일정크기 이하로 하고 그 개수를 조정하여 발광소자의 휘도를 향상시키고 신뢰성을 향상시킬 수 있는 발광소자를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 발광소자는 다수개의 발광셀을 포함하는 발광셀 블럭과, 상기 발광셀 블럭의 입출력 단자와 연결된 브릿지 정류회로를 포함하고, 상기 브릿지 정류회로는 노드와 노드 사이에 다수의 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 다이오드의 개수는 발광셀 블럭내의 발광셀 개수의 100 ~ 200% 이상일 수 있으며, 상기 다이오드는 발광셀 크기의 80%이하일 수 있다.
또한, 상기 발광셀 블럭 및 브릿지 정류 회로는 동일 기판 상에 형성될 수 있다.
이때, 상기 다이오드는 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
더욱이, 상기 브릿지 정류회로는 상기 발광셀 블럭의 둘레에 형성될 수 있으며, 상기 발광소자는 전체 형상이 사각형 형상일 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제 공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 3은 본 발명에 따른 발광소자의 평면도이고, 도 4는 도 3의 등가회로도이다.
본 발명에 따른 발광소자는 도 3에 도시된 바와 같이, 기판(100)과, 상기 기판(100) 상에 실장되고 복수개의 발광셀(141)이 직렬로 연결된 발광셀 블럭(140)과, 상기 발광셀 블럭(140)의 주변부를 둘러싸는 브릿지 정류회로(120)와, 상기 발광셀 블럭(140)과 브릿지 정류회로(120)를 연결하는 배선(260)을 포함한다. 이때, 상기 브릿지 정류회로(120)에 외부전원을 인가하고, 브릿지 정류회로(120)에 의해 직류로 정류된 상시 인가 전류를 발광셀 블럭(140)에 인가하기 위한 전극(160)이 더 포함될 수 있다.
상기 발광셀 블럭(140)은 외부전원 인가 시 광을 방출하는 주 발광원으로서, 다수개의 발광셀(141)로 구성된다. 상기 발광셀 블럭(140)은 발광소자의 휘도증가를 위해 상기 기판(100)의 중심부에 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 발광셀(141) 각각의 가로 및 세로의 크기는 대략 50 ~ 500㎛이다.
상기 다이오드(121)는 외부에서 인가되는 교류전원을 상시 인가 사인파로 정류시키는 브릿지 정류회로(120)를 구성하는 것으로서, 이러한 다이오드(121)로는 일반 다이오드뿐만 아니라 발광 다이오드를 사용할 수도 있다.
이러한 브릿지 정류회로(120)는 각 노드와 노드 사이에 다수개의 다이오드(121)를 구비한다. 즉, 상기 다이오드(121)의 집합인 제 1 다이오드 블럭(120a), 제 2 다이오드 블럭(120b), 제 3 다이오드 블럭(120c) 및 제 4 다이오드 블럭(120d)을 포함하여 브릿지 정류회로(120)가 구성된다. 이때, 상기 브릿지 정류회로(120)는 4개의 다이오드 블럭 중 2개의 다이오드 블럭에서 광이 방출되므로 발광셀 블럭(140)보다 발광소자 전체의 휘도에 주는 영향이 적다. 따라서, 상기 다이오드(121)는 발광셀(141) 크기의 80%이하로 감소시켜 형성함으로써, 한정된 공간인 기판(100) 상에 더 많은 수의 발광셀(141)이 형성되게 하여 발광소자 전체의 휘도를 상승시킨다. 또한, 상기 브릿지 정류회로(120)는 발광셀 블럭(140)보다 광량은 적으나 4개 중 2개의 다이오드 블럭에서 광이 상시 방출되므로 발광소자의 휘도가 더욱 상승된다.
상기 브릿지 정류회로(120)의 다이오드(121)는 그 전체 개수가 발광셀(141)의 개수 이상인 100 ~ 120% 정도로 구성하면 발광소자에 역바이어스 전압이 걸릴 때 다이오드(121)의 파괴(Breakdown)를 효율적으로 방지할 수 있으며, 동시에 그 크기를 작게 유지할 경우, 전체 발광효율에 미치는 영향이 상대적으로 줄어들어 적정 발광효율을 유지하는데 이점이 있게 된다. 반면 너무 많은 수의 다이오드(121)를 형성할 경우 발광효율을 감소시킬 뿐만 아니라 발광셀의 구동전압이 지나치게 상승하여 소모전력이 상승하는 단점이 발생한다.
상기 배선(260)은 발광셀(141)과 다이오드(121)를 연결하기 위한 것으로서, 통상 알루미늄(Al) 또는 금(Au)으로 형성된다. 이때, 상기 배선(260)은 브리지(Bridge) 공정, 스탭커버(Step Cerverage) 또는 일반적인 와이어 본딩 공정 등으로 형성될 수 있다.
이하 상기와 같이 구성된 발광소자의 동작을 도 3 및 도 3의 등가회로도인 도 4를 참조하여 살펴보자.
