(57)【要約】      （修正有）【課題】ウェハー基材と、発光ダイオードの発光層と、配線層と、励起材料層とを含む単一ウェハー上に異なる発光色を生じる発光ダイオードの発光層構造を提供する。【解決手段】発光ダイオードの発光層２０は、独立で区分けする少なくとも二つの発光領域２０１を有し、配線層３０は、発光領域に対応し且つ独立で制御する少なくとも二つの回路構成３０１を有し、励起材料層４０は、少なくとも光励起発光材料４０１を有し、少なくとも二つの発光領域の一つに異なる光励起発光材料を設け、少なくとも二つの発光領域の一つに光励起発光材料を設けない。独立で制御する少なくとも二つの回路構成及び異なる光励起発光材料の有り無しにより、単一ウェハー基材に少なくとも二種類の発光色を形成することができ、自発に必要な色温度を変調することができる。【選択図】図３
0003213056.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
ウェハー基材と、
ウェハー基材上に設けられ、独立で区分けする少なくとも二つの発光領域を有する発光ダイオードの発光層と、
発光ダイオードの発光層へ順方向バイアスを与え、数量が少なくとも二つの発光領域に対応し且つ独立で制御する少なくとも二つの回路構成を有する配線層と、
前記発光ダイオードの発光層を覆い、少なくとも一つの光励起発光材料を有し、前記少なくとも二つの発光領域の一つに光励起発光材料を設けられ、前記少なくとも二つの発光領域の一つに光励起発光材料を設けない励起材料層と、を含むことを特徴とする単一ウェハー上に異なる発光色を生じる発光ダイオードの発光層構造。
【請求項２】
前記のウェハー基材は、導電性を有し、前記発光ダイオードの発光層は、第１型の半導体層と、発光層と、第２型の半導体層とを有し、前記の少なくとも二つの回路構成は、それぞれウェハー基材下に設けられる第２型の電極と、前記の第１型の半導体層上に設けられる第１型の電極とを有することを特徴とする請求項１に記載の単一ウェハー上に異なる発光色を生じる発光ダイオードの発光層構造。
【請求項３】
発光ダイオードの発光層は、第１型の半導体層と、発光層と、第２型の半導体層とを有し、前記の少なくとも二つの回路構成は、それぞれ第２型の電極と、第１型の電極とを有し、前記の第１型の電極と前記の第２型の電極がそれぞれ第１型の半導体層と第２型の半導体層の上に設けられることを特徴とする請求項１に記載の単一ウェハー上に異なる発光色を生じる発光ダイオードの発光層構造。
【請求項４】
光励起発光材料を設ける前記の少なくとも二つの発光領域の数量が２個以上である時、それぞれ異なる前記の光励起発光材料が設けることを特徴とする請求項１に記載の単一ウェハー上に異なる発光色を生じる発光ダイオードの発光層構造。
【請求項５】
前記の少なくとも二つの発光領域を組み立てた後の外観は、扇形、長方形、多角形のいずれかから選択することを特徴とする請求項１に記載の単一ウェハー上に異なる発光色を生じる発光ダイオードの発光層構造。
【請求項６】
ウェハー基材と、
ウェハー基材の上に設けられ、独立で区分けする少なくとも二つの発光領域を有する発光ダイオードの発光層と、
発光ダイオードの発光層へ順方向バイアスを与え、数量が少なくとも二つの発光領域に対応し且つ独立で制御する少なくとも二つの回路構成を有する配線層と、
前記発光ダイオードの発光層を覆い、少なくとも二つの光励起発光材料を有し、前記少なくとも二つの発光領域上に異なる光励起発光材料を少なくとも設けられる励起材料層と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の単一ウェハー上に異なる発光色を生じる発光ダイオードの発光層構造。
【請求項７】
前記のウェハー基材は導電性を有し、前記発光ダイオードの発光層は、第１型の半導体層と、発光層と、第２型の半導体層とを有し、前記の少なくとも二つの回路構成は、それぞれウェハー基材下に設けられる第２型の電極と、前記の第１型の半導体層上に設けられる第１型の電極とを有することを特徴とする請求項６に記載の単一ウェハー上に異なる発光色を生じる発光ダイオードの発光層構造。
【請求項８】
前記発光ダイオードの発光層は、第１型の半導体層と、発光層と、第２型の半導体層とを有し、前記の少なくとも二つの回路構成は、それぞれ第２型の電極と、第１型の電極とを有し、前記第１型の電極と前記第２型の電極がそれぞれ第１型の半導体層と第２型の半導体層の上に設けられることを特徴とする請求項６に記載の単一ウェハー上に異なる発光色を生じる発光ダイオードの発光層構造。
