(57)【要約】【課題】二次元アレイの発光ダイオード素子を提供する。【解決手段】かかる発光ダイオード素子は、第一表面を有する透明基板；複数の発光ユニットであって、各発光ユニットは、複数の側辺及び周長を含み、前記第一表面に配置される、複数の発光ユニット；及び、前記複数の発光ユニットに電気的に接続され、前記第一表面に配置される複数の導電配線構造を含む。前記複数の発光ユニットのうちの任意の一つの側辺と、該任意の一つの発光ユニットと隣接している発光ユニットとの間には複数の垂直距離を有し、該複数の垂直距離が５０μｍより大きい時に、該任意の一つの発光ユニットの側辺が、それに最も近い発光ユニットと近接しない。前記複数の発光ユニットのうちの任意の一つの、該任意の一つの発光ユニットと隣接している発光ユニットと近接しない側辺の長さの総和と、該任意の一つの発光ユニットの周長との比が５０％より大きい。【選択図】図２Ａ
2013172147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元アレイの発光ダイオード素子であって、
第一表面を有する透明基板と、
複数の発光ユニットであって、各発光ユニットは、複数の側辺及び周長を含み、前記第一表面に配置される、複数の発光ユニットと、
前記複数の発光ユニットに電気的に接続され、前記第一表面に配置される複数の導電配線構造と、を含み、
前記複数の発光ユニットのうちの任意の一つの側辺と、該任意の一つの発光ユニットと隣接している発光ユニットとの間には複数の垂直距離を有し、該複数の垂直距離が５０μｍより大きい時に、該任意の一つの発光ユニットの側辺が、それに最も近い発光ユニットと近接せず、
前記複数の発光ユニットのうちの任意の一つの、該任意の一つの発光ユニットと隣接している発光ユニットと近接しない側辺の長さの総和と、該任意の一つの発光ユニットの周長との比が５０％より大きい、二次元アレイの発光ダイオード素子。
【請求項２】
前記複数の発光ユニットは、エピタキシー成長の方式で前記透明基板の前記第一表面に成長され、又は、透明接着層により前記透明基板の前記第一表面に結合される、請求項１に記載の二次元アレイの発光ダイオード素子。
【請求項３】
前記透明接着層は、有機高分子透明接着材、透明導電性金属酸化層、又は、無機絶縁層である、請求項２に記載の二次元アレイの発光ダイオード素子。
【請求項４】
前記透明接着層は、ＰＩ、ＢＣＢ、ＰＦＣＢ、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ＰＥＴ、又はＰＣを含む、請求項３に記載の二次元アレイの発光ダイオード素子。
【請求項５】
前記透明接着層は、ＩＴＯ、ＩｎＯ、ＳｎＯ、ＦＴＯ、ＡＴＯ、ＣＴＯ、ＡＺＯ、又はＧＺＯを含む、請求項３に記載の二次元アレイの発光ダイオード素子。
【請求項６】
前記透明接着層は、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＡｌＮ、ＳｉＮｘ、又はＴｉＯ２を含む、請求項３に記載の二次元アレイの発光ダイオード素子。
【請求項７】
前記複数の発光ユニットのうちの任意の一つは、
前記透明基板の前記第一表面に配置される第一導電型半導体層と、
前記第一導電型半導体層の上に配置される第二導電型半導体層と、
前記第一導電型半導体層と前記第二導電型半導体層との間に配置される発光層と、を含む、請求項１に記載の二次元アレイの発光ダイオード素子。
【請求項８】
前記複数の導電配線構造のうちの任意の一つは、隣接している２つの発光ユニットの間に配置され、該隣接している２つの発光ユニットのうちの１つの第一導電型半導体層と、もう１つの第二導電型半導体層とを電気的に接続する、請求項７に記載の二次元アレイの発光ダイオード素子。
【請求項９】
前記複数の発光ユニットの各々と、それに隣接している発光ユニットとの発光層の間隔は、３５μｍ以上である、請求項７に記載の二次元アレイの発光ダイオード素子。
【請求項１０】
前記透明基板は、少なくとも１つの側辺を含み、上面図から見ると、前記複数の発光ユニットの前記複数の発光層の前記第一表面における投影と、該少なくとも１つの側辺との間隔は、２０μｍ以上である、請求項７に記載の二次元アレイの発光ダイオード素子。
【請求項１１】
二次元アレイの発光ダイオード素子であって、
第一表面を有する透明基板と、
