JPH10326910A - 発光ダイオードとこれを適用した発光ダイオードアレイランプ - Google Patents

発光ダイオードとこれを適用した発光ダイオードアレイランプ

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JPH10326910A
JPH10326910A JP12900098A JP12900098A JPH10326910A JP H10326910 A JPH10326910 A JP H10326910A JP 12900098 A JP12900098 A JP 12900098A JP 12900098 A JP12900098 A JP 12900098A JP H10326910 A JPH10326910 A JP H10326910A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 発光ダイオードとこれを適用した発光ダイオ
ードアレイランプを提供する。 【解決手段】 発光ダイオードは外形的にその胴体が三
角柱型または少なくとも一つの鋭角を有する四辺柱型の
チップを具備し、チップ内部での全反射が抑制されて活
性領域から発生した光子が最大限にチップの外部に放出
される。開示されたアレイランプはベースと、前記ベー
スに搭載される少なくとも二つの発光ダイオードチップ
と、発光ダイオードチップとベースをモールディングす
るモールディング材と、そして発光ダイオードチップに
電気的に接続する複数のリードとを具備し、相互隣接し
た発光ダイオードチップ各々の任意点を通過する基準線
に対して前記二つのチップの相互対向する側の少なくと
もいずれか一壁面が前記基準線に対して所定角度に傾い
て配置されている構造を有する。これにより一つの発光
ダイオードチップから放出した光子に対する他の発光ダ
イオードチップからの干渉が最小化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード
（ＬＥＤ）及びこれを適用した発光ダイオードアレイラ
ンプに係り、特に、外部量子効率が極大化して耐久性が
向上した低消費電力型の発光ダイオード及びこれを適用
した発光ダイオードアレイランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＬＥＤは、図１に示したように中
間に活性領域２とその上下に活性領域２に物理的に関連
される上下結晶層３、４及び結晶層上下に備えられた電
極５、６を有する直六面体形状のチップ１を有し、前記
チップ１は、発光ダイオードの外観を成すモールド物に
より保護される。このような直六面体上のチップ１で
は、活性領域２から発生した光子のかなりの部分が、チ
ップ１の壁面からの連続する全反射現象によってチップ
１の内部から抜け出られない。全反射現象は、光子の入
射角θi が臨界角θc より大きい時に現れる。
【数１】 上の式１でｎe はチップ１を取り囲むモールド物の屈折
率であって、例えばエポキシ樹脂の場合約１．５程度で
あり、ｎs はチップ１を成している半導結晶層の屈折率
であって、厳密な意味では結晶層ごとに値が相異なる
が、一般的には大きい差がないので全ての結晶層の屈折
率は普通約３．５程度の値を有することで考えられる。
ここで、モールド物の屈折率が１．５、結晶層の屈折率
が３．５の場合に計算された臨界角θc は約２５．４°
である。
【０００３】図２は、活性領域２の任意点７から発生し
た光子のチップ内部での進行軌跡の一例を示す平面図で
ある。任意点７から発生した光子がチップ１の壁面１１
での全反射を避けるためには、一壁面に対して臨界角θ
c より小さな角度で入射するべきである。従って、活性
層から生成して一般的にランダムの方向に進行する光子
がチップ１の外に脱出するための必要条件は、一壁面１
１に対して中心軸が垂直であり、頂角が２θc のコーン
１２の内部に放出することといえる。
【０００４】図１に示したような正方形チップ構造を有
する従来の発光ダイオードでは、臨界角θc より大きい
角度でチップ１の壁面に入射した光子は一次的に壁面１
１から全反射し、全反射により進行経路が変わってもチ
ップ１の他の壁面に対する光子の入射角θi が臨界角よ
り相変らず大きいため、光子は、チップ１の外部に抜け
出られなくてチップ内部でずっと循環して、結局は吸収
されてしまう。
【０００５】結論的に、活性領域の任意の点から発生し
た光子は全ての方向に対して同じ確率で放出するが、全
反射現象を避けるためには頂角が２θc のコーン１２形
態の脱出領域に入射された光子だけがチップの外に脱出
できる。
【０００６】この理由により、従来のＬＥＤの場合、発
光した全体光子の中で出力で現れる光子の比率は約２０
％の程度以下のことが普通である。従って、目的の光量
を得るためには、ＬＥＤの駆動電流を増加させるべきで
あるが、駆動電流の大きさには限界があるだけでなく、
駆動電流を大きく増加させる場合ＬＥＤの耐久性も低下
する。
【０００７】ＬＥＤアレイランプは、輝度向上または多
様な色光の具現のために、一つの胴体に２つまたは３つ
またはそれ以上の同種または異種チップが備えられた、
ものである。
【０００８】図３を参照すると、透明なエポキシ樹脂で
できたモールディング材３１内の下部側に、楕円形とし
て反射鏡の役割と合せて後述するＬＥＤチップ３３、３
４、３５の共通接続端子の役割をするチップベース３２
が位置し、チップベース３２の底面には、ＬＥＤチップ
３３、３４、３５が固定されている。前記チップベース
３２は、前記モールディング材３１の下方に位置する共
通リード３６の上段に接続している。前記チップベース
