JP3117281U

JP3117281U - 効率の高いマトリックス発光ダイオード素子

Info

Publication number: JP3117281U
Application number: JP2005008059U
Authority: JP
Inventors: ▲とう▼及人; 周文隆; 黄國瑞
Original assignee: 鼎元光電科技股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2015-09-30

Abstract

【課題】プロセスが効率的に簡易化されコストが大幅に削減される効率が高いマトリックス発光ダイオード素子を提供すること。
【解決手段】本考案の効率の高いマトリックス発光ダイオード素子は、主にエビタキシャルチップを基材として、その上に集積回路作製方式で複数の独立絶縁な発光ダイオードを作製し、また発光ダイオード毎に接続リードラインが設けられ、輝度を高める大きいサイズのマトリックス発光ダイオード単体を形成し、プロセスが効率的に簡易化されコストが削減されるとともに、バイラテラルツエナダイオードを含む基板が配置され、該マトリックス発光ダイオード単体を基板上に取付ける時に、該バイラテラルツエナダイオードが発光ダイオードを保護でき、静電破壊を避け発光ダイオードの寿命を延長させる。
【選択図】図１

Description

本考案は、プロセスが簡易化され、コストが削減され且つ輝度が向上できる効率が高いマトリックス発光ダイオード素子に係わり、発光ダイオード或は類似構造に適応するものである。

発光ダイオードが、輝度を向上する為に、複数の発光ダイオードを直接に直列、並列或いは直並列合併のように接続しており、例えば、米国特許第６４７２６８８号や台湾特許証号第２２３８８９号では、ともにこのようにしている。

しかしながら、これらの特許の接続方式は、単一の発光ダイオードを一般の基板或いはＰＣＢ上に設置し、さらにダイヤボンドで接続し、或いは発光ダイオードごとを夫々反転し作製した回路の基板上に取付ける必要がある。しかし、これらの作製方式は、プロセス時間が長くなり効率が無駄にされるとともに、作製上のコストが増加され、これは最も主要な欠点である。

前記従来の欠点を鑑み、本考案の創作者は、プロセスが簡易化されコストが増加されない効率が高いマトリックス発光ダイオード素子の提供を期し、専念な観察かつ研究をし、さらに学術理論の運用に合せ、合理的に設計且つ組み立てし消費者に提供することは、本創作が創作しようとする動機である。

本考案の主な目的は、プロセスが効率的に簡易化されコストが大幅に削減される効率が高いマトリックス発光ダイオード素子を提供する。

本考案の他一つの目的は、交／直流の両用の効率が高いマトリックス発光ダイオード素子を提供する。

本考案のもう一つの目的は、放熱性の良い及び抗静電力の効率が高いマトリックス発光ダイオード素子を提供する。

前記目的を達成するために、本考案は、主にエビタキシャルチップを基材として、その上に集積回路作製方式で複数の独立絶縁な発光ダイオードを作製し、また発光ダイオード毎に接続リードラインが設けられ、輝度を高める大きいサイズのマトリックス発光ダイオード単体を形成し、プロセスが効率的に簡易化されコストが削減されるとともに、バイラテラルツエナダイオードを含む基板が配置され、該マトリックス発光ダイオード単体を基板上に取付ける時に、該バイラテラルツエナダイオードが発光ダイオードを保護でき、静電破壊を避け発光ダイオードの寿命を延長させる。

本願の第１考案は、主に、エビタキシャルチップ基材上に集積回路作製方式で複数の独立絶縁な発光ダイオードを作製し、発光ダイオード毎に接続リードラインが蒸着され、該接続リードラインが並列或いは直列の方式で各発光ダイオードを接続し、プロセスが効率的に簡易化されコストが削減されるマトリックス発光ダイオード単体を形成することを特徴とする効率の高いマトリックス発光ダイオード素子を提供する。

本願の第２考案は、前記マトリックス発光ダイオード単体は、基板を配置することを特徴とする本願の第１考案に記載の効率の高いマトリックス発光ダイオード素子を提供する。

本願の第３考案は、前記マトリックス発光ダイオード単体は、金属バンプを接点として、超音波接合方式で基板上に反転して取付けることを特徴とする本願の第１考案或いは第２考案に記載の効率の高いマトリックス発光ダイオード素子を提供する。

