JP2003197972A - 高輝度発光ダイオード - Google Patents

高輝度発光ダイオード

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JP2003197972A
JP2003197972A JP2001397231A JP2001397231A JP2003197972A JP 2003197972 A JP2003197972 A JP 2003197972A JP 2001397231 A JP2001397231 A JP 2001397231A JP 2001397231 A JP2001397231 A JP 2001397231A JP 2003197972 A JP2003197972 A JP 2003197972A
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light emitting
substrate
diode chip
base substrate
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Takuho Chin
澤澎 陳
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KOKUREN KODEN KAGI KOFUN YUGEN
KOKUREN KODEN KAGI KOFUN YUGENKOSHI
Original Assignee
KOKUREN KODEN KAGI KOFUN YUGEN
KOKUREN KODEN KAGI KOFUN YUGENKOSHI
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 透明基盤を具えたフリップチップ式発光ダイ
オードチップの高輝度発光ダイオード。 【解決手段】 ベース基板と、透明基板を具えたフリッ
プ式発光ダイオードチップと、被覆基板を具えている。
該被覆基板の中央区域に孔が設けられ、それは傾斜側壁
に囲まれてなる。該フリップ式発光ダイオードチップが
該中央区域の孔中に収容される。該ベース基板は中間に
絶縁区域が設けられて二つの部分に分けられ、それはそ
れぞれ発光ダイオードチップの二つの電極と連結され
る。該ベース基板は高熱伝導性及び高電導性を具えた物
質で形成され、高い電流伝導と熱エネルギー散逸を行え
る。透明樹脂或いはエポキシ樹脂でこの中央区域の孔が
充填され、並びに発光ダイオードチップが封止される。
光線は直接透過射出可能であるか、或いは該発光ダイオ
ードチップより反射して射出されるか、或いは該孔の側
壁に反射され案内された後、該被覆基板の中央区域の孔
より発射され、ゆえに高強度の光を発生できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一種の発光ダイオー
ドに係り、特に、フリップチップ式発光ダイオードチッ
プの高輝度発光ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】発光ダイオードは消耗電力が少なく、体
積が小さく、使用寿命が長く、現在家電音響装置の指示
ランプ、携帯電話のバックライト、発光ダイオード看
板、自動車の第３ブレーキランプ等に広く応用されてい
る。近年、ＡｌＧａＩｎＰ及びＡｌＧａＩｎＮ等の新た
な発光ダイオードの材料の開発が成功し、これにより発
光ダイオードの輝度は更に向上する。これにより多くの
応用において発光ダイオードが伝統的な白色バルブに代
わり使用されるようになった。現在交通信号ランプ、自
動車のテールランプ及び方向指示ランプ等の応用におい
て、発光ダイオードの応用が見られる。将来は発光ダイ
オードの輝度の向上に伴い、現在よく見られる蛍光灯管
及び節電バルブ等の証明ランプの代わりに使用される可
能性がある。
【０００３】一般に発光ダイオードの操作電流は２０ミ
リアンペアであり、操作電圧は２〜３．５ボルトであ
り、各一つの発光ダイオードの操作パワーは４０〜７０
ミリワットとされる。また即ち、現在効率の最良の発光
ダイオードは４０〜７０ミリワットの操作パワーの下
