WO2018220932A1 - 半導体モジュール、表示装置、および半導体モジュールの製造方法。 - Google Patents

Abstract

樹脂（１６）は、青色ＬＥＤ（１５）の側面および裏面を被覆し、かつ青色ＬＥＤ（１５）を水平に保持する。電極（１４）は、配線基板（１１）の表面と青色ＬＥＤ（１５）の裏面との間に設けられ、樹脂（１６）を貫通し、かつ配線基板（１１）と青色ＬＥＤ（１５）とを電気的に接続する。青色ＬＥＤ（１５）の光出射面（表面）（１５１）が樹脂（１６）から露出してなり、光出射面（表面）（１５１）と樹脂（１６）の表面（１６１）とを同一の平面に配置してなる。

Description

半導体モジュール、表示装置、および半導体モジュールの製造方法。

　本発明は、半導体モジュール、表示装置、および半導体モジュールの製造方法に関する。

　特許文献１～３に、従来の発光装置の一例が開示されている。

日本国公開特許公報「特開２０１５－１２６２０９号（２０１５年７月６日公開）」 日本国特許公報「特許５５２６７８２号（２０１４年４月２６日登録）」 日本国公表特許公報「特表２０１２－５０３８７６号（２０１２年２月９日公開）」

　上述した従来の各発光装置には、発光セグメントを精細化することができないという課題がある。

　本発明は、前記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、発光セグメントを精細化することにある。

　本発明の一態様に係る半導体モジュールは、前記の課題を解決するために、基板と、前記基板上に搭載された発光チップと、前記発光チップの側面および裏面を被覆し、かつ前記発光チップを水平に保持する樹脂と、前記基板の表面と前記発光チップの前記裏面との間に設けられ、前記樹脂を貫通し、かつ前記基板と前記発光チップとを電気的に接続する電極材とを備え、前記発光チップの光出射面（表面）が前記樹脂から露出してなり、前記光出射面（表面）と前記樹脂の表面とを同一の平面に配置してなることを特徴としている。

　本発明の他の態様に係る半導体モジュールは、前記の課題を解決するために、基板と、前記基板上に並置して搭載された複数の発光チップと、前記複数の発光チップの側面および裏面を被覆し、かつ前記複数の発光チップを水平に保持する樹脂と、前記基板の表面と前記複数の発光チップの前記裏面との間に設けられ、前記樹脂を貫通して、かつ前記基板と前記複数の発光チップとを電気的に接続する電極材とを備え、前記複数の発光チップの光出射面（表面）が前記樹脂から露出してなり、前記光出射面（表面）と前記樹脂の表面とを同一の平面に配置してなることを特徴としている。

　本発明の一態様によれば、発光セグメントを精細化することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態１に係る半導体モジュールの断面構成を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る半導体モジュールの製造方法を説明する図である。 本発明の実施形態２に係る半導体モジュールの断面構成を示す断面図である。 本発明の実施形態３に係る半導体モジュールの断面構成を示す断面図である。 本発明の実施形態４に係る半導体モジュールの断面構成を示す断面図である。 本発明の実施形態４に係る半導体モジュールによって奏する効果を説明する図である。 本発明の実施形態５に係る半導体モジュールの断面構成を示す断面図である。

　〔実施形態１〕
　図１および図２を参照して、本発明に係る実施形態１について以下に説明する。

　（半導体モジュール１の構成）
　図１は、本発明の実施形態１に係る半導体モジュール１の断面構成を示す断面図である。この図に示すように、半導体モジュール１は、配線基板１１、金属配線１２、絶縁層１３、電極１４、青色ＬＥＤ１５、および樹脂１６を備えている。

　半導体モジュール１は、たとえば、ヘッドマウントディスプレイなどの小型の表示装置に組み込まれる発光装置である。半導体モジュール１では、従来の一般的な表示装置の各画素に相当する箇所に、個別の青色ＬＥＤ１５が配置されている。半導体モジュール１は、青色ＬＥＤ１５のそれぞれの点灯および消灯を制御することによって、表示装置における情報の表示に寄与する。

　半導体モジュール１では、個々の青色ＬＥＤ１５を小さくすると共に、かつ密集された状態で配置されるレイアウトが、好ましい。これにより、表示画面の解像度を向上することができる。本技術は、個々の青色ＬＥＤ１５の大きさが、上面視において、縦幅および横幅が２０μｍ以下、より好ましくは数μｍ～１０数μｍの製品に応用が可能な技術である。

