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KR20160031938A - 발광 다이오드 - Google Patents

발광 다이오드 Download PDF

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KR20160031938A
KR20160031938A KR1020150009479A KR20150009479A KR20160031938A KR 20160031938 A KR20160031938 A KR 20160031938A KR 1020150009479 A KR1020150009479 A KR 1020150009479A KR 20150009479 A KR20150009479 A KR 20150009479A KR 20160031938 A KR20160031938 A KR 20160031938A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light emitting
emitting cell
cell group
cell groups
semiconductor layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
KR1020150009479A
Other languages
English (en)
Inventor
이섬근
김매이
김경완
윤여진
이금주
Original Assignee
서울바이오시스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울바이오시스 주식회사 filed Critical 서울바이오시스 주식회사
Priority to PCT/KR2015/009438 priority Critical patent/WO2016043464A1/en
Priority to TW104130220A priority patent/TWI581399B/zh
Publication of KR20160031938A publication Critical patent/KR20160031938A/ko
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S2/00—Systems of lighting devices, not provided for in main groups F21S4/00 - F21S10/00 or F21S19/00, e.g. of modular construction
    • F21S2/005—Systems of lighting devices, not provided for in main groups F21S4/00 - F21S10/00 or F21S19/00, e.g. of modular construction of modular construction
    • H01L33/00—
    • H05B37/02—
    • F21Y2101/02—
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S362/00—Illumination
    • Y10S362/80—Light emitting diode

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Abstract

본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는, 기판; 및 상기 기판 상에 위치하고, 복수의 발광셀이 직렬 접속된 적어도 둘 이상의 발광셀 그룹을 포함하며, 상기 둘 이상의 발광셀 그룹은 각각 개별 구동되고, 서로 절연되도록 일정 간격 이격되며, 서로 상이한 면적을 갖고, 상기 발광셀 그룹은, 제1 반도체층, 활성층 및 제2 반도체층을 포함하고 상기 제1 반도체층이 노출되는 홈이 형성된 복수의 발광셀; 상기 제2 반도체층 상에 위치하는 제1 전극; 상기 제1 전극 및 제1 반도체층의 일부가 노출되도록 상기 복수의 발광셀을 덮는 절연층; 및 상기 노출된 제1 전극 및 제1 반도체층의 일부와 전기적으로 접속된 연결전극을 포함할 수 있다. 본 발명에 의하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는 서로 상이한 면적을 갖는 복수의 발광셀 그룹이 단일 칩 상에 내장되고, 구동되는 순방향 전압레벨이 낮을수록 넓은 면적을 갖고, 발광 다이오드의 중심부에 인접하게 배열되어 전체적으로 균일한 휘도를 구현함과 동시에 규격화된 발광 다이오드에 의해 다양한 크기의 면광 및 조도를 구현할 수 있는 효과가 있다.

Description

발광 다이오드{LIGHT EMITTING DIODE}
본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 특히 하나의 발광 다이오드로 교류전압의 전압레벨에 따른 순차구동이 가능한 발광 다이오드에 관한 것이다.
단일의 칩 내에서 복수의 발광셀들을 직렬 연결함으로써, 고전압 하에서 구동할 수 있는 발광 다이오드에 대해 국제공개번호 WO2004/023568(A1)호에 "LIGHT-EMITTING DEVICE HAVING LIGHT-EMITTING ELEMENTS"라는 제목으로 사카이 등(SAKAI et.al.)에 의해 개시된 바 있다.
일반적으로 복수의 발광셀들이 직렬 연결된 발광 다이오드는 복수 개가 구비되어 교류구동 조명장치를 구성한다.
그러나 일반적인 교류구동 조명장치는 입력된 교류전압의 크기에 따라 복수의 구동구간 동안 순차 구동됨에 있어서, 각각의 구동구간 동안 적어도 하나 이상의 발광 다이오드를 구비해야 한다. 그리고 비교적 낮은 교류전압에서 구동되는 발광 다이오드는 일정한 구동 전류를 유지해야 하므로 높은 교류전압에서 구동되는 발광 다이오드에 비해 개수가 많아져야 한다. 즉, 일반적은 교류구동 조명장치는 발광 다이오드의 개수를 줄이는데 한계가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 광 효율을 유지하면서 발광 다이오드 패키지의 개수를 줄일 수 있는 조명장치를 제공하는 것이다.
