(57)【要約】  発光ダイオード（ＬＥＤ）１０２の一次元のアレイ１００は、互いに近接して、例えば１５０μｍ以下の近くにＬＥＤを配置し、基板１０７の縁近くに、例えば１５０μｍ以下の近くにＬＥＤの少なくとも一つの側を配置するように構成される。ＬＥＤが基板の縁近くにあって、複数の一次元のアレイが、一緒に近くに配置される隣接する一次元のアレイからＬＥＤの二次元のアレイ１６０を形成するために並んで結合される。同じ一次元のアレイ上のＬＥＤと隣接する一次元のアレイ上のＬＥＤとの間のギャップを最小にすることにより、デバイスの輝度は、デバイスを高い放射輝度アプリケーションに適するようにして改善される。さらに、より大きい二次元のアレイを形成するために多くの一次元のアレイを使用することは、従来のモノリシック二次元のアレイと比べて収率を増大させる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース及び当該ベース上に配された複数の導電コンタクト領域を持つ基板と、前記複数の導電コンタクト領域のうちの１つにマウントされフリップチップ構成を各発光ダイオードが持つ複数の発光ダイオードとを有する発光ダイオードの一次元のアレイを有する装置であって、各発光ダイオードが他の発光ダイオードと１５０μｍ以下に離れていて、各発光ダイオードが前記ベースの側から１５０μｍ以下に離れている縁を持つ、装置。
【請求項２】
前記ベースの一番上の面の両側に正のコンタクトリードと負のコンタクトリードとを更に有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ベースの一番上の面の同じ側に正のコンタクトリードと負のコンタクトリードとを更に有する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記導電コンタクト領域は、一の発光ダイオードの下の正のコンタクトエリアが、隣接する発光ダイオードの下の負のコンタクトエリアに電気的に結合されるように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記複数の発光ダイオードは、一の発光ダイオードの下の正のコンタクトエリアが、隣接する発光ダイオードの下の正のコンタクトエリアに電気的に結合されるように前記導電コンタクト領域を通って並列に電気的に一緒に結合される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
各導電コンタクト領域は、上にある発光ダイオードの縁から５０μｍを越えて延在しない側を持つ、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
各発光ダイオードは他の発光ダイオードから１００μｍ以下に離れていて、各発光ダイオードは前記ベースの側から１００μｍ以下に離れている縁を持つ、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
発光ダイオードの二次元のアレイを形成するために構成される発光ダイオードの複数の一次元のアレイを更に有し、各一次元のアレイ上の発光ダイオードは隣接する一次元のアレイ上の発光ダイオードから３００μｍ未満である、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
一次元のアレイの少なくとも１つは、残りの一次元のアレイとは異なる数の発光ダイオードを持つ、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
発光ダイオードの１つと２ｍｍより近くにあって、発光ダイオードが持つ高さより大きな高さを持つ部品がない、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
