JP2014187366A - 積層型発光ダイオードのアレイ構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は発光ダイオードのアレイ構造に関し、とりわけ積層型発光ダイオードのアレイ構造を提供する。
【解決手段】本発明では、基板と、基板の上に順次積層された複数枚の発光ダイオードチップとを備えており、各々の発光ダイオードチップは第１の半導体層と第２の半導体層とを有しており、第１の半導体層の上には第１の電極が設けられて及び第２の半導体層が重ねて設けられており、そして第２の半導体層の上面には第２の電極が設けられて及び／又は他の発光ダイオードの第１の半導体層が重ねて設けられており、各々の発光ダイオードチップの第２の電極が金属層を介して他の発光ダイオードチップの第１の電極に接続されることで、発光ダイオードアレイとして直列接続しており、つまり、積層方式で複数枚の発光ダイオードチップを発光ダイオードアレイとして重ねて設けるため、製作が容易になるうえ発光ダイオードアレイ全体の設置体積を効果的に低減することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は発光ダイオードのアレイ構造に関し、特に積層型発光ダイオードのアレイ構造に関する。
発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ.ＬＥＤ）は半導体発光素子であって、正バイアスが印加されたとき、通電発光するものである。現在、発光ダイオードはすでに高電圧の交流電源（例ＡＣ１１０Ｖ／２２０Ｖ）上での動作が可能となっている。さらに、発光ダイオードは電灯バルブ（例 白熱電球）又は蛍光管（例 蛍光灯）に比べて、省電力で寿命が長いという長所を備えていることから、発光ダイオードは照明用として徐々に電灯バルブ又は蛍光管の代用とされるようになっている。
発光ダイオードを照明用途に応用する場合、一般的には複数個の発光ダイオードをアレイ形式に直列接続して、複数個の発光ダイオードを発光させることで広い発光領域を得るようになっている。
従来の発光ダイオードのアレイ構造である構造概略図としての図１を参照されたい。図示するように、単一の基板１１上にて、複数枚の発光ダイオードチップ１３を幅方向に配置するとともに、各々の発光ダイオードチップ１３の間に一定の距離を持たせている。更に、各々の発光ダイオードチップ１３の第１の電極１３１は金線１５で隣接する他方の発光ダイオードチップ１３の第２の電極１３２に接続し、しかも金線１５で最も左側の発光ダイオードチップ１３の第１の電極１３１を基板１１の第１の電位パッド１１１に接続し、及び金線１５で最も右側の発光ダイオードチップ１３の第２の電極１３２を基板１１の第２の電位パッド１１３に接続する。ここでは、金線１５の電気的な接続により、これら発光ダイオードチップ１３を発光ダイオードアレイ１００として直列接続が可能となっている。
しかしながら、従来の発光ダイオードアレイ１００では限界のある幅方向空間内に発光ダイオードチップ１３を配列するため、一定の領域空間内でより多くの発光ダイオードチップ１３を設けることはできず、発光強度も往々にして効果的に向上できない。
又は、従来の他の発光ダイオードのアレイ構造の構造概略図としての図２を参照されたい。図示するように、発光ダイオードアレイ２００は基板２１と、複数個の発光ダイオード素子２３とを備えており、これら発光ダイオード素子２３はそれぞれがパッケージングされて完成した電子素子である。各発光ダイオード素子２３は基板２１の上に垂直方向で積層されて設けられるとともに、各発光ダイオード素子２３の間には透光板材２５が介在されている。このうち、最下層の発光ダイオード素子２３の第１の電極２３１は金線２７で基板２１の第１の電位パッド２１１に接続されており、最上層の発光ダイオード素子２３の第２の電極２３３は金線２７で基板２１の第２の電位パッド２１３に接続されており、及び各発光ダイオード素子２３の第１の電極２３１は金線２７で他方の発光ダイオードの第２の電極２３３に接続されている。ここでは、金線２７の電気的な接続により、これら発光ダイオード素子２３を他の種類の発光ダイオードアレイ２００として直列接続している。
従来の他の種類の発光ダイオードアレイ２００では積層方式で各発光ダイオード素子２３のレイアウトを行っており、確かに発光ダイオード素子２３の一定の領域空間内での設置個数を調節しやすくなっているものの、前記発光ダイオードアレイ２００は各々がパッケージング完了後の発光ダイオード素子２３を基本的な構成部材としていることから、パッケージングのコスト及び全体の設置体積が増加してしまう。