즉, 본 발명은, 조명장치의 전체 제조비용을 줄일 수 있는 조명장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 높은 구동전압 구간에서 하나의 발광 다이오드 패키지만으로 순차구동할 수 있는 발광 다이오드 및 조명장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는, 기판; 및 상기 기판 상에 위치하고, 복수의 발광셀이 직렬 접속된 적어도 둘 이상의 발광셀 그룹을 포함하며, 상기 둘 이상의 발광셀 그룹은 각각 개별 구동되고, 서로 절연되도록 일정 간격 이격되며, 서로 상이한 면적을 갖고, 상기 발광셀 그룹은, 제1 반도체층, 활성층 및 제2 반도체층을 포함하고 상기 제1 반도체층이 노출되는 홈이 형성된 복수의 발광셀; 상기 제2 반도체층 상에 위치하는 제1 전극; 상기 제1 전극 및 제1 반도체층의 일부가 노출되도록 상기 복수의 발광셀을 덮는 절연층; 및 상기 노출된 제1 전극 및 제1 반도체층의 일부와 전기적으로 접속된 연결전극을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 적어도 둘 이상의 발광셀 그룹은, 복수의 발광셀이 직렬 접속된 제1 발광셀 그룹; 상기 제1 발광셀 그룹과 개별 구동되는 복수의 발광셀이 직렬 접속된 제2 발광셀 그룹; 및 상기 제1 및 제2 발광셀 그룹과 개별 구동되는 복수의 발광셀이 직렬 접속된 제3 발광셀 그룹이고, 상기 제1 발광셀 그룹은 상기 제2 및 제3 발광셀 그룹보다 넓은 면적을 가질 수 있다.
이때, 상기 제1 발광셀 그룹은 상기 제2 및 제3 발광셀 그룹 사이에 배치될 수 있고, 상기 제1 및 제2 발광셀 그룹은 서로 인접하게 배열될 수 있으며, 상기 제1 및 제2 발광셀 그룹은 상기 발광 다이오드의 중심부와 인접하게 배열될 수 있다. 그리고 상기 제2 발광셀 그룹은 상기 제3 발광셀 그룹보다 넓은 면적을 갖을 수 있다.
또한, 상기 적어도 둘 이상의 발광셀 그룹은, 상기 제1 내지 제3 발광셀 그룹 및 상기 제1 내지 제3 발광셀 그룹과 상이한 면적을 갖는 제4 발광셀 그룹일 수 있다.
이때, 상기 제3 및 제4 발광셀 그룹은 상기 발광 다이오드의 양측 가장자리와 인접하게 배열될 수 있고, 상기 제1 내지 제4 발광셀 그룹은 서로 일정 간격 이격될 수 있다.
그리고 상기 제2 발광셀 그룹은 상기 제1 및 제4 발광셀 그룹 사이에 배치될 수 있으며, 상기 제2 발광셀 그룹은 상기 제3 발광셀 그룹보다 넓은 면적을 갖고, 상기 제3 발광셀 그룹은 상기 제4 발광셀 그룹보다 넓은 면적을 가질 수 있다.
한편, 상기 제1 발광셀 그룹은 상기 제2 발광셀 그룹보다 긴 발광 구간을 가질 수 있고, 상기 제2 발광셀 그룹은 상기 제3 발광셀 그룹보다 긴 발광 구간을 가질 수 있다. 그리고 상기 제3 발광셀 그룹은 상기 제4 발광셀 그룹보다 긴 발광 구간을 가질 수 있다.
그리고 상기 발광셀 그룹은 교류전원에 의해 구동되고, 상기 교류전원의 구동전압이 증가하면 상기 둘 이상의 발광셀 그룹 중 발광되는 발광셀 그룹의 수가 증가하며, 상기 교류전원의 구동전압이 감소하면 상기 둘 이상의 발광셀 그룹 중 발광되는 발광셀 그룹의 수가 감소할 수 있다.
또한, 상기 제1 전극은, 상기 제2 반도체층과 오믹 컨택하는 오믹층 및 반사층을 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는 서로 상이한 면적을 갖는 복수의 발광셀 그룹이 단일 칩 상에 내장되고, 구동되는 순방향 전압레벨이 낮을수록 넓은 면적을 갖고, 발광 다이오드의 중심부에 인접하게 배열되어 전체적으로 균일한 휘도를 구현함과 동시에 규격화된 발광 다이오드에 의해 다양한 크기의 면광 및 조도를 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 구동장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 발광셀들을 도시한 평면도이다.