で、その発生する輝度が僅かに１〜５ｌｕｍｅｎのスペ
クトルとされる。通常照明に必要な高度は数千ｌｕｍｅ
ｎであり、これにより、数百粒の発光ダイオードを集結
させなければ照明の要求を達成することはできない。こ
れはコスト或いは体積の大きさからみて、実際の要求に
符合しなかった。
【０００４】発光ダイオードの操作電流を増加すること
はその輝度問題を解決する方法の一つである。例えば、
もし発光ダイオードの操作電流を１００ミリアンペアま
で高めると、その輝度もまた５倍に高まる。これによ
り、同一輝度の照明に必要な発光ダイオード数量は僅か
にもとの５分の１となる。
【０００５】しかし現在の発光ダイオード（その構造は
図５、６に示されるとおり）は高操作電流下で、その輝
度が操作電流の増加に伴い正比例して高くならず、且つ
その使用寿命に影響が生じた。図６に示される伝統的な
発光ダイオードは、そのベース基板に通常プリント基板
或いは酸化アルミセラミック等の材料が使用されるが、
これらのベース基板材料の導熱性は不良である。伝統的
な発光ダイオードは放熱不良により、高操作電流によっ
てその使用寿命が短縮されることは明らかであった。図
５に示される伝統的な発光ダイオードは、そのサポート
フレームにＫｏｖａｒ合金或いは銅などの材料を使用す
るが、サポートフレームが繊細すぎまた放熱性に対する
明らかなメリットはなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は伝統的な発光
ダイオードの光出力パワーを増加する。本発明の第１の
目的は、新たな発光ダイオードの構造により、その操作
電流を増加することにある。以上の目的を達成するた
め、本発明は透明基盤を具えたフリップチップ式発光ダ
イオードチップの高輝度発光ダイオードを提供する。そ
のうち、ベース基板が絶縁区域により二つの部分に分け
られ、この二つの部分がそれぞれ発光ダイオードチップ
の陽極と陰極に連接される。該ベース基板は導電性及び
導熱性がいずれも良好な物質で形成され、電流を伝導し
並びに発光ダイオードの発生する熱エネルギーを有効の
散逸させる。
【０００７】本発明の第２の目的は、新たな発光ダイオ
ードの構造を提供し、光線が発光ダイオード自身に吸収
されて損耗するのを防止し、これにより光出力パワーを
増加できるようにすることにある。本発明は被覆基板を
提供し、その中央に一つの孔が設けられる。該フリップ
式発光ダイオードチップは該被覆基板の中央の孔中に収
容される。該被覆基板は白色高反射率材料を含むか、或
いはその中央の孔の内壁を一層の白色高反射率材料が被
覆する。該中央の孔は透明樹脂で充填され、該透明樹脂
が凸レンズを形成し、発光ダイオードチップをパッケー
ジし並びに被覆する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、高輝
度発光ダイオードにおいて、ベース基板とされ、導電性
と導熱性がいずれも良好な材質で形成され並びに中間の
一つの絶縁区域により相互に不導通の二つの部分に分け
られた、上記ベース基板と、被覆基板とされ、該ベース
基板の上に接着され、その中央に孔を有する区域があ
り、傾斜側壁が該孔を囲んでいる、上記被覆基板と、フ
リップ式発光ダイオードチップとされ、該ベース基板と
接合され、中央区域の該孔中に収容され、透明基板を具
えた、上記フリップ式発光ダイオードチップと、透明物
質とされ、中央区域の該孔に充填され、並びにフリップ
式発光ダイオードチップをその内部に封止する、上記透
明物質と、を具えたことを特徴とする、高輝度発光ダイ
オードとしている。請求項２の発明は、前記被覆基板が
白色高反射率材料で形成されたことを特徴とする、請求
項１に記載の高輝度発光ダイオードとしている。請求項
３の発明は、前記傾斜側壁に白色高反射率材料が塗布さ
れたことを特徴とする、請求項１に記載の高輝度発光ダ
イオードとしている。請求項４の発明は、前記透明物質
が凸レンズを形成したことを特徴とする、請求項１に記
載の高輝度発光ダイオードとしている。請求項５の発明
は、前記ベース基板がシリコン材料で形成されたことを
特徴とする、請求項１に記載の高輝度発光ダイオードと
