(57)【要約】【課題】発光面積の全体が同時に発光できる交流発光装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】基材に少なくとも交流微小結晶粒子発光モジュールが形成され、当該微小結晶粒子発光モジュールは少なくとも隣接している２つの微小結晶粒子を有し、各微小結晶粒子はそれぞれ少なくとも２層の能動層を有し、導電構造により各微小結晶粒子のそれぞれに電気的に接続されることにより、各微小結晶粒子の能動層のそれぞれが交流電力の正負波に応じて交互に発光し、発光面積の全体が同時に発光できる効果が得られる。【選択図】図１Ａ
2006319333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、
前記基材に形成され、少なくとも２つの微小結晶粒子を有し、当該微小結晶粒子のそれぞれが少なくとも２層の能動層を有する交流微小結晶粒子発光モジュールと、
各微小結晶粒子のそれぞれに電気的に接続されることにより、各微小結晶粒子の各能動層が交流電力の正負半波に応じて交互に発光する導電構造と、
を備えることを特徴とする交流発光装置。
【請求項２】
各微小結晶粒子の同一層の能動層は、交流電力の正負波に応じて交互に発光することを特徴とする請求項１に記載の交流発光装置。
【請求項３】
各微小結晶粒子の異なる層の能動層は、交流電力の正負波に応じて交互に発光することを特徴とする請求項１に記載の交流発光装置。
【請求項４】
基材を準備する工程と、
前記基材に少なくとも２層の能動層を形成する工程と、
前記能動層に前記基材が露出される開口を複数形成する工程と、
前記能動層の外周に保護層を被覆する工程と、
複数の導電端子を形成し前記保護層を貫通して、前記能動層と電気的に接続する工程と、
前記開口に複数の導電構造が形成され、能動層のそれぞれに電気的に接続され、能動層のそれぞれが交流電力の印加後に、前記交流電力の正負半波に応じて交互に発光する工程と、
を備えることを特徴とする交流発光装置の製造方法。
【請求項５】
各微小結晶粒子の同一層の能動層は、交流電力の正負波に応じて交互に発光することを特徴とする請求項４に記載の交流発光装置の製造方法。
【請求項６】
各微小結晶粒子の異なる層の能動層は、交流電力の正負波に応じて交互に発光することを特徴とする請求項４に記載の交流発光装置の製造方法。
【請求項７】
基材と、
前記基材上に形成される複数の交流発光ダイオード微小結晶粒子を含み、各微小結晶粒子はブリッジ整流器におけるダイオードの回路構造配列方式に応じて配列されるブリッジ発光ユニットと、
各微小結晶粒子にそれぞれ電気的に接続され、各微小結晶粒子が交流電力の正負半波に応じて交互に発光する導電構造と、
を備えることを特徴とする交流発光装置。
【請求項８】
前記ブリッジ発光ユニットの中央領域における微小結晶粒子の数量が、各周辺における微小結晶粒子の数量以上であることを特徴とする請求項７に記載の交流発光装置。
【請求項９】
相互に電気的に接続される複数のブリッジ発光ユニットを備え、２つの導電電極を有しており、前記導電電極は、各ブリッジ発光ユニットのそれぞれと相互に直列に接続されることにより、交流電源が投入されることを特徴とする請求項７に記載の交流発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置に関し、より詳しくは、交流発光装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
白熱ランプの発光原理と異なり、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ，  ＬＥＤ）の発光原理は、主に電流が発光可能な物質に印加されることで発光の効果が得られるため、コールドライト（ＣＯＬＤ  ＬＩＧＨＴ）と称されている。発光ダイオードは高耐久性、長寿命、軽量、低消費電力などに利点があり、水銀などの有害物質を含んでいないので、ＬＥＤを応用した固体照明は、照明産業や半導体産業において将来性がある重要な研究開発の目標として掲げられている。その応用傾向としては、例えば白色光照明、指示ライト、車両用信号灯及び照明ライト、懐中電灯、ＬＥＤバックライトモジュール、プロジェクター光源ないしアウトドアディスプレーなどのディスプレーなどによく見られる。
【０００３】
従来より、照明の応用では、最も重要である白色光は日亜化学の蛍光体粉末に関する特許の製造工程を使用して初めて完成されるものである。しかしながら、業界としては、高額なライセンスフィーの支払いのほかに、蛍光体粉末の配合比率及び被覆製造工程において生ずる白色光の色温度が高いことによってその使用寿命が短くなり、ひいては温度の過剰な上昇によって効率が低下し、しかもこの種の従来技術のパッケージング制御が容易ではないため、量産が一層困難となっている。
【０００４】
また、には、交流ループを有する発光ダイオードの結晶粒子構造が開示されている。この特許に係る結晶粒子構造では、チップ（ｃｈｉｐ）に交流微小結晶粒子発光ダイオードモジュールが一組形成され、当該交流微小結晶粒子発光ダイオードモジュールは２つの微小結晶粒子発光ダイオードの正負が逆に並列に接続され、交流が印加されることにより、この２つの微小結晶粒子発光ダイオードが正負半波に応じて動作して点灯し、これにより、従来技術のように順方向直流の場合には点灯するが、逆方向の場合には点灯しない問題を解決することができ、交流電力を直接利用して電力の供給を行うことができ、発光ダイオード素子の応用が大幅に向上するようになる。
