JPH04501039A

JPH04501039A - 発光ダイオード・アレイ

Info

Publication number: JPH04501039A
Application number: JP50899789A
Authority: JP
Inventors: ハート，ピーター　ブライアン; グッディング，ジョン
Original assignee: プレツシー　オーバーシーズ　リミテツド
Priority date: 1989-08-11
Filing date: 1989-08-11
Publication date: 1992-02-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイ、特に、多数個の密に配置されたダイオード素子を有する改良された発光ダイオード・７レイ、またはその製造法に関するものである。

最近、小さな画面上に非常に多数個の表示素子（画素）を有する表示ｔｌＫを必要とする近代的な光学装置が増えてきた。良質の画像をうるためには５００Ｘ５００画素程度は必要であるが、認識可能な画像でよければ、はるかに少ない画素数でうろことができる。従来の陰極線管（ＣＲＴ　’）を利用すれば極めて良好な解像度をうることができるが、この＠訳は大型であり、かつ、大電力と高電圧とを必要とする。また別の小型の表示装置も用いられているが、それらはまた固有の問題点を有している。

受動的液晶部品（ＬＣＤ）表示ＶＲ置はその消費電力は小さいが、アドレス指定と多重化が難しく、また暗い場所で使用する時は背面照射が必要である。

ハイブリッド沫によって作成された発光ダイオード・アレイは、その寸法が比較的大きく、ピッチが０．５履より小さなアレイをつることは難しい。発光ダイオード・アレイの寸法を小さくするためには、モノリシック構造体に製造することが必要であるが、その場合には、アドレス指定のさいに困難がある。それは、モノリシック構造体の中のすべての発光ダイオードは共通の１つの陰極を有し、かつ、個別の接続を必要とするから、特別の分離技術が要求されるからである。小さな寸法でかつ非常に多数個の画素を従来の導続接続法で相互に接続することは、全く現実的でない。

本発明は前記問題点を解決することを目的としており、本発明により、発光ダイオード駆動回路と完全に接続された素子を６！９５度に配置したアレイをうろことができる。

前記問題点の解決は下記の０、軸に基づいて行なわれた。

リ　透明な基板を有する材料の中に発光ダイオード・アレイを作成する。したがって、発光ダイオード・アレイは裏側から見ることができる。

（へ）　シリコン駆動回路の上に発光ダイオード・アレイを直接に［フリップ・デツプ・ボンディングコすることによって、発光ダイオード・アレイの相互接続を行なう。

本発明の第１の特徴により、発光ダイオード・アレイは半導体材料の光学的に透明なｌｉ＆ＩｆＩｉ１を有する。この基板の１つの表面の上に１．多数個の発光ダイオード１０がそなえられる。前記発光ダイオード１０のおのおのは、前記基板１の１つの表面の上に電気接触体を有する。前記基板１は、すべての発光ダイオード１０に対して共通である光学的に透明な材料の１つの電極を有する。また別の基板６がそなえられる。このまた別の基板６の表面は、基板１の上の発光ダイオード１０の総数と位置に一致した、多数個の駆動回路を有する。これらの駆動回路のおのおのはそれらに対応した１つの接触体を有する。

発光ダイオードの接触体と駆動回路の対応する接触体は整合しており、そしてこれらの接触体の間にハンダ電気接触体が配置される。

前記発光ダイオード・アレイにおいて、光はアドレス指定されたおのおののダイオードからあらゆる方向に放射される。逆方向に伝播する光は、すなわち、光学的に透明な基板の内部方向に伝播する光は、可視表示光として利用される。

本発明の第２の特徴により、発光ダイオード・アレイの製造法かえられる。この製造法は、多数個の発光ダイオード１０を有する光学的に透明な材料の半導体基板１と、前記発光ダイオードのすべてに対して共通な光学的に透明な１つの共通電機と、また別の基板６とをそなえる段階と、前記発光ダイオードのおのおのは前記基板１の１つの表面上に電気接触体４を有し、かつ、また別の前記基板６の中に多数個の接触体が前記基板１の上の前記発光ダイオード１０の総数と位置とに一致してそなえられる段階と、前記基板のうちの少なくとも１つの基板の接触体のおのおのの上に計饅された一定量のハンダを沈着する段階と、前記基板のおのおのの表面の電気接触体を整合して表向接触させる段階と、前記発光ダイオードをそれに対応する前記駆動回路に接続するハンダ・バンブ８を作成するために前記ハンダを溶融する段階とを有する。

