JP2001217467A - 高効率白色発光ダイオード - Google Patents

高効率白色発光ダイオード

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JP2001217467A
JP2001217467A JP2000347959A JP2000347959A JP2001217467A JP 2001217467 A JP2001217467 A JP 2001217467A JP 2000347959 A JP2000347959 A JP 2000347959A JP 2000347959 A JP2000347959 A JP 2000347959A JP 2001217467 A JP2001217467 A JP 2001217467A
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light emitting
contact electrode
diode chip
white light
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Chienchia Chiu
建嘉 邱
Shurei Chin
秋伶 陳
Kokoku Shi
光國 史
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Industrial Technology Research Institute ITRI
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光線の臨界角入射の確率を増やし、フリップ
チップ方式により電極の遮光を回避し、高伝熱率材料の
サブマウントを用いて白色発光ダイオードの出光効率を
高める。 【解決手段】 発光ダイオードチップ、透明基板、透明
オーミック電極、反射膜、接触電極、導電線を有するサ
ブマウントを含み、粗い表面を有する透明基板はダイオ
ードチップの第１表面に配置され、透明オーミック電極
はダイオードチップの第２表面に配置され、反射膜は透
明オーミック電極上に形成され、高伝熱性のサブマウン
ト上には接触電極とはんだペーストを介してダイオード
チップが載置され、ダイオードチップの上方には、光線
の一部を吸収し、補色光線を発して白色光を可視光にす
る蛍光樹脂体が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオードに
関し、特に、高効率白色発光ダイオードの構造に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】発光ダイオード(Light Emitting Diode,
LED)は、ｐ型半導体とｎ型半導体を接合させてから、
それぞれを正極と負極に接続させ、順方向に圧力をかけ
て、ｐ型半導体の正孔とｎ型半導体の電子をｐｎ接合部
(pn Junction)近辺にて結合させることで発光する、と
いう原理の半導体デバイスであり、電気エネルギーを光
エネルギーに変換させ、その変換効率が高いものであ
る。各種の色を発光するダイオード、例えば、赤色発光
ダイオード、黄色発光ダイオードなどが次々に開発さ
れ、すでに量産されるに至っている。
【０００３】そして今日、白色発光ダイオードの開発も
なされた。これは、光源である青色発光ダイオードの青
色光の一部を蛍光物質により吸収し、黄色または黄緑色
に変換させた後、残余の青色光、黄色光、または、黄緑
光を混色させ、白色光を形成するという原理のものであ
る。図１に、日亜化学工業株式会社による欧州特許第Ｅ
Ｐ０９３６６８２号にかかる発明の白色発光ダイオード
の構造説明図を示す。これによれば、青色発光ダイオー
ドチップ１０２は、発光面を上向きに、基板１０４を下
向きにして、リードフレーム１１２のカップ内に貼り付
けられ、さらに、ワイヤーボンディング方式によりリー
ド線１０８が作製されるという構造を有する。そして、
セリウム(Cerium, Ｃｅ)で付活されたイットリウム−ア
ルミニウム−ガーネット(Yttrium Aluminum Garnet,Ｙ
ＡＧ）系蛍光体が青色発光ダイオードチップ１０２にコ
ーティングされた後、透明エポキシ樹脂１１０でモール
ドされ、ランプ１００が形成されている。
【０００４】図２に示すのは、松下電子工業株式会社に
よる国際特許第ＷＯ９８/３４２８５号の、フリップチ
ップ(Flip Chip, Ｆ／Ｃ)方式による青色発光ダイオー
ド及びその製造方法である。図示されるように、青色発
光ダイオード２００は、透明基板２１２を上向きに、発
光ダイオードチップ２１６の発光面を裏返しに設置して
作製されており、また、発光ダイオードチップ２１６の
ｐ電極２０４ａとｎ電極２０４ｂは、金マイクロバンプ
(Au Micro Bump)２１４ａ、２１４ｂを介し、シリコン
材２０２のｎ電極２０６ａと２０６ｂに接続されてい
る。このシリコン材２０２は、リードフレーム２０８に
貼り付けられ、さらにワイヤーボンディング方式によっ
てリード線２１０が形成され、最後にモールド(成型)を
行ない、青色発光ダイオード電子部品が完成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記した白色発光ダイ
オードに採用されている青色発光ダイオードチップは、
発光表面が平坦であるため、屈折の法則(Snell's Law)
から、臨界角θc=sin-1（ｎ2/ｎ1）、ここに、n2、n1は
それぞれ半導体と半導体周辺材料の屈折率であり、n1=
３．４、n2=１．５であり、θc=２７°とである。これ
によれば、円錐体内の光だけが半導体表面から出射され
るのであり、故に光の出力効率は制限を受けることにな
る。さらに、発光ダイオードチップは正方向に配置され
ているため、基板を裏返しに設置し、且つ、ｐ-電極と
ｎ-電極が同時に出光面に存在したとしても、電極面積
の一部が発光ダイオードチップから発せられた光線の出
射を妨げ、出光効率に影響を及ぼす。
【０００６】また、上記した青色発光ダイオード電子部