【０００５】
しかしながら、上記の特許では、平面アレイ設計が採用されているので、発光ダイオードの微小結晶粒子のそれぞれは交流サイクル内において順方向または逆方向バイアスの条件下においてのみ発光することができる。すなわち、瞬間ごとに発光する面積がチップ表面面積の半分を占めるのみであり、残りの半分の面積における微小結晶粒子は発光しない休止状態となっているため、発光領域の無駄を生じている。しかも、全平面の輝度を均等にするためには、電流の密度を１倍向上させねばならない。
【０００６】
また、この特許に係る微小結晶粒子は、直角二等辺三角形となっており、両辺の長さがわずか７０ミクロン程度であるので、微小化製品に求められている応用への需要に対し発光ダイオードのサイズを縮小しようとする場合には、必ず微小結晶粒子のサイズが小さすぎることによって製造工程の困難に直面することになり、また、この特許では日亜化学の蛍光体粉末に係る特許の使用が依然として必要であり、しかも前記のように色温度が比較的に高く、パッケージングを容易に制御することができない問題がある。
【特許文献１】台湾特許出願第０９３１２６２０１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、前記の従来技術の種々の課題を解決するために、発光面積の全体が同時に発光し、均一的に発光し、色温度が低く、色温度の制御においては積み重ね領域が比較的に高く、日亜化学の蛍光体粉末に係る特許を使用する必要がなく、製造の困難度を低減させ、量産の可制御性を高め、さらに産業利用価値を向上させることができる全く新しい交流発光装置の開発は、業界においてまさに解決が待たれる極めて重要な課題である。
【０００８】
そこで、以上のとおりの事情に鑑み、本発明は、発光面積の全体が同時に発光できる交流発光装置及びその製造方法を提供することを課題とする。
【０００９】
また、本発明は、蛍光体粉末の使用を必要としない交流発光装置及びその製造方法を提供することを課題とする。
【００１０】
また、本発明は、体積を縮小することができる交流発光装置及びその製造方法を提供することを課題とする。
【００１１】
また、本発明は、均一に発光できる交流発光装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明に係る交流発光装置は、
【００１３】
基材と、
【００１４】
前記基材に形成され、少なくとも２つの微小結晶粒子を有し、当該微小結晶粒子のそれぞれが少なくとも２層の能動層を有する交流微小結晶粒子発光モジュールと、
【００１５】
各微小結晶粒子のそれぞれに電気的に接続されることにより、各微小結晶粒子の各能動層が交流電力の正負半波に応じて交互に発光する導電構造と、
【００１６】
を備えている。
【００１７】
各微小結晶粒子の同一層の能動層は、交流電力の正負波に応じて交互に発光してもよく、各微小結晶粒子の異なる層の能動層は、交流電力の正負波に応じて交互に発光してもよい。
【００１８】
前記の交流発光装置に対応して、本発明では、さらに交流発光装置の製造方法が提供されており、その製造方法では、まず、基材を準備し、当該基材に少くとも２層の能動層が形成され、当該能動層に複数の開口が形成され、当該能動層の外周に保護層が被覆され、そして、その保護層を貫通して複数の導電端子が形成され、最後に前記開口に各能動層に電気的に接続される複数の導電構造が形成されることで、各能動層が交流電力の印加後に、交流電力の正負半波に応じて交互に発光する。
【００１９】
さらに、本発明では、他の交流発光装置が提供されており、すくなくとも、
【００２０】
基材と、
【００２１】
前記基材に形成される複数の交流発光ダイオード微小結晶粒子を含み、各微小結晶粒子はブリッジ整流器におけるダイオードの回路構造配列方式に応じて配列されるブリッジ発光ユニットと、
【００２２】
各微小結晶粒子にそれぞれ電気的に接続され、各微小結晶粒子のそれぞれが交流電力の正負半波に応じて交互に発光する導電構造と、
【００２３】
を備えている。
【００２４】
２つの導電電極をさらに備え、当該導電電極は、交流電源が投入されるように、各ブリッジ発光ユニットと直列に接続されている。
【発明の効果】
【００２５】
上記のように、発光面積の全体の均一な発光効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
下記は特定の具体実施例によって本発明の実施方式を説明するものである。この技術に習熟した者は明細書に記載の内容によって簡単に本発明のその他の利点や効果を理解できる。本発明に係る実質的な技術内容は、広汎に特許請求の範囲に定義される。また、本発明は図示の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で数々の変更態様が可能であることは言うまでもない。
【００２７】
［実施形態］
本発明では、チップに適用される交流発光装置が提供されており、この交流発光装置は、印加された交流電力（ＡＣ  ｐｏｗｅｒ）によって使用者が利用できるための単色光源や白色光源または非単色光源を生成する。この単色光源または非単色光源は、常時発光するようにチップの出光面に表現されている。ここで、前記交流電力は、一般の都市電力であるのが好ましく、各国の電気基準によれば、その電圧は、１１０Ｖ（ボルト）、１００Ｖまたは２２０Ｖであり、周波数は、６０Ｈｚ（ヘルツ）または５０Ｈｚである。