　（配線基板１１）
　配線基板１１は、少なくともその表面が青色ＬＥＤ１５と接続できるよう、配線を形成したものが利用できる。配線基板１１の材料は、基板全体が窒化アルミニウムで構成される窒化アルミニウムの単結晶、多結晶などの結晶性基板、さらに焼結基板、他の材料としてアルミナなどのセラミック、ガラス、Ｓｉ等の半導体あるいは金属基板、またそれらの表面に窒化アルミニウム薄膜層が形成された基板など、積層体、複合体が使用できる。金属性基板、セラミック基板は放熱性が高いため、好ましい。

　たとえば、Ｓｉ上にＬＥＤの発光を制御する回路を集積回路形成技術により形成した基板を使用することで、微細なＬＥＤを密集させた高解像度の表示装置を製造することができる。

　（金属配線１２）
　金属配線１２は、青色ＬＥＤ１５に制御電圧を供給する制御回路を少なくとも含む配線である。金属配線１２の形成は、エッチング法などによって、金属層のパターニングが施される。たとえば、Ｓｉ基板表面上にＡｌまたはＣｕ等からなる金属配線１２等を形成する例が挙げられる。さらに、金属配線１２を保護する目的で、基板の金属配線１２が形成された側の表面にＳｉＯ_２等の薄膜からなる保護膜を形成してもよい。

　（絶縁層１３）
　絶縁層１３は、酸化膜層および／または樹脂層によって構成される、絶縁性の層である。絶縁層１３は、配線基板１１と電極１４とが直接接触することを防ぐ。

　（電極１４）
　電極１４は、金属配線１２と青色ＬＥＤ１５の表面に設けられた金属端子（不図示）とを電気的に接続する、パッド電極として機能するもので、バンプとも呼ばれる。電極１４における金属配線１２に接続される第１部分は基板側電極１４１であり、電極１４における、青色ＬＥＤ１５の表面に設けられた金属端子（不図示）に接続される第２部分は、ＬＥＤ側電極１４２である。基板側電極１４１およびＬＥＤ側電極１４２は、たとえば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉのいずれかの金属またはこれらの合金やそれらの組み合わせから成る。組合せの例としては、基板側電極１４１およびＬＥＤ側電極１４２を金属電極層として構成する場合、下面からＷ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｒｈ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｎｉ、Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｒｈ、もしくはＴｉＷ／Ａｕの積層構造が考えられる。

　電極１４は、光出射方向において段差箇所を有する。基板側電極１４１における光出射方向と平行な断面の面積（第１面積、断面積）は、ＬＥＤ側電極１４２における光出射方向と平行な断面の面積（第２面積、断面積）と異なる。図１では、基板側電極１４１の断面積は、ＬＥＤ側電極１４２の断面積よりも大きい。なお、基板側電極１４１及びＬＥＤ側電極１４２の最表面はＡｕであることが好ましい。

　（青色ＬＥＤ１５）
　青色ＬＥＤ１５は、公知のもの、具体的には半導体発光素子を利用できる。中でも、ＧａＮ系半導体は、蛍光物質を効率良く励起できる短波長が発光可能であるため、青色ＬＥＤ１５として好ましい。

　青色ＬＥＤ１５の半導体層としては、窒化物半導体が、可視光域の短波長域、近紫外域、もしくはそれより短波長域である点、その点と波長変換部材（蛍光体）とを組み合わせた半導体モジュール１において好適に用いられる。また、それに限定されずに、ＺｎＳｅ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＡｌＩｎＧａＰ系などの半導体でも良い。

　半導体層による発光素子構造は、第１導電型（ｎ型）層、第２導電型（ｐ型）層との間に活性層を有する構造が出力、効率上好ましいがこれに限定されない。また、各導電型層に、絶縁、半絶縁性、逆導電型構造が一部に設けられても良く、またそれらが第１、２導電型層に対し付加的に設けられた構造でもよい。別の回路構造、たとえば保護素子構造、を付加的に有してもよい。

　青色ＬＥＤ１５およびその半導体層の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やＰＮ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。また、各層を超格子構造としたり、活性層である発光層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造としたり、することもできる。