品は、青色発光ダイオードチップをシリコン材上に貼り
付けるという方式によって作製されている。発光ダイオ
ードの動作電流が２０ｍＡであるとき、シリコン材は、
その熱特性及び電気特性からして、発光ダイオードのサ
ブマウント(Submount)として、なお適用に耐えることが
できる。しかし、高効率発光ダイオードは動作電流が比
較的大きいことから、サブマウントの特性に対する要求
も高くなるため、この場合、シリコン材は発光ダイオー
ドのサブマウントとして、適用に耐えなくなってしま
う、という問題があった。
【０００７】上記問題に鑑みて、本発明は、発光ダイオ
ードチップの出光面を粗くし、光線が臨界角に入射する
確率を大きくすることにより、光の出力効率を高めるこ
とを目的とするものである。
【０００８】また、本発明の白色発光ダイオードの構造
は、フリップチップ方式を採用し、電極の遮光を回避
し、効果的に白色発光ダイオードの出光効率を向上させ
ることも目的としている。
【０００９】さらに、本発明は、高伝熱率材料によるサ
ブマウントを用い、白色発光ダイオードの入出力効率を
高めることをその目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１にかかる発明の高効率白色発光ダイオード
は、第１表面と第２表面とを有する発光ダイオードチッ
プと、第１表面に配置され、粗い表面を有する透明基板
と、第２表面に配置される透明オーミック電極と、透明
オーミック電極に配置され、発光ダイオードチップとの
間に透明オーミック電極を介在させる金属反射膜と、金
属反射膜に配置され、これと電気的に接続する第１接触
電極と、第２表面に配置される第２接触電極と、第１接
触電極と第２接触電極にそれぞれ対応する、少なくとも
２本以上の導電線を有し、発光ダイオードチップを載置
させるサブマウントと、第１接触電極とこれに対応する
方の前記導電線との間、および第２接触電極とこれに対
応する他方の前記導電線との間にそれぞれ介在し、各電
極を各導電線に電気的に接続するための複数のはんだペ
ーストと、透明基板上に配置され、発光ダイオードチッ
プを被覆する蛍光樹脂体とを含むことを特徴とするもの
である。
【００１１】また、請求項２にかかる発明の高効率白色
発光ダイオードは、第１表面と第２表面とを有する発光
ダイオードチップと、第１表面に配置され、粗い表面を
有する透明基板と、第２表面に配置される透明オーミッ
ク電極と、透明オーミック電極の一部が露呈されるよう
に透明オーミック電極に配置され、発光ダイオードチッ
プとの間に透明オーミック電極を介在させる非金属反射
膜と、非金属反射膜に配置され、透明オーミック電極の
一部と電気的に接続する第１接触電極と、第２表面に配
置される第２接触電極と、第１接触電極と第２接触電極
にそれぞれ対応する、少なくとも２本以上の導電線を有
し、フリップチップ方式により発光ダイオードチップを
載置させるサブマウントと、第１接触電極とこれに対応
する方の導電線との間、および第２接触電極とこれに対
応する他方の記導電線との間にそれぞれ介在し、各電極
を各導電線に電気的に接続するための複数のはんだペー
ストと、透明基板上に配置され、発光ダイオードチップ
を被覆する蛍光樹脂体とを含むことを特徴とするもので
ある。
【００１２】また、請求項３にかかる発明の高効率白色
発光ダイオードは、アレー配置により平面照明用装置を
形成する白色発光ダイオードであって、第１表面と第２
表面とを有する発光ダイオードチップと、第１表面に配
置され、粗い表面を有する透明基板と、第２表面に配置
される透明オーミック電極と、透明オーミック電極に配
置され、発光ダイオードチップとの間に透明オーミック
電極を介在させる金属反射膜と、金属反射膜に配置さ
れ、これと電気的に接続する第１接触電極と、第２表面
に配置される第２接触電極と、第１接触電極と第２接触
電極にそれぞれ対応する、少なくとも２本以上の導電線
を有し、発光ダイオードチップを載置させるサブマウン
トと、第１接触電極とこれに対応する方の導電線との
間、および第２接触電極とこれに対応する他方の導電線
との間にそれぞれ介在し、各電極を各導電線に電気的に
接続するための複数のはんだペーストと、透明基板上に
配置され、発光ダイオードチップを被覆する蛍光樹脂体
とを含むことを特徴とするものである。
【００１３】また、請求項４にかかる発明の高効率白色
発光ダイオードは、アレー配置により平面照明用装置を
形成する白色発光ダイオードであって、第１表面と第２
表面とを有する発光ダイオードチップと、第１表面に配
置され、粗い表面を有する透明基板と、第２表面に配置
される透明オーミック電極と、透明オーミック電極の一
部が露呈されるように透明オーミック電極に配置され、
発光ダイオードチップとの間に透明オーミック電極を介
在させる非金属反射膜と、非金属反射膜に配置され、透
明オーミック電極の一部と電気的に接続する第１接触電
極と、第２表面に配置される第２接触電極と、第１接触
電極と第２接触電極にそれぞれ対応する、少なくとも２
本以上の導電線を有し、フリップチップ方式により発光
ダイオードチップを載置させるサブマウントと、第１接
触電極とこれに対応する方の導電線との間、および第２
接触電極とこれに対応する他方の導電線との間にそれぞ
れ介在し、各電極を各導電線に電気的に接続するための
複数のはんだペーストと、透明基板上に配置され、発光
ダイオードチップを被覆する蛍光樹脂体とを含むことを
特徴とするものである。
【００１４】請求項５にかかる発明は、請求項１乃至４
のいずれかに記載の高効率白色発光ダイオードにおい
て、発光ダイオードチップが、青色発光ダイオードチッ
プを含むことを特徴とする。
【００１５】さらに、請求項６にかかる発明は、請求項
１乃至４のいずれかに記載の高効率白色発光ダイオード
において、上記蛍光樹脂体が、蛍光粉体を含有し、上記
発光ダイオードチップから発せられた光線の一部を吸収
して補色光線を発し、白色光を形成させるものであるこ
とを特徴とする。
【００１６】また、請求項７にかかる発明は、請求項１
乃至４のいずれかに記載の高効率白色発光ダイオードに
