JP3234993B2 - 発光ダイオードチップ、およびこれを用いた発光ダイオードチップアレイ - Google Patents

発光ダイオードチップ、およびこれを用いた発光ダイオードチップアレイ

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本願発明は、発光ダイオードチッ
プ、およびこれを用いた発光ダイオードチップアレイに
関し、配置スペースを実質的に拡張することなく、発光
輝度を格段に高めることができるように形成したものに
関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】半導
体素子の一種である発光ダイオードチップ（以下におい
て、発光ダイオードをＬＥＤと略称する。）は、図６お
よび図７に模式的に示すように、サイコロ状の外観形態
をもっており、その底面にはボンディング用電極ａが、
上面にはワイヤリング用電極ｂが、それぞれ蒸着によっ
て金属被膜を形成することにより設けられている。チッ
プの内部は、半導体素材基板上に同様の半導体素材をエ
ピタキシャル液相成長させてＰＮ接合部ｃを形成してあ
り、両電極間の通電によって、上記ＰＮ接合部が発光す
るように構成されている。発光色は、使用される半導体
素材に依存し、たとえば、緑色発光のＬＥＤにおいて
は、ＧａＰ等が用いられ、赤色発光のＬＥＤにおいて
は、ＧａＡｌＡｓ等が用いられる。
【０００３】上記チップの上に形成されるワイヤリング
用電極ｂは、金線等を用いたワイヤリングに必要最小限
の大きさにしてあり、通常、図６に示すような円形の電
極となっている。このようにワイヤリング用電極ｂの大
きさを必要最小限にする理由は、チップの上面から漏れ
出る光の量をできるだけ多くし、見掛け上の輝度を上げ
るためである。
【０００４】ところで、この種のＬＥＤの発光輝度を上
げるためには、第一に、負荷電流を上げる、第二にＰＮ
接合部の面積を広げる、という方法がある。しかしなが
ら、むやみに負荷電流を上げてもチップそれ自体、とり
わけＰＮ接合部での温度上昇が著しくなりすぎるなどし
て、耐性、あるいは寿命においても問題が生じる。した
がって、ＰＮ接合部の面積を広げ、かかる広げられたＰ
Ｎ接合部にバランスよく負荷電流を流すことが最も有効
である。
【０００５】しかしながら、上記ＰＮ接合部の面積を広
げることは、ＬＥＤチップの平面面積を広げることであ
り、単にＬＥＤチップを大型化しただけでは、たとえ
ば、イメージセンサ内に発光源として組み込まれるＬＥ
Ｄチップアレイのようなチップ搭載スペースに余裕のな
い場合には有効に用いることができない。
【０００６】また、ＬＥＤチップの平面的な大きさを拡
大しただけで、その上面に形成するべきワイヤリング用
電極をワイヤリングに必要最小限の小さなものとしてお
くと、チップが半導体で形成されているがゆえに、ワイ
ヤリング用電極を介してチップ内を流れる電流が面積の
拡張されたＰＮ接合部に平均して流れることができず、
その結果としてＬＥＤの発光輝度を上げることができな
い。
【０００７】本願発明は、以上の事情のもとで考え出さ
れたものであって、使用にあたって配置スペースがそれ
ほど問題とならないようにしながら、発光輝度を格段に
上昇させることができるＬＥＤチップ、およびこれを用
いたＬＥＤチップアレイを提供することをその課題とし
ている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本願発明は、次の技術的手段を講じている。すなわ
ち、本願の請求項１に記載した発明は、直方体形状を有
し、底面にボンディング用電極が、上面にワイヤリング
用電極が、それぞれ直接的に形成されるとともに、内部
に平面視領域の全域に延在するＰＮ接合部が形成され、
上記両電極間の通電によって上記ＰＮ接合部が発光する
ように形成された発光ダイオードチップであって、平面
視形状を長矩形状とする一方、上記ワイヤリング用電極
を、長矩形状をした上面における長手方向一端側に偏位
して設けた、チップの短辺幅よりも小の径を有するワイ
ヤリング主部と、このワイヤリング主部から長手方向他
端側に延出する電流分散副部と、を備えるように形成
し、チップの上面において、ワイヤリング主部と電流分
散副部とからなる上記ワイヤリング用電極で覆われない
部位から光が放射されるように構成したことを特徴とし
ている。
【０００９】そして、本願の請求項２に記載した発明
は、上記請求項１のＬＥＤチップを用いたＬＥＤチップ
アレイであって、上記請求項１のＬＥＤチップを、複数
個、長手軸が互いに平行するように等間隔で一列状に並