　青色ＬＥＤ１５の表面には、外部からの電力供給を可能とする金属端子が設けられる。

　個々の青色ＬＥＤ１５の大きさは、特に限定されないが、表示画面としての解像度が要求される場合、ＬＥＤ１５は微細化が求められ、たとえば縦幅および横幅を２０μｍ以下、より好ましくは１０数μｍ以下とすることも必要となる。本技術を用いることにより、これほど青色ＬＥＤ１５が小さい場合でも、樹脂１６による密着力が充分に高いので、青色ＬＥＤ１５を配線基板１１に対して安定して固定させることができる。

　（樹脂１６）
　樹脂１６は、青色ＬＥＤ１５および電極１４を配線基板１１に固定させると共に、青色ＬＥＤ１５の側面から光が漏れることを防ぐ。樹脂１６は、アンダーフィルとも呼ばれ、一例として液状である樹脂を硬化させて形成することが可能である。樹脂１６は、半導体モジュール１における、配線基板１１の上部と、青色ＬＥＤ１５の側面の一部と、電極１４の側面とを少なくとも含めた領域に、埋め込まれている。

　青色ＬＥＤ１５の発光は、青色ＬＥＤ１５における配線基板１１側とは反対側の光出射面１５１から放出される。したがって、青色ＬＥＤ１５における少なくとも側面を樹脂１６でもって被覆することにより、以下の作用および効果が得られる。第１に、青色ＬＥＤ１５の側面から光が漏れ出すのを回避できる。第２に、光出射面１５１からの発光と比較して、無視できないほどの色味差を有する光が、側面から外方へ放出するのを抑止して、全体の発光色における色ムラの発生を低減できる。第３に、側面方向へと進行した光を半導体モジュール１の光取り出し方向側へと反射させ、さらに外部への発光領域を制限することで、放出される光の指向性を高めると共に、光出射面１５１における発光輝度を高められる。第４に、青色ＬＥＤ１５から発生する熱を樹脂１６へ伝導させることによって、青色ＬＥＤ１５の放熱性を高めることができる。第５に、青色ＬＥＤ１５の発光層の耐湿性を高めることができる。

　青色ＬＥＤ１５における光出射面１５１から連続した側面、すなわち青色ＬＥＤ１５の厚さ方向と平行な側面側が、樹脂１６により被覆され、かつ光出射面１５１が樹脂１６から露出されていれば、その外面形状は特に限定しない。たとえば、樹脂１６が、光出射面１５１を超えて突出した構造あるいは光出射面１５１に満たず凹んだ構造でもよい。

　実施形態１では、図１に示すように、樹脂１６の表面１６１が光出射面１５１の面状に沿うように構成される。すなわち、樹脂１６の被覆領域の表出面が、光出射面１５１の面と略同一面となるように形成されている。これにより、半導体モジュール１内での発光特性のバラツキを抑え、歩留まりの向上につながる。また、側面の略全面を被覆することにより、青色ＬＥＤ１５の放熱性を高めることができる。

　本実施形態では、樹脂１６は、白色系樹脂または黒色系樹脂によって構成される。したがって、樹脂１６の色は、有色系の色が好ましく、特に好ましいのは白系の色または黒系の色である。

　（電極１４の固定強化）
　図１においては、基板側電極１４１の断面積がＬＥＤ側電極１４２の断面積と異なるので、樹脂１６は、基板側電極１４１の側面およびＬＥＤ側電極１４２の側面に加えて、いずれかの電極の表面がむき出しになった領域（段差面）にも、密着される。段差面に対し、樹脂１６の吸着作用が働くことによって、基板側電極１４１およびＬＥＤ側電極１４２が配線基板１１により強く固定される。

　図１に示すように、基板側電極１４１の断面積がＬＥＤ側電極１４２の断面積よりも大きい場合、基板側電極１４１における段差面の上部から基板側電極１４１を配線基板１１に向けて押さえつける固定力１７が、基板側電極１４１に働く。これにより、電極１４およびその上に配置される青色ＬＥＤ１５を、より安定して配線基板１１に固定することができるので、より好ましい。青色ＬＥＤ１５の光出射面１５１と、樹脂１６の表面１６１とは、略同一面とするのが望ましい。これにより、青色ＬＥＤ１５の発光が青色ＬＥＤ１５の側面から出射されることを抑えることができるので、青色ＬＥＤ１５の発光効率を高めることができる。