３２の周囲には、前記各ＬＥＤチップ３３、３４、３５
に電気的に接続される第１、第２、第３リード３７、３
８、３９が備えられている。前記３個のチップ３３、３
４、３５の各一側電極、例えば陰極は前記共通リード３
６に電気的に接続されたチップベース３２に電気的に共
通接続され、各他側電極、例えば陽極は金属細線、例え
ば金線４０により第１、第２、第３リード３７、３８、
３９に電気的に接続される。
【０００９】図４は、前記チップベース３２とその底に
固定された前記チップ３３、３４、３５の配置形態を示
す抜粋平面図である。楕円形のチップベース３２の底に
固定されたチップ３３、３４、３５は相互隣接した壁面
が並んで向き合うように任意の直線Ｖ−Ｖに沿って一列
で配置されている。
【００１０】以上のような構造の従来のＬＥＤアレイラ
ンプが有する大きな問題点の一つは、隣接したＬＥＤ間
の対向する壁面から放出された光子の間に深刻な相互干
渉が現れるということである。このような相互干渉の問
題は、ＬＥＤチップ壁面の任意点から放出される光子の
強さの放射角度別の典型的な分布を示す図５を調べると
さらに明らかになる。ＬＥＤチップから放出された光子
の強さの放出角による分布は、光子の偏波方向によって
若干違って与えられるが、一般的に、光子のＬＥＤチッ
プ壁面に対する偏波方向がランダムするため、ＴＥ（Ｔ
ｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）及びＴＭ（Ｔ
ｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ）偏波に対する
平均値に従うといえる。図５で注目されることの中で一
つは、大部分の光子は、ＬＥＤチップの壁面に対する法
線を中心として４０゜以内の比較的狭い範囲の角で放出
される事実である。 従って、図４の従来のＬＥＤアレイ
ランプと同じように、単位ＬＥＤチップの壁面がお互い
正面に向き合うように配置される場合、相互対向する壁
面から放出される光子の大部分が隣接するチップにより
遮断されたり吸収されることを避けられなくなり、その
結果、アレイランプの効率及び輝度が落ちる。
【００１１】このような相互干渉は、前記ＬＥＤチップ
の発光色相が各々異なる異種ＬＥＤチップの発光ダイオ
ードアレイランプの場合、輝度の低下はもちろん多様な
色光の具現にも障害要素になる。このような異種ＬＥＤ
チップによるアレイランプの場合、各ＬＥＤチップから
放出された光子は、普通前記モールディング材に添加さ
れた拡散剤による混合過程を経た後外部に放出される。
この時に、前記モールディング材に含まれていた拡散剤
はＬＥＤチップから放出された光子を散乱させる役割を
するため、光子の相当部分を消耗する。従って、これを
補償するためには、ＬＥＤチップを一定水準以上の電流
で駆動したり、拡散剤の添加量を減らすべきであるが、
駆動電流を高める場合、ＬＥＤチップの信頼性が低下し
寿命が短縮される恐れがある。一方、拡散剤の添加量が
減る場合、モールディング材３１内での光混合が不充分
になってランプの色相が局部的に変わる等の問題によっ
て、多様な色相の具現が難しい。この理由で屋外電光板
に所要される画素を構成することにおいて、現在は発光
ダイオードアレイランプが多用できず、その代りに相異
なる色相の単一ＬＥＤランプから放出された光子をラン
プ外部で結合させる方法を利用して一つの画素を具現し
ている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明の第１目的は、
外部量子効率が増大して低い電流でも高い発光輝度を有
する発光ダイオード及びこれを適用した発光ダイオード
アレイランプを提供することである。本発明の第２目的
は、耐久性が向上した発光ダイオード及びこれを適用し
た発光ダイオードアレイランプを提供することである。
本発明の第３目的は、輝度の向上で所要ＬＥＤチップの
個数が減少し、よって小型化の可能な発光ダイオードア
レイランプを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明によると、活性領域を含む結晶層を具備するこ
ととして前記活性領域から発光された光子が透過する多
数の壁面と上面及び底面を有する胴体と、前記活性領域
に電流を供給するために前記胴体に備えられる電極手段
を具備し、前記胴体は前記上面または底面に対して並ん
でいる方向への断面が三角形になっている三角柱形状を
有することを特徴とする発光ダイオードが提供される。
【００１４】また、前記目的を達成するために本発明の
他の類型によると、活性領域を含む結晶層が備えられた
ことであって前記活性領域から発光した光子が透過する
多数の壁面と上面及び底面を有する胴体と、前記活性領
域に電流を供給するために前記胴体に備えられる電極手
段を具備し、前記胴体は前記上面または底面に対して並
んだ方向の断面が少なくとも一つの鋭角を有する四辺形
になっている四辺柱形状を有することを特徴とする発光
ダイオードが提供される。
【００１５】上記の目的を達成するために本発明による
と、ベースと、前記ベースに搭載されることであって多
数の壁面と上面及び底面を有する少なくとも二つのＬＥ
Ｄチップと、前記ＬＥＤチップとベースをモールディン
グするモールディング材と、そして前記ＬＥＤチップに
電気的に接続する複数のリードとを具備することにおい
て、前記ＬＥＤチップの中で少なくともいずれか一つは
前記上面または底面に対して並んでいる方向の断面が三
角形または少なくとも一つの鋭角を有する四辺形であ
り、隣接した前記二つのＬＥＤチップの胴体各々の任意
点を通過する一つの基準線に対して前記二つのチップの
相互対向する側の少なくともいずれか一つの壁面に対す
