JP2003046136A - 半導体発光素子 - Google Patents

半導体発光素子

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Toshihide Maeda
俊秀 前田
Yasuyuki Hanada
康行 花田
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体発光素子において、可視光の透過性に
優れ高輝度を得て、高度な色度管理を行い、かつ光熱耐
久性を得ること。 【解決手段】 基板1上の電極パターンにバンプ3(ワ
イヤでもよい)を介してLEDチップ2の電極を接続し
たLEDチップ2を実装した半導体発光素子において、
LEDチップ2から発光される光で励起されてその励起
光よりも長波長側の発光を生じる物質からなる蛍光体4
を、基板1上に凸状に実装されたLEDチップ2の全周
を囲むように被覆した。蛍光体4は、1分子内に少なく
とも1個の芳香族環状分子を含有する化合物からなる有
機蛍光体または1分子内に少なくとも1個の典型もしく
は遷移金属イオンを中心に、有機分子もしくは無機分子
を配位子とする化合物からなる有機金属錯体蛍光体とす
る。これにより、高輝度・高精度の色度管理が可能で、
かつ高耐久性の半導体発光素子が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、白色光を出射する
半導体発光素子に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の白色半導体発光素子(LED)と
しては、以下に列記する技術がある。 (1)青色または青紫色の発光ダイオードと、この発光
ダイオードの発光を吸収して可視域に発光する1種また
は2種以上の蛍光体とを組み合わせた白色発光素子にお
いて、発光ダイオードと蛍光体の発光色が加色して互い
に補色の関係になり、白色に発光するように前記蛍光体
を選択する(特開平10−163535号公報)。 (2)発光素子を発光ダイオード・チップとした白色光
源に、波長変換材料を用いて波長変換をすることにより
演色性を向上させる(特開平11−39917号公
報)。具体的には、色素ローダミン(Rhodamin)を溶解
分散させたエポキシ樹脂によりLEDチップを被覆す
る。 (3)LEDチップ状にスパッタリング法を用いて形成
された無機蛍光薄膜により一定の膜厚の蛍光層を形成す
る(特開平11−46015号公報)。(4)発光ダイ
オードの青色光によって励起発光する蛍光体粉末と、そ
の励起光 を散乱させる粉末を主成分とする波長変換蛍光体物質を
アクリル系溶剤で混合し、指針の光導入部に塗布または
印刷して色調交換層を形成して白色光を得る(特開平1
1−248493号公報)。 (5)発光ダイオードに、蛍光物質を含むキャップを着
脱可能に装着してLEDの発光色を白色その他の所望の
色に変換させる。蛍光物質としては、蛍光体、蛍光顔
料、蛍光染料等を使用する(特開平11−87784号
公報)。 (6)窒化ガリウム系半導体LEDチップの上部に、蛍
光体をエポキシ樹脂中に混合分散させたものを流し込ん
で硬化形成させる発光ダイオードを形成する(特開20
00−252523号公報)。 (7)蛍光体として、ポリメタクリル酸エステル等の担
体にRhodamin B, Rhodamin 6G, Basic Yellow HG 等の
染料を溶解させた有機蛍光体を用いる(特開平11−4
6019号公報)。 (8)このほかにも、蛍光体として、EuやTb、Nd
等の希土類錯体を用いることが提案されている(化学と
工業 第53巻 第2号(2000))。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
各従来技術においては、次のような問題点があった。 (1)特開平10−163535号公報に開示された技
術においては、蛍光体は無機粉末であり、可視光散乱は
避けられず、高輝度化に難があった。 (2)特開平11−39917号公報に開示された技術
においては、凹部に色素溶解した樹脂を流し込む形態
で、加工性に難があり、高精度な色度管理が難しい。 (3)特開平11−46015号公報に開示された技術
においては、スパッタリング法によるため、真空蒸着装
置を必要とし、高額な設備を要する。 (4)特開平11−248493号公報に開示された技
術においては、青色励起光源と蛍光体層の距離があり、
励起光が減少し、輝度が低下する。 (5)特開平11−87784号公報に開示された技術
においては、キャップ状の蛍光体含有被覆物は光源から
の距離があり、励起光の減少で高輝度化が難しい。 (6)特開2000−252523号公報に開示された
技術においては、2段の凹部に樹脂と共に蛍光体を流し
込み、その沈降によるものであり、発光の色度管理に難
がある。 (7)前記(7)項および(8)項において開示された
技術においては、単なる有機成分のみの蛍光色素よりも
耐久性に優れたものであるが、PMMA固体中に溶解、
固化したものであり微小なLED表面上へ加工・実装の