【請求項９】
前記の少なくとも二つの発光領域を組み立てた後の外観は、扇形、長方形、多角形のいずれかから選択することを特徴とする請求項６に記載の単一ウェハー上に異なる発光色を生じる発光ダイオードの発光層構造。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、発光ダイオードの光源構造に関し、特に単一ウェハー上に異なる発光色を生じる発光ダイオードの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷光の発光素子である発光ダイオード(Light Emitting Diode，LED)において、その発光の原理はIII-V族化合物半導体上に順方向バイア（電流）を与え、ダイオード内の電子とホールの再結合でエネルギーを光に転換する形式を利用し、エネルギーが放出されたときに発光することができ、長い時間を使用しても白熱の電球のような発熱を発することがない。
【０００３】
発光ダイオードは、小寸法、長寿命、低駆動電圧、速い反応速度、優れた耐衝撃性という利點があるので、いろいろな設備に対する軽さ、薄さ及び小型化の要求に対応でき、既に日常生活に非常に普及の製品となっている。
【０００４】
図１及び図２を参照すると、駆動構造(電極構造)の違いによれば、発光ダイオードは、主に垂直式の発光ダイオード（図１）と水平式の発光ダイオード（図２）に分けることができ、その構造は、ウェハー基材１と、発光ダイオードの発光層２と、配線層３とを含み、ウェハー基材１は、導電と導電不要との二種類があり、シリコン基板やサファイア基板などを材料として用いる。
【０００５】
発光ダイオードの発光層２は、サンドイッチのような構造を構成する第１型の半導体層２ａと、発光層２ｂと、第２型の半導体層２ｃを含む。前記第１型の半導体層２ａは、Ｎ型半導体層またはＰ型半導体層を選んで用いる。前記の第２型の半導体層２ｃは、使用されたＮ型半導体層またはＰ型半導体層に対応する。前記の発光層２ｂの材料は、III-V族化合物とし、発する波長に応じて選択することができる。前記の配線層３は、第１型の電極３ａと、第２型の電極３ｂとを含み、それぞれ発光ダイオードの発光層２の同一側（水平式の発光ダイオード）または発光ダイオードの発光層２の二側（垂直式の発光ダイオード）に設置することができる。これにより前記の第１型の電極３ａと第２型の電極３ｂとの間に電圧を与えた後、それぞれ電子とホールを提供し、その電子とホールが発光層２ｂ内に結合され、さらにエネルギー準位の跳躍で励起光が発生する。
【０００６】
現在、発光ダイオードの発光能力及び効率がますます進展し、日常生活中で広範な応用が可能であり、その種類が多いため、各種類の化合物半導体材料及び素子構造の変化により、赤、橙、黄、緑、青、紫等各色の光及び目に見えない赤外光、紫外光を発する発光ダイオードが設計されており、各種類の発光ダイオードは、屋外看板、ブレーキライト、交通信号及びディスプレイ装置等に広く使われていた。
【０００７】
現在のチップ発光ダイオードが全て単一の発光波長範囲の規格であり、半導体封止工場では単一の発光波長範囲の規格でチップの封止を行い、或いは２個以上の異なる発光波長範囲のチップを封止体内に封止し、完成した封止体が必要に応じて配列組立を行い、制御回路の設計により単一のチップまたは単一の発光ダイオードを制御し、異なる発光波長の発光ダイオードが混合光を発生させてフルカラー表示画面の効果を形成する。しかし、従来の技術と構造では、発光ダイオードが互いの間の隙間は大きくなり、小型化には不利となる。
【０００８】
また、製造プロセスと材料が変異する影響で、バッチ毎に生産された発光ダイオードの主波長分布は差別があるので、特定波長特性の発光を発生することが必要になって、異なる照明場所に発光するニーズを満たす、あるいはフルカラー表示の特定色を構成することが必要になる時、正確な色を求めるために、早期の従来技術では、点測定、分類(Sorting)、選別(Binning)の手順により、多くの発光ダイオードダイについて選別を行って、主波長分布の近い発光ダイオードダイを選び出すことにより、異なる波長特性のニーズに応じるため、コストと時間がかなりかかる。
【０００９】