도 4는 도 3의 I-I'라인을 따라 절단한 발광 다이오드를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 조명장치에서 구동전압에 따른 4단 구동구간에 따른 발광셀들의 구동전류의 관계를 나타낸 파형도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 조명 장치에 적용한 예를 도시한 분해사시도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
용어 '제1 순방향 전압 레벨(Vf1)'은 제1 발광셀 그룹을 구동할 수 있는 임계 전압레벨을 의미하며, 용어 '제2 순방향 전압 레벨(Vf2)'은 직렬로 연결된 제1 및 제2 발광셀 그룹을 구동할 수 있는 임계 전압레벨을 의미하고, 용어 '제3 순방향 전압 레벨(Vf3)'은 직렬로 연결된 제1 내지 제3 발광셀 그룹을 구동할 수 있는 임계 전압레벨을 의미한다. 즉, '제n 순방향 전압 레벨(Vfn)'은 직렬로 연결된 제1 내지 제n 발광셀 그룹들을 구동할 수 있는 임계 전압레벨을 의미한다. 한편, 발광소자 그룹별 순방향 전압레벨은 발광셀 그룹을 구성하는 발광소자들의 수/특성에 따라 동일하거나, 또는 상이할 수 있다.
또한, 용어 '순차구동 방식'란, 시간에 따라 크기가 변화하는 교류전압(입력전압)을 받아 발광 다이오드를 구동하는 조명장치에 있어서, 교류전압이 정류된 구동전압의 증가에 따라 복수의 발광소자 그룹들을 순차적으로 발광시키고, 입력전압의 감소에 따라 복수의 발광소자 그룹들을 순차적으로 소등시키는 구동방식을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 구동장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 발광 다이오드(100) 구동장치는 교류전원, 정류부, 구동모듈, 발광 다이오드(100)를 포함한다.
발광 다이오드(100)는 복수의 발광셀 그룹을 포함한다. 예컨대, 발광 다이오드(100)는 제1 내지 제4 발광셀 그룹(110, 120, 130, 140)을 포함한다.
정류부는 교류전원으로부터의 교류전압을 정류하여 구동전압을 생성하고, 생성된 구동전압을 출력한다. 정류부는 특별히 한정되지 않고, 전파 정류회로, 반파 정류회로 등 공지된 다양한 정류회로 중 하나가 이용될 수 있다. 예컨대, 정류부는 4개의 다이오드들로 구성된 브릿지 전파 정류회로일 수 있다.
구동모듈은 구동전압을 이용하여 발광 다이오드(100)를 제어한다. 예컨대, 제1 구동모듈은 복수의 구간(제1 내지 제7 구간)동안 제1 내지 제4 발광셀 그룹(110, 120, 130, 140)을 순차 구동시킨다. 제1 구간은 정류부로부터 입력된 구동전압의 전압레벨이 제1 순방향 전압레벨과 제2 순방향 전압레벨 사이의 구간으로 정의되고, 제1 구간 동안 제1 전류경로만 연결되어 제1 발광셀 그룹(110)이 발광된다.
또한, 제2 구간은 정류부로부터 입력된 구동전압의 전압레벨이 제2 순방향 전압레벨과 제3 순방향 전압레벨 사이의 구간으로 정의되고, 제2 구간 동안 제2 전류경로가 연결되어 제1 및 제2 발광셀 그룹(110, 120)이 발광된다.
그리고 제3 구간은 정류부로부터 입력된 구동전압의 전압레벨이 제3 순방향 전압레벨과 제4 순방향 전압레벨 사이의 구간으로 정의되고, 제3 구간 동안 제3 전류경로가 연결되어 제1 내지 제3 발광셀 그룹(110, 120, 130)이 발광된다.
제4 구간은 정류부로부터 입력된 구동전압의 전압레벨이 제4 순방향 전압레벨 이상의 구간으로 정의되고, 제 4구간 동안 제4 전류경로가 연결되어 제1 내지 제4 발광셀 그룹(110, 120, 130, 140)들이 발광된다.
또한, 제5 구간은 정류부로부터 입력된 구동전압의 전압레벨이 제4 순방향 전압레벨과 제3 순방향 전압레벨 사이의 구간으로 정의되고, 제5 구간 동안 제3 전류경로가 연결되어 제1 내지 제3 발광셀 그룹(110, 120, 130)이 발광된다.
