(57)【要約】      （修正有）【課題】反射率を高めて発光ダイオード全体の発光効率を高め、且つ有効に放熱する発光ダイオードの構造を提供する。【解決手段】発光ダイオード２の構造は、上から下へ少なくともＰ型半導体層、発光層、Ｎ型半導体層、透明基板、少なくとも光学膜２３及び放熱装置２４を含む。そのうち、光学膜２３は金属酸化物光学膜、金属フッ化物光学膜もしくは金属窒化物光学膜もしくはその組み合わせで、光学膜２３は反射率を高め、発光ダイオード２の発光効率を向上させ、且つ熱源を上方の構造層へ反射させることなく、放熱装置２４へ伝え、有効に放熱効果を達成する。【選択図】図４
0003150993.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードの構造において、
上部にN型半導体層を設置し、底部に光学膜を設置する透明基板と、
該透明基板底側に設置し、金属酸化物光学膜、金属フッ化物光学膜もしくは金属窒化物光学膜もしくはその組み合わせである一層もしくはそれ以上の光学膜と、
該透明基板上に設置するN型半導体層と、
該N型半導体層上に設置する発光層と、
該発光層上に設置するP型半導体層をふくむことを特徴とする発光ダイオードの構造。
【請求項２】
前記金属酸化物光学膜は酸化チタン光学膜、酸化ジルコニウム光学膜、酸化ケイ素光学膜もしくは酸化タンタル光学膜でもよく、該金属フッ化物光学膜はフッ化マグネシウム光学膜でもよく、該金属窒化物光学膜は窒化ケイ素光学膜でもよいことを特徴とする請求項1記載の発光ダイオードの構造。
【請求項３】
前記光学膜は、厚み調整が異なる波長範囲の高反射エリアを形成することを特徴とする請求項1記載の発光ダイオードの構造。
【請求項４】
前記発光ダイオードは、更に放熱装置を設置し、該放熱装置は該光学膜の底側に設置することを特徴とする請求項1記載の発光ダイオードの構造。
【請求項５】
前記光学膜は、放熱装置との間に粘着層を設置することを特徴とする請求項4記載の発光ダイオードの構造。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、発光ダイオードに関するもので、特に反射率を高めて発光ダイオード全体の発光効率を高め、且つ有効に放熱する発光ダイオードの構造に関わる。
【背景技術】
【０００２】
第一種公知の発光ダイオード1（図1参照）は、透明基板11、N型半導体層12、発光層13及びP型半導体層14から構成される。そのうち、該N型半導体層12は透明基板11上に重畳され、該発光層13はN型半導体層12上に重畳され、該P型半導体層14は発光層13上に重畳される。且つ該N型半導体層12及びP型半導体層1 4は、それぞれ電極を備え、該電極をＮ型電極15及びP型電極16と 定めて発光ダイオード1が構成される。
【０００３】
該公知の発光ダイオード1が発光する時、該光源は一部が該N型半導 体層12及びP型半導 明基板14の表面から射出され、別の一部の光源は透明基板11の表面から射出され、Ｎ型半導体層12及びP型半導体層14の表面には一部の光源しか射出されない。別の一部の光源は透明基板11表面から射出され、該光源は散逸現象が発生し、該発光ダイオードは使用時に発光効率が下がり、輝度が弱いため、該発光ダイオード
は実際に発した光源輝度を反映させることができない。
【０００４】
別の第二種公知の発光ダイオードは、図2Aに示すとおり、放熱装置17、反射層18（もしくは金属層）、透明基板11、N型半導体層12、発光層13及びP型半導体層14から構成される。また、そのうちのN型半導体層12は透明基板11に重畳され、該発光層13はN型半導体層12上に重畳され、該P型半導体層14は、発光層13上に重畳される。更に該N型半導体層12及びP型半導体層14上には、それぞれN型電極15及びP型電極16を備え、透明基板11底面には該反射層18を設置して発光ダイオードを構成する。透明基板11底面に設置した単一反射層18は光源Plが透明基板11を通過すると、一 部の光源P2を反射する。しかしながら、発光ダイオードの光源の散逸を減らすことはできないが、該発光ダイオード使用時の輝度は向上させることができる。但し、実際の光源の散逸はかなり大きいため輝度全体を向上させるには限界がある。更に該反射層18の構造はほとんどが金属薄膜，例としてアルミニウム薄膜もしくは銀薄膜等であり、そのため、該金属薄膜材質の反射層18と透明基板11の間の付着性が悪い。そのため該反射層18と透明基板11の間に別に一層の二酸化ケイ素層181を設置しなければならない。図2Bに示すとおり、該反射層18と透明基板11を該二酸化ケイ素層181で相互に粘着させて固定しなければならない。該二酸化ケイ素層181の設置によって反射層18の反射率を下げる。更に該二酸化ケイ素層181の熱伝 導係数は高くなく熱を下方の放熱装置17へ伝えることができず、且つ該金属薄膜は光源を反射できる他に同時に熱源H1を上方構造層へ反射することができるが、反対に反射後の熱源H2を発光層13に集めてその温度が上昇し、効率が下がってしまう。
