JP4195041B2

JP4195041B2 - 発光装置

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Publication number: JP4195041B2
Application number: JP2006117739A
Authority: JP
Inventors: 士郎酒井; 金平敖; 泰夫大野
Original assignee: Seoul Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Seoul Semiconductor Co Ltd
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Filing date: 2006-04-21
Publication date: 2008-12-10
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Description

本発明は、基板上に複数の発光素子が形成された発光装置に関する。

発光素子（ＬＥＤ）等の発光手段が表示用途等に使用される場合には、その使用条件が駆動電圧約１〜４Ｖ、駆動電流が約２０ｍＡとなっている。ところで、近年ＧａＮ系化合物半導体を用いた短波長ＬＥＤが開発され、フルカラーや白色等の固体光源が実用化されたことに伴い、次第にＬＥＤを照明用途にも応用することが検討されている。ＬＥＤを照明用途に応用する場合に、上述した駆動電圧１〜４Ｖ、駆動電流２０ｍＡという使用条件とは異なる条件で使用される事態も生じる。このため、ＬＥＤにより大電流を流し、発光出力を大きくする工夫がなされている。大電流を流すためには、ＬＥＤのｐｎ接合面積を大きくし、電流密度を小さく抑える必要がある。

特開２００１−３０７５０６号公報特開昭５９−２０６８７３号公報

ＬＥＤを照明用光源として使用する場合には、電源として交流を使用し、１００Ｖ以上の駆動電圧で使用できることが便利である。また、同じ電力を投入して同じ発光出力を得るのであれば、低い電流値を保ちながら高い電圧を印加した方が電力損失を小さくすることができる。しかし、従来のＬＥＤでは、必ずしも十分に駆動電圧を高くすることはできなかった。

本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みなされたものであり、その目的は、高い駆動電圧で動作できる発光装置を提供することにある。

本発明は、絶縁基板上に複数のＧａＮ系発光ダイオード素子を形成してなる発光装置であって、前記複数の発光ダイオード素子は前記絶縁基板上に二次元配置され、前記複数の発光ダイオード素子は第１の組と第２の組に分けられ、第１の組と第２の組は２個の交流電源用電極に互いに反対極性となるように並列接続され、前記第１の組を構成する発光ダイオード素子のうちのいずれかの発光ダイオード素子の負電極と、前記第２の組を構成する発光ダイオード素子のうちの前記いずれかの発光ダイオード素子に隣接する発光ダイオード素子の負電極が共有されて電気的に接続され、前記複数の発光素子は、平面形状が略正方形であってマトリクス状に配置され、前記２個の交流電源用電極は、前記マトリクス状の配置に含まれることを特徴とする。また、本発明は、絶縁基板上に複数のＧａＮ系発光ダイオード素子を形成してなる発光装置であって、前記複数の発光ダイオード素子は前記絶縁基板上に二次元配置され、前記複数の発光ダイオード素子は同数ずつ第１の組と第２の組に分けられ、第１の組と第２の組は２個の交流電源用電極に互いに反対極性となるように並列接続され、前記第１の組を構成する発光ダイオード素子のうちのいずれかの発光ダイオード素子の負電極と、前記第２の組を構成する発光ダイオード素子のうちの前記いずれかの発光ダイオード素子に隣接する発光ダイオード素子の負電極が共有されて電気的に接続され、前記複数の発光ダイオード素子は、平面形状が三角形であり、前記第１の組を構成する発光ダイオード素子のうちのいずれかの発光ダイオード素子と、前記第２の組を構成する発光ダイオード素子のうちの前記いずれかの発光ダイオード素子に隣接する発光ダイオード素子は、三角形の１辺で対向することで平面形状が略正方形となるように配置され、対向する辺において負電極を共有することを特徴とする。

複数の発光素子を二次元配列する方法は種々存在するが、基板専有面積をできるだけ小さくすることが望ましい。例えば、２組の発光素子アレイをそれぞれジグザグ状に、すなわち複数の発光素子を折れ曲がった直線上に配置し、それぞれの発光素子アレイを互い違いに配置することで、基板面積を有効活用して多数の発光素子を接続することができる。２組の発光素子アレイを互い違いに配置することで、配線の交叉部分が生じる場合もあるが、発光素子間をエアブリッジ配線で接続することにより交叉部分での短絡を有効に防止できる。発光素子及び電極の形状は任意であるが、例えば平面形状が略正方形となるように形成することで全体形状も略正方形となり、標準的なマウント構造を使用できる。発光素子及び電極を正方形以外、例えば三角形とした場合でも、これらの三角形状を組み合わせることで全体として略正方形を形成すれば、同様に標準的なマウント構造を使用できるようになる。