している。請求項６の発明は、前記ベース基板が銅材料
で形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の高輝
度発光ダイオードとしている。請求項７の発明は、前記
ベース基板がアルミニウム材料で形成されたことを特徴
とする、請求項１に記載の高輝度発光ダイオードとして
いる。請求項８の発明は、前記フリップ式発光ダイオー
ドチップがアルミニウムガリウムインジウムりんフリッ
プ式発光ダイオードチップとされたことを特徴とする、
請求項１に記載の高輝度発光ダイオードとしている。請
求項９の発明は、前記フリップ式発光ダイオードチップ
が窒化アルミニウムガリウムインジウムフリップ式発光
ダイオードチップとされたことを特徴とする、請求項１
に記載の高輝度発光ダイオードとしている。請求項１０
の発明は、前記フリップ式発光ダイオードチップが窒化
インジウムッガリウムフリップ式発光ダイオードチップ
とされたことを特徴とする、請求項１に記載の高輝度発
光ダイオードとしている。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は本発明の発光ダイオードの
好ましい実施例の断面図である。該発光ダイオードは、
ベース基板１１、フリップ式発光ダイオードチップ１
６、被覆基板１７及び透明樹脂或いはエポキシ樹脂で形
成された凸レンズ１８を具えている。そのうち、ベース
基板１１は絶縁区１９を具え、それは該ベース基板１１
を相互に不導通の二つの部分に分離するのに用いられ
る。ベース基板１１の上方及び下方それぞれに複数の金
属層が設けられてこれを被覆し、それは金属層１２、金
属層１３、金属層１４、金属層１５と表示されている。
そのうち、金属層１２及び金属層１３は透明基盤を具え
たフリップチップ式発光ダイオードチップのｐ極とｎ極
と接触し、金属層１４と金属層１５は外部回路と連結さ
れている。ベース基板１１は発光ダイオードチップ１６
を固定するほか、電流を導通させ及び発光ダイオードチ
ップ１６の放熱の機能を補助する。これにより、ベース
基板１１の採用する材料は高導電率と高導熱率を有する
ものとされる必要がある。
【００１０】銅の熱伝導率は３９８（Ｗ／ｍ−Ｋ）とさ
れ、且つその導電率は非常に良好で、ゆえにベース基板
１１の最良の材料の一つである。アルミニウムの熱伝導
率は２４０（Ｗ／ｍ−Ｋ）とされ、これもまたベース基
板１１に最適の材料の一つである。シリコンの熱伝導率
は銅の３分の１程度であるが、その製造は容易であり、
ゆえにベース基板１１の好ましい材料の一つである。
【００１１】図２は透明基盤を具えたフリップチップ式
発光ダイオードチップの構造を示す。図２に示される発
光ダイオードチップは青色光を発生できる窒化インジウ
ムガリウム発光ダイオードとされる。該発光ダイオード
チップはサファイア基板３１、窒化ガリウムバッファ層
３２、ｎ型窒化ガリウム層３３、窒化インジウムガリウ
ム活性層３４、ｐ型窒化ガリウム層３５を含む。そのう
ち窒化インジウムガリウム活性層３４は即ち発光ダイオ
ードの発光層である。この実施例中、窒化インジウムガ
リウム活性層３４の代わりに窒化アルミニウムガリウム
インジウム活性層を採用可能である。
【００１２】ｐ型窒化ガリウム層３５の下方にｐ型電極
層３６が連結されている。ｎ型窒化ガリウム層３２の下
方にｎ型電極層３７が連結されている。そのうち、ｎ型
電極層３７の面積は比較的小さく、僅かにｎ型窒化ガリ
ウム層３２の一部に接触している。ｐ型電極層３６の面
積は比較的大きく、且つほとんどのｐ型窒化ガリウム層
３５と接触している。ｐ型電極層３６は極めて良好な光
反射率を有し、それは窒化インジウムガリウム活性層３
４の発生する光を発射する。ｐ型電極層３６とｎ型電極
層３７は類維持の金或いは金錫合金の導電接着剤でベー
ス基板１１の金属層１２及び金属層１３と接合される。
【００１３】被覆基板１７は白色で高反射率を有する材
料で形成される。被覆基板１７の中央に孔が設けられ、
その大きさはフリップ式発光ダイオードチップ１６を収
容するのに十分なものとされる。そのうち、該孔の内壁
は傾斜し、発光ダイオードチップの発生する側向光を反