る法線が前記基準線に対して所定角度に傾いていること
を特徴とする発光ダイオードアレイランプが提供され
る。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、添付された図面を参照しな
がら本発明による発光ダイオードとこれを適用した発光
ダイオードアレイランプの望ましい実施例を詳細に説明
する。以下で図面と共に説明されるＬＥＤチップは、活
性領域及びその上下に前記活性領域に関係する結晶層を
具備する。前記活性領域もやはり結晶層の一部であっ
て、一般的に知られた発光ダイオードの結晶層配列構造
を有する。結晶層の配列構造は、例えば同種接合、単一
異種接合、または二重異種接合（ｄｏｕｂｌｅｈｅｔｅ
ｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎまたはｄｏｕｂｌｅ ｈｅｔｅｒ
ｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）が適用できる。大部分の高輝度
の発光ダイオードは、二重異種接合構造によるが、Ｇａ
Ｐ系列の黄−緑色及びＧａＡｓＰ系列の赤色発光ダイオ
ードは、同種接合または単一異種接合構造による。一般
的に発光ダイオードに含まれるウインド層、電流拡散
層、電流制限層、そしてブラッグ反射層のような多様な
機能層が設計条件や要求に従って本発明によるＬＥＤに
含まれうるが、以下の図面及び実施例の説明から除外さ
れる。
【００１７】＜発光ダイオード＞ ＜実施例１＞図６に示したように、チップ１００は、三
角柱型である。前記チップ１００の中間部分には活性領
域２００が備えられ、その上下に結晶層３００、４００
が備えられている。そして、チップ１００の上下面には
前記結晶層、特に活性領域２００に電流を供給するため
の手段としての電極５００、６００が形成される。
【００１８】図7 は，活性領域２００の任意点７００か
ら発生した光子の中でコーン形状の脱出領域１２０を抜
け出した方向に進行して、１次的にチップ１００の垂直
方向の壁面１１０で全反射した光子の進行軌跡を示す平
面図である。図７と以下で説明される全ての図面で、２
θc は、光子がチップ１００の内部から脱出できる入射
角の範囲を示す。
【００１９】図7 に示したように、任意点７００から出
射した光子の中で壁面１１０の第１脱出領域１２０に直
接入射した光子は、直ちにチップ１００の外部に脱出で
きる機会を有する。そして、第１脱出領域１２０を抜け
出した領域に入射した光子は、1 次的に一壁面１１０の
１次反射点１３０から全反射された後、他の壁面に進行
する。この時に他の壁面に対する光子の入射角が臨界角
以内の場合、 即ち１次反射した光子が第２脱出領域１８
０の内に入射する場合、全反射を避けうることになって
チップ１００の外部に脱出できる機会を有する。一方、
1 次全反射の以後、他の壁面に再び入射して第２反射点
１４０でもずっと全反射されることによって一連の全反
射過程を経りうるが、ここで、重要な特徴は、一連の全
反射過程で壁面に対する光子の入射角が次第に変わると
いう点である。従って、一般的に一定の回数の全反射過
程を経ると、結局臨界角より小さな角度でどの一壁面に
対する第２脱出領域１８０の内に入射することによっ
て、光子は、チップ１００から脱出が可能になる。即
ち、前記のような三角形の断面構造を有するチップで
は、活性層平面に並んで進行する光子は１回またはそれ
以上の全反射過程を経りうるが、光子の入射角が漸進的
に変わるようになって、結局は脱出領域１８０の内に入
射できるようになっていて、大部分の光子がチップの外
部に脱出できる機会を有して外部量子効率が改善される
効果をもたらす。しかし、実施例１が有する問題点の中
で一つは、前述した循環過程による光子の脱出効果が、
光子の進行方向が活性領域の平面から抜け出すことによ
って益々微小になるということである。
【００２０】＜実施例２＞図８に示したように、チップ
１０１は、正方形でない四辺形、例えば二つの鋭角を有
する断面を有する四辺柱型である。前述した実施例と同
じように、前記チップ１０１の中間部分には活性領域２
０１が備えられ、その上下に前記活性領域２０１に関係
する結晶層３０１、４０１が備えられている。そして、
チップ１０１の上下面には、前記結晶層、特に活性領域
２０１に電流を供給するための手段としての電極５０
１、６０１が形成される。上の構造において、前記チッ
プ１０１の水平断面形状は、前述したように二つの鋭角
を有する四辺形であり、場合によっては一つまたは三つ
の鋭角を有しうる。
【００２１】図９は、活性領域２０１の任意点７０１か
ら発揮された光子の中でコーン形状の脱出領域１２０を
抜け出した方向に進行されて、１次的にチップ１０１の
壁面１１１から全反射された光子の進行軌跡の一例を示
す平面図である。
【００２２】図９に示したように、任意点７０１から出
射された光子の中で壁面１１１の第１脱出領域１２０に
直接入射した光子は、直ちにチップ１０１の外部に脱出
できる機会を有する。そして、第１脱出領域１２０を抜
け出した領域に入射した光子は、1 次的に一壁面の１次
反射点１３０で全反射された後、他の壁面に進行する。
この時、他の壁面に対する光子の入射角が臨界角以内の
場合、即ち１次反射された光子が第２脱出領域１８０の
内に入射する場合、 全反射を避けるようになってチップ
１０１の外部への脱出が可能になる。一方、１次全反射
の以後、さらに他の壁面でもずっと全反射されることに
よって一連の全反射過程を経りうるが、ここで、重要な
特徴は、一連の全反射過程で壁面に対する光子の入射角
が次第に変わる点である。従って、一般的に一定の回数
の全反射過程を経ると、結局臨界角より小さな角度でど