本発明によれば、高い駆動電圧で駆動し発光させることができる。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。

図１には、本実施形態においてＧａＮ系化合物半導体発光素子としてのＬＥＤ１の基本構成が示されている。ＬＥＤ１は、基板１０上に順次ＧａＮ層１２、Ｓｉドープのｎ型ＧａＮ層１４、ＩｎＧａＮ発光層１６、ＡｌＧａＮ層１８、ｐ型ＧａＮ層２０が積層され、ｐ型ＧａＮ層２０に接してｐ電極２２、ｎ型ＧａＮ層１４に接してｎ電極２４が形成される構成である。

図１に示されたＬＥＤは以下のプロセスにより作製される。すなわち、まず、ＭＯＣＶＤ装置にてサファイアｃ面基板を水素雰囲気中で１１００℃、１０分間熱処理する。そして、温度を５００℃まで降温させ、シランガスとアンモニアガスを１００秒間供給して不連続なＳｉＮ膜を基板１０上に形成する。なお、このプロセスはデバイス中の転位密度を低減させるためのものであり、図ではＳｉＮ膜は省略している。次に、同一温度でトリメチルガリウム及びアンモニアガスを供給してＧａＮ層を２０ｎｍ厚成長させる。温度を１０５０℃に昇温し、再びトリメチルガリウム及びアンモニアガスを供給してアンドープＧａＮ（ｕ−ＧａＮ）層１２及びＳｉドープのｎ型ＧａＮ層１４を各２μｍ厚成長させる。その後、温度を７００℃程度まで降温してＩｎＧａＮ発光層１６を２ｎｍ厚成長させる。目標組成はｘ＝０．１５、すなわちＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎである。発光層１６成長後、温度を１０００℃まで昇温してＡｌＧａＮ正孔注入層１８を成長させ、さらにｐ型ＧａＮ層２０を成長させる。

ｐ型ＧａＮ層２０を成長させた後、ウエハをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、Ｎｉ１０ｎｍ厚、Ａｕ１０ｎｍ厚を順次真空蒸着で成長層表面に形成する。５％の酸素を含む窒素ガス雰囲気中で５２０℃熱処理することで金属膜はｐ型透明電極２２となる。透明電極形成後、全面にフォトレジストを塗布し、ｎ型電極形成のためのエッチングをフォトレジストをマスクとして行う。エッチング深さは、例えば６００ｎｍ程度である。エッチングで露出したｎ型ＧａＮ層１４上にＴｉ５ｎｍ厚、Ａｌ５ｎｍ厚を形成し、窒素ガス雰囲気中で４５０℃、３０分間熱処理してｎ型電極２４を形成する。最後に、基板１０の裏面を１００μｍまで研磨してチップを切り出し、マウントすることでＬＥＤ１が得られる。

図１では、基板１０上に一つのＬＥＤ１が形成されているが、本実施形態では、基板１０上にＬＥＤ１をモノリシックに、かつ二次元アレイ状に複数形成し、各ＬＥＤを接続して発光装置（チップ）を構成する。

図２には、発光装置の等価回路図が示されている。図２において、２次元アレイ状に形成された発光素子群は同数（図では４個）ずつ２組に分けられ、各組のＬＥＤ１はそれぞれ直列接続され、２組のＬＥＤ列は電極（駆動電極）に対して逆極性となるように並列接続される。このようにＬＥＤ列が直列接続されることにより、各々の駆動電圧が加算された高い電圧でＬＥＤ１を駆動することができる。また、各ＬＥＤ列はその極性が互いに反対となるように電極に並列接続されているので、電源として交流電源を使用した場合にも、電源の各周期中に必ずどちらかのＬＥＤ列が発光していることになるので、効率のよい発光を行うことができる。

図３には、基板１０上にモノリシックに形成された複数のＬＥＤの部分的な平面図が示されている。また、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ断面図が示されている。図３において、ＬＥＤ１の上面には、図１に示されるようにｐ電極２２及びｎ電極２４が形成されている。隣接するＬＥＤ１のｐ電極２２とｎ電極２４との間がエアブリッジ配線２８により接続され、複数のＬＥＤ１が直列接続される。