操作性に問題がある。
【0004】本発明は、上記のような問題点を解消する
ものであり、励起光と蛍光ともに透過性に優れ、光散乱
が適切になされることにより、高輝度かつ高度に管理さ
れた色度を得て、光熱耐久性の高い半導体発光素子を得
ることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
においては、基板上の電極パターンにLEDチップの電
極を接続したLEDチップを実装した半導体発光素子に
おいて、前記LEDチップから発光される光で励起され
てその励起光よりも長波長側の発光を生じる物質からな
る蛍光体を、前記基板上に凸状に実装されたLEDチッ
プの全周を囲むように被覆したものである。
【0006】この発明によれば、LEDチップから発光
され、蛍光体を励起することなく透過した光の一部と、
LEDチップから発光され蛍光体を励起して励起光より
も長波長となった光とが互いに補色関係となるようにす
ることにより、白色発光する半導体発光素子が得られ
る。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、基板上の電極パターンにLEDチップの電極を接続
したLEDチップを実装した半導体発光素子において、
前記LEDチップから発光される光で励起されてその励
起光よりも長波長側の発光を生じる物質からなる蛍光体
を、前記基板上に凸状に実装されたLEDチップの全周
を囲むように被覆したものであり、LEDチップから発
光され、蛍光体を励起することなく透過した光の一部
と、LEDチップから発光され蛍光体を励起して励起光
よりも長波長となった光とが互いに補色関係となるよう
にすることで、白色発光するという作用を有する。
【0008】請求項2に記載の発明は、基板上の電極パ
ターンとLEDチップの電極をバンプを介して接続した
構成とするもので、フリップチップ法を用いた製造方法
が適用できるという作用を有する。
【0009】請求項3に記載の発明は、前記蛍光体が、
1分子内に少なくとも1個の芳香族環状分子を含有する
化合物からなる有機蛍光体であり、有機蛍光体は溶媒・
樹脂などに溶解、分散が容易であるという作用を有す
る。
【0010】請求項4に記載の発明は、前記蛍光体が、
1分子内に少なくとも1個の典型もしくは遷移金属イオ
ンを中心に、有機分子もしくは無機分子を配位子とする
化合物からなる有機金属錯体蛍光体であり、有機金属錯
体蛍光体は溶媒・樹脂などに溶解、分散が容易であると
いう作用を有する。
【0011】以下、本発明の実施の形態について、図1
を用いて説明する。
【0012】(実施の形態)図1は本発明の実施の形態
による半導体発光素子の構成を示す断面図であり、図1
において1はツェナーダイオードからなるLED基板、
2はGaN系化合物からなるLEDチップ、3はLED
基板1に形成されたアノード配線およびカソード配線と
LEDチップ2の電極とを接続するためのバンプ、4は
LEDチップ2の全周を覆うように被覆された蛍光体で
ある。なお、アノード配線およびカソード配線とLED
チップ2の電極とを接続する手段として、バンプを用い
たフリップチップ実装のほかにワイヤを用いた実装方法
を用いることもできる。
【0013】この半導体発光素子の製造工程の例を、図
2に示す工程図にしたがって説明する。図2(a)に示
すように、LEDチップ2は、LED基板1上に、フリ
ップチップボンディング(FCB)、あるいはワイヤボ
ンディング等の工程により形成され、LEDチップ2が
バンプ3によってLED基板1上に浮き上がった状態に
固着されている。
【0014】次に、図2(b)に示すように、蛍光体4
をLEDチップ2の全周を被覆するようにLED基板1
上に形成する。
【0015】次に、図2(c)に示すように、形成され
た蛍光体4の膜を研削工具10で回転研削する。
【0016】最後に、図2(d)に示すように、カッタ
11でダイシングし、個々のLED素子にカットする。
【0017】以上の工程により、蛍光体4がLEDチッ
プ2の周りに形成される。
【0018】なお、図2(b)の蛍光体4を形成する方
法としては、次のような手法を用いることができる。 (1)スクリーン印刷法 これは、色素を溶解・分散させたペーストを、マスクを
通してパターン印刷する方法である。 (2)インクジェット方式 これは、加熱・圧縮・電圧印加等の方法で、色素を溶解
・分散したインクを吹き付ける方法である。 (3)静電吸着法 これは、色素の粉体(固体)を帯電させ、LED上面に
静電的に吸着させ、その後コーティングを施すものであ
る。 (4)樹脂中分散法 これは、LEDを覆う樹脂中に色素を溶解・分散させる
もので、樹脂の実装はポッティング、流し込み等で行
う。 (5)LB法 これは、色素を2極性化して界面活性を与えて水面展開
し、単分子膜を作り、その膜をLED基板で引き上げる
と同時に付着させる方法である。 (6)キャスト法 これは、色素を溶解・分散させた樹脂をキャスト(滴
下)して形成し、基板を回転させて薄膜化するものであ