　（半導体モジュール１の製造方法）
　図２は、本発明の実施形態１に係る半導体モジュール１の製造方法を説明する図である。

　（青色ＬＥＤ１５の形成工程）
　まず、図２の（ａ）に示すように、成長基板１８に青色ＬＥＤ１５を設ける。成長基板１８は、青色ＬＥＤ１５の半導体層をエピタキシャル成長させる基板である。窒化物半導体における基板としては、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイアやスピネル（ＭｇＡｌ₂Ｏ₄）のような絶縁性基板、また炭化珪素（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）、Ｓｉ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド、及び窒化物半導体と格子接合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウムなどの酸化物基板、ＧａＮやＡｌＮなどの窒化物半導体基板がある。

　窒化物半導体としては、一般式がＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）であって、ＢやＰ、Ａｓを混晶してもよい。青色ＬＥＤ１５のｎ型半導体層およびｐ型半導体層は、単層、多層を特に限定しない。窒化物半導体層には活性層である発光層を有し、この活性層は、単一（ＳＱＷ）または多重量子井戸構造（ＭＱＷ）とする。

　成長基板１８上に、バッファ層などの窒化物半導体の下地層、たとえば低温成長薄膜ＧａＮとＧａＮ層を介して、ｎ型窒化物半導体層として、たとえばＳｉドープＧａＮのｎ型コンタクト層とＧａＮ／ＩｎＧａＮのｎ型多層膜層、を積層し、続いてＩｎＧａＮ／ＧａＮのＭＱＷの活性層を積層し、さらにｐ型窒化物半導体層として、たとえばＭｇドープのＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮのｐ型多層膜層とＭｇドープＧａＮのｐ型コンタクト層を積層した構造を用いる。また、窒化物半導体の発光層（活性層）は、たとえば、井戸層を含む、障壁層と井戸層を含む量子井戸構造を有する。活性層に用いられる窒化物半導体は、ｐ型不純物ドープでもよいが、好ましくはノンドープまたはｎ型不純物ドープにより発光素子を高出力化することができる。

　井戸層にＡｌを含ませることで、ＧａＮのバンドギャップエネルギーである波長３６５ｎｍより短い波長を得ることができる。活性層から放出する光の波長は、発光素子の目的および用途などに応じて３６０ｎｍ～６５０ｎｍ付近、好ましくは３８０ｎｍ～５６０ｎｍの波長とする。井戸層の組成はＩｎＧａＮが、可視光・近紫外域に好適に用いられ、その時の障壁層の組成は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮが良い。障壁層と井戸層の膜厚の具体例としては、それぞれ１ｎｍ以上３０ｎｍ以下、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、１つの井戸層の単一量子井戸、障壁層などを介した複数の井戸層の多重量子井戸構造にすることができる。

　（ＬＥＤ側電極１４２の形成工程）
　青色ＬＥＤ１５の形成後、図２の（ｂ）に示すように、青色ＬＥＤ１５の上に複数のＬＥＤ側電極１４２を形成する。この形成には、周知の一般的な電極形成技術が使用される。ＬＥＤ側電極１４２の代表的な材料は、たとえばＡｕである。

　（分離溝１９の形成工程）
　ＬＥＤ側電極１４２の形成後、図２の（ｃ）に示すように、青色ＬＥＤ１５に複数の分離溝１９を形成する。この形成には、標準的な半導体選択エッチングプロセスが使用される。図２では、隣り合うＬＥＤ側電極１４２の間に、分離溝１９を形成する。形成される分離溝１９は、成長基板１８の表面にまで達する。分離溝１９が形成されることによって、一枚の青色ＬＥＤ１５が、成長基板１８の表面において複数の個別の青色ＬＥＤ１５（発光チップ）に分割される。

　（２つの基板の位置合わせ工程）
　分離溝１９の形成後、図２の（ｄ）に示すように、金属配線１２、絶縁層１３、および基板側電極１４１が予め形成された配線基板１１を用意する。配線基板１１に対する基板側電極１４１の形成には、周知の一般的な電極形成技術が使用される。基板側電極１４１の代表的な材料は、たとえばＡｕである。配線基板１１の用意と並行して、図２の（ｄ）に示すように、成長基板１８を反転させる。反転後、各基板側電極１４１と各ＬＥＤ側電極１４２とが対向するように、配線基板１１と成長基板１８とを位置合わせする。

