JP5813636B2 - 光源の製造方法及び光源 - Google Patents

Description

発光手段の製造方法が特定される。さらに、好ましくは当該製造方法で製造可能な発光手段が特定される。

本明細書に記載の発光手段は、小型フルカラー・ディスプレイ等に使用可能である。本明細書に記載の発光手段はまた、小型プロジェクタ等の光学投影装置の光源として使用可能である。

本発明の発光手段の製造方法の少なくとも１つの実施形態によれば、まず、複数の発光ダイオードが設けられる。各発光ダイオードは、光透過キャリアと、互いに離間した少なくとも２つの半導体ボディとを有する。半導体ボディは、例えば、光透過キャリアの上面に配設される。光透過キャリアの上面はまた、発光ダイオードの上面を形成する。

各半導体ボディは電磁放射を発生させるために設けられ、かかる目的のために個別に駆動可能である。すなわち、発光ダイオードの半導体ボディは別々のタイミングで、又は同時に、電磁放射を出射することが可能である。

光透過キャリアは、発光ダイオードの動作中に半導体ボディから出射される電磁放射に対して透過性であり、好ましくは透明性である。光透過性キャリアは、光透過性ホイル等により形成される。

発光ダイオードの半導体ボディは成長基板を有さないことが好ましい。すなわち、発光ダイオードの各半導体ボディをエピタキシャル成長させた後、半導体ボディがエピタキシャル成膜された成長基板は半導体ボディから分離される。

本発明の製造方法の少なくとも１つの実施形態によれば、更なる製造ステップは発光ダイオードを駆動するために設けられた半導体チップから構成されるチップ集合体（chip assemblage）を設けるステップを含む。このとき、各半導体チップは発光ダイオードに接続するための少なくとも２つの接続部を上面に有する。チップ集合体の半導体チップは、いわゆるＣＭＯＳチップ（相補型金属酸化膜半導体チップ）等である。ＣＭＯＳチップは共通基板上にｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴ及びｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴの両方を使用した半導体コンポーネントである。

本発明の製造方法の少なくとも１つの実施形態によれば、発光ダイオードの少なくとも１つはＣＭＯＳチップの少なくとも１つに接続され；当該発光ダイオードは、その上面において、当該ＣＭＯＳチップの上面に配設され、当該発光ダイオードの各半導体ボディは当該ＣＭＯＳチップの接続部に接続される。すなわち、発光ダイオードとＣＭＯＳチップとはそれぞれの上面が互いに対向し、発光ダイオードの半導体ボディはそれぞれＣＭＯＳチップの対応する接続部に接続される。このとき、ＣＭＯＳチップは少なくとも発光ダイオードの半導体ボディ数に対応する数の接続部を有することが好ましい。一例として、チップ集合体の各ＣＭＯＳチップ上に正確に１つの発光ダイオードが配置され、当該発光ダイオードの半導体ボディは、それぞれ、割り当てられたＣＭＯＳチップの割り当てられた接続部に接続される。発光ダイオードは、それぞれＣＭＯＳチップの接続部を介して駆動可能であり、その結果、半導体ボディによる電磁放射の発生は発光ダイオードに割り当てられたチップにより制御される。

本発明の製造方法の少なくとも１つの実施形態によれば、まず、複数の発光ダイオードが設けられ；各発光ダイオードは光透過キャリアと、互いに離間した少なくとも２つの半導体ボディとを有し、各半導体ボディは電磁放射を発生させるために設けられ、また、各半導体ボディは、個別に駆動可能であり、且つ、光透過キャリアの上面に配設される。更なる製造ステップは、少なくとも１つのＣＭＯＳチップから構成されるチップ集合体を設けるステップを含み；各ＣＭＯＳチップは上面に少なくとも２つの接続部を有する。次いで、発光ダイオードの少なくとも１つがＣＭＯＳチップの少なくとも１つに接続され；当該発光ダイオードは、その上面において、当該ＣＭＯＳチップの上面に配設され、当該発光ダイオードの各半導体ボディは当該ＣＭＯＳチップの接続部に接続される。