そのため、米国特許第ＵＳ８５６９０８３号公報には、基板上に複数発光層２２を有する構造が開示している。波長変換収束層と波長変換層が順番に積み重ね、前記の波長変換収束層と波長変換層によって複数発光層２２から発する光を吸収して変換されて、最後に発する光の主波長が比較的に一致する。これにより、従来発光ダイオードアレイダイの製造過程で主波長分布に応じて分類すること及び選別してから配列することについての製造工程を省略し、製造コストが低減できる。
【００１０】
しかし、何度の波長変換で光の利用効率の低下につながり、高熱が発生しやすく、小型化が困難となり、高輝度のニーズを満たすことができなく、または多層の積み重ねる構造で製造コストが向上し且つ歩留まりが低下し、使用上の需要を満たすことが困難となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第ＵＳ８５６９０８３号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【００１２】
本考案の主な目的は、必要に応じて異なる発光色の光強度を変調し、光の混合後の発光の色温度光が使用上の需要を満たす単一ウェハー上に異なる発光色を生じる発光ダイオードを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本考案は、ウェハー基材と、発光ダイオードの発光層と、配線層と、励起材料層とを含む単一ウェハー上に異なる発光色を生じる発光ダイオードの発光層構造を提供する。前記発光ダイオードの発光層は、ウェハー基材上に設けられ、独立で区分けする少なくとも二つの発光領域を有する。前記の配線層は、発光ダイオードの発光層へ順方向バイアスを与え、数量が少なくとも二つの発光領域に対応し且つ独立で制御する少なくとも二つの回路構成を有する。前記の励起材料層は、発光ダイオードの発光層を覆い、少なくとも一つの光励起発光材料を有し、前記少なくとも二つの発光領域の一つに光励起発光材料を設けられ、前記少なくとも二つの発光領域の一つに光励起発光材料を設けなく、少なくとも２種類波長の光を発することができ（前記の光励起発光材料ありと前記の光励起発光材料なし）。
【００１４】
或いは、前記発光ダイオードの発光層が全て励起材料層を覆ったものを前提として、前記の励起材料層は、少なくとも二つの光励起発光材料を有し、前記少なくとも二つの発光領域に少なくとも二つの異なる光励起発光材料を設けられ、同様に少なくとも２種類波長の光を発することができる。
【考案の効果】
【００１５】
これによると、本考案では、前記の光励起発光材料を設ける手段で、独立で区分ける少なくとも二つの発光領域及び独立で制御する少なくとも二つの回路構造を合わせることにより、少なくとも二つ波長の光を発することができ、同時に前記の少なくとも二つの回路構造が各々独立で制御されることで、二つ波長の光の強度をさらに微調整して色温度を変調することができ、また単一ウェハー上に設けらるので、製造工程時に同時に処理して完成し、使用上の需要を満たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来垂直式の発光ダイオードによる光学構造を示す概略図である。
【図２】従来水平式の発光ダイオードによる光学構造を示す概略図である。
【図３】本考案による第１実施形態の光学構造を示す概略図である。
【図４】本考案による第２実施形態の光学構造を示す概略図である。
【図５】本考案による第３実施形態の光学構造を示す概略図である。
【図６】本考案による発光ダイオードの発光層の独立区分けを示す概略図である（その１）。
【図７】本考案による発光ダイオードの発光層の独立区分けを示す概略図である（その２）。
【図８】本考案による発光ダイオードの発光層の独立区分けを示す概略図である（その３）。
【考案を実施するための形態】
【００１７】
審査委員は本考案による特徴、目的及び効果をより深く理解して認めさせるため、好ましい実施形態を挙げで図面を参照しながら詳細に説明する。
図３は本考案による第１実施形態の光学構造を示す概略図である。図３を参照すると、構造が垂直式の発光ダイオードを例として説明する。ウェハー基材１０と、発光ダイオードの発光層２０と、配線層３０と、励起材料層４０とを含む単一ウェハー上に異なる発光色を生じる発光ダイオードの発光層構造において、本実施形態では、前記のウェハー基材１０は、導電性を有し、例えばシリコン基板を選択して使用する。
【００１８】