複数の発光ユニットであって、各発光ユニットは、前記透明基板の前記第一表面に配置される第一導電型半導体層と、前記第一導電型半導体層の上に配置される第二導電型半導体層と、前記第一導電型半導体層と前記第二導電型半導体層との間に配置される発光層とを含む、複数の発光ユニットと、
前記複数の発光ユニットに電気的に接続され、前記第一表面に配置される複数の導電配線構造と、を含み、
前記複数の発光ユニットのうちの任意の一つの発光層と、それに隣接している発光ユニットの発光層との間隔は、３５μｍより大きい、二次元アレイの発光ダイオード素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次元アレイの発光ダイオード素子に関し、特に、高い光取り出し効率を有する二次元アレイの高圧発光ダイオード素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（light-emitting  diode；LED）は、発光原理及び構造が従来の光源と異なり、消費電力が低く、使用寿命が長く、予熱時間が要らず、レスポンス速度が速いなどの利点があり、さらに、体積が小さく、耐振性が高く、量産が可能であるので、応用ニーズに合わせて極小又はアレイ型の素子を製造しやすく、市場上の応用の幅が広い。例えば、光学表示装置、レーザダイオード、交通標識、データ記憶装置、通信装置、照明装置、及び医療装置などに幅広く応用されている。
【０００３】
従来の二次元アレイの発光ダイオード１は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、透明基板１０及び複数の発光ダイオードユニット１２を含み、複数の発光ダイオードユニット１２は、二次元方向に延伸し、透明基板１０に密に配列されて形成され、各発光ダイオードユニット１２は、ｐ型半導体層１２１、発光層１２２、及びｎ型半導体層１２３を含む。透明基板１０が不導電なものであるので、複数の発光ダイオードユニット１２の間にエッチングによりトレンチ１４を形成した後に、各発光ダイオードユニット１２を互いに絶縁させることができ、また、さらに複数の発光ダイオードユニット１２をｎ型半導体層１２３まで部分的にエッチングすることにより、ｎ型半導体層１２３の露出領域及びｐ型半導体層１２１に第一電極１８及び第二電極１６がそれぞれ形成される。また、導電配線構造１９により複数の発光ダイオードユニット１２の第一電極１８及び第二電極１６を選択的に接続することにより、複数の発光ダイオードユニット１２の間に直列接続又は並列接続を形成させる。そのうち、導電配線構造１９の下方は、空気であってもよく、導電配線構造１９を形成する前に、予め、発光ダイオードユニット１２のエピタキシー層の一部表面及び接近している発光ダイオードユニット１２のエピタキシー層間に化学蒸着法（ＣＶＤ）、物理蒸着法（ＰＶＤ）、スパッタリング法(sputtering)などの技術により、エピタキシー層の保護及び近接している発光ダイオードユニット１２間の電気的な絶縁の役割として、絶縁層１３を堆積形成してもよい。絶縁層１３の材質は、好ましくは、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＡｌＮ、ＳｉＮｘ、ＴｉＯ２などの材料又はそれらの複合又は組み合わせであってもよい。
【０００４】
しかし、導電配線構造１９により、発光ダイオードユニット１２間の回路接続を行う時に、発光ダイオードユニット１２と、その間のトレンチ１４との高低差が大きいので、導電配線構造１９を形成する時に、導線の接続不良や断線のような問題が生じやすく、素子の歩留りに影響を与える可能性がある。
【０００５】
また、上述の発光ダイオード素子１は、さらに、他の素子と組み合わせて発光装置を形成することもできる。図１１は、従来の発光装置の構造を示し、図１１に示すように、発光装置１００は、少なくとも一つの回路１０１を有するサブマウント（sub-mount）１１０及び電気接続構造１０４を含み、サブマウント１１０は、その上に上述の発光ダイオード１を接着固定するために用いられ、電気接続構造１０４は、発光素子１の第一電極パッド１６′、第二電極パッド１８′、及びサブマウント１１０上の回路１０１を電気的に接続するために用いられ、そのうち、上述のサブマウント１１０は、リードフレーム（lead  frame）又は大きなサイズのマウント基板（mounting  substrate）であってもよく、これは、発光装置１００の回路レイアウトに便利であり、また、放熱効果を向上することができる。上述の電気接続構造１０４は、ボンディングワイヤ（bonding  wire）又は他の接続構造であってもよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、二次元アレイの発光ダイオードを提供し、特に、高い光取り出し効率を有する二次元アレイの高圧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】