本発明の一つの目的は、複数枚の発光ダイオードチップを積層方式で垂直方向に重ねて発光ダイオードアレイとして設けることで、領域空間内により多くの枚数の発光ダイオードチップを設けることが可能な積層型発光ダイオードのアレイ構造を提供するところにある。
本発明の一つの目的は、複数枚の発光ダイオードチップが製作された半導体材料を基板の上に積層させることで、基板の上に発光ダイオードアレイを形成するものであり、ここでは、発光ダイオードアレイの製作が容易になるだけでなく、発光ダイオードアレイ全体の設置体積を効果的に低減することができる積層型発光ダイオードのアレイ構造を提供するところにある。
本発明の一つの目的は、積層型発光ダイオードアレイを複数組幅方向で基板の上に設けることで、より広い発光領域を得るとともに、領域の発光強度を向上する積層型発光ダイオードのアレイ構造を提供するところにある。
本発明の一つの目的は、積層型発光ダイオードアレイをフリップチップ方式で基板の上に設けた積層型発光ダイオードのアレイ構造を提供するところにある。
上記目的を達成するために、本発明は、その表面に第１の電位パッドと第２の電位パッドとが設けられた基板と；各々の発光ダイオードチップがそれぞれ第１の半導体層と、第２の半導体層とを有しており、このうち第１の半導体層の上面には第１の電極が設けられて、及び第２の半導体層が重ねて設けられており、そして第２の半導体層の上面には第２の電極が設けられて及び／又は他の発光ダイオードの第１の半導体層が重ねて設けられている、基板の上に順次積層されている複数枚の発光ダイオードチップと；各々の発光ダイオードチップの第２の電極が対応する金属層を介して他の発光ダイオードチップの第１の電極に接続されることで、発光ダイオードアレイとして直列接続する少なくとも一つの金属層と、を備えており；最下方に積層されている第１の半導体層の第１の電極は金線を介して基板の第１の電位パッドに接続され、そして最上方に積層されている第２の半導体層の第２の電極は別の金線を介して基板の第２の電位パッドに接続される、積層型発光ダイオードのアレイ構造を提供する。
本発明は更に、その表面に第１の電位パッドと第２の電位パッドとが設けられた基板と；各々の発光ダイオードチップがそれぞれ第１の半導体層と、第２の半導体層とを有しており、このうち第１の半導体層の上面には第１の電極が設けられて、及び第２の半導体層が重ねて設けられており、そして第２の半導体層の上面には第２の電極が設けられて及び／又は他の発光ダイオードの第１の半導体層が重ねて設けられている、基板の上に順次積層されている複数枚の発光ダイオードチップと；各々の発光ダイオードチップの第２の電極が対応する金属層を介して他の発光ダイオードチップの第１の電極に接続されることで、発光ダイオードアレイとして直列接続する少なくとも一つの金属層と、を備えており；発光ダイオードアレイがフリップチップ方式で基板の上に設けられており、最下方に積層されている第１の半導体層の第１の電極は基板の第１の電位パッドに接続され、そして最上方に積層されている第２の半導体層の第２の電極は基板の第２の電位パッドに接続される、積層型発光ダイオードのアレイ構造を提供する。
本発明の一実施例において、第１の半導体層はＮ型半導体層であり、第２の半導体層はＰ型半導体層である。
本発明の一実施例において、前記基板の上には複数組の積層型発光ダイオードアレイが幅方向で設けられている。
従来の発光ダイオードのアレイ構造の構造概略図である。 従来の他の発光ダイオードのアレイ構造の構造概略図である。 本発明の積層型発光ダイオードのアレイ構造の好ましい実施例の構造概略図である。 本発明の積層型発光ダイオードのアレイ構造の他の実施例の構造製作フローチャートである。 本発明の積層型発光ダイオードのアレイ構造の他の実施例の構造製作フローチャートである。 本発明の積層型発光ダイオードのアレイ構造の更に他の実施例の構造概略図である。 本発明の積層型発光ダイオードのアレイ構造のまた更に他の実施例の構造概略図である。
本発明の積層型発光ダイオードのアレイ構造の好ましい実施例の構造概略図である図３を参照されたい。図示するように、発光ダイオードアレイ３００は基板３１と、複数枚の発光ダイオードチップ３３とを備えている。