【００２８】
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明に係る交流発光装置の構成を断面的に示している。図に示すように、単一の交流発光装置の実施形態の構成を例にして説明する。この交流発光装置は、少なくとも基材１と、該基材１に形成される交流微小結晶粒子発光モジュール２と、電気的に接続されるための導電構造３と、を備えている。
【００２９】
基材１は、前記のチップまたは絶縁基板であり、例えばＡｌ２Ｏ３、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＳｉＣなどからなるのが好ましい。
【００３０】
また、図面がより分かりやすくなるように拡大された図１Ｂによって交流微小結晶粒子発光モジュール２を説明する。この交流微小結晶粒子発光モジュール２は、少なくとも二つの微小結晶粒子２０ａ、２０ｂを有し、当該微小結晶粒子２０ａ，２０ｂのそれぞれには少なくとも２層の能動層（図に示す上部能動層２００ａ、２００ｂ及び下部能動層２０１ａ、２０１ｂ）が設けられており、この能動層は発光活性層であり、微小結晶粒子２０ａ、２０ｂの能動層のそれぞれは、いずれも個別のオーミック電極２０２ａ、２０２ｂ、２０３ａ、２０３ｂ、２０４ａ、２０４ｂ、２０５ａ及び２０５ｂを有し、印加される交流がそれらのオーミック電極を流れることにより、能動層が光源を発することができる。また、基材１に形成され少なくとも２層の能動層を有する各微小結晶粒子２０ａ、２０ｂは、フリップチップ技術、ウェハボンディング技術またはエピタキシャル技術によって製造することができる。
【００３１】
導電構造３は、各微小結晶粒子２０ａ、２０ｂの能動層のそれぞれが交流の印加後に交流電力の正負半波に応じて交互に発光するように、微小結晶粒子２０ａ、２０ｂに電気的に接続されている。この導電構造３は、少なくとも、図１Ａに示すように、２つの微小結晶粒子の間に接続された導体３０ｂを含み、さらに、交流電力が投入されるための導体３０ａ、３０ｃを備えており、当該導体３０ａ、３０ｂ及び３０ｃは、導電架橋であるのが好ましい。
【００３２】
本発明に係る交流発光装置について、その作動方式を２つの交流発光装置の実施形態に基づいて説明する。交流が印加された後の状態を図２Ａ及び図２Ｂに示す。また、図３Ａ及び図３Ｂは本発明に係る交流発光装置の等価回路図（それぞれが図２Ａ及び図２Ｂに対応する）である。ここでは、能動層（上部能動層２００及び下部能動層２０１）のそれぞれは、発光ダイオード（ＬＥＤ）と同一であり、Ｐ／Ｎ構造を有している。したがって、各微小結晶粒子２０の上部能動層２００及び下部能動層２０１は直列に接続されており、導電構造３を介して電気的に接続される各微小結晶粒子２０の間は、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、並列に接続されている。
【００３３】
図２Ａ及び図３Ａでは、交流の正半波電流が交流発光装置を流れる発光状態であり、交流の正半波電流が入力される場合、各微小結晶粒子２０の上部能動層２００は順方向であり、正半波電流は、図３Ａの矢印に示すように、各微小結晶粒子２０の上部能動層２００を流れて上部能動層２００のそれぞれが光源を出射する。交流の負半波電流が入力される場合、図２Ｂ及び図３Ｂに示すように、各微小結晶粒子２０の下部能動層２０１は順方向であり、負半波電流は、図３Ｂの矢印に示すように、各微小結晶粒子２０の下部能動層２０１を流れて下部能動層２０１のそれぞれが光源を出射する。すなわち、本発明の等価回路図から分かるように、本発明では、交流の正負半波電流を上下に積み重なる２つの発光ダイオードによって受け入れるので、本発明に係る交流発光装置は交流の正半波電流ないし負半波電流が流れるいずれの場合にも光源を出射することができる。各微小結晶粒子２０の同一層である能動層（上部能動層２００または下部能動層２０１）は、交流電力の正負半波に応じて交互に発光する。
【００３４】
図４に示すとおり、本発明に係る交流発光装置を互に交錯させるようにチップに複数配列して交流を印加する場合、当該チップの平面（チップの出光面）が周波数６０Ｈｚで交互に発光する。ここで、各微小結晶粒子２０は、同一または異なる波長であってよく、すなわち出射の光源は、同一または異なる色（各能動層は、同一または異なる波長）であってよい。異なる波長の微小結晶粒子２０の場合、例えば上部能動層が緑色であり、下部能動層が赤色であれば。さらに上部能動層と下部能動層とを交互に発光させることにより、光混合の効果（赤色光及び緑色光）が得られる。一つの例として、波長４８５〜５００ｎｍの緑色光（上部能動層）を波長５８０〜６２０ｎｍの赤色光（下部能動層）に組み合わせることで、上部能動層と下部能動層とから出射される、交錯してフリッカーする光線により白色光に近いように混合される効果（黒体放射（Ｂｌａｃｋ  ｂｏｄｙ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ）曲線と多くの点で一致する）が得られる。従って、本発明では、常時発光できる装置のみならず、使用者の必要に応じて発光光源の色（例えば単色光源または非単色光源）を調整できる装置を提供しているので、従来技術のように蛍光体粉末を使用して白色光源を作り出す必要はない。
【００３５】