【０００７】
本発明の一実施例によれば、二次元アレイの発光ダイオード素子が提供される。この二次元アレイの発光ダイオード素子は、第一表面を有する透明基板；複数の発光ユニットであって、各発光ユニットは、複数の側辺及び周長を含み、前記第一表面に配置される、複数の発光ユニット；及び、前記複数の発光ユニットに電気的に接続され、前記第一表面に配置される複数の導電配線構造を含む。前記複数の発光ユニットのうちの任意の一つの側辺と、該任意の一つの発光ユニットと隣接している発光ユニットとの間には複数の垂直距離を有し、該複数の垂直距離が５０μｍより大きい時に、該任意の一つの発光ユニットの側辺が、それに最も近い発光ユニットと近接しない。前記複数の発光ユニットのうちの任意の一つの、該任意の一つの発光ユニットと隣接している発光ユニットと近接しない側辺の長さの総和と、該任意の一つの発光ユニットの周長との比が５０％より大きい。
【０００８】
また、本発明の他の実施例によれば、二次元アレイの発光ダイオード素子が提供される。この二次元アレイの発光ダイオード素子は、第一表面を有する透明基板；複数の発光ユニットであって、各発光ユニットは、前記透明基板の前記第一表面に配置される第一導電型半導体層と、前記第一導電型半導体層の上に配置される第二導電型半導体層と、前記第一導電型半導体層と前記第二導電型半導体層との間に配置される発光層とを含む、複数の発光ユニット；及び、前記複数の発光ユニットに電気的に接続され、前記第一表面に配置される複数の導電配線構造を含む。前記複数の発光ユニットのうちの任意の一つの発光層と、それに隣接している発光ユニットの発光層との間隔は、３５μｍより大きい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】構造図であって、従来の二次元アレイの発光ダイオード素子の側面から見た構造図である。
【図１Ｂ】構造図であって、従来の二次元アレイの発光ダイオード素子の側面から見た構造図である。
【図２Ａ】構造図であって、本発明の一実施例による二次元アレイの発光ダイオード素子の上面から見た構造図である。
【図２Ｂ】構造図であって、本発明の一実施例による二次元アレイの発光ダイオード素子の側面から見た構造図である。
【図３】構造図であって、本発明の一実施例による発光ダイオードユニットの上面から見た構造図である。
【図４Ａ】本発明の一実施例による二次元アレイの発光ダイオード素子の上面図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施例による二次元アレイの発光ダイオード素子の上面図である。
【図５】構造図であって、本発明の一実施例による二次元アレイの発光ダイオード素子の上面から見た構造図である。
【図６Ａ】本発明の他の実施例による二次元アレイの発光ダイオード素子の上面図である。
【図６Ｂ】本発明の他の実施例による二次元アレイの発光ダイオード素子の上面図である。
【図７】表であって、異なる二次元アレイの発光ダイオード素子による発光効率と各発光ダイオードユニットの発光エネルギーとの比較表である。
【図８Ａ】構造図であって、本発明の他の実施例による二次元アレイの発光ダイオード素子の上面から見た構造図である。
【図８Ｂ】構造図であって、本発明の他の実施例による二次元アレイの発光ダイオード素子の上面から見た構造図である。
【図８Ｃ】構造図であって、本発明の他の実施例による二次元アレイの発光ダイオード素子の上面から見た構造図である。
【図９Ａ】構造図であって、単列の直列接続型の高圧発光ダイオード素子の上面から見た構造図である。
【図９Ｂ】構造図であって、単列の直列接続型の高圧発光ダイオード素子の上面から見た構造図である。
【図９Ｃ】構造図であって、単列の直列接続型の高圧発光ダイオード素子の上面から見た構造図である。