おいて、透明基板の粗い表面の凹凸度が、０．１μm〜
１．０μmであることを特徴とする。
【００１７】また、請求項８にかかる発明は、請求項１
乃至４のいずれかに記載の高効率白色発光ダイオードに
おいて、粗い表面が、規則的な凹凸面を含むものである
ことを特徴とする。
【００１８】また、請求項９にかかる発明は、請求項１
乃至４のいずれかに記載の高効率白色発光ダイオードに
おいて、粗い表面の上に、出光率を高めるための反射防
止膜を設置することを特徴とする。
【００１９】また、請求項１０にかかる発明は、請求項
１もしくは３に記載の高効率白色発光ダイオードにおい
て、金属反射膜が、銀およびアルミニウムのいずれかで
あることを特徴とする。
【００２０】また、請求項１１にかかる発明は、請求項
１乃至４のいずれかに記載の高効率白色発光ダイオード
において、サブマウントが、高伝熱材料を含むものであ
ることを特徴とする。
【００２１】また、請求項１２にかかる発明は、請求項
１１に記載の高効率白色発光ダイオードにおいて、サブ
マウントが、人工ダイヤモンド、窒化アルミニウム、酸
化アルミニウム、炭化ケイ素からなるグループより選択
されるものであることを特徴とする。
【００２２】また、請求項１３にかかる発明は、請求項
１乃至４のいずれかに記載の高効率白色発光ダイオード
において、はんだペーストが、錫−金合金、錫−鉛合
金、錫−銀合金、インジウムからなるグループより選択
されるものであることを特徴とする。
【００２３】また、請求項１４にかかる発明は、請求項
１もしくは２に記載の高効率白色発光ダイオードにおい
て、サブマウントが載置されるカップを有するリードフ
レームと、２本の導電線と前記リードフレームの間にそ
れぞれ配置され、両者を電気的に接続するための２本の
リード線とを含むことを特徴とする。
【００２４】また、請求項１５にかかる発明は、請求項
１４に記載の高効率白色発光ダイオードにおいて、２本
のリード線が、金およびアルミニウムから選択されるも
のであることを特徴とする。
【００２５】また、請求項１６にかかる発明は、請求項
１もしくは２に記載の高効率白色発光ダイオードにおい
て、サブマウントが、第１表面と第２表面を有し、２本
の導電線がサブマウントの第１表面から延伸してサブマ
ウントの第２表面に至るように設けられ、サブマウント
の第２表面に位置する部分の導電線が、表面実装技術に
より外部デバイスと電気的に接続可能となるものである
ことを特徴とする。
【００２６】また、請求項１７にかかる発明は、請求項
２もしくは４に記載の高効率白色発光ダイオードにおい
て、非金属反射膜が、透明オーミック電極上に複数の高
効率屈折光学膜と複数の低効率屈折光学膜とを交互に堆
積して形成したものであることを特徴とする。
【００２７】また、請求項１８にかかる発明は、請求項
１７に記載の高効率白色発光ダイオードにおいて、高屈
折率光学膜が、三酸化ビスマス、三酸化アンチモン、酸
化セリウム、二酸化チタン、酸化ジルコニウムからなる
グループより選択されるものであることを特徴とする。
【００２８】また、請求項１９にかかる発明は、請求項
１７に記載の高効率白色発光ダイオードにおいて、低屈
折率光学膜が、フッ素カルシウム、フッ素マグネシウ
ム、二酸化ケイ素、酸化アルミニウムからなるグループ
より選択されるものであることを特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を、添付図
面を参照しながら詳細に説明する。 ［第１実施例］図３に示すように、本発明にかかる白色
発光ダイオードは、第１表面３２２と第２表面３２４を
有する発光ダイオードチップ３００と、粗い表面３２８
を有する透明基板３０２と、反射防止膜３２６と、透明
オーミック電極３０４と、反射膜３０６と、第１接触電
極３０８ａと、第２接触電極３０８ｂと、発光ダイオー
ドチップ３００を載置させ、導電線３１４を有するサブ
マウント３１０と、はんだペースト３１２と、蛍光樹脂
体３２０等を含む構成からなっている。
【００３０】図３からわかるように、透明基板３０２
は、発光ダイオードチップの第１表面３２２に配置され
ているため、透明基板３０２の粗い表面３２８は接合面
の外側に位置されることとなる。また、透明オーミック
電極３０４は発光ダイオードチップの第２表面３２４
に、反射膜３０６は透明オーミック電極３０４に配置さ
れているため、透明オーミック電極３０４は、反射膜３
０６と発光ダイオードチップ３００間に介在することと
なる。第１接触電極３０８ａと第２接触電極３０８ｂ
は、それぞれ反射膜３０６と発光ダイオードチップ３０
８の外側に配置されている。尚、以下の説明において、
透明オーミック電極３０４と、反射膜３０６と、第１接
触電極３０８ａとを合わせてｐ型電極と呼び、また、第
２接触電極３０８ｂをｎ型電極と呼ぶ。
【００３１】発光ダイオードチップ上の第１接触電極３
０８ａおよび第２接触電極３０８ｂは、はんだペースト
３１２を介してそれぞれサブマウント３１０上の導電線
３１４に電気的に接触されているため、外部電源(図示
せず)と接続可能な状態となる。また、粗い表面による
発光ダイオードチップ３００が発する光線の反射を抑制
し、光線をスムーズに粗い表面３２８から出射させ、発
光ダイオードデバイス全体の出射効率を高めるため、透
明基板３０２の粗い表面３２８上に反射防止膜(Anti-Re
flection Coating, ＡＲＣ)３２６を設けても良い。こ
の際、反射防止膜３２６は、粗い表面３２８と共焦点形
（Conformal）する。
【００３２】発光ダイオードチップ３００、サブマウン
ト３１０及びその他の部品は、リードフレーム３１６の
カップ３３０内に搭載される。リード線３１８は、サブ
マウント３１０上の導電線３１４と、リードフレーム３
１６との間に設けられ、両者を電気的に接続させる。こ
のリード線３１８の材料としては、金(Au)やアルミニウ
ム(Al)などが挙げられる。また、接続方式としては、ワ
イヤーボンディングなどを用いる。
【００３３】リードフレーム３１６のカップ３３０内に