ぶように基板上にボンディングするとともに、各ＬＥＤ
チップ上の上記ワイヤリング主部と、その近傍に引き回
された基板上の配線パターンとの間をワイヤリングした
ことを特徴としている。
【００１０】
【発明の作用および効果】本願発明のＬＥＤチップは、
第一に、平面視形状が従前のような正方形ではなく、長
矩形状となっており、したがって、チップ内のＰＮ接合
部の面積がそれだけ拡張されていること、第二に、チッ
プの上面に形成されるべきワイヤリング用電極が、チッ
プの長手方向一端側に偏位して設けた、チップの短辺幅
よりも小の径を有するワイヤリング主部と、このワイヤ
リング主部から長手方向他端側に延出する電流分散副部
とをもっていること、に特徴づけられる。
【００１１】このＬＥＤチップの取付け対象の端子と上
記ワイヤリング主部との間は、たとえば金線を用いたワ
イヤリングによって結線されるが、上記ワイヤリング主
部が長手方向一端部に偏位して設けられているため、こ
のワイヤリング主部からボンディング対象にループ状に
結線されるワイヤが、ワイヤだれを起こしてチップの角
部に接触するといった不具合を都合よく回避することが
できる。
【００１２】そうして、かかるワイヤリング主部を介し
てチップ内を流れる電流は、チップ上面の上記ワイヤリ
ング主部と反対側に延出するように形成された電流分散
副部によってチップ内横断面全域に分散させられるた
め、ＰＮ接合部をその全域にわたって平均して発光させ
ることができる。
【００１３】このように、本願発明のＬＥＤチップは、
平面視長矩形状の形態としたがゆえに面積が拡大された
ＰＮ接合部を、その全域にわたって平均して発光させる
ことができるとともに、チップ上面のワイヤリング電極
は、依然としてワイヤリングに必要最小限の面積が維持
されていて、それゆえに上記ＰＮ接合部から発した光が
チップ上面を通して漏出する量をそれだけ拡大するか
ら、全体として、見掛け上の発光輝度を従前のサイコロ
状の形態をもったＬＥＤチップに比較して、格段に高め
ることができる。
【００１４】また、本願発明のＬＥＤチップは、単にそ
の平面面積を拡大するのではなく、一辺を従前のチップ
のそれと同等に保持した上、他辺のみを拡張して長矩形
状としているので、従前と同様の間隔ピッチで密集配置
する上でなんら差し支えが生じない。
【００１５】さらに、ワイヤリング用電極のうちのワイ
ヤリング主部をチップ上面の長手方向一端側に偏位して
設けていることから、このワイヤリング主部からループ
を成してチップボンディング対象物に結線されるワイヤ
にワイヤだれが起こったとしても、これが不用意にチッ
プの角部に接触して不良を起こすといった事態を確実に
回避することができる。このことは、ＬＥＤチップを多
数個列状に基板上に配置してＬＥＤチップアレイを形成
する場合に、そのアレイの部留まりの低下を効果的に抑
制することができることを意味する。
【００１６】請求項２に記載したＬＥＤチップアレイの
利点は、上述から明らかである。すなわち、従前と同様
にして、各ＬＥＤチップを列状に密集配置しながら、そ
の総合的な発光輝度を格段に上げることができ、しか
も、ワイヤリングに起因する不良発生を回避することが
できるのである。
【００１７】
【実施例の説明】以下、本願発明の好ましい実施例を図
面を参照しつつ、具体的に説明する。
【００１８】図１および図２は、本願発明のＬＥＤチッ
プ１の第一の実施例を示している。
【００１９】これらの図から明らかなように、ＬＥＤチ
ップ１は、平面視において短辺と長辺とをもつ長矩形状
となっている。このチップ１の大きさは、たとえば、短
辺を０．３ｍｍ、長辺を０．６ｍｍとすることができ
る。また、チップ厚みは、０．３ｍｍ程度とすることが
できる。
【００２０】図２に表れているように、かかるチップ１
の底面には、金属被膜によるチップボンディング用電極
３が形成されるとともに、上面には、同じく金属被膜に
よるワイヤリング用電極４が形成される。
【００２１】上記ＬＥＤチップ１は、たとえば、緑色Ｌ
ＥＤの場合、ＧａＰ基板にＧａＰエピタキシャル層を液
相成長させてＰＮ接合部を形成したウエハを作製し、こ
のウエハの表面および裏面に上記のチップボンディング
用電極３およびワイヤリング用電極４を金を用いたマス
キング蒸着等によってあらかじめ形成した後、ダイシン
グによって各単位チップに分割される。
【００２２】上記チップ１の上面に形成されるワイヤリ
ング用電極４は、本願発明では、次のような形態となさ
れる。すなわち、図１に表れているように、チップの長
手方向一端側に偏位して所定長さのワイヤリング主部４
ａを形成するとともに、このワイヤリング主部４ａから