本願の第４考案は、前記発光ダイオードの絶縁層が、ＳｉＯ_X、ＳｉＮ_X、Ａｌ₂Ｏ₃或いはＴｉＮのうち何れか一つ或いは組合せであることを特徴とする本願の第１考案に記載の効率の高いマトリックス発光ダイオード素子を提供する。

本願の第５考案は、前記接続リードラインが金属めっきの方式で蒸着され、且つ、該接続リードラインがＡｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｗ或いはＣｕのうち何れか一つ或いは組合せであることを特徴とする本願の第１考案に記載の効率の高いマトリックス発光ダイオード素子を提供する。

本願の第６考案は、前記複数の発光ダイオードのＰ型電極及びＮ型電極が、高熱伝導係数及び低抵抗の金属であり、Ａｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｇ或いはＣｕのうち何れか一つ或いは組合せであることを特徴とする本願の第１考案に記載の効率の高いマトリックス発光ダイオード素子を提供する。

本願の第７考案は、前記基板が、シリコン、ＡｌＮ、ＢｅＯのうち何れか一つの材質であり、該基板内には、発光ダイオードを保護し静電破壊を避け、さらに交流電源を使用できるバイラテラルツエナダイオードが設けられ、且つ該基板の上、下側面に導熱金属が並列されることを特徴とする本願の第２考案に記載の効率の高いマトリックス発光ダイオード素子を提供する。

本願の第８考案は、前記複数の発光ダイオードが、Ｐ型及びＮ型のあるIII−V半導体化合物であることを特徴とする本願の第１考案に記載の効率の高いマトリックス発光ダイオード素子を提供する。

本願の第９考案は、前記基板の導熱金属が、高熱伝導係数金属であり、Ａｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｗ、Ａｇ或いはＣｕのうち何れか一つ或いは組合であることを特徴とする本願の第７考案に記載の効率の高いマトリックス発光ダイオード素子を提供する。

本願の第１０考案は、前記基板内のバイラテラルツエナダイオードが、イオン注入方式或いはイオン拡散方式で形成されることを特徴とする本願の第７考案に記載の効率の高いマトリックス発光ダイオード素子を提供する。

本願の第１１考案は、前記エビタキシャルチップ基材が、透明であることを特徴とする本願の第７考案に記載の効率の高いマトリックス発光ダイオード素子を提供する。

以上のように、本考案の装置は以下のような実用利点を備える。
＜１＞複数の発光ダイオードを等マトリックス方式で基材上に作製し、金属蒸着の方式により接続リードラインを蒸着し、マトリックス発光ダイオード単体を形成することで、プロセスが効率的に簡易化されコストが削減される。
＜２＞配置された基板内にバイラテラルツエナダイオードが設けられ、マトリックス発光ダイオード単体上の発光ダイオードが静電破壊されるのが保護できる。
＜３＞マトリックス発光ダイオード単体が反転して基板に結合される時に、各発光ダイオードが操作するときに発生する熱が、基板を介して放熱でき、操作電圧の安定度を影響しない。