は、蛍光樹脂体３２０、反射防止膜３２６、透明基板３
０２、発光ダイオードチップ３００、及びサブマウント
３１０などの部品が搭載されており、これらの構造によ
り、発光ダイオードチップ３００が発する波長の光の一
部が吸収され、これに相当する光線が発生されて、白色
光が可視光となる。
【００３４】図１に示したような従来の白色発光ダイオ
ードは、発光ダイオードチップの表面が平坦であるた
め、その光出射率は１０％しかない。そこで、本発明
は、出光効率を高めるために、出光表面を凹凸に形成し
た。こうすることにより、境界面における光の入射と出
射との関係、条件が変わるため、凹凸度に調整を加える
ことで、入射光が臨界角に入る確率を増加させることが
できる。、特に、入射光が何度か反射された状況の下に
おいて、その効果はより明らかとなる。
【００３５】また、本発明は、フリップチップ方式を用
いた発光ダイオードチップ構造を採用しており、さら
に、透明基板３０２を発光ダイオードチップ３００上に
配置して、透明基板３０２と第１表面３２２を接合さ
せ、透明基板３０２が所望の形状の粗い表面３２８を提
供できるようにしてある。この粗い表面３２８の形成方
法としては、研磨による不規則な凹凸の形成、または、
フォトリソグラフィー(Photolithography)技術とエッチ
ング技術による規則的、若しくは、周期的変化を呈する
凹凸の形成などが含まれる。粗い表面３２８の表面粗さ
は、約０.１μmから１.０μmの間が好適な範囲である。
そして、粗い表面３２８の外側に反射防止膜３２６を配
置することにより、更に出光効率が高まる。
【００３６】透明オーミック電極３０４が発光ダイオー
ドチップの第２表面３２４に配置されているのは、発光
ダイオードチップ中のｐ型トランジスターと良好なオー
ム接触を形成させて、ｐ型トランジスター表面に電流を
平均的に分布させ、遮光の現象を回避するとともに、透
明オーミック電極３０４と接着状態にある反射膜３０６
の効果をより高めるためである。透明オーミック電極３
０４に貼設されている反射膜３０６は、金属メッキ層、
または、非金属材料の組合わせなどから選択することが
できる。本実施例においては、反射膜３０６がｐ型トラ
ンジスターとオーム接触を形成する必要がないため、そ
の材料は、銀(Ag)、アルミニウム(Al)等のような純金属
を含むものとする。
【００３７】反射膜３０６と、発光ダイオードチップ３
００の外側に、それぞれ配置される第１接触電極３０８
ａと第２接触電極３０８ｂは、発光ダイオードチップ３
００を外部電源と電気的に接続させる径路となり、電流
を発光ダイオードチップ外部から透明オーミック電極３
０４へと導入させるものである。反射膜３０６は金属メ
ッキ層からなるため、第１接触電極３０８ａを直接該反
射膜３０６上に作製することができる。
【００３８】さらに、これらの接触電極３０８ａ、３０
８ｂは、良好なはんだ付け性を有しているため、はんだ
ペースト３１２と反応して結合することができるととも
に、はんだペースト３１２が拡散し透明オーミック電極
３１２に進入することによる部品の劣化を防ぐことがで
きる。第１接触電極３０８ａと第２接触電極３０８ｂ
は、２層、または、２層以上の金属層から構成され、反
射膜３０６と接合する内層の金属材料としては、プラチ
ナ(Pt)、ニッケル（Ni）などを用い、また、外層の金属
材料としては、金(Au)、銅(Cu)などを用いることができ
る。
【００３９】従来の発光ダイオードランプは、銀ペース
ト(Ag Paste)で発光ダイオードチップをリードフレーム
上に貼り付けて形成されている。しかし、発光ダイオー
ドの動作電流が２０ｍＡとなったとき、銀ペーストの熱
伝導率及び熱膨張係数などの特性に起因して、発光ダイ
オードデバイスの劣化が促進され、更には機能不可能と
なる恐れがある。そのため、高効率の発光ダイオードに
銀ペーストを用いるのは適当ではない。これに対し、本
発明は伝熱係数が高く、発光ダイオードチップ材料との
熱膨張係数差が小さい材料を発光ダイオードチップ３０
０のサブマウント３１０としている。さらに、従来の技
術における銀ペーストをはんだペースト３１２に置き換
え、これを発光ダイオードチップ３００とサブマウント
３１０間の接着剤とし、且つ、フリップチップ方式によ
り、ダイオードチップ３００をサブマウント３１０に固
着させている。はんだペースト３１２の材料としては、
錫−金合金(AuSn)、錫−鉛合金(PbSn)、錫−銀合金(AgS
n)、または、インジウムを使用することが好ましい。
【００４０】本発明のサブマウント３１０は、高熱伝導
率材料の基板からなるものであり、その材料としては、
炭化ケイ素(Silicon Carbide, ＳｉＣ)、窒化アルミニ
ウム(Aluminum Nitride,ＡｌＮ)、酸化アルミニウム(Al
uminum Oxide, ＡｌＯｘ)、化学的気相成長法(Chemical
Vapor Deposition, ＣＶＤ)によって形成された人工ダ
イヤモンド薄膜等を使用することが好ましい。また、本
発明においては、サブマウント３１０とはんだペースト
３１２が設置されているため、発光ダイオードチップ３
００が発光する際に発せられる熱量が、サブマウント３
１０から高速にデバイスへ伝導され、従って、高効率の
発光ダイオードに適用することができ、さらに、発光ダ
イオードの動作電流を約５０ｍＡから７０ｍＡにまで高
めるられるため、高効率操作の目的が達成される。
【００４１】導電線３１４は、電気メッキ(Plating)、
または、薄膜技術(Thin Film Technology)などの方法に
より、サブマウント３１０上に形成される。そして、導
電線３１４の材料は、はんだペースト３１２と良好な接
着性を有する必要があり、且つ、ワイヤーボンディング
が行なえる、金(Au)、銀(Ag)などを用いる。さらに、フ
ォトリソグラフィーに、蒸着(Evaporation)、電気メッ
キ、スクリーン印刷(Screen Printing)または、外部端
子ボール付け技術(Planting)などの技術を組合わせ、導
電線３１４上にはんだペーストバンプ(Slder Bump)を形