の一壁面に対する第２脱出領域１８０の内に入射される
ことによって、光子は、チップ１０１から脱出できる機
会を有する。即ち、前記のような二つの鋭角を有する四
辺形の水平断面構造を有するチップでは、活性層平面に
並んで進行する光子は１回またはそれ以上の全反射過程
を経りうるが、光子の入射角が漸進的に変わるようにな
って、結局は脱出領域１８０の内に入射できるようにな
っていて大部分の光子がチップの外部に脱出できる機会
を有して外部量子効率が改善される効果をもたらす。し
かし、実施例2 が有する問題点の一つは、前述した循環
過程による光子の脱出効果が、光子の進行方向が活性領
域の平面から抜け出すのに益々微小になることである。
【００２３】＜実施例３、４＞実施例１と実施例２にお
いては、活性領域に平行した方向に対しては構造的対称
性が除去されて、即ち垂直方向の壁面が相互並んでいた
り垂直にならないように構造的に変更されたが、活性領
域に対して垂直の方向に対しては構造的な対称性がまだ
残っているため、即ちチップの上面と下面に対して壁面
が垂直の状態を維持しているため、活性領域の平面に対
して垂直の平面に進行する光子中の相当部分がチップ内
部での循環的な全反射によりチップの外部に脱出できな
い場合が発生する。
【００２４】図１０は、チップの水平断面形状が三角形
であり、同時にチップの側壁面が活性領域の平面に対し
て一定の角度で傾いているチップの構造を示す。図１１
は、チップの水平断面形状が二つの鋭角を有し、同時に
チップの側壁面が活性領域の平面に対して一定の角度で
傾いているチップの構造を示す。図１０と図１１のチッ
プでは、活性層平面に対する平行した方向だけでなく垂
直方向に対してもチップ構造が有する対称性が完全に除
去されているため、活性層から発生された光子が任意の
方向に進行する場合にも連続的な全反射によってチップ
内部に閉じ込められる現象は現れない。従って、このよ
うな構造では、活性層から生成された光子が前記実施例
１と２の場合に比べてはるかに効果的にチップの外部に
脱出できるようになって外部量子効率が大きく改善す
る。前記実施例１と２に対する実施例３と４の外部量子
効率の改善比率は、大体下の数学式で示される。
【数２】 上の数学式２で、ｎe はチップを取り囲むモールド物の
屈折率であり、ｎs はチップを成している結晶層の屈折
率である。
【００２５】上の実施例において、三角形または少なく
とも一つの鋭角を有する四辺形のチップにおいて、上下
面は、一般的にチップを製作するためのウェーハの構造
上相互に並んでいる。実施例１と実施例３の三角柱型の
チップの場合、一壁面と一壁面が直角、鋭角または鈍角
を成す場合もある。そして、実施例２と実施例４の四辺
形のチップの場合、隣接した壁面同士に鋭角を成す場
合、この角は２０゜乃至８５゜に設定することが望まし
い。
【００２６】図１２は、任意点７０１から発生した光子
が１番目面の第１次反射点１３０に臨界角θc より大き
い角度θ1 で壁面に入射した後、２番目の壁面にθ2 の
角に入射する軌跡を示す。2 番目の壁面に対する光子の
入射角θ2 は、下の数学式３で示す。
【数３】 上の数学式３で、α1 は前記隣接した二つの壁面間の間
角である。上の式によると、θ2 はα1 とθ1 の関数で
与えられるので、α1 を適切に調節してθ2 の絶対値を
臨界角θc より小さくさせうる。この場合、たとえ１番
目の壁面で全反射された光子としても、２番目の壁面で
は全反射を避けうることを意味する。数３の関係式を間
角α1 を媒介変数として表示すると、図１３（ａ）乃至
図１３（ｄ）に示したような関数グラフを得る。図１３
（ａ）はα1 ＝π／２の場合を示したものであって、従
来の発光ダイオードはこの場合に属するといえる。
【００２７】図１３（ａ）のα1 ＝π／２の場合の最も
大きな問題点は、下の数学式４に与えられたように、比
較的広い範囲（図１３（ａ）で陰影で表示された領域）
の入射角θ1 に対して2 番目の壁面での入射角θ2 の絶
対値が臨界角θc より大きくなって全反射を避けられな
くなる。
【数４】
【００２８】即ち、数学式４の条件で入射した光子は、
１番目の壁面ではもちろん２番目壁面でも全反射を避け
られなくなる。もし、従来の発光ダイオードのように平
断面の残りの三つの間角が全てπ／２、即ち直四角形の
場合、一回全反射された光子は循環的な全反射によりチ
ップの外部に抜け出られなくなって、結局はチップ内部
で吸収される。図１３（ｃ）と図１３（ｄ）は間角α1
をπ／２以下に設定した場合を表示したものであって、
全反射領域（陰影で表示された領域）が大きく減少され
ることが分かる。特に、図１３（ｃ）のようにα1 を2
θc （α1 ＝２θC ）に設定すると下のような式５と同
じように、比較的狭い範囲のθ1 に対してだけ光子が２
番目の壁面で全反射するようになる。
【数５】
【００２９】しかし、実際の発光ダイオードにおいて
は、大部分の光子が活性領域の中央部分から生成される
ため、１番目の壁面に対する入射角θ1 が３θc （＝７
６．１°）以上の値を有する確率が非常に少ないといえ
る。
【００３０】従って、大部分の光子が、１番目の壁面と
か、それとも２番目の壁面で全反射条件を避けうる。一
方、図１３（ｄ）のように、α1 を２θc 以下に比較的
小さく選択すると、2 番目の壁面で全反射現象を起こ
す、即ちθ2 の絶対値が臨界角より大きく与えられるθ
1 の領域が再び拡大して不利になり始まる。以上で分か
るように、チップの平断面の一間角を正当な大きさの鋭
角で設定すると、活性領域で発生した光子を効率的にチ
ップ外部に脱出させうるようになるが、その効果を極大
化させうる間角α1 の上限値と下限値は前述した図１３
