JP2003512727A - 発光ダイオード - Google Patents

発光ダイオード

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JP2003512727A
JP2003512727A JP2001531151A JP2001531151A JP2003512727A JP 2003512727 A JP2003512727 A JP 2003512727A JP 2001531151 A JP2001531151 A JP 2001531151A JP 2001531151 A JP2001531151 A JP 2001531151A JP 2003512727 A JP2003512727 A JP 2003512727A
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ウラディミール セメノヴィッチ アブラモフ，
セルゲイ ドミトリエヴィッチ デニソフ，
ニコライ ヴァレンチノヴィッチ シェルバコフ，
ぺトル アレクシヴィッチ ミチェフ，
アレクサンドル エドゥアルドヴィッチ プイシャ，
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オブシェストボ エス オグラノチェノイ オトヴェツトヴェノスチウ “コルヴェト−ライツ”
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、特に発光ダイオード装置の電子工学の技術分野に関し、半導体産業における用途が意図されている。発光ダイオード装置は、光反射側面および集光レンズを有する基板の凹部に設けられた光エミッタの結晶を含む。装置には、基板の凹部内に設けられた反射器が設けられ、レンズはＮ個の光学要素を含む。Ｎ個の光学要素の各々の光学軸は、対応する結晶の光学軸に一致する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、電子工学の技術分野、特に発光ダイオードに関し、半導体産業にお
ける用途が意図されている。
【０００２】 発光ダイオードは、様々な装置の動作モードに関する信号通知において、任意
フォーマットの公共利用の全色スクリーンにおいて、情報パネル、交通照明、照
明器具等において広く利用されている。
【０００３】 白熱灯の代わりに発光ダイオードを利用すると、信頼性が顕著に増加し、装置
の電力消費を顕著に減少させる。このため、多くの場合に要求されることは、光
の流れの色彩および濃淡が広範囲にわたり、照明スポットのサイズおよび均一さ
が可変であり、放出電力（照明強度）が可変である発光ダイオードである。
【０００４】 発光ダイオードの最も重要なパラメータは、順方向電流の強度と、光エミッタ
の結晶の設置されているホルダの熱抵抗値とにほとんど依存する放出電力である
。
【０００５】 技術的本質を考察すると、本件で提案される発光ダイオード装置に最も近いも
のは、反射表面と集束レンズとを有する基板の凹部に設けられた光エミッタの結
晶を含む装置である（国際特許出願番号ＰＣＴ／ＲＵ９７／０００７０，２４．
０９．９８付けの国際公開番号ＷＯ９８／４２０３１）。この装置の欠点は、放
出方向の集中の欠如と、光強度が低いことである。
【０００６】 提案される本発明による技術は、分解能を向上させることに加えて、発光ダイ
オードの放出電力（照明強度）を変化させる能力、視野角度を変化させる能力、
および放出方向における空間図を変化させる能力を増加させる。上記問題点を解
決する発光ダイオードは、光反射側面および集光レンズを有する基板の凹部に設
けられた光エミッタの結晶を含み、凹部内に反射器が設けられ、レンズがＮ個の
光学要素を含み、Ｎ個の光学要素の各々の光学軸が、対応する結晶の光学軸に一
致する発光ダイオード装置である。
【０００７】 例えば、反射器が、円錐形または四角錘の形式で形成され、結晶の間に又は結
晶の中心を結ぶ線により形成される輪郭の内側に設置される。
【０００８】 基板の凹部(recess)の側面は、回転体の形式で、例えば円錐表面の形式で形成
され得る。結晶のように、１つ又は複数の有色放出を行なう結晶が使用され得る
。基板の凹部の深さは、結晶の厚さに対するその比率が、（２−４）：１をなす
ように選択される。
【０００９】 結晶の厚さに対する反射器の高さの比率は、（１，３−１，５）：１をなす。
【００１０】 提案される発光ダイオード装置は、凹部（２）を有する基板（１）を含み、凹
部には光エミッタの結晶（３）が設置される。基板の凹部は、平らな底面（４）
と、回転体形状に、例えば円錐表面形状に形成された反射側面（５）とを有する
。凹部における結晶を設けるための場所の数は、光エミッタの結晶数に対応する
。
【００１１】 装置には、円錐または四角錘に形成された反射器（６）が備えられている。こ
の場合、反射器は、結晶の中心に結合するレンズによって形成される輪郭の内側
に設置される。
【００１２】 利用可能な基板凹部の反射側面および円錐または四角錘反射器に起因して、結
晶各々の側面放出の総てが、放出インジケータを形成する光学要素-レンズ（７
）に向かって方向付けられる。
【００１３】 レンズは、装置の透明なカバー（８）に設けられ、カバーと共に一体的に形成