成させる。尚、はんだペースト３１２は、ｐ、ｎ型電極
にそれぞれ対置して設けられる。
【００４２】はんだペースト３１２の形状は、円柱形、
若しくは、その他の形状でもよく、寸法は、ｐ、ｎ電極
よりも約２分の１から３分の１ほど小さく、高さは、５
μｍから５０μｍとすることが好ましい。はんだペース
ト３１２は、サブマウント３１０上、または、発光ダイ
オードチップのｐ、ｎ電極上に形成してもよい。はんだ
ペースト３１２を発光ダイオードチップのｐ、ｎ電極上
に形成する場合、発光ダイオードチップ３００とサブマ
ウント３１０に、両者が粘着するときに必要な位置合わ
せ(Alignment)精度の範囲が広くなり、且つ、フリップ
チップボンディング機器を用いなくても、チップの貼り
付けが行なえる。
【００４３】発光ダイオードチップ３００は、透明基板
３０２を上向きにして貼り付けられているので、はんだ
ペースト３１２がサブマウント３１０上にあるとき、発
光ダイオードチップ３００のｐ、ｎ電極の位置、及びサ
ブマウント３１０とはんだペースト３１２の位置をフリ
ップチップボンディング機器で確認しながら、位置合わ
せ、加圧着などの操作を行なうことができる。故に、発
光ダイオードチップ３００とサブマウント３１０の貼り
付け作業は１回で完成される。また、予めサブマウント
３１０を切り分けることをせず、すべての発光ダイオー
ドチップの位置合わせが完了し、これを放置した後、加
圧着し、１度に加熱してサブマウントと粘着させ、続い
て、粘着したものを切断して複数の発光ダイオードチッ
プとサブマウントを作製してもよい。後者の製造過程の
長所は、これに採用するボンディング機器は加熱機能を
具備する必要がないため、機器の設計及び構造が簡単化
され、コストを低下させることができる。さらに、製造
が快速に行なえ、量産が容易になることもこの種の機器
のメリットである。尚、はんだペーストと発光ダイオー
ドチップは、未加熱の状態において粘着性を有していな
いため、はんだ付け剤(Flux)を使用し、発光ダイオード
チップが放置後に振動によって偏移、剥離するのを防止
する必要がある。そして、製造過程の後半の段階におい
て、はんだ付け剤を洗浄する。
【００４４】ランプ型発光ダイオードを封止するには、
熱伝導の高い樹脂体で発光ダイオードチップ３００のサ
ブマウント３１０をリードフレーム３１６のカップ３３
０内に固定する。この際、発光ダイオードチップ３００
の辺縁から出射する光線が、カップ３３０によって反
射、集合されて出射できるよう、発光ダイオードチップ
３００の出光表面は、カップ３３０の辺縁よりもかなり
低くする必要がある。さらに、リード線３１８により、
サブマウント３１０上の導電線とリードフレーム３１６
を電気的に接触させ、最後に、蛍光粉体を含んだ透明樹
脂体３２０をカップ３２０内に注ぎ込んだら、発光ダイ
オードチップ３００を完全に被覆するか、または、外側
に延伸させ、各種形式のレンズを形成する。
【００４５】蛍光樹脂体３２０中の蛍光粉体は、発光ダ
イオードチップの本来の色が有するエネルギーを吸収
し、光線を発する。そして、発光ダイオードチップと蛍
光粉体の２種類の色が混色し、白色の光が出力される。
発光ダイオードチップが発する本来の光が青色光だとす
ると、蛍光粉体には青色光を吸収して黄色光を発生させ
る有機材料、若しくは、無機材料を採用するものとす
る。また、発光ダイオードチップが発する光が紫外光(U
ltraviolet, UV)であれば、蛍光粉体には、紫外光を吸
収し、赤、青、緑色の三色を発する有機材料、若しく
は、無機材料を採用するものとする。
【００４６】次に、本発明の第１実施例にかかる別の形
態の高効率白色発光ダイオードの構造説明図を図２に示
す。その構造は、図３の発光ダイオードと大体において
類似しており、第１表面４２２と第２表面とを含む発光
ダイオードチップ４００と、凹凸表面４２８を有する透
明基板４０２と、反射防止膜４２６と、透明オーミック
電極４０４と、反射膜４０６、第１接触電極４０８ａ及
び第２接触電極４０８ｂと、発光ダイオード４００を載
置させ、導電線４１４を有するサブマウント４１０と、
はんだペースト４１２及び蛍光樹脂体４２０とから構成
されている。
【００４７】図４の反射膜４０６は、非金属材料から構
成されているため、第１接触電極４０８ａを透明オーミ
ック電極４０４と直接電気的に接続させて導電させるた
め、透明オーミック電極４０４の一部を露出させる必要
があり、従って、反射膜４０６の一部を除去しなくては
ならない。高屈折率の光学薄膜と低屈折率の光学薄膜を
交互に堆積することにより、それぞれ異なった目的を有
する干渉多層膜を作製することができる。よって、この
光学混合膜は、反射膜４０６に適用できる。
【００４８】図５は、図４における非金属反射膜の断面
図を示したものである。反射膜５００(図４における反
射膜４０６)は、透明オーミック電極（図４における透
明オーミック電極４０４）上に、高屈折率光学薄膜５０
２ａ、５０２ｂと、低屈折率光学薄膜５０４ａ、５０４
ｂを交互に成長させて形成したものである。尚、高屈折
率光学薄膜５０２ａ、５０２ｂ、及び低屈折率光学薄膜
５０４ａ、５０４ｂの層数について、特に制限はない。
高屈折率光学薄膜５０２ａ、５０２ｂには、屈折率が２
より大きい材料を選び、三酸化ビスマス(Bismuth Triox
ide, Ｂｉ2Ｏ3)、三酸化アンチモン(Antimony Oxide,
Ｓｂ2Ｏ3)、酸化セリウム(Cerium Oxide,ＣｅＯ2)、ニ
酸化チタン(Titanium Dioxide, ＴｉＯ2)、酸化ジルコ
ニウム(Zirconium Dioxide, ＺｒＯ2)などは好適な例で
ある。また、低屈折率光学薄膜５０４ａ、５０４ｂに
は、屈折率が１．５より小さい材料を選び、フッ素カル
シウム(Calcium Fluoride, ＣａＦ2)、フッ素マグネシ
ウム(Magnesium Fluoride,ＭｇＦ2)、二酸化ケイ素(Sil
icon Dioxide, ＳｉＯ2)、酸化アルミニウムなどが好適
な例として挙げられる。
【００４９】図４における、発光ダイオードチップ４０