さらに、発光手段が特定される。発光手段の少なくとも１つの実施形態によれば、発光手段はＣＭＯＳチップ等の発光ダイオードを駆動するためのチップを有し；当該チップは上面に少なくとも２つの接続部を有する。

発光手段の少なくとも１つの実施形態によれば、発光手段は少なくとも１つの発光ダイオードを有し；発光手段の各発光ダイオードは光透過キャリアと、互いに離間した少なくとも２つの半導体ボディとを有し、各半導体ボディは電磁放射を発生させるために設けられ、各半導体ボディは個別に駆動可能であり、且つ、光透過キャリアの上面に配設されている。

半導体ボディが互いに離間しているということは、例えば、半導体ボディが共通成長基板等の共通素子によって互いに接続されていないことを意味し得る。そして、半導体ボディ同士の唯一の機械的接続は、例えば、半導体ボディが配設された光透過キャリアにより提供される。

発光手段の少なくとも１つの実施形態によれば、前記少なくとも１つの発光ダイオードとＣＭＯＳチップとはそれぞれの上面が対向しており、当該少なくとも１つの発光ダイオードの各半導体ボディはＣＭＯＳチップの接続部に接続している。このとき、前記少なくとも１つの発光ダイオードの各半導体ボディはＣＭＯＳチップの正確に１つの接続部に接続し、当該発光ダイオードの他の半導体ボディは当該ＣＭＯＳチップの当該１つの接続部に接続していないことが好ましい。つまり、半導体ボディと接続部とは、１対１の関係で割り当てられる。

発光手段の少なくとも１つの実施形態によれば、発光手段はＣＭＯＳチップ等の駆動チップを有し；当該ＣＭＯＳチップは上面に少なくとも２つの接続部を有する。発光手段は少なくとも１つの発光ダイオードを更に有し；当該発光ダイオードは光透過キャリアと、互いに離間した少なくとも２つの半導体ボディとを有し、各半導体ボディは電磁放射を発生させるために設けられ、各半導体ボディは個別に駆動可能であり、且つ、光透過キャリア上面に配設されている。このとき、前記少なくとも１つの発光ダイオードとＣＭＯＳチップとはそれぞれの上面が互いに対向しており、当該少なくとも１つの発光ダイオードの各半導体ボディはＣＭＯＳチップの接続部に接続されている。

本明細書に記載の発光手段は、本明細書に記載の方法により製造可能であることが好ましい。これは、本製造方法のために記載される全ての特徴は発光手段のためにも開示され、また、発光手段のために記載される全ての特徴は本製造方法のためにも開示されることを意味する。

下記実施形態は発光手段の製造方法及び発光手段に関する。

少なくとも１つの実施形態によれば、前記接続部は、半導体ボディの、光透過キャリア側とは反対側の表面に直接接触される。つまり、発光ダイオードは、半導体ボディと当該半導体ボディに割り当てられたチップの接触部とが互いに接触するように、割り当てられたチップ上に配置される。このとき、一例として、接触部は半導体ボディのｐ導電側に電気接続され、半導体ボディのｐ導電側との接触点となる。

少なくとも１つの実施形態によれば、光透過キャリアの、半導体ボディが設けられた面とは反対側である下面には、半導体ボディの少なくとも１つのために、当該半導体ボディの動作中に当該半導体ボディから出射された電磁放射が通過し、且つ、少なくとも部分的に波長変換されるように、変換素子が光透過キャリア設けられる。

このとき、半導体ボディは動作中にＵＶ光及び／又は青色光のスペクトル領域の電磁放射を発生させるために設けられることが好ましい。一例として、このとき、発光ダイオードの半導体ボディを全て同一のタイプとして、全ての半導体に同じスペクトル領域の電磁放射を出射させて、半導体ボディの下流に設けられる変換素子を異ならせることが可能である。これにより、例えば、動作中に緑色光、赤色光、及び、青色光を発生可能な発光手段を得ることができる。このとき、緑色光及び赤色光は、例えば、半導体ボディから発生した電磁放射の完全波長変換により発生される。

