(57)【要約】【課題】発光ダイオードの単一チップ当りの高い動作電圧の使用を可能として、単一チップの発光輝度を向上する。【解決手段】同一基板上に複数の発光ダイオードをユニットとして二次元アレイ状に配列し、各ユニットチップを直列に接続することにより、該基板上に形成した発光ダイオード両端の電圧を高くして高い動作電圧の使用を可能とし、且つ発光輝度を向上する。発光ダイオードの直列接続されたユニット数を大きくすることにより、商用電源の使用を可能とし、電源設備を簡略化することができる。【選択図】　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードチップが、基板上に形成されたＰ型半導層とＮ型半導層とからなり、
前記基板上に二次元アレイの方式により複数の発光ダイオードが配置されて、前記複数の発光ダイオードのＰ型半導層とＮ型半導層が、導電体により電気的に接続されて、前記した複数の発光ダイオードのＰ、Ｎ型半導層を直列方式により導通状態にするとともに、該導電体と電気的に接続していない端末のＰ、Ｎ型半導層をそれぞれ導電部と電気的に接続して外部電源に接続し、このようにして、前記発光ダイオードの単一チップの高輝度化と共に、高電圧、低電流による作動を可能として電源設備の負荷を低減した、発光ダイオードチップの直列構造。
【請求項２】
前記基板が絶縁材質からなるものである、請求項１記載の発光ダイオードチップの直列構造。
【請求項３】
前記基板が透明体あるいは不透明体である、請求項１記載の発光ダイオードチップの直列構造。
【請求項４】
前記した複数の発光ダイオードのＰ型半導層およびＮ型半導層は、チップメッキコーティング方式により直列の電気的接続が行われるものである、請求項１記載の発光ダイオードチップの直列構造。
【請求項５】
前記した複数の発光ダイオードのＰ型半導層およびＮ型半導層を、並列にしてから直列の電気的接続を行うものである、請求項１記載の発光ダイオードチップの直列構造。
【請求項６】
前記導電体が透明体である、請求項１記載の発光ダイオードチップの直列構造。
【請求項７】
前記導電体が不透明体である、請求項１記載の発光ダイオードチップの直列構造。
【請求項８】
前記導電体が、ワイヤーボンディング方式あるいはチップ製造工程のメッキコーティング方式により、所定回路を前記チップ基板上に設けるものである、請求項１記載の発光ダイオードチップの直列構造。
【請求項９】
前記したＰ型半導層およびＮ型半導層を、実際状況の必要に応じて基板の上あるいは基板の下に設けるものである、請求項１記載の発光ダイオードチップの直列構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオードチップの直列構造に関し、特に発光ダイオード内部で等価直列方式を利用して単一チップ（ＬＥＤ）の発光輝度および動作電圧を高めるとともに、外部の電源システムに取り付ける外部電源回路の使用を省略することができる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般の発光ダイオードチップにおいて単一チップの輝度を高める方式は、チップサイズを増大させることであり、そのサイズは９ｍｍ×９ｍｍから２５ｍｍ×２５ｍｍへとなり、最近２年間においては４０ｍｍ×４０ｍｍまで発展してきている。そして一つのチップの動作電流は２０ｍＡから５０ｍＡへ、そして５００ｍＡへとなり、一般照明用電源は交流（ＡＣ）１１０Ｖあるいは２２０Ｖであり、発光ダイオード（ＬＥＤ）の電流は２０ｍＡから５００ｍＡとなっている。電圧は２Ｖから４Ｖの間の直流（ＤＣ）であり、中間の電流は大きければ大きいほど電源の供給が困難となった。そのため、交流（ＡＣ）の１１０Ｖあるいは２２０Ｖと直流（ＤＣ）パワーの２Ｖ×５００ｍＡから４Ｖ×１Ａの整流設備、変圧回路設備のコストと困難度は相対的に高まった。長期間使用すると、非常に多くの電力を消耗するとともに電源設備は負荷に耐えることが難しくなった。上で述べた発光ダイオードの等価回路を図７および図８に示す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主な目的は、発光ダイオードチップの内部を直列方式の等価回路によりチップ面積を増大させる方式で、単一発光ダイオード（ＬＥＤ）の輝度を高める際に、チップ動作電圧を高めて動作電流を維持し、従来の大型チップが大電流と低電圧を使用しなければならないという動作上の欠点を改善する。そして、発光ダイオードが２Ｖ×５００ｍＡ、４Ｖ×１Ａの直流（ＤＣ）パワーではなく、１０Ｖ、２４Ｖ、１１０Ｖ、…など、或いは２０ｍＡ、５０ｍＡ、…など、或いは１０Ｖで２ｍＡなど多くの選択肢を持たせることができる。本発明は異なる動作条件下で同様あるいは更に高いパワーを発生させて、発光ダイオード（ＬＥＤ）と外部電源の動作回路の複雑性を改善する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上で述べた目的を達成するために、本発明の発光ダイオードチップの直列構造は、二次元アレイの方式により複数の発光ダイオードを単一の基板上に配置して、　複数の発光ダイオードのＰ型半導層とＮ型半導層が導電体により電気的に接続されて、複数の発光ダイオードのＰ、Ｎ型半導層を直列状態にするとともに、導電体と電気的に接続していないＰ、Ｎ型半導層がそれぞれ導電部と電気的に接続されて、導電部を外部電源に接続するのに使用する。このようにして、単一発光ダイオードを高輝度の光源として発光させるとともに、それに取り付ける電源設備を省略することができる。