　（基板の貼り合わせ工程）
　位置合わせの完了後、図２の（ｅ）に示すように、配線基板１１と成長基板１８とを貼り合わせる。その際、既存の貼り合わせ技術を使用して、対応する基板側電極１４１およびＬＥＤ側電極１４２が接合するように、配線基板１１および成長基板１８を加圧によって上下から抑える。これにより、対応する基板側電極１４１およびＬＥＤ側電極１４２が一体化され、電極１４を構成する。

　（樹脂１６の形成工程）
　貼り合わせ工程の完了後、配線基板１１と成長基板１８との間にできた空隙内に、液状樹脂１６ａを充填する。充填後の状態を図２の（ｆ）に示す。この際、たとえば、液状樹脂１６ａで満たされた容器内に、貼り合わせ後の状態で浸せばよい。液状樹脂１６ａの主材料は特に限定されないが、たとえばエポキシ樹脂であることが好ましい。なお、液状樹脂１６ａの注入方法は上記以外に注射針、特に配線基板１１と青色ＬＥＤ１５との間にできた空隙のサイズに合ったマイクロニードルで液状樹脂１６ａを注入する方法でもよい。この場合の注射針の材料としては金属製、またはプラスチック製などが用いられる。

　充填工程では、液状樹脂１６ａを５０℃～２００℃の温度範囲内の温度下で充填することが好ましい。これにより、液状樹脂１６ａを空隙内に正常に充填しやすくなる。さらに、温度範囲は、８０℃～１７０℃であることがより好ましい。これにより、樹脂１６の特性（後述する硬化プロセス後の密着性、放熱性など）を損なう恐れを減少させることができる。また、温度範囲は、１００℃～１５０℃であることがなお一層好ましい。これにより、前記空隙に発生する気泡などを少なくすることができ、対流などが発生することなくほぼ完全に充填することができ、半導体モジュール１を製造し易くなる。

　特に、個々の青色ＬＥＤ１５の大きさを、たとえば縦幅および横幅が２０μｍ以下、より好ましくは数μｍ～１０数μｍ、青色ＬＥＤ１５の厚さを数μｍ（２μｍ～１０μｍ）程度の微小サイズとした場合、基板剥離および剥離後の工程において液状樹脂１６ａは固着力向上のための補強部材としてより有用に機能する。これにより、樹脂１６の上記製品間の特性のバラツキをより小さくできるため、半導体モジュール１を製造し易くできる。

　空隙内に充填された液状樹脂１６ａは、図２の（ｆ）に示すように、空隙内に完全に埋め込まれる。これにより、青色ＬＥＤ１５の側面、電極１４の側面および段差面、ならびに配線基板１１の上部に、液状樹脂１６ａが埋め込まれる。液状樹脂１６ａの充填完了後、液状樹脂１６ａを硬化させる。なお、液状樹脂１６ａを硬化させる方法については特に限定されないが、たとえば、液状樹脂１６ａを加熱する、または、液状樹脂１６ａに紫外線を照射する、ことにより液状樹脂１６ａを硬化させてもよい。

　（成長基板１８の剥離工程）
　充填工程の完了後、図２の（ｇ）に示すように、成長基板１８を剥離させる。この工程には、既存の剥離技術が使用される。既存の剥離手段の一例として、レーザー光の照射を利用した剥離技術を利用することができる。たとえばＬＥＤの成長基板にサファイアなどの透明基板を用い、発光素子層として窒化物半導体を結晶成長した場合、透明基板側からレーザー光を一定条件で照射することにより成長基板と結晶成長層との界面に与えるダメージを軽減することが可能である。なお、その他の手段としては湿式エッチング法、研削、または研磨法などを用いた成長基板１８の剥離も可能である。

　樹脂１６が電極１４および青色ＬＥＤ１５を配線基板１１に密着固定しているので、成長基板１８を剥離する際、青色ＬＥＤ１５および電極１４が一緒に剥離されることを防止できる。成長基板１８の剥離後、青色ＬＥＤ１５の光出射面１５１および樹脂１６の表面１６１が露出される。これにより、半導体モジュール１の製造が完了する。

　上述した製造方法は、あくまで、半導体モジュール１を製造可能とする方法の一例に過ぎない。ここに説明された各工程は、半導体モジュール１を製造し易くするためのものであり、半導体モジュール１の製造方法を構成する工程は、これらに限定されるものではない。

