(57)【要約】実質的に透明な基板を有し、細長い形状を画定する縦横比を有する発光ダイオードチップが、高効率及び高輝度を提供する。形成方法及びその動作方法もまた開示される。
2007502548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードチップの製造方法であって、
細長い形状を画定する縦横比を有する実質的に透明な基板を形成するステップを含む方法。
【請求項２】
発光ダイオードチップの形成方法であって、
実質的に透明な基板を提供するステップと、
前記基板の上に少なくとも１つの活性領域を形成するステップと、
縦横比が約１．５：１より大きい活性領域を有する少なくとも１つの発光ダイオードチップを形成するために前記基板を切除するステップとを含む方法。
【請求項３】
前記活性領域の前記縦横比が約２：１より大きい請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記活性領域の前記縦横比が約１．５：１と約１０：１との間である請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記活性領域の前記縦横比が約４：１である請求項２に記載の方法。
【請求項６】
その幅が約２５０ミクロンであり、その長さが約１０００ミクロンである請求項２に記載の方法。
【請求項７】
その幅が約２００ミクロンであり、その長さが約４００ミクロンである請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記活性領域が、約３ボルトと約３．５ボルトとの間、及び約１０アンペア／ｃｍ２と９０アンペア／ｃｍ２との間で動作するように構成されている請求項２に記載の方法。
【請求項９】
１つの発光ダイオード素子が前記基板の上に形成されている請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記活性領域が前記基板の上を実質的に覆う請求項２に記載の方法。
【請求項１１】
前記基板が、サファイア、スピネル、ガラス、ＺｎＯ、ＳｉＣ、ＭｇＯ、ＧａＮ、ＡｌＮ、及びＡｌＧａＮを含む群から選択される素材からなる請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
前記活性領域がＡｌＩｎＧａＮを有する請求項２に記載の方法。
【請求項１３】
前記活性領域を共同して画定する上部ＬＥＤ層及び下部ＬＥＤ層を形成するステップと、
前記上部ＬＥＤ層の上に上部コンタクトフィンガーを形成するステップと、
前記下部ＬＥＤ層の上に下部コンタクトフィンガーを形成するステップと、
前記活性領域と前記下部コンタクトフィンガーとの中間に、前記下部コンタクトフィンガーから離れて、前記活性領域からの光を前記下部コンタクトフィンガーへ向けて反射し、前記発光ダイオードチップの輝度を増大させるように構成された反射膜を形成するステップとを更に含む請求項２に記載の方法。
【請求項１４】
前記活性領域を共同して画定する上部ＬＥＤ層及び下部ＬＥＤ層を形成するステップと、
前記上部ＬＥＤ層の上に上部コンタクトフィンガーを形成するステップと、
前記下部ＬＥＤ層の上に下部コンタクトフィンガーを形成するステップと、
前記活性領域と前記下部コンタクトフィンガーとの中間の前記活性領域の上に、前記下部コンタクトフィンガーから離れて、前記活性領域からの光を前記下部コンタクトフィンガーへ向けて反射し、前記発光ダイオードチップの輝度を増大させるように構成された反射膜を形成するステップとを更に含む請求項２に記載の方法。
【請求項１５】
前記活性領域を共同して画定する上部ＬＥＤ層及び下部ＬＥＤ層を形成するステップと、
前記上部ＬＥＤ層の上に上部コンタクトフィンガーを形成するステップと、
前記下部ＬＥＤ層の上に下部コンタクトフィンガーを形成するステップと、
前記活性領域と前記下部コンタクトフィンガーとの中間の前記活性領域の上に透明絶縁層を形成するステップと、
前記透明絶縁層の上に、前記下部コンタクトフィンガーから離れて、前記活性領域からの光を前記下部コンタクトフィンガーへ向けて反射し、前記発光ダイオードチップの輝度を増大させるように構成された反射膜を形成するステップとを更に含む請求項２に記載の方法。
【請求項１６】
前記活性領域を共同して画定する上部ＬＥＤ層及び下部ＬＥＤ層を形成するステップと、
前記上部ＬＥＤ層の上に上部コンタクトフィンガーを形成するステップと、
前記下部ＬＥＤ層の上に下部コンタクトフィンガーを形成するステップと、
前記活性領域と前記下部コンタクトフィンガーとの中間の前記活性領域の上に、前記下部コンタクトフィンガーから離れて、前記活性領域からの光を前記下部コンタクトフィンガーへ向けて反射し、前記発光ダイオードチップの輝度を増大させるように構成された、誘電体で形成された反射膜を形成するステップとを更に含む請求項２に記載の方法。
【請求項１７】
前記活性領域を共同して画定する上部ＬＥＤ層及び下部ＬＥＤ層を形成するステップと、
前記上部ＬＥＤ層の上に上部コンタクトフィンガーを形成するステップと、
前記下部ＬＥＤ層の上に下部コンタクトフィンガーを形成するステップと、
前記活性領域と前記下部コンタクトフィンガーとの中間の前記活性領域の上に透明絶縁層を形成するステップと、
前記透明絶縁層の上に、前記下部コンタクトフィンガーから離れて、前記活性領域からの光を前記下部コンタクトフィンガーへ向けて反射し、前記発光ダイオードチップの輝度を増大させるように構成された、金属で形成された反射膜を形成するステップとを更に含む請求項２に記載の方法。
【請求項１８】
細長い形状を画定する縦横比を有する実質的に透明な基板を備える発光ダイオードチップ。
【請求項１９】
実質的に透明な基板と、
前記基板の上に形成された活性領域とを備え、
前記活性領域の縦横比が約１．５：１より大きい発光ダイオードチップ。
【請求項２０】
前記活性領域の前記縦横比が約２：１より大きい請求項１９に記載の素子。
【請求項２１】
前記活性領域の前記縦横比が約１．５：１と約１０：１との間である請求項１９に記載の素子。
【請求項２２】
前記活性領域の前記縦横比が約４：１である請求項１９に記載の素子。
【請求項２３】
その幅が約２５０ミクロンであり、その長さが約１０００ミクロンである請求項１９に記載の素子。
【請求項２４】
前記活性領域が、約３ボルトと約３．５ボルトとの間、及び約６０ミリアンペアと９０ミリアンペアとの間で動作するように構成されている請求項１９に記載の素子。
【請求項２５】
１つの発光ダイオード素子が前記基板の上に形成されている請求項１９に記載の素子。
【請求項２６】
前記活性領域が前記基板の表面を実質的に覆う請求項１９に記載の素子。
【請求項２７】
前記基板が、サファイア、スピネル、ＺｎＯ、ＳｉＣ、ＭｇＯ、ＧａＮ、ＡｌＮ、及びＡｌＧａＮを含む群から選択される素材からなる請求項１９に記載の素子。
【請求項２８】
前記活性領域がＡｌＩｎＧａＮを有する請求項１９に記載の素子。
【請求項２９】
前記活性領域を共同して画定する上部ＬＥＤ層及び下部ＬＥＤ層と、
前記上部ＬＥＤ層の上に形成された上部コンタクトフィンガーと、
前記下部ＬＥＤ層の上に形成された下部コンタクトフィンガーと、
前記活性領域と前記下部コンタクトフィンガーとの中間に、前記下部コンタクトフィンガーから離れて配置されて、前記活性領域からの光を前記下部コンタクトフィンガーへ向けて反射し、前記発光ダイオードチップの輝度を増大させるように構成された反射膜とを更に備える請求項１９に記載の素子。
