特許 5993896 発光装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5993896

(24)【登録日】2016年8月26日

(45)【発行日】2016年9月14日

(54)【発明の名称】発光装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/00 20100101AFI20160901BHJP

   H01L 33/32 20100101ALI20160901BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/00 J

   H01L33/32

【請求項の数】10

【全頁数】28

(21)【出願番号】特願2014-125814(P2014-125814)

(22)【出願日】2014年6月18日

(62)【分割の表示】特願2012-152205(P2012-152205)の分割

【原出願日】2006年5月9日

(65)【公開番号】特開2014-195123(P2014-195123A)

(43)【公開日】2014年10月9日

【審査請求日】2014年7月17日

(31)【優先権主張番号】10-2005-0056175

(32)【優先日】2005年6月28日

(33)【優先権主張国】KR

(31)【優先権主張番号】10-2005-0104952

(32)【優先日】2005年11月3日

(33)【優先権主張国】KR

(31)【優先権主張番号】10-2005-0126872

(32)【優先日】2005年12月21日

(33)【優先権主張国】KR

(31)【優先権主張番号】10-2005-0126873

(32)【優先日】2005年12月21日

(33)【優先権主張国】KR

(31)【優先権主張番号】10-2005-0126904

(32)【優先日】2005年12月21日

(33)【優先権主張国】KR

(31)【優先権主張番号】10-2006-0013322

(32)【優先日】2006年2月11日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】506029004

【氏名又は名称】ソウル バイオシス カンパニー リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＳＥＯＵＬ ＶＩＯＳＹＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】110000408

【氏名又は名称】特許業務法人高橋・林アンドパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】リ，ジョン フン

(72)【発明者】

【氏名】スペック，ジェームス，エス．

(72)【発明者】

【氏名】キム，ホン サン

(72)【発明者】

【氏名】キム，ゼ ゾ

(72)【発明者】

【氏名】キム，ソン ハン

(72)【発明者】

【氏名】リ，ゼ ホ

【審査官】 高椋 健司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−０６９０８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００４／０８２０３２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−３２００２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００４／０２３５６８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−１４９８２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１９８８４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０７３８１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００−３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光装置であり、
並列に電気的に接続された複数のアレイを含む発光ダイオード（ＬＥＤ）チップと、
前記ＬＥＤチップを覆う、第１の蛍光体と第２の蛍光体とを含む透明な部材と、
を備え、
前記複数のアレイは、各々が異なる個数で直列に電気的に接続された発光セルを有し、
前記第１の蛍光体は、前記発光セルの発光により励起し、可視光の範囲において発光をする遅延蛍光体であり、
前記第１の蛍光体は、前記第２の蛍光体の残光時間よりも、長い残光時間を有し、
前記複数のアレイは、前記発光装置が動作する間に周期的に、前記発光セルの数が少ない前記アレイから順次にターンオンされ、前記発光セルの数が多い前記アレイから順次にターンオフされ、
前記第１の蛍光体は、前記発光セルがターンオフした後の第１の時間の間、発光し、前記第２の蛍光体は、前記発光セルがターンオフした後の第２の時間の間、発光し、前記第１の時間の間は、前記第２の時間の間よりも長いことを特徴とする発光装置。

【請求項2】

前記ＬＥＤチップは、青色光を発光し、前記発光装置は、前記青色光を前記遅延蛍光体からの可視光と前記第２の蛍光体からの可視光とを混合して、白色光を発光することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。

【請求項3】

前記第２の蛍光体は、黄色光また緑色光を発光することを特徴とする請求項２に記載の発光装置。

【請求項4】

前記ＬＥＤチップは、紫外光を発光し、前記発光装置は、前記遅延蛍光体からの可視光と前記第２の蛍光体からの可視光とを混合して、白色光を発光することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。

【請求項5】

前記第２の蛍光体は、赤色、緑色および青色の蛍光体のいずれかであることを特徴とする請求項４に記載の発光装置。

【請求項6】

前記遅延蛍光体は、１ミリ秒以上の残光時間を有し、前記残光時間は、前記発光セルが遮断された後の、初期値の１０％になるのに要する時間であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。

【請求項7】

前記遅延蛍光体は、８ミリ秒以上の残光時間を有し、前記残光時間は、前記発光セルが遮断された後の、初期値の１０％になるのに要する時間であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。

【請求項8】

さらにブリッジ整流器を備える請求項１に記載の発光装置。

【請求項9】

前記ブリッジ整流器は、ダイオードを有し、ダイオードは前記発光セルであることを特徴とする請求項８に記載の発光装置。

【請求項10】

前記第１の蛍光体は、前記発光セルがオフとなっている期間の実質的にすべての期間において発光し、前記第２の蛍光体は、前記発光セルがオンとなっている期間の実質的にすべての期間において発光し、前記発光セルがオフとなっている期間の実質的にすべての期間において発光しないことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発光素子に関し、より詳しくは、直列に連結された発光セルのアレイを備える交流用発光素子に関する。

【背景技術】

【0002】

発光ダイオードは、ｎ型半導体とｐ型半導体が互いに接合された構造を有するエレクトロルミネッセンス素子であり、電子と正孔の再結合により光を発散する。このような発光ダイオードは、ディスプレイ素子およびバックライトとして広く用いられている。また、発光ダイオードは、既存の電球または蛍光灯に比べ、消耗電力が小さく、寿命が長く、白熱電球および蛍光灯を代えて、一般の照明用途としてその使用領域を広げている。

【0003】

発光ダイオードは、交流電源下で、電流の方向によりオン／オフを繰り返す。したがって、発光ダイオードを交流電源に直接連結して使用する場合、発光ダイオードが連続的に光を放出せず、逆方向電流により破損しやすいという問題点があった。

【0004】

このような発光ダイオードの問題点を解決して、高電圧交流電源に直接連結して使用可能な発光ダイオードが、国際公開番号ＷＯ２００４／０２３５６８（Ａ１）号に「発光成分を有する発光素子」（ＬＩＧＨＴ−ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＥＶＩＣＥ ＨＡＶＩＮＧ Ｌ
ＩＧＨＴ−ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＥＬＥＭＥＮＴＳ）という題目で、サカイ等により開示さ
れたことがある。

【0005】

前記国際公開番号ＷＯ２００４／０２３５６８（Ａ１）号によると、ＬＥＤ等がサファイア基板のような絶縁性基板上に二次元的に直列連結され、ＬＥＤアレイを形成する。このような二つのＬＥＤアレイが、前記サファイア基板上にて逆並列で連結される。その結果、交流電源により駆動される単一チップ発光素子が提供される。

【0006】

図１および図２は、従来技術による直列連結された発光セルを有する発光素子を説明するための概略的な回路図であり、図３は、従来技術による発光ダイオードの時間による駆動電圧および電流を説明するための概略的なグラフであり、図４は、従来技術による発光ダイオードの駆動電圧および発光量を説明するための概略的なグラフである。

【0007】

図１および図２を参照すると、発光セルＣ１〜Ｃｎが直列で連結されてアレイを構成する。このようなアレイが単一チップ（図２の１５）内に二つ以上設けられ、これらのアレイが互いに逆並列で連結される。一方、前記アレイの両端に交流電圧電源（図２の１０）が連結される。図２に示すように、交流電源１０と発光ダイオード１５との間に外部抵抗Ｒ１が接続される。

【0008】

前記交流電圧電源の１／２サイクルの間、前記アレイの発光セルＣ_１〜Ｃ_ｎが動作し、他の１／２サイクルの間、前記アレイに逆並列で連結された他のアレイが動作する。これにより、交流電圧電源により、前記アレイが交互に動作するようになる。

【0009】

しかしながら、前記直列された発光セルは、交流電圧により同時にターンオンされ、同時にターンオフされる。したがって、前記交流電圧が前記発光セルのしきい電圧の合計よりも大きい値となるとき、前記発光セルを介して電流が流れ始める。すなわち、前記発光セルは、前記交流電圧が前記しきい電圧の合計以上となるとき、同時にターンオンされ始め、前記しきい電圧の合計未満である場合、同時にターンオフされる。

【0010】

図３を参照すると、交流電圧が所定値となる前に、前記発光セルは、ターンオンされず、電流が流れない。一定の時間が経過し、前記交流電圧が所定値となった場合、前記発光セルのアレイを介して電流が流れ始める。一方、交流電圧がさらに増加し、時間がＴ／４であるとき、電流は最大値を有し、その後減少する。一方、交流電圧が所定値未満である場合、発光セルがターンオフされ、電流が流れない。したがって、前記発光セルを介して電流が流れる時間は、Ｔ／２に比べて相対的に短い。

【0011】

図４の（ａ）および（ｂ）を参照すると、発光セルは、所定の電流が流れるときに光を放出する。したがって、前記発光セルを駆動して光を放出する有効時間は、前記発光セルを介して電流が流れる時間よりもさらに短くなる。

【0012】

光が放出される有効時間が短くなることにより、光出力が減少し、有効時間を増加させるために、駆動電圧のピーク値をさらに増加させることができる。しかしながら、この場合、外部抵抗Ｒ１での電力消耗が増加し、駆動電圧の増加により電流が増加する。電流の増加は、発光セルの接合温度の増加をもたらし、接合温度の増加は、発光セルの発光効率を減少させる。

【0013】

また、交流電源の電圧がアレイ内の発光セルのしきい電圧を超えた場合に限って発光セルが動作するので、発光セルは、交流電源の位相変化よりも遅く動作する。したがって、基板上において連続的に均一な光が放出されず、明滅現象（ちらつき）が発生する。このようなちらつきは、光源から一定の距離離れて動く物体を観察するときに目立たれ、たとえ、目視で観察されなくても、照明用として長時間使用する場合、目の疲労を引き起こすこともある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

本発明の目的は、明滅現象を防止または緩和することができ、交流電圧の位相変化に対応して、光を放出する時間が増加された交流用発光素子を提供することにある。
本発明の他の目的は、従来技術に比べ、低電流動作が可能であり、発光効率を改善することができる発光素子を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0015】