【０００５】
第三種公知の発光ダイオード構造は、上から下へ設置した反射層1 9、透明基板11、N型半導体層12、発光層13及びP型半導体層14から構成され、そのうち，各反射層19は分布式ブラック反射層（Distributed Bragg Reflector，DBR）で、反射構造を形成し、上述の構造によって発光ダイオードが発光した時、各反射層19によってそれぞれ反射以各種角度から射入した光源によって発光ダイオードの光源散逸を減らすのを達成し、該発光ダイオードの使用時の輝度を向上させる。ただ、該分布式ブラック反射層（以下稱DBR）の材料を使用した選択及び構造の設計は非常に面倒であり、例を挙げると、仮に波長が570nmで黄緑光の発光ダイオードに適用するDBRを得たいなら、先ずDBRを構成する二種の材料何にするのか決めなければならず、活性層から発射する光の波長を570nmとする。そのため、DBR材を選択する時に結晶格子を合わせるかどうか考慮しなければならず、更に両者のエネルギーギャップはすべて2.175eVより大きくなければならず、さもなければDBRは発光層が発射する570nm雷射光に吸収されてしまう。この他反射の定理からわかるとおり、二種の材料の屈折率の差が大きければ大きいほどインターフェイスの反射効果は更によくなる。故に二種の屈折率を考えなければならず、異なる波長の光源と使用するDBRは異なる材料を選択しなければならず、製造工程上での 困難が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】台湾 特許登録第M244587号「化合物を備えた反射構造の発光ダイオード」
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００７】
解決しようとする問題点は、反射率及び発光効率が低く、且つ熱源を上方へ伝送してしまい、放熱効果もよくない点である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本考案は、上から下へ少なくともP型半導体層、発光層、N型半導体層、透明基板、少なくとも光学膜及び放熱装置を含む。 そのうち、該光学膜は金属酸化物光学膜、金属フッ化物光学膜もしくは金属窒化物光学膜もしくはその組み合わせで、該光学膜は反射率を高め、発光ダイオードの発光効率を向上させ、且つ熱源を上方の構造層へ反射させることなく、放熱装置へ伝え、有効に放熱効果を達成することを最も主要な特徴とする。
【考案の効果】
【０００９】
本考案の発光ダイオードの構造は、下述の利点がある。
1、本考案の金属酸化物光学膜、金属フッ化物光学膜もしくは金属窒化物光学膜を利用して、光源の反射率を向上させ、発光ダイオード光源が散逸する現象を大幅に減少させ、発光ダイオード全体の発光
効率を向上させる。
2、発光ダイオードの熱源を上方の構造層へ反射させることなく、熱源を該光学膜下方の放熱装置へ送り、スムーズに熱源を放出して有効に放熱効果を得る。
3、本考案の光学膜は可反射の光源波長の範囲を広くして且つ該光学膜の厚みを調節することによって異なる波長の光源に適する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第一種公知の発光ダイオードの構造指示図である。
【図２Ａ】第二種の公知発光ダイオードの構造指示図である。
【図２Ｂ】第二種の公知発光ダイオードの構造指示図である。
【図３】本考案の第三種の公知発光ダイオードの構造指示図 である。
【図４】本考案の発光ダイオード第一実施例の構造指示図である。
【図５】本考案の発光ダイオード第二実施例の構造指示図で ある。
【考案を実施するための形態】
【００１１】
本考案は発光ダイオードに関するもので、特に一種の反射率を高め、発光ダイオード全体の発光効率を高め、且つ有効に放熱効果を達成する構造を提供する。
【００１２】
上述の目的のため、本考案の発光ダイオード構造は、上から 下へ少なくともP型半導体層、発光層、N型半導体層、透明基板、少なくとも光学膜及び放熱装置を含む。そのうち，該光学膜は、金属酸化物光学膜、金属フッ化物光学膜もしくは金属窒化物光学膜もしくはその組み合わせであり、該光学膜は反射率を高め、発光ダイオード全体の発光効率を高め、且つ熱源を上方の構造層へ伝えることなく、下方の放熱装置へ送り、スムーズに熱を放出して有効に放熱効果を達成する。
【実施例】
【００１３】
