JP3908240B2 - 発光ダイオード構造 - Google Patents

Description

本発明は、照明設備に応用する発光ダイオード構造、特に両面発光が可能な発光ダイオード構造に関する。

発光ダイオード(Light Emitting Diode：LED)の発光原理が半導体本来の特性を利用していること、また白熱灯の発熱する発光原理とは異なることから、発光ダイオードは冷光源(cold light)と呼ばれている。
発光ダイオードが耐久性に優れる、寿命が長い、小型で性能が高い、消費電力が少ないなどの長所を有し、且つ水銀などの有害物質を含まず環境の汚染を引き起こさないことから、現在の照明市場は発光ダイオードを照明とすることに対し、大きな期待を寄せている。

現在、市場で販売されている発光ダイオードの大部分は、片面発光の特性のみを備えている。このため両面発光を用いる設計が必要な時は、片面発光という特性を有する二つの発光ダイオードを使用して目的を達成することが多い。このように片面発光の発光ダイオード二つをそれぞれ異なる面に配置しなければならない状況では、比較的高い加工コストを消費して、ようやく目的を達成できる。
特開２００１−７７４２９号公報 特開２００１−７７４３０号公報

公知技術の欠点に鑑み、本発明は両面発光の設計が必要な時、発光ダイオード構造で両面発光という目的を達成することができる発光ダイオード構造を提出する。

本発明の発光ダイオードは、発光ダイオードチップ、および容器からなる。該発光ダイオードチップは、基板、第１部分、第２部分を有する。第１部分、および第２部分は、基板の両面に対称となるように設けられており、またそれぞれがｎ電極、およびｐ電極を有する。且つ、導線の一端をｎ電極に、別の導線の一端をｐ電極に接続し、n電極およびp電極は基板に設置する。また、容器の内部は収容空間を有し、且つ収容空間内の相対する両端にそれぞれ電極を設ける。発光ダイオードチップは両電極の間に設置され、一つの電極はｎ電極に接続する導線と、もう一つの電極はp電極に接続する導線と接続する。また、蛍光パウダーを両電極および発光ダイオードチップで隔てられた収容空間に充填し、容器の両面が発光できるようにする。

本発明が発表する技術に基づく発光ダイオード構造は、以下の機能を含む。
１、本発明は、同一の発光ダイオード構造で両面発光の機能を得ることができる。同時に片面発光する発光ダイオードを二つ使用する必要が無いことから、各片面発光の発光ダイオードを加工するために必要なコストを節減することができる。
２、本発明は、発光ダイオード構造の両面で異なる色の光線を発することを可能にする。

本発明の目的、構造の特徴、およびその機能についてより深く理解するため、図面を組み合わせた詳細な説明を以下で試みる。

図１、図２を参照する。図1は本発明の発光ダイオードチップ（LED die）の断面図を示し、図２は本発明の発光ダイオードチップがシールされた構造の断面図を示したものである。
本発明が発表する技術に基づく両面発光が可能な発光ダイオードチップ(LED die)10の構造は、基板(substrate)11と、該基板11の上下表面に対称に形成された同じ構造のある第１部分（first portion）12と第２部分（second portion）13からなる。その内、第１部分12は基板11の上部表面に、第２部分13は基板11の下部表面に形成する。第１部分12、第２部分13の構造は完全に一致し、上下の位置が逆となるのみであることから、説明の重複を避けるため、本実施例では第１部分12を例として説明するにとどめる。

図１が示すように、第一部分12はｎ型窒化ガリウム層（n-GaN layer）122、活性層（active layer）123、p型窒化ガリウム層（p-GaN layer）124、表面電極（surface electrode）125、絶縁層（insulating layer）126、ｐ電極（p-electrode）127、およびｎ電極（n-electrode）128を含む。その内、ｎ型窒化ガリウム層122は基板11の上部表面に、活性層123はｎ型窒化ガリウム層122上方の一部表面に形成する。また、p型窒化ガリウム層124は活性層123の上方に、表面電極125はp型窒化ガリウム層124の上方に、p電極127は表面電極125の上方に形成する。ｎ電極128はｎ型窒化ガリウム層124の活性層123に覆われていない表面に形成する。また、絶縁層126を介してp電極127とn電極128の周囲を遮断する。その内、絶縁層126の材質は酸化シリコン（SiO₂）とすることができ、また基板11はサファイア基板（sapphire substrate）とすることができる。