０と、透明基板４０２と、反射防止膜４２６と、透明オ
ーミック電極４０４と、第２接触電極４０８ｂと、発光
ダイオードチップ４００を載置させ、導電線４１４を備
えるサブマウント４１０と、はんだペースト４１２と、
蛍光樹脂体４２０とを具備するデバイスは、図３で示し
たデバイスと対応する各部品の配置方式、材料と同様の
ものを採用することができる。 ［第２実施例］白色発光ダイオードを封止して、表面実
装型デバイス(Surface Mounting Device)としてもよ
い。図６に示すのは、本発明にかかる第２実施例の表面
実装技術(Surface Mounting Technology, ＳＭＴ)型構
造説明図である。第１実施例の図３の構造に類似して、
本実施例の表面実装型白色発光ダイオードも、第１表面
６２２と第２表面６２４を有する発光ダイオードチップ
６００と、粗い表面６２８を有する透明基板６０２と、
反射防止膜６２６と、透明オーミック電極６０４と、反
射膜６０６と、第１接触電極６０８ａ及び第２接触電極
６０８ｂと、発光ダイオードチップ６００を載置し、導
電線６１４を有するサブマウント６１０と、はんだペー
スト６１２と、蛍光樹脂体６２０とを具備するものであ
る。
【００５０】図６に示すように、サブマウント６００は
第１表面６３０と第２表面６３２とを有しており、第１
表面６３０には発光ダイオードチップ６００が載置され
る。第１表面６３０と第２表面６３２には、それぞれ導
電線６１４が設けられている。この第１表面６３０と第
２表面６３２の両導電線６１４は、電気的に導通してお
り、即ち、サブマウント６１０上に配置された導電線６
１４は、第１表面６３０から延伸して第２表面６３２に
至っている。本実施例にかかる白色発光ダイオードは、
第２表面６３２の導電線６１４を介して、表面実装技術
により、外部のデバイス(図示せず)と電気的に接続され
る。
【００５１】本発明にかかる第２実施の発光ダイオード
の作製も、第１実施例において記述したのと同様の方式
を採用する。例えば、サブマウント６１０を前もって切
断せずに、先ず、すべての発光ダイオードチップ６００
を裏返し、加熱溶融により接合させ、封止する、などの
作業を行なった後に、１個１個のデバイスに切り分け
る。
【００５２】第１実施例における図３と同様に、透明オ
ーミック電極６０４に粘着された反射膜６０６の材料と
しては、金属メッキ、若しくは、非金属材料の組合わせ
のいずれかを選択することができる。反射膜６０６が金
属メッキから構成されている場合、発光ダイオードチッ
プ６００、透明基板６０２、反射防止膜６２６、透明オ
ーミック電極６１２、第１接触電極６０８ａ、第２接触
電極６０８ｂ、サブマウント６１０、はんだペースト６
１２、及び蛍光樹脂体６２０などの各部品は、その配置
方式と各部品に使用する材料において、第１実施例の図
３の場合と同様のものを使用することができる。
【００５３】また、反射膜６０６が非金属材料で構成さ
れている場合は、透明オーミック電極、反射膜、接触電
極間の対応及び接続関係において、第１実施例の図４の
場合と同様である。つまり、接触電極と透明オーミック
電極を直接電気的に接続させ、電流を導通可能とするべ
く、透明オーミック電極の一部を露呈させる必要があ
り、そのために、反射膜の一部を除去しなくてはならな
い。故に、図６においては、本発明を説明する一例とし
て、透明オーミック電極、反射膜、接触電極間の接続関
係を示しているが、これによって本発明の範囲が限定さ
れるものではない。また、反射膜が非金属材料で構成さ
れている場合、高屈折率光学薄膜と低屈折率光学薄膜を
交互に堆積させて所望の反射膜を形成してもよく、この
場合の構造は図５のものと実質的に同じである。
【００５４】本実施例の白色発光ダイオードは、表面実
装技術により作製されているため、ワイヤーボンディン
グによる接合の必要がなくなり、部品の微小化が実現さ
れる。よって、近年における電子デバイスに対する軽量
化、薄型化、小型化といったニーズに、十分応えること
ができるものである。
【００５５】また、本発明の白色発光ダイオードは、面
積の大きい照明用の白色発光ダイオードとして適用する
こともできる。図７は、本発明の実施例に基いた照明用
部品の構造を示す平面図である。図示されているよう
に、この種の大面積照明用装置７００は、すでに実施例
において何度も説明した発光ダイオード７０２によって
構成されるものである。そして、この白色発光ダイオー
ド７０２は同一平面上に、アレー配置され、大面積照明
用装置７００を形成する。ここでは、白色発光ダイオー
ドチップは、矩形状に配列されている。
【００５６】図７において、白色発光ダイオード７０２
は円形を呈し、矩形状に配列されているが、これは本発
明の一例にすぎず、発明の範囲を限定するものではな
い。適宜必要に応じ、白色発光ダイオード７０２は、そ
の他の各種形状、配列をとることができる。
【００５７】第２実施例の表面実装型白色発光ダイオー
ドの構造は、ダイシングによる切り分け作業を行なわな
くても、発光ダイオードチップを搭載するサブマウント
に蛍光樹脂体(蛍光粉体を含有する透明樹脂)を直接塗布
すれば、液晶ディスプレイ等といった大面積の照明用光
源を得ることができる。その製造過程は、サブマウント
の導電線を、発光ダイオードの分布及び駆動回路に応じ
て設計する必要がある以外は、上記した実施例における
それとほぼ同様で、発光ダイオードチップを裏返し、過
熱溶融により接合、固着させ、封止するといったステッ
プでデバイスを完成させることができる。
【００５８】以上のごとく、本発明を好適な実施例によ
り開示したが、もとより、本発明を限定するためのもの
ではなく、当業者であれば容易に理解できるように、本
発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに
修正が当然なしうるものであるから、特許請求の範囲、
及び、それと均等な領域を基準として定めなければなら
ない。
【００５９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