　本実施形態に係る半導体モジュール１が備える各部材の関係は、次のようにも表現され得る。樹脂１６は、青色ＬＥＤ１５の側面および裏面を被覆し、かつ青色ＬＥＤ１５を水平に保持する。電極１４は、配線基板１１の表面と青色ＬＥＤ１５の裏面との間に設けられ、樹脂１６を貫通し、かつ配線基板１１と青色ＬＥＤ１５とを電気的に接続する電極材である。青色ＬＥＤ１５の光出射面（表面）１５１は、樹脂１６から露出してなり、光出射面（表面）１５１と樹脂１６の表面１６１とを同一の平面に配置してなる。

　本実施形態に係る半導体モジュール１によって奏する効果は、次のようにも表現され得る。青色ＬＥＤ１５を、電極１４および樹脂１６によって水平状態に保持することができる。さらに、アクセスの発光セグメントの大きさを、青色ＬＥＤ１５そのものの大きさにまで小さくできるので、発光セグメントを精細化することができる。半導体モジュール１の光軸を安定化させることもできる。青色ＬＥＤ１５（蛍光体）を容易に形成することもできる。

　本実施形態に係る半導体モジュール１が備える各部材の関係は、次のようにも表現され得る。複数の青色ＬＥＤ１５は、配線基板１１上に並置して搭載される。樹脂１６は、複数の青色ＬＥＤ１５の側面および裏面を被覆し、かつ複数の青色ＬＥＤ１５を水平に保持する。電極１４は、配線基板１１の表面と複数の青色ＬＥＤ１５の裏面との間に設けられ、樹脂１６を貫通して、かつ配線基板１１複数の青色ＬＥＤ１５とを電気的に接続する電極材である。複数の発光チップの光出射面（表面）１５１は、樹脂１６からから露出してなり、光出射面（表面）１５１と樹脂１６の表面１６１とを同一の平面に配置してなる。

　本実施形態に係る半導体モジュール１によって奏する効果は、次のようにも表現され得る。複数の青色ＬＥＤ１５の全てを、電極１４および樹脂１６によって水平状態に保持することができる。これにより、いくつかの青色ＬＥＤ１５が傾くことを原因とする発光セグメントの違和感を人に与えることを、防止できる。さらに、半導体モジュール１の複数の発光セグメントの大きさを、複数の青色ＬＥＤ１５そのものの大きさまで小さくできるので、複数の発光セグメントを精細化することができる。半導体モジュール１の光軸を安定化させることもできる。複数の青色ＬＥＤ１５（蛍光体）を容易に形成することもできる。複数の発光セグメントの光軸のばらつきを防止したり、半導体モジュール１が発する光のちらつきを防止したりすることもできる。

　〔実施形態２〕
　図３を参照して、本発明に係る実施形態２について以下に説明する。本実施形態において実施形態１と共通する部材には、同一の部材番号を付し、特に必要がない限りその詳細な説明を繰り返さない。

　図３は、本発明の実施形態２に係る半導体モジュールの断面構成を示す断面図である。この図に示すように、本実施形態に係る半導体モジュール１は、実施形態１に係る半導体モジュール１の電極１４に代えて、電極１４ａを備えている。電極１４ａにおける金属配線１２に接続される第１部分は基板側電極１４１ａであり、電極１４ａにおける青色ＬＥＤ１５の表面に設けられた金属端子（不図示）に接続される第２部分はＬＥＤ側電極１４２ａである。また、基板側電極１４１ａとＬＥＤ側電極１４２ａとは略同一のサイズであり、それぞれ半球状の形状を有している。電極１４ａの側面の一部にはくびれ箇所が形成されており、当該くびれ箇所が段差面を構成する。

　配線基板１１と成長基板１８とを貼り合わせるとき、対応する基板側電極１４１ａおよびＬＥＤ側電極１４２ａが接合するように、配線基板１１および成長基板１８を加圧によって上下から抑える場合を考える。この場合、対応する基板側電極１４１ａおよびＬＥＤ側電極１４２ａが一体化され、電極１４ａを構成すると、電極１４ａは、図３に示す形状になる。

　対応する基板側電極１４１ａとＬＥＤ側電極１４２ａとを接合させた場合、電極１４ａの側面の一部にあるくびれ箇所に樹脂１６が入り込むことにより、基板側電極１４１ａとＬＥＤ側電極１４２ａとの固定強度を高めることができる。