また、図５Ａ及び図５Ｂは、本発明に係る交流発光装置の他の実施形態を示す。その等価回路図を図６Ａ及び図６Ｂに示す。ここで、能動層（上部能動層２００ｃ及び下部能動層２０１ｄ）のそれぞれは、発光ダイオード（ＬＥＤ）と同一であり、Ｐ／Ｎ構造（上部能動層２００ｃ、２００ｄはＰ型構造であり、下部能動層２０１ｃ、２０１ｄはＮ型構造である）を有している。したがって、各微小結晶粒子２０ｃ、２０ｄの上部能動層２００ｃ、２００ｄ及び下部能動層２０１ｃ、２０１ｄは直列に接続されており、導電構造３を介して電気的に接続される各微小結晶粒子２０ｃ、２０ｄは、並列に接続されている。
【００３６】
図５Ａ及び図６Ａでは、交流の正半波電流は、交流発光装置を流れる発光状態であり、交流の正半波電流が入力される場合、互いに隣接している微小結晶粒子２０ｃ、２０ｄの同一層ではない能動層は順方向（微小結晶粒子２０ｃの上部能動層２００ｃ及び微小結晶粒子２０ｄの下部能動層２０１ｄ）であり、正半波電流は、図６Ａの矢印に示すように、各微小結晶粒子２０ｃ、２０ｄの同一層ではない能動層を流れて同一層ではない能動層のそれぞれが光源を出射する。交流の負半波電流が入力される場合、図５Ｂ及び図６Ｂに示すように、互いに隣接している各微小結晶粒子２０ｃ、２０ｄの同一層ではない能動層は順方向（微小結晶粒子２０ｄの上部能動層２００ｄ及び微小結晶粒子２０ｃの下部能動層２０１ｃ）であり、負半波電流は、図６Ｂの矢印に示すように、各微小結晶粒子２０ｃ、２０ｄの同一層ではない能動層を流れて同一層ではない能動層のそれぞれが光源を出射する。すなわち、本発明に係る等価回路図から分かるように、本発明では、前記の実施形態と同様に、交流の正負半波電流を上下に積み重なる２つの発光ダイオードによって受け入れるので、本発明に係る交流発光装置は交流の正半波電流ないし負半波電流が流れるいずれの場合にも、光源を出射することができる。図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ及び図３Ｂと異なる点は、各微小結晶粒子２０ｃ、２０ｄの同一層ではない能動層が、交流電力の正負半波に応じて交互に発光することにあるが、本発明に係る交流発光装置を相互に交錯させるようにチップに複数配列して交流を印加する場合には、当該チップの平面（チップの出光面）が常時発光するようにしてもよい。
【００３７】
前記微小結晶粒子２０ｃ、２０ｄは、前記実施形態と同様に、同一または異なる波長（各能動層は同一または異なる波長を有してもよい）を有してもよく、すなわち出射の光源は同一または異なる色であり、異なる波長の微小結晶粒子２０ｃ、２０ｄである場合、例えば上部能動層２００ｃ、２００ｄが緑色であり、下部能動層２０１ｃ、２０１ｄが赤色であれば、上部能動層と下部能動層とを交互に発光（上部能動層２００ｃ→下部能動層２０１ｄまたは上部能動層２００ｄ→下部能動層２０１ｃ）させることにより、光混合の効果（赤色光及び緑色光であり、その光混合の実施形態は前記の実施形態と同じであるので、詳しい説明を省略する）が得られる。また、上部能動層２００ｃ、２００ｄと下部能動層２０１ｃ、２０１ｄとから出射される光源は異なる色であるので、周波数１２０Ｈｚ（６０Ｈｚ×２）に達することができる。この発光周波数は、人間が識別できる最高周波数１００Ｈｚを超えているので、混合された光の視覚効果がより均一的になり、柔らかい視覚効果が得られる。従って、本実施形態では、使用者に最適な視覚効果が与えられるように、常時発光できる装置のみならず、使用者の必要に応じて所要の発光光源色を調整することができ、出射される光線がより均一的に柔らかくなる装置が提供されている。
【００３８】
本発明に係る交流発光装置は、３層の能動層構造であれば、図７に示す実施形態であるのが好ましい。図７は等価回路（能動層が前記のように、発光ダイオードと等価である）を示し、交流正半波電流が流れる場合に、矢印に示すように、当該交流正半波電流が流れた各能動層は、いずれも発光（交流負半波電流が流れたルートは、正半波電流が流れたルートより容易に想像されるものであるので、ここでは詳しい説明を省略する）することができる。この３層の構造は、第１の層Ｌ１から緑色光源（白色光に合成されるのに最も必要な色系統である）が出射され、第２の層Ｌ２から青色光源（白色光に合成される上で次に必要な色系統である）が出射され、第３の層Ｌ３から赤色光源（白色光に合成される上で三番目に必要な色系統である）が出射されるのが好ましい。交流正半波電流が流れた色は、青色、緑色、緑色、赤色、青色、緑色、緑色、赤色の順であり、交流負半波電流が流れた色も、青色、緑色、緑色、赤色、青色、緑色、緑色、赤色の順であるので、本発明に係る交流発光装置は、交流正、負半波電流が流れた能動層に各色の相互の組み合わせが利用されることにより、光混合の効果が得られる。また、この３層の能動層の構造では、出射された光源を白色光に近い効果に混合しようとすれば、波長５３５ｎｍの緑色光と波長４６０ｎｍの青色光と波長６３０ｎｍの赤色光とを相互に組み合わせるのが好ましい。ここで注意すべきことは、この３層または複数層の能動層により光混合を行おうとする場合には、実際の必要に応じて色温度の調整（例えばその中のいくつかの能動層をショートさせることにより発光させなくする）を行うことで、実際の光混合の必要に応じる。
【００３９】
また、図８に示すように、本発明に係る微小結晶粒子の少なくとも１つの能動層は、さらに、ブリッジ整流器におけるダイオードの回路構造配列方式にしたがって配列を行うことができ、各能動層の間は互いに電気的に接続（前記のように、能動層が発光ダイオードと等価である）されており、その実施形態は、２層または３層の光混合効果であるのが好ましい（２層及び３層の好ましい配色方式は前述したので、ここでは詳しい説明を省略する）。