（ｂ）と図１３（ｄ）に基づいて決定できる。間角α1
の上限値の場合、図１３（ｂ）の陰影領域が図１３
（ａ）の最大陰影領域の約７５％水準以上になる時は改
善効果が微小なことに判断できるので、α1 の上限値は
およそ下記の数学式６のように決定できる。
【数６】
【００３１】一方、α1 の下限値はθc に設定できる。
間角をα1 ＝θc に設定すると、２番目の壁面で全反射
を起こすθ1 の幅が図１３（ａ）での場合と同一にπ／
２−２θc に与えられるが、図１３（ａ）の場合に比べ
てはるかに有利といえる。その原因は、前述したように
チップで光子が主に活性領域の中央部分から生成される
ので入射角θ1 が大きく与えられる確率が相対的に低い
からである。もし間角α1 をθc 以下に設定すると、２
番目の壁面で全反射を起こす入射角θ1 の範囲が図１３
（ａ）での範囲よりさらに大きく与えられるため、再び
不利になる。従って、α1 の下限値は下の数学式７のよ
うに設定できる。
【数７】
【００３２】結論的に、前記間角α1 の望ましい範囲は
下の数学式８のようである。
【数８】
【００３３】以上で説明された本発明による発光ダイオ
ードのチップは、一般的なウェーハ加工工程により得ら
れるようになるが、前記実施例３と実施例４の場合はチ
ップの垂直断面構造を含んでいる完成されたウェーハを
二重にカッティングすることによって、チップの壁面が
活性領域の平面に対して一定角度に傾いて形成できる。
【００３４】また、前記数学式８の条件は前記実施例３
と４、即ち前記活性領域の平面に対する前記壁面の傾斜
角を決定する時にも使用できるが、その原理は前述した
通りである。
【００３５】図１４乃至図１７は、その順序で実施例１
乃至実施例４を得るためのウェーハのカッティング方向
を示すウェーハの概略的な斜視図である。図１４乃至図
１５で３３３は、カッティングラインを示す。
【００３６】以上のような実施例において、チップの全
体的な外形は前述したように純粋な三角柱型、四辺柱型
になることができ、必要に応じてチップの一部分、例え
ば光子の放出に関係する部分にだけ前述したような構造
が適用できる。 このような構造的な変形はチップの大き
さ、電極の配置構造など外部的要件によることもありう
る。
【００３７】＜発光ダイオードアレイランプ＞ ＜実施例１＞図１８の第１実施例を参照すると、透明ま
たは半透明なエポキシ樹脂でできたモールディング材８
３１内の下部側に、楕円形として反射鏡の役割と共に、
後述するＬＥＤチップ８３３、８３４、８３５の共通接
続端子の役割をするチップベース８３２が位置し、チッ
プベース８３２の底に３個のＬＥＤチップ８３３、８３
４、８３５が固定されている。前記チップベース８３２
は、前記モールディング材８３１の下部に位置する共通
リード８３６の上段に接続されている。前記チップベー
ス８３２の周囲には、前記各ＬＥＤチップ８３３、８３
４、８３５に電気的に接続する第１、第２、第３リード
８３７、８３８、８３９が備えられている。前記３個の
チップ８３３、８３４、８３５の各一側電極、例えば陰
極は前記共通リード８３６に電気的に接続したチップベ
ース８３２に電気的に共通接続され、そして、各他側電
極、例えば陽極は金属細線、例えば金線８４０により第
１、第２、第３リード８３７、８３８、８３９に電気的
に接続される。上の構造において、前記ＬＥＤチップ８
３３、８３４、８３５は同種または異種の素子であり、
異種の場合、特に色相が相互に相違する場合、前記モー
ルディング材８３１に拡散剤が添加される。
【００３８】図１９は、前記チップベース８３２とこの
底面に固定した前記ＬＥＤチップ８３３、８３４、８３
５の配置形態を示す抜粋平面図である。図１９を参照す
ると、立方体状のＬＥＤチップ８３３、８３４、８３５
は、その各胴体、特に中心が任意基準線Ｖ−Ｖ上に位置
するように配置され、特に、各ＬＥＤチップ８３３、８
３４、８３５等の対角線方向の隅が前記任意直線Ｖ−Ｖ
上に位置する。上のような構造によると、隣接するＬＥ
Ｄチップの全ての対向壁面の法線が前記任意基準線Ｖ−
Ｖに対して一定４５度の角を維持しているが、これによ
りＬＥＤチップに放出された大部分の光子が相互干渉を
ほとんど受けなくなるので、光子の損失が極小化になっ
てＬＥＤアレイランプの効率及び発光輝度が減少するこ
とが抑制できる。
【００３９】図２０は、本発明による発光ダイオードア
レイランプの第２実施例を示すものであって、チップベ
ース８３２とこれの底に固定されたＬＥＤチップ９３
１、９４１、９５１の形状及び配置形態を示す。示した
ように、ＬＥＤチップ９３１、９４１、９５１は、光子
の相互干渉をより効率的に減少させるために菱形状の平
面形上を有し、ＬＥＤチップ９３１、９４１、９５１の
長軸対角線方向の隅が任意基準線VI−VI上に位置してい
る。
【００４０】図２１の（ａ）乃至（ｆ）は、本発明によ
る発光ダイオードアレイランプに適用可能なＬＥＤチッ
プの概略的な平面図である。図２１の（ａ）と（ｂ）の
ＬＥＤチップは、正四角形の平面を有するものであっ
て、配置方向が相異なる。図２１の（ｃ）と（ｄ）のＬ
ＥＤチップは、菱形であって、配置方向が違う。図２１
の（ｅ）と（ｆ）は、三角形であって、同じように配置
方向が違う。このような多様な形態のＬＥＤチップを多
様な形態に組合わせできるが、図２１の（ａ）の正四角
形状のＬＥＤチップは、図２１の（ｂ）乃至（ｆ）に示
した形態のＬＥＤチップと組合わせて発光ダイオードア
レイが構成でき、やはり、図２１の（ｂ）乃至（ｆ）に
示した形態のＬＥＤチップは各々多数個の組合わせによ
り、または、他の類型のＬＥＤチップと組合わせて多様
な形態の発光ダイオードアレイが構成できる。上に言及