図４において、各ＬＥＤ１は説明の都合上簡略的に示されている。すなわち、ｎ−ＧａＮ層１４、ｐ−ＧａＮ層２０、ｐ−電極２２、ｎ−電極２４のみが示されている。実際には図１に示されるようにＩｎＧａＮ発光層１６等が存在することは云うまでもない。エアブリッジ配線２８は、ｐ電極２２からｎ電極２４までを空中を介して接続する。これにより、素子表面に絶縁膜を塗布し、この上に電極を形成してｐ電極２２とｎ電極２４とを電気的に接続する方法に比べ、エッチング溝に沿って電極を配置する必要が無くなるので、配線切れや絶縁膜からｎ層、ｐ層へ絶縁材料を構成する元素が熱拡散してＬＥＤ１を劣化させるという問題を回避できる。エアブリッジ配線２８は、ＬＥＤ１間のみならずＬＥＤ１と図示しない電極との間の接続にも使用される。

また、図４に示されるように、各ＬＥＤ１は互いに独立し、電気的に絶縁される必要がある。このため、各ＬＥＤ１はサファイア基板１０上で分離された構成となっている。サファイアはそれ自身絶縁体であるので、ＬＥＤ１をそれぞれ電気的に分離することができる。このように、サファイア基板１０をＬＥＤの電気的な分離を行うための抵抗体として使用することにより、容易かつ確実にＬＥＤの電気的な分離を行うことができる。

なお、発光素子としては、ｐｎ接合を有するＬＥＤの他、ＭＩＳとすることもできる。

図５には、発光装置の他の等価回路図が示されている。図において、２０個のＬＥＤ１が直列接続されて１つのＬＥＤアレイを形成しており、２つのＬＥＤアレイ（合計４０個のＬＥＤ）が電源に並列に接続されている。ＬＥＤ１の駆動電圧は５Ｖに設定されており、各ＬＥＤアレイの駆動電圧は１００Ｖとなっている。２つのＬＥＤアレイは図２と同様に互いに反対極性となるように電源に並列接続されており、電源の極性がいずれであっても必ずどちらかのＬＥＤアレイが発光することになる。

図６には、二次元アレイが具体的に示されている。図２の等価回路図に対応するものである。図において、サファイア基板１０上に合計４０個のＬＥＤ１が形成されており、それぞれ２０個ずつ２組に分けられ、エアブリッジ配線２８により直列接続されて２つのＬＥＤアレイを形成している。より詳細には、各ＬＥＤ１は全て同形の正方形で同サイズであり、１つのＬＥＤアレイは上から６個、７個、７個とそれぞれ直線上に配置され、上から第１列目（６個）と第２列目（７個）は互いに逆向きに形成され、第２列目と第３列目も互いに逆向きに形成される。第１列目と第２列目、第２列目と第３列目は互いに離間して配置されている。これは、後述するように他方のＬＥＤアレイの列が交互に挿入されるためである。第１列目の右端のＬＥＤ１と第２列目の右端のＬＥＤ１とはエアブリッジ配線２８により接続される。第２列目の左端のＬＥＤ１と第３列目の左端のＬＥＤ１もエアブリッジ配線２８で接続されてジグザグ配列となる。第１列目の左端のＬＥＤ１は基板１０の左上部に形成された電極（パッド）３２にエアブリッジ配線２８で接続され、第３列目の右端のＬＥＤ１は基板１０の右下部に形成された電極（パッド）３２にエアブリッジ配線２８で接続される。２つの電極（パッド）３２もＬＥＤ１と同形の正方形である。他方のＬＥＤアレイは上述した一方のＬＥＤアレイの間隙に互い違いとなるように形成される。すなわち、他方のＬＥＤアレイは上から７個、７個、６個とそれぞれ直線上に配置され、上から第１列目は一方のＬＥＤアレイの第１列目と第２列目の間に形成され、第２列目は一方のＬＥＤアレイの第２列目と第３列目の間に形成され、第３列目は一方のＬＥＤアレイの第３列目の下に形成される。他方のＬＥＤアレイの第１列目と第２列目、及び第２列目と第３列目も互いに逆方向となるように形成され、第１列目の右端のＬＥＤ１は第２列目の右端のＬＥＤ１にエアブリッジ配線２８で接続され、第２列目の左端のＬＥＤ１は第３列の左端のＬＥＤ１にエアブリッジ配線２８で接続されてジグザグ状となる。他方のＬＥＤアレイの第１列目の左端のＬＥＤは基板１０の左上部に形成された電極３２にエアブリッジ配線２８で接続され、第３列目の右端のＬＥＤ１は基板１０の右下部に形成された電極３２にエアブリッジ配線２８で接続される。一方のＬＥＤアレイと他方のＬＥＤアレイの電極３２に対する極性は互いに逆である。発光装置（チップ）の全体形状は長方形である。電源が供給される２つの電極３２は、長方形の対角位置に離間して形成される点も着目されたい。