【００４０】
また、図８に示すように、前記の回路構造配列方式において電気的に接続されるための回路のそれぞれを、より分かりやすくなるように第１の回路Ｃ１、第２の回路Ｃ２、第３の回路Ｃ３、第４の回路Ｃ４及び第５の回路Ｃ５と定義する。ここで、各回路能動層（発光ダイオードと等価である）の発光色及び数量は、使用者の必要に応じて組み合わせることができ、好ましくは、第１の回路Ｃ１、第２の回路Ｃ２、第４の回路Ｃ４及び第５の回路Ｃ５のそれぞれに少なくとも１層の能動層が１０個設けられ、第３の回路Ｃ３に少なくとも１層の能動層が２２個設けられている。この回路構造配列方式によって交流電力の逆方向バイアスがかかる能動層数は、交流電力の順方向バイアスの約半分であるので、この構造は、複数の能動層に同時に交流の逆方向バイアスがかけられる場合、能動層のそれぞれに平均的にかかる（１つの能動層に印加可能な逆方向バイアスが約１０〜１５Ｖである）ようになるので、この構造では、逆方向バイアスの過大によって能動層が貫通されショートしてしまうことはなくなる。さらに、白色光の光混合効果が得られるようにすることについては、前記の実施形態において記述したので、ここでは詳しい説明を省略する。本実施形態では、能動層の発光色及び数量を調整することができるほか、交流正半波電流が流れる第２の回路Ｃ２、第３の回路Ｃ３及び第４の回路Ｃ４を図９Ａに示すように設け、さらに、交流負半波電流が流れる第５の回路Ｃ５、第３の回路Ｃ３及び第１の回路Ｃ１を図９Ｂに示すように設けることも可能である。この方法によって当該回路が設けられる目的は、交流正、負半波電流のいずれもが流れる第３の回路をチップの出光面に設けることで、当該チップの出光面の主要発光領域が、導電電極Ｅ１、Ｅ２に交流電源が投入された後（当該導電電極Ｅ１、Ｅ２は前記回路と電気的に接続されている）に、常時発光できる効果が得られるようにする点にある。また、第３の回路Ｃ３の複数の少なくとも１層の能動層が、交流正半波または負半波のいずれの場合にも発光するので、従来技術において必要とされた能動層の数量（前記実施形態によれば、従来技術では、能動層が交流正、負半波のいずれの場合にも２２個で、総数量が４４個も必要であるのに対し、本発明では、２２個の能動層のみで常時発光できる効果が得られる）を減らすことができる。
【００４１】
さらに、上記の能動層（発光ダイオードと等価である）回路構造配列方式をブリッジ発光ユニットＢ１（図８に示す）としてもよい。すなわち、このブリッジ発光ユニットＢ１では、微小結晶粒子の少なくとも１つの能動層がブリッジ整流器におけるダイオードの回路構造配列方式によって配列を行い、相互に電気的に接続されている。また、複数のブリッジ発光ユニットＢ１は、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すマトリックス方式のようにチップの出光面（好ましくは、中央領域におけるブリッジ発光ユニットＢ１の数量が、各周辺におけるブリッジ発光ユニットＢ１の数量以上である）に設けられ、当該マトリックスの２つの対角箇所に交流電源が投入されるための導電電極Ｅ３、Ｅ４（当該導電電極Ｅ３、Ｅ４はブリッジ発光ユニットＢ１と直列に接続されている）が設けられることにより、交流電源が投入された後に、前記チップの出光面領域のほとんどは、交流正半波（図１０Ａに示す）または負半波（図１０Ｂに示す）のいずれの場合にも電流が流れることとなり、常時発光する効果が得られる。
【００４２】
前記の回路構造は、単層の能動層の微小結晶粒子からなる交流発光装置に適用することが可能である。例えば基材に複数の交流発光ダイオード微小結晶粒子からなるブリッジ発光ユニットが形成され、この微小結晶粒子のそれぞれは、ブリッジ整流器におけるダイオードの回路構造配列方式に応じて配列が行われるとともに、導電構造によって電気的に接続されることにより、交流電力の正負半波に応じて交互に発光する。当然のことながら、相互に電気的に接続される複数のブリッジ発光ユニットを備えてもよい。このブリッジ発光ユニットのそれぞれは、マトリックス配列となっており、中央領域におけるブリッジ発光ユニットの数量が、各周辺におけるブリッジ発光ユニットの数量以上であることにより、発光面積の全体が均一的に発光できる効果が得られる。また、マトリックス配列の２つの対角箇所に設けられた導電電極をさらに備え、当該導電電極は、各ブリッジ発光ユニットと相互に直列に接続されることにより、交流電源が投入される。その回路構造は前記と同様であるので、ここでは詳しい説明を省略する。
【００４３】
また、図１１Ａに示すように、光混合の色（光混合の色温度）の変調は、第３の回路Ｃ３（すなわち恒久発光領域であり、これは、交流電力の正、負半波のいずれもが第３の回路Ｃ３を流れるためである）を介して、複数の同じ波長（色）である微小結晶粒子の少なくとも１つの能動層に直列に接続され、さらに互に並列して電気的に接続されることにより達成することができる。図に示すように、この第３の回路Ｃ３は、赤色光用としての複数の微小結晶粒子の少なくとも一つの能動層発光回路Ｃ３０と、緑色光用としての複数の微小結晶粒子の少なくとも一つの能動層発光回路Ｃ３１と、青色光用としての複数の微小結晶粒子の少なくとも一つの能動層発光回路Ｃ３２とが相互に並列に接続されてなるものである。このように、異なる色である発光回路Ｃ３０、Ｃ３１及びＣ３２の作動電圧を制御することにより、異なる色光の出力パワーを変更することができ、光混合の色温度の制御が図られる。だだし、これらの実施形態は本発明を例示する目的で示すものであり、実際に実施しうる数量や波長がこれらの実施形態によって何ら限定されるものではない。