【図９Ｄ】構造図であって、単列の直列接続型の高圧発光ダイオード素子の上面から見た構造図である。
【図１０】構造図であって、本発明の他の実施例による二次元アレイの発光ダイオード素子の上面から見た構造図である。
【図１１】従来の発光装置の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、添付した図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
【００１１】
まず、図２Ａ及び図２Ｂに示すのは、本発明の第一実施例による二次元アレイの発光ダイオード素子２の上面図及び側面図である。二次元アレイの発光ダイオード２は、透明基板２０を有し、透明基板２０は、第一表面２０１及び底面２０２を有し、そのうち、第一表面２０１は、底面２０２と相対する。透明基板２０は、単一の材料に限定されず、複数の異なる材料からなる複合型透明基板であってもよい。例えば、透明基板２０は、２つの互いに接合している第一透明基板及び第二透明基板（図示せず）を含んでもよい。本実施例では、透明基板２０の材質は、サファイアである。しかし、透明基板２０の材質は、ＬｉＡｌＯ２、ＺｎＯ、ＧａＰ、ガラス、有機高分子板材、ＡｌＮを含んでもよいが、これらに限定されない。次に、透明基板２０の第一表面２０１に、二次元方向に延伸して配列される複数の発光ダイオードユニット２２のアレイを形成する。本実施例では、その製造方法は次の通りである。
【００１２】
まず、従来のエピタキシー成長プロセスにより、成長基板（図示せず）に順にｎ型半導体層２２１、発光層２２２、及びｐ型半導体層２２３を形成する。本実施例では、成長基板の材質はＧａＡｓである。もちろん、ＧａＡｓ基板の他に、成長基板の材質は、Ｇｅ、ＩｎＰ、サファイア、炭化ケイ素、シリコン、ＬｉＡｌＯ２、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＡｌＮを含んでもよいが、これらに限定されない。
【００１３】
次に、フォトリソグラフィー（photo  lithography）技術により、エピタキシー層を選択的に部分的に除去した後に、残りのエピタキシー層は、成長基板に、図２Ｂに示すような、離れて配列される複数の発光ダイオードユニット２２のエピタキシー層の一部の構造を形成する。そのうち、さらに、フォトリソグラフィー技術によるエッチングにより形成される各発光ダイオードユニット２２のｎ型半導体層の露出領域を、後続の電極構造の形成プラットフォームとして含んでもよい。
【００１４】
素子全体の光取り出し効率を向上するために、基板搬送（substrate  transfer）及び基板接合の技術により、発光ダイオードユニット２２のエピタキシー層構造を透明基板２０に設置する。発光ダイオードユニット２２は、加熱又は加圧の方式で、透明基板２０に直接接合されてもよく、又は、透明接着層（図示せず）により、透明基板２０に接着されてもよい。そのうち、透明接着層は、有機高分子透明接着剤であってもよく、例えば、ポリイミド（ＰＩ）、ＢＣＢ、ＰＦＣＢ、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ＰＥＴ、ＰＣなどの材料又はそれらの組み合わせであってもよく、又は、透明導電性金属酸化層であってもよく、例えば、ＩＴＯ、ＩｎＯ、ＳｎＯ、ＦＴＯ、ＡＴＯ、ＣＴＯ、ＡＺＯ、ＧＺＯなどの材料又はそれらの組み合わせであってもよく、又は、無機絶縁層であってもよく、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＮｘ、ＳｉＯ２、ＡｌＮ、ＴｉＯ２などの材料又はそれらの組み合わせであってもよい。
【００１５】
本実施例では、発光ダイオードユニット２２は、ＢＣＢを透明接着層として、透明基板２０に接合される。実際には、発光ダイオードユニット２２を透明基板２０に設置する方法は、これに限られず、当業者が理解すべきは、異なる構造特性に基づいて、発光ダイオードユニット２２がエピタキシー成長の方式で透明基板に直接形成されてもよい。また、基板搬送の回数の異なりに基づいて、ｐ型半導体層が基板に隣接し、且つ、ｎ型半導体層がｐ型半導層の上に位置し、両者の間に発光層が挟まれる構造を形成してもよい。
【００１６】