前記発光ダイオードの発光層２０は、ウェハー基材１０上に設けられており、独立で区分けする少なくとも二つの発光領域２０１を有する。前記発光ダイオードの発光層２０は、第１型の半導体層２１と、発光層２２と、第２型の半導体層２３を有する。前記の第１型の半導体層２１は、Ｎ型半導体層またはＰ型半導体層を選んで用いることが可能である。前記の第２型の半導体層２３は、使用されたＮ型半導体層またはＰ型半導体層に対応して選んで用いる。
【００１９】
前記の配線層３０は、発光ダイオードの発光層２０へ順方向バイアスを与え、数量が少なくとも二つの発光領域２０１に対応し且つ独立で制御する少なくとも二つの回路構成３０１を有する。前記の少なくとも二つの回路構成３０１は、それぞれウェハー基材１０の下に設けられる第２型の電極３２と、前記の第１型の半導体層２１の上に設けられる第１型の電極３１とを有する。
【００２０】
前記の励起材料層４０は、発光ダイオードの発光層を覆い、少なくとも一つの光励起発光材料４０１を有し、前記少なくとも二つの発光領域２０１上に前記少なくとも二つの光励起発光材料４０１を設けられる。
【００２１】
図４は本考案による第２実施形態の光学構造を示す概略図である。図４を参照すると、本実施形態では、前記の励起材料層４０は、少なくとも一つの光励起発光材料４０１を有し、前記少なくとも二つの発光領域２０１の一つに光励起発光材料４０１を設けられ、前記少なくとも二つの発光領域２０１の一つに光励起発光材料４０１を設けない。第１実施形態と比べると、少なくとも一つの前記発光ダイオードの発光層２０上に、前記の励起材料層４０を覆わない且つ光励起発光材料４０１を設ける前記少なくとも二つの発光領域２０１の数量が２個である時、それぞれ異なる光励起発光材料４０１を設けることができるという違いがある。
【００２２】
図５は本考案による第３実施形態の光学構造を示す概略図である。図５を参照すると、構造が垂直式の発光ダイオードを例として説明する。第１実施形態と比べると、ウェハー基材１０が導電性良好の材質を使用するものに限定されないという違いがあり、従って例えばシリコン基板を選択して使用する。前記の第１型の半導体層２１は、裸出状になっており、第１型の電極３１の設置に供し、つまり前記発光層２２と前記第２型の半導体層２３の区域が内へ縮まれ、また前記の第２型の電極３２は、前記の第２型の半導体層２３上に設けられる。
【００２３】
図６は本考案による発光ダイオードの発光層の独立区分けを示す概略図である（その１）。図７は本考案による発光ダイオードの発光層の独立区分けを示す概略図である（その２）。図８は本考案による発光ダイオードの発光層の独立区分けを示す概略図である（その３）。図６、７、８を参照すると、前記少なくとも二つの発光領域２０１を組み立てた後の外観は、様々な形状を有することが可能であり、実際の必要に応じて設置する。前記少なくとも二つの発光領域２０１は、扇形（図６のよう）、長方形（図７のよう）、多角形（図８のよう）のいずれかから選択することができる。
【００２４】
以上のように、本考案が従来に対する利点は、下記の通りである。
１、前記の光励起発光材料を設ける手段で、独立で区分ける少なくとも二つの発光領域及び独立で制御する少なくとも二つの回路構造を合わせることにより、少なくとも二つ波長の光を発することができる。
２、前記の少なくとも二つの回路構造が各々独立で制御されることで、二つ波長の光強度をさらに微調整して色温度を変調し、波長が一致化させることができる。
３、単一ウェハー上に設けられるので、製造工程時に同時に処理して完成して使用上の需要を満たし、小型化の要求及び製造コストの削減に対応することができる。
【００２５】
以上で述べたものは本考案の好ましい実施形態であって、本考案の実施範囲に限られるものではなく、本考案の実用新案登録請求範囲による同等変形と修整は、全て本考案の実用新案登録請求範囲内に属する。
【符号の説明】
【００２６】
１      ウェハー基材
２      発光ダイオードの発光層
２ａ    第１型の半導体層
２ｂ    発光層
２ｃ    第２型の半導体層
３      配線層
３ａ    第１型の電極
３ｂ    第２型の電極
１０    ウェハー基材
２０    発光ダイオードの発光層
２１    第１型の半導体層
２２    発光層
２３    第２型の半導体層
２０１  発光領域
３０    配線層
３０１  回路構成
３１    第１型の電極
３２    第２型の電極
４０    励起材料層
４０１  光励起発光材料
【図１】