본 발명에 따른 브릿지 정류회로(120)가 포함된 발광소자는 4개로 구성된 전극(160) 중 제 1 전극(160a)과 제 3 전극(160c)에 교류 전원인 외부 전원을 인가하면 순방향 전압일 때 제 2 다이오드 블럭(120b)와 제 3 다이오드 블럭(120c)은 온 상태가 되고, 제 1 다이오드 블럭(120a)과 제 4 다이오드 블럭(120d)은 오프 상태가 된다. 따라서, 제 1 다이오드 블럭(120a)은 제 1 전극(160a)에 인가된 전류에 대해 역바이어스이므로 전류가 흐르지 못하고, 전류는 상기 제 2 다이오드 블럭(120b)으로 흐르게 된다. 또한, 상기 제 2 다이오드 블럭(120b)으로 흐른 전류는 제 4 다이오드 블럭(120d)에 대해 역바이어스이므로 발광셀 블럭(140)으로 흐르게 된다. 이후, 발광셀 블럭(140)에 인가된 전류는 제 3 다이오드 블럭(120c)으로 나가게 된다.
상기 제 1 전극(160a)과 제 3 전극(160c)에 인가된 전압이 역방향 전압일 때는 제 1 다이오드 블럭(120a)과 제 4 다이오드 블럭(120d)은 온 상태가 되고, 제 2 다이오드 블럭(120b)과 제 3 다이오드 블럭(120c)은 오프 상태가 된다. 따라서, 인가된 전류는 제 3 다이오드 블럭(120c)으로 흐르지 못하고 제 4 다이오드 블럭(120d)으로 흐른다. 제 4 다이오드 블럭(120d)으로 흐른 전류에 대해 제 2 다이오드 블럭(120b)은 역바이어스이므로, 전류는 제 2 전극(160b)을 지나 발광셀 블럭(140)으로 흐르게 된다. 이후, 전류는 제 1 다이오드 블럭(120a)으로 나가게 된다.
즉, 순방향 전압일 때 제 2 다이오드 블럭(120b)과 제 3 다이오드 블럭(120c)이 온되어 역방향 전압을 걸러주게 되며, 역방향 전압일 때 제 1 다이오드 블럭(120a)과 제 4 다이오드 블럭(120d)이 온 되어 역방향 전압을 순방향 전압으로 바꿔주게 되어 외부에서 인가된 교류전압은 전파 정류가 된다.
이하 상기와 같은 구조의 발광소자를 제조하는 방법에 대해 도면을 참조하여 설명하고자 한다.
이하 상술한 발광소자의 제조 방법을 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 살펴보면 우선, 기판(100) 상에 (도시되지 않은) 도핑되지 않은 질화갈륨(GaN)층을 버퍼층으로 형성한다. 상기 버퍼층 상에 N형 반도체층(200), 활성층(220) 및 P형 반도체층(240)을 순차적으로 결정 성장시킨다(도 5a). 이때, P형 반도체층(240) 상에 (도시되지 않은) 투명 전극층을 더 형성할 수도 있다. 각각의 층은 앞서 설명한 물질들을 증착하기 위한 다양한 증착 방법을 통해 형성시킨다.
이후, 마스크를 이용한 사진 식각공정을 실시하여 기판(100)이 드러나도록 하여 각각의 셀들이 전기적으로 분리되도록 한다(도 5b). 즉, 상기 마스크를 식각마스크로 하는 식각공정을 통해 P형 반도체층(240), 활성층(220), N형 반도체층(200)의 일부를 제거하여 기판(100)을 노출시킨다. 이때, 마스크는 감광막을 이용하여 형성하며, 기판(100)의 중심부에 가로 및 세로의 크기가 50 ~ 500㎛인 발광셀(141)을 형성하고, 상기 발광셀(141)을 둘러싸는 다이오드(121)를 발광셀(141) 크기의 80%이하로 하여 정사각형 또는 직사각형의 형상으로 형성한다. 이때, 상기 다 이오드(121)의 개수는 발광셀(141) 개수 이상으로 형성하며, 바람직하게는 발광셀(141) 개수의 100 내지 200%로 형성한다. 그러나, 손실 대비 발광소자의 휘도를 고려하여 발광셀(141) 개수의 120 내지 130%로 형성하는 것이 더욱 바람직하다.
한편, 상기 식각 공정은 습식, 건식 식각공정을 실시할 수 있으며, 본 실시예에서는 플라즈마를 이용한 건식식각을 하는 것이 바람직하다.
상기 공정을 실시한 다음, 각 셀의 N형 반도체층(200)이 노출되도록 P형 반도체층(240) 및 활성층(220)을 식각한다. 상술한 바와 같이 단일의 마스크를 이용하여 식각을 실시할 수도 있지만, 각기 서로 다른 마스크를 이용하여 식각을 실시할 수도 있다. 즉, 기판(100)을 노출시키는 제 1 마스크를 이용한 제 1 식각을 실시한 다음, N형 반도체층(200)을 노출시키기 위해 P형 반도체층(240) 및 활성층(220)의 소정 영역을 노출시키는 제 2 마스크를 이용한 제 2 식각을 실시할 수 있다.