したＬＥＤチップの断面または平面形状は、実質的に正
四角形、菱形、三角形であるが、この以外にも実質的に
直四角形の他にも様々な多角形の形状を有することがで
きる。
【００４１】図２２乃至図２８は、図２１の（ａ）乃至
（ｆ）に示した形態のＬＥＤチップの組合わせによる３
個のＬＥＤチップによる発光ダイオードアレイ構造を示
す。
【００４２】図２２の本発明による発光ダイオードアレ
イランプの第３実施例を参照すると、正四角形の平面を
有する３個のＬＥＤチップが一直線上に配置されるが、
両側にあるＬＥＤチップは対角線方向の両隅が任意直線
VIII−VIII上に位置し、中央のＬＥＤチップの両側のＬ
ＥＤチップに対向する壁面の法線は前記任意基準線VIII
−VIIIに並んでいる。
【００４３】図２３の第４実施例を参照すると、正四角
形の平面を有する３個のＬＥＤチップが一直線上に配置
されるが、中央にあるＬＥＤチップは対角線方向の両隅
が任意基準線IX−IX上に位置し、両側のＬＥＤチップの
中央のＬＥＤチップに対向する壁面の法線は前記任意基
準線IX−IXに並んでいる。
【００４４】図２４の第５実施例を参照すると、図２１
の（ｃ）に示した二つの菱形ＬＥＤチップが両側に配置
され、その中央に図２１の（ａ）に示した正四角形のＬ
ＥＤチップが一直線上に配置される。この時、両側に位
置する菱形ＬＥＤチップの長軸方向の両隅が、任意基準
線Ｘ−Ｘ上に位置する。
【００４５】図２５の第６実施例を参照すると、図２４
のアレイ構造とは違い、中央にある菱形のＬＥＤチップ
が長軸方向の両隅が任意基準線XI−XI上に位置するよう
に配置され、両側の正四角形のＬＥＤチップの中央のＬ
ＥＤチップに対向する壁面の法線が前記任意基準線XI−
XIに並んでいるように配置される。
【００４６】図２６の第７実施例を参照すると、図２１
の（ｆ）に示した三つの三角形ＬＥＤチップが任意基準
線XII −XII 上に一定間隔で配置されるが、少なくとも
一壁面の法線が前記任意基準線XII −XII に並んでいる
ように配置される。
【００４７】図２７と図２８の第８、９実施例を参照す
ると、図２１の（ｅ）と（ｆ）に示した三角形のＬＥＤ
チップが両側に位置し、その中央に図２１の（ｄ）に示
した形態の菱形ＬＥＤチップが位置し、この時、任意基
準線XIII−XIII、XIV −XIVに前記中央の菱形ＬＥＤチ
ップの長軸方向の隅が位置し、両側の三角形のＬＥＤチ
ップの一壁面の法線が前記任意基準線XIII−XIII、XIV
−XIV に並んで配置される。
【００４８】図２９の第１０実施例を参照すると、図２
１の（ｅ）または（ｆ）に示した三角形のＬＥＤチップ
が配置されるが、各々の一壁面が任意基準線XV−XVに対
して並んで配置されている。
【００４９】図３０の第１１実施例を参照すると、図２
１の（ｃ）または（ｄ）に示す菱形のＬＥＤチップが配
置されるが、全てのＬＥＤチップが対角線方向の両隅が
任意基準線XVI −XVI 上に対して並んで位置するように
配置されている。
【００５０】図３１の第１２実施例を参照すると、正四
角形の平面を有する２個のＬＥＤチップと菱形ＬＥＤチ
ップが一直線上に配置されているが、全てのＬＥＤチッ
プが対角線方向の両隅が任意基準線XVII−XVII上に位置
するように配置されている。
【００５１】以上の実施例において、図２２の第３実施
例、図３０の第１１実施例、そして図３１の第１２実施
例等の場合、隣接したチップの方向を適切に調節するこ
とによって隣接したチップから放出された光子間の干渉
を最小化する一方、各々のチップから放出された光子の
強さの放出角別の分布を容易に制御できるようになる。
このような特性を適切に活用したアレイランプの場合、
輝度が大きく損傷されないと同時に、望みの形態の光子
の強さの放出角に対する分布を得られる利点がある。
【００５２】以上、説明したように本発明によると、非
常に多様な形態のＬＥＤチップアレイの構成が可能であ
る。このような多様な形態は、本発明の特徴的な要素で
あって、隣接した二つのＬＥＤチップの各任意点を通過
する基準線に対して前記二つのチップの相互対向する側
の少なくともいずれか一壁面の法線を所定角度に傾斜さ
せる概念下で可能である。
【００５３】一方、前述した多様な形態の実施例は、３
個のＬＥＤチップを適用することであって、多様な色相
具現のためのカラー型発光ダイオードアレイランプのた
めのものである。しかし、異種色相ＬＥＤ間に輝度差が
ありえるため、色相間の輝度差を克服するために、どの
一色相の単位ＬＥＤの個数を適切に加減することによっ
て、全体ＬＥＤの個数は３つではなく４つまたはそれ以
上になりうる。また、多様な色相の具現が目的でなく単
純にいずれか一色相の輝度を上げるための場合には、単
一色相の同種の２つまたはそれ以上のＬＥＤチップだけ
でも発光ダイオードアレイの構成が可能である。一方、
前述した任意基準線に対して隣接した二つのチップの中
で少なくとも一つのチップの対向壁面の法線を４０゜以
上にさせることが光放出効率向上に有利である。この場
合、光子の放出は壁面の法線を中心として約４０度以内
の比較的狭い範囲に集中するため、光子放出強度が最も
高い法線方向に対して光子間の干渉を最小化できるよう
になる。
【００５４】
【発明の効果】以上のように本発明によると、チップの
外観構造を三角形柱型または菱形柱型に変形させること
によって、従来の正方形構造の場合チップ内部での循環
的な全反射によりチップ内部に孤立していた光子をチッ
プの外部に効果的に脱出させて実際使用可能な光に作
る。従って、一定の光量を得るための消費電力が従来発
光ダイオードに比べて低くて、結果的に駆動電流が非常
に低くなる。また、駆動電流の減少によりチップの寿命
