(57)【要約】単一基板上に直列に接続された複数の垂直型発光セルを有する第１アレイと、前記単一基板上に直列に接続された他の複数の垂直型発光セルを有し、前記第１アレイとは逆並列で接続される第２アレイと、を備える発光素子が開示される。前記第１及び第２アレイ内の垂直型発光セルのそれぞれは、下面に第１電極パッドと上面に第２電極パッドを有し、前記第１アレイ内の垂直型発光セルの第１電極パッドと前記第２アレイ内の垂直型発光セルの第１電極パッドとの間を電気的に接続する接続部が設けられる。
2010514198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一基板上に直列に接続された複数の垂直型発光セルを有する少なくとも一つの第１アレイと、
前記単一基板上に直列に接続された他の複数の垂直型発光セルを有し、前記第１アレイとは逆並列に接続される少なくとも一つの第２アレイと、を備え、
前記第１及び第２アレイ内の前記垂直型発光セルのそれぞれは、下面に第１電極パッドと上面に第２電極パッドを有し、
前記第１アレイ内の前記垂直型発光セルの前記第１電極パッドと前記第２アレイ内の前記垂直型発光セルの前記第１電極パッドとの間を電気的に接続する接続部が設けられたことを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記第１アレイ内の前記垂直型発光セルの数と前記第２アレイ内の前記垂直型発光セルの数が、同一であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記接続部は、前記第１電極パッドと同じ材料で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記接続部は、前記第１電極パッドと同時に形成されたことを特徴とする請求項３に記載の発光素子。
【請求項５】
前記接続部によって互いに接続される前記第１アレイの前記第１電極パッド及び前記第２アレイの前記第１電極パッドは、互いに近接して配置されたことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のセルを有する発光素子に関し、より詳しくは、単一基板上に複数の垂直型発光セルが配列された発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、半導体のｐｎ接合構造を用いて注入された少数キャリア（電子または正孔）を生成し、キャリアの再結合によって所定の光を放出する素子である。このようなＬＥＤは、表示素子又はバックライトとして用いられており、最近、これを一般照明用途に適用するための研究が盛んである。
【０００３】
このようにＬＥＤが一般照明用途に適用されると、既存の電球または蛍光灯に比べて、低消費電力、長寿命となる。すなわち、ＬＥＤの消費電力が既存の照明装置に比べて数〜数十分の一に過ぎず、寿命が数〜数十倍になり、消費電力の節減と耐久性の面で優れている。
【０００４】
一般に、ＬＥＤを照明に用いるためには、別途のパッケージング工程を通じて発光素子を形成し、複数の発光素子をワイヤボンディングを介して直列接続し、保護回路及びＡＣ／ＤＣコンバータを設置して、ランプの形状に作製される。
【０００５】
図１は、従来の発光装置を説明するための概念図である。
【０００６】
図１を参照すると、発光チップがそれぞれ実装された複数の発光素子１を直列に接続して、一般照明用途の発光装置を作製していた。このため、複数の発光素子１を直列に配列して、金属配線工程を通じて、それぞれ異なる発光素子１の内部の発光チップを電気的に直列に接続していた。このような、製造工程に関しては、特許文献１に開示されている。しかしながら、特許文献１の技術で照明用途の発光装置を製造した場合、多数の素子の一つずつに金属配線工程を行わなければならないので、工程数が多くなるだけでなく、工程が複雑となるという問題が生じる。また、工程数が増加するほど、これによる不良の発生率も高くなり、量産を妨げている。また、所定の衝撃により、金属配線が短絡し、発光素子の動作が停止する場合がある。また、個々の発光素子が直列で接続されると、占める空間が大きくなり、ランプのサイズが相当に大きくなるという短所がある。
【０００７】
上述した素子レベルアレイの発光チップではなく、ウエハレベルアレイでのマイクロチップに関しては、特許文献２に開示されている。特許文献２は、表示装置に関するものであり、それぞれの画素に発光を誘導するＬＥＤが配置されるように、発光セルをマトリクス状に配列する。しかし、上述したマトリクス状に配列された構造の素子を発光させるためには、縦方向と横方向にそれぞれ異なる電気的信号を印加しなければならないだけでなく、電気的信号をアドレス方式で印加しなければならないので、これを制御することが極めて困難である。また、マトリクス状の配列により、配線間の断線が懸念され、配線同士が重複する領域に多くの干渉が発生するようになる。また、上述したマトリクス状の構造では、高電圧が印加される照明用発光装置に適用することができないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，４６３，２８０号明細書