그리고 제6 구간은 정류부로부터 입력된 구동전압의 전압레벨이 제3 순방향 전압레벨과 제2 순방향 전압레벨 사이의 구간으로 정의되고, 제6 구간 동안 제2 전류경로가 연결되어 제1 및 제2 발광셀 그룹(110, 120)이 발광된다.
제7 구간은 정류부로부터 입력된 구동전압의 전압레벨이 제2 순방향 전압레벨과 제1 순방향 전압레벨 사이의 구간으로 정의되고, 제7 구간 동안 제1 전류경로만 연결되어 제1 발광셀 그룹(110)이 발광된다.
여기서 제1 및 제7 구간은 제1 단 구동구간으로 정의할 수 있고, 제2 및 제6 구간은 제2 단 구동구간으로 정의할 수 있으며, 제3 및 제5 구간은 제3 단 구동구간으로 정의할 수 있다. 그리고 제4 구간은 제4 단 구동구간으로 정의할 수 있다. 이때, 제1 내지 제4 발광셀 그룹(110, 120, 130, 140)은 각각 상이한 순방향 전압 레벨을 가질 수 있다. 예컨대, 제1 내지 제4 발광셀 그룹(110, 120, 130, 140)들이 각각 상이한 수의 발광셀을 포함하는 경우, 서로 상이한 순방향 전압 레벨을 가진다.
본 발명의 발광 다이오드(100)는 단일 칩 상에 제1 내지 제4 발광셀 그룹(110, 120, 130, 140)을 일체로 내장하여 전체적으로 균일한 휘도를 구현함과 동시에 규격화된 단일 발광 다이오드(100)에 의해 다양한 크기의 면광 및 조도를 구현할 수 있는 장점이 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드(100)를 도시한 평면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드(100)의 발광셀들을 도시한 평면도이고, 도 4는 도 3의 I-I'라인을 따라 절단한 발광 다이오드(100)를 도시한 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드(100)는 순차구동 방식으로 개별 구동되는 제1 내지 제4 발광셀 그룹(110, 120, 130, 140)을 포함한다. 여기서, 제1 내지 제4 발광셀 그룹(110, 120, 130, 140)은 도 1의 제1 내지 제4 발광셀 그룹(110, 120, 130, 140)과 대응될 수 있다.
제1 내지 제4 발광셀 그룹(110, 120, 130, 140)은 서로 상이한 면적을 갖는다. 제1 발광셀 그룹(110)은 제2 발광셀 그룹(120)보다 넓은 면적을 갖고, 제2 발광셀 그룹(120)은 제3 발광셀 그룹(130)보다 넓은 면적을 갖으며, 제3 발광 그룹은 제4 발광셀 그룹(140)보다 넓은 면적을 갖는다.
제1 및 제2 발광셀 그룹(110, 120)은 발광 다이오드(100)의 중심부와 인접하게 배열되고, 제3 및 제4 발광셀 그룹(130, 140)은 발광 다이오드(100)의 가장자리에 인접하게 각각 배열된다. 보다 구체적으로, 제2 및 제3 발광셀 그룹(120, 130) 사이에 제1 발광셀 그룹(110)이 위치하고, 제1 및 제4 발광셀 그룹(110, 140) 사이에 제2 발광셀 그룹(120)이 위치하며, 제1 및 제2 발광셀 그룹(110, 120)은 서로 인접하게 배열된다.
발광 다이오드(100)는 제1 발광셀 그룹(110)부터 제4 발광셀 그룹(140)으로 순차적으로 구동될 수 있고, 발광 다이오드(100)의 중심영역부터 광이 발광되므로 외관 품질을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드(100)는 서로 상이한 크기의 제1 내지 제4 발광셀 그룹(110, 120, 130, 140)을 포함한다.
제1 내지 제4 발광셀 그룹(110, 120, 130, 140)은 서로 상이한 면적을 갖는데, 제1 발광셀 그룹(110)은 제2 발광셀 그룹(120)보다 넓은 면적으로 갖고, 제2 발광셀 그룹(120)은 제3 발광셀 그룹(130)보다 넓은 면적을 갖으며, 제3 발광셀 그룹(130)은 제4 발광셀 그룹(140)보다 넓은 면적을 갖는다.