が長くなり、チップ内部の熱集中要因中の一つである孤
立した光子の効果的な放出により、内部発熱を非常に抑
制する。
【００５５】以上のような本発明によると、各ＬＥＤチ
ップから発揮された光子をチップ間の相互干渉の影響に
より消滅することなく効率的にモールディング材の外部
に放出できる。このような光子消滅の最小化は、結果的
に、制限された駆動電流下で高い輝度の光抜出を可能に
させる。また、放出色光がお互い相異なる異種ＬＥＤチ
ップを用いたアレイランプの場合、いずれか一色相の単
位ＬＥＤの個数を適切に加減できるため、単位ＬＥＤ間
の輝度差による必要駆動電流の差も減らしうる。例え
ば、ＧａＰ系列の色光用ＬＥＤチップはＧａＮ系列の青
色ＬＥＤやＧａＡｓ系列の赤色ＬＥＤチップに比べて相
対的に輝度が低いが、緑色ＬＥＤの個数を適切に増やす
ことによって単位ＬＥＤの駆動電流を大きく高める必要
がないし、従って、高い駆動電流によってＬＥＤの寿命
が短縮することを防止できる。本発明によると効率的な
光放出によりアレイランプの輝度が全般的に大きく強化
するため、要求仕様上二つ以上の単位ＬＥＤチップが必
要な場合にその必要個数を減少させ、従って、全体とし
て発光ダイオードアレイランプの大きさが小さくなる
し、 さらにはこれを多数積載するディスプレーモジュー
ルの大きさも顕著に小さくなる。
【００５６】本発明の技術的範囲は以上で説明された多
様な実施例により制限されなく、本発明の技術的な概念
に立脚した請求範囲により決定され、前述した実施例の
以外に本発明の技術的な概念によってより広い範囲への
実施例の拡大が可能であり、これもまた本発明の技術的
な概念を基にするかぎり本発明に属することは明らかで
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1 】従来の発光ダイオードチップの概略的な斜視図
である。
【図2 】図1 に示す従来の発光ダイオードの活性領域及
び活性領域の任意点から放出された光子のチップ内部で
の進行軌跡の一例を示す平面図である。
【図3 】従来の発光ダイオードアレイランプの概略的な
斜視図である。
【図4 】図３に示す従来の発光ダイオードアレイランプ
のＬＥＤチップ配置構造を概略的に示す平面図である。
【図5 】ＬＥＤチップ壁面の任意点から放出された光子
の強さの放出面の法線を中心とした放射角度別の典型的
な分布を示す線図である。
【図6 】本発明による発光ダイオードの第１実施例の概
略的な斜視図である。
【図７】図６に示す本発明による発光ダイオードの活性
領域及び活性領域の任意点から放出された光子の全反射
軌跡及び光子の脱出軌跡を示す平面図である。
【図8 】本発明による発光ダイオードの第２実施例の概
略的な斜視図である。
【図9 】図8 に示す本発明による発光ダイオードの活性
領域及び活性領域の任意点から放出された光子の全反射
軌跡及び光子の脱出軌跡の一例を示す平面図である。
【図１０】図６に示す本発明による発光ダイオードの変
形を示す本発明による発光ダイオードの第３実施例の概
略的な斜視図である。
【図１１】図８に示した本発明による発光ダイオードの
変形を示す本発明による発光ダイオードの第４実施例の
概略的な斜視図である。
【図１２】図８と図１０に示す本発明による発光ダイオ
ードの実施例２と４において、一壁面から全反射された
光子が他の壁面に入射する軌跡を示す活性領域の平面図
である。
【図１３】（ａ）及至（ｄ）は隣接した二つの壁面間の
間角の変化による全反射領域の拡張及び縮小を示す関数
グラフである。
【図１４】図６に示す本発明による発光ダイオードの第
１実施例のチップを得るためのウェーハのカッティング
ラインを示すウェーハの概略的な斜視図である。
【図１５】図８に示す本発明による発光ダイオードの第
２実施例のチップを得るためのウェーハのカッティング
ラインを示すウェーハの概略的な斜視図である。
【図１６】図１０に示す本発明による発光ダイオードの
第３実施例のチップを得るためのウェーハのカッティン
グラインを示すウェーハの概略的な斜視図である。
【図１７】図１１に示した本発明による発光ダイオード
の第４実施例のチップを得るためのウェーハのカッティ
ングラインを示すウェーハの概略的な斜視図である。
【図１８】本発明による発光ダイオードアレイランプの
第１実施例の概略的な斜視図である。
【図１９】図１８に示す本発明による発光ダイオードア
レイランプの第１実施例のＬＥＤチップの配置構造を概
略的に示す平面図である。
【図２０】本発明による発光ダイオードアレイランプの
第２実施例のＬＥＤチップの配置構造を概略的に示す平
面図である。
【図２１】（ａ）乃至（ｆ）は本発明による発光ダイオ
ードアレイランプの実施例に適用できるＬＥＤチップを
示す概略的な平面図である。
【図２２】本発明による発光ダイオードアレイランプの
第３実施例のＬＥＤチップの配置構造を概略的に示す平
面図である。
【図２３】本発明による発光ダイオードアレイランプの
第４実施例のＬＥＤチップの配置構造を概略的に示す平
面図である。
【図２４】本発明による発光ダイオードアレイランプの
第５実施例のＬＥＤチップの配置構造を概略的に示す平
面図である。
【図２５】本発明による発光ダイオードアレイランプの
第６実施例のＬＥＤチップの配置構造を概略的に示す平
面図である。
【図２６】本発明による発光ダイオードアレイランプの
第７実施例のＬＥＤチップの配置構造を概略的に示す平
面図である。
【図２７】本発明による発光ダイオードアレイランプの
第８実施例のＬＥＤチップの配置構造を概略的に示す平
面図である。
【図２８】本発明による発光ダイオードアレイランプの
第９実施例のＬＥＤチップの配置構造を概略的に示す平
面図である。