され、例えば、球面円筒（円筒のベース（９）と半球レンズ）の形式で、または
楕円円筒の形式で又は平らなラスタ（１０）の形式で設けられる。レンズ（７）
は、Ｎ個の光学要素を含み、Ｎは光エミッタの結晶数である。レンズ（７）の光
学要素の各々の光学軸（１１）は、対応する結晶（３）の光学軸に一致する。
【００１４】 カバーのベースの底面において、ガイド・ピン（１２）が設けられ、これは開
口場所（図示せず）に依存して位置付けられる。
【００１５】 球面円筒ベース（９）の厚さは、レンズ（Ｒ）の半径の値を超えない。集束レ
ンズのベースおよび基板の上部表面の間の空間は、重合体シール化合物(polymer
ic sealing compound)（ハーメチック(hermetic)）（１３）で充填されている。
【００１６】 光エミッタの結晶用の平坦な搭載部の深さは、結晶の厚さを超えるが、結晶の
厚さの４倍を超えないものである。円錐または四角錘反射器の高さは、１，３な
いし１，５倍のベリー(very)結晶の厚さを超える。光エミッタの結晶（３）の搭
載部の大きさは、１，５ないし２倍の低い面の対角線のサイズを超える。上述し
た条件は、発光ダイオードの光学軸に沿う放出を最大限に集中させることを可能
にする。
【００１７】 以下、発光ダイオードのはたらきを説明する。
【００１８】 光エミッタの結晶（３）を通じる順方向電流を保証する電圧が、発光ダイオー
ドの接続端子（１４）に供給される場合に、結晶（３）は光を放出し始める。光
エミッタの結晶（３）の上部表面からの放出、凹部の側面（５）と円錐反射器（
６）による反射後の横側からの放出は、重合体シール化合物（１３）の層上に至
り、その後、所望の強度の放出を形成する光学要素−レンズ（７）に至る。
【００１９】 様々な発光色を達成するために、光エミッタの結晶（３）を通じて、設定値の
直流順方向電流、必要な振幅のインパルス順方向電流又は間欠的な(porosity)イ
ンパルスを流す。
【００２０】 放出方向の必要な図形に依存して、対応するレンズ形態が使用される。重合体
シール化合物（ハーメチック）（１３）が利用可能であること、およびレンズの
半径を超えない厚さを有する半球面レンズ円筒ベースが利用可能であることは、
放出強度損失を減少させ、放出方向の必要な図形形状を保証する。提案される発
光ダイオード装置の構成は、光エミッタ（３）の結晶の横の発光を利用すること
を可能にし、放出強度を増進させる（２倍）。
【００２１】 光エミッタ（３）の結晶の厚さの４倍に等しい又はそれを超え得る厚さを有す
る金属基板（１）は、基板の低い面からの電力消費の効果的な分散を保証する。
【００２２】 赤、オレンジ、黄色、緑、青、暗青色の発光に関する光エミッタ結晶は、発光
ダイオードの単色形態で使用され得る。
【００２３】 色飽和度および情報の適切な感度は、その製造工程途中に色素を加えることに
より又はその中に薬剤を散じることにより適切な色を利用して、カバーの塗料を
付加することによって得られる（クラッシュされた(crushed)光学水晶）。薬剤
を散じる場合の製品は、カバー材料の物理化学的特性を乱すことなしに、照明ス
ポット・サイズを増加させることに起因して、照明感度が向上する。
【００２４】 必要な色彩スペクトルに加えて、装置の放出強度および照明の増加は、基板凹
部に反射器を設置することによって達成され、それは、各結晶面の横向きの放出
が、放出部を形成する光学要素に向かって方向付けられるように設けられる。
【００２５】 本発明により形成される完全な発光ダイオード装置の構造は、直径０．５５ｍ
ｍの端子に結合される１ｍｍ厚さのスチールの金属ガラス・ホルダを含む。反射
円錐面は、０．６ｍｍの深さを有し、基板面における直径が２．４ｍｍに等しく
、結晶の搭載部に設けられた平坦な底部の直径は１．５ｍｍである。カバーは<<
Lexan>>形式のプラスチック・ポリカーボネートの成型されたものである。半球面
レンズの半径は５ｍｍに等しく、円筒ベースの高さは３ｍｍであり、基板とベー
スの間の距離は、１−３ｍｍの範囲で変化し得る。１５９−３２２の封止（重合
体）化合物が使用される。
【００２６】 ６３３ｎｍ波長の赤い光、５２５ｎｍ波長の緑の光、４７０ｎｍ波長の暗青の
光が、光エミッタの結晶に与えられる。光エミッタの結晶を設置するため、およ
び銀を利用する絶縁された接続端子に対する導体接合を被覆するため、ＴＯＫ−
２の電流伝達剤(current transmitting glue)が適用される。
【００２７】 発光ダイオード装置の上述の構造は、ルクス−アンペア(lux-ampere)特性を劣
化させることなしに、１７０℃／Ｗの温度抵抗を保証し、発光ダイオードを通じ
て流れる順方向電流を８０ｍＡまで増加させる。これは、炭素温度９０°で１．
５Ｃｄより多くの照明強度を取得することを可能にする。
【００２８】 以下に示すものは、本発明により作成された高輝度全色発光ダイオードの属性
／特徴である。この装置は、（赤、緑および暗青の）３つの光エミッタ結晶を含
み、各々は、四角ベースおよび直径１０ｍｍのプラスチック・カバーを利用して
、本質的に半球レンズであるハーメチック・プラスチックの共通の光学的ドーム
下に搭載される。
【００２９】 提案されるダイオード装置の完全な実現例は、表１および表２において上述し