【０００５】
【発明実施の形態】
図１から図３はそれぞれ、本発明における発光ダイオードの平面図、基板の配置図および基板の側面図である。図示するように、本発明の発光ダイオードチップの直列構造において、発光ダイオード１は、Ｐ型半導層１１および電気的に基板２上に接続されたＮ型半導層１２からなる。基板２上には二次元アレイ方式により複数の発光ダイオード１が配置されて、基板２は絶縁材質からなる。基板２は透明体あるいは不透明体でもよく、複数の発光ダイオード１のＰ型半導層１１およびＮ型半導層１２は導電体３により電気的に接続される。導電体３は透明体あるいは不透明体であり、ワイヤーボンディングあるいはチップメッキコーティングの方式により、導電体３からなる所定の回路を基板２上に設けて、複数の発光ダイオード１のＰ型半導層１１およびＮ型半導層１２を通電状態にするとともに、導電体３と電気的に接続されていないＰ型半導層１１およびＮ型半導層１２をそれぞれ導電部４および導電部５と電気的に接続する。導電部４および導電部５を外部電源（図示しない）に接続することにより、導電部４および導電部５を、ワイヤーボンディング、チップメッキコーティングあるいはプリント回路板（ＰＣＢ）の導電体の方式により外部電源と接続して、発光ダイオード１を点灯させる。本発明は複数の発光ダイオード１のＰ型半導層１１およびＮ型半導層１２を直列の単一発光ダイオードにするため、比較的小さい電流で動作電圧を高めて、輝度を向上させることができる。そのため、一般家庭用電源に適用させることができるとともに、単一発光ダイオード１を、高輝度発光の光源とすることができる。このようにして、別途新たな電源設備を付け加えることを省略することができる。そのため、未来の発光ダイオード（ＬＥＤ）は、２、３Ｖ、２０〜５００ｍＡのパワーに制限されることなく、１０Ｖあるいは１００Ｖで、１０ｍＡ、２０ｍＡのパワーとなる可能性がある。そして異なる動作条件下で、発光ダイオードに同様あるいは更に高いパワーを発生させることにより、発光ダイオード（ＬＥＤ）と外部電源設備の動作回路の複雑性を改善することができる。
【０００６】
上で述べた複数の発光ダイオード１のＰ型半導層およびＮ型半導層は、基板の上方に設けることができる他、実際状況の必要に応じて基板の下方にも設けることができる（図４に示す）。Ｐ型半導層１１およびＮ型半導層１２は直列方式で電気的に接続しても良く（図５に示す）、あるいは並列にしてから直列方式により電気的に接続しても良い（図６に示す）。
【０００７】
以上のごとく、この発明を好適な実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、同業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許の権利保護の範囲は、請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
【０００８】
【発明の効果】
発光ダイオードチップの直列構造を提供して、発光ダイオード内部で等価直列方式を利用することにより、単一チップ（ＬＥＤ）の発光輝度および動作電圧を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる、封入された発光ダイオードの平面図である。
【図２】本発明にかかる、基板の配置図である。
【図３】本発明にかかる、基板の側面図である。
【図４】本発明のもう一つの実施例にかかる、基板の側面図である。
【図５】本発明にかかる、直列状態の等価回路を示す回路図である。
【図６】本発明にかかる、直列および並列状態の等価回路を示す回路図である。
【図７】一般の大型チップを示す平面図である。
【図８】一般の大型チップの等価回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１　　発光ダイオード
１１　Ｐ型半導層
１２　Ｎ型半導層
２　　基板
３　　導電体
４　　導電部
５　　導電部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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