【請求項３０】
前記活性領域を共同して画定する上部ＬＥＤ層及び下部ＬＥＤ層と、
前記上部ＬＥＤ層の上に形成された上部コンタクトフィンガーと、
前記下部ＬＥＤ層の上に形成された下部コンタクトフィンガーと、
前記活性領域と前記下部コンタクトフィンガーとの中間の前記活性領域の上に、前記下部コンタクトフィンガーから離れて形成された、前記活性領域からの光を前記下部コンタクトフィンガーへ向けて反射し、前記発光ダイオードチップの輝度を増大させるように構成された反射膜とを更に備える請求項１９に記載の素子。
【請求項３１】
前記活性領域を共同して画定する上部ＬＥＤ層及び下部ＬＥＤ層と、
前記上部ＬＥＤ層の上に形成された上部コンタクトフィンガーと、
前記下部ＬＥＤ層の上に形成された下部コンタクトフィンガーと、
前記活性領域と前記下部コンタクトフィンガーとの中間の前記活性領域の上に形成された透明絶縁層と、
前記透明絶縁層の上に、前記下部コンタクトフィンガーから離れて形成された、前記活性領域からの光を前記下部コンタクトフィンガーへ向けて反射し、前記発光ダイオードチップの輝度を増大させるように構成された反射膜とを更に備える請求項１９に記載の素子。
【請求項３２】
前記活性領域を共同して画定する上部ＬＥＤ層及び下部ＬＥＤ層と、
前記上部ＬＥＤ層の上に形成された上部コンタクトフィンガーと、
前記下部ＬＥＤ層の上に形成された下部コンタクトフィンガーと、
前記活性領域と前記下部コンタクトフィンガーとの中間の前記活性領域の上に、前記下部コンタクトフィンガーから離れて形成された、前記活性領域からの光を前記下部コンタクトフィンガーへ向けて反射し、前記発光ダイオードチップの輝度を増大させるように構成された、誘電体で形成された反射膜とを更に備える請求項１９に記載の素子。
【請求項３３】
前記活性領域を共同して画定する上部ＬＥＤ層及び下部ＬＥＤ層と、
前記上部ＬＥＤ層の上に形成された上部コンタクトフィンガーと、
前記下部ＬＥＤ層の上に形成された下部コンタクトフィンガーと、
前記活性領域と前記下部コンタクトフィンガーとの中間の前記活性領域の上に形成された透明絶縁層と、
前記透明絶縁層の上に、前記下部コンタクトフィンガーから離れて形成された、前記活性領域からの光を前記下部コンタクトフィンガーへ向けて反射し、前記発光ダイオードチップの輝度を増大させるように構成された、金属で形成された反射膜とを更に備える請求項１９に記載の素子。
【請求項３４】
実質的に透明な基板と、
前記基板の上に形成された活性領域と、
前記活性領域を共同して画定する上部ＬＥＤ層及び下部ＬＥＤ層と、
前記上部ＬＥＤ層の上に形成された上部コンタクトフィンガーと、
前記下部ＬＥＤ層の上に形成された下部コンタクトフィンガーと、
前記活性領域と前記下部コンタクトフィンガーとの中間に、前記下部コンタクトフィンガーから離れて配置されて、前記活性領域からの光を前記下部コンタクトフィンガーへ向けて反射し、前記発光ダイオードチップの輝度を増大させるように構成された反射膜とを備える発光ダイオードチップ。
【請求項３５】
パッケージと、
前記パッケージ内に配置された、少なくとも１つの発光ダイオードチップとを備え、該発光ダイオードが、
実質的に透明な基板と、
前記基板の上に形成された活性領域とを備え、
前記活性領域の縦横比が約１．５：１より大きい発光ダイオードランプ。
【請求項３６】
前記パッケージが、４つの反射性側壁及び反射性底面を備える請求項３５に記載の発光ダイオードランプ。
【請求項３７】
前記パッケージが、矩形を画定する請求項３５に記載の発光ダイオードランプ。
【請求項３８】
前記パッケージが、正方形を画定する請求項３５に記載の発光ダイオードランプ。
【請求項３９】
前記発光ダイオードチップが、複数の発光ダイオードチップを備える請求項３５に記載の発光ダイオードランプ。
【請求項４０】
前記発光ダイオードチップが、互いに電気的に直列に接続された複数の発光ダイオードチップを備える請求項３５に記載の発光ダイオードランプ。
【請求項４１】
前記発光ダイオードチップが、互いに電気的に並列に接続された複数の発光ダイオードチップを備える請求項３５に記載の発光ダイオードランプ。
【請求項４２】
前記発光ダイオードチップが、直列及び並列のコンビネーションで互いに電気的に接続された複数の発光ダイオードチップを備える請求項３５に記載の発光ダイオードランプ。
【請求項４３】
前記発光ダイオードチップが、４つの発光ダイオードチップを備える請求項３５に記載の発光ダイオードランプ。
【請求項４４】
前記発光ダイオードチップが、おおむね正方形を画定する４つの発光ダイオードチップを備える請求項３５に記載の発光ダイオードランプ。
【請求項４５】
前記発光ダイオードチップが、おおむね線形のアレイを画定する４つの発光ダイオードチップを備える請求項３５に記載の発光ダイオードランプ。
【請求項４６】
前記発光ダイオードチップが、互いに電気的に直列に接続された４つの発光ダイオードチップを備える請求項３５に記載の発光ダイオードランプ。
【請求項４７】
前記発光ダイオードチップが、互いに電気的に並列に接続された４つの発光ダイオードチップを備える請求項３５に記載の発光ダイオードランプ。
【請求項４８】
前記発光ダイオードチップが、直列及び並列のコンビネーションで互いに電気的に接続された４つの発光ダイオードチップを備える請求項３５に記載の発光ダイオードランプ。
【請求項４９】
前記発光ダイオードチップが、互いに電気的に導通して回路網を画定する複数の発光ダイオードチップを備え、
前記回路網が、発光ダイオードチップ中を、所定の値より大きい電流が流れることなしに、前記回路網内部の電圧が最大化される傾向を有する請求項３５に記載の発光ダイオードランプ。
【請求項５０】
前記パッケージが、内部に反射コーティングを有する少なくとも１つの凹部を有する凹型パッケージを備え、前記発光ダイオードが前記凹部内に配置される請求項３５に記載の発光ダイオードランプ。
【請求項５１】
前記パッケージが、それぞれの内部に反射コーティングを有する複数の凹部を有する凹型パッケージを備え、少なくとも１つの発光ダイオードがそれぞれの凹部内に配置される請求項３５に記載の発光ダイオードランプ。
【請求項５２】
前記パッケージが、それぞれの内部に反射コーティングを有する４つの凹部を有する凹型パッケージを備え、１つの発光ダイオードがそれぞれの凹部内に配置される請求項３５に記載の発光ダイオードランプ。
【請求項５３】
前記パッケージが、それぞれの内部に反射コーティングを有する４つの細長い凹部を有する凹型パッケージを備え、１つの発光ダイオードがそれぞれの細長い凹部内に配置される請求項３５に記載の発光ダイオードランプ。
【請求項５４】
電源と、
前記電源と電気的に導通する発光ダイオードランプとを備え、該発光ダイオードランプが、
パッケージと、
前記パッケージ内に配置された、少なくとも１つの発光ダイオードチップとを備え、該発光ダイオードが、
実質的に透明な基板と、
前記基板の上に形成された活性領域とを備え、
前記活性領域の縦横比が約１．５：１より大きい照明装置。
【請求項５５】
前記電源が、少なくとも１つの電池を備える請求項５４に記載の照明装置。
【請求項５６】
前記電源が、壁面ソケットと接続するように構成されたプラグを備える請求項５４に記載の照明装置。
【請求項５７】
前記電源がＡＣ電源を備え、