本考案の他の特徴及び具体的な実施例は、後続の詳しく説明及び図示より了解できる。

本考案は、主に、元素周期表III族元素（Ａｌ、Ｇａ或いはＩｎなど）及び第V族元素（Ｎ、Ｐ或いはＡｓ）からなるIII−V族半導体化合物であり、図１〜図２を参照すると、マトリックス発光ダイオード単体１は、透明なエビタキシャルチップ基材１０上に複数の発光ダイオード（該発光ダイオードは、３×３、４×４或いは５×５の等マトリックス方式で接続し、本好ましい実施例は３×３の接続方式で説明する）を作製し、該発光ダイオードは、Ｎ型半導体層２０、Ｎ型電極２１、Ｐ型半導体層２２及びＰ型電極２３から構成され、各発光ダイオードは接続リードラインを蒸着する前に、先に絶縁工程を経て、これらの発光ダイオードをエビタキシャルチップ基材１０上に配列するときに、発光ダイオード外にともに絶縁層３０を有させる必要があり、該絶縁層３０が、ＳｉＯ_X、ＳｉＮ_X、Ａｌ₂Ｏ₃或いはＴｉＮなどの材質で、発光ダイオード毎を独立絶縁させるものでよい、さらに、金属めっきの方式で各独立の発光ダイオードに接続リードライン４０を蒸着し、接続リードライン４０の材質がＡｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｗ或いはＣｕのうち何れか一つ或いは組合でよい。該接続リードライン４０の接続方式が、直列、並列或いは直並列合併のように発光ダイオード毎を接続でき、よって、マトリックス発光ダイオード単体１の作製を完成する。

図３、図４を参照すると、該マトリックス発光ダイオード単体１には、基板３が配置され、且つ該基板３内にバイラテラルツエナダイオード３６が設けられ（図６に示されるように）、該基板３はＰ型或いはＮ型半導体シリコン材質で作製され、その上にバイラテラルツエナダイオード第１電極３１及びバイラテラルツエナダイオード第２電極３２が設けられ、且つ該基板３内にイオン注入或いは拡散方式でイオンを注入し、バイラテラルツエナダイオードアクティブ領域３３が形成されるとともに、該基板３の上、下側面に導熱金属３４、３５が夫々設けられる。

図５に示されるように、マトリックス発光ダイオード単体１が基板３に結合される時に、該マトリックス発光ダイオード単体１を反転させ、接続リードライン４０が下向きの方式で、金属バンプ５０を接点として、金属バンプ５０の材質がＡｕ、ＡｕＳｎ、Ｓｎ或いはＡｌのうち何れか一つ或いは組合せでよい、並びに、超音波接続方式でマトリックス発光ダイオード単体１を基板３に結合させる。このように、発光ダイオード毎を夫々反転し作製された回路基板に取付け、或いは一個の発光ダイオードを基板上に設置し、さらにワイヤボンドで接続する必要がないので、プロセスが効率的に簡易化されコストが削減される。

また、マトリックス発光ダイオード単体１が反転して基板３に結合される時に、該マトリックス発光ダイオード単体１上の発光ダイオード毎が発生する熱が、基板３の導熱金属３４、３５を介して、封止フレーム上に熱を上から下向きに有効に伝導し、操作時に発生する熱が電圧を不安定させるが、本考案では散熱がよいので、電圧不安定が発生することはない、且つ、反転後の発光ダイオードは、その光が裏面の透明なエビタキシャルチップ基材１０から透過し、正面の電極に遮蔽されることはなく、発光効率を向上でき、また、該マトリックス発光ダイオード単体１が基板３に結合され、ＤＣ電源を使用するときに、図６に示す等価回路図を参照すると、即ち、該マトリックス発光ダイオード単体１がバイラテラルツエナダイオード３６を並列し、該バイラテラルツエナダイオード３６が双方向崩し電圧を有するため、マトリックス発光ダイオード単体１上の発光ダイオードが静電破壊されるのが保護できる。

一般に、発光ダイオードがＤＣ電流２０ｍＡで操作電圧が２〜４Ｖで、２５個の発光ダイオードを直列接続した後に１００Ｖ程度までに達するため、二つの本考案のマトリックス発光ダイオード単体１（本実施例では、５×５個の発光ダイオード接続を採用する）で逆方向並列し且つ基板３に並列結合した後に、１１０Ｖの交流電圧で駆動でき、図７に示されるように、作動する時に、該二つの並列のマトリックス発光ダイオード単体１が交互に発光するため、変圧回路の設置が省略されコストが削減できる。

しかし、前記に開示された構成は、単に本考案の好ましい実施例に過ぎなく、本考案の特徴を局限するものではなく、いずれの当該分野における通常の知識を有する専門家が本考案の分野の中で、適当に変換や修飾などを実施できるが、それらの実施のことが本考案の主張範囲内に納入されるべきことは言うまでもないことである。