長手方向他端側に一体延出する電流分散副部４ｂとをも
つように形成される。
【００２３】上記ワイヤリング主部４ａの大きさは、チ
ップの短辺幅よりも小の径を有しており、本実施例にお
いては、たとえば、直径０．１５ｍｍの円形とされてい
る。
【００２４】なお、上記ワイヤリング主部４ａは、金線
ワイヤをいわゆるファーストボンディングするに十分な
大きさであればよいが、このワイヤリング主部４ａは同
時に、ワイヤリングのための位置決めに際し、光学的に
認識される認識パッドとしての役割をももつことがある
ので、光学的認識装置によって認識しやすい形状および
大きさとしておくことも必要である。
【００２５】また、上記電流分散副部４ｂは、上記ワイ
ヤリング主部４ａを介してチップ内に流れる電流を、そ
のチップ横断面の全域に分散させるためのものであるか
ら、かかる目的を達成できれば、いかなる平面視形状で
あってもよい。ただし、チップ１の上面から漏出する光
の量を多くするため、この電流分散副部４ｂは、むやみ
に太状とするべきではない。本実施例においては、上記
ワイヤリング主部４ａからチップ長手方向に延びる直線
部４ｂ’と、この直線部４ｂ’に対してチップ幅方向に
交差して延びる二本の分岐部４ｂ”とからなる略アンテ
ナ形状をしている。
【００２６】以上の構成をもつＬＥＤチップ１は、たと
えば、図３および図４に示すようにして、イメージセン
サの発光部としてのＬＥＤチップアレイ５に搭載して用
いられる。
【００２７】このＬＥＤチップアレイ５は、短冊状の基
板に、多数個のＬＥＤチップ１…を列状に搭載して形成
される。上記本願発明のＬＥＤチップ１を用いる場合、
図３に表れているように、その長手軸が互いに平行する
ようにして、上記ＬＥＤチップ１が多数個等間隔にボン
ディングされる。なおこの場合、チップ１の方向性を定
めて、全てのチップ１上のワイヤリング用電極４のうち
のワイヤリング主部４ａが、一側に配置されるようにな
すべきことはいうまでもない。
【００２８】チップ１の基板６に対するボンディング
は、基板上電極７に対して導電性接着材を介してボンデ
ィングすることにより、行われる。
【００２９】基板７には、各チップ１における上記ワイ
ヤリング主部４ａと隣接するようにして配線パターン８
が引き回されており、かかる配線パターン８とワイヤリ
ング主部４ａとの間が金線等のワイヤ９によってワイヤ
リングされる。
【００３０】このワイヤリングは、図示しないキャピラ
リから導出させた材料ワイヤの先端を水素トーチ等によ
って加熱して溶融ボールを形成し、これをキャピラリ先
端によって上記ワイヤリング主部４ａ上に押しつける、
いわゆるファーストボンディングを行い、次いで材料ワ
イヤを繰り出しながらキャピラリを基板上の配線パター
ン８上に移動させ、キャピラリをパターンに押しつけて
金線を押し切りしつつ押着すると、いわゆるセカンドボ
ンディングを行うことによってなされる。
【００３１】図４から判るように、こうしてワイヤリン
グされたワイヤ９は、チップ１の上部からループを成し
て基板上の配線パターン８にいたるのであるが、本願発
明においては、上記ワイヤリング主部４ａが長矩形状を
したチップ１の長手方向一端側に偏位して設けてあるか
ら、上記のワイヤ９がワイヤだれを起こしたとしても、
これが不用意にチップ１の角部に接触するといった不良
が発生することがない。
【００３２】以上の構成において、チップ１の上下面の
電極間に通電すると、ワイヤリング主部４ａないし電流
分散副部４ｂを介して、チップ１の横断面全域にわたっ
て平均した電流が流れる。すなわち、チップ内ＰＮ接合
部２の全域にわたって平均した電流が流されることにな
るため、このＰＮ接合部２は、エネルギ効率よく発光す
る。
【００３３】ＰＮ接合部２から発光した光の一部は、チ
ップ１の上面から漏れ出るが、本願発明では、チップ１
の上面に設けるワイヤリング用電極４を、基本的にワイ
ヤリングに必要な最小面積とさほど変わらない面積とす
ることができるので、その結果として、チップ１の上面
から漏れ出る光の量が多くなる。
【００３４】これにより、本願発明のＬＥＤチップ１
は、その上面方向からの見掛け上の輝度が、格段に向上
させられる。
【００３５】図５は、本願発明のＬＥＤチップ１の第二
の実施例の平面図である。この実施例においては、チッ
プ１の上面に、円形をしたワイヤリング主部４ａ，４ａ
を長手方向両端部に設ける一方、この二つのワイヤリン
グ主部４ａ，４ａ間を、細線４ｂによって接続してい
る。また、各円形のワイヤリング主部４ａ，４ａの周囲
には、放射状の細線４ｃを延出させている。