前記ＡＣ電源からのＡＣ電流を発光ダイオードの動作に適したＤＣ電源へ変換するための接続されたＤＣ電源を更に備える請求項５４に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、おおむね、発光ダイオード（ＬＥＤ）並びにその製造及び動作方法に関する。より詳細には、本発明は、出力特性の向上を提供する改善されたデザインを有するＬＥＤに関する。さらにより詳細には、本発明は、最適化された反射性のカップ状パッケージ内に構成された、高効率の細長いチップを複数備える高出力ＡｌＩｎＧａＮ素材のＬＥＤアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
表示器として使用される発光ダイオード（ＬＥＤ）はよく知られている。ＬＥＤは、家電製品においてこの目的で広く使用されてきた。例えば、赤色ＬＥＤは、一般に、ラジオ、テレビ、ビデオレコーダ（ＶＣＲ）及びそれらと同種の装置に電源が印加されていることを表示するために使用される。
【０００３】
そのような現代のＬＥＤは、それらの意図した目的に一般に適していることを証明してきているが、それら現代のＬＥＤの全体的な有用性及び望ましさを損なう本質的な欠乏を備えている。例えば、そのような現代のＬＥＤの出力は、時に望まれるほど大きくない。これが、全般照明、例えば間接照明（ａｍｂｉｅｎｔ  ｌｉｇｈｔｉｎｇ）の提供といったいくつかの用途において現代のＬＥＤが機能する能力を制限する。現代の高出力ＬＥＤでさえも、上記目的のための十分な照明を提供しない。
【０００４】
現代のＬＥＤもまた、望まれるほど効率的ではなく、それゆえに、全般照明へのそれらの使用を魅力的でなくしている。現代の高出力ＬＥＤでさえ、標準的なＬＥＤほど効率的ではなく、それゆえに、高出力ＬＥＤを、いくつかの用途に対していっそう魅力的でないものにしている。
【０００５】
不十分な出力に関する現代のＬＥＤの制限を克服するための試みは、望ましい照明を提供するために一組にされた複数のＬＥＤの使用を含む。しかしながら、複数のＬＥＤの使用は望まれるより高価であり、照明装置の寸法又は体積を本質的に増大させ、いくつかの用途には適さないものにする。
【０００６】
ＡｌＩｎＧａＮ素材のＬＥＤは、伝統的な白熱灯及び蛍光灯の置き換えに適した固体光源としてのその高い潜在能力により、近年大きな注目を集めている。まだ望まれるほど効率的ではないが、現代のＬＥＤの効率はこの１０年で大きく改善されており、現在、一般のタングステンランプよりも高効率である。
【０００７】
ＬＥＤは単色の光を生成する。従って、通常は白色光が望まれる全般照明への用途にはＬＥＤは概して適さない。しかしながら、ＡｌＩｎＧａＮ素材の青色ＬＥＤと黄色の燐光体とを組み合わせることにより、白色光が生成される。この取り組みは、現在、白色ＬＥＤの製造において広く行われている。
【０００８】
それでも、白色ＬＥＤは、全般照明よりも液晶表示装置（ＬＣＤ）のバックライト製品に幅広く使用されている。これは、性能的な要件によるものよりも、ＡｌＩｎＧａＮ素材ＬＥＤの製造費用によるものである。最終的には、費用と性能との両方の最適化が必要とされるため、ＬＥＤは、伝統的な光源とは競合的であり得る。
【０００９】
ＬＥＤに関する一つの問題点は、ＬＥＤの効率は、素子自体の内部に発生する熱により不利に作用し得ることである。これが、ＬＥＤの駆動に用いられ得る電力の総量を制限し、これにより、発生され得る光の総量が入力される電力にほぼ比例するため、ＬＥＤからの光の最大出力の制限という結果となる。
【００１０】
熱により引き起こされる効率の低減の基本的な理由は、ＬＥＤダイ（ｄｉｅ）における温度上昇によるものである。より高い動作温度は、光出力の効率を低減させるだけでなく、ＬＥＤの寿命をも実質的に減少させる。ＬＥＤにおける熱生成が避けられないため、科学者達は、放熱度の割合を改善することにより温度上昇を減少させようと試みている。これは、ヒートシンクを素子の活性領域の近辺に配置し、ヒートシンクに高い熱伝導率の素材を選択することにより達成され得る。
【００１１】
もう一つの取り組みは、外部接触熱への接触領域と総熱容量との両方を増大させるより大きな素子寸法を用いることである。同量の生成熱に対して、大きな素子は、小さな素子と比較してより冷えたままであり、それにより、高い入力電力での動作を容易にするであろう。もちろん、入力電力が高くなると、光出力は増大するであろう。このように、より大きなＬＥＤチップについては、一つの大きな素子が幾つかの小さな素子を置き換えるため、単一の素子から供給され得る総出力は増大し、費用削減が期待される。
【００１２】
ここで図１を参照すると、サファイア上に形成されたＡｌＩｎＧａＮ素材ＬＥＤの単純化された概略図が示されている。サファイア上に形成されたＡｌＩｎＧａＮ素材ＬＥＤに最も一般的に用いられる素子寸法は、約３００×３００ミクロンである。素子は、通常２０〜３０ミリアンペア及び３．５ボルトで動作される。現代のＬＥＤのいくつかのデザインは異なる形状を成し得るが、縁の寸法はほぼ似通っており、即ち、現代のＬＥＤの２辺間の縦横比はおよそ１である。これは主に従来のＬＥＤパッケージの寸法によるものであり、カップ状の凹部は、その中にＬＥＤチップを据え付けて配置され、円形又は四角形で約４００ミクロンの寸法である。
【００１３】
ここで図２を参照すると、現代の大きい寸法（高出力）のＬＥＤチップの単純化された概略図が示されている。近年、そのような大きい寸法のＡｌＩｎＧａＮ素材ＬＥＤチップが容易に入手可能となっている。これら大きい寸法のチップの寸法は、約１０００×１０００ミクロンである。通常、大きいチップの実際の素子領域（接続パッド及び食刻された凹部を除く）は、小さい現代のＬＥＤと同等の電流密度以下で操作するように設計及び最適化されており、単位面積あたりの熱生成割合は、どちらの例においてもほぼ同じである。一般に、大きい寸法のチップは、約２５０〜３５０ミリアンペア及び３．５ボルトで動作される。
【００１４】
大きい寸法の素子を設計する際には、電流クラウディング（ｃｒｏｗｄｉｎｇ）の最小化が起こるように、素子内でどのように電流が拡散するかに特別な注意が払われる必要がある。チップ寸法にあわせて水平抵抗が増大するため、また、電流は垂直に伝導する前には遠く水平方向に伝導しない傾向にあるため、そのような電流クラウディングが起こる。これが起こる際、水平方向の電流の全てが実質的に均一に分布されることを保証するために、電気接点の十分な分布が提供されることが必要とされる。実施においては、図２に示された、インターディジタルフィンガーパターン（ｉｎｔｅｒ−ｄｉｇｉｔａｌ  ｆｉｎｇｅｒ  ｐａｔｔｅｒｎ）が用いられる。
【００１５】
大きい寸法の素子は、素子あたりの出力をより多く供給し得るが、大きい寸法の素子に関連した光の取り出しの問題がある。光がＬＥＤ内で生成される際に、ＬＥＤと外部媒体との間の界面に衝突する角度に依存して、いくつかの光はチップから容易に射出するが、いくつかの光は射出しない。外部媒体の光の屈折率がＬＥＤ素材の屈折率より小さく、入射角が臨界角より大きい場合、ＬＥＤ内部の光は反射してＬＥＤへと戻るであろう。そして、反射光は出口を発見するまで又は吸収されるまでＬＥＤ内部を反射する。光の強度はバルク（ｂｕｌｋ）材中での吸収により減衰する。
【００１６】
より多くの光がＬＥＤ内部を伝達し、ＬＥＤ素材の屈折率がより大きくなると、より少ない光が射出するであろう。従って、ＬＥＤのいかなる光伝達層においても、光が射出し得る前の反射回数及び総伝達距離を最小化することが望ましい。
【００１７】