【特許文献２】韓国公開特許第２００４−９８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、単一基板上に配列された複数の垂直型発光セルが交流で駆動可能な発光素子を提供することを目的とする。
【００１０】
また、ウエハレベルで複数の発光セルを電気的に接続するので、パッケージの製造工程を単純化し、不良率を減少させることができ、量産に有利な複数のセルが配列された発光素子を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様による発光素子は、単一基板上に直列に接続された複数の垂直型発光セルを有する少なくとも一つの第１アレイと、前記単一基板上に直列に接続された他の複数の垂直型発光セルを有し、前記第１アレイとは逆並列で接続される少なくとも一つの第２アレイと、を備える。前記第１及び第２アレイ内の垂直型発光セルのそれぞれは、下面に第１電極パッドと上面に第２電極パッドを有し、前記第１アレイ内の垂直型発光セルの第１電極パッドと前記第２アレイ内の垂直型発光セルの第１電極パッドとの間を電気的に接続する接続部が設けられる。
【００１２】
好ましくは、前記第１アレイ内の発光セルの数と前記第２アレイ内の発光セルの数は、同一であってもよい。
【００１３】
好ましくは、前記接続部は、第１電極パッドと同じ材料で形成されてもよく、より好ましくは、前記接続部は、前記第１電極パッドと同時に形成されてもよい。
【００１４】
好ましくは、前記接続部によって互いに接続される前記第１アレイの第１電極パッド及び前記第２アレイの第１電極パッドが、互いに隣接して配置されてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によると、複数の垂直型の発光セルが直列に接続された発光セルブロックを有する発光素子を用いて、照明用に使用可能な発光装置を製造することができる。
【００１６】
また、ウエハレベルで複数の発光セルを電気的に接続するので、高圧電源または家庭用交流電源で発光可能な発光素子を製造することができる。
【００１７】
また、複数の発光セルが基板上に電気的に接続された発光素子を用いるので、照明用発光装置の製造工程を単純化でき、照明用発光装置の製造の際に発生する不良率を減らすことができ、照明用発光装置を量産することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、従来の発光装置を説明するための概念図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る発光素子を説明するための断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る発光素子を部分的に示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係る発光セルを示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に係る発光素子を説明するための平面図である。
【図６】図６は、図５のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付した図面に基づき、本発明の好適な実施形態について詳述する。しかしながら、本発明は、以下に開示される実施形態に限定されるものではなく、相違した様々な形態に具現され、単に、これらの実施形態は、本発明の開示を十分にし、通常の知識を有する者に発明の範囲を十分に知らせるために提供されるものである。図面において同一の符号は、同一の要素を指す。
【００２０】
図２は、本発明の一実施形態に係る発光素子を説明するための断面図であり、図３は、本発明の一実施形態に係る発光素子を部分的に示す断面図であり、図４は、本発明の一実施形態に係る発光セルを示す断面図である。
【００２１】
図２を参照すると、垂直型発光積層体２００は、基板１０上に、発光半導体層３０と、発光半導体層３０の上面及び下面にそれぞれ形成された第１及び第２電極パッド２０、４０とが配置される。
【００２２】
本実施形態では、基板１０として、シリコン基板を用いた。勿論、本発明はこれに限定されず、絶縁性基板を用いてもよく、シリコン基板以外の半導体特性を有する基板１０を用いてもよく、熱伝導性に優れた基板１０を用いてもよい。導電性の基板を用いる場合は、絶縁のために、その上面に絶縁層が形成される。
【００２３】