上述した技術的課題を達成するために、本発明は、直列に連結された発光セルのアレイを有する交流用発光素子を提供する。本発明の一態様は、アレイ内の発光セルが順次にターンオンおよびターンオフされる発光素子を提供する。本発明の一態様による前記発光素子は、直列に連結された発光セルのアレイを有する発光ダイオードチップと、前記発光セル間のノードにそれぞれ連結されたスイッチングブロックと、を備える。前記アレイが交流電圧電源に連結されて駆動されるとき、前記スイッチングブロックにより、前記発光セルが順次にターンオンおよびターンオフされる。前記発光セルが順次にターンオンおよびターンオフされるので、発光セルが光を放出する全体的な有効時間を増加させることができる。

【0016】

前記スイッチングブロックは、前記アレイのソース端子およびグランド端子に連結されてもよい。このとき、第ｎのスイッチングブロックは、前記ソース端子とグランド端子の電圧差Ｖ_ａｃが、所定電圧×ｎ乃至所定電圧×（ｎ＋１）の範囲にあるとき、前記第ｎのスイッチングブロックが連結されたノードと前記グランド端子を短絡させ、前記電圧差Ｖ_ａｃが前記所定電圧×（ｎ＋１）以上である場合、前記各ノードと前記グランド端子を開放させる。これにより、交流電圧が増加する場合、前記スイッチングブロックが順次に短絡および開放を繰り返し、前記発光セルが順次にターンオンされ、交流電圧が減少する場合、前記発光セルが順次にターンオフされる。

【0017】

前記所定電圧は、基準電流での前記発光セルの順方向電圧であってもよい。これにより、前記発光セルを流れる電流を基準電流に近い電流で一定に維持することができる。したがって、前記基準電流を調節し、前記発光セルの発光効率を向上させることができる。前記基準電流は、例えば１５乃至２０ｍＡであってもよい。
前記発光セルは、ターンオンされた順序の逆順でターンオフされてもよく、これとは異なり、ターンオンされた順にターンオフされてもよい。
前記発光セルのそれぞれは、ｎ型半導体層、ｐ型半導体層、および前記ｎ型およびｐ型半導体層間に介在された活性層を含んでもよい。また、前記半導体層は、窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体物質で形成されてもよい。

【0018】

一方、前記発光ダイオードチップは、前記直列連結された発光セルのアレイ以外に、他の直列連結された発光セルのアレイをさらに含んでもよい。これらのアレイは、互いに逆並列で連結される。前記他の直列連結された発光セルのアレイ内の発光セルのノードにも、スイッチングブロックがそれぞれ連結されてもよい。このとき、前記直列連結された発光セルのアレイ内の発光セルのノードに連結されたスイッチングブロックが、前記他のアレイ内の発光セルのノードに連結されてもよい。

【0019】

本発明の他の態様は、それぞれ異なる個数で直列連結された発光セルを有し、互いに並列連結された複数のアレイを備える交流用発光素子を提供する。本態様による交流用発光素子は、基板を含む。複数の第１のアレイが、前記基板上に位置する。前記第１のアレイは、それぞれ異なる個数で直列連結された発光セルを有し、互いに並列連結される。また、複数の第２のアレイが、前記基板上に位置する。前記第２のアレイは、それぞれ異なる個数で直列連結された発光セルを有し、前記第１のアレイに逆並列連結される。これにより、交流電源の下で、前記アレイが順次にターンオンおよびその逆順でターンオフを繰り返し、明滅現象を緩和することができ、光放出時間を増加させることができる交流用発光素子を提供することができる。

【0020】

いくつかの実施例において、前記発光素子は、交流電源の電圧レベルに応じて、前記複数の第１のアレイおよび複数の第２のアレイのそれぞれの発光を制御するスイッチングブロックを含んでもよい。前記スイッチングブロックは、交流電源の電圧レベルに応じて、選択的に前記アレイの発光を制御する。このとき、前記第１のアレイおよび第２のアレイの一端子は、第１の電源連結端子に共通して接続され、他の端子は、第２の電源連結端子にそれぞれ接続されてもよい。これに加えて、前記スイッチングブロックは、前記第２の電源連結端子と交流電源との間に接続され、前記交流電源の電圧レベルに応じて電流経路を形成し、前記アレイの発光を制御することができる。

【0021】

いくつかの実施例において、前記第２のアレイは、それぞれ前記第１のアレイに対応する個数の発光セルを有してもよい。したがって、交流電源の位相変化に応じて、同一の光出力および発光スペクトルを有する発光素子を提供することができる。また、前記第１および第２のアレイは、発光セルの個数が多いアレイであるほど、さらに大きい発光セルを有してもよい。

【0022】

いくつかの実施例において、第１のレジスタが前記第１のアレイのそれぞれに直列連結されてもよい。また、第２のレジスタが前記第２のアレイのそれぞれに直列連結されてもよい。前記第１および第２のレジスタは、前記第１および第２のアレイに過電流が流れることを防止するために採用される。

【0023】

前記第１のレジスタは、異なる抵抗値を有してもよく、前記第２のレジスタもまた、異なる抵抗値を有してもよい。前記第１のレジスタおよび第２のレジスタは、抵抗値が大き
いレジスタが、発光セルの個数が少ないアレイに連結される方式で、前記第１および第２のアレイにそれぞれ直列に連結される。これにより、先ずターンオンされたアレイにおいて過電流が流れることを防止することができる。

【0024】

一方、前記第２のレジスタは、それぞれ前記第１のレジスタに対応する抵抗値を有してもよい。これにより、交流電源の位相変化に応じて、同一の光出力および発光スペクトルを示す発光素子を提供することができる。

【0025】

前記第１のレジスタおよび第２のレジスタの代わりに、共通レジスタが前記第１のアレイおよび前記第２のアレイに共通して直列連結されてもよい。これにより、発光セルの個数差によってアレイが順次動作され、各アレイに共通レジスタが連結されるので、レジスタを連結する工程が単純化される。

【0026】

前記レジスタまたは共通レジスタは、前記基板上にまたは基板の外部に位置してもよい。すなわち、前記レジスタまたは共通レジスタは、発光ダイオードチップの内部に形成されてもよく、これとは異なり、別個の抵抗素子に形成され、前記アレイに連結されてもよい。

【0027】

一方、前記第１のアレイおよび第２のアレイのそれぞれにおいて、発光セルの個数が最も少ないアレイ内の発光セルが、個数が最も多いアレイ内の発光セルに比べて、発光強度が大きくてもよい。これにより、交流電源の下で、前記アレイが順次にターンオンおよびその逆順でターンオフを繰り返し、光放出時間を増加させることができ、初期にターンオンされるアレイの発光強度が大きく、明滅現象を緩和することができる交流用発光素子を提供することができる。

【0028】

前記個数が最も少ないアレイ内の発光セルは、粗表面を有し、前記個数が最も多いアレイ内の発光セルに比べて、発光強度が大きくてもよい。発光セルの粗表面は、屈折率差による全反射を防止し、外部に放出される光の抽出効率を向上させ、これにより、発光セルの発光強度が向上する。

【0029】

粗表面を有する発光セルは、前記第１のアレイおよび第２のアレイのそれぞれにおいて、そのアレイ数の１／２のアレイを構成することができ、この場合、粗表面を有する発光セルのアレイは、相対的に発光セルの数が少ないアレイである。一方、粗表面を有する発光セルのアレイは、前記第１のアレイおよび第２のアレイのそれぞれにおいて、発光セルの数が最も少ないアレイに限定されてもよい。

【0030】

一方、前記個数が最も少ないアレイ内の発光セルは、傾斜した側面を有し、前記個数が最も多いアレイ内の発光セルに比べて、発光強度が大きくてもよい。傾斜した側面は、光抽出効率を向上させ、発光セルの発光強度を増加させる。

【0031】

傾斜した側面を有する発光セルは、前記第１のアレイおよび第２のアレイのそれぞれにおいて、そのアレイ数の１／２のアレイを構成することができ、この場合、傾斜した側面を有する発光セルのアレイは、相対的に発光セルの数が少ないアレイである。一方、傾斜した側面を有する発光セルのアレイは、前記第１のアレイおよび第２のアレイのそれぞれにおいて、発光セルの数が最も少ないアレイに限定されてもよい。

【0032】

本発明のまた他の態様は、ブリッジ整流器を有する交流用発光素子を提供する。
本態様による交流用発光素子は、基板を含む。複数のアレイが、前記基板上に位置する。前記複数のアレイは、それぞれ異なる個数で直列連結された発光セルを有し、互いに並列連結される。これに加えて、ブリッジ整流器が前記複数のアレイに連結される。前記ブ
リッジ整流器の二つのノードが、それぞれ前記アレイの両端部に連結される。これにより、前記ブリッジ整流器により整流された電流により、前記アレイが駆動される交流用発光素子を提供することができ、発光セルの個数差により、順次にターンオンおよびその逆順でターンオフを繰り返す発光素子を提供することができる。

【0033】

前記ブリッジ整流器は、前記基板上に位置してもよい。これにより、前記ブリッジ整流器は、前記発光セルと一緒に形成されてもよい。これとは異なり、別個のブリッジ整流器が設けられ、前記アレイに連結されてもよい。

【0034】

いくつかの実施例において、スイッチングブロックが、前記アレイの一端部と、前記ブリッジ整流器の一つのノードとの間に接続されてもよい。前記スイッチングブロックは、交流電源の電圧レベルに応じて、前記複数のアレイのそれぞれの発光を制御する。

【0035】

いくつかの実施例において、レジスタが前記ブリッジ整流器と前記複数のアレイとの間に位置し、前記複数のアレイのそれぞれに直列連結されてもよい。前記レジスタは、前記アレイに過電流が流れることを防止する。

【0036】

前記レジスタは、異なる抵抗値を有してもよい。このとき、抵抗値が大きいレジスタが発光セルの個数が少ないアレイに連結される方式で、前記レジスタが前記複数のアレイにそれぞれ直列連結される。これにより、先ずターンオンされたアレイにおいて過電流が流れることを防止することができる。

【0037】

前記複数のレジスタの代わりに、共通レジスタが、前記複数のアレイに共通して直列連結されてもよい。共通レジスタを採用する場合、レジスタを連結する工程を単純化することができる。