発光ダイオードの複数の一次元のアレイを有する発光ダイオードの二次元のアレイであって、発光ダイオードの各一次元のアレイは、基板上にマウントされた複数のフリップチップ発光ダイオードを有し、基板上の各発光ダイオードは同じ基板上の他の発光ダイオードから１５０μｍ以下に離れていて、各発光ダイオードは隣接する一次元のアレイの発光ダイオードから３００μｍ以下に離れている、発光ダイオードの二次元のアレイ。
【請求項１２】
前記二次元のアレイがＭｘＮアレイであり、ここでＭ≧２、Ｎ≧２であり、Ｍ個の一次元のアレイがあり、前記Ｍ個の一次元のアレイの各々が１ｘＮアレイである、請求項１１に記載の発光ダイオードの二次元のアレイ。
【請求項１３】
各一次元のアレイは前記発光ダイオードの下にある前記基板上に導電コンタクト領域を更に有し、各導電コンタクト領域は上に横たわっている発光ダイオードの縁から５０μｍを越えずに延在する側を持つ、請求項１１に記載の発光ダイオードの二次元のアレイ。
【請求項１４】
前記発光ダイオードの一つから２ｍｍより近くには、前記発光ダイオードが持つ高さより高い部品がない、請求項１１に記載の発光ダイオードの二次元のアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光放射デバイスのアレイ、特に異なるサイズの二次元のアレイを形成するために結合される発光ダイオードの一次元のアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）のような半導体光放射デバイスは、効率的な光源である。多くのアプリケーション、特に３ｍｍ２ｓｒより大きい面積効率を持つ高輝度アプリケーションのために、複数のＬＥＤのアレイを配置することが、しばしば望ましい。輝度は互いに対するＬＥＤの近さの関数であるので、斯様なアレイにおいてＬＥＤを近接して一緒に配置することが望ましい。従来、アレイを形成するために、ＬＥＤは、直接又は介在サブマウントを使用してモノリシック基板上に個別にマウントされる。しかしながら、単一の基板に多数のＬＥＤを正確に結合することは困難であり、比較的低い収率を持つ。例えば、ＬＥＤ当たり１０％の失敗率では、１５個のＬＥＤの３ｘ５の二次元のアレイをマウントすることは、ほぼ２１％（９０％の１５乗）の収率に結果としてなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
よって、ＬＥＤが互いに近く配置でき、全体収率を増大できるように、ＬＥＤの改良されたアレイを作ることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１つの実施例によると、発光ダイオード（ＬＥＤ）の一次元のアレイは、互いに近接して、例えば、１５０μｍ以下にＬＥＤを配置し、アレイの基板の端の近く、例えば、１５０μｍ以下にＬＥＤの少なくとも一方の側を配置するように構成される。ＬＥＤが基板の端の近くにあって、一緒に近くに配置され隣接する一次元のアレイからＬＥＤを持つ二次元のアレイを形成するために、複数の一次元のアレイが並んで一緒に結合される。同じ一次元のアレイ上のＬＥＤと隣接する一次元のアレイ上のＬＥＤとの間のギャップを最小化することにより、デバイスの輝度は、デバイスが高い放射輝度アプリケーションに適するように改良される。さらに、より大きい二次元のアレイを形成するため多くの一次元のアレイを用いることは、従来のモノリシックの二次元のアレイに対して収率を増大させる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１は、一次元の発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイの一番上の平面図を例示する。
【図２】図２は、二次元のアレイを形成するために並んで組み合わされる複数の一次元のアレイを例示する。
【図３】図３は、図２に示される二次元のアレイがマウントされるヒートシンクの一番上の平面図を例示する。