제1 및 제2 발광셀 그룹(110, 120)은 발광 다이오드(100)의 중심부와 인접하게 배열되고, 제3 및 제4 발광셀 그룹(130, 140)은 발광 다이오드(100)의 가장자리에 인접하게 배열된다. 보다 구체적으로 제2 및 제3 발광셀 그룹(120, 130) 사이에 제1 발광셀 그룹(110)이 위치하고, 제1 및 제4 발광셀 그룹(110, 140) 사이에 제2 발광셀 그룹(120)이 위치하며, 제1 및 제2 발광셀 그룹(110, 120)은 서로 인접하게 배열된다.
발광 다이오드(100)는 제1 발광셀 그룹(110)부터 제4 발광셀 그룹(140)으로 순차적으로 구동되도록 구성될 수 있고, 발광 다이오드(100)의 중심영역부터 빛이 발광되므로 발광 다이오드(100)의 외관 품질을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
제1 내지 제4 발광셀 그룹(110, 120, 130, 140)은 제1 방향으로 서로 일정 간격만큼 이격될 수 있고, 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 다수의 발광셀들이 전기적으로 연결된 구조를 갖는다. 제1 내지 제4 발광셀 그룹(110, 120, 130, 140) 사이에는 식각공정을 통해 기판이 노출될 수 있고, 제1 내지 제4 발광셀 그룹(110, 120, 130, 140)은 서로 절연된 상태로 제조될 수 있다.
일례로, 도 4를 참조하여, 제4 발광셀 그룹(140)에 대해 설명하면, 제3 발광셀 그룹은 기판, 복수의 발광셀, 제1 전극(127), 제1 절연층(131), 제2 절연층(133), 제3 절연층(135), 연결전극(129), 제1 상부전극(171) 및 제2 상부전극(173)을 포함한다.
기판은 사파이어, 실리콘 카바이드 또는 GaN의 재질을 가질 수 있으며, 형성되는 박막의 성장을 유도할 수 있는 재질이라면 어느 것이나 사용가능할 것이다.
복수의 발광셀은 기판 위에 형성되고, 제1 도전형 반도체층(124), 활성층(126) 및 제2 도전형 반도체층(125)을 포함한다. 이때, 제1 도전형 반도체층(124)은 n형 도전형을 가질 수 있고, 활성층(126)은 다중 양자 우물 구조를 가질 수 있으며, 활성층(126) 상에 제2 도전형 반도체층(125)이 형성된다. 본 발명의 일 실시예에서 제1 도전형 반도체층(124)이 n형 도전형을 가지면 제2 도전형 반도체층(125)은 p형 도전형을 가질 수 있다. 도시하지 않았으나, 필요에 따라 기판과 제1 도전형 반도체층(124) 사이에 단결정 성장을 용이하게 하도록 버퍼층(미도시)이 추가로 형성될 수 있다.
또한, 복수의 발광셀은 일 방향으로 일정 간격 이격된 상태로 서로 분리된 구조를 가지며, 이때, 분리된 구조는 제1 도전형 반도체층(124)까지 식각되어 인접한 발광셀 각각이 서로 이격될 수 있다. 그리고 복수의 발광셀 각각은 식각 공정을 통해 발광셀 중심부에서 제1 도전형 반도체층(124)의 일부가 노출되도록 홈이 형성될 수 있다.
제1 전극(127)은 제2 도전형 반도체층(125) 상에 형성될 수 있다. 제1 전극(127)은 오믹층과 반사층을 포함할 수 있고, 오믹층은 금속이나 투명전극층으로 형성될 수 있으며, 제2 도전형 반도체층(125)과의 오믹 컨택할 수 있는 금속은 어느 것이 적용할 수 있다. 그리고 반사층은 Ag나 Al 등의 금속을 포함할 수 있다.
제1 절연층(131)은 복수의 발광셀 및 노출된 기판을 덮도록 형성된다. 제1 절연층(131)은 제2 도전형 반도체층(125) 상에 오믹층 및 반사층이 형성될 때, 메사 경계면에 오믹층 및 반사층이 증착되지 않도록 보호하는 역할을 한다. 이때, 제1 절연층(131)의 두께는 약 1000Å일 수 있다.