【0038】

一方、前記複数のアレイは、発光セルの個数が多いアレイであるほど、さらに大きい発光セルを有してもよい。

【0039】

いくつかの実施例において、前記複数のアレイにおいて、発光セルの個数が最も少ないアレイ内の発光セルが、個数が最も多いアレイ内の発光セルに比べて、発光強度が大きくてもよい。例えば、前記個数が最も少ないアレイ内の発光セルは、粗表面を有し、前記個数が最も多いアレイ内の発光セルに比べて、発光強度が大きくてもよい。または、前記個数が最も少ないアレイ内の発光セルは、傾斜した側面を有し、前記個数が最も多いアレイ内の発光セルに比べて、発光強度が大きくてもよい。

【0040】

本発明のまた他の態様は、遅延蛍光体を有する交流用発光素子を提供する。本態様による交流用発光素子は、複数の発行セルを有する発光ダイオードチップと、前記発光ダイオードチップを覆う透明部材と、前記発光セルから放出された光により励起され、可視光線領域の光を放出する遅延蛍光体と、を備える。

【0041】

ここで、前記「遅延蛍光体」は、蓄光蛍光体ともいい、励起光源が遮断された後の残光時間が長い蛍光体を意味する。ここで、残光時間は、励起光源が遮断された後の初期値の１０％になるのに要する時間として定義される。本実施例において、前記遅延蛍光体は、残光時間が１ｍｓｅｃ以上であってもよく、約８ｍｓｅｃ以上であればより好ましい。一方、前記遅延蛍光体の残光時間の上限は、特に限定されないが、発光素子の用途に応じて、あまり長くないものが好ましい。例えば、一般家庭用照明用途として用いられる発光素子の場合、前記遅延蛍光体の残光時間は、数分以下であることが好ましく、インテリア用の照明用途の場合も、残光時間は１０時間以下であればよい。

【0042】

本実施例によると、発光ダイオードチップが可視光線を放出する場合、前記発光ダイオードチップから放出された光と、前記遅延蛍光体から放出された光とが混合され、前記発光素子の光放出時間が増加されるので、交流用発光素子の明滅現象を防止することができる。
前記遅延蛍光体は、前記発光ダイオードチップと前記透明部材との間、または、前記透明部材内に分散されて位置してもよい。
前記遅延蛍光体は、赤色、緑色、または青色を放出する蛍光体であってもよく、これらの蛍光体の組合せであってもよい。

【0043】

一方、前記遅延蛍光体以外に、前記発光ダイオードチップにより励起され、可視光線領域の光を放出する他の蛍光体をさらに含んでもよい。このような蛍光体は、前記発光ダイオードチップから放出された光を波長変換させ、多様な色の発光素子を提供するために採用される。例えば、前記発光ダイオードチップが紫外線を放出する場合、前記遅延蛍光体から放出する可視光線領域の光と混合されて白色光を放出するように、前記他の蛍光体は、赤色、緑色、および／または青色の蛍光体であってもよい。また、前記発光ダイオードチップが青色光を放出する場合、前記他の蛍光体は、赤色および／または緑色蛍光体であっても黄色蛍光体であってもよい。

【発明の効果】

【0044】

本発明によると、明滅現象を防止または緩和することができ、交流電圧の位相変化に対応して光を放出する時間が増加された交流用発光素子を提供することができる。また、従来技術に比べて、低電流動作が可能であり、発光効率が改善された発光素子を提供することができる。

【発明を実施するための形態】

【0045】

以下、添付した図面に基づき、本発明の実施例について詳述する。以下に紹介される実施例は、本発明の思想を当業者に充分伝達するために、例として提供されるものである。したがって、本発明は、後述する実施例に限定されず、他の形態に具体化され得る。なお、図面において、構成要素の幅、長さ、厚さ等は、便宜のために誇張して表現されることもある。明細書の全体にわたって、同一の参照番号は、同一の構成要素を示す。

【0046】

図５は、本発明の一実施例による発光ダイオードを説明するための部分断面図である。
図５を参照すると、基板２０上に互いに離隔した発光セル３０が位置する。前記発光セル３０のそれぞれは、第１の導電型半導体層２５と、前記第１の導電型半導体層２５の一部の領域上に位置する第２の導電型半導体層２９と、前記第１の導電型半導体層と第２の導電型半導体層との間に介在された活性層２７とを有する。ここで、第１の導電型半導体層２５および第２の導電型半導体層２９は、それぞれｎ型およびｐ型、またはｐ型およびｎ型である。
前記第２の導電型半導体層２９上に電極３１が形成されてもよい。前記電極３１は、光が透過可能な透明電極であってもよい。

【0047】

前記発光セル３０は、基板２０上に各半導体層および電極層を形成した後、フォトリソグラフィーおよびエッチングプロセスを用いてパターニングして形成することができる。前記基板２０は、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、シリコン（Ｓｉ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、ガリウムリン（ＧａＰ）、リチウム−アルミナ（ＬｉＡｌ_２Ｏ_３）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、または、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板であってもよく、基板２０上に形成される半導体層の物質に応じて選択され得る。窒化ガリウム系半導体層を形成する場合、前記基板２０は、サファイアまたは炭化シリコン（ＳｉＣ）基板であってもよい。

【0048】

前記基板２０と前記発光セル３０との間にバッファ層２１が介在されてもよい。前記バッファ層２１は、結晶成長の際に基板２０と後続層の格子不整合を減らすための層であり、例えば、窒化ガリウム膜（ＧａＮ）または窒化アルミニウム膜（ＡｌＮ）であってもよい。ｎ型半導体層は、電子が生成する層であり、ｎ型不純物がドープされているＧａＮを用いてもよい。ｐ型半導体層は、正孔が生成する層であり、ｐ型不純物がドープされているＡｌＧａＮを用いてもよい。

【0049】

活性層２７は、所定のバンドギャップと量子井戸が作られ、電子および正孔が再結合される領域であり、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_ｚＮ層を含んでもよい。活性層２７をなす物質の組成比に応じて、電子および正孔が結合して発生する発光波長が変化する。したがって、要求される波長の光、例えば、紫外線または青色光を放出することができるように、前記Ａｌ、ＩｎおよびＧａの組成比が選択される。

【0050】

前記第１の導電型半導体層２５の一領域上に電極パッド３３ａが形成されてもよく、また、前記電極３１上に電極パッド３３ｂが形成されてもよい。前記電極パッド３３ａ、３３ｂは、リフトオフ技術を用いて、所望の位置に形成されてもよい。

【0051】

配線４１が隣接する発光セル３０を電気的に連結し、直列連結されたアレイを形成する。配線４１は、図示のように、前記第１の導電型半導体層２５上に形成された電極パッド３３ａと電極３１上に形成された電極パッド３３ｂを互いに連結する。前記配線４１は、エアブリッジ工程またはステップカバー工程を用いて形成され得る。

【0052】

図６は、本発明の他の実施例による発光ダイオードを説明するための断面図である。本実施例による発光ダイオードは、図５の発光ダイオードと略同様であるので、差異点について説明する。
図６を参照すると、それぞれの電極３１上に反射金属層５１が形成される。反射金属層５１は、単一膜または多層膜に形成され得る。例えば、前記反射金属層は、銀（Ａｇ）で形成されてもよく、銀（Ａｇ）の拡散を防止するための障壁金属層が前記反射金属層の上下に形成されてもよい。前記反射金属層は、活性層２７で発生された光を基板２０側に反射させる。したがって、前記基板２０は、透光性基板であることが好ましい。電極パッド３３ｂは、前記反射金属層５１上に形成されてもよいが、省略されてもよい。一方、前記反射金属層５１を形成する代わりに、前記電極３１を反射金属層に形成してもよい。

【0053】

一方、前記反射金属層５１上に金属バンプ５３が形成される。前記金属バンプ５３は、サブマウント（図示せず）上に接合され、発光セルで発生した熱を伝達する。
本実施例によると、サブマウントに熱接触する金属バンプ５３を有するフリップチップ型発光ダイオードを提供することができる。このようなフリップチップ型発光ダイオードは、熱放出効率に優れ、高い光出力を提供することができる。

【0054】

図７は、本発明の第１の実施例による交流用発光素子を説明するための概略的な回路図であり、図８は、本発明の第１の実施例による交流用発光素子の時間による駆動電圧および電流を説明するための概略的なグラフである。

【0055】

図７を参照すると、前記発光素子は、直列連結された発光セルＣ_１〜Ｃ_ｎのアレイを含む。前記アレイは、単一の発光ダイオードチップ上に形成される。このようなアレイは、単一チップ上に複数形成されてもよく、前記アレイが互いに逆並列で連結される。これにより、前記発光セルを交流電源に連結して駆動することができる。

【0056】

前記発光セルのそれぞれは、図５または図６を参照して説明したように、Ｎ型半導体層、Ｐ型半導体層、および、前記Ｎ型およびＰ型半導体層間に介在された活性層を含む。前
記半導体層および活性層は、窒化ガリウム（ＧａＮ）系の化合物半導体層で形成されてもよい。前記半導体層および活性層は、前記窒化ガリウム系の化合物半導体層に限られず、多様な物質膜と多様な方法で形成されてもよい。

【0057】

前記発光セルＣ_１〜Ｃ_ｎは、直列で連結され、発光セル間にノードＬ１〜Ｌｎ−１が位置する。前記ノードＬ_１〜Ｌ_ｎ−１のそれぞれにスイッチングブロックＧ_１〜Ｇ_ｎ−１が連結される。すなわち、発光セルＣ_１と発光セルＣ_２との間のノードＬ_１にスイッチングブロックＧ_１が連結され、発光セルＣ_２と発光セルＣ_３との間のノードＬ２にスイッチングブロックＧ_２が連結される。このような方式で、発光セルＣ_ｎ−１と発光セルＣ_ｎとの間のノードＬ_ｎ−１にスイッチングブロックＧ_ｎ−１が連結される。