各前記発光ダイオードチップ３３は前記基板３１の上に順次積層されており、それぞれ第１の半導体層３３１と、第２の半導体層３３３とを備えている。前記第１の半導体層３３１はＮ型半導体層であり、前記第２の半導体層３３３はＰ型半導体層である。
積層工程により、各々の前記発光ダイオードチップ３３の第２の半導体層３３３を前記第１の半導体層３３１の一部表面上に積層させ、及び各々の前記発光ダイオードチップ３３の第１の半導体層３３１を前記基板３１の一部表面又は他の前記発光ダイオードチップ３３の第２の半導体層３３３の一部表面に積層させる。さらに、前記第１の半導体層３３１の一側面の露出面には第１の電極３３１１を設けることができ、そして前記第２の半導体層３３３の一側面の露出面には第２の電極３３３１を設けることができる。各々の前記発光ダイオードチップ３３の第２の電極３３３１はそれぞれ金属層３５を介して他の前記発光ダイオードチップ３３の第１の電極３３１１に電気的に接合されることで、これら前記発光ダイオードチップ３３は発光ダイオードアレイ３００として直列接続が可能となっている。また、前記金属層３５は同様に積層工程で前記第２の半導体層３３３の一側面の露出面に積層されている。
また、前記基板３１の表面には第１の電位パッド３１１及び第２の電位パッド３１３が更に設けられている。前記第１の電位パッド３１１はグランドの電位パッドとしてもよく、そして前記第２の電位パッド３１３は給電の電位パッドとしてもよい。本発明の実施例において、最下方に積層されている前記第１の半導体層３３１の第１の電極３３１１は金線３７１を介して前記基板３１の第１の電位パッド３１１に接続され、そして最上方に積層されている前記第２の半導体層３３３の第２の電極３３３１は別の金線３７３を介して前記基板３１の第２の電位パッド３１３に接続されてもよい。つまり、前記基板３１の第１の電位パッド３１１及び前記第２の電位パッド３１３により電源を供給することで、前記発光ダイオードアレイ３００を駆動発光させることができる。
ここで、本発明は、複数枚の発光ダイオードチップ３３が製作された前記第１の半導体層３３１及び前記第２の半導体層３３３を順次垂直方向で前記基板３１の上に積層することで、前記基板３１の上に前記発光ダイオードアレイ３００を形成する。このように、前記発光ダイオードアレイ３００の製作が容易になるだけでなく、前記発光ダイオードアレイ３００全体の設置体積を効果的に低減するとともに、一つの領域空間内でより多くの前記発光ダイオードチップ３３を設けることができる。
本発明の積層型発光ダイオードのアレイ構造の他の実施例の構造製作フローチャートである図４Ａ〜４Ｂを参照されたい。上記実施例において、前記発光ダイオードアレイ３００はワイヤボンディング方式（例：金線３７１、金線３７３）で前記基板３１の前記第１の電位パッド３１１及び前記第２の電位パッド３１３に電気的に接合されている。一方、本実施例では、発光ダイオードアレイ３０１はフリップチップ方式で前記基板３１の第１の電位パッド３１１及び前記第２の電位パッド３１３に電気的に接合されている。
図４Ａに示すように、まず、複数枚の前記発光ダイオードチップ３３が光透過性のあるベース３３０の上に順次積層されることで、前記ベース３３０の上に前記発光ダイオードアレイ３０１が形成される。続いて、図４Ｂに示すように、前記発光ダイオードアレイ３０１の形成後、前記発光ダイオードアレイ３０１を上下反転して、最下方に積層されている前記第１の半導体層３３１の第１の電極３３１１を突起で前記基板３１の第１の電位パッド３１１に接合して、そして最上方に積層されている前記第２の半導体層３３３の第２の電極３３３１を突起で前記基板３１の第２の電位パッド３１３に接合する。
つまり、本発明の積層型の前記発光ダイオードアレイ３０１はフリップチップ方式で前記基板３１の上に設けられることで、前記発光ダイオードアレイ３０１と前記基板３１との間の電気的接続の安定性を高めることができる。
本発明の積層型発光ダイオードのアレイ構造の更に他の実施例の構造概略図である図５を参照されたい。図示するように、複数組の積層型の前記発光ダイオードアレイ３００はワイヤボンディングの方式で幅方向に前記基板３１の上に設けることができる。
又は、本発明の積層型発光ダイオードのアレイ構造のまた更に他の実施例の構造概略図である図６を参照されたい。図示するように、複数組の積層型の前記発光ダイオードアレイ３０１はフリップチップの方式で幅方向に前記基板３１の上に設けることができる。