図７には、図６の回路図が示されている。それぞれのＬＥＤアレイはジグザグ状に屈曲しつつ直列接続され、２つのＬＥＤアレイはジグザグ状の各列が互いの列の間に形成される様子が明らかとなろう。このような配置とすることで、多数のＬＥＤ１を小さな基板１０上に配置することができる。また、４０個のＬＥＤ１に対して電極３２が２個でよいので、この点でも基板１０の使用効率を向上させることができる。また、各ＬＥＤ１を分離するためにＬＥＤ１を個別に形成する場合にはウエハをカットして分離する必要があるのに対し、本実施形態では各ＬＥＤ１の分離をエッチングで行うことができるので、ＬＥＤ１の間隔を狭くすることができる。これにより、サファイア基板１０の大きさをより小さくすることができる。ＬＥＤ１同士の分離は、フォトレジストや反応性イオンエッチング、ウエットエッチングを併用することでＬＥＤ１以外の領域を基板１０に達するまでエッチング除去することで達成される。各ＬＥＤアレイは交互に発光するので、発光効率を向上できるとともに放熱特性も向上させることができる。また、直列接続させるＬＥＤ１の数を変更すれば、全体としての駆動電圧も変更できる。また、ＬＥＤ１の面積を小さくすると、１つのＬＥＤ当たりの駆動電圧を高くすることもできる。ＬＥＤ１を２０個直列に接続した場合、商用電源（１００Ｖ、６０Ｈｚ）で駆動すると、およそ１５０ｍＷの発光出力を得ることができる。この場合の駆動電流としては２０ｍＡ程度である。

なお、図７から分かるように、２つのＬＥＤアレイをジグザグ状に交互に配列する場合、エアブリッジ配線２８に交叉部分３４が必然的に発生する。例えば、他方のＬＥＤアレイの第１列目と第２列目を接続する際に、一方のＬＥＤアレイの第１列目と第２列目を接続するための配線部分と交叉する。しかし、本実施形態のエアブリッジ配線２８は、上述したように基板１０に接着しておらず、基板１０から離れて空中を通過するので、交叉部分３４においてエアブリッジ配線２８同士が接触し、短絡することを容易に回避することができる。エアブリッジ配線２８を用いる利点の一つである。エアブリッジ配線２８は、例えば以下のようにして形成される。すなわち、全面に２μｍの厚さのフォトレジストを塗布し、エアブリッジ配線の形状に穴を開けた後にポストベークする。その上に、真空蒸着でＴｉを１０ｎｍ、Ａｕを１０ｎｍ、この順序で蒸着する。さらにその上の全面に２μｍ厚さでフォトレジストを再度塗布し、エアブリッジ配線を形成する部分のみに穴を開ける。次いで、ＴｉとＡｕを電極として電解液中でイオンプレーティング（メッキ）により電極全面に３〜５μｍの厚さのＡｕを付着させる。その後、試料をアセトンに浸し、超音波洗浄によりフォトレジストを溶解除去してエアブリッジ配線２８が完成する。

このように、複数のＬＥＤ１を二次元アレイ状に配置することで、基板面積を有効に活用しつつ高駆動電圧、特に商用電源での駆動も可能となるが、二次元アレイのパターンとしてはこの他にも種々のパターンが可能である。一般に、二次元アレイパターンとしては、以下の条件を備えることが望ましい。
（１）各ＬＥＤに均一に電流を流し、均一な発光を得るためには各ＬＥＤの形状、電極位置が同一であることが望ましい。
（２）ウエハをカットしてチップにするためには、各ＬＥＤの辺は直線であることが望ましい。
（３）光取り出し効率を向上させるため、標準的なマウントを使用して周辺からの反射を利用するためにはＬＥＤは平面形状が正方形に近い形状が望ましい。
（４）２つの電極（ボンディングパット）の大きさは１００μｍ角程度で、互いに離れていることが望ましい。
（５）ウエハ面積の有効利用のため、配線、パッドの占める割合は小さい方が望ましい。もちろん、これらは必須ではなく、例えば各ＬＥＤの形状としては平面形状三角形を用いることも可能であろう。各ＬＥＤの形状が三角形であっても、これらを組み合わせることで全体形状を略正方形とすることができる。以下、二次元アレイパターンの例をいくつか示す。