상기 마스크를 제거한 다음, 노출된 N형 반도체층(200) 상에 (도시되지 않은) N-전극을 형성하고, P형 반도체층(240) 상에 (도시되지 않은) P-전극을 형성한다.
이후, 상기 N형 반도체층(200) 상의 N-전극을 인접한 P형 반도체층(240) 상의 P-전극과 소정의 브리지(Bridge) 공정 또는 스탭커버(Step Cerver) 등의 공정을 이용하여 배선(260)으로 연결하여 도 3과 같은 발광소자를 완성한다(도 5c). 이때, 상기 P형 반도체층(240) 상에 P-전극이 투명전극으로 형성될 경우 투명전극의 일부를 포토공정으로 식각하여 P형 반도체층(240)을 노출시키고, (도시되지 않은) P형 본딩패드가 형성될 수 있다.
상기에 서로 동일 기판(100) 상에 발광셀(141)과 다이오드(121)를 형성하는 것을 예시하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 따로 제작된 단위소자들을 기판 상에 실장하여 발광소자를 제작할 수도 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 다른 발광소자는 사각형상의 기판 상에 발광셀(141)과 다이오드(121)를 형성하여 그 전체적인 형상이 사각형이나, 이에 한정되지 않고 마름모 형태로 실시될 수도 있다. 하지만, 발광소자의 용도 및 제조상의 편의에 의해 다양한 형상으로 제작될 수 있다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
상술한 바와 같이 본 발명은 교류형 발광소자의 제작에 있어 브릿지 정류 회로를 내장할 때 다이오드 크기를 일정크기 이하로 하고 그 개수를 조정하여 발광소자의 휘도를 향상시키고 신뢰성을 향상시킬 수 있는 발광소자를 제공할 수 있다.

Claims (9)

  1. 기판과 상기 기판상에 형성된 복수의 발광셀을 포함하는 발광소자에 있어서,
    상기 발광소자는,
    복수의 발광셀이 직렬 연결된 발광셀 블럭; 및
    각각 복수의 발광 다이오드를 포함하는 제 1 내지 제 4 다이오드 블럭으로 이루어지고, 상기 발광셀 블럭의 주변부를 둘러싸는 브릿지 정류 회로;를 포함하며,
    상기 발광셀 블럭 일단의 제 1 전극이 상기 브릿지 정류 회로내 제 1 및 제 3 다이오드 블럭 일단의 발광 다이오드의 제 2 전극에 전기적으로 접속되고,
    상기 발광셀 블럭 타단의 제 2 전극이 상기 브릿지 정류 회로내 제 2 및 제 4 다이오드 블럭 일단의 발광 다이오드의 제 1 전극에 전기적으로 접속되며, 상기 브릿지 정류 회로는 기판의 최외각부에 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광셀 블럭 일단의 제 1 전극이 상기 브릿지 정류 회로내 제 1 및 제 3 다이오드 블럭 일단의 발광 다이오드의 제 2 전극에 전기적으로 접속되는 위치와,
    상기 발광셀 블럭 타단의 제 2 전극이 상기 브릿지 정류 회로내 제 2 및 제 4 다이오드 블럭 일단의 발광 다이오드의 제 1 전극에 전기적으로 접속되는 위치가 기판상에서 서로 대향하여 위치됨을 특징으로 하는 발광소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 발광셀 블럭의 일단 및 타단과, 상기 다이오드 블럭들의 일단의 발광 다이오드와의 전기적인 접속은 상기 기판상에 추가적으로 구비된 전극을 통하여 형성된 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광소자는 외부전원을 공급하기 위한 제 1 전극 및 제 2 전극을 추가로 구비하며,
    상기 브릿지 정류 회로내 제 1 및 제 2 다이오드 블럭의 타단의 발광 다이오드가 상기 외부전원을 공급하기 위한 상기 제 1 전극에 전기적으로 접속되고,
    상기 브릿지 정류 회로내 제 3 및 제 4 다이오드 블럭의 타단의 발광 다이오드가 상기 외부전원을 공급하기 위한 상기 제 2 전극에 전기적으로 접속됨을 특징으로 하는 발광소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 외부전원을 공급하기 위한 전극이 기판상에서 서로 대향하여 위치됨을 특징으로 하는 발광소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 브릿지 정류 회로내 발광 다이오드의 개수는 상기 발광셀 블럭내 발광셀의 개수의 100~200%인 것을 특징으로 하는 발광소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 브릿지 정류 회로내 발광 다이오드 중 적어도 하나의 발광 다이오드의 크기는 상기 발광셀 블럭내 발광셀의 크기의 80% 이하인 것을 특징으로 하는 발광소자.
  8. 삭제
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광소자는 전체 형상이 사각형 형상인 것을 특징으로 하는 발광소자.
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