【００３６】本実施例においては、使用にあたって、一
方の円形ワイヤリング主部４ａが実際上ワイヤリングす
るために用いられ、他方のワイヤリング主部４ａおよび
その他の細線４ｂは、電流分散副部として機能すること
になる。このようにすると、たとえば、上記したような
ＬＥＤチップアレイを形成する場合に、多数搭載される
チップを、その方向性を気にすることなくボンディング
していくことができ、ボンディングのための機能が簡略
化されるという利点が生じる。
【００３７】本実施例のＬＥＤチップ１においても、第
一の実施例と同様、ＰＮ接合部を全域にわたって効率的
に発光させることができるとともに、上面側からの見掛
け輝度を格段に高めることができ、しかもワイヤリング
主部と基板とをつなぐワイヤがワイヤだれを起こしてチ
ップに接触するという不良を回避することができるとい
う、優れた作用効果を期待することができる。
【００３８】もちろん、本願発明の範囲は上述の実施例
に限定されることはない。チップの短辺と長辺の比は、
適当に定めればよいが、１：１．５ないし１：２が適当
である。また、発光色は、使用する半導体素材によって
種々変更可能である。
【００３９】さらに、上記においては、ＬＥＤチップの
利用形態として、基板上にかかるＬＥＤチップを等間隔
に列状に搭載したＬＥＤチップアレイを示したが、本願
発明のＬＥＤチップ１をボンディングするべき対象とし
ては、上記のようなＬＥＤチップアレイには限られず、
ＬＥＤランプであってもよい。また、基板上にＬＥＤチ
ップを直接ボンディングして形成されるたとえば８セグ
メントＬＥＤ表示装置を形成するために用いることもで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の発光ダイオードチップの一例の平面
図である。
【図２】図１のII−II線断面図である。
【図３】図１の発光ダイオードチップを発光ダイオード
チップアレイ基板に搭載した状態を示す平面図である。
【図４】図３のIV−IV線断面図である。
【図５】本願発明の発光ダイオードチップの他の例の平
面図である。
【図６】従来例の斜視図である。
【図７】従来例の断面図である。
【符号の説明】
１ 発光ダイオードチップ ３ ボンディング用電極 ４ ワイヤリング用電極 ４ａ ワイヤリング用主部 ４ｂ 電流分散用副部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 平２−91361（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−104656（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−167766（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−45141（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 33/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 直方体形状を有し、底面にボンディング
    用電極が、上面にワイヤリング用電極が、それぞれ直接
    的に形成されるとともに、内部に平面視領域の全域に延
    在するＰＮ接合部が形成され、上記両電極間の通電によ
    って上記ＰＮ接合部が発光するように形成された発光ダ
    イオードチップであって、 平面視形状を長矩形状とする一方、 上記ワイヤリング用電極を、長矩形状をした上面におけ
    る長手方向一端側に偏位して設けた、チップの短辺幅よ
    りも小の径を有するワイヤリング主部と、このワイヤリ
    ング主部から長手方向他端側に延出する電流分散副部
    と、を備えるように形成し、チップの上面において、ワ
    イヤリング主部と電流分散副部とからなる上記ワイヤリ
    ング用電極で覆われない部位から光が放射されるように
    構成したことを特徴とする、発光ダイオードチップ。
  2. 【請求項２】 請求項１の発光ダイオードチップを、複
    数個、長手軸が互いに平行するように等間隔で一列状に
    並ぶように基板上にボンディングするとともに、 各発光ダイオードチップ上の上記ワイヤリング主部と、
    その近傍に引き回された基板上の配線パターンとの間を
    ワイヤリングしたことを特徴とする、発光ダイオードチ
    ップアレイ。
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