図８には、合計６個のＬＥＤ１を二次元に配置した例が示されており、図９にはその回路図が示されている。図８の配置は、基本的には図６の配置と同様であり、合計６個のＬＥＤアレイは同数ずつ２組に分けられ、それぞれ直列接続された３個のＬＥＤから構成される。一方のＬＥＤアレイはジグザグ状に配列され、上から第１列目は１個のＬＥＤ１、第２列目は２個のＬＥＤ１が形成される。第１列目のＬＥＤと第２列目の右端のＬＥＤ１はエアブリッジ配線２８で直列接続され、第２列目の２個のＬＥＤ１もエアブリッジ配線２８で直列接続される。基板１０の左上部と左下部に電極（パッド）３２が形成され、第１列目のＬＥＤ１は左上部の電極３２にエアブリッジ配線で接続され、第２列目の左端のＬＥＤ１は左下部の電極３２に接続される。他方のＬＥＤアレイもジグザグ状に配列され、上から第１列目は２個のＬＥＤ１、第２列目は１個のＬＥＤ１が形成される。他方のＬＥＤアレイの第１列目は前記一方のＬＥＤアレイの第１列目と第２列目の間に形成され、他方のＬＥＤアレイの第２列目は前記一方のＬＥＤアレイの第２列目の下方に形成される。第１列目の右端のＬＥＤ１は第２列目のＬＥＤ１にエアブリッジ配線２８で直列接続され、第１列目の２個のＬＥＤ１同士もエアブリッジ配線２８で直列接続される。第１列目の左端のＬＥＤ１は左上部の電極３２にエアブリッジ配線２８で接続され、第２列目のＬＥＤ１は左下部の電極３２にエアブリッジ配線２８で接続される。図９から分かるように、この例でも２つのＬＥＤアレイは互いに並列に電極３２に接続され、かつ、互いに逆極性となるように接続される。したがって、交流電源を供給した場合、２つのＬＥＤアレイは交互に発光することになる。

図１０には、合計１４個のＬＥＤを二次元配置した例が示されており、図１１にはその回路図が示されている。合計１４個のＬＥＤアレイは２組に分けられ、それぞれ直列接続された７個のＬＥＤから構成される。一方のＬＥＤアレイはジグザグ状に配列され、上から第１列目は３個のＬＥＤ１、第２列目は４個のＬＥＤ１が形成される。第１列目の左端のＬＥＤと第２列目の左端のＬＥＤ１はエアブリッジ配線２８で直列接続され、第１列目の３個のＬＥＤ同士、及び第２列目の４個のＬＥＤ１同士もエアブリッジ配線２８で直列接続される。基板１０の右上部と右下部に電極（パッド）３２が形成され、第１列目の右端のＬＥＤ１は右上部の電極３２にエアブリッジ配線で接続され、第２列目の右端のＬＥＤ１は右下部の電極３２に接続される。他方のＬＥＤアレイもジグザグ状に配列され、上から第１列目は４個のＬＥＤ１、第２列目は３個のＬＥＤ１が形成される。他方のＬＥＤアレイの第１列目は前記一方のＬＥＤアレイの第１列目と第２列目の間に形成され、他方のＬＥＤアレイの第２列目は前記一方のＬＥＤアレイの第２列目の下方に形成される。第１列目の左端のＬＥＤ１は第２列目の左端のＬＥＤ１にエアブリッジ配線２８で直列接続される。第１列目の４個のＬＥＤ１同士、及び第２列目の３個のＬＥＤ１同士も直列接続される。第１列目の右端のＬＥＤ１は右上部の電極３２にエアブリッジ配線２８で接続され、第２列目の右端のＬＥＤ１は右下部の電極３２にエアブリッジ配線２８で接続される。図１１から分かるように、この例でも２つのＬＥＤアレイは互いに並列に電極３２に接続され、かつ、互いに逆極性となるように接続される。したがって、交流電源を供給した場合、２つのＬＥＤアレイは交互に発光することになる。