【0058】

前記スイッチングブロックＧ_１〜Ｇ_ｎ−１は、交流電圧Ｖ_ａｃが順方向に増加するにつれて、順次に動作して、前記発光セルＣ_１〜Ｃ_ｎを順次にターンオンさせる。また、前記スイッチングブロックＧ_１〜Ｇ_ｎ−１は、交流電圧がピーク値を超えて減少する場合、再び順次に動作して、前記発光セルＣ_１〜Ｃ_ｎを順次にターンオフさせる。

【0059】

前記スイッチングブロックＧ_１〜Ｇ_ｎ−１は、それぞれ前記発光セルのアレイのソース端子Ｓとグランド端子Ｇに連結される。ここで、交流電圧電源が、前記アレイの両端に電気的に連結された場合、前記アレイに電流が流れ込む端子をソース端子Ｓといい、電流が流れ出す端子をグランド端子Ｇという。前記ソース端子Ｓに交流電圧電源が連結され、前記グランド端子Ｇは接地されてもよく、前記交流電圧電源の両端に前記ソース端子Ｓとグランド端子Ｇを連結してもよい。ここでは、説明の便宜上、前記グランド端子Ｇを接地させたものと説明する。前記グランド端子Ｇを接地させた場合、前記スイッチングブロックＧ_１〜Ｇ_ｎ−１は、前記アレイのグランド端子Ｓに連結される代わりに、別途に接地させてもよい。

【0060】

前記スイッチングブロックＧ_１〜Ｇ_ｎ−１は、ソース端子Ｓとグランド端子Ｇの電圧差により駆動され、以下でこの動作について説明する。
前記各スイッチングブロックＧ_ｎは、前記ソース端子Ｓの電圧Ｖ_ａｃが、所定電圧×ｎと所定電圧×（ｎ＋１）の範囲内にあるとき、各ノードＬ_ｎと前記グランド端子Ｇを短絡させる。ここで、ｎは、前記スイッチングブロックの序数を示す。この場合、前記スイッチングブロックＧ_１〜Ｇ_ｎ−１は、電流をグランド端子Ｇに迂回させる。一方、前記ソース端子Ｓの電圧Ｖ_ａｃが前記所定電圧×（ｎ＋１）以上である場合、前記各スイッチングブロックＧ_ｎは、ノードＬ_ｎと前記グランド端子Ｇを開放させる。この場合、前記スイッチングブロックＧ_１〜Ｇ_ｎ−１を通じて迂回する電流は遮断される。また、前記ソース端子Ｓの電圧Ｖ_ａｃが前記所定電圧×ｎよりも小さい場合、前記スイッチングブロックＧ_１〜Ｇ_ｎ−１は、前記ノードＬ_ｎとグランド端子Ｇを開放させる。

【0061】

前記所定電圧は、基準電流での前記発光セルの順方向電圧であってもよい。前記基準電流は、前記発光セルの発光効率を考慮して決定される。例えば、前記基準電流は、前記発光セルの発光効率が最も高い電流として決定され、このような電流は、１５乃至２５ｍＡであってもよく、窒化ガリウム系の半導体層および活性層において約２０ｍＡである。

【0062】

以下、本実施例による発光素子の動作を具体的に説明する。ここで、基準電流での発光セルの順方向電圧Ｖｆを、前記所定電圧として説明する。
ソース端子Ｓに交流電圧電源が連結され、前記ソース端子Ｓの電圧が順方向電圧Ｖｆよりも大きくなると、スイッチングブロックＧ_１は、ノードＬ_１とグランド端子Ｇを短絡させる。これにより、発光セルＣ_１およびスイッチングブロックＧ_１を通じて基準電流が流れ始め、発光セルＣ_１が動作して光を放出する。交流電圧Ｖ_ａｃがさらに増加すると、発光セルＣ_１に基準電流以上の電流が流れる。

【0063】

次いで、交流電圧Ｖ_ａｃが２Ｖｆに到達すると、スイッチングブロックＧ_１は、ノードＬ_１とグランド端子Ｇを開放させ、迂回する電流を遮断する。一方、スイッチングブロックＧ_２が、ノードＬ_２とグランド端子Ｇを短絡させる。これにより、発光セルＣ_２がターンオンされ、基準電流は、発光セルＣ_１、Ｃ_２およびスイッチブロックＧ_２を経てグランド端子Ｇに流れる。すなわち、電流は、スイッチングブロックＧ_２により、ノードＬ_２からグランド端子Ｇに迂回する。

【0064】

交流電圧Ｖ_ａｃが増加するにつれて、スイッチングブロックＧ_１〜Ｇ_ｎ−１が短絡された後、開放される過程が繰り返され、スイッチングブロックＧ_１〜Ｇ_ｎ−１が順次に開放され、前記発光セルＣ_１〜Ｃ_ｎが順次にターンオンされる。

【0065】

一方、時間Ｔ／４が経て交流電圧Ｖ_ａｃが減少する場合、開放されたスイッチングブロックＧ_ｎ−１が短絡され、発光セルＣ_ｎがターンオフされる。次いで、交流電圧Ｖ_ａｃがさらに減少すると、スイッチングブロックＧ_ｎ−１は開放され、開放されたスイッチングブロックＧ_ｎ−２（図示せず）が短絡され、発光セルＣ_ｎ−１がターンオフされる。すなわち、交流電圧Ｖ_ａｃが減少するにつれて、スイッチングブロックが短絡された後、開放される過程を順に繰り返し、発光セルが順にターンオフされる。

【0066】

表１は、１／２サイクルの間、時間による前記発光セルのターンオンおよびターンオフ動作を要約したものである。

【表1】

表１を参照すると、発光セルＣ_１〜Ｃ_ｎは、時間が経つにつれて、順次にターンオンされた後、時間Ｔ／４を経過した後、ターンオンされた順序の逆順でターンオフされる。従来技術において発光セルが全てターンオンされる駆動電圧Ｖ_ａｃの下で、本実施例による発光セルも全てターンオンされる。これに加えて、本実施例によると、駆動電圧Ｖ_ａｃが発光セルを全てターンオンさせる前でも、一部の発光セルがターンオンされる。

【0067】

図８を参照すると、駆動電圧Ｖ_ａｃが増加するにつれて、発光セルＣ_１〜Ｃ_ｎを流れる電流は、全ての発光セルがターンオンされるまで、略一定の電流値を有する。前記電流は、基準電流と略一致する。もちろん、全ての発光セルがターンオンされた後も、駆動電圧
Ｖ_ａｃがさらに増加すると、発光セルを流れる電流は増加する。

【0068】

一方、前記発光セルは、順次にターンオンされるので、駆動電圧Ｖ_ａｃが小さい値を有する場合も、一部の発光セルから光が放出される。また、前記発光セルが順次にターンオ
フされるので、駆動電圧Ｖ_ａｃが小さい値を有する場合でも、一部の発光セルは、光を放出する。したがって、前記発光セルが駆動される有効時間が増加する。

【0069】

本実施例によると、前記発光セルＣ_１〜Ｃ_ｎが順次にターンオンされ、ターンオフされることにより、従来技術に比べて、発光セルがターンオンされ、光を放出する有効時間が全体的に増加する。これにより、従来技術と同一の交流電圧電源を用いた場合、光出力が向上する。言い換えると、駆動電圧Ｖ_ａｃのピーク値を従来技術よりも小さくしても、従来技術と同一の光出力を提供することができる。したがって、前記発光セルを低電流でも駆動することができ、これにより、発光セルの接合温度を低くすることができ、発光効率を改善することができる。

【0070】

前記スイッチングブロックＧ_１〜Ｇ_ｎ−１は、本実施例に限られず、多様な変形例が提供され得る。例えば、前記スイッチングブロックは、同一の回路で構成されてもよく、スイッチングブロックを順次動作させるための別途の回路が追加されてもよい。また、ソース電圧Ｖ_ａｃが一定の電圧範囲内で増加するとき、動作する発光セル内に過度の電流が流れることを防止するための回路が、スイッチングブロック内にまたは別途に備えられ得る。このような回路は、例えば、ツェナーダイオードのような定電圧源またはレジスタを含んでもよい。これにより、任意の発光セルＣ_ｎがターンオンされる前、ターンオンされた発光セルＣ_１〜Ｃ_ｎに過度の電流が流れることを防止することができる。

【0071】

一方、少なくとも二つの直列連結された発光セルのアレイが、互いに逆並列で連結されてもよく、各アレイの発光セル間のノードにスイッチングブロックが連結されてもよい。一方、前記スイッチングブロックは、前記各アレイに共通して連結されてもよい。これにより、前記スイッチングブロックは、１／２サイクルの間、一つのアレイ内の発光セルを順次にターンオンおよびターンオフさせ、その後、１／２サイクルの間、他のアレイ内の発光セルを順次にターンオンおよびターンオフさせることができる。

【0072】

図９は、本発明の第２の実施例による交流用発光素子を説明するための概略的な回路図であり、図１０は、本発明の第２の実施例による交流用発光素子の駆動電圧および発光量を説明するための概略的なグラフである。

【0073】

図９を参照すると、本実施例による交流用発光素子は、発光ダイオード２００とスイッチングブロック３００を備える。前記発光ダイオード２００は、発光セル３０が直列に連結された複数のアレイ１０１乃至１０８を有する。前記アレイ１０１乃至１０８は、単一基板上に位置し、異なる個数の発光セルが直列に連結され、異なる電圧レベルで駆動する。

【0074】

前記アレイ１０１乃至１０８の一端子は、第１の電源連結端子１１０に接続され、他端子は、多数の第２の電源連結端子１２１乃至１２８にそれぞれ接続される。一方、前記スイッチングブロック３０は、前記発光素子２００の多数の第２の電源連結端子１２１乃至１２８に接続され、外部電源１０００により、外部電源１０００と一つの第２の電源連結端子１２１乃至１２８との間に電流経路を形成する。ここで、第１の電源連結端子１１０は、外部電源１０００に接続される。

【0075】

図９に示すように、発光ダイオード２００は、例えば、八つの発光セルアレイ１０１乃至１０８を有し、個々の発光セルアレイ１０１乃至１０８は、異なる電圧で発光するように、複数の発光セル３０が直列に連結されている。