図４に示すように、垂直型発光積層体２００は、ベース基板３２、第１下層導電型半導体層３４、及び第２上層導電型半導体層３６を有する発光半導体層３０と、発光半導体層３０の上面及び下面にそれぞれ形成された第１及び第２電極パッド（ｎ型電極パッド及びｐ型電極パッド、または、ｐ型電極パッド及びｎ型電極パッド）２０及び４０とを有する。このため、ベース基板３２上に第１導電型半導体層３４と第２導電型半導体層３６を順次形成し、ベース基板３２の下面に第１電極パッド２０を形成し、第２導電型半導体層３６の上面に第２電極パッド４０を形成する。
【００２４】
発光半導体層３０は、上述したものに限定されず、バッファ層（図示せず）及び／または活性層（図示せず）をさらに有してもよく、この場合、これらのバッファ層や活性層は、第１導電型半導体層３４や第２導電型半導体層３６の一部の層としてもよい。
【００２５】
その後、発光積層体２００は、所定のペースト（図示せず）を用いて基板１０に接着される。勿論、発光積層体２００と基板１０は、所定のペーストを用いる方法以外の様々なボンディング方法を用いて、接着してもよい。
【００２６】
その後、所定のエッチング工程を通じて、垂直型発光積層体２００の第２電極パッド４０、発光半導体層３０、及び第１電極パッド２０の一部をエッチングし、基板１０上に図３に示すような構造の発光セル１００を形成する。ここで、同一のアレイ内の、すなわち、後述する第１アレイ１０００（図５参照）内、または第２アレイ２０００（図６参照）内の発光セル１００は、互いに電気的に分離されるように第１電極パッド２０まで下方にエッチングされる。異なるアレイ間（すなわち、第１アレイと第２アレイとの間）において、互いに隣接した発光セルは、第１電極パッドが延在して形成された接続部６０（図５及び図６参照）によって電気的に接続される。この場合、接続部６０は、エッチング工程において、隣接したアレイ間を電気的に接続するために除去せずに残した部分としてもよい。
【００２７】
また、同一のアレイ内の発光セル１００の下部に形成された第１電極パッド２０の一部を露出させ、その後、所定の配線工程を通じて、同一のアレイ内の発光セル１００の電極同士が接続される。すなわち、同一のアレイ内では、一つの発光セル１００の露出した第１電極パッド２０は、それに隣接した他の発光セル１００の第２電極パッド４０に、配線５０で接続される。これにより、同一のアレイ内の発光セル１００は、直列に接続されてもよい。この場合、隣接した発光セル１００の第１電極パッドと第２電極パッドとを、電気的に接続する導電性配線５０はエアブリッジ工程またはステップカバー工程等の工程により形成される。
【００２８】
図５は、本発明の一実施形態による発光素子を説明するための平面図であり、図６は、図５のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【００２９】
図５及び図６を参照すると、単一基板１０上に、それぞれ複数の垂直型発光セル１００が直列に接続された第１アレイ１０００と第２アレイ２０００が形成され、第１アレイ１０００と第２アレイ２０００は、両端に形成された電極パッドを用いて、互いに逆並列で接続されている。また、第１アレイ１０００内の一つの発光セルの下部に配置された第１電極パッド２０と、それに隣接した第２アレイ２０００内の一つの発光セルの下部に配置された第１電極パッド２０とは、接続部６０を介して互いに接続されている。
【００３０】
接続部６０は、図２に示した発光積層体２００の第１電極パッド２０をエッチングするとき、エッチングされない部分であってもよい。これにより、接続部６０と第１電極パッド２０は、同一の材料で同時に形成されたものであってもよい。
【００３１】
上述した本発明の実施形態では、ＳｉＣ基板３２上にｎ−ＧａＮ層３４及びｐ−ＧａＮ層３６を順次積層した発光積層体２００の上面及び下面に、それぞれ第１及び第２電極パッドを形成し、これを基板（例えば、シリコン基板）に接着した後、所定のエッチング工程を行って発光セルを形成した。しかしながら、本発明は、このような方法に限定されるものではなく、例えば、本発明の垂直型発光素子では、マザー基板上にｎ−ＧａＮ層、ｐ−ＧａＮ層、及び第２電極パッドを有する積層体を形成し、これをエッチングした後、基板と対向する発光層の表面にサブマウント基板をボンディングし、次いで、マザー基板を積層体から分離した後、さらに基板上に第１電極パッドが形成された基板をボンディングすることにより、本発明の垂直型発光素子を形成してもよい。
【００３２】
また、本発明の発光素子を構成する垂直型発光セル１００の個数は、交流電圧の値に応じて構成することが好ましい。すなわち、本発明では、単一の発光セル１００を駆動するための電圧／電流と、照明用発光素子に印加される交流駆動電圧に応じて、直列接続される発光セル１００の個数を変更してもよい。勿論、好ましくは、１０〜１０００個の発光セルを直列に接続してもよい。より好ましくは、３０〜７０個の発光セルを直列に接続することが効果的である。例えば、家庭用の２２０Ｖの交流電源に接続して一定の駆動電流を流す場合は、３．３Ｖ駆動のＬＥＤセルを６６個又は６７個単位で直列に接続することにより、発光素子が製造される。また、家庭用の１１０Ｖの交流電源に接続して一定の駆動電流を流す場合は、３．３Ｖ駆動のＬＥＤセルを３３個又は３４個単位で直列に接続することにより、発光素子が作製される。本発明では、第１アレイ及び第２アレイ内の垂直型発光セル１００の個数が同一であることがさらに好ましい。