ここで図３Ａを参照すると、素子寸法が増大するにつれて、光はより反射する傾向があり、それによって、光は素子から射出する前により長い距離を伝達し、その結果、光損失が増大する。図３Ｂに示すように、小さい寸法の素子内では、光はより少ない回数反射し、それによって、より短い距離を伝達する。これは、ＧａＡｓやＡｌＩｎＧａＰ（赤外線及び赤色〜琥珀色用）等の他のＬＥＤ素材と比較した時に、ＡｌＩｎＧａＮとサファイアとの両方が相対的に高い屈折率を有するため、サファイア上に形成されたＡｌＩｎＧａＮ素材ＬＥＤにとっては特に深刻な問題点である。ＡｌＩｎＧａＮ及びサファイアの高い屈折率のため、光の大部分がこれら２つの領域内を実際に伝達して側面から射出する。それゆえに、素子の水平方向の寸法が、ＡｌＩｎＧａＮ素材ＬＥＤについての重要な考慮すべき事項となる。
【００１８】
この問題に対しての一つの解決方法は、チップを上下逆さまに据え付け、エピタキシャル層側面への鏡面コーティングの提供を含み、そこから出力される光を基板側面へ向け直す（ｒｅｄｉｒｅｃｔ）ことである。サファイアの屈折率（ｎ＝１．７）がＡｌＩｎＧａＮの屈折率（ｎ＝２．５）より低いため、サファイアは、ＡｌＩｎＧａＮ素材ＬＥＤと媒体（大抵のエポキシ、ｎ＝１．５）との間の屈折率の調和を提供する。エピタキシャル層側面の鏡面コーティングは、光を基板へ向けて反射する。この設計は、光がそこから射出するより良い経路を提供する。実施においては、光の効率は、上下反転していない大きい寸法のＬＥＤの効率の２倍である。しかしながら、チップと最終パッケージとの間にサブマウントが必要とされるだけではなく、チップのコンタクトパッドとサブマウントとの間の適切な電気的な接触を保証する精密な位置合わせ（Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）も必要とされるために、この素子の制作費用は高い。これまでに、そのような製造工程が高い歩留まりとなり得る証拠は無い。
【００１９】
図２に示される素子において、光の取り出しに関する２つの問題点がある。反射せずに素子から射出する光の他にも、残りの光は、基本的に、出口を見つける前にエピタキシャル層領域及び基板領域内を伝達する。ほとんどの光は素子の側面から射出する。基板領域内を伝達する光は、図３Ａを参照して説明した上記と同じ問題を被る。即ち、バルク吸収及び界面吸収により光が減衰する。これは両方向、即ち、フィンガーパターンに平行及び垂直な方向に当てはまる。
【００２０】
エピタキシャル層内を伝達している光について、大きい寸法による光損失は、フィンガーパターンに平行な方向に沿ってのみ生じる。光が２つの側面に衝突する前にフィンガーパターンに垂直に伝達する距離はずっと短いため、光は、他のより長い方向と比較してより少ない損失で比較的簡単に射出する。
【００２１】
しかしながら、一つの側面から射出する光は、金属のフィンガーパターンに衝突して、それによって吸収され得る。不幸にも、金又は金を基にした合金等の最も一般的に用いられる金属は、青色スペクトルの光を容易に吸収する。
【００２２】
実施においては、図１及び図２に図示されたように、１０００×１０００ミクロンの素子の光の取り出し効率は、上記に詳細に説明した問題点により、３００×３００ミクロンの素子の光の取り出し効率のわずか１／３である。このために、１０００×１０００ミクロンのチップの素子面積は、３００×３００ミクロンのチップの１０倍以上であるけれども、出力はわずか約３〜４倍である。
【００２３】
それなりに制限された範囲で、従来技術は、不十分な照明及び乏しい効率の問題について理解してきましたが、現在まで、提案された解決方法は、満足する解決方法の提供において効果がなかった。それゆえに、高い光出力及び高効率のＬＥＤを提供することが望ましい。より詳細には、現代のＬＥＤに関する、高輝度及び高出力を提供する、より広い活性表面を有するＬＥＤの提供が望ましい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００２４】
文法上の流動性のために、機能的な説明を用いて装置及び方法が記述されてきた又はされるであろう一方、米国特許法第１１２条（３５  ＵＳＣ  １１２）の下で明確に記載されていない限り、特許請求の範囲は、「方法」もしくは「ステップ」の構成により何ら必要な制限を受けて解釈されないが、裁判上の均等論の下で特許請求の範囲により提供される意味及び定義と等価なものの全ての範囲で認容され、特許請求の範囲が米国特許法第１１２条の下で明確に記載されている場合、米国特許法第１１２条の下での最大限の法定の等価な特許請求の範囲として認容されることが明確に理解されるべきである。
【００２５】
本発明は、特に従来技術に係る上記欠点に取り組んでそれを解決するものである。より詳細には、本発明は、実質的に透明な基板及び細長い形状を画定する縦横比を備えて、高効率及び高輝度を提供する発光ダイオードチップ及びその製造方法を含む。
【００２６】
本発明の他の利点と同様に、これら発光ダイオードチップ及びその製造方法は、以下の説明及び図面からより明確となる。本発明の趣旨から逸脱しない限り、特許請求の範囲内において、図示及び説明された詳細な構造中の変更がなされ得ることが理解される。
【００２７】
以下の図面を参照することにより、本発明はより視覚化され得る。ここで、同様の構成要素には、同様の符号が参照される。
【００２８】
本発明及びその様々な実施の形態は、特許請求の範囲で定められた発明の図示された例として提供される以下の好ましい実施の形態の詳細な説明を参照することによりさらに良く理解され得る。特許請求の範囲により定められた発明の範囲が以下に記述される図示された実施の形態より広いことは、明確に理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の趣旨及び技術的範囲を逸脱しない限り、当業者により多くの変更及び修正がなされ得る。それゆえに、図示された実施の形態は例示の目的でのみ述べられたものであり、特許請求の範囲により定められた発明を制限するものとして取り扱われるべきではないことが理解されなければならない。例えば、請求項の構成要件が以下において正確なコンビネーションで述べられているという事実にも関わらず、発明が、当初、特許請求の範囲にコンビネーションとして記載されていなくても上記に開示されている構成要件のより少ない、より多い、若しくは異なる他のコンビネーションを含むことが明白に理解されなければならない。
【００３０】
本明細書中において本発明及びその様々な実施の形態の表現に使用されている言葉は、それらの普通に定義されている意味だけではなく、本明細書中の特別な定義により、普通に定義されている意味の範囲を超えた構造、材料、若しくは行為を含んで理解される。従って、構成要件が、本明細書中の文脈において一つ以上の意味を含んで理解され得る場合、請求項におけるその構成要件の使用は、明細書及びその言葉自身により支持される、一般的な全ての可能な意味として理解されなければならない。
【００３１】
それゆえに、上記特許請求の範囲の言葉若しくは構成要件の定義は、文字通りに述べられる構成要件のコンビネーションだけではなく、実質的に同じ結果を得る実質的に同じ方法において実質的に同じ機能を発揮する全ての等価な構造、材料若しくは行為をも含んで本明細書において定義される。それゆえに、この意味において、請求項中の任意の一つの構成要件について、２又はそれ以上の構成要件の等価な置き換えがなされ得る、若しくは、単一の構成要件が請求項中の２又はそれ以上の構成要件に置き換えられ得ることが予期される。構成要件は、正確なコンビネーションで作用するように表現され、当初はそのように特許請求され得るけれども、請求項に記載されたコンビネーション中の１又はそれ以上の構成要件が、いくつかの場合においてはコンビネーションから削除され得、また、請求項に記載されたコンビネーションが、サブコンビネーション又はサブコンビネーションのバリエーションに向けられ得ることが、明白に理解されるべきである。