【００４４】
なお、上記の発光回路Ｃ３０、Ｃ３１及びＣ３２のそれぞれは、図１１Ｂに示すように、複数の異なる波長（色）である微小結晶粒子の少なくとも１つの能動層が相互に直列に接続されても、上記の光混合の色温度の変調手段により、光混合の色温度の制御を達成することができる。
【００４５】
また、上記の単層単色構造（図８、１１Ａ及び１１Ｂに示す）では、少なくとも２つがフリップチップまたはウェハボンディングにより相互に積層して電気的に接続されてもよい。単層発光色が赤色である構造Ｆ１と単層発光色が緑色である構造Ｆ２とが相互に積層して電気的に接続される様子を模式的に図１１Ｃに示す。ここで、単層単色構造（例えば単層発光色が赤色である構造Ｆ１または単層発光色が緑色である構造Ｆ２）のそれぞれには、フリップチップまたはウェハボンディングを介して相互に電気的に接続される電気接続パッドＰ１、Ｐ２（電気的接続パッドの設置箇所は何ら限定されるものではなく、実施しうるものであればよい）が設けられている。従って、このように相互に積層して電気的接続する方法は、さらに上記の光混合の色温度の変調手段により、光混合の色温度の制御が図られ、各単層単色構造での微小結晶粒子の少なくとも１つの能動層の実施数量は、異なる色の発光強度の需要に応じて調整することができる。
【００４６】
また、第３の回路Ｃ３において、図１１Ｄに示すように、複数の同一または異なる波長（色）である微小結晶粒子の２つの能動層が相互に直列接続された後に形成された発光回路Ｃ３３及びＣ３４を並列に電気的に接続させることで、上記の光混合の色温度の変調手段により、光混合の色温度の制御が図られるようになる。
【００４７】
本発明に係る能動層（前記のように、発光ダイオードと等価である）は、負荷の印加はなく、スイッチ回路または指示ライト等の関連回路に直接応用することができ、さらに、複数の能動層が並列に接続され、または複数の能動層が並列に接続された後にまた直列に接続されることにより異なる照明設備に応用することもできる。さらに、この能動層は、例えば米国特許第２００５００１５３７号明細書、米国特許第２００４２４６６９６号明細書、特許第２０４３３３５８３号明細書に開示されている装置のバックライト（ＬＣＤ  Ｂａｃｋｌｉｇｈｔ）に応用されてもよい。この能動層は、複数の製造工程にも応用することができ、例えば５ΦＬＥＤリードフレームシールパッケージ製造工程、Ｓｕｐｅｒ  Ｆｌｕｘリードフレームシールパッケージ製造工程、フリップチップ、セラミックス基板及びアルミニウム基板等の関連製造工程、ＰＰＡディスペンシング、射出パッケージ製造工程またはＴＯ金属ステムパッケージ製造工程等に応用することができる。
【００４８】
本発明では、さらに上記の交流発光装置に対応する製造方法が提供されており、図１２Ａから図１２Ｅに示すように、ここでは、上記の実施形態に合わせながら、製造方法を２つの交流発光装置の図面に基づいて説明する。図１２Ａに示すように、この製造方法は、まず基材１を準備し、当該基材１の上にエピタキシャル技術によって少なくとも２層の能動層（図に示す上部能動層２００及び下部能動層２０１）が順次形成される。ここで、この能動層は、互いに隣接しているＰ型発光層（上部能動層２００）及びＮ型発光層（下部能動層２０１）であり、当該Ｐ型発光層及びＮ型発光層は、発光ダイオードのＰ／Ｎ構造と等価であり、Ｐ型発光層及びＮ型発光層の実施形態はそれぞれ、Ｐ−ＩｎＧａＮ（窒化インジウム・ガリウム）及びＮ−ＩｎＧａＮ（窒化インジウム・ガリウム）であるのが好ましい。そして、図１２Ｂに示すように、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により前記能動層（上部能動層２００及び下部能動層２０１）に該基材１が露出されるための複数の開口４が形成される。さらに、図１２（ｃ）に示すように、前記能動層（上部能動層２００及び下部能動層２０１）の外周に保護層５が被覆される。この保護層５は、漏電を回避する誘電材料からなり、例えばＳｉＯｘまたはＳｉＮｘ等である。続いて、図１２Ｄに示すように、前記保護層５を貫いて複数の導電端子６ａ、６ｂ、６ｃ及び６ｄが形成され、前記能動層（上部能動層２００及び下部能動層２０１）と互いに電気的に接続される。最後に、図１２Ｅに示すように、前記開口４に複数の導電構造３が形成され、各能動層（上部能動層２００及び下部能動層２０１）と電気的に接続され、それにより、各能動層（上部能動層２００及び下部能動層２０１）は、電流が通った後に、交流電力の正負半波に応じて交互に発光する。この製造方法で述べた基材１、能動層（上部能動層２００及び下部能動層２０１）及び導電構造３は、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ及び図３Ｂの実施形態と同一であるため、ここでは詳しい説明を省略する。
【００４９】
前記導電端子６ａ、６ｂ、６ｃ及び６ｄは蒸着によって形成され、その実施方法はオーミック電極であり、前記能動層（上部能動層２００及び下部能動層２０１）と電気的に接続された後、微小結晶粒子２０が形成される。この微小結晶粒子２０は、前記のように同一または異なる波長をもつものであってよい。
【００５０】