透明基板の表面を粗くし、特殊なｐ型電極及びフリップ
チップボンディングを採用したことにより、高効率の青
色発光ダイオードを作製することができ、さらに、適度
な蛍光粉体を添加することによって、高効率の白色発光
ダイオードを提供することができる。
【００６０】また、透明基板の表面が粗くなった結果、
出光率が大幅に向上され、フリップチップボンディング
により、表面発光面積を１００％まで増加させることが
できる。さらに、適度に添加された蛍光粉体は、発光ダ
イオードチップが発する光線を白色に変換させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術にかかる白色発光ダイオードの構造説
明図である。
【図２】従来の技術にかかるフリップチップ方式による
青色発光ダイオードの構造説明図である。
【図３】本発明にかかる第１実施例の金属反射膜を有す
る高効率白色発光ダイオードを示す構造説明図である。
【図４】本発明にかかる非金属反射膜を有する高効率白
色発光ダイオードを示す構造説明図である。
【図５】図４における非金属反射膜の断面図である。
【図６】本発明にかかる第２実施例の表面実装型の高効
率白色発光ダイオードの構造説明図である。
【図７】本発明にかかる高効率白色発光ダイオードを用
いて製造した平面照明デバイスの構造を示す平面図であ
る。
【符号の説明】
１００、７０２ 白色発光ダイオード １０２、２１６、３００、４００、６００ 発光ダイオ
ードチップ １０４ 基板 １０６、３３０、４３０ カップ １０８、２１０、３１８、４１８ リード線 １１０、透明エポキシ樹脂 ３２０、４２０、６２０ 蛍光樹脂体 １１２、２０８、３１６、４１６ リードフレーム ２００ 青色発光ダイオード ２０２ シリコン材 ２０４ａ、２０４ｂ 青色発光ダイオード電極 ２０６ａ、２０６ｂ シリコン材電極 ２１２、３０２、４０２、６０２ 透明基板 ２１４ａ、２１４ｂ 金マイクロバンプ ３０４、４０４、６０４ 透明オーミック電極 ３０６、４０６、５００、６０６ 反射膜 ３０８ａ、３０８ｂ、４０８ａ、４０８ｂ、６０８ａ、
６０８ｂ 接触電極 ３１０、４１０、６１０ サブマウント ３１２、４１２、６１２ はんだペースト ３１４、４１４、６１４ 導電線 ３２２、４２２、６２２ 発光ダイオードチップの第１
表面 ３２４、４２４、６２４ 発光ダイオードチップの第２
表面 ３２６、４２６、６２６ 反射防止膜 ３２８、４２８、６２８ 粗い表面 ５０２ａ、５０２ｂ 高屈折係数材料 ５０４ａ、５０４ｂ 低屈折係数材料 ６３０、６３２ サブマウントの表面 ７００ 大面積照明用装置

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１表面と、第２表面とを有する発光ダ
    イオードチップと、 前記第１表面に配置され、粗い表面を有する透明基板
    と、 前記第２表面に配置される透明オーミック電極と、 前記透明オーミック電極に配置され、前記発光ダイオー
    ドチップとの間に前記透明オーミック電極を介在させる
    金属反射膜と、 前記金属反射膜に配置され、これと電気的に接続する第
    １接触電極と、 前記第２表面に配置される第２接触電極と、 前記第１接触電極と前記第２接触電極にそれぞれ対応す
    る、少なくとも２本以上の導電線を有し、前記発光ダイ
    オードチップを載置させるサブマウントと、 前記第１接触電極とこれに対応する方の前記導電線との
    間、および前記第２接触電極とこれに対応する他方の前
    記導電線との間にそれぞれ介在し、前記各電極を前記各
    導電線に電気的に接続するための複数のはんだペースト
    と、 前記透明基板上に配置され、前記発光ダイオードチップ
    を被覆する蛍光樹脂体とを含むことを特徴とする高効率
    白色発光ダイオード。
  2. 【請求項２】 第１表面と、第２表面とを有する発光ダ
    イオードチップと、 前記第１表面に配置され、粗い表面を有する透明基板
    と、 前記第２表面に配置される透明オーミック電極と、 前記透明オーミック電極の一部が露呈されるように前記
    透明オーミック電極に配置され、前記発光ダイオードチ
    ップとの間に前記透明オーミック電極を介在させる非金
    属反射膜と、 前記非金属反射膜に配置され、前記透明オーミック電極
    の一部と電気的に接続する第１接触電極と、 前記第２表面に配置される第２接触電極と、 前記第１接触電極と前記第２接触電極にそれぞれ対応す
    る、少なくとも２本以上の導電線を有し、フリップチッ
    プ方式により前記発光ダイオードチップを載置させるサ
    ブマウントと、 前記第１接触電極とこれに対応する方の前記導電線との
    間、および前記第２接触電極とこれに対応する他方の前
    記導電線との間にそれぞれ介在し、前記各電極を前記各
    導電線に電気的に接続するための複数のはんだペースト
    と、 前記透明基板上に配置され、前記発光ダイオードチップ
    を被覆する蛍光樹脂体とを含むことを特徴とする高効率
    白色発光ダイオード。
  3. 【請求項３】 アレー配置により平面照明用装置を形成
    する白色発光ダイオードであって、 第１表面と、第２表面とを有する発光ダイオードチップ
    と、 前記第１表面に配置され、粗い表面を有する透明基板
    と、 前記第２表面に配置される透明オーミック電極と、 前記透明オーミック電極に配置され、前記発光ダイオー
    ドチップとの間に前記透明オーミック電極を介在させる
    金属反射膜と、 前記金属反射膜に配置され、これと電気的に接続する第
    １接触電極と、 前記第２表面に配置される第２接触電極と、 前記第１接触電極と前記第２接触電極にそれぞれ対応す
    る、少なくとも２本以上の導電線を有し、前記発光ダイ
    オードチップを載置させるサブマウントと、 前記第１接触電極とこれに対応する方の前記導電線との
    間、および前記第２接触電極とこれに対応する他方の前