【００３２】
当業者から見た、現在知られているもしくは後に発明される、請求項に記載された内容からの実質的でない変更が、特許請求の範囲内で等価であることが明確に検討される。それゆえに、現在若しくは後に当技術分野における熟練者に知られる明らかな置き換えは、定義された構成要件の範囲内にあると定められる。
【００３３】
従って、特許請求の範囲は、以下に詳細に図示及び記載された内容、等価な概念、明らかに置き換えられ得るもの、及び発明の概念に必要不可欠なものを含んで理解されるべきである。
【００３４】
従って、添付の図面に関連して以下で述べられる詳細な説明は、本発明の現在の好ましい実施の形態の説明として解釈され、現在の発明が構成され利用され得る場面における形式のみを代表して解釈されない。詳細な説明は、図示された実施の形態に関連する機能並びに本発明を構成及び動作する工程の手順を述べる。しかしながら、同一若しくは等価の機能が、本発明の趣旨をも含んで解釈される異なる実施の形態により達成され得ることが理解されるべきである。
【００３５】
一態様によると、本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）チップの製造方法であって、細長い形状を画定する縦横比を有する実質的に透明な基板を形成するステップを含む発光ダイオードチップの製造方法を含む。より詳細には、本発明は、発光ダイオードチップの形成方法であって、実質的に透明な基板を提供するステップと、前記基板の上に少なくとも１つの活性領域を形成するステップと、縦横比が約１．５：１より大きい活性領域を有する少なくとも１つの発光ダイオードチップを形成するために前記基板を切除、例えばダイシング（ｄｉｃｉｎｇ）するステップとを含む高出力発光ダイオードチップの形成方法を含む。
【００３６】
好ましくは、前記活性領域の前記縦横比は約２：１より大きい。好ましくは、前記活性領域の前記縦横比は約１．５：１と約１０：１との間である。好ましくは、前記活性領域の前記縦横比は約４：１である。好ましくは、その幅は約２５０ミクロンであり、その長さは約１０００ミクロンである。
【００３７】
しかしながら、活性領域の様々な等価な細長い構造も同様に適していることは、当業者には明白である。例えば活性領域は、互いにより複雑な構成を画定して一体に形成される、複数の細長い構造により、代わりに画定されてもよい。細長い構造から形成されるそのような複雑な構成の一例は十字型である。もう一つの例は、共通の中心点から放射状に広がる、ワゴンホイール（ｗａｇｏｎ  ｗｈｅｅｌ）のスポークのような複数のスポークであり、概して星印の外観を提供する。
【００３８】
好ましくは、前記活性領域は、約３ボルトと約３．５ボルトとの間、及び約６０ミリアンペアと約９０ミリアンペアとの間で動作するように構成されている。しかしながら、特に、ＡｌＩＮＧａＮ以外の素材により活性領域が画定される場合において、様々な他の動作パラメータも同様に適していることは、当技術分野における熟練者には明白である。
【００３９】
場合によると、前記活性領域は、互いに電気的に導通して回路網を画定し、前記回路網は、発光ダイオードチップ中を、所定の値より大きい電流が流れることなしに、前記回路網内部の電圧が最大化される傾向を有する。回路網内の電圧を最大化することにより、出力伝達効率が望ましく高められる。
【００４０】
好ましくは、１つの発光ダイオード素子は前記基板のそれぞれの上に形成され、前記活性領域は前記基板のそれぞれの上部表面全体を実質的に覆う。しかしながら、この代わりに、複数の細長い活性領域は、共通基板の上に形成されてもよい。この例においては、活性領域は基板を完全には覆わない。
【００４１】
例えば、細長い活性領域のアレイは、単一の基板の上部表面に食刻される。更に別の例として、十字型もしくは放射状のスポーク模様の活性領域が基板の上部表面に形成されてもよい。これら２つの例においては、活性領域は、基板の表面全体を実質的に覆わない。例えば、放射状のスポーク間の領域は覆われない。
【００４２】
好ましくは、前記基板は、サファイア、スピネル、ガラス、ＺｎＯ、ＳｉＣ、ＭｇＯ、ＧａＮ、ＡｌＮ、及びＡｌＧａＮを含む群から選択される素材を備えている。しかしながら、基板及び／又は活性領域についての他の素材も同様に適していることは、当業者には明白である。
【００４３】
一態様によると、本発明の方法は、前記活性領域を共同して画定する上部ＬＥＤ層及び下部ＬＥＤ層（前記上部ＬＥＤ層とは反対の型）を形成するステップと、前記上部ＬＥＤ層の上に上部コンタクトフィンガーを形成するステップと、前記下部ＬＥＤ層の上に下部コンタクトフィンガーを形成するステップと、前記活性領域と前記下部コンタクトフィンガーとの中間に、前記下部コンタクトフィンガーから離れて、前記活性領域からの光を前記下部コンタクトフィンガーへ向けて反射し、前記発光ダイオードチップの輝度を増大させるように構成された反射膜を形成するステップとを含む。好ましくは、前記反射膜は、前記活性領域と前記下部コンタクトフィンガーとの中間の前記活性領域の上に形成される。
【００４４】
前記反射膜は、誘電性の反射膜若しくは金属反射膜のどちらか一方を備えてもよい。前記反射膜が金属反射膜を備える場合、好ましくは、透明絶縁層は、前記活性領域と前記下部コンタクトフィンガーとの中間の前記活性領域の上に、前記活性領域から前記反射膜を電気的に絶縁するために形成される。
【００４５】
一態様によると、本発明は、細長い形状を画定する縦横比を有する実質的に透明な基板を備える発光ダイオードチップを含む。より詳細には、本発明は、実質的に透明な基板と、前記基板の上に形成された活性領域とを備え、前記活性領域の縦横比が約１．５：１より大きい高出力発光ダイオードチップを含む。
【００４６】
一態様によると、本発明は、前記活性領域と前記下部コンタクトフィンガーとの中間に、前記下部コンタクトフィンガーから離れて配置されて、前記活性領域からの光を前記下部コンタクトフィンガーへ向けて反射し、前記発光ダイオードチップの輝度を増大させるように構成された反射膜を備える高出力発光ダイオードチップを含む。
【００４７】
一態様によると、本発明は、パッケージと、前記パッケージ内に配置された、少なくとも１つの発光ダイオードチップとを備える高出力発光ダイオードランプを含む。
【００４８】
好ましくは、前記パッケージは、４つの反射性側壁及び反射性底面を備える。好ましくは、前記パッケージは、矩形を画定する。好ましくは、前記パッケージは、正方形を画定する。しかしながら、これらの代わりに、パッケージはその他の望まれる形状を画定し得ることは、当業者には明白である。例えば、パッケージは代わりに円形になり得る。
【００４９】
好ましくは、前記高出力発光ダイオードランプは、複数の発光ダイオードチップを備える。前記発光ダイオードチップは、互いに電気的に直列に、互いに電気的に並列に、若しくは直列及び並列のいくつかのコンビネーションで互いに電気的に接続され得る。例えば、４つの発光ダイオードを備える高出力発光ダイオードランプにおいて、発光ダイオードのペアは、それぞれ互いに並列に接続され、２つのペア（グループ化されたペアのそれぞれ）は互いに直列に接続されてもよい。