【図４】図４は、上に横たわっているＬＥＤに結合される冷却インタフェースを持つ基板にマウントされる二次元のアレイの側面図である。
【図５】図５は、図４に示される二次元のアレイの一番上の図である。
【図６】図６は、図１の一次元のアレイのために使用される基板の一番上の平面図を例示する。
【図７】図７は、図１及び図６の一次元のアレイの一部のより近い図を例示する。
【図８】図８は、ＬＥＤをマウントし、個々の一次元のアレイにダイスする前に単一のタイル上に作られる複数の基板の一番上の図を例示する。
【図９】図９は、コンタクト導線が基板の上面の同じ側に位置される一次元のアレイの他の実施例の一番上の平面図を例示する。
【図１０】図１０は、図９のラインＡ−Ａに沿った一次元のアレイの断面図である。
【図１１】図１１は、多くの一次元のアレイを使用して作られる二次元のアレイの例を例示する。
【図１２】図１２は、直列に結合された２つの１ｘ３の一次元のアレイから形成される２ｘ３の二次元のアレイを例示する。
【図１３】図１３は、ＬＥＤが並列に一緒に結合される一次元のアレイの他の実施例を例示する。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
図１は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）１０２が取り付けられる基板１０４を含む一次元の発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイ１００の一番上の平面図を例示する。基板１０４は、Ｎコンタクト１０８及びＰコンタクト１１０だけでなく、図１のＬＥＤ１０２により見えなく隠されているが、図６に示されるＬＥＤ１０２のためのＰコンタクトリード１１０ｌｅａｄ及びＮコンタクトリード１０８ｌｅａｄを形成するため、パターン化された導電層でカバーされる一番上の面を持つ絶縁ベース１０６を含む。ＬＥＤ１０２は、基板１０４の対向し合う側のＮコンタクトリード１０８ｌｅａｄ及びＰコンタクトリード１１０ｌｅａｄと一緒に直列に結合される。
【０００７】
一次元のアレイ１００は、最大７つのＬＥＤ１０２を保持できるとして図１に図示されている。しかしながら、所望ならば、アレイ１００は、より多くの又はより少ないＬＥＤ１０２を保持するように構成されてもよい。一次元のアレイ１００は、１ｘＮアレイと一般に呼ばれ、ここでＮ≧２である。図１に示されるアレイ１００と同様ではあるが、異なる数のＮ個のＬＥＤを持つアレイが、本開示を考慮して作られてもよい。さらに、所望ならば、一次元のアレイ１００上のＬＥＤをマウントしている位置の一つ以上は、未実装であり短絡されていてもよく、これはＬＥＤ１０２ａのクロスハッチングにより図１に図示される。図２に図示されるように、複数の一次元の１ｘＮアレイ１００が組み合わされ、すなわち、二次元のＭｘＮアレイ２００を形成するために、互いに隣接してマウントされてもよく、ここでＭ≧２である。二次元のアレイ２００を作るために用いられる一次元のアレイ１００は、同じ数のＬＥＤ１０２で実装されてもよく、又は、あるいは一次元のアレイ１００の一つ以上が、所望のアレイ構成を作るために異なる数のＬＥＤ１０２を持ってもよい。
【０００８】
二次元のアレイを形成するため多くの個々の一次元のアレイ１００を使用する効果は、全体の収率が改善されることである。例えば、１５個のＬＥＤ、例えば、３ｘ５アレイの従来のモノリシック二次元のアレイは、２１％（９０％の１５乗）の収率を持つ一方、マウントされ５つのストリップを一緒に密接に電気的に接続することが９９％の収率とすると、５つの一次元の１ｘ３アレイを使用することは、６９％（９０％の３乗＊９９％の５乗）の収率に結果としてなる。
【０００９】