図６、図８、図１０の二次元パターンに共通する特徴としては、各ＬＥＤ１が略正方形の同形、同サイズであること、２つの電極（パッド）も略正方形であり、隣接形成されていない（離間形成されている）こと、２つのＬＥＤアレイの組み合わせであること、２つのＬＥＤアレイは屈曲しつつチップ上に互いに交錯するように形成されること、２つのＬＥＤアレイは互いに逆極性となるように電極に接続されること、等である。

図１２には、平面形状が三角形のＬＥＤを二次元配列した場合の例が示されており、図１３にはその回路図が示されている。図１２において、合計６個のＬＥＤ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆがその平面形状が三角形状となるように形成されている。ＬＥＤ１ａとＬＥＤ１ｅが三角形の一辺で対向して２つで略正方形となるように配置され、ＬＥＤ１ｂと１ｆが対向して２つで略正方形となるように配置される。また、ＬＥＤ１ｄと電極３２が対向して接続し、ＬＥＤ１ｃと電極３２が対向して接続する。２つの電極３２もＬＥＤと同様に平面形状が三角形状であり、同様に略正方形となるように配置される。ＬＥＤ同士の対向する辺はｎ電極２４を構成し、すなわち、対向する２つのＬＥＤはｎ電極２４を共有する。ＬＥＤと電極３２もｎ電極接続である。この配置も、上述した例と同様に合計６個のＬＥＤは２組に分けられる。一方のＬＥＤアレイは、ＬＥＤ１ａ、ＬＥＤ１ｂ、ＬＥＤ１ｃからなるアレイであり、ＬＥＤ１ａのｐ電極２２は電極３２にエアブリッジ配線２８で接続され、そのｎ電極２４はＬＥＤ１ｂのｐ電極２２とエアブリッジ配線２８で接続される。ＬＥＤ１ｂのｎ電極２４はＬＥＤ１ｃのｐ電極２２とエアブリッジ配線２８で接続される。ＬＥＤ１ｃのｎ電極２４は電極３２に接続される。他方のＬＥＤアレイは、ＬＥＤ１ｄ、ＬＥＤ１ｅ、ＬＥＤ１ｆから構成され、電極３２とＬＥＤ１ｆのｐ電極２２はエアブリッジ配線２８で接続され、ＬＥＤ１ｆのｎ電極２４はＬＥＤ１ｅのｐ電極２２とエアブリッジ配線２８で接続され、ＬＥＤ１ｅのｎ電極２４とＬＥＤ１ｄのｐ電極２２はエアブリッジ配線２８で接続され、ＬＥＤ１ｄのｎ電極２４は電極３２に接続される。

図１３において、一方のＬＥＤアレイを構成するＬＥＤ１ａと他方のＬＥＤアレイを構成するＬＥＤ１ｅのｎ電極が接続されており、一方のＬＥＤアレイを構成するＬＥＤ１ｂと他方のＬＥＤアレイを構成するＬＥＤ１ｆのｎ電極が接続されている点にも着目されたい。２組のＬＥＤアレイのいくつかのｎ電極を共有することで、回路配線を削減することができる。また、この例においても、２つのＬＥＤアレイは並列に電極３２に接続され、かつ、互いに逆極性となるように接続される。また、各ＬＥＤは同形、同サイズであり、各ＬＥＤを一つの辺で対向させるとともに電極３２も三角形状とすることでＬＥＤ及び電極を高密度に形成して必要な基板面積を小さくすることができる。