【００５０】
好ましくは、前記パッケージは、本発明の高出力発光ダイオードランプを照明製品に組み込んでいる製造者が、発光ダイオードの望ましい電気的な構成（直列、並列、若しくは直列及び並列のコンビネーション）を容易に選択することができるように構成されている。例えば、そのような選択は、高出力発光ダイオードランプのパッドに選択される導電体を接続することにより、スイッチの位置を選択することにより、ジャンパーを付加又は移動することにより、ジャンパーを焼き切る又は除去することにより、若しくは他の任意の望ましい方法により行われてもよい。
【００５１】
好ましくは、前記高出力発光ダイオードランプは、４つの発光ダイオードチップを備える。好ましくは、前記４つの発光ダイオードチップは、おおむね正方形を画定するように構成される。
【００５２】
場合によると、前記発光ダイオードチップは、おおむね線形のアレイを画定するように構成されてもよい。あるいは、前記発光ダイオードは、正方形の外観を画定するように端と端とをつないで配置されてもよい。
【００５３】
好ましくは、前記パッケージは、内部に反射コーティングを有する少なくとも１つの凹部を有する凹型パッケージを備える。好ましくは、前記パッケージは、それぞれの内部に反射コーティングを有する複数の凹部を有する凹型パッケージを備え、少なくとも１つの発光ダイオードがそれぞれの凹部内に配置される。例えば、前記パッケージは、それぞれの内部に反射コーティングを有する４つの凹部を有する凹型パッケージを備え、１つの発光ダイオードが４つのそれぞれの凹部内に配置されてもよい。
【００５４】
本発明の一態様によると、前記パッケージがそれぞれの内部に形成された反射コーティングを有する４つの細長い凹部を有する凹型パッケージを備え、１つの発光ダイオードがそれぞれの細長い凹部内に配置される。
【００５５】
本発明の一態様によると、照明装置は、電源と、前記電源と電気的に導通する少なくとも１つの高出力発光ダイオードランプとを備える。例えば、電源は、少なくとも１つの電池、壁面ソケットと接続するように構成されたプラグ、若しくはＡＣ電源と、前記ＡＣ電源からのＡＣ電流を発光ダイオードの動作に適したＤＣ電源へ変換するための接続されたＤＣ電源とを備えてもよい。
【００５６】
従って、本発明は現代のＬＥＤチップに関連する問題（例えば、乏しい効率及び不十分な輝度）を緩和するＬＥＤチップのデザインを提供する。チップは、近接する２辺間に高い縦横比を有し、光が長い寸法の側面から簡単に射出することができることで、素子の輝度を実質的に増大させることができる。ＬＥＤチップの細長い構成もまた熱放散を高め、素子の光出力をさらに増大させ、加えて効率を改善する、高い電流レベルでの動作を可能にする。
【００５７】
本発明は、現在の好ましい実施の形態を示す図１〜図６Ｂに図示される。
【００５８】
ここで図１を参照すると、透明サファイア基板の上部表面に形成された、現代の標準的な３００×３００ミクロンのＡｌＩｎＧａＮ素材ＬＥＤが図示されている。この現代の素子は、透明サファイア基板１１、基板１１の上部表面に形成された複数のＡｌＩｎＧａＮエピタキシャル層１２、ＡｌＩｎＧａＮエピタキシャル層１２により画定された活性領域１３、上位層のエピタキシャル層１２に形成された、上部又はＰ接続パッド（ｂｏｎｄ  ｐａｄ）１４、下位層のエピタキシャル層１２に形成された、下部又はＮ接続パッド１５、及びＰ電流拡散層１６を備える。
【００５９】
ここで図２を参照すると、透明サファイア基板の上部表面に形成された、現代の高出力１０００×１０００ミクロンのＡｌＩｎＧａＮ素材ＬＥＤが図示されている。この高出力ＬＥＤは、図１に示す標準的なＬＥＤよりもより高輝度のＬＥＤの提供を試みるものである。その大きな寸法のため、活性層を通じて電流を拡散させるためのインターディジットコンタクトフィンガー（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔ  ｃｏｎｔａｃｔ  ｆｉｎｇｅｒ）２６，２７が用いられる。この大きな現代の素子は、透明サファイア基板２１、基板２１の上部表面に形成された複数のＡｌＩｎＧａＮエピタキシャル層２２、ＡｌＩｎＧａＮエピタキシャル層２２により画定された活性領域２３、上位層のエピタキシャル層２２に形成された、上部又はＰフィンガー相互接続器（ｆｉｎｇｅｒ  ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）２４、下位層のエピタキシャル層２２に形成された、下部又はＮフィンガー相互接続器２５を備える。上部又はＰコンタクトフィンガー２６はＰフィンガー相互接続器２４から伸長し、同様に、下部又はＮコンタクトフィンガー２７はＮフィンガー相互接続器２５から伸長する。
【００６０】
ここで図１及び図２を参照すると、現代のチップ寸法が３００×３００ミクロン（図１）から１０００×１０００ミクロン（図２）へ増大すると、光出力効率は約６０％〜７０％に減少する。即ち、高出力ＬＥＤは増大された輝度を提供するけれども、それは、効率を犠牲にすることによりそうなっている。
【００６１】
ここで図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、チップ寸法の増大に伴う光出力効率のこの減少は、素子から射出する前に光が伝達する平均の経路距離の増大によるものである。例えば、活性層若しくは基板といったＬＥＤのあらゆる層を伝達する光は、一般的に、素子から射出する前に数回反射されるに違いない。もちろん、ＬＥＤが大きくなると経路が長くなり、層内及び隣接する層間の界面の両方において光を吸収する機会がより多く存在する。従って、図３Ｂに示される（例えば、小さなチップを通じる）短い経路に沿って伝達する光と比較して、図３Ａに示される（例えば、大きなチップを通じる）長い経路に沿って伝達する光は、平均的により減衰されるであろう。
【００６２】
ここで図４を参照すると、本発明に係る細長い形状を有するＬＥＤが示される。本発明は、透明サファイア基板４１、基板４１の上部表面に形成された複数のＡｌＩｎＧａＮエピタキシャル層４２、ＡｌＩｎＧａＮエピタキシャル層４２により画定された活性領域４３、上位層のエピタキシャル層４２に形成された、上部又はＰ接続パッド４４、下位層のエピタキシャル層４２に形成された、下部又はＮ接続パッド１５、Ｐ接続パッド４４から伸長するＰコンタクトフィンガー４６、及びＮ接続パッド４５から伸長するＮコンタクトフィンガー４７を備える。
【００６３】
場合によると、反射コーティング４８がエピタキシャル層４２の上に形成される（即ち、活性領域４３の表面に形成される）。あるいは、反射コーティングはＮコンタクトフィンガー４７の上に形成されても良く、若しくはそうでなく、エピタキシャル層４２とＮコンタクトフィンガー４７との中間に形成されてもよい。反射膜は、エピタキシャル層４３からの光をエピタキシャル層４３へ向けて反射し返し、それにより、反射光はＮコンタクトフィンガー４７から離れる。この方法で、反射光は、（近隣のＮコンタクトフィンガー４７よりもむしろ）いくつかの他の場所でエピタキシャル層４３から射出し、（Ｎコンタクトフィンガー４７に吸収されるよりもむしろ）ＬＥＤの明るさに寄与する。
【００６４】
反射膜４８は誘電性の反射膜、若しくは金属反射膜のどちらであってもよい。金属反射膜が用いられる場合、反射膜４８を通じて流れる望ましくない電流を防止するために、反射膜４８とエピタキシャル層４２との中間のエピタキシャル層４２の上に、絶縁層４９が形成される。