    記導電線との間にそれぞれ介在し、前記各電極を前記各
    導電線に電気的に接続するための複数のはんだペースト
    と、 前記透明基板上に配置され、前記発光ダイオードチップ
    を被覆する蛍光樹脂体とを含むことを特徴とする高効率
    白色発光ダイオード。
  4. 【請求項４】 アレー配置により平面照明用装置を形成
    する白色発光ダイオードであって、 第１表面と、第２表面とを有する発光ダイオードチップ
    と、 前記第１表面に配置され、粗い表面を有する透明基板
    と、 前記第２表面に配置される透明オーミック電極と、 前記透明オーミック電極の一部が露呈されるように前記
    透明オーミック電極に配置され、前記発光ダイオードチ
    ップとの間に前記透明オーミック電極を介在させる非金
    属反射膜と、 前記非金属反射膜に配置され、前記透明オーミック電極
    の一部と電気的に接続する第１接触電極と、 前記第２表面に配置される第２接触電極と、 前記第１接触電極と前記第２接触電極にそれぞれ対応す
    る、少なくとも２本以上の導電線を有し、フリップチッ
    プ方式により前記発光ダイオードチップを載置させるサ
    ブマウントと、 前記第１接触電極とこれに対応する方の前記導電線との
    間、および前記第２接触電極とこれに対応する他方の前
    記導電線との間にそれぞれ介在し、前記各電極を前記各
    導電線に電気的に接続するための複数のはんだペースト
    と、 前記透明基板上に配置され、前記発光ダイオードチップ
    を被覆する蛍光樹脂体とを含むことを特徴とする高効率
    白色発光ダイオード。
  5. 【請求項５】 上記発光ダイオードチップは、青色発光
    ダイオードチップを含むことを特徴とする請求項１乃至
    ４のいずれかに記載の高効率白色発光ダイオード。
  6. 【請求項６】 上記蛍光樹脂体は、蛍光粉体を含有し、
    上記発光ダイオードチップから発せられた光線の一部を
    吸収して補色光線を発し、白色光を形成させるものであ
    ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の
    高効率白色発光ダイオード。
  7. 【請求項７】 上記透明基板の粗い表面の凹凸度は、
    ０．１μm〜１．０μmであることを特徴とする請求項１
    乃至４のいずれかに記載の高効率白色発光ダイオード。
  8. 【請求項８】 上記粗い表面は、規則的な凹凸面を含む
    ものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか
    に記載の高効率白色発光ダイオード。
  9. 【請求項９】 上記粗い表面の上に、出光率を高めるた
    めの反射防止膜を設置することを特徴とする請求項１乃
    至４のいずれかに記載の高効率白色発光ダイオード。
  10. 【請求項１０】 上記金属反射膜は、銀およびアルミニ
    ウムのいずれかであることを特徴とする請求項１もしく
    は３に記載の高効率白色発光ダイオード。
  11. 【請求項１１】 上記サブマウントは、高伝熱材料を含
    むものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれ
    かに記載の高効率白色発光ダイオード。
  12. 【請求項１２】 上記サブマウントは、人工ダイヤモン
    ド、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素
    からなるグループより選択されるものであることを特徴
    とする請求項１１に記載の高効率白色発光ダイオード。
  13. 【請求項１３】 上記はんだペーストは、錫−金合金、
    錫−鉛合金、錫−銀合金、インジウムからなるグループ
    より選択されるものであることを特徴とする請求項１乃
    至４のいずれかに記載の高効率白色発光ダイオード。
  14. 【請求項１４】 上記サブマウントが載置されるカップ
    を有するリードフレームと、上記２本の導電線と前記リ
    ードフレームの間にそれぞれ配置され、両者を電気的に
    接続するための２本のリード線とを含むことを特徴とす
    る請求項１もしくは２に記載の高効率白色発光ダイオー
    ド。
  15. 【請求項１５】 上記２本のリード線が、金およびアル
    ミニウムから選択されるものであることを特徴とする請
    求項１４に記載の高効率白色発光ダイオード。
  16. 【請求項１６】 上記サブマウントは、第１表面と第２
    表面を有し、２本の上記導電線が前記サブマウントの第
    １表面から延伸して前記サブマウントの第２表面に至る
    ように設けられ、前記サブマウントの第２表面に位置す
    る部分の前記導電線が、表面実装技術により外部デバイ
    スと電気的に接続可能となるものであることを特徴とす
    る請求項１もしくは２に記載の高効率白色発光ダイオー
    ド。
  17. 【請求項１７】 上記非金属反射膜は、上記透明オーミ
    ック電極上に複数の高効率屈折光学膜と複数の低効率屈
    折光学膜とを交互に堆積して形成したものであることを
    特徴とする請求項２もしくは４に記載の高効率白色発光
    ダイオード。
  18. 【請求項１８】 上記高屈折率光学膜は、三酸化ビスマ
    ス、三酸化アンチモン、酸化セリウム、二酸化チタン、
    酸化ジルコニウムからなるグループより選択されるもの
    であることを特徴とする請求項１７に記載の高効率白色
    発光ダイオード。
  19. 【請求項１９】 上記低屈折率光学膜は、フッ素カルシ
    ウム、フッ素マグネシウム、二酸化ケイ素、酸化アルミ
    ニウムからなるグループより選択されるものであること
    を特徴とする請求項１７に記載の高効率白色発光ダイオ
    ード。
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