図３は、ＭｘＮアレイ２００がマウントされるヒートシンク２１０の一番上の平面図を例示する。ヒートシンク２１０は、アルミニウム、銅又はこれらの合金のような熱伝導性材料で形成される。ヒートシンク２１０は、例えば、ワイヤボンディング又ははんだリフローにより、底面基板１０４上の個々の１ｘＮアレイ１００のＮ及びＰコンタクトリード１０８、１１０に電気的に結合される、電気的に絶縁されたリード２１２を含み、ここで基板１０４のスルーバイア穴（図示されず）が一番上の面のＮ及びＰコンタクト１０８、１１０に電気コンタクトを供給する。一次元のアレイ１００の基板１０４は、ＬＥＤ１０２から一次元のアレイ１００の基板を通ってヒートシンク２１０まで良好な熱的接触及び低い熱抵抗を供給するためにヒートシンク２１０にはんだ付けされる。
【００１０】
図４は、熱パイプ１２２又は他の適切な冷却インタフェースとの熱的接触を供給するためにＬＥＤの位置の下にホールを持ち、直接結合銅（ＤＢＣ）基板１２０に結合された図２に示されるアレイ２００と同様のアレイ２００’の側面図である。図４で分かるように、ワイヤ結合１２４は、ＤＢＣ基板１２０とＮ及びＰコンタクトリード１０８及び１１０との間に電気コンタクトを供給する。あるいは、ＤＢＣ基板１２０とＮ及びＰコンタクトリード１０８及び１１０との間の電気コンタクトは、破線で例示されるように、基板１０４のスルーバイア穴１２６で達成される。
【００１１】
図５は、熱パイプ１２２の位置を円で例示する、図４に示されるようなアレイ２００’の平面図である。図５で分かるように、アレイ２００’は、ＬＥＤ１０２の数が変化する一つ以上の一次元のアレイ１００を含み、これは熱インタフェースを最適化し、又は単に所望のアレイ領域を作るために有利である。前記円は、あるいは、丸いスポットランプのような光学システムの形状を表し、ここで、ストリップ当たり変化する数のＬＥＤを使用することが光学システムの理想的形状を達成する助けとなる。
【００１２】
図６は、一次元のアレイ１００のための基板１０４の平面図を例示する。基板１０４は、例えば、セラミック、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、アルミナ又は窒化ケイ素であるベース１０６を含む。ベース１０６は、Ｎコンタクト１０８とＰコンタクト１１０との間の導電ブリッジ１１１との直列配列のＬＥＤに対して、電気的に絶縁したＮコンタクト１０８及びＰコンタクト１１０を形成するために、パターン導体領域１０９でカバーされる。導体領域１０９は、従来のように例えばＡｕ、Ｃｕ、適切な金属又は金属の合金から堆積され、リソグラフでパターン化されてもよく、例えば２μｍの厚みを持つ。ＬＥＤサイトのＮ及びＰコンタクト１０８及び１１０の上に、めっきされたバンプ１１２があり、これらが基板１０４にマウントされるとき、電気コンタクトをＬＥＤ１０２に供給する。めっきされたバンプ１１２は、例えばエリア範囲の５０％で厚さ１５−３０μｍである、例えばＡｕめっきである。
【００１３】
図７は、ＬＥＤ１０２の一部が切り離されたアレイ１００の一部の近接した図を例示する。アレイ１００は、ＬＥＤ１０２がデバイスの輝度を改善するために一緒に近接してマウントされ、アレイ１００を背面投影システムのような高い放射輝度デバイス、ポケットプロジェクタのような高いルーメン／ワット・システムに適しているように構成される。一般に、輝度Ｌ＝Ｆｌｕｘ／（Ａｒｅａ＊ｐｉ）であり、ＭｘＮアレイに対するＡｒｅａ（エリア）は、Ａｒｅａ＝（Ｍ＊Ｗｉｄｔｈ＿ｏｆ＿ＬＥＤ＋（Ｍ―ｌ）＊Ｇａｐ＿Ｗｉｄｔｈ）＊（Ｎ＊Ｌｅｎｇｔｈ＿ｏｆ＿ＬＥＤ＋（Ｎ―ｌ）＊Ｇａｐ＿Ｌｅｎｇｔｈ）である。よって、ＬＥＤからは同じ全体の光束（Ｆｌｕｘ）とすると、Ｇａｐ＿Ｌｅｎｇｔｈ（ギャップ長さ）又はＧａｐ＿Ｗｉｄｔｈ（ギャップ幅）が大きくなると、Ａｒｅａ（エリア）が大きくなり、輝度Ｌが低くなる。
【００１４】