以上のように、本考案は予期の創作目的を達成でき、プロセスが効率的に簡易化されコストが削減される発光ダイオード構造を供給し、フルに実用新案の要件を満たすので、法に従って出願を提起するが、ご査察の上、本考案のことを早期に公開されることを、宜しくお願い申し上げたい。

本考案のマトリックス発光ダイオード単体を示す斜視外観図である。本考案のマトリックス発光ダイオード単体を示す断面図である。本考案の基板を示す断面図である。図３の平面図である。マトリックス発光ダイオード単体が基板に結合する断面図である。本考案のＤＣ電源を使用する等価回路図である。本考案のＡＣ電源を使用する等価回路図である。

符号の説明

１マトリックス発光ダイオード単体
３基板
１０エビタキシャルチップ基材
２０Ｎ型半導体層
２１Ｎ型電極
２２Ｐ型半導体層
２３Ｐ型電極
３０絶縁層
３１バイラテラルツエナダイオード第１電極
３２バイラテラルツエナダイオード第２電極
３３バイラテラルツエナダイオードアクティブ領域
３４、３５導熱金属
３６バイラテラルツエナダイオード
４０接続リードライン
５０金属バンプ

Claims

エビタキシャルチップ基材上に集積回路作製方式で複数の独立絶縁な発光ダイオードを作製し、
発光ダイオード毎に接続リードラインが蒸着され、
該接続リードラインが並列或いは直列の方式で各発光ダイオードを接続し、
プロセスが効率的に簡易化されコストが削減されるマトリックス発光ダイオード単体を形成することを特徴とする、
効率の高いマトリックス発光ダイオード素子。
前記マトリックス発光ダイオード単体は、基板を配置することを特徴とする、請求項１に記載の効率の高いマトリックス発光ダイオード素子。
前記マトリックス発光ダイオード単体は、金属バンプを接点として、超音波接合方式で基板上に反転して取付けることを特徴とする、請求項１或いは２に記載の効率の高いマトリックス発光ダイオード素子。
前記発光ダイオードの絶縁層が、ＳｉＯ_X、ＳｉＮ_X、Ａｌ₂Ｏ₃或いはＴｉＮのうち何れか一つ或いは組合せであることを特徴とする、請求項１に記載の効率の高いマトリックス発光ダイオード素子。
前記接続リードラインが金属めっきの方式で蒸着され、且つ、該接続リードラインがＡｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｗ或いはＣｕのうち何れか一つ或いは組合せであることを特徴とする、請求項１に記載の効率の高いマトリックス発光ダイオード素子。
前記複数の発光ダイオードのＰ型電極及びＮ型電極が、高熱伝導係数及び低抵抗の金属であり、Ａｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｇ或いはＣｕのうち何れか一つ或いは組合せであることを特徴とする、請求項１に記載の効率の高いマトリックス発光ダイオード素子。
前記基板が、シリコン、ＡｌＮ、ＢｅＯのうち何れか一つの材質であり、該基板内には、発光ダイオードを保護し静電破壊を避け、さらに交流電源を使用できるバイラテラルツエナダイオードが設けられ、且つ該基板の上、下側面に導熱金属が並列されることを特徴とする、請求項２に記載の効率の高いマトリックス発光ダイオード素子。
前記複数の発光ダイオードが、Ｐ型及びＮ型のあるIII−V半導体化合物であることを特徴とする、請求項１に記載の効率の高いマトリックス発光ダイオード素子。
前記基板の導熱金属が、高熱伝導係数金属であり、Ａｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｗ、Ａｇ或いはＣｕのうち何れか一つ或いは組合せであることを特徴とする、請求項７に記載の効率の高いマトリックス発光ダイオード素子。
前記基板内のバイラテラルツエナダイオードが、イオン注入方式或いはイオン拡散方式で形成されることを特徴とする、請求項７に記載の効率の高いマトリックス発光ダイオード素子。
前記エビタキシャルチップ基材が透明であることを特徴とする、請求項７に記載の効率の高いマトリックス発光ダイオード素子。