【００６５】
本発明によると、チップ寸法、即ち、活性領域の寸法及び基板の寸法を減少させる（即ち、細長い形状を画定する）ことにより、光の損失をかなり減少させることができる。Ｎコンタクトフィンガー４７による望ましくない光の吸収を避けるために、段丘（ｍｅｓａ）の一方の側面上に反射コーティング又は反射膜を備えることにより、光損失のさらなる減少がもたらされ得る。
【００６６】
現代のＬＥＤに関する素子の総面積もまた減少されるので、出力容量を増大させるために、複数のＬＥＤが用いられ得る。本発明の実施の形態に係る２５０×１０００ミクロンの素子の例示的な一例が図４に示されている。本発明の他の寸法及び構成も同様に適切であることは、当業者には明白である。
【００６７】
本発明の動作中において、現代の素子と同じ電流密度を維持するために、好ましくは、本発明は３．０〜３．５ボルト及び６０〜９０ミリアンペアで動作するように構成される（本発明の活性領域は、現代の１０００×１０００ミクロンの素子の活性領域の約２５％であるため）。現代の１０００×１０００ミクロンの素子と同等の光出力を提供するために、単一のパッケージ内に４つの２５０×１０００ミクロンの素子のセットが組み込まれ得る。
【００６８】
ここで図５Ａ〜図６Ｂを参照すると、本発明の２種類のパッケージ構成が示されている。点光源をアレイ状に配置することにより、点光源は、任意の形状の平面を構成するのに便利である球面状の光パターンを生成するため、多くの用途においては点光源が好まれている。そのような点光源を提供するために、球面状の光パターンを提供するいくつかの細長いチップが、場合によると単一パッケージ内に配置され得る。
【００６９】
図５Ａ及び図６Ａのパッケージ例の両方が、４つの２５０×１０００ミクロンのチップを使用する。それぞれのチップは、側面方向の光を上方へ個々に方向付けるよう設計された反射性のカップ内に配置される。
【００７０】
図５Ａ及び図５Ｂに示されているパッケージは、チューブパン（ｔｕｂｅ  ｐａｎ）若しくはブントパン（ｂｕｎｄｔ  ｐａｎ）風の、上部に伸長するセンターピース（ｃｅｎｔｅｒｐｉｅｃｅ）５２を有する単一の凹型カップ５１である。凹部５６は、複数の、例えば４つの個々のＬＥＤチップ５７ａ〜５７ｄを収容するのに適している。センターピース５２を含むパッケージの内部側壁５３及び底面５４は反射性であり、ＬＥＤにより提供される光の総量を増大させる。
【００７１】
図６Ａ及び図６Ｂに示されているパッケージは、複数の分離された凹部が内部に形成された多重凹型カップ６１である。それぞれの凹部は個々のＬＥＤチップ６７ａ〜６７ｄを収容するように構成されている。内部側壁６３及び底面６４を含むそれぞれの凹部６６ａ〜６６ｄの内面は反射性である。
【００７２】
それぞれのチップ６７ａ〜６７ｄについての個々の反射性凹部６６ａ〜６６ｄ無しでは、チップからの側面方向の光は、近くのチップ側面から再び内部へ入り込み得るため、個々の反射性凹部は有利に働く。
【００７３】
ここで図７を参照すると、本発明の実施の形態に係る、光収束コーティング又は反射器７１の後方に配置された高出力ＬＥＤパッケージ７２を備える懐中電灯の概略断面図を示している。電池７５への電気結線７３は、ばね電気接点７６、導電体７７、及びスイッチ７４と共同して、現代の慣例に従った懐中電灯の動作を容易にしている。この懐中電灯の例示的な実施の形態によると、ＬＥＤは３つの電池により４．５ボルトで駆動される。しかしながら、懐中電灯の様々な他の構成も同様に適切であることは、当業者には明白であろう。実際、本発明は、様々な異なる携帯用（電池駆動）照明器具においてその用途を見つけ得る。
【００７４】
図５Ａ〜図６Ｂに示された配置の付加的な利点は、上記したように、チップを直列、並列、若しくは両方のコンビネーションで接続することにより、パッケージ全体の動作電圧及び動作電流が容易に変更され得ることである。例えば、４つの素子全てが直列に接続される場合、動作パラメータは１２〜１４ボルト及び６０〜９０ミリアンペアとなる。それらが並列に接続される場合、動作条件は３〜３．５ボルト及び２４０〜３６０ミリアンペアとなる。２つの素子が並列で２つの素子が直列に接続される場合、動作パラメータは６〜７ボルト及び１２０〜１８０ミリアンペアとなる。電力系統の応用例においては異なる要求が存在するため、この柔軟性は、回路設計者にとっては便利である。通常、電力分配網又は局所的な電力供給における電力損失を緩和するために、低電圧及び高電流よりも高電圧及び低電流が望まれる。以下で示される、ＬＥＤの異なった電気的な接続例が、図８Ａ、図８Ｂ、及び図８Ｃに示される。
【００７５】
ここで図８Ａを参照すると、図５ＡのＬＥＤが互いに電気的に直列に接続されている。ＬＥＤのこの構成は、高電圧及び低電流で動作する。例えば、この構成で動作される本発明のＬＥＤは、１４ボルト及び９０ミリアンペアで動作し得る。
【００７６】
ここで図８Ｂを参照すると、図５ＡのＬＥＤの２つのペアが互いに電気的に並列に接続されて、２×２構成を提供している。例えば、この構成で動作される本発明のＬＥＤは、７ボルト及び１８０ミリアンペアで動作し得る。
【００７７】
ここで図８Ｃを参照すると、図５ＡのＬＥＤが互いに電気的に並列に接続されている。例えば、この構成で動作される本発明のＬＥＤは、３．５ボルト及び３６０ミリアンペアで動作し得る。
【００７８】
本発明の利点は、細長い形状と細長いチップの側面の反射コーティングとの両方による優れた光出力効率を含む。本発明は、現代のＬＥＤと比較して優れた光出力効率を有し、ほぼ球面状の光パターンを生成するパワーＬＥＤ素子の組立部品及びパッケージを提供する。さらに、本発明は、応用例の要求に対してデザインを最適化する回路設計者の能力を促進するために、パッケージ化されたパワーＬＥＤにおける、動作電圧及び動作電流の柔軟性を提供する。
【００７９】
本明細書中に記載され、図面に示された、例示的なＡｌＩｎＧａＮ素材の高出力多重チップ発光ダイオード（ＬＥＤ）の様々な態様は、現在の本発明の好ましい実施の形態のみを表すことが理解される。実際、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲で、上記実施の形態に様々な修正及び変更が成され得る。例えば、普通の若しくは分割された基板の上部表面における、活性領域の様々な異なる形状及び構成が予期される。細長い構造及び／又は構造の一部分の幅広い態様の提供により、等価の構造、形状及び構成が形成され得ることは、当業者には明白である。従って、細長い形状を画定する活性領域の全体が必要ではなく、むしろいくつかの部分、若しくは、単一又はそれ以上の細長い形状を画定する活性領域の一部分若しくは複数の部分が必要である。
【００８０】
即ち、これら及び他の修正及び変更は、当業者には明白であり、本発明を様々な異なる用途における使用に適用するために実現され得る。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】透明サファイア基板の上部表面に形成された現代の典型的な標準の（３００×３００ミクロン）ＡｌＩｎＧａＮ素材ＬＥＤの概略図である。
【図２】インターディジタルコンタクトフィンガーを示している高出力（１０００×１０００ミクロン）ＡｌＩｎＧａＮ素材ＬＥＤの概略図である。
【図３Ａ】最終的に低い屈折率材料（例えば空気）の内部へ射出するまで、高い屈折率材料（例えばサファイア基板もしくはエピタキシャルＬＥＤ層）に沿って長い経路を伝達する光を示す側面図である。