0003213056.tif 000003
【図２】
0003213056.tif 000004
【図３】
0003213056.tif 000005
【図４】
0003213056.tif 000006
【図５】
0003213056.tif 000007
【図６】
0003213056.tif 000008
【図７】
0003213056.tif 000009
【図８】
0003213056.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成29年8月21日(2017.8.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
ウェハー基材と、
ウェハー基材上に設けられ、独立で区分けする少なくとも二つの発光領域を有する発光ダイオードの発光層と、
発光ダイオードの発光層へ順方向バイアスを与え、数量が少なくとも二つの発光領域に対応し且つ独立で制御する少なくとも二つの回路構成を有する配線層と、
前記発光ダイオードの発光層を覆い、少なくとも一つの光励起発光材料を有し、前記少なくとも二つの発光領域の一つに光励起発光材料を設けられ、前記少なくとも二つの発光領域の一つに光励起発光材料を設けない励起材料層と、を含むことを特徴とする単一ウェハー上に異なる発光色を生じる発光ダイオードの発光層構造。
【請求項２】
前記のウェハー基材は、導電性を有し、前記発光ダイオードの発光層は、第１型の半導体層と、発光層と、第２型の半導体層とを有し、前記の少なくとも二つの回路構成は、それぞれウェハー基材下に設けられる第２型の電極と、前記の第１型の半導体層上に設けられる第１型の電極とを有することを特徴とする請求項１に記載の単一ウェハー上に異なる発光色を生じる発光ダイオードの発光層構造。
【請求項３】
発光ダイオードの発光層は、第１型の半導体層と、発光層と、第２型の半導体層とを有し、前記の少なくとも二つの回路構成は、それぞれ第２型の電極と、第１型の電極とを有し、前記の第１型の電極と前記の第２型の電極がそれぞれ第１型の半導体層と第２型の半導体層の上に設けられることを特徴とする請求項１に記載の単一ウェハー上に異なる発光色を生じる発光ダイオードの発光層構造。
【請求項４】
光励起発光材料を設ける前記の少なくとも二つの発光領域の数量が２個以上である時、それぞれ異なる前記の光励起発光材料が設けることを特徴とする請求項１に記載の単一ウェハー上に異なる発光色を生じる発光ダイオードの発光層構造。
【請求項５】
前記の少なくとも二つの発光領域を組み立てた後の外観は、扇形、長方形、多角形のいずれかから選択することを特徴とする請求項１に記載の単一ウェハー上に異なる発光色を生じる発光ダイオードの発光層構造。
【請求項６】
ウェハー基材と、
ウェハー基材の上に設けられ、独立で区分けする少なくとも二つの発光領域を有する発光ダイオードの発光層と、
発光ダイオードの発光層へ順方向バイアスを与え、数量が少なくとも二つの発光領域に対応し且つ独立で制御する少なくとも二つの回路構成を有する配線層と、
前記発光ダイオードの発光層を覆い、少なくとも二つの光励起発光材料を有し、前記少なくとも二つの発光領域上に異なる光励起発光材料を少なくとも設けられる励起材料層と、を含むことを特徴とする単一ウェハー上に異なる発光色を生じる発光ダイオードの発光層構造。
【請求項７】
前記のウェハー基材は導電性を有し、前記発光ダイオードの発光層は、第１型の半導体層と、発光層と、第２型の半導体層とを有し、前記の少なくとも二つの回路構成は、それぞれウェハー基材下に設けられる第２型の電極と、前記の第１型の半導体層上に設けられる第１型の電極とを有することを特徴とする請求項６に記載の単一ウェハー上に異なる発光色を生じる発光ダイオードの発光層構造。
【請求項８】
前記発光ダイオードの発光層は、第１型の半導体層と、発光層と、第２型の半導体層とを有し、前記の少なくとも二つの回路構成は、それぞれ第２型の電極と、第１型の電極とを有し、前記第１型の電極と前記第２型の電極がそれぞれ第１型の半導体層と第２型の半導体層の上に設けられることを特徴とする請求項６に記載の単一ウェハー上に異なる発光色を生じる発光ダイオードの発光層構造。
【請求項９】
前記の少なくとも二つの発光領域を組み立てた後の外観は、扇形、長方形、多角形のいずれかから選択することを特徴とする請求項６に記載の単一ウェハー上に異なる発光色を生じる発光ダイオードの発光層構造。