【図２９】本発明による発光ダイオードアレイランプの
第１０実施例のＬＥＤチップの配置構造を概略的に示す
平面図である。
【図３０】本発明による発光ダイオードアレイランプの
第１１実施例のＬＥＤチップの配置構造を概略的に示す
平面図である。
【図３１】本発明による発光ダイオードアレイランプの
第１２実施例のＬＥＤチップの配置構造を概略的に示す
平面図である。
【符号の説明】
１００・・・チップ ２００・・・活性領域 ３００，４００・・・結晶層 ５００，６００・・・電極

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 活性領域を含む結晶層を具備することで
    あって前記活性領域から発光した光子が透過する多数の
    壁面と上面及び底面を有する胴体と、 前記活性領域に電流を供給するために前記胴体に備えら
    れる電極手段を具備し、 前記胴体は前記上面または底面に対して並んでいる方向
    への断面が三角形になっている三角柱形状を有すること
    を特徴とする発光ダイオード。
  2. 【請求項２】 三角形の断面の面積が前記上面または底
    面に対して垂直の方向に順次的に増加または減少するこ
    とを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
  3. 【請求項３】 前記壁面の中で少なくともいずれか一つ
    が前記上面または底面に対する垂直方向から２０゜乃至
    ７０゜範囲で傾いていることを特徴とする請求項２に記
    載の発光ダイオード。
  4. 【請求項４】 活性領域を含む結晶層が備えられたこと
    であって前記活性領域から発光した光子が透過する多数
    の壁面と上面及び底面を有する胴体と、 前記活性領域に電流を供給するために前記胴体に備えら
    れる電極手段を具備し、 前記胴体は前記上面または底面に対して並んだ方向の断
    面が少なくとも一つの鋭角を有する四辺形になっている
    四辺柱形状を有することを特徴とする発光ダイオード。
  5. 【請求項５】 四辺形の断面の面積が前記上面または底
    面に対して垂直の方向に順次的に増加または減少するこ
    とを特徴とする請求項４に記載の発光ダイオード。
  6. 【請求項６】 四辺形の断面形状を有する前記部分の壁
    面の中で少なくともいずれか一つが前記上面または底面
    に対して垂直の方向から５゜乃至７０゜の範囲で傾いて
    いることを特徴とする請求項５に記載の発光ダイオー
    ド。
  7. 【請求項７】 前記四辺形の断面形状を有する部分の断
    面のいずれか一つの角が２０゜乃至８５゜の値を有する
    ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の発光
    ダイオード。
  8. 【請求項８】 壁面の中で少なくともいずれか一つが前
    記上面と底面に対して垂直の方向から５゜乃至７０゜の
    範囲で傾いていることを特徴とする請求項７に記載の発
    光ダイオード。
  9. 【請求項９】 ベースと、 前記ベースに搭載されることであって多数の壁面と上面
    及び底面を有する少なくとも二つのＬＥＤチップと、 前記ＬＥＤチップとベースをモールディングするモール
    ディング材と、 そして前記ＬＥＤチップに電気的に接続する複数のリー
    ドとを具備することにおいて、 前記ＬＥＤチップの中で少なくともいずれか一つは前記
    上面または底面に対して並んでいる方向の断面が三角形
    または少なくとも一つの鋭角を有する四辺形であり、隣
    接した前記二つのＬＥＤチップの胴体各々の任意点を通
    過する一つの基準線に対して前記二つのチップの相互対
    向する側の少なくともいずれか一つの壁面に対する法線
    が前記基準線に対して所定角度に傾いていることを特徴
    とする発光ダイオードアレイランプ。
  10. 【請求項１０】 前記ＬＥＤチップは３つであることを
    特徴とする請求項９に記載の発光ダイオードアレイラン
    プ。
  11. 【請求項１１】 前記ＬＥＤチップは少なくとも相異な
    る二種類の色光を発揮することを特徴とする請求項９ま
    たは請求項１０に記載の発光ダイオードアレイランプ。
  12. 【請求項１２】 前記ＬＥＤチップの中で少なくともい
    ずれか一つの断面形状が実質的に正四角形、直四角形、
    菱形及び三角形の中でいずれか一つであることを特徴と
    する請求項９または請求項１０に記載の発光ダイオード
    アレイランプ。
  13. 【請求項１３】 前記ＬＥＤチップは全て菱形であり、
    少なくともいずれか一つのＬＥＤチップの対角線方向の
    両隅が前記基準線上に位置することを特徴とする請求項
    １２に記載の発光ダイオードアレイランプ。
  14. 【請求項１４】 前記ＬＥＤチップは全て三角形であ
    り、少なくともいずれか一つのＬＥＤチップの一壁面が
    前記基準線上に位置することを特徴とする請求項１２に
    記載の発光ダイオードアレイランプ。
  15. 【請求項１５】 前記ＬＥＤチップ各々の一壁面が前記
    基準線に対して実質的に並んで配置されることを特徴と
    する請求項１４に記載の発光ダイオードアレイランプ。
JP12900098A 1997-05-19 1998-05-12 発光ダイオードとこれを適用した発光ダイオードアレイランプ Pending JPH10326910A (ja)

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