射する。被覆基板１７は或いは吸光材料を採用すること
が可能で、この時該孔の内壁に一層の白色で高反射率を
有する光反射層が塗布され、これにより発光ダイオード
チップの発射する側向光を反射する効果を達成する。図
１に示されるように、被覆基板１７は接合層でベース基
板１１と接合されている。被覆基板１７の中央の孔は樹
脂或いはエポキシ樹脂１８で充填され、発光ダイオード
チップ１６が被覆封止される。透明樹脂の形成する凸レ
ンズは発光ダイオードチップの発射する光を集め、並び
にその光線に指向性を持たせる。
【００１４】本発明によると、フリップ式発光ダイオー
ドチップに透明基板が採用される。発光ダイオードの発
生する光は該透明基板より直接透過発射されるか、或い
はｐ型電極層及び被覆基板１７の中央の孔の内壁に反射
された後、さらに正面に向けて透過射出される。図３は
上述の発光ダイオード中の活性層の発生する光線の伝
播、反射を経て被覆基板中央の孔より射出される状況を
示す。上述の発光ダイオードはこれによりその光線の吸
収される率を減らして大幅にその発光効率を向上するこ
とができる。
【００１５】上述のベース基板には熱伝導性が良好な材
料が使用され、その発光ダイオードチップの発生する熱
エネルギーがこれにより有効に散逸し発光ダイオードの
使用寿命が増加する。本発明の発光ダイオードチップの
活性発光層とそのベース基板の距離は相当に短く、ゆえ
に高操作電流下で発光層の発生する高熱が、速やかに有
効にベース基板に伝導され放出される。これにより該発
光ダイオードが比較的高い操作電流下で操作可能とされ
る。
【００１６】図４は本発明のもう一種類の透明基盤を具
えたフリップチップ式発光ダイオードチップの構造を示
す。図４に示される発光ダイオードは、アルミニウムガ
リウムインジウムりん発光ダイオードとされる。その発
光ダイオードチップは、サファイア基板５１、ｐ型アル
ミニウムガリウムインジウムりん下制限層５２、アルミ
ニウムガリウムインジウムりん活性層５３、ｎ型アルミ
ニウムガリウムインジウムりん上制限層５４、ｎ型ガリ
ウムインジウムりん或いはガリウムアルミニウムりんオ
ームコンタクト層５５を含む。
【００１７】ｎ型ガリウムインジウムりんオームコンタ
クト層５５の下方にｎ型電極層５７が連結されている。
ｎ型電極層５７はまた光反射層とされている。ｐ型電極
層５６はｐ型アルミニウムガリウムインジウムりん下制
限層５２と連結されている。そのうち、ｐ型電極層５６
の面積は比較的小さく、僅かにｐ型アルミニウムガリウ
ムインジウムりん下制限層５２の一部分に接触する。ｎ
型電極層５７の面積は比較的大きく、且つ大部分のｎ型
ガリウムインジウムりんオームコンタクト層５５と接触
している。ｐ型電極層５６及びｎ型電極層５７は接着剤
でベース基板１１の金属層１２及び金属層１３と接合さ
れている。
【００１８】本発明は以上の数個の実施例の説明により
十分にその実施が可能であるが、これらの実施例は本発
明の実施範囲を限定するものではなく、本発明に基づき
なしうる細部の修飾或いは改変は、いずれも本発明の請
求範囲に属するものとする。
【００１９】
【発明の効果】本発明による、透明基盤を具えたフリッ
プチップ式発光ダイオードチップの高輝度発光ダイオー
ドは、ベース基板と、透明基板を具えたフリップ式発光
ダイオードチップと、被覆基板を具えている。該被覆基
板の中央区域に孔が設けられ、それは傾斜側壁に囲まれ
てなる。該フリップ式発光ダイオードチップが該中央区
域の孔中に収容される。該ベース基板は中間に絶縁区域
が設けられて二つの部分に分けられ、それはそれぞれ発
光ダイオードチップの二つの電極と連結される。該ベー
ス基板は高熱伝導性及び高電導性を具えた物質で形成さ
れ、高い電流伝導と熱エネルギー散逸を行える。透明樹
脂或いはエポキシ樹脂でこの中央区域の孔が充填され、
並びに発光ダイオードチップが封止される。光線は直接
透過射出可能であるか、或いは該発光ダイオードチップ
より反射して射出されるか、或いは該孔の側壁に反射さ
れ案内された後、該被覆基板の中央区域の孔より発射さ