【0076】

すなわち、第１乃至第４のアレイ１０１乃至１０４内の発光セル３０は、それぞれ異なる個数で直列連結されており、第２の電源連結端子１２１乃至１２４と第１の電源連結端
子１１０との間に順方向接続されている。第５乃至第８のアレイ１０５乃至１０８内の発光セル３０は、それぞれ異なる個数で直列連結され、第２の電源連結端子１２５乃至１２８と第１の電源連結端子１１０との間に逆方向接続されている。このとき、「順方向」と「逆方向」は、両端子間の電流の流れを指すものであり、第２の電源連結端子１２１乃至１２８を基準として、第２の電源連結端子１２１乃至１２８から第１の電源連結端子１１０に電流が流れる場合の方向を順方向といい、第１の電源連結端子１１０から第２の電源連結端子１２１乃至１２８に電流が流れる場合の方向を逆方向という。

【0077】

ここで、第２のアレイ１０２は、第１のアレイ１０１よりも多数の発光セル３０を有し、第３のアレイ１０３は、第２のアレイ１０２よりも多数の発光セル３０を有し、第４のアレイ１０４は、第３のアレイ１０３よりも多数の発光セル３０を有する。また、第６のアレイ１０６は、第５のアレイ１０５よりも多数の発光セル１００を有し、第７のアレイ１０７は、第６のアレイ１０６よりも多数の発光セル３０を有し、第８のアレイ１０８は、第７のアレイ１０７よりも多数の発光セル３０を有する。このとき、第１乃至第４のアレイ１０１、１０２、１０３、１０４は、それぞれ第５乃至第８のアレイ１０５、１０６、１０７、１０８と同一の個数の発光セル３０を有することが好ましい。

【0078】

例えば、２２０Ｖの交流電源１０００を用いる場合、第１および第５のアレイ１０１、１０５内の発光セル３０の個数は、交流電圧の絶対値が１乃至７０Ｖの範囲内で発光するように選択され、第２および第６のアレイ１０２、１０６内の発光セル３０の個数は、交流電圧の絶対値が７１乃至１４０Ｖの範囲内で発光するように選択され、第３および第７のアレイ１０３、１０７内の発光セル３０の個数は、交流電圧の絶対値が１４１乃至２１０Ｖの範囲内で発光するように選択され、第４および第８のアレイ１０４、１０８内の発光セル３０の個数は、交流電圧の絶対値が２１１乃至２８０Ｖの範囲内で発光するように選択されてもよい。

【0079】

上述した電圧の範囲は、一例を説明するためのものであり、発光セルアレイに直列連結された発光セルの個数を変化させ、上記の電圧範囲を調節することができる。発光セルの個数は、発光セルアレイの駆動電圧を決定する。

【0080】

本実施例によるスイッチングブロック３００は、図９に示すように、交流電源１０００の一端に接続された第１の端子と、発光ダイオード２００の多数の第２の電源連結端子１２１乃至１２８にそれぞれ接続された多数の第２の端子とを有する。また、前記スイッチングブロック３００は、交流電源１０００の電圧レベルを判断する電圧レベル判断部と、電圧レベルに応じて、交流電源１０００と第２の電源連結端子１２１乃至１２８との間の電流経路を変更するスイッチとを有する。前記スイッチングブロック３００は、順方向または逆方向に印加される電圧に応じて、第２の電源連結端子１２１乃至１２８とは、選択的にバスパスされる。

【0081】

スイッチングブロック３００は、交流電源１０００の電圧レベルに応じて、第１乃至第８のアレイ１０１乃至１０８の第２の電源連結端子１２１乃至１２８と交流電源１０００との間で電流経路を形成する。例えば、順方向の低い電圧が印加されると、交流電源１０００と第１のアレイ１０１の第２の電源連結端子１２１が電流経路を形成し、第１のアレイ１０１内の発光セルを発光させ、逆方向の高い電圧が印加されると、交流電源１０００と第８のアレイ１０８の第２の電源連結端子１２８が電流経路を形成し、第８のアレイ１０８内の発光セルを発光させる。

【0082】

図１０は、本実施例による交流用発光素子の駆動電圧および発光量を説明するための概略的なグラフである。ここで、図１０（ａ）は、交流電源の波形図であり、図１０（ｂ）は、発光素子の発光量を示す。
図１０を参照すると、交流電源１０００の電圧レベルに応じて、スイッチングブロック３００により、交流電源１０００と第１乃至第８のアレイ１０１乃至１０８との間の電流経路が変化する。すなわち、所定の電圧レベルにおいて、第１乃至第８のアレイ１０１乃至１０８のいずれか一つのアレイが発光する。したがって、本実施例による発光素子は、交流電源１０００の大部分の電圧レベルにおいて光を放出するので、電力損失および明滅現象が緩和される。

【0083】

図１０（ａ）に示すように、交流電源１０００の電圧は、時間により周期的に変わる。交流電源が順方向である場合、その順方向電源の電圧レベルがＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤ領域と定義され、各領域に応じて、発光されるアレイが決定される。すなわち、交流電源１０００の電圧がＡ領域内にある場合、スイッチングブロック３００により第１のアレイ１０１に電流経路が形成され、第１のアレイ１０１内の発光セルが発光する（図１０（ｂ）のＡ’参照）。第１のアレイ１０１内には、少数の発光セル３０が互いに直列連結されているので、小さな電圧で容易にターンオンされる。また、交流電源の電圧がＢ領域内にある場合、スイッチングブロック３００により、第２のアレイ１０２に電流経路が形成され、第２のアレイ１０２内の発光セルが発光する（図１０（ｂ）のＢ’参照）。また、交流電圧がＣ領域内にある場合、スイッチングブロック３００により、第３アレイ１０３に電流経路が形成され、第３のアレイ１０３内の発光セルが発光する（図１０（ｂ）のＣ’参照）。また、交流電圧がＤ領域内にある場合、スイッチングブロック３００により、第４アレイ１０４に電流経路が形成され、第４のアレイ１０４内の発光セルが発光する（図１０（ｂ）のＤ’参照）。

【0084】

一方、交流電源が逆方向に印加される場合、逆方向電源の電圧レベルに応じて、Ｅ、Ｆ、Ｇ、およびＨ領域と定義され、各領域に応じて、発光されるアレイが変わる。すなわち、交流電源１０００の電圧レベルに応じて、スイッチングブロック３００により、第５乃至第８のアレイ１０５、１０６、１０７、１０８への電流経路が選択的に形成され、各アレイ内の発光セルが順次発光する（図１０（ｂ）のＥ’、Ｆ’、Ｇ’、Ｈ’参照）。

【0085】

図１１は、本発明の第３の実施例による交流用発光素子を説明するための概略的な回路図であり、図１２は、上記した第３の実施例による交流用発光素子の変形例を説明するための概略的な回路図であり、図１３は、本発明の第３の実施例による交流用発光素子の駆動電圧および発光量を説明するための概略的なグラフである。

【0086】

図１１および図１２を参照すると、本実施例による交流用発光素子は、交流電源１０００を整流するブリッジ整流器４００と、複数の発光セル３０が直列に連結されたアレイ１０１乃至１０３と、前記アレイに接続されたスイッチングブロック３００と、を備える。前記アレイ１０１乃至１０３は、異なる個数の発光セルを有する。

【0087】

一方、複数のアレイ１０１乃至１０３の一端子は、ブリッジ整流器４００に連結された第１の電源連結端子１１０に連結され、他の端子は、それぞれ多数の第２の電源連結端子１２１乃至１２３に連結される。スイッチングブロック３００は、前記発光素子２００の多数の第２の電源連結端子１２１乃至１２３とブリッジ整流器４００に連結される。前記スイッチングブロック３００は、ブリッジ整流器４００により整流された電圧レベルに応じて、ブリッジ整流器４００と第２の電源連結端子１２１乃至１２３との間の電流経路を形成する。

【0088】

ブリッジ整流器４００は、図１１に示すように、第１乃至第４のノードＱ１乃至Ｑ４間にダイオード部４１０乃至４４０が配置されて形成されてもよい。すなわち、第１のダイオード部４１０のアノード端子は第１のノードＱ１に、カソード端子は第２のノードＱ２に接続される。第２のダイオード部４２０のアノード端子は第３のノードＱ３に、カソー
ド端子は第２のノードＱ２に接続される。第３のダイオード部４３０のアノード端子は第４のノードＱ４に、カソード端子は第３のノードＱ３に接続される。第４のダイオード部４４０のアノード端子は第４のノードＱ４に、カソード端子は第１のノードＱ１に接続される。第１乃至第４のダイオード部４１０乃至４４０は、発光セル３０と同一の構造を有してもよい。すなわち、前記第１乃至第４のダイオード部４１０乃至４４０は、発光セル３０を形成する間、同一の基板上で一緒に形成されてもよい。このとき、ブリッジ整流器４００の第１および第３のノードＱ１、Ｑ３は交流電源１０００に連結され、第２のノードＱ２はスイッチングブロック３００に連結され、第４のノードＱ４は第１の電源連結端子１１０に連結される。

【0089】

ブリッジ整流器４００は、発光ダイオード２００と別個の整流用ダイオードを用いて提供されてもよい。
図１２に示すように、ブリッジ整流器の内部に発光ダイオード２００が配置されてもよい。これは、複数の発光セルが直列接続されたアレイを含む発光ダイオードの製造時、発光ダイオードチップの周縁に形成された余分の発光セルを用いてブリッジ整流器４００を作製したことを示す。

【0090】

図１３は、本発明の第３の実施例による交流用発光素子の動作を説明するためのグラフである。ここで、図１３（ａ）は、ブリッジ整流器４００の第２のノードＱ２に印加される交流電源の波形図であり、図１３（ｂ）は、発光素子の発光量を示すグラフである。
交流電圧が印加される場合、ブリッジ整流器４００による整流作用を通じて、図１３（ａ）のように逆方向の電圧が反転された形態の電源が生成する。これにより、スイッチングブロック３００には、順方向の電圧のみが印加される。したがって、発光ダイオード２００は、順方向の電圧により発光するように、アレイ１０１、１０２、１０３が互いに並列連結される。