제2 절연층(133)은 제1 절연층(131)을 덮고, 오믹층, 반사층이 포함된 제1 전극(127)의 일부 및 노출된 제1 도전형 반도체층(124)의 일부를 덮는다. 이때, 제1 및 제2 절연층(131, 133)은 노출된 제1 도전형 반도체층(124)의 일부를 덮어, 연결전극(129)이 제1 도전형 반도체층(124)에 접촉할 수 있다.
연결전극(129)은 인접한 발광셀들을 전기적으로 연결시키는 역할을 한다. 구체적으로 연결전극(129)은 일 측에 위치한 발광셀 상에 노출된 제1 전극(127)과 타 측에 위치한 발광셀의 중심부에 노출된 제1 도전형 반도체층(124)을 전기적으로 연결시킨다. 즉, 연결전극(129)은 발광셀의 중심부에 형성된 홈의 메사 경계면을 덮는 제1 및 제2 절연층(131, 133)이 제1 도전형 반도체층(124)의 일부를 덮지 않는 부분을 연결전극(129)이 메우면서 제1 도전형 반도체층(124)과 접촉된다. 그에 따라 연결전극(129)은 제2 절연층(133), 노출된 제1 전극(127) 및 노출된 제1 도전형 반도체층(124)을 덮는다.
제3 절연층(135)은 연결전극(129)을 덮고, 복수의 발광셀 중 일 측에 위치한 제1 전극(127)의 일부를 노출시키고, 타 측에 위치한 연결전극(129)의 일부를 노출시키도록 복수의 발광셀을 덮는다.
제1 및 제2 상부전극(171, 173)은 제3 절연층(135) 상에 위치하고, 제1 상부전극(171)은 복수의 발광셀 일 측에 노출된 제1 전극(127)과 전기적으로 접속되며, 제2 상부전극(173)은 복수의 발광셀 타 측에 노출된 연결전극(129)과 전기적으로 접속된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드(100)는 서로 상이한 면적을 갖는 제1 내지 제4 발광셀 그룹(110, 120, 130, 140)이 단일 칩 상에 내장되고, 구동되는 순방향 전압레벨이 낮을수록 넓은 면적을 갖으며, 발광 다이오드(100)의 중심부에 인접하게 배열됨에 따라 전체적으로 균일한 휘도를 구현할 뿐만 아니라, 규격화된 발광 다이오드(100)에 의해 다양한 크기의 면광 및 조도를 구현할 수 있는 장점이 있다.
도 5는 본 발명의 조명장치에서 구동전압에 따른 4단 구동구간에 따른 발광셀들의 구동전류의 관계를 나타낸 파형도이다.
발광 다이오드의 제1 발광셀 그룹은 입력된 구동전압(VP)이 제1 순방향 전압 레벨(Vf1)에 도달하는 시점(t1)에서 제1 구동전류(ILED1)에 의해 구동된다.
제2 발광셀 그룹은 구동전압(VP)의 전압레벨이 더 상승하여 제2 순방향 전압레벨(Vf2)에 도달하는 시점(t2)부터 제2 구동전류(ILED2)에 의해 구동된다. 이때, 제1 발광셀 그룹은 구동전압(VP)이 제1 순방향 전압레벨(Vf1) 이상이므로 구동상태를 유지한다.
제3 발광셀 그룹은 구동전압(VP)의 전압레벨이 더 상승하여 제3 순방향 전압 레벨(Vf3)에 도달하는 시점(t3)에서 제3 구동전류(ILED3)에 의해 구동된다. 이때, 제1 및 제2 발광셀 그룹은 구동전압(VP)이 제2 순방향 전압레벨(Vf2) 이상이므로 구동상태를 유지한다.
제4 발광셀 그룹은 구동전압(VP)의 전압레벨이 더 상승하여 제4 순방향 전압 레벨(Vf4)에 도달하는 시점(t4)부터 제4 구동전류(ILED4)에 의해 구동된다. 이때, 제1 내지 제3 발광셀 그룹은 구동전압(VP)이 제3 순방향 전압레벨(Vf3) 이상이므로 구동상태를 유지한다.
그리고 제4 발광셀 그룹은 시간의 경과에 따라 구동전압(VP)이 최대값에 도달한 후 전압레벨이 하강하여 제4 순방향 전압레벨(Vf4) 미만이 되는 시점(t5)에서 구동이 정지되며, 제1 내지 제3 발광셀 그룹은 구동전압(VP)이 제3 순방향 전압레벨(Vf3) 이상이므로 구동상태를 유지한다.