れ、ゆえに高強度の光を発生できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフリップ式発光ダイオードチップを具
えた高輝度発光ダイオードの好ましい実施例の断面図で
ある。
【図２】本発明の窒化インジウムガリウム活性層を具え
たフリップ式発光ダイオードチップの断面図である。
【図３】本発明の発光ダイオード中の活性層の発生する
光線が、伝播、反射、案内されて被覆基板の中央の孔よ
り射出される状態表示図である。
【図４】本発明のアルミニウムガリウムインジウムりん
活性層を具えたフリップ式発光ダイオードチップの断面
図である。
【図５】伝統的な発光ダイオード構造表示図である。
【図６】図５の発光ダイオードの発光ダイオードチップ
の断面図である。
【符号の説明】
１１ ベース基板 １２ 金属層 １３ 金属層 １４ 金属層 １５ 金属層 １６ フリップ式発光ダイオードチップ １７ 被覆基板 １８ 凸レンズ １９ 絶縁層 ３１ サファイア基板 ３２ 窒化ガリウムバッファ層 ３３ ｎ型窒化ガリウム層 ３４ 窒化インジウムガリウム活性層 ３５ ｐ型窒化ガリウム層 ３６ ｐ型電極層 ３７ ｎ型電極層 ５１ サファイア基板 ５２ ｐ型アルミニウムガリウムインジウムりん下制限
層 ５３ アルミニウムガリウムインジウムりん活性層 ５４ ｎ型アルミニウムガリウムインジウムりん上制限
層 ５５ ｎ型ガリウムインジウムりんオームコンタクト層 ５６ ｐ型電極層 ５７ ｎ型電極層

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高輝度発光ダイオードにおいて、 ベース基板とされ、導電性と導熱性がいずれも良好な材
    質で形成され並びに中間の一つの絶縁区域により相互に
    不導通の二つの部分に分けられた、上記ベース基板と、 被覆基板とされ、該ベース基板の上に接着され、その中
    央に孔を有する区域があり、傾斜側壁が該孔を囲んでい
    る、上記被覆基板と、 フリップ式発光ダイオードチップとされ、該ベース基板
    と接合され、中央区域の該孔中に収容され、透明基板を
    具えた、上記フリップ式発光ダイオードチップと、 透明物質とされ、中央区域の該孔に充填され、並びにフ
    リップ式発光ダイオードチップをその内部に封止する、
    上記透明物質と、 を具えたことを特徴とする、高輝度発光ダイオード。
  2. 【請求項２】 前記被覆基板が白色高反射率材料で形成
    されたことを特徴とする、請求項１に記載の高輝度発光
    ダイオード。
  3. 【請求項３】 前記傾斜側壁に白色高反射率材料が塗布
    されたことを特徴とする、請求項１に記載の高輝度発光
    ダイオード。
  4. 【請求項４】 前記透明物質が凸レンズを形成したこと
    を特徴とする、請求項１に記載の高輝度発光ダイオー
    ド。
  5. 【請求項５】 前記ベース基板がシリコン材料で形成さ
    れたことを特徴とする、請求項１に記載の高輝度発光ダ
    イオード。
  6. 【請求項６】 前記ベース基板が銅材料で形成されたこ
    とを特徴とする、請求項１に記載の高輝度発光ダイオー
    ド。
  7. 【請求項７】 前記ベース基板がアルミニウム材料で形
    成されたことを特徴とする、請求項１に記載の高輝度発
    光ダイオード。
  8. 【請求項８】 前記フリップ式発光ダイオードチップが
    アルミニウムガリウムインジウムりんフリップ式発光ダ
    イオードチップとされたことを特徴とする、請求項１に
    記載の高輝度発光ダイオード。
  9. 【請求項９】 前記フリップ式発光ダイオードチップが
    窒化アルミニウムガリウムインジウムフリップ式発光ダ
    イオードチップとされたことを特徴とする、請求項１に
    記載の高輝度発光ダイオード。
  10. 【請求項１０】 前記フリップ式発光ダイオードチップ
    が窒化インジウムッガリウムフリップ式発光ダイオード
    チップとされたことを特徴とする、請求項１に記載の高
    輝度発光ダイオード。
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