問題点を解決するための前記方法により、発光ダイオードの特性にまた別の利点がえられる。寸法の小さな従来の発光ダイオード構造体の駆動＠胃では、電流密度が大きい場合、Ｉｆ流が集中する効果により、光の大部分が接触体領域の下で発生する。フリップ・チップ・ボンディング法を用いる場合、ダイオードは裏側から観察されるので、発光領域の全部を見ることができ、したがって、装置の効率が増大する。放熱効果がよくなるので、発光ダイオードの特性がまた改良される。

好ましい構造体の１つの実施例として、Ｇ　ａ　ｌ）の上のＧａＡＳＰの中にＩｌ単的な拡散法によって、１００Ｘ１００の発光ダイオード・アレイが製造された。発光ｆｒＡ域は窒素がドープされた領域であり、そして発光波長は比Ａｓ／Ｐによって決定される。発光ダイオードは直径が（例えば）４０ミクロンであり、およびピッチは８０ミクロンであり、そしてチップ全体の寸法は９履Ｘ９ｊＩＩＩである。発光ダイオードに対する接触体は、拡散領域を完全に被覆する個別のドツトによってえられる。ハンダ・バンプ法を利用することにより、対応する寸法のシリコン駆動４ｉ１！チツプとの接触を実施することができる。この時、シリコン駆動装置チップは、それが受信するデータに従って、おのおのの発光ダイオードの発光強度を制御ｌすることができる。また、シリコン駆動装置チップを用いて、発光ダイオード・アレイの不均一性を補正することができる。

添付図面に示された実施例により、本発明をさらに説明することにする。

第１図は本発明を実施する発光ダイオード・アレイの側面図、第２図は第１図の発光ダイオード・アレイの横断面図であって、このアレイの発光ダイオードからの出力光の方向を示し、第３図は第１！！ｉｌに示されたアレイの中の１個の発光ダイオードの図面であって、この１１１の発光ダイオードが駆動装置回路を有する活性シリコン基板上の対応する接触体にハンダ付けされる様子を示し、第４図は本発明を実施する２次元発光ダイオード・アレイの一部分を示す。

第１図から第３図までの図面に示されているように、発光ダイオード１０の７レイは光学的に透明なＧａＰ基板１を有する。基板１はＧａＡＳＰ発光領域２を有する。

このＧａＡＳＰ発光領域２には窒素がドープされる。領域２の発光波長は比Ａｓ／Ｐによって決定される。

発光ダイオードは基板１の上に作成されるが、その上にＳｉ３Ｎ４の１１１３が作られる。Ｗ３は絶縁体拡散陣璧閣としての機能を果たす。基板上の１１１３に対して、予め定められた複数個の位置において、エツチングが選択的に行なわれる。これらの位置で基板が露出し、そしてこれらの位置に発光ダイオード１０が作成される。エツチングされる位置の総数はアレイが有する発光ダイオードの総数に一致することが好ましい。エツチングされるおのおのの領域は、第４図に示されているように、直径４０ミクロンの発光ダイオードをそなえることができる直径を有することが好ましく、また隣り合ったエツチングされた領域とのピッチ距離は８０ミクロンであることが好ましい。発光ダイオード１０は基板のこれらの露出した領域に拡散を行ない、それぞれにＰＮ接合を作ることによって作成される。その後、このアレイの中のそれぞれの発光ダイオードの上に、金属接触体４が蒸暑される。

この金属接触体は、アルミニウム・シリコン合金のような材料で作成される。アレイの中のすべての発光ダイオードに対し、光学的に透明な材料で作成された１つの共通電極が基板の反対側にそなえられる。この共通電極はＮＷ３接触体であることができる。この共通接触体５は、第１図において、例示的に示されている。

複数個の駆動回路を有する集積回路チップ６により、各駆動回路とそれに対応する発光ダイオード１０とが相互に接続される。チップ６は活性シリコン基板を有する。

この活性シリコン基板の上の駆動回路の総数は発光ダイオードの総数に一致し、およびシリコン基板の上の駆動回路のピッチは基板１の上の発光ダイオードのピッチに一致する。したがって、それぞれの駆動回路はアレイの中の対応する発光ダイオード１０に個別に接続することができる。