【0091】

ブリッジ整流器４００により整流された交流電源の電圧レベルがＡ領域にある場合、スイッチングブロック３００により、第１のアレイ１０１に電流経路が形成され、第１のアレイ内の発光セルが発光する。このとき、印加される電圧が第１のアレイ１０１内に直列連結された発光セル３０のしきい電圧の合計よりも大きい場合に発光が開始され、印加される電圧が増加するにつれて、発光量が増加する。以降、電圧が上昇し、電圧レベルがＢ領域に至ると、スイッチングブロック３００により、第２のアレイ１０２に電流経路が形成され、電圧レベルがＣ領域に至ると、第３のアレイ１０３に電流経路が形成される。
本実施例による交流用発光素子は、電力消耗無しに、殆ど全ての交流電源の電圧レベルで発光し、また、光を放出する時間が増加し、明滅現象を緩和させる。

【0092】

図１４は、本発明の第４の実施例による交流用発光素子を説明するための回路図である。以下、ｎは、２以上の整数を示す。
図１４を参照すると、前記発光素子は、発光ダイオード２００を有し、これに加えて、第１のレジスタＲ１〜Ｒｎおよび第２のレジスタＲ’１〜Ｒ’ｎを有する。
前記発光ダイオード２００は、単一基板上にそれぞれ直列連結された発光セル（図５の３０）を有する複数の第１のアレイＡ１〜Ａｎおよび複数の第２のアレイＲＡ１〜ＲＡｎを有する。前記第１のアレイＡ１〜Ａｎは、互いに並列で連結され、前記第２のアレイＲＡ１〜ＲＡｎは、前記第１のアレイに逆並列で連結される。

【0093】

前記第１のアレイＡ１〜Ａｎは、異なる個数で直列連結された発光セルを有する。すなわち、アレイＡ１内の発光セルの個数は、アレイＡ２内の発光セルの個数よりも少なく、アレイＡ２内の発光セルの個数は、アレイＡｎ内の発光セルの個数よりも少ない。また、第２のアレイＲＡ１〜ＲＡｎは、異なる個数で直列連結された発光セルを有する。すなわち、アレイＲＡ１内の発光セルの個数は、アレイＲＡ２内の発光セルの個数よりも少なく
、アレイＲＡ２内の発光セルの個数は、アレイＲＡｎ内の発光セルの個数よりも少ない。

【0094】

前記第２のアレイＲＡ１〜ＲＡｎは、それぞれ、前記第１のアレイに対応する個数の発光セルを有してもよい。すなわち、アレイＲＡ１は、アレイＡ１と同一の個数の発光セルを有し、アレイＲＡ２は、アレイＡ２と同一の個数の発光セルを有し、アレイＲＡｎは、アレイＡｎと同一の個数の発光セルを有する。したがって、逆並列で連結された第２のアレイは、それぞれ対応する前記第１のアレイと対をなす。

【0095】

前記第１および第２のアレイの一端部は、基板（図５の２０）上で連結されてもよい。このため、前記基板２０上にボンディングパッド（図示せず）が設けられ、前記アレイの端部は、配線を介して前記ボンディングパッドに連結されてもよい。基板２０上において前記アレイを前記ボンディングパッドに連結する配線は、配線（図５の４１）を形成する間、一緒に形成され得る。したがって、ボンディングワイヤを介して前記アレイの一端部を互いに連結する必要がなく、ワイヤリング工程が単純化され得る。

【0096】

一方、前記第１のアレイＡ１〜Ａｎおよび第２のアレイＲＡ１〜ＲＡｎは、発光セルの個数が多いアレイであるほど、より大きな発光セル３０を有することができる。すなわち、同一のアレイ内の発光セルは、略同一の大きさの活性層（図５の２７）領域を有するが、異なるアレイ間の発光セルは、異なる大きさの活性層２７領域を有してもよい。発光セル３０の活性層２７領域が大きいほど、発光セル３０のバルク抵抗が減少し、これにより、しきい電圧よりも大きい電圧の下で、電圧の増加により、発光セル３０を流れる電流の量が急に増加する。

【0097】

一方、前記第１のアレイＡ１〜Ａｎに第１のレジスタＲ１〜Ｒｎがそれぞれ直列連結され、前記第２のアレイＲＡ１〜ＲＡｎに第２のレジスタＲ’１〜Ｒ’ｎがそれぞれ直列連結される。前記第１および第２のレジスタは、ワイヤを介して前記アレイにそれぞれ連結されてもよい。

【0098】

第１のレジスタＲ１〜Ｒｎは、異なる抵抗値を有してもよく、第２のレジスタＲ’１〜Ｒ’ｎも、異なる抵抗値を有してもよい。このとき、前記第１のレジスタおよび前記第２のレジスタは、抵抗値が大きいレジスタが発光セル３０の個数が少ないアレイに連結される方式で、前記第１および第２のアレイにそれぞれ直列連結されることが好ましい。すなわち、発光セル３０の個数が少ないアレイＡ１またはＲＡ１に抵抗値が大きいレジスタＲ１〜Ｒ’１が直列連結され、発光セル３０の個数が多いアレイＡｎまたはＲＡｎに抵抗値が小さいレジスタＲｎ〜Ｒ’ｎが直列連結される。

【0099】

前記レジスタの端部および前記アレイの端部が、交流電源１０００の両端子に連結される。ここで、前記交流電源１０００は、一般家庭用交流電圧電源であってもよく、以下、前記交流用発光素子の動作について詳細に説明する。

【0100】

先ず、交流電源１０００によりレジスタ側に正の電圧が印加され、前記レジスタ側に対向する前記アレイの一端部に負の電圧が印加された、半サイクルについて説明する。

【0101】

交流電圧がゼロ電圧から増加することにより、順方向バイアスされた第１のアレイＡ１〜Ａｎがターンオンされる。前記第１のアレイＡ１〜Ａｎは、発光セル３０の個数が異なるので、発光セル３０の個数が少ないアレイＡ１からターンオンされ始める。前記アレイＡ１は、交流電圧がアレイＡ１内の発光セルのしきい電圧の合計を越えたときにターンオンされ、交流電圧が増加することにより、電流が増加し、光を放出する。一方、交流電圧がさらに増加して電流が増加すると、レジスタＲ１による電圧降下が大きくなる。これにより、前記アレイＡ１を介して過電流が流れることが防止される。

【0102】

交流電圧がさらに増加し、アレイＡ２内の発光セルのしきい電圧の合計を越えると、アレイＡ２がターンオンされ、光を放出する。このような過程が繰り返され、アレイＡｎがターンオンされ、光を放出する。すなわち、発光セル３０の数が少ないアレイから順次にターンオンされる。

【0103】

次いで、前記交流電圧がＴ／４の最大ピーク値を超えてアレイＡｎ内の発光セルのしきい電圧の合計よりも小さくなると、アレイＡｎはターンオフされる。その後、交流電圧がさらに減少し、アレイＡ２がターンオフされ、次いでアレイＡ１がターンオフされる。すなわち、発光セル３０の数が多いアレイから順次にターンオフされ、これは、アレイがターンオンされる順序の逆順である。

【0104】

前記交流電圧が再びゼロになった状態で、半サイクルが終了する。その後の半サイクルは、交流電圧の位相が変更されることにより、順方向バイアスされた第２のアレイＲＡ１〜ＲＡｎが動作する。前記第２のアレイの動作は、前記第１のアレイの動作と同様に進行される。

【0105】

本実施例によると、交流電源１０００により駆動される交流用発光素子が提供される。また、第１のアレイＡ１〜Ａｎおよび第２のアレイＲＡ１〜ＲＡｎが順次にターンオンおよびその逆順でターンオフされることを繰り返すので、従来の発光素子に比べて、明滅現象を緩和することができ、発光素子から光が放出される時間を増加させることができる。

【0106】

一方、発光セルの数が少ないアレイに抵抗値が大きいレジスタを連結することにより、電圧が増加するにつけて、先ずターンオンされたアレイに過電流が流れることを防止することができる。

【0107】

また、発光セルの数が多いアレイにさらに大きい発光セルを連結することにより、電圧が増加するにつれて、より遅くターンオンされたアレイに流れる電流量を急に増加させることができる。すなわち、発光セルの数が多いアレイのバルク抵抗が、発光セルの数が少ないアレイのバルク抵抗よりも小さくてもよい。したがって、発光セルの数が多いアレイが一旦ターンオンされると、そのアレイに流れる電流は、電圧の増加により、急に増加する。したがって、先ずターンオンされたアレイに過電流が流れることを防止することができる。また、発光セルの大きさを調節し、過電流を防止することができるので、レジスタ間の抵抗値の差を減少させることができ、結果的にレジスタの抵抗値を減少させることができる。レジスタの抵抗減少は、発光セルの光出力の増加につながる。

【0108】

図１５は、本発明の第５の実施例による交流用発光素子を説明するための概略的な回路図である。
図１５を参照すると、前記発光素子は、発光ダイオード２００を有し、これに加えて、共通レジスタＲｔを有してもよい。前記発光ダイオード２００は、図１４を参照して説明した発光ダイオード２００と略同一の構成要素を有する。

【0109】

前記発光ダイオード２００は、前記第１のアレイＡ１〜Ａｎおよび第２のアレイＲＡ１〜ＲＡｎの一端部が、図１４を参照して説明したように、基板（図５の２０）上で連結され得る。これに加えて、前記第１および第２のアレイの他の端部も、基板（図５の２０）上で連結され得る。前記他の端部は、基板２０上に設けられたボンディングパッド（図示せず）に配線を介して連結され、前記配線は、図５の配線４１を形成する間、一緒に形成され得る。

【0110】

一方、図１４の第１のレジスタＲ１〜Ｒｎおよび第２のアレイＲ’１〜Ｒ’ｎの代わり
に、共通レジスタＲｔが第１のアレイＡ１〜Ａｎおよび第２のアレイＲＡ１〜ＲＡｎに共通して直列連結される。このとき、前記共通レジスタＲｔは、ワイヤを介して前記ボンディングパッドに連結され得る。

【0111】

本実施例によると、前記第１および第２のアレイに共通レジスタＲｔを連結するので、図１４の発光素子に比べて、レジスタを連結する工程が単純になる。

【0112】

図１６は、本発明の第６の実施例による交流用発光素子を説明するための回路図である。
図１６を参照すると、前記発光素子は、発光ダイオード５００およびブリッジ整流器３５０を有し、レジスタＲ１〜Ｒｎを含んでもよい。