本考案の発光ダイオードの構造において、図4の第一実施例に示すとおり、該発光ダイオード2は少なくとも以下を含む。
【００１４】
該透明基板21上には、N型半導体層22を設置し、また該透明基板21底には光学膜2 3を設置し、且つ該透明基板 21はサファイア（SAPPHIRE）透明基板でもよい。
【００１５】
上記光学膜23は、該透明基板21底側に設置し、該光学膜23は金属酸化物光学膜、金属フッ化物光学膜もしくは金属窒化物光学膜とする。そのうち、該金属酸化物光学膜は、酸化アルミニウム光学膜、酸化チタン光学膜、酸化ジルコニウム光学膜、酸化ケイ素光学膜もしくは酸化タンタル光学膜でもよく、該金属フッ化物光学膜はフッ化マグネシウム光学膜でもよく、他に該金属窒化物光学膜は窒化ケイ素光学膜でもよい。これら光学膜は粘着性が強く、更に反射率が高いという長所を備え、且つ不可視光の部分の特に赤外線の通過率が高い。
【００１６】
放熱装置24は、該光学膜2 3底に設置し、該光学膜2 3と放熱装置2 4の間には粘着層2 41（導熱樹脂でもよい）を設置する。
【００１７】
N型半導体層22は、該透明基板21上に設置し、該Ｎ型半導体層２２表面にはN型電極2 21を設置する。
【００１８】
発光層2 6は、該N型半導体層22上に設置する。
【００１９】
P型半導体層27は、該発光層26上に設置し、該P型半導体層27表面にはP型電極271を設置する。
【００２０】
本考案の発光ダイオードは、発光層26から光源を発した時、該一部分の光源P3は、該P型半導体層27の表面から射出され、別の一部分の光源P4は透明基板21の表面から該透明基板21の底面を通る。
この時、透明基板21底面を通る該光源は、光学膜23の表面へ照射し、光学膜23表面へ照射した光源をすべて反射し、該反射後の光源P5を先ず該透明基板21の底面から該透明基板21の表面に通した後、次に該N型半導体層22及びP型半導体層27の底面を通り該N型半導体層22及びP型半導体層27の表面から射出する。このようにすることで発光ダイオードの光源の散逸現象を大幅に減らし、発光ダイオード全体の発光効率を向上させる。他に該光学膜23は、赤外線の熱放射をすべて通すため、該熱源は上方の構造層へ反射せず、且つ該光学膜23はその熱伝導係数が大きいか、もしくは同じ透明基板21を選ぶことによって、熱源H2を該光学膜23下方の放熱装置24へ伝送し、スムーズに熱源を取り去り、有効な放熱効果を得る。
【００２１】
該発光ダイオード2の光学膜23は、複数層を重畳する。図5の第二実施例に示すとおり、該光学膜23は金属酸化物光学膜、金属フッ化物光学膜もしくは金属窒化物光学膜もしくはその組み合わせとし、各光学膜23がそれぞれ各種角度から射入する光源を反射することによって、発光ダイオードの光源の散逸を大幅に減らし、該発光ダイオード全体の輝度を高める。また該光学膜23は必要に応じてそれぞれ異なる化合物（金属酸化物、金属フッ化物もしくは金属窒化物）の材料から生成しても良い。更に各光学膜23の厚みは調整して設置することにより、本考案の発光ダイオードの反射効率を更に向上させて実際に使用する要求に応える。且つ、異なる波長を反射したい可視光線は相当する光学膜の厚みを計算するが、当然該厚みは単一光学膜の厚み、もしくは各光学膜の総厚みでもよく、本考案光学膜の厚みを調整することによって、
異なる波長且つ広域の高反射エリアを形成する。
【００２２】
上述のとおり、本考案は、他の発光ダイオード構造を提供でき、法に基づき、実用新案登録の請求を申請する。更に本考案の技術内容及び技術特徴は上述のとおりである。しかしながら本領域に習熟した者が本考案の提示に基づき、本考案の精神から乖離しない入替及び修飾することがあるかもしれない。しかしそれは本考案の保護実施例に制限されない提示であり、それらの各種本考案から乖離しない入替、修飾はすべて本考案の請求範囲に属する。
【符号の説明】
【００２３】
１      発光ダイオード
１１    透明基板
１２    N型半導体層
１３    発光層
１４    P型半導体層
１５    N型電極
１６    P型電極
１７    放熱装置
１８    反射層
１８１  二酸化ケイ素層
１９    反射層
２      発光ダイオード
２１    透明基板
２２    N型半導体層
２２１  N型電極
２３    光学膜
２４    放熱装置
２４１  粘着層
２６    発光層
２７    P型半導体層
２７１  P型電極
【図１】
0003150993.tif 000003
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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