駆動回路は、フリップ・チップ・ハンダ付はボンディング法によって、発光ダイオードに接続される。各発光ダイオードと各駆動回路の上にウェット・メタライゼーション層７が作成され、そしてこれらのメタライゼーション＠７の間に計量された一定量のハンダが沈着され、そしてハンダが溶融されると、バンプ８が作成される。

このバンプ８により、発光ダイオード１０がチップ６上の対応する駆動回路に接続される。フリップ・チップ・ボンディング法の利点は、ダイオードが基板の裏側からｍ１Ｗ４できることであり、したがって当然、すべての発光領域が観察できることである。

○Ｏ○○○○○○○○−−− 〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇国　際　ｆｌｌ　香　磐　央ＰＣＴ／ＧＢ　８９１００９２６一−針階−１＾−−一劇啼―匈・国際調査報告Ｇ８８９００９２６Ｓ＾　３０６８０

Claims

【特許請求の範囲】１．半導体材料で作成された光学的に透明な基板（１）と、また別の基板（６）とを有し、前記基板（１）の１つの表面上に多数個の発光ダイオード（１０）がそなえられ、かつ、前記ダイオード（１０）のおのおのが前記基板（１）の１つの前記表面に電気接触体を有し、かつ、前記基板（１）はすべての前記ダイオード（１０）に対して共通な光学的に透明な材料で作成された電極を有し、また別の前記基板（６）は前記基板（１）の上の前記発光ダイオード（１０）の総数と位置とに対応した多数個の駆動回路をそなえ、かつ、前記発光ダイオードの前記接触体と前記駆動回路の対応する接触体が整合しむよび電気的ハンダ接触体が間に配置されている、発光ダイオード・アレイ。２．請求項１において、前記基板（１）がＧａＰ基板（１）である、前記発光ダイオード・アレイ。３．請求項２において、発光ＧａＡｓＰ領域（２）が前記基板（１）の中に作成されている、前記発光ダイオード・アレイ。４．請求項１から請求項３までのいずれかにおいて、前記発光ダイオード（１０）のおのおのの直径が４０ミクロンであり、かつ、前記アレイの中の前記発光ダイオードのピッチが８０ミクロンである、前記発光ダイオード・アレイ。５．請求項１から請求項４までのいずれかにおいて、前記ハンダ接触体が発光ダイオード（１０）とそれに対応した駆動回路との間に計量された一定量の沈着されかつ溶融で流動したハンダによって作成されたハンダ・バンブ（８）を有する、前記発光ダイオード・アレイ。６．複数個の発光ダイオード（１０）を有する光学的に透明な材料の半導体基板（１）と、前記発光ダイオードのすべてに対して共通な光学的に透明な材料の電極と、また別の基板（６）とをそなえる段階と、前記発光ダイオードのおのおのは前記基板（１）の１つの表面の上に電気接触体（４）を有し、かつ、また別の前記基板（６）の中に複数個の駆動回路が前記基板（１）の上の前記発光ダイオード（１０）の総数と位置とに一致してそなえられる段階と、前記駆動回路のおのおのがさらに別の前記基板（６）の１つの表面の上に電気接触体をそなえる段階と、前記基板のうちの少なくとも１つの基板の接触体のおのおのの上に計量された一定量のハンダを沈着する段階と、前記基板のおのおのの表面の前記電気接触体を事実上整合して表面接触させる段階と、前記発光ダイオードをそれに対応ずる前記駆動回路に接続するハンダ・バンプ（８）を作成するために前記ハンダを溶融する段階とを有する、発光ダイオード・アレイの製造法。７．請求項６において、前記基板（１）が発光ＧａＡＳＰ領域（２）を有するＧａＰ基板である、前記製造法。８．請求項６および請求項７において、前記発光ダイオード（１０）のおのおのの直径が４０ミクロンであり、かつ、前記アレイの中の前記発光ダイオードのピッチが８０ミクロンである、前記製造法。９．請求項６から請求項８までのいずれかにおいて、前記基板（１）の１つの表面の上に絶縁体拡散障壁層（３）を作成する段階と、露出した領域をうるために前記拡散障壁層（３）を複数個の位置において選択的にエッチングする段階と、選択的にエッチングされた前記位置に拡散によって前記発光ダイオードを作成する段階とによって、前記発光ダイオードが前記基板（１）の中に作成される前記製造法。１０．請求項１から請求項５までのいずれかの発光ダイオード・アレイまたは請求項６から請求項９までのいすれかの製造法によって作成された発光ダイオード・アレイを有する表示装置。