【0113】

前記発光ダイオード５００は、単一基板（図５の２０）上にそれぞれ直列連結された発光セル３０を有する複数のアレイＡ１〜Ａｎを有する。前記アレイＡ１〜Ａｎは、互いに並列で連結される。

【0114】

前記アレイＡ１〜Ａｎは、異なる個数で直列連結された発光セルを有する。すなわち、アレイＡ１内の発光セルの個数は、アレイＡ２内の発光セルの個数よりも少なく、アレイＡ２内の発光セルの個数は、アレイＡｎ内の発光セルの個数よりも少ない。

【0115】

前記アレイの一端部は、基板（図５の２０）上で連結され得る。このため、前記基板２０上にボンディングパッド（図示せず）が設けられ、前記アレイの端部は、配線を介して前記ボンディングパッドに連結され得る。基板２０上において、前記アレイを前記ボンディングパッドに連結する配線は、配線（図５の４１）を形成する間、一緒に形成され得る。
また、前記アレイＡ１〜Ａｎは、発光セルの個数が多いアレイであるぼと、さらに大きい発光セル３０を有してもよい。

【0116】

ブリッジ整流器３５０は、前記発光セル３０と同一の発光セルで構成されてもよい。したがって、前記発光セル３０を形成する間、ブリッジ整流器の発光セルが一緒に形成されてもよい。

【0117】

前記アレイＡ１〜Ａｎの一端部が、ブリッジ整流器３５０の一つのノードに共通して連結される。このような連結は、配線を介して前記一つのノードと前記ボンディングパッドを連結することにより達成され得る。

【0118】

一方、前記アレイＡ１〜ＡｎにレジスタＲ１〜Ｒｎがそれぞれ直列連結されてもよい。
前記レジスタＲ１〜Ｒｎは、異なる抵抗値を有してもよい。このとき、前記抵抗値は、抵抗値が大きい抵抗体が発光セル３０の個数が少ないアレイに連結される方式で、前記アレイにそれぞれ直列連結されることが好ましい。すなわち、発光セル３０の個数が少ないアレイＡ１に抵抗値が大きいレジスタＲ１が直列連結され、発光セル３０の個数が多いアレイＡｎに抵抗値が小さいレジスタＲｎが直列連結される。

【0119】

前記レジスタＲ１〜Ｒｎの一端部は、図示のように、前記ブリッジ整流器のもう一つのノードに連結される。
前記ブリッジ整流器３５０の二つの他のノードに交流電源１０００の両端子が連結される。ここで、前記交流電源１０００は、一般家庭用交流電圧電源であってもよく、以下、前記交流用発光素子の動作について説明する。

【0120】

先ず、交流電源１０００により電圧が印加されると、ブリッジ整流器３５０を通じて前
記レジスタ側に常時正の電圧が印加され、それに対向する前記アレイの一端部に負の電圧が印加される。

【0121】

交流電圧がゼロ電圧から増加するにつれて、順方向バイアスされたアレイＡ１〜Ａｎがターンオンされる。前記アレイＡ１〜Ａｎは、発光セル３０の個数が異なるので、発光セル３０の個数が少ないアレイＡ１からターンオンされ始める。前記アレイＡ１は、交流電圧がアレイＡ１内の発光セルのしきい電圧の合計を越えたときにターンオンされ、交流電圧が増加するにつれて、電流が増加し、光を放出する。一方、交流電圧がさらに増加して電流が増加すると、レジスタＲ１による電圧降下が大きくなる。これにより、前記アレイＡ１を介して過電流が流れることを防止する。

【0122】

交流電圧がさらに増加し、アレイＡ２内の発光セルのしきい電圧の合計を越えると、アレイＡ２がターンオンされ、光を放出する。このような過程が繰り返され、アレイＡｎがターンオンされ、光を放出する。すなわち、発光セル３０の数が少ないアレイから順次にターンオンされる。

【0123】

次いで、前記交流電圧がＴ／４の最大ピーク値を超えてアレイＡｎ内の発光セルのしきい電圧の合計よりも小さくなると、アレイＡｎはターンオフされる。その後、交流電圧がさらに減少し、アレイＡ２がターンオフされ、次いでアレイＡ１がターンオフされる。すなわち、発光セル３０の数が多いアレイから順次にターンオフされ、これは、アレイがターンオンされる順序の逆順である。
前記交流電圧が再びゼロになった状態で、半サイクルが終了する。その後の半サイクルの間も、前記ブリッジ整流器３５０により、前記アレイＡ１〜Ａｎが同様に動作する。

【0124】

本実施例によると、交流電源１０００により駆動される交流用発光素子が提供される。また、アレイＡ１〜Ａｎが順次にターンオンおよびその逆順でターンオフされることを繰り返すので、従来の発光素子に比べて、明滅現象を緩和することができ、発光素子から光が放出される時間を増加させることができる。

【0125】

本実施例では、前記アレイＡ１〜ＡｎにそれぞれレジスタＲ１〜Ｒｎが直列連結されることを説明したが、前記レジスタＲ１〜Ｒｎの代わりに、図１５に示すような共通レジスタＲｔを連結してもよい。この場合、前記アレイＡ１〜Ａｎの端部は、前記基板（図５の２０）上において互いに連結され得る。

【0126】

一方、以上の実施例において、発光セルの数または発光セルの大きさの差は、アレイ間において相対的な発光強度の差をもたらす。すなわち、先ずターンオンされたアレイは、発光セルの数が少ないので、全体の発光強度が相対的に弱く、最も遅くターンオンされるアレイは、発光セルの数が多いので、発光強度が相対的に強い。このような差は、発光セルの大きさおよびレジスタの大きさの差に起因して、さらに増幅され得る。アレイが早くターンオンされる長所はあるが、初期にターンオンされたアレイの発光強度が相対的に小さいため、明滅現象を緩和するのに大きく寄与しないかも知れない。したがって、初期にターンオンされるアレイの発光強度を増加させる必要があり、このため、アレイ間の発光セルの構造を異にすることができる。図１７および図１８は、初期にターンオンされるアレイ内の発光セルの発光強度を増加させるために、いくつかのアレイ内の発光セルの構造を変更した発光ダイオードを説明するための断面図である。

【0127】

図１７を参照すると、本実施例による発光ダイオードは、図５を参照して説明したものと略同様であり、発光セルアレイは、第１乃至第６の実施例のように配列されてもよい。但し、本実施例において、発光セルの上部面、例えば、第２の導電型半導体層２９ａの表面を粗く形成したことが、図５の発光セルとは異なる。

【0128】

粗表面の第２の導電型半導体層２９ａを有する発光セルが、上述した本発明の第１乃至第６の実施例のアレイを構成することができる。また、前記第１乃至第６の実施例において、アレイ数の１／２以下のアレイが、粗表面の第２の導電型半導体層２９ａを有する発光セルで構成され得る。例えば、図１４乃至図１５の第１アレイの数の１／２以下のアレイ、および第２のアレイの数の１／２以下のアレイが、粗表面の第２の導電型半導体層２９ａを有する発光セルで構成されてもよく、図１６のアレイの数の１／２以下のアレイが、粗表面の第２の導電型半導体層２９ａを有する発光セルで構成されてもよい。このとき、粗表面の第２の導電型半導体層２９ａを有する発光セルは、発光セルの個数が少ないアレイを構成し、発光セルの個数が多いアレイは、平らな表面を有する。

【0129】

粗表面を有する第２の導電型半導体層２９ａは、第１の導電型半導体層２５、活性層２７、および第２の導電型半導体層を順次形成した後、光電気化学エッチング技術を用いて、第２の導電型半導体層の一領域をエッチングすることにより形成され得る。一方、前記第２の導電型半導体層の一領域上に金属薄膜を、例えば、１０乃至５００Å厚さで形成した後、これを熱処理してエッチングすることにより、前記粗表面を形成してもよい。
その後、前記一領域の半導体層をエッチングして発光セルを形成し、前記発光セルを電気的に連結することにより、粗表面の第２の導電型半導体層２９ａを有する発光セルのアレイが形成される。

【0130】

一方、前記粗表面の第２の導電型半導体層２９ａ上に電極パッド３３ａが形成され、また、電極（図５の３１）が形成され得る。

【0131】

発光セルの数が少ないアレイ、例えば、図１４および図１５のアレイＡ１およびアレイＲＡ１、または図１６のアレイＡ１を、粗表面を有する発光セルで構成することにより、これらのアレイの発光強度を増加させることができる。したがって、交流電圧が印加されるとき、初期にターンオンされるアレイＡ１、ＲＡ１の発光強度が大きいので、明滅現象をさらに緩和することができる。
前記粗表面は、図６の基板の下部面に形成してもよい。また、図６において、基板２０を分離し、第１の導電型半導体層２５の下部面に形成してもよい。

【0132】

図１８を参照すると、本実施例による発光セルは、図５を参照して説明したものと略同様であり、発光セルアレイは、第１乃至第６の実施例において説明したように配列されてもよい。但し、本実施例において、発光セルは、傾斜した側面を有するように形成される。このような傾斜した側面を有する発光セルは、図１７を参照して説明した粗表面を有する発光セルのように、初期にターンオンされるアレイ（図１４乃至図１７のＡ１、ＲＡ１）を構成し、図１４乃至図１７の第１のアレイおよび第２のアレイの数の１／２のアレイを構成することができる。

【0133】

傾斜した側面は、半導体層を形成した後、発光セルを分離するとき、フォトレジストパターンをリフローした後、これをエッチングマスクとして、半導体層をエッチングすることにより形成され得る。これに加えて、第１の導電型半導体層２５の一領域を露出させるとき、フォトレジストパターンをリフローし、第２の導電型半導体層および活性層をエッチングすることにより形成され得る。

【0134】

傾斜した側面を有する発光セルは、全反射による光損失を減少させることができ、外部に放出される発光強度が改善される。したがって、このような発光セルで初期にターンオンされるアレイを構成することにより、図１７を参照して説明したように、明滅現象を緩和することができる。