本発明に係る上記の交流発光装置に対応するさらに他の製造方法を図１３Ａから図１３Ｆに示す。ここでは、上記の実施形態に合わせながら、２つの交流発光装置を例にして説明する。この製造方法では、まず第１の基材（図示せず）を準備し、当該第１の基材の上に第１の能動層７０が形成され、第１の基材が除去され、図１３Ａに示すように、第２の基材８の上に前記第１の能動層７０が接続される。そして、図１３Ｂに示すように、該第１の能動層７０に第２の能動層７１が形成され、該第１の能動層７０と第２の能動層７１との間に連結層７２が形成されるが、この連結層７２は導電材料と非導電材料とからなり、光透過材質である。さらに、図１３Ｃに示すように、該第１の能動層７０及び第２の能動層７１に該第２の基材８が露出される複数の開口９がフォトリソグラフィー及びエッチング技術によって形成される。また、図１３Ｄに示すように、該第１の能動層７０及び第２の能動層７１の外周に保護層１０が被覆されるが、この保護層１０は漏電を回避する誘電材料からなり、例えばＳｉＯｘまたはＳｉＮｘ等である。そして、図１３Ｅに示すように、該保護層１０を貫通して複数の導電端子６ｅ、６ｆ、６ｇ及び６ｈを形成し、該第１の能動層７０及び第２の能動層７１に互いに電気的に接続される。最後に、図１３Ｆに示すように、該開口９に複数の導電構造３が形成され、第１の能動層７０及び第２の能動層７１のそれぞれに電気的に接続されることにより、第１の能動層７０及び第２の能動層７１のそれぞれが交流の印加後に交流電力の正負半波に応じて交互に発光することができる。この製造方法で述べた第２の基材８、能動層（第１の能動層７１及び第２の能動層７１）及び導電構造３は、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ及び図３Ｂの実施形態と同一であるため、ここでは詳しい説明を省略する。
【００５１】
また、この製造方法における導電端子６ｅ、６ｆ、６ｇ及び６ｈは、前記の製造方法のように蒸着により形成されており、オーミック電極であるのが好ましく、前記能動層（第１の能動層７１及び第２の能動層７１）に電気的に接続された後に微小結晶粒子２０が形成される。この微小結晶粒子２０は、前記のように同一または異なる波長をもつものであってもよい。
【００５２】
上記のように、本発明に係る交流発光装置は、各微小結晶粒子に少なくとも２層の能動層（より好ましくは２層または３層である）が設けられることにより、各微小結晶粒子の能動層のそれぞれが交流電力の正負波に応じて交互に発光し、発光面積の全体が常時発光できる効果が得られ、本発明に係る能動層の基本構造が異なる回路配置方式に利用されることによりより好ましい光混合及び常時発光の効果が得られる。
【００５３】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明したが、本発明の特許請求範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態は例示であり、図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１Ａ】本発明に係る交流発光装置の断面及び一部の拡大を模式的に示している図である。
【図１Ｂ】本発明に係る交流発光装置の断面及び一部の拡大を模式的に示している図である。
【図２Ａ】本発明に係る交流発光装置の作動を模式的に示している図である。
【図２Ｂ】本発明に係る交流発光装置の作動を模式的に示している図である。
【図３Ａ】図２Ａの等価回路図であり、本発明に係る交流発光装置の作動を模式的に示している。
【図３Ｂ】図２Ｂの等価回路図であり、本発明に係る交流発光装置の作動を模式的に示している。
【図４】本発明に係る複数の交流発光装置をチップに実施する場合の俯瞰図である。
【図５Ａ】本発明に係る交流発光装置の他の実施形態の作動を模式的に示している図である。
【図５Ｂ】本発明に係る交流発光装置の他の実施形態の作動を模式的に示している図である。
【図６Ａ】図５Ａの等価回路図であり、本発明に係る交流発光装置の他の実施形態の作動を模式的に示している。
【図６Ｂ】図５Ｂの等価回路図であり、本発明に係る交流発光装置の他の実施形態の作動を模式的に示している。
【図７】本発明に係る複数の交流発光装置の３層等価回路図である。
【図８】本発明に係る交流発光装置における微小結晶粒子の少なくとも１つの能動層がブリッジ整流器におけるダイオードの回路構造配列方式に応じて配列を行う基本回路図である。
【図９Ａ】図８の回路構造配列方式をチップに実施する場合、交流電力の正負半波電流を印加する状態を模式的に示している図である。
【図９Ｂ】図８の回路構造配列方式をチップに実施する場合、交流電力の正負半波電流を印加する状態を模式的に示している図である。
【図１０Ａ】図８の回路構造配列方式をブリッジ発光ユニットとし、複数のブリッジ発光ユニットをチップに実施する場合、交流電力の正負半波電流を印加する状態を模式的に示している図である。
【図１０Ｂ】図８の回路構造配列方式をブリッジ発光ユニットとし、複数のブリッジ発光ユニットをチップに実施する場合、交流電力の正負半波電流を印加する状態を模式的に示している図である。
【図１１Ａ】本発明に係る複数の交流発光装置における微小結晶粒子の少なくとも１つの能動層がブリッジ整流器におけるダイオードの回路構造配列方式に応じて配列を行う各種の実施形態の回路図である。
【図１１Ｂ】本発明に係る複数の交流発光装置における微小結晶粒子の少なくとも１つの能動層がブリッジ整流器におけるダイオードの回路構造配列方式に応じて配列を行う各種の実施形態の回路図である。