次に、発光ダイオードユニット２２のエピタキシー層の一部表面及び隣接している発光ダイオードユニット２２のエピタキシー層間に、ＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタリング法などの技術により、絶縁層２３を堆積形成し、エピタキシー層の保護及び隣接している発光ダイオードユニット２２間の電気絶縁とされる。絶縁層２３の材質は、好ましくは、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＡｌＮ、ＳｉＮｘ、ＴｉＯ２などの材料又はそれらの複合又は組み合わせであってもよい。
【００１７】
その後、スパッタリング法により、発光ダイオードユニット２２のｎ型半導体層の露出領域表面、ｐ型半導体層表面、及び透明基板の第一表面２０１に、第一電極２８、第二電極２６、及び導電配線構造２９を形成し、これにより、発光ダイオードユニット２２の間の電気的な接続を行う。本実施例を例とするト、第一発光ダイオードユニット２２のｎ型半導体層の露出領域に第一電極２８を形成し、隣接している発光ダイオードユニット２２のｐ型半導体層２２３に第二電極２６を形成し、及び、この２つの電極の間に導電配線構造２９を形成し、また、直列接続の方式で、２つの隣接している発光ダイオードユニット２２を電気的に接続する。導電配線構造２９、電極２６、２８の材質は、好ましくは、例えば、金属であってもよく、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓｎなど、その合金又はそのスタック（ラミネート）組み合わせであってもよい。第一電極２８、第二電極２６、及び導電配線構造２９を形成する材質は、同じであってもよく異なってもよく、その構造は、ワンステップのプロセス（one  step  process）又は複数ステップのプロセスにより完成されてもよい。
【００１８】
その他に、図２Ａに示すように、不透光性金属構造が発光ダイオード素子２の光取り出し効率に与える影響を抑制するために、異なる回路設計に基づいて、それぞれ、本実施例中の直列接続の発光ダイオードユニット２２のうち、２つの発光ダイオードユニット２２のｐ型半導体層２２３及びｎ型半導体層２２１の表面から２組の導電配線構造２９を形成して、エピタキシー層の外の透明基板２０の第一表面２０１に延伸させ、第一電極パッド２６′及び第二電極パッド２８′を形成する。２つの電極パッドにより、ワイリング又は溶接（はんだ）などの方式で、外部電源と電気的な接続を形成する。そのうち、電極パッド２６′、２８′の製造プロセスは、電極２６、２８及び導電配線構造２９のワンステップの製造プロセスとともに行われてもよく、複数ステップの製造プロセスにより完成されてもよい。また、電極パッド２６′、２８′を形成する材質は、それぞれ、電極２６、２８又は導電配線構造２９の材質と同じ又は異なってもよい。
【００１９】
図３に示すのは、発光ダイオードユニット２２の拡大上面図である。本実施例では、各発光ダイオードユニット２２は、長方形であり、順に、４個の、長さがａである側辺２２ａ、長さがｂであるｙ側辺２２ｂ、長さがａである側辺２２ｃ、長さがｂである側辺２２ｄを有する。発光ダイオードユニット２２の周長は、その４個の側辺の長さの総和、即ち、２ａ＋２ｂである。
【００２０】
なお、本発明では、発光ダイオード素子の光取り出し効率を向上するために、発光ダイオードユニット２２の配列方式について調整を行った。
【００２１】
従来の二次元アレイの発光ダイオード素子では、発光ダイオードユニット２２の間の距離が近過ぎると設置されるときに、発光ダイオードユニットが生成した光は、近接している発光ダイオード中の、エネルギーバンドが近い半導体層（特に、発光層）により再吸収することができるので、素子全体の光取り出し効率に悪影響を与える。
【００２２】
本発明の実施例では、発光ダイオードユニットの間の再吸収現象を抑制するために、各異なる発光ダイオードユニット２２の間の距離を大きくさせる。本実施例を例とすると、発光層の間のエネルギーバンドが近いので、再吸収現象が特に著しい。よって、発光層間の距離を基準として、１０個の発光ダイオードユニットの互いの間の発光層の間隔を調整して全て３５μｍよりも大きくさせる。その他に、異なる発光ダイオードユニット２２間は、側辺の隣接する割合ができるだけ小さくなる。図４Ａを例とすると、異なる発光ダイオードユニット２２の間の側辺の垂直距離ｘが５０μｍよりも大きい時に、隣接している発光ダイオードユニットの間の再吸収機会が低くなり、よって、両側辺が近接しないと定義してもよい。このような定義は、異なる形状の発光ダイオードユニット２２の構造に幅広く適用することができる。例えば、図４Ｂに示すように、円形の発光ダイオードユニット２２は、互いに接近しない方式で、二次元アレイの方式で基板に適切に設置することができ、これにより、互いの間の再吸収の機会を減らし、発光ダイオードの光取り出し効率を向上することができる。