Ｎコンタクト１０８及びＰコンタクト１１０は、基板１０４にマウントされるときＬＥＤ１０２間のギャップ、距離Ｄｇａｐが１５０μｍ以下、好ましくは７５μｍ又は５０μｍのように１００μｍ以下にあるように形成される。距離Ｄｇａｐを最小にするために、２つの隣接するＬＥＤサイトに対するＮコンタクト１１０は、一緒に近接して例えば距離Ｄｃｏｎｔａｃｔｓとなるように構成される。例えば１５μｍの許容誤差を持つＬＥＤダイ配置は、最小の距離Ｄｃｏｎｔａｃｔｓ、よって距離Ｄｇａｐを決定する際に考慮されなければならない。距離Ｄｃｏｎｔａｃｔｓがあまりに小さい場合、ＬＥＤダイは、ＬＥＤダイ配置の間に互いにタッチするか又はショートする。めっきされたバンプ１１２の配置の製造許容誤差も、許容誤差が例えば±１５μｍ加わる。基板１０４上のＬＥＤ１０２の間のギャップを最小にすることにより、アレイ１００の輝度が増大される。
【００１５】
加えて、基板１０４は、ベース１０６の少なくとも一つの縁１０７とＬＥＤ１０２の縁との間の距離Ｄｅｄｇｅが、最小にされ、例えば１５０μｍ以下、好ましくは７５μｍ又は５０μｍのような１００μｍ以下にあるように、構成される。距離Ｄｅｄｇｅを最小にすることにより、２つの隣接する一次元のアレイ１００からのＬＥＤ１０２の間の距離は、３００μｍだけである。距離Ｄｅｄｇｅを最小化するために、Ｎコンタクト１０８は、隣接したＬＥＤサイトの下でＰコンタクト１１０又はＮコンタクトリード１０８ｌｅａｄに電気コンタクトするブリッジ１１１を除いて、これらがＬＥＤ１０２の縁を越えないか最小で延在し、すなわち距離Ｄ１０２は５０μｍ未満、好ましくは０．０μｍのような２５μｍ未満であるように構成される。ＬＥＤ１０２の下に完全にあるように金属Ｎコンタクト１０８を構成することにより、基板１０４のベース１０６は、金属コンタクト物質と接触することなくＬＥＤ１０２の縁に非常に近くにのこ引きでき、もし接触したならば、近接して一緒に置かれるとき隣接するアレイとの短絡の危険だけでなくベース１０６ののこ引きと干渉してしまっただろう。本実施例は、ＬＥＤダイのパラメータにＮコンタクトを持つＬＥＤフリップチップ構成に基づくことが理解されるべきである。Ｎコンタクト１０８及びＰコンタクト１１０の構成は、ＬＥＤダイのパラメータのＰコンタクト又はＬＥＤダイの両側のＮコンタクト及びＰコンタクトのような他の構成でもって、本開示を考慮して適切に変更できる。
【００１６】
製造時、複数の基板１０４は、単一の大きなタイルから同時に作り出されてもよい。例えば、図８は、ＬＥＤ１０２をマウントし、個々のアレイ１００にダイスする前に、単一のタイル１６０上に作られる複数の基板１０４の平面図を例示する。基板１０４が形成されたあと、形成されるコンタクト領域１０９及びめっきされたバンプ１１２（図６）で、ＬＥＤ１０２はタイル１６０に実装される。ＬＥＤ１０２は、何れかの所望のフリップチップデザインでよく、好ましくはＩＩＩ価の窒化物デバイスであり、従来通り、サファイヤ、炭化ケイ素又はＩＩＩ価の窒化物基板上にエピタキシャルで成長される。一旦ＬＥＤ１０２がマウントされるならば、従来のエポキシ・アンダーフィルプロセスが実施され、その後例えばレーザー・リフトオフ又は他の適当なプロセスを用いて成長基板が除去される。その後、ＬＥＤ１０２の残りの一番上の面は、光の取り出しを改善するために、例えばフォト電気化学的プロセス（ＰＥＣ）又は他の適切なプロセスを使用して粗くされる。その後、個々の一次元のアレイ１００は、例えば、鋸プロセスを使用してダイスされ、テストされ、マウントされ、ヒートシンク上で複数の１ｘＮユニットに電気的に接続される。
【００１７】
加えて、基板１０４の設計は、ワイヤ結合の必要性を排除し、ＬＥＤ１０２のアレイから近いパラメータの範囲内の過渡状態電圧抑制器（ＴＶＳ）のようなＬＥＤより高い部品を配置することを回避する。従って、レンズのような光学部品は、ＬＥＤの上面に１００μｍ以内に近接して配置されてもよい。
【００１８】