제3 발광셀 그룹은 시간의 경과에 따라 구동전압(VP)의 전압레벨이 하강하여 제3 순방향 전압레벨(Vf3) 미만이 되는 시점(t6)에서 구동이 정지되며, 제1 및 제2 발광셀 그룹은 구동전압(VP)이 제2 순방향 전압레벨(Vf2) 이상이므로 구동상태를 유지한다.
제2 발광셀 그룹은 시간의 경과에 따라 구동전압(VP)의 전압레벨이 하강하여 제2 순방향 전압레벨(Vf2) 미만이 되는 시점(t7)에서 구동이 정지되며, 제1 발광셀 그룹은 구동전압(VP)이 제1 순방향 전압레벨(Vf2) 이상이므로 구동상태를 유지한다.
상기와 같이, 본 발명의 일 실시예에서 4단 구동구간을 일례를 들어 설명한 것이고, 단일 칩에 내장된 제1 내지 제4 발광셀 그룹은 순차 구동되므로 균일한 휘도를 구현할 수 있고, 동시에 규격화된 발광 다이오드에 의해 다양한 크기의 면광 및 조도를 구현할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 조명 장치에 적용한 예를 도시한 분해사시도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 다른 조명장치는 확산커버(1010), 발광 다이오드 모듈(1020) 및 바디부(1030)를 포함한다.
바디부(1030)는 발광 다이오드 모듈(1020)을 수용할 수 있고, 확산커버(1010)는 발광 다이오드 모듈(1020)의 상부를 커버할 수 있도록 바디부(1030) 상에 배치될 수 있다.
바디부(1030)는 발광 다이오드 모듈(1020)을 수용하고 지지하며, 발광 다이오드 모듈(1020)에 전원을 공급할 수 있는 형태이면 어떤 형태이든 제한되지 않는다. 일례로, 도시된 바와 같이, 바디부(1030)는 바디케이스(1031), 전원공급 장치(1033), 전원케이스(1035) 및 전원 접속부(1037)를 포함할 수 있다.
이때, 전원공급 장치(1033)는 전원케이스(1035) 내에 수용되어 발광 다이오드 모듈(1020)과 전기적으로 연결되고, 적어도 하나의 IC 칩을 포함할 수 있다. IC 칩은 발광 다이오드 모듈(1020)로 공급되는 전원의 특성을 조절, 변환 또는 제어할 수 있다.
전원케이스(1035)는 전원공급 장치(1033)를 수용하여 지지할 수 있고, 전원공급 장치(1033)가 내부에 수용된 전원케이스(1035)는 바디케이스(1031) 내부에 위치할 수 있다.
전원 접속부(1037)는 전원케이스(1035)의 하단에 배치되며, 전원케이스(1035)와 결속될 수 있다. 이에 따라 전원 접속부(1037)는 전원케이스(1035) 내부의 전원공급 장치(1033)와 전기적으로 연결되어 외부 전원이 전원공급 장치(1033)에 공급될 수 있는 통로 역할을 할 수 있다.
발광 다이오드 모듈(1020)은 기판(1023) 및 기판(1023) 상에 배치된 발광 다이오드(1021)를 포함한다. 발광 다이오드 모듈(1020)은 바디케이tm 상부에 구비되며, 전원공급 장치(1033)와 전기적으로 연결될 수 있다.
기판(1023)은 발광 다이오드(1021)를 지지할 수 있는 기판이면 제한되지 않고, 일례로, 배선을 포함하는 인쇄회로기판일 수 있다. 기판(1023)은 바디케이스(1031)에 안정적으로 고정될 수 있게 바디케이스(1031) 상부의 고정부에 대응하는 형태로 형성될 수 있다.
확산커버(1010)는 발광 다이오드(1021) 상에 배치되고, 바디케이스(1031)에 고정되어 발광 다이오드(1021)를 커버할 수 있다. 확산커버(1010)는 투광성 재질로 제조될 수 있고, 확산커버(1010)의 형태 및 광 투과성을 조절하여 조명 장치의 지향 특성을 조절할 수 있다. 그에 따라 확산커버(1010)는 조명 장치의 이용 목적 및 적용 형태에 따라 다양한 형태로 변형될 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이므로, 본 발명이 상기 실시예에만 국한되는 것으로 이해돼서는 안 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어야 할 것이다.