【００２３】
本実施例を例とすると、各発光ダイオードユニット２２の側辺が、その他の発光ダイオードユニットの側辺と接近しない値α（以下、不接近値αという）を推定することができる。不接近値αは、単一の発光ダイオードユニットの、その他の発光ダイオードユニットと接近しない側辺の長さの総和と、この単一の発光ダイオードユニットの周長との比であると定義される。図５に示すように、１０個の発光ダイオードユニット２２に番号を付け、発光ダイオードユニット２２−１の不接近値αを計算する。発光ダイオードユニット２２−１が導電配線構造２９を介してその下方の発光ダイオードユニット２２−２の側辺部分と接続され、側辺２２−１ｃと側辺２２−２ｄとの間の垂直距離が５０μｍより小さく又はそれに等しい時に、両者が互いに接近し、また、接近する側辺の長さがｂである。同様に、発光ダイオードユニット２２−１の側辺２２−１ｄと、その左側の発光ダイオードユニット２２−３の側辺２２−３ｂとの垂直距離が５０μｍより小さい野で、両者も互いに接近し、また、接近する側辺の長さがｂである。また、発光ダイオードユニット２２−１の周長は、２ａ＋２ｂである。本実施例では、他の発光ダイオードユニットと接近する側辺の長さの総和が２ｂであるので、接近しない側辺の長さの総和が、（２ａ＋２ｂ）−２ｂ＝２ａである。よって、発光ダイオードユニット２２−１の不接近値αは、２ａ／（２ａ＋２ｂ）である。同様な計算式は、同様に、異なる形状の発光ダイオード２２の構造に応用され得る。具体的には、例えば、単一の発光ダイオードユニットの側辺を複数の点に分割し、各点において接線を作り、そして、各点について、この点の接線に垂直な方向に沿って、この点と最も近い発光ダイオードユニットの側辺までの垂直距離を計算する。各点とそれに最も近い発光ダイオードユニットとの間の距離を確定した後に、接近しない全ての側辺に対して積分を行って総和を計算し、得られた積分値は、接近しない側辺の長さの総和であり、そして、不接近値αは、積分値と周長との比である。
【００２４】
図６Ａ及び図６Ｂを例とすると、さらに、形状が不規則な発光ダイオードユニットの各点と、その他の発光ダイオードユニットとが接近するかどうかを計算することもできる。発光ダイオードユニットの形状が不規則である時に、側辺上の各点から、この側辺に垂直な方向に沿って、各点に最も近い発光ダイオードユニットの側辺までの垂直距離ｘを計算し、また、側辺が弧形である時に、弧形上の各点においてこの弧形に対して接線を作り、そして、各点から、各点の接線に垂直な方向に沿って垂直距離を計算する。図６Ａ及び図６Ｂには、それぞれ、発光ダイオードユニット３２−１及び発光ダイオードユニット４２−１を例とし、発光ダイオードユニットの側辺の異なる位置と、それに最も近い発光ダイオードユニット３２−２、３２−３、４２−２、４２−３との間の垂直距離ｘの計算方式を示している。
【００２５】
実験の結果によれば、二次元アレイの発光ダイオード素子上の発光ダイオードユニットの不接近値αが５０％より大きい時に、発光ダイオード素子２は、従来の密に配列される二次元アレイの発光ダイオード３に比べ、図７に示すような異なる発光ダイオード素子による素子の発光効率と各発光ダイオードユニットの発光エネルギーとの比較表に示すように、発光効率を５％向上することができる。発光ダイオード素子２中の各発光ダイオードユニットの側辺の長さａの値が５６０μｍであり、側辺の長さｂの値が２９０μｍである時に、不接近値αが約６５％であり、発光ダイオード素子２の発光効率が、従来の密に配列される二次元アレイの発光ダイオードより１０％高くなる。
【００２６】
本実施例の他に、図８Ａ乃至図８Ｃは、不接近値αが５０％よりも大きい発光ダイオードユニットの配列方式で構成される二次元アレイの発光ダイオード素子の実施例を示す。
【００２７】