実際の応用時には、発光ダイオードチップ10を容器20の中にシールし、図２で示すような構造を形成する。複数本の導線により、ダイオードチップ10を外部と接続する。図２で示すように、導線121ａの一端をｐ電極127に、導線121bの一端をn電極128に接続する。
該容器20の内部には適切な大きさの収容空間を有し、且つこの収容空間内の相対する両端に、それぞれ第１電極21、および第２電極22を形成する。発光ダイオードチップ10は、第1、第2電極21、22の間に設置する。その内、第1電極21はn電極128に接続する導線121aと接続し、第2電極22はｐ電極127に接続する導線121bと接続する。また蛍光パウダー30を第1電極21、第2電極22、および発光ダイオードチップ10で隔てられた収容空間に充填する。ここで使用している基板11がサファイア基板であることから、黄色の蛍光パウダー30を採用する。発光ダイオードチップ10が発する光が蛍光パウダー30を励起することによって、白色光を作り出すことができる。

本発明の発光ダイオード構造を使用すると、容器20内にある発光ダイオードチップ10は、容器20の両側の面に向かって光線を発するから、両面発光が必要な状態で使用できる。また、この実施例では、黄色蛍光パウダーを充填していることから、容器20の両面でいずれも白色光線を発することができる。

２種類の色の異なる蛍光パウダーを第１電極21、第２電極22、および発光ダイオードチップ10で隔てられた収容空間にそれぞれ充填した場合、容器20内にある発光ダイオードチップ10は、容器20のいずれの面にも光線を発するから、異なる色の蛍光パウダー30を充填した面から異なる色の光線を発することができる。

図３が示すように、本発明が発表する発光ダイオード構造は、プリント基板上に設けて両面発光の機能を提供することができる。

以上は、本発明における比較良好な実施例を述べたに過ぎず、これによって本発明の実施範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の特許出願範囲に基づいて行われた変更と修正は、いずれも本発明の特許範囲がカバーするものとする。

本発明の発光ダイオードチップの構造断面図である。 本発明の発光ダイオードチップがシールされた構造断面図である。 本発明の発光ダイオードチップをプリント基板上に設けた構造断面図である。

符号の説明

１０ 発光ダイオードチップ
１１ 基板
１２ 第１部分
１２１a、１２１b 導線
１２２ ｎ型窒化ガリウム層
１２３ 活性層
１２４ p型窒化ガリウム層
１２５ 表面電極
１２６ 絶縁層
１２７ ｐ電極
１２８ ｎ電極
１３ 第２部分
２０ 容器
２１ 第1電極
２２ 第2電極
３０ 蛍光パウダー

Claims (5)

1. ｎ型窒化ガリウム層、活性層、p型窒化ガリウム層、表面電極、絶縁層が含まれており、該ｎ型窒化ガリウム層は基板の表面に、該活性層はｎ型窒化ガリウム層上方の一部表面に、該p型窒化ガリウム層は活性層の上方に、該表面電極はp型窒化ガリウム層の上方に形成されており、前記p電極は表面電極の上方に、ｎ電極はｎ型窒化ガリウム層の活性層に覆われていない表面に形成され、絶縁層はp電極とn電極の周囲を遮断している構造の第１部分と、基板を挟んで対称に配置され前記第１部分と同じ構造の第２部分とを備えていることを特徴とする発光ダイオードチップ。
2. 前記基板の材質は、サファイアであることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードチップ。
3. 前記絶縁層の材質は酸化シリコン（SiO2）であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光ダイオードチップ。
4. 発光ダイオードチップと、容器からなる発光ダイオード構造であって、
   前記発光ダイオードチップは、基板と、該基板の両面に対称に設けられたｎ電極とｐ電極を有し、かつｎ電極とｐ電極にそれぞれ接続する二本の導線を有する第１部分と第２部分が含まれることと、
   前記容器の内部には収容空間を有し、且つ収容空間内の相対する両端にそれぞれ電極が設けられ、前記発光ダイオードチップは両電極の間に設置し、一つの電極はｎ電極に接続する導線と、もう一つの電極はp電極に接続する導線と接続しており、また、蛍光パウダーを両電極と発光ダイオードチップで隔てられた収容空間にそれぞれ充填し、容器の両面で発光させることができることを特徴とする発光ダイオード構造。
5. 前記容器内部の隔てられた収容空間に二種類の色違い蛍光パウダーをそれぞれ充填してあることを特徴とする請求項４に記載の発光ダイオード構造。
   

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