100: 발광 다이오드
110: 제1 발광셀 그룹 120: 제2 발광셀 그룹
130: 제3 발광셀 그룹 140: 제4 발광셀 그룹
124: 제1 도전형 반도체층 125: 제2 도전형 반도체층
126: 활성층 127: 제1 전극
129: 연결전극 131: 제1 절연층
133: 제2 절연층 135: 제3 절연층
171: 제1 상부전극 173: 제2 상부전극
1010: 확산커버 1020: 발광 다이오드 모듈
1021: 발광 다이오드 1023: 기판
1030: 바디부 1031: 바디케이스
1033: 전원공급 장치 1035: 전원케이스
1037: 전원 접속부

Claims (16)

  1. 기판; 및
    상기 기판 상에 위치하고, 복수의 발광셀이 직렬 접속된 적어도 둘 이상의 발광셀 그룹을 포함하며,
    상기 둘 이상의 발광셀 그룹은 각각 개별 구동되고, 서로 절연되도록 일정 간격 이격되며, 서로 상이한 면적을 갖고,
    상기 발광셀 그룹은,
    제1 반도체층, 활성층 및 제2 반도체층을 포함하고 상기 제1 반도체층이 노출되는 홈이 형성된 복수의 발광셀;
    상기 제2 반도체층 상에 위치하는 제1 전극;
    상기 제1 전극 및 제1 반도체층의 일부가 노출되도록 상기 복수의 발광셀을 덮는 절연층; 및
    상기 노출된 제1 전극 및 제1 반도체층의 일부와 전기적으로 접속된 연결전극을 포함하는 발광 다이오드.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 둘 이상의 발광셀 그룹은, 복수의 발광셀이 직렬 접속된 제1 발광셀 그룹; 상기 제1 발광셀 그룹과 개별 구동되는 복수의 발광셀이 직렬 접속된 제2 발광셀 그룹; 및 상기 제1 및 제2 발광셀 그룹과 개별 구동되는 복수의 발광셀이 직렬 접속된 제3 발광셀 그룹이고,
    상기 제1 발광셀 그룹은 상기 제2 및 제3 발광셀 그룹보다 넓은 면적을 갖는 발광 다이오드.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 발광셀 그룹은 상기 제2 및 제3 발광셀 그룹 사이에 배치된 발광 다이오드.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 및 제2 발광셀 그룹은 서로 인접하게 배열된 발광 다이오드.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 및 제2 발광셀 그룹은 상기 발광 다이오드의 중심부와 인접하게 배열된 발광 다이오드.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 발광셀 그룹은 상기 제3 발광셀 그룹보다 넓은 면적을 갖는 발광 다이오드.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 적어도 둘 이상의 발광셀 그룹은, 상기 제1 내지 제3 발광셀 그룹 및 상기 제1 내지 제3 발광셀 그룹과 상이한 면적을 갖는 제4 발광셀 그룹인 발광 다이오드.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제3 및 제4 발광셀 그룹은 상기 발광 다이오드의 양측 가장자리와 인접하게 배열된 발광 다이오드.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 발광셀 그룹은 서로 일정 간격 이격된 발광 다이오드.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 발광셀 그룹은 상기 제1 및 제4 발광셀 그룹 사이에 배치된 발광 다이오드.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 발광셀 그룹은 상기 제3 발광셀 그룹보다 넓은 면적을 갖고,
    상기 제3 발광셀 그룹은 상기 제4 발광셀 그룹보다 넓은 면적을 갖는 발광 다이오드.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 발광셀 그룹은 상기 제2 발광셀 그룹보다 긴 발광 구간을 갖는 발광 다이오드.
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 발광셀 그룹은 상기 제3 발광셀 그룹보다 긴 발광 구간을 갖는 발광 다이오드.
  14. 청구항 7에 있어서,
    상기 제3 발광셀 그룹은 상기 제4 발광셀 그룹보다 긴 발광 구간을 갖는 발광 다이오드.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광셀 그룹은 교류전원에 의해 구동되고,
    상기 교류전원의 구동전압이 증가하면 상기 둘 이상의 발광셀 그룹 중 발광되는 발광셀 그룹의 수가 증가하며, 상기 교류전원의 구동전압이 감소하면 상기 둘 이상의 발광셀 그룹 중 발광되는 발광셀 그룹의 수가 감소하는 발광 다이오드.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전극은, 상기 제2 반도체층과 오믹 컨택하는 오믹층 및 반사층을 포함하는 발광 다이오드.
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