また、素子全体の光取り出し効率を上げるために、ドライエッチング又はウェットエッチングなどの方式で、透明基板の第一表面及び／又は背面に対して表面粗化を行い、光線の散乱及び光取り出し確率を増加させることもできる。また、上面図から見ると、発光ダイオードユニット２２が透明基板２０に設けられる時に、発光ダイオードユニット２２の発光層が第一表面において垂直投影する位置と、透明基板２０の任意の側辺との間の最短距離は好ましくは全て２０μｍ以上であり、これにより、光を透明基板２０から取り出す機会を増やすことができる。
【００２８】
同じ発明の精神の下で、単列の直列接続型の高圧発光ダイオード素子を透明基板に接合し、適切な二次元アレイの配列方式で、直列接続型の高圧発光ダイオード素子中の各発光ユニットの不接近値αを大きくする効果を達成することもでき、これにより、高い光取り出し効率を有する二次元アレイの発光ダイオード素子を形成することができる。
【００２９】
図９Ａ乃至図９Ｄは、それぞれ、単列の直列接続型の高圧発光ダイオード素子４、５、６、７を示す。そのうち、各高圧発光ダイオード素子は、それぞれ、エピタキシー成長又は接合の方式で、基板４０、５０、６０、７０に形成される四つの発光ダイオードユニット４２、５２、６２、７２を含む。上述の構造と同様に、第一発光ダイオードユニット４２、５２、６２、７２のｎ型半導体層の露出領域に第一電極４６、５６、６６、７６を形成し、導電配線構造４９、５９、６９、７９を形成して他の隣接している発光ダイオードユニット４２、５２、６２、７２までに延伸させ、また、第二電極４８、５８、６８、７８を隣接する発光ダイオードユニット４２のｐ型半導体層に形成し、直列接続の方式で、２つの隣接する発光ダイオードユニット４２、５２、６２、７２を電気的に接続する。各単列の直列接続型の発光ダイオード素子４、５、６、７では、行列末端の２つの発光ダイオードユニット４２、５２、６２、７２には、さらに、それぞれ、第一電極パッド４６′、５６′、６６′、７６′及び第二電極パッド４８′、５８′、６８′、７８′が形成され、外部素子又は電源と電気的な接続を形成するために用いられる。
【００３０】
また、図１０に示すように、上述の図９Ａ乃至図９Ｂに示す複数の単列の直列接続型の高圧発光ダイオード素子４、５、６、７を透明接着層で一つの単一の透明基板８０に設置し、発光ダイオード素子４、５、６、７の互いの間を、ワイヤリングプロセス又はフォトリソグラフィープロセスにより導電配線構造８９を形成する方式で、電気的に接続し、適切な配列の下で、従来の密に配列される二次元アレイの発光ダイオード素子よりも高い不接近値αを有する二次元アレイの発光ダイオード素子を形成することができ、これにより、素子全体の光取り出し効率が比較的高いことを達成することもできる。
【００３１】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されず、本発明の趣旨を離脱しない限り、本発明に対するあらゆる変更は本発明の範囲に属する。
【符号の説明】
【００３２】
１、２、３、４、５、６、７、８  二次元アレイの発光ダイオード素子
１０、２０、４０、５０、６０、７０、８０  透明基板
１２、２２、４２、５２、６２、７２、２２−１、２２−２、２２−３、３２−１、３２−２、３２−３、４２−１、４２−２、４２−３  発光ダイオードユニット
１３、２３  絶縁層
１０１  回路
１０４  電気接続構造
１１０  サブマウント
１２１、２２３  ｐ型半導体層
１２２、２２２  発光層
１２３、２２１  ｎ型半導体層
１４  トレンチ
１６、２６、４８、５８、６８、７８  第二電極
１８、２８、４６、５６、６６、７６  第一電極
１９、２９、４９、５９、６９、７９、８９  導電配線構造
２１０  第一表面
２０２  底面
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２−１ｃ、２２−１ｄ、２２−３ｂ、２２−２ｄ  側辺
１６′、２６′、４６′、５６′、６６′、７６′  第一電極パッド
１８′、２８′，４８′、５８′、６８′、７８′  第二電極パッド
ｘ  垂直距離
ａ、ｂ  側辺の長さ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０】
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【図１１】
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