また、各発光ダイオード自体の半導体ボディから赤色光、緑色光及び青色光を当初から発生させることもできる。このとき、発光ダイオードの半導体ボディは互いに相違する。

少なくとも１つの実施形態によれば、変換素子は集合体として存在する。すなわち、複数の変換素子が共通キャリア等により互いに接続されている。共通キャリアは、変換素子がエピタキシャル成膜等により配設された成長基板等とされうる。変換素子はＩＩ／ＶＩ半導体材料等から形成可能である。集合体として存在する複数の変換素子は、複数の発光ダイオードに同時に接続されることが好ましい。これは、例えば、チップ集合体に発光ダイオードを配設した後に行うことが可能である。複数の変換素子を互いに接続する素子、すなわち成長基板は、例えば、発光ダイオードへの接続後に取り外すことが可能である。

また、変換素子を発光ダイオードに個別に配設することもできる。変換素子はセリウムドープＹＡＧ等のセラミック蛍光体等で形成することも可能である。

少なくとも１つの実施形態によれば、チップ集合体と複数の発光ダイオードとから構成される集合体は個片化されて個々の発光手段が形成され、各発光手段は少なくとも１つの発光ダイオードを有する。個片化中、チップ集合体のみが切断される。

このとき、発光ダイオードはチップ集合体のチップの、割り当てられた接続部に個別に接続される。つまり、チップ集合体への接続中、発光ダイオード自体は集合体として存在せず、むしろ、発光ダイオードはチップ集合体上に個別に配設可能な個別のコンポーネントである。したがって、チップ集合体を個片化するために発光ダイオードを個片化する必要はなく、チップ集合体自体のみを切断すればよい。これにより、発光ダイオードの切断が不要になるため、切断による発光ダイオードへの損傷を防ぐことができる。さらに、チップ集合体に発光ダイオードを個別に実装することにより、加工ステップ間の相互作用が最小限となる。さらに、発光ダイオードを個別実装する場合、チップ集合体の割り当てられたチップに発光ダイオードを１μｍ未満の高精度で配置することができる。発光ダイオードを駆動チップに接続するため、発光ダイオード用の駆動回路及び／又は複雑な配線が不要となり、断面積の小さい非常に安価な発光ダイオードを使用することが可能となる。さらに、駆動チップに接続する前に、個々の発光ダイオードをテストすること可能であり、これにより発光手段の不良品数が低減される。

少なくとも１つの実施形態によれば、前記少なくとも１つの発光ダイオードは、半導体ボディが設けられた光透過キャリア（４４）の面とは反対側の光透過キャリア（４４）の面に、当該発光ダイオードの全ての半導体ボディと共同して電気接触するための接続部を有する。この共通接続部は、例えば、発光ダイオードの半導体ボディのｎ側との接触を可能とする接続部である。このとき、半導体ボディのｎ側は共通電位となる。半導体ボディは、割り当てられたＣＭＯＳチップの割り当てられた接続部を介して通電することにより個別に駆動される。そして、当該接続部を介して半導体ボディのｐ側との接触が形成される。このとき、極性を入れ替えることも可能である。すなわち、光透過キャリアの接続部は半導体ボディのｐ側と接触するために設けることが可能である。

少なくとも１つの実施形態によれば、前記少なくとも１つの発光ダイオードの光透過キャリアは、半導体ボディと接触するための電線が内部及び／又は表面に配設されたプラスチック製ホイルを有する。つまり、光透過キャリア自体は絶縁性材料により形成される。一例として、光透過キャリアの絶縁性材料内にメッキした貫通穴を設け、当該キャリアの上面の半導体ボディを当該キャリアの下面の接続部に接続する。しかしながら、半導体ボディを接続部に接続するための電線はプラスチック製ホイルの外側にはみ出すことがある。