【図１１Ｃ】本発明に係る複数の交流発光装置における微小結晶粒子の少なくとも１つの能動層がブリッジ整流器におけるダイオードの回路構造配列方式に応じて配列を行う各種の実施形態の回路図である。
【図１１Ｄ】本発明に係る複数の交流発光装置における微小結晶粒子の少なくとも１つの能動層がブリッジ整流器におけるダイオードの回路構造配列方式に応じて配列を行う各種の実施形態の回路図である。
【図１２Ａ】本発明に係る交流発光装置の製造方法のフローを模式的に示している図である。
【図１２Ｂ】本発明に係る交流発光装置の製造方法のフローを模式的に示している図である。
【図１２Ｃ】本発明に係る交流発光装置の製造方法のフローを模式的に示している図である。
【図１２Ｄ】本発明に係る交流発光装置の製造方法のフローを模式的に示している図である。
【図１２Ｅ】本発明に係る交流発光装置の製造方法のフローを模式的に示している図である。
【図１３Ａ】本発明に係る交流発光装置の製造方法の他の実施形態のフローを模式的に示している図である。
【図１３Ｂ】本発明に係る交流発光装置の製造方法の他の実施形態のフローを模式的に示している図である。
【図１３Ｃ】本発明に係る交流発光装置の製造方法の他の実施形態のフローを模式的に示している図である。
【図１３Ｄ】本発明に係る交流発光装置の製造方法の他の実施形態のフローを模式的に示している図である。
【図１３Ｅ】本発明に係る交流発光装置の製造方法の他の実施形態のフローを模式的に示している図である。
【図１３Ｆ】本発明に係る交流発光装置の製造方法の他の実施形態のフローを模式的に示している図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  基材
２  交流微小結晶粒子発光モジュール
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ  微小結晶粒子
２００、２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄ  上部能動層
２０１、２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄ  下部能動層
２０２ａ、２０２ｂ、２０３ａ、２０３ｂ、２０４ａ、２０４ｂ、２０５ａ、２０５ｂ  オーミック電極
３  導電構造
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ  導体
４、９  開口
５、１０  保護層
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ、６ｇ、６ｈ  導電端子
７０  第１の能動層
７１  第２の能動層
７２  連結層
８  第２の基材
Ｌ１  第１の層
Ｌ２  第２の層
Ｌ３  第３の層
Ｃ１  第１の回路
Ｃ２  第２の回路
Ｃ３  第３の回路
Ｃ３０、Ｃ３１、Ｃ３２、Ｃ３３、Ｃ３４  発光回路
Ｃ４  第４の回路
Ｃ５  第５の回路
Ｂ１  ブリッジ発光ユニット
Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４  導電電極
Ｆ１、Ｆ２  単層発光色が赤色である構造及び単層発光色が緑色である構造
Ｐ１、Ｐ２  電気接続パッド
【図１Ａ】
2006319333.tif 000003
【図１Ｂ】
2006319333.tif 000004
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
2006319333.tif 000007
【図３Ｂ】
2006319333.tif 000008
【図４】
2006319333.tif 000009
【図５Ａ】
2006319333.tif 000010
【図５Ｂ】
2006319333.tif 000011
【図６Ａ】
2006319333.tif 000012
【図６Ｂ】
2006319333.tif 000013
【図７】
2006319333.tif 000014
【図８】
2006319333.tif 000015
【図９Ａ】
2006319333.tif 000016
【図９Ｂ】
2006319333.tif 000017
【図１０Ａ】
2006319333.tif 000018
【図１０Ｂ】
2006319333.tif 000019
【図１１Ａ】
2006319333.tif 000020
【図１１Ｂ】
2006319333.tif 000021
【図１１Ｃ】
2006319333.tif 000022
【図１１Ｄ】
2006319333.tif 000023
【図１２Ａ】
2006319333.tif 000024
【図１２Ｂ】
2006319333.tif 000025
【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
2006319333.tif 000027
【図１２Ｅ】
2006319333.tif 000028
【図１３Ａ】
2006319333.tif 000029
【図１３Ｂ】
2006319333.tif 000030
【図１３Ｃ】
2006319333.tif 000031
【図１３Ｄ】
2006319333.tif 000032
【図１３Ｅ】
2006319333.tif 000033
【図１３Ｆ】
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