る。 (7)フィルム貼付法 これは、あらかじめ溶解したフィルムを貼り付け、チッ
プLEDごとカットするものである。 (8)沈降法 これは、凹部に樹脂を注入し、そこへ色素固体を沈降さ
せる方法である。 (9)蒸着法 これは、前記色素を膜厚5nm〜5μmに薄膜化する方
法であり、均質でかつピンホールが生成しにくいなどの
点から、真空蒸着法が望ましい。薄膜化にこの蒸着法を
用いる場合は、使用する色素化合物の種類、分子堆積膜
の目的とする結晶構造、会合構造により異なる。
【0019】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【0020】(実施例1)蛍光体4を有機化合物とした
実施例について説明する。有機化合物としては、1分子
内に少なくとも1個の芳香族環状分子を含有する化合物
を用いる。この化合物には、ペリレン、クマリン、エオ
シン、ローダミン6G等がある。
【0021】これらの化合物の化学式は次の通りであ
る。
【0022】
【化1】
【0023】
【化2】
【0024】
【化3】
【0025】
【化4】
【0026】これらの化合物は、少なくとも1個の芳香
族環状分子を含むことにより、この芳香族環状分子が蛍
光を発するときに遷移する光電子の源として作用し、L
EDチップからの光で励起され、より長波長の蛍光を発
するという効果が得られる。
【0027】(実施例2)蛍光体4を有機金属錯体とし
た実施例について説明する。有機金属錯体としては、1
分子内に少なくとも1個の典型もしくは遷移金属イオン
を中心に、有機分子もしくは無機分子を配位子とする化
合物を用いる。この化合物には、Eu(TTA)3Ph
en、Tb(acac)3Phen等がある。
【0028】これらの化合物の化学式は次の通りであ
る。
【0029】
【化5】
【0030】
【化6】
【0031】これらの化合物において、1分子内に少な
くとも1個の典型もしくは遷移金属イオンを中心に、有
機分子もしくは無機分子を配位子とする化合物を含むこ
とにより、この配位子が中心金属の電子を配位子側に引
き寄せるまたは退ける作用をし、中心金属の遷移電子に
影響を及ぼし、蛍光を発するという効果が得られる。
【0032】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、LEDチ
ップから発光される光で励起されてその励起光よりも長
波長側の発光を生じる物質からなる蛍光体を、基板上に
凸状に実装されたLEDチップの全周を囲むように被覆
したことにより、蛍光体部分が光透過に優れて高輝度を
得られ色度管理が高精度かつ耐久性に優れるという有利
な効果が得られる。
【0033】また、基板上の電極パターンとLEDチッ
プの電極をバンプを介して接続する構成とすることによ
り、フリップチップ法を用いた製造方法が適用できる。
【0034】前記蛍光体を、1分子内に少なくとも1個
の芳香族環状分子を含有する化合物からなる有機蛍光体
とすることにより、溶媒・樹脂などに溶解、分散が容易
な蛍光体を用いることができる。
【0035】前記蛍光体を、1分子内に少なくとも1個
の典型もしくは遷移金属イオンを中心に、有機分子もし
くは無機分子を配位子とする化合物からなる有機金属錯
体蛍光体とすることにより、溶媒・樹脂などに溶解、分
散が容易な蛍光体を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態による半導体発光素子の構
成を示す断面図
【図2】本発明の実施の形態における半導体発光素子の
製造工程を示す工程図
【符号の説明】
1 LED基板 2 LEDチップ 3 バンプ 4 蛍光体 10 研削工具 11 カッタ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上の電極パターンにLEDチップの
    電極を接続したLEDチップを実装した半導体発光素子
    において、前記LEDチップから発光される光で励起さ
    れてその励起光よりも長波長側の発光を生じる物質から
    なる蛍光体を、前記基板上に凸状に実装されたLEDチ
    ップの全周を囲むように被覆したことを特徴とする半導
    体発光素子。
  2. 【請求項2】 前記基板上の電極パターンと前記LED
    チップの電極をバンプを介して接続した請求項1記載の
    半導体発光素子。
  3. 【請求項3】 前記蛍光体が、1分子内に少なくとも1
    個の芳香族環状分子を含有する化合物からなる有機蛍光
    体である請求項1または2に記載の半導体発光素子。
  4. 【請求項4】 前記蛍光体が、1分子内に少なくとも1
    個の典型もしくは遷移金属イオンを中心に、有機分子も
    しくは無機分子を配位子とする化合物からなる有機金属
    錯体蛍光体である請求項1または2に記載の半導体発光
    素子。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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