た値と共に示されている。
【００３０】 表１に示されているものは、輝度全色発光ダイオードの特性／属性である。
【００３１】 表１
【００３２】
【表１】 表２に示されるものは、最大動作特性／属性および半導体発光ダイオードの他
の特性である。
【００３３】 表２
【００３４】
【表２】 発光ダイオードの上述した構造は、非常に良好な技術的属性を提供し、狭い方
向に強力な放出を可能にする。提案されるダイオードには、様々な業界の半導体
装置の開発および製造における広範な工業用途が見出され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、装置断面図を示す。
【図２】 図２は、球面レンズを有する装置の外観を示す。
【図３】 図３は、ラスタ形式で実現されたレンズを有する装置の外観を示す。
【図４】 図４は、ラスタ形式で実現されたレンズを有する装置の平面図である。
【図５】 図５は、カバーの概略を示す。
【図６】 図６は、装置の底面図を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ， ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，Ｒ Ｕ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，Ｂ Ａ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，Ｋ Ｇ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ， ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，Ｓ Ｇ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 デニソフ， セルゲイ ドミトリエヴィッ チ ロシア国， 127576 モスクワ， ウリツ アブラムツェフスカヤ， 12−474 (72)発明者 シェルバコフ， ニコライ ヴァレンチノ ヴィッチ ロシア国， 109377 モスクワ， ウリツ ペルヴァヤ ノヴォクズミンスカヤ， 25−37 (72)発明者 ミチェフ， ぺトル アレクシヴィッチ ロシア国， 197227 サンクト・ペテルブ ルク， プル イスピタテレイ， 20− 531 (72)発明者 プイシャ， アレクサンドル エドゥアル ドヴィッチ ロシア国， 197269 サンクト・ペテルブ ルク， ウリツ ブリャンツェヴァ， ４ −38 Ｆターム(参考） 5F041 AA04 AA06 AA12 BB32 BB33 DA14 DA19 DA33 DA36 DA74 DA77 DB02 FF11

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光反射側面および集光レンズを有する基板の凹部に設けられ
    た光エミッタの結晶を含む発光ダイオード装置であって、凹部内に反射器が設け
    られ、前記レンズがＮ個の光学要素を含み、Ｎ個の光学要素の各々の光学軸が、
    対応する結晶の光学軸に一致することを特徴とすることを特徴とする発光ダイオ
    ード装置。
  2. 【請求項２】 前記反射器が、円錐形状に形成されることを特徴とする請求
    項１記載の発光ダイオード装置。
  3. 【請求項３】 前記反射器が、四角錘形状に形成されることを特徴とする請
    求項１記載の発光ダイオード装置。
  4. 【請求項４】 前記反射器が、前記結晶の中心を結ぶ線により形成される輪
    郭の内側に設けられることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード装置。
  5. 【請求項５】 前記基板の凹部の側面が、回転体の表面形状に形成されるこ
    とを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード装置。
  6. 【請求項６】 前記基板の凹部の側面が、円錐面の形状に形成されることを
    特徴とする請求項１又は５記載の発光ダイオード装置。
  7. 【請求項７】 前記結晶が、１色を放出する結晶であることを特徴とする請
    求項１記載の発光ダイオード装置。
  8. 【請求項８】 前記結晶が、複数色を放出する結晶であることを特徴とする
    請求項１記載の発光ダイオード装置。
  9. 【請求項９】 結晶の厚さに関する基板厚さの比率が、（２ないし４）：１
    であることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード装置。
  10. 【請求項１０】 結晶の厚さに関する反射器の高さの比率が、（１，３ない
    し１，５）：１であることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード装置。
JP2001531151A 1999-10-18 1999-10-18 発光ダイオード Pending JP2003512727A (ja)

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