図１４には、平面形状が三角形のＬＥＤを二次元配列した他の例が示されており、図１５にはその回路図が示されている。この例では、合計１６個のＬＥＤ１ａ〜１ｒが二次元形成されている。ＬＥＤ１ａと１ｊ、１ｂと１ｋ、１ｃと１ｍ、１ｄと１ｎ、１ｅと１ｐ、１ｆと１ｑ、１ｇと１ｒがそれぞれ三角形の一つの辺で対向する。対向する辺にはｎ電極２４が共通形成されている。また、ＬＥＤ１ｉと電極３２が対向し、ＬＥＤ１ｈと電極３２が対向する。一方のＬＥＤアレイはＬＥＤ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈから構成され、他方のＬＥＤアレイはＬＥＤ１ｒ、１ｑ、１ｐ、１ｎ、１ｍ、１ｋ、１ｊ、１ｉから構成される。ＬＥＤ１ｂのｎ電極２４はエアブリッジ配線２８によりＬＥＤ１ｃのｐ電極２２に接続され、ＬＥＤ１ｅのｎ電極２４もエアブリッジ配線２８によりＬＥＤ１ｆのｐ電極２２に接続される。また、ＬＥＤ１ｑのｎ電極２４もエアブリッジ配線２８によりＬＥＤ１ｐのｐ電極２２に接続され、ＬＥＤ１ｍのｎ電極２４もエアブリッジ配線２８によりＬＥＤ１ｋのｐ電極２２に接続される。図１４においても、図１２と同様に交叉部分が生じるが、エアブリッジ配線２８により短絡を回避できる。また、この例においても２組のＬＥＤアレイのいくつかのｎ電極２４を共有構造とすることで必要な配線を削減している。また、この例においても２つのＬＥＤアレイは並列で互いに逆極性で電極３２に接続されており、交流駆動が可能である。図１２においては合計６個のＬＥＤの場合、図１４においては合計１６個のＬＥＤの場合について示したが、他の個数のＬＥＤでも同様に二次元配列できる。本願出願人は、３８個のＬＥＤを二次元配列した発光装置も作成している。

以上、交流駆動の場合について説明したが、直流駆動も可能であることは言うまでもない。この場合、ＬＥＤアレイを互いに逆極性となるように電極に接続するのではなく、直流電源の極性の向きに合わせてＬＥＤアレイを順方向に接続すればよい。複数のＬＥＤを直列接続することで、高電圧駆動が可能である。以下、直流駆動の場合についても説明する。

図１６には、２個のＬＥＤを直列接続した例が示されており、図１７にはその回路図が示されている。各ＬＥＤ１は平面形状が矩形状であり、２個のＬＥＤ間はエアブリッジ配線２８で接続される。電極３２は各ＬＥＤ１の近傍に形成されており、電極３２とＬＥＤ１とで長方形の領域を形成する。すなわち、電極３２は長方形領域の一部を占有し、長方形領域の他の領域にＬＥＤ１が形成されている。

図１８には、合計４個のＬＥＤを二次元配列した例が示されており、図１９にはその回路図が示されている。図１６のＬＥＤ１を２個に分割し、それぞれを並列に接続したものである。２個のＬＥＤからなるＬＥＤアレイを２組並列に順方向接続したと云うこともできる。ＬＥＤ１ａと１ｂで一つのＬＥＤアレイを構成し、ＬＥＤ１ｃと１ｄでもう一つのＬＥＤアレイを構成する。ＬＥＤ１ａとＬＥＤ１ｃはｐ電極２２及びｎ電極２４を共有し、ＬＥＤ１ｂとＬＥＤ１ｄもｐ電極２２及びｎ電極２４を共有する。この構成によれば、図１６に比べて電流が均一化する効果がある。

図２０は、合計３個のＬＥＤを二次元配列した例が示されており、図２１にはその回路図が示されている。ＬＥＤ１ａ、１ｂ、１ｃは同形ではなく、ＬＥＤ１ａの一部に電極３２が形成されている。ＬＥＤ１ａのｎ電極２４とＬＥＤ１ｂのｐ電極はＬＥＤ１ｂの上を跨ぐエアブリッジ配線２８で接続される。各ＬＥＤの形状及び配置を工夫することで、３個のＬＥＤであっても発光装置（チップ）全体の外観形状を略正方形とすることができる。

図２２には、合計６個のＬＥＤを二次元配列した例が示されており、図２３にはその回路図が示されている。各ＬＥＤ１ａ〜１ｆは同形、同サイズである。ＬＥＤ１ａ〜１ｆは直列接続される。ＬＥＤ１ａ〜１ｃは直線上に配置され、ＬＥＤ１ｄ〜１ｆは他の直線上に配置される。ＬＥＤ１ｃとＬＥＤ１ｄはエアブリッジ配線２８で接続される。この例においても、チップの全体形状を略正方形とすることができる。

図２４には、合計５個のＬＥＤを二次元配列した例が示されており、図２５にはその回路図が示されている。ＬＥＤ１ａ〜１ｅは同形（長方形）、同サイズである。この例においても、全体形状を略正方形とすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変更が可能である。特に、複数の発光素子（ＬＥＤ等）を二次元配置する場合のパターンは上述したパターン以外にも可能である。この場合、隣接する発光素子間で電極を共有して配線を少なくすること、全体形状を正方形あるいは長方形とすること、複数組の発光素子アレイを電極に並列接続すること、交流駆動の場合に複数組の発光素子アレイを互い逆極性とすること、複数組の発光素子アレイをそれぞれジグザグ状に屈曲させて組み合わせること、等が好適である。