複数のＣＭＯＳチップ１０を有するチップ集合体１の模式的断面図である。 模式的断面図であり、ホイル等の共通キャリア３上に配設された３つの発光ダイオード４が示される。 発光ダイオード４がキャリア３から簡単に分離可能であることを模式的に示す図である。 発光ダイオード４がＣＭＯＳチップ１０上に配設される様子および個片化される様子を示す図である。 代替の例示的な実施形態の模式的断面図である。 各変換素子５１，５２，５３が発光ダイオード４に配設される様子を示す図である。 チップ集合体１を切断して発光手段１００とすることを示す図である。

以下、本明細書に記載の方法及び発光手段を例示的な実施形態及び図面に基づいて詳細に説明する。

図１及び２を参照して、本明細書に記載の方法及び発光手段の例示的な実施形態を模式的断面図に基づいて詳細に明らかにする。

図中、同一の、同一タイプの又は同一作用の構成要素には同一の参照符号を付す。図及び図中の構成要素の互いのサイズ関係は本当の縮尺とみなすべきではなく、個々の構成要素は、図をわかりやすく表現し、且つ／又は、図がよく理解できるように、誇張したサイズで描画されうる。

図１Ａは、複数のＣＭＯＳチップ１０を有するチップ集合体１の模式的断面図である。各ＣＭＯＳチップ１０の上面１０ａには３つの接続部２が配設されている。各接続部２は発光ダイオードの半導体ボディを通電させるために設けられている。

図１Ｂの模式的断面図には、ホイル等の共通キャリア３上に配設された３つの発光ダイオード４が示される。図１Ｃに示されるように、発光ダイオード４はキャリア３から個別に分離可能である。

各発光ダイオード４は光透過キャリア４４を有し、各上面４４ａに３つの半導体ボディ４１，４２，４３が配設されている。半導体ボディ４１，４２，４３は互いに離間しており、光透過キャリア４４のみを介して互いに接続している。

光透過キャリア４４は透明プラスチック製ホイルである。

各発光ダイオード４は、キャリア４４の、上面４４ａとは反対側の下面４４ｂに接続部４５を有し、接続部４５を介して、例えば、半導体ボディ４１，４２，４３のｎ側と接触可能である。

このとき、半導体４１，４２，４３は、それぞれ色の異なる電磁放射を動作中に発生させるために設けられた相互に異なる半導体ボディである。一例として、半導体ボディ４１は赤色光を動作中に発生し、半導体ボディ４２は緑色光を動作中に発生し、半導体ボディ４３は青色光を動作中に発生する。

図１Ｃは、発光ダイオード４がキャリア３から簡単に分離可能であることを模式的に示す。発光ダイオード４は、チップ集合体１のＣＭＯＳチップ１０上に互いに離間した状態で配設可能な個別のコンポーネントとなる。このとき、発光ダイオード４は、キャリア４４の上面４４ａとＣＭＯＳチップ１０の上面１０ａとが互いに対向するようにＣＭＯＳチップ１０上に配設される。各発光ダイオード４の各半導体ボディ４１，４２，４３は、このとき、ＣＭＯＳチップ１０の対応する接続部２に機械的に固定され、且つ、電気的に接触接続される（図１Ｅを参照）。

最終製造ステップにおいて、発光ダイオード４とＣＭＯＳチップ１０とから構成されるチップ集合体は個片化されうる。最小単位は、正確に１つのＣＭＯＳチップ１０と、１つの割り当てられた発光ダイオード４とからなる。そして、個片化によりＣＭＯＳチップ１０の側面１０ｃが形成され、側面１０ｃには鋸溝線等の個片化プロセスの痕跡が残る。

また、各発光手段１００は、複数のＣＭＯＳチップ１０及び複数の発光ダイオード４を有することもできる。このとき、発光手段１００は、各発光ダイオード４が半導体ボディ４１，４２，４３によりそれぞれ形成された３つのサブピクセルを有するピクセルを構成するフルカラー・ディスプレイに特に適している。