【符号の説明】
【００３３】
１：発光素子、１０：基板、２０：第１電極パッド、４０：第２電極パッド、３０：半導体層、３２：ベース基板、３４：第１導電型半導体層、３６：第２導電型半導体層、５０：配線、６０：接続部、１００：発光セル、２００：発光積層体
【図１】
2010514198.tif 000003
【図２】
2010514198.tif 000004
【図３】
2010514198.tif 000005
【図４】
2010514198.tif 000006
【図５】
2010514198.tif 000007
【図６】
2010514198.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成21年8月20日(2009.8.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一基板上に直列に接続された複数の垂直型発光セルを有する少なくとも一つの第１アレイと、
前記単一基板上に直列に接続された他の複数の垂直型発光セルを有し、前記第１アレイとは逆並列に接続される少なくとも一つの第２アレイと、を備え、
前記第１及び第２アレイ内の前記垂直型発光セルのそれぞれは、下面に第１電極パッドと上面に第２電極パッドを有し、
前記第１アレイ内の前記垂直型発光セルの前記第１電極パッドと前記第２アレイ内の前記垂直型発光セルの前記第１電極パッドとの間を電気的に接続する接続部が設けられたことを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記第１アレイ内の前記垂直型発光セルの数と前記第２アレイ内の前記垂直型発光セルの数が、同一であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記接続部は、前記第１電極パッドと同じ材料で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記接続部は、前記第１電極パッドと同時に形成されたことを特徴とする請求項３に記載の発光素子。
【請求項５】
前記接続部によって互いに接続される前記第１アレイの前記第１電極パッド及び前記第２アレイの前記第１電極パッドは、互いに近接して配置されたことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項６】
前記第１アレイ及び前記第２アレイの両端に電極パッドを形成し、前記電極パッドを用いて前記第１アレイ及び前記第２アレイを互いに逆並列に接続したことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項７】
直列に接続した複数の垂直型発光セルを有する少なくとも一つの第１アレイを単一基板上に形成し、
直列に接続した他の複数の垂直型発光セルを有する少なくとも一つの第２アレイを前記第１アレイとは逆並列に前記単一基板上に形成し、
前記第１及び第２アレイ内の前記垂直型発光セルのそれぞれは、下面に第１電極パッドと上面に第２電極パッドを形成し、
前記第１アレイ内の前記垂直型発光セルの前記第１電極パッドと前記第２アレイ内の前記垂直型発光セルの前記第１電極パッドとの間を電気的に接続する接続部を形成したことを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記第１アレイ内の前記垂直型発光セルの数と前記第２アレイ内の前記垂直型発光セルの数が、同一であることを特徴とする請求項７に記載の発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記接続部は、前記第１電極パッドと同じ材料で形成したことを特徴とする請求項７に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記接続部は、前記第１電極パッドと同時に形成したことを特徴とする請求項９に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記接続部によって互いに接続される前記第１アレイの前記第１電極パッド及び前記第２アレイの前記第１電極パッドは、互いに近接して配置したことを特徴とする請求項７に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第１アレイ及び前記第２アレイの両端に電極パッドを形成し、前記電極パッドを用いて前記第１アレイ及び前記第２アレイを互いに逆並列に接続したことを特徴とする請求項７に記載の発光素子の製造方法。
【国際調査報告】
2010514198.tif 000009
2010514198.tif 000010