【図３Ｂ】最終的に低い屈折率材料（例えば空気）の内部へ射出するまで、高い屈折率材料（例えばサファイア基板もしくはエピタキシャルＬＥＤ層）に沿って短い経路を伝達する光を示す側面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る、高い縦横比を有し、一方の側面の表面に形成された反射コーティングを備える細長いパワーＬＥＤの斜視図である。
【図５Ａ】パッケージの内部表面に形成された反射コーティングを備える凹型パッケージ内部に配置された、４つの２５０×１０００ミクロンのＬＥＤの例示的な配置を示す平面図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示す、凹型パッケージ内部に配置された、４つの２５０×１０００ミクロンのＬＥＤの例示的な配置の、線５Ｂに沿った断面図である。
【図６Ａ】パッケージの内部表面に形成された反射コーティングを備える凹型パッケージ内部に配置された、４つの２５０×１０００ミクロンのＬＥＤの別の例示的な配置を示す平面図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示す、凹型パッケージ内部に配置された、４つの２５０×１０００ミクロンのＬＥＤの例示的な配置の、線６Ｂに沿った断面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る懐中電灯の概略断面図である。
【図８Ａ】互いに電気的に直列に接続されたＬＥＤを示す、図５Ａに示す凹型パッケージ内部に配置された４つのＬＥＤの例示的な配置である。
【図８Ｂ】互いに電気的に並列に接続された２つのＬＥＤのペアを示す、図５Ａに示す凹型パッケージ内部に配置された４つのＬＥＤの例示的な配置である。
【図８Ｃ】互いに電気的に並列に接続された全ての４つのＬＥＤを示す、図６Ａに示す凹型パッケージ内部に配置された４つのＬＥＤの例示的な配置である。
【図１】
2007502548.tif 000003
【図２】
2007502548.tif 000004
【図３Ａ】
2007502548.tif 000005
【図３Ｂ】
2007502548.tif 000006
【図４】
2007502548.tif 000007
【図５Ａ】
2007502548.tif 000008
【図５Ｂ】
2007502548.tif 000009
【図６Ａ】
2007502548.tif 000010
【図６Ｂ】
2007502548.tif 000011
【図７】
2007502548.tif 000012
【図８Ａ】
2007502548.tif 000013
【図８Ｂ】
2007502548.tif 000014
【図８Ｃ】
2007502548.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成18年12月12日(2006.12.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
発光ダイオードチップの製造方法であって、
細長い形状を画定する縦横比を有する基板を形成するステップを含む方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
発光ダイオードチップの形成方法であって、
基板を提供するステップと、
前記基板の上に少なくとも１つの活性領域を形成するステップと、
縦横比が約１．５：１より大きい活性領域を有する少なくとも１つの発光ダイオードチップを形成するために前記基板を切除するステップとを含む方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１８】
細長い形状を画定する縦横比を有する基板を備える発光ダイオードチップ。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１９】
基板と、
前記基板の上に形成された活性領域とを備え、
前記活性領域の縦横比が約１．５：１より大きい発光ダイオードチップ。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３４】
基板と、
前記基板の上に形成された活性領域と、
前記活性領域を共同して画定する上部ＬＥＤ層及び下部ＬＥＤ層と、
前記上部ＬＥＤ層の上に形成された上部コンタクトフィンガーと、
前記下部ＬＥＤ層の上に形成された下部コンタクトフィンガーと、
前記活性領域と前記下部コンタクトフィンガーとの中間に、前記下部コンタクトフィンガーから離れて配置されて、前記活性領域からの光を前記下部コンタクトフィンガーへ向けて反射し、前記発光ダイオードチップの輝度を増大させるように構成された反射膜とを備える発光ダイオードチップ。
【手続補正６】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３５】
パッケージと、
前記パッケージ内に配置された、少なくとも１つの発光ダイオードチップとを備え、該発光ダイオードが、
基板と、
前記基板の上に形成された活性領域とを備え、
前記活性領域の縦横比が約１．５：１より大きい発光ダイオードランプ。
【手続補正７】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５４】
電源と、
前記電源と電気的に導通する発光ダイオードランプとを備え、該発光ダイオードランプが、
パッケージと、
前記パッケージ内に配置された、少なくとも１つの発光ダイオードチップとを備え、該発光ダイオードが、
基板と、
前記基板の上に形成された活性領域とを備え、
前記活性領域の縦横比が約１．５：１より大きい照明装置。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
本発明は、特に従来技術に係る上記欠点に取り組んでそれを解決するものである。より詳細には、本発明は、基板及び細長い形状を画定する縦横比を備えて、高効率及び高輝度を提供する発光ダイオードチップ及びその製造方法を含む。基板は、実質的に透明であることが望ましい。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
一態様によると、本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）チップの製造方法であって、細長い形状を画定する縦横比を有する基板を形成するステップを含む発光ダイオードチップの製造方法を含む。基板は、実質的に透明であることが望ましい。より詳細には、本発明は、発光ダイオードチップの形成方法であって、基板を提供するステップと、前記基板の上に少なくとも１つの活性領域を形成するステップと、縦横比が約１．５：１より大きい活性領域を有する少なくとも１つの発光ダイオードチップを形成するために前記基板を切除、例えばダイシング（ｄｉｃｉｎｇ）するステップとを含む高出力発光ダイオードチップの形成方法を含む。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
一態様によると、本発明は、細長い形状を画定する縦横比を有する基板を備える発光ダイオードチップを含む。基板は、実質的に透明であることが望ましい。より詳細には、本発明は、基板と、前記基板の上に形成された活性領域とを備え、前記活性領域の縦横比が約１．５：１より大きい高出力発光ダイオードチップを含む。
【国際調査報告】
2007502548.tif 000016