図１Ｆ等に示すような、正確に１つの発光ダイオード４と正確に１つのＣＭＯＳチップ１０とを有する発光手段１００は、例えば、光学投影装置の光源として使用可能である。

半導体ボディ４１，４２，４３は、ＣＭＯＳチップ１０を介して所定の方法により駆動可能である。

本明細書に記載の方法の代替の例示的な実施形態を図２Ａ〜２Ｃを参照して詳細に説明する。本例示的な実施形態において、半導体ボディ４１，４２，４３は同一タイプとされる。つまり、各発光ダイオード４の半導体ボディ４１，４２，４３は、動作中、同じスペクトル領域の電磁放射を発生する。

一例として、半導体ボディ４１，４２，４３は、ＵＶ光を動作中に発生する。図２Ａに示す模式的断面図は、発光ダイオード４がチップ集合体１に配設され、且つ、各半導体ボディ４１，４２，４３が割り当てられたＣＭＯＳチップ１０の割り当てられた接続部２に接続された状態を示す。そして、各変換素子５１，５２，５３が発光ダイオード４に配設される。当該変換素子は、割り当てられた半導体ボディ４１，４２，４３の出射方向の下流側に位置するように、各キャリアの下面４４ｂに固定される。

一例として、変換素子５１，５２，５３は、発光ダイオードに配設される前に共通キャリア５に配設される。当該変換素子は、ＩＩ／ＶＩ半導体材料等の半導体材料で形成可能であり、キャリア５上にエピタキシャル成膜可能である。また、セラミック製変換素子を設けることもでき、発光ダイオード４に、集合体として（すなわち、共通キャリア５に接続して）配設されるか、又は個別に配設される。

キャリア５から分離すると、変換素子５１，５２，５３が各発光ダイオード４の各半導体ボディ４１，４２，４３の下流に配置された発光手段が得られる。動作中に半導体ボディから発生される電磁放射は、例えば、光透過キャリア４４を通過し、そこで可能な限り波長変換されることで可視光が生じる。その結果、各発光ダイオードは、例えば、赤色光、緑色光、及び、青色光の出射に好適となる。

図２Ｃに示すように、必要に応じてチップ集合体１を切断して発光手段１００とすることが可能であり、分離プロセスは、前述したように、チップ集合体１のみを分離し、発光ダイオード４の分離を伴わない。

本特許出願は、独国特許出願第１０２００９０３３９１５．９号の優先権を主張するものであり、その開示内容を本願に援用する。

本発明は、前述の例示的な実施形態の記載に基づいて当該例示的な実施形態に限定されるものではない。本発明は、任意の新規の特徴及び特徴の任意の組合せ（特に、請求項における特徴の任意の組合せを含む）を、当該特徴又は組合せ自体が特許請求の範囲又は例示的な実施形態に明示されていない場合であっても包含するものである。

Claims (8)