ここで、本発明をもし照明用途に応用する場合には、前記基板３１の上に複数組の前記発光ダイオードアレイ３００／３０１を設けて、広い発光領域を得るとともに、領域の発光強度を向上することができる。
上記したものは、単に本発明の一好ましい実施例に過ぎず、本発明の実施範囲を限定するためのものではなく、凡そ本発明の特許請求の範囲に記載する形状、構造、特徴及び技術的思想によりなされる均等の変化及び付加は、本発明の特許請求の範囲内に含まれるべきである。
１００ 発光ダイオードアレイ
１１ 基板
１１１ 第１の電位パッド
１１３ 第２の電位パッド
１３ 発光ダイオードチップ
１３１ 第１の電極
１３２ 第２の電極
１５ 金線
２００ 発光ダイオードアレイ
２１ 基板
２１１ 第１の電位パッド
２１３ 第２の電位パッド
２３１ 第１の電極
２３３ 第２の電極
２５ 透光板材
２７ 金線
３００ 発光ダイオードアレイ
３０１ 発光ダイオードアレイ
３１ 基板
３１１ 第１の電位パッド
３１３ 第２の電位パッド
３３ 発光ダイオードチップ
３３０ ベース
３３１ 第１の半導体層
３３１１ 第１の電極
３３３ 第２の半導体層
３３３１ 第２の電極
３５ 金属層
３７１ 金線
３７３ 金線

Claims (6)

  1. その表面に第１の電位パッドと第２の電位パッドとが設けられた基板と、
    各々の発光ダイオードチップがそれぞれ第１の半導体層と、第２の半導体層とを有しており、このうち前記第１の半導体層の上面には第１の電極が設けられて、及び前記第２の半導体層が重ねて設けられており、そして前記第２の半導体層の上面には第２の電極が設けられて及び／又は他の発光ダイオードの前記第１の半導体層が重ねて設けられている、前記基板の上に順次積層されている複数枚の発光ダイオードチップと、
    各々の前記発光ダイオードチップの第２の電極が対応する金属層を介して他の前記発光ダイオードチップの第１の電極に接続されることで、発光ダイオードアレイとして直列接続する少なくとも一つの金属層と、を備えた積層型発光ダイオードのアレイ構造であって、
    最下方に積層されている前記第１の半導体層の第１の電極は金線を介して前記基板の第１の電位パッドに接続され、そして最上方に積層されている前記第２の半導体層の第２の電極は別の金線を介して前記基板の第２の電位パッドに接続される、ことを特徴とする積層型発光ダイオードのアレイ構造。
  2. 前記第１の半導体層がＮ型半導体層であり、前記第２の半導体層がＰ型半導体層である、ことを特徴とする請求項１に記載の積層型発光ダイオードのアレイ構造。
  3. 前記基板の上には複数組の前記積層型発光ダイオードアレイが幅方向で設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の積層型発光ダイオードのアレイ構造。
  4. その表面に第１の電位パッドと第２の電位パッドとが設けられた基板と、
    各々の発光ダイオードチップがそれぞれ第１の半導体層と、第２の半導体層とを有しており、このうち前記第１の半導体層の上面には第１の電極が設けられて、及び前記第２の半導体層が重ねて設けられており、そして前記第２の半導体層の上面には第２の電極が設けられて及び／又は他の発光ダイオードの前記第１の半導体層が重ねて設けられている、前記基板の上に順次積層されている複数枚の発光ダイオードチップと、
    各々の前記発光ダイオードチップの第２の電極が対応する金属層を介して他の前記発光ダイオードチップの前記第１の電極に接続されることで、発光ダイオードアレイとして直列接続する少なくとも一つの金属層と、を備えた積層型発光ダイオードのアレイ構造であって、
    発光ダイオードアレイがフリップチップ方式で前記基板の上に設けられており、最下方に積層されている前記第１の半導体層の第１の電極は前記基板の第１の電位パッドに接続され、そして最上方に積層されている前記第２の半導体層の第２の電極は前記基板の第２の電位パッドに接続される、ことを特徴とする積層型発光ダイオードのアレイ構造。
  5. 前記第１の半導体層がＮ型半導体層であり、前記第２の半導体層がＰ型半導体層である、ことを特徴とする請求項４に記載の積層型発光ダイオードのアレイ構造。
  6. 前記基板の上には複数組の前記積層型発光ダイオードアレイが幅方向で設けられている、ことを特徴とする請求項４に記載の積層型発光ダイオードのアレイ構造。
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