図９は、Ｎコンタクトリード３０２ｌｅａｄ及びＰコンタクトリード３０４ｌｅａｄが基板３０６の同じ側に位置される、一次元の（１ｘ３）アレイ３００の他の実施例の一番上の平面図を例示する。図１０は、図９のラインＡ−Ａに沿った一次元のアレイ３００の断面図である。アレイ３００のサイズは例示されるものから変化してもよく、例えば、アレイは１ｘ２、１ｘ４又はより大きくてもよいことは理解されるべきである。図１１は、４つの一次元の１ｘ３アレイ３００及び４つの一次元の１ｘ２アレイ３０１を使用して作られる二次元の４ｘ５アレイ３５０の例を例示する。もちろん、異なる大きさの二次元のアレイが、少ない数の又は追加した数の一次元のアレイを使用するだけでなくより大きな又はより小さな一次元のアレイも使用して作られてもよい。
【００１９】
図１０に図示されるように、基板３０６は、例えば、Ａｕ又はＣｕの２μｍ厚さの伝導の底部層３１２を持つ、例えばシリコンのベース３１０から形成される。絶縁層３１４は、底部層３１２の上に横たわる。絶縁層３１４は、シリコン酸化物又は他の適当な物質の例えば１．５μｍ厚さの層である。図１０で分かるように、Ａｕ又は他の適当な物質の２つのスルーバイア穴３１６ａ、３１６ｂは、絶縁層３１４内にある。スルーバイア穴３１６ａはＰコンタクトリード３０４の下に位置する一方、スルーバイア穴３１６ｂはアレイ内の最も遠いＬＥＤのためのＰコンタクトエリアの下に位置する。絶縁層３１４の上にパターン導体領域３１８があり、ＬＥＤのためのＰコンタクト３０４、Ｎコンタクト３０２、コンタクトリード３０２ｌｅａｄ及びコンタクトリード３０４ｌｅａｄを形成する。導体領域３１８の上に、めっきされたバンプ３２０があり、ＬＥＤとの電気コンタクトを供給する。
【００２０】
図１２は、２ｘ３二次元のアレイ４００を形成するために一緒にマウントされる、ＬＥＤ４０３の２つの１ｘ３一次元のアレイ４０２の一番上の平面図を例示する。一次元のアレイ４０２は、例えば、パターン化された金属コンタクトが絶縁ベースの上に横たわって、図１で説明されるアレイ１００と同様の態様で形成されてもよい。２つの一次元のアレイ４０２は、ジャンパ４０８が１つのアレイのＮコンタクト４１０を他のアレイの正のコンタクト４１２に結合させて、伝導リボン４０５及び４０７を介して、正のリード４０４と負のリード４０６との間に直列に結合される。アレイ４０２は、ヒートシンクのためスラグ４１４にマウントされ、プラスチック又は他の適当な物質のモールドされたボディ４１６により囲まれる。一次元のアレイ４０２は、ＴＶＳダイオード４１８を更に含む。図１２で分かるように、アレイ４０２は、ＬＥＤ４０３の一方の側だけが基板の縁近くにあるように構成される。さらに、例えばジャンパ４０８、リボン４０５及び４０７、ＴＶＳダイオード４０１８のような、ＬＥＤ４０３より高い部品は、ＬＥＤに近いパラメータの外側、例えば、０．５ｍｍより大きく、更に特に１ｍｍ又は２ｍｍより大きく外側に配置される。従って、レンズのような光学部品は、ジャンパ４０８、リボン４０５及び４０７、ＴＶＳダイオード４０１８からの干渉がなく、ＬＥＤのアレイに例えば１００μｍ以下に近接して配置されてもよい。
【００２１】
図１３は、ＬＥＤ５０１（一部のＬＥＤだけが例示される）が、Ｎコンタクト５０２及びＰコンタクト５０４を介して並列にＮコンタクトリード５０２ｌｅａｄ及びＰコンタクトリード５０４ｌｅａｄに結合される一次元のアレイ５００の他の実施例を例示する。このように、Ｎコンタクト５０２は一緒に結合され、Ｐコンタクト５０４は一緒に結合される。
【００２２】
本発明は、説明目的のために特定の実施例に関連して例示されているが、本発明はこれらに限定されない。さまざまな変更及び修正は、本発明の範囲から逸脱することなくなされてもよい。従って、添付の請求の範囲の趣旨及び範囲は、前述の説明に限定されるべきではない。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
2010537419.tif 000016
2010537419.tif 000017
2010537419.tif 000018