1. −光透過キャリア（４４）と互いに離間した少なくとも２つの半導体ボディ（４１，４２，４３）とを有し、各前記半導体ボディ（４１，４２，４３）は電磁放射を発生させるために設けられ、前記半導体ボディ（４１，４２，４３）は個別に駆動可能であり、かつ、前記光透過キャリア（４４）の上面（４４ａ）に配設されている、複数の発光ダイオード（４）を設けるステップと、
   −少なくとも２つの接続部（２）を上面（１０ａ）に有する複数のＣＭＯＳチップ（１０）から構成されるチップ集合体（１）を設けるステップと、
   −前記発光ダイオード（４）の少なくとも１つを前記ＣＭＯＳチップ（１０）の少なくとも１つに接続するステップであって、前記発光ダイオード（４）は、前記光透過キャリア（４４）上であって前記光透過キャリア（４４）の前記上面（４４ａ）において、前記ＣＭＯＳチップ（１０）の前記上面（１０ａ）に配設され、前記発光ダイオードの各半導体ボディ（４１，４２，４３）は前記ＣＭＯＳチップ（１０）の接続部（２）に接続される、ステップと、
   を含み、
   −前記半導体ボディ（４１，４２，４３）は各々、成長基板を有しておらず、
   −前記光透過キャリア（４４）の、前記半導体ボディ（４１，４２，４３）が設けられた面とは反対側である下面（４４ｂ）には、前記半導体ボディ（４１，４２，４３）の少なくとも１つのために、前記半導体ボディ（４１，４２，４３）から動作中に出射された電磁放射が変換素子（５１，５２，５３）通過し、且つ、少なくとも部分的に波長変換されるように、前記変換素子（５１，５２，５３）が設けられ、
   −前記発光ダイオード（４）の少なくとも１つにおける前記光透過キャリア（４４）は、前記半導体ボディ（４１，４２，４３）と接触するための電線が内部及び／又は表面に配設されたプラスチック製ホイルを有する、
   発光手段の製造方法。
2. 前記接続部（２）は、前記半導体ボディ（４１，４２，４３）の、前記光透過キャリア（４４）側とは反対側の表面に直接接触される、請求項１に記載の方法。
3. 前記発光ダイオード（４）の前記半導体ボディ（４１，４２，４３）は全て同じスペクトル領域の電磁放射を発生し、
   前記発光手段が動作中に緑色光、赤色光、及び、青色光を発生するように、前記半導体ボディ（４１，４２，４３）の下流に設けられた前記変換素子（５１，５２，５３）は互いに異なる、
   請求項１又は２に記載の方法。
4. 集合体として存在する複数の前記変換素子（５１，５２，５３）が複数の発光ダイオード（４）に同時に接続される、請求項３に記載の方法。
5. 前記チップ集合体（１）と前記複数の発光ダイオード（４）とから構成される集合体が個片化されて個々の発光手段が形成され、
   各前記発光手段は少なくとも１つの前記発光ダイオード（４）を有し、
   個片化プロセス中、前記チップ集合体（１）のみが切断される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. −少なくとも２つの接続部（２）を上面に有するＣＭＯＳチップ（１０）と、
   −光透過キャリア（４４）と互いに離間した少なくとも２つの半導体ボディ（４１，４２，４３）とを有し、各前記半導体ボディ（４１，４２，４３）は電磁放射を発生させるために設けられ、前記半導体ボディ（４１，４２，４３）は個別に駆動可能であり、且つ、前記光透過キャリア（４４）の上面（４４ａ）に配設されている、発光ダイオード（４）と、を有し、
   −前記発光ダイオード（４）と前記ＣＭＯＳチップ（１０）とは、それぞれの上面（４４ａ，１０ａ）において対向しており、前記少なくとも１つの発光ダイオード（４）の各前記半導体ボディ（４１，４２，４３）は、前記ＣＭＯＳチップ（１０）の接続部（２）に接続しており、
   前記少なくとも１つの発光ダイオード（４）は、前記半導体ボディ（４１，４２，４３）が設けられた前記光透過キャリア（４４）の面とは反対側の面に、前記発光ダイオード（４）の前記半導体ボディ（４１，４２，４３）の全てと共同して電気接触するための接続部（４５）を有し、
   −前記半導体ボディ（４１，４２，４３）は各々、成長基板を有しておらず、
   −前記少なくとも１つの発光ダイオード（４）における前記光透過キャリア（４４）は、前記半導体ボディ（４１，４２，４３）と接触するための電線が内部及び／又は表面に配設されたプラスチック製ホイルを有する、
   発光手段。
7. 前記少なくとも１つの発光ダイオード（４）の前記半導体ボディ（４１，４２，４３）は全て同じスペクトル領域の電磁放射を発生し、
   前記半導体ボディ（４１，４２，４３）の少なくとも１つの下流に変換素子（５１，５２，５３）が設けられ、
   前記変換素子（５１，５２，５３）は、前記半導体ボディ（４１，４２，４３）から動作中に出射された電磁放射が通過し、且つ、少なくとも部分的に波長変換されるように、前記光透過キャリア（４４）の、前記半導体ボディ（４１，４２，４３）が設けられた面とは反対側である下面（４４ｂ）に配設される、請求項６に記載の発光手段。
8. 前記少なくとも１つの発光ダイオード（４）の前記半導体ボディ（４１，４２，４３）の少なくとも２つは、互いに異なるスペクトル領域の電磁放射を動作中に発生する、請求項６に記載の発光手段。
   

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