【0135】

図１９は、本発明の第７の実施例による交流用発光素子１を説明するための断面図である。
図１９を参照すると、前記発光素子１は、発光ダイオードチップ３を含む。前記発光ダイオードチップ３は、直列に連結された複数の発光セルを有する。前記発光セルは、紫外線または青色光を放出するＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_ｚＮ系の化合物半導体であってもよい。前記発光ダイオードチップ３および前記発光セルの構造は、図５または図６を参照して説明したものと同一である。前記発光セルは、直列に連結されたアレイを構成する。前記発光ダイオードチップ３は、逆並列連結された二つのアレイを含み、交流電源により駆動され、または、ブリッジ整流器を含み、交流電源により駆動され得る。

【0136】

前記発光ダイオードチップ３は、リード端子（図示せず）を介して外部電源に電気的に連結される。このため、前記発光ダイオードチップ３は、リード端子に連結されるための二つのボンディングパッド（図示せず）を有してもよい。前記ボンディングパッドは、それぞれボンディングワイヤ（図示せず）を介して前記リード端子に連結される。これとは異なり、前記発光ダイオードチップ３は、サブマウント基板（図示せず）にフリップボンディングされた後、前記サブマウント基板を介してリード端子に電気的に連結されてもよい。

【0137】

一方、前記発光ダイオードチップ３は、反射コップ９内に配置されてもよい。前記反射コップ９は、発光ダイオードチップ３から放出された光を要求される視野角内に反射させ、一定の視野角内の輝度を増加させる。したがって、反射コップ９は、要求される視野角に応じて一定の傾斜面を有する。

【0138】

一方、前記蛍光体７が、前記発光ダイオードチップ３の上部に位置し、前記発光セルから放出された光により励起され、可視光線領域の光を放出する。前記蛍光体７は、遅延蛍光体を含む。遅延蛍光体は、残光時間が１ｍｓｅｃ以上であってもよく、約８ｍｓｅｃ以上であればより好ましい。一方、前記遅延蛍光体の残光時間の上限は、発光素子の用途に応じて選択され、特に限られないが、１０時間以下であってもよい。特に、一般家庭用照明用途として用いられる発光素子の場合、前記遅延蛍光体の残光時間は、数分以下であることが好ましい。

【0139】

遅延蛍光体は、米国特許ＵＳ５，７７０，１１１号、米国特許ＵＳ５，８３９，７１８号、米国特許ＵＳ５，８８５，４８３号、米国特許ＵＳ６，０９３，３４６号、米国特許ＵＳ６，２６７，９１１号等に開示されたケイ酸塩、アルミン酸塩、硫化物蛍光体等であってもよく、例えば、（Ｚｎ、Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ、Ｄｙ、（Ｃａ、Ｓｒ）Ｓ：Ｂｉ、ＺｎＳｉＯ_４：Ｅｕ、（Ｓｒ、Ｚｎ、Ｅｕ、Ｐｂ、Ｄｙ）Ｏ・（Ａｌ、Ｂｉ）_２Ｏ_３、ｍ（Ｓｒ、Ｂａ）Ｏ・ｎ（Ｍｇ、Ｍ）Ｏ・２（Ｓｉ、Ｇｅ）Ｏ_２：Ｅｕ、Ｌｎ（ここで、１．５≦ｎ≦３．５、０．５≦ｎ≦１．５、Ｍは、Ｂｅ、ＺｎおよびＣｄからなる群より選ばれた少なくとも一つの元素、Ｌｎは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、ＫＬｕ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ａｓ、Ｐ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ、およびＭｎからなる群より選ばれた少なくとも一つの元素）等であってもよい。

【0140】

前記遅延蛍光体は、発光ダイオードチップ３から放出された光により励起され、可視光線領域の光、例えば、赤色、緑色および／または青色光を放出することができる。これにより、前記遅延蛍光と発光ダイオードチップ３から放出された光の混合により、多様な色の光を放出する発光素子を提供することができ、白色光を放出する発光素子を提供することができる。

【0141】

一方、前記蛍光体７は、遅延蛍光体以外に、発光ダイオードチップ３により励起され、可視光線領域の光を放出する他の蛍光体、例えば、赤色、緑色および／または青色蛍光体、または、黄色蛍光体を含んでもよい。例えば、前記他の蛍光体は、ＹＡＧ：Ｃｅ系蛍光体、オルトケイ酸塩系蛍光体、または、硫化物蛍光体であってもよい。

【0142】

遅延蛍光体および他の蛍光体は、前記発光素子が所望の色の光を放出するように選択される。白色発光素子の場合、遅延蛍光体および前記他の蛍光体は、発光ダイオードチップ３から放出された光と変換された光の混合色が白色光となるように、多様な組合せの蛍光体で構成されてもよい。また、遅延蛍光体および前記他の蛍光体の組合せは、明滅現象防止、発光効率、および、演色評価数等を考慮して選択され得る。

【0143】

一方、透明部材５が、前記発光ダイオードチップ３を覆ってもよい。透明部材５は、コート層であり、または、鋳型を用いて形成された成形部材であってもよい。透明部材５は、発光ダイオードチップ３を覆い、水分または外力のような外部環境から発光ダイオードチップ３を保護する。透明部材５は、例えば、エポキシまたはシリコン樹脂であってもよい。発光ダイオードチップ３が、反射コップ９内に配置された場合、前記透明部材５は、図示のように、反射コップ９内に位置してもよい。

【0144】

蛍光体７は、透明部材５と発光ダイオードチップ３との間に位置してもよい。この場合、前記蛍光体７を前記発光ダイオードチップ３上に塗布した後、前記透明部材５が形成される。これとは異なり、蛍光体７は、図示のように、透明部材５内に分散されて位置してもよい。透明部材５内に蛍光体７を分散させる多様な技術が知られており、例えば、蛍光体と樹脂粉末を混合した混合粉末を用いてトランスファー成形して、透明部材５を形成し、または、液状樹脂内に蛍光体を分散させた後、この液状樹脂を硬化させ、透明部材５を形成することができる。

【0145】

図２０は、本発明の実施例による発光素子の発光特性を説明するための概略的なグラフである。ここで、点線（ａ）は、従来の交流用発光素子の発光特性を説明するための概略的なグラフであり、実線（ｂ）は、本発明の実施例による発光素子の発光特性を説明するためのグラフである。

【0146】

図２０を参照すると、遅延蛍光体を用いていない従来の発光素子は、交流電圧の印加により周期的にオン−オフを繰り返す。交流電源の周期をＴとすると、直列に連結された発光セルの二つのアレイは、Ｔの間、交互に一度ずつ動作する。したがって、発光素子は、点線（ａ）に示すように、周期Ｔ／２で光を放出する。一方、交流電圧が直列に連結された発光セルのしきい電圧を超えない場合、発光セルは動作しない。したがって、発光セルが動作する時間の間には、一定の時間の間、すなわち、交流電圧が発光セルのしきい電圧よりも小さい時間の間、発光セルがターンオフされた状態であるようになる。したがって、従来の発光素子では、発光セルが動作する時間の間隔により、明滅現象が現われ得る。

【0147】

一方、本発明の実施例による発光素子は、遅延蛍光体を採用するので、実線（ｂ）に示すように、発光セルがターンオフされている間にも、光が放出される。したがって、光強度に変動はあるが、光が放出されない時間が短くなり、遅延蛍光体の残光時間が長ければ、発光素子は連続的に光を放出するようになる。

【0148】

一般家庭用交流電源が約６０Ｈｚの周波数の電圧を印加する場合、電源の１サイクルは約１６．７ｍｓｅｃであり、半サイクルは約８ｍｓｅｃとなる。したがって、発光素子が動作する間、発光セルが全てターンオフされる時間は、８ｍｓｅｃよりも小さく、したがって、遅延蛍光体が１ｍｓｅｃ以上である場合、明滅現象を十分緩和することができる。特に、遅延蛍光体の残光時間が、発光セルが全てターンオフされる時間と同様である場合
、発光素子は、連続的に光を放出することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0149】

【図1】従来技術による交流用発光素子を説明するための概略的な回路図である。

【図2】従来技術による交流用発光素子を説明するための概略的な回路図である。

【図3】従来技術による交流用発光素子の駆動電圧および電流を説明するための概略的なグラフである。

【図4】従来技術による交流用発光素子の駆動電圧および発光量を説明するための概略的なグラフである。

【図5】本発明の一実施例による交流用発光ダイオードを説明するための部分断面図である。

【図6】本発明の他の実施例による交流用発光ダイオードを説明するための部分断面図である。

【図7】本発明の第１の実施例による交流用発光素子を説明するための概略的な回路図である。

【図8】本発明の第１の実施例による交流用発光素子の時間による駆動電圧および電流を説明するための概略的なグラフである。

【図9】本発明の第２の実施例による交流用発光素子を説明するための概略的な回路図である。

【図10】本発明の第２の実施例による交流用発光素子の駆動電圧および発光量を説明するためのグラフである。

【図11】本発明の第３の実施例による交流用発光素子を説明するための概略的な回路図である。

【図12】本発明の第３の実施例による交流用発光素子の変形例を説明するための概略的な回路図である。

【図13】本発明の第３の実施例による交流用発光素子の駆動電圧および発光量を説明するための概略的なグラフである。

【図14】本発明の第４の実施例による交流用発光素子を説明するための概略的な回路図である。

【図15】本発明の第５の実施例による交流用発光素子を説明するための概略的な回路図である。

【図16】本発明の第６の実施例による交流用発光素子を説明するための概略的な回路図である。

【図17】本発明の実施例に適用可能な発光ダイオードを説明するための断面図である。

【図18】本発明の実施例に適用可能な発光ダイオードを説明するための断面図である。

【図19】本発明の第７の実施例による交流用発光素子を説明するための概略的な回路図である。

【図20】本発明の第８の実施例による交流用発光素子の発光特性を説明するための概略的なグラフである。

【符号の説明】

【0150】

２０ 基板
２５ 第１の導電型半導体層
２７ 活性層
２９ 第２の導電型半導体層
３０ 発光セル
３１ 電極
３３ａ、３３ｂ 電極パッド
４１ 配線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】