図２６〜図３１には、これらの変更例のいくつかが例示されている。図２６は交流駆動の場合の二次元配置であり、合計４０個のＬＥＤが配置されている。図２７はその回路図である。図６と異なる点は、２組のＬＥＤアレイのいくつかがｎ電極２４を共有する点である（図５参照）。例えば、一方のＬＥＤアレイの第１列の右端から２番目に位置するＬＥＤ（図中αで示す）のｎ電極２４は、他方のＬＥＤアレイの第１列の右端に位置するＬＥＤ（図中βで示す）のｎ電極２４と共有されている。なお、ＬＥＤアレイの端部（図中γ部分）におけるエアブリッジ配線２８は、交叉させることなく共通形成されている。

図２８は、交流駆動の場合の二次元配置であり、合計１４個のＬＥＤが配置されている。図２９はその回路図である。図１０と異なる点は、２組のＬＥＤアレイのいくつかがｎ電極２４を共有する点である。例えば、一方のＬＥＤアレイの第１列の左端のＬＥＤ（図中αで示す）のｎ電極２４は、他方のＬＥＤアレイの第１列の右端から２番目に位置するＬＥＤ（図中βで示す）のｎ電極２４と共有されている。また、端部（図中γ部分）におけるエアブリッジ配線２８は共通形成されている。

図３０は、交流駆動の場合の二次元配置であり、合計６個のＬＥＤが配置されている。図３１はその回路図である。この例においても、端部（γ部）のエアブリッジ配線２８が共通形成されている。この構成も、一方のＬＥＤアレイにおけるｎ電極２４と他方のＬＥＤアレイにおけるｎ電極２４が共有されていると云うことができる。

発光素子（ＬＥＤ）の基本構成図である。発光装置の等価回路図である。２個のＬＥＤの平面図である。図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。発光装置の他の等価回路図である。４０個のＬＥＤを二次元配列した説明図である。図６の回路図である。６個のＬＥＤを二次元配列した説明図である。図８の回路図である。１４個のＬＥＤを二次元配列した説明図である。図１０の回路図である。６個のＬＥＤを二次元配列した説明図である。図１２の回路図である。１６個のＬＥＤを二次元配列した説明図である。図１４の回路図である。２個のＬＥＤを配列した説明図である。図１６の回路図である。４個のＬＥＤを二次元配列した説明図である。図１８の回路図である。３個のＬＥＤを二次元配列した説明図である。図２０の回路図である。６個のＬＥＤを二次元配列した説明図である。図２２の回路図である。５個のＬＥＤを二次元配列した説明図である。図２４の回路図である。他の二次元配置説明図である。図２６の回路図である。他の二次元配置説明図である。図２８の回路図である。他の二次元配置説明図である。図３０の回路図である。

符号の説明

１０基板（ウエハ）、１２ｕ−ＧａＮ層、１４ｎ型ＧａＮ層、１６ＩｎＧａＮ発光層、１８ＡｌＧａＮ層、２０ｐ−ＧａＮ層、２２ｐ−電極、２４ｎ−電極。

Claims

絶縁基板上に複数のＧａＮ系発光ダイオード素子を形成してなる発光装置であって、
前記複数の発光ダイオード素子は前記絶縁基板上に二次元配置され、
前記複数の発光ダイオード素子は第１の組と第２の組に分けられ、第１の組と第２の組は２個の交流電源用電極に互いに反対極性となるように並列接続され、
前記第１の組を構成する発光ダイオード素子のうちのいずれかの発光ダイオード素子の負電極と、前記第２の組を構成する発光ダイオード素子のうちの前記いずれかの発光ダイオード素子に隣接する発光ダイオード素子の負電極が共有されて電気的に接続され、
前記複数の発光ダイオード素子は、平面形状が三角形であり、
前記第１の組を構成する発光ダイオード素子のうちのいずれかの発光ダイオード素子と、前記第２の組を構成する発光ダイオード素子のうちの前記いずれかの発光ダイオード素子に隣接する発光ダイオード素子は、三角形の１辺で対向することで平面形状が略正方形となるように配置され、対向する辺において負電極を共有することを特徴とする発光装置。