　なお、基板側電極１４１ａおよびＬＥＤ側電極１４２ａの形状は半球状に限られるものではない。要は、基板側電極１４１ａおよびＬＥＤ側電極１４２ａの形状は、電極１４ａの側面の一部にくびれ箇所が形成されるような形状であればよい。たとえば、基板側電極１４１ａおよびＬＥＤ側電極１４２ａの形状はそれぞれ、円錐または円錐台形状などの凸形状であってもよい。

　〔実施形態３〕
　図４を参照して、本発明に係る実施形態３について以下に説明する。本実施形態において実施形態１～２と共通する部材には、同一の部材番号を付し、特に必要がない限りその詳細な説明を繰り返さない。

　図４は、本発明の実施形態３に係る半導体モジュール１の断面構成を示す断面図である。この図に示すように、本実施形態に係る半導体モジュール１は、実施形態１に係る半導体モジュール１の全構成要素に加えて、赤蛍光体３１、緑蛍光体３２、および透光性質樹脂３３を備えている。

　樹脂１６は、配線基板１１の上部と、青色ＬＥＤ１５の側面と、電極１４の周囲とに埋め込まれている。図４に示す３つの青色ＬＥＤ１５を、以下では、図中の左から順に第１、第２、および第３の青色ＬＥＤ１５と称する。赤蛍光体３１は、第１の青色ＬＥＤ１５の表面（光出射面１５１）に配置されている。緑蛍光体３２は、第１の青色ＬＥＤ１５の隣に配置される第２の青色ＬＥＤ１５の表面（光出射面１５１）に配置されている。透光性質樹脂３３は、第２の青色ＬＥＤ１５の隣に配置される第３の青色ＬＥＤ１５の表面（光出射面１５１）に配置されている。上記の各種蛍光体は少なくともＬＥＤ１５の光出射面１５１を覆うよう、たとえばフォトリソグラフィまたはスクリーン印刷などの手法によって形成される。

　赤蛍光体３１は、その直下に配置される青色ＬＥＤ１５からの発光の波長を変換し、赤色光を出射する。緑蛍光体３２は、その直下に配置される青色ＬＥＤ１５からの発光の波長を変換し、緑色光を出射する。透光性質樹脂３３は、その直下に配置される青色ＬＥＤ１５から発光の波長を変換せず、そのまま通過させる。これにより、本実施形態に係る半導体モジュール１は、赤色光、緑色光、および青色光の三原色の色を発光することができる。また、本実施形態に係る半導体モジュール１が組み込まれる表示装置は、それぞれのＬＥＤを発光制御することによりカラー表示をすることができる。

　赤蛍光体３１および緑蛍光体３２は、具体的にガラス板、それに光変換部材を備えたもの、あるいは光変換部材の蛍光体結晶もしくはその相を有する単結晶体、多結晶体、アモルファス体、セラミック体、あるいは蛍光体結晶粒子による、それと適宜付加された透光性部材との、焼結体、凝集体、多孔質性材料、それらに透光性部材、たとえば樹脂を混入、含浸したもの、あるいは蛍光体粒子を含有する透光性部材、たとえば透光性樹脂の成形体などから構成される。なお、光透過部材は、樹脂などの有機材料よりも無機材料で構成されることが耐熱性の観点からは好ましい。具体的には蛍光体を含有する透光性の無機材料からなることが好ましく、特に蛍光体と無機物（結合材）との焼結体、あるいは蛍光体からなる焼結体や単結晶で成形することで信頼性が高まる。なお、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）の蛍光体を用いる場合、ＹＡＧの単結晶や高純度の焼結体のほか、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を結合材（バインダー）とするＹＡＧ／アルミナの焼結体が信頼性の観点から好ましい。また、赤蛍光体３１および緑蛍光体３２の形状は特に限定されないが、実施形態２では赤蛍光体３１および緑蛍光体３２を板状とした。板状とすることで、面状に構成される青色ＬＥＤ１５の出射面との結合効率が良く、赤蛍光体３１および緑蛍光体３２の主面とが略平行になるよう容易に位置合わせできる。加えて、赤蛍光体３１および緑蛍光体３２の厚みを略一定とすることで、構成される波長変換部材の偏在を抑止でき、この結果、通過する光の波長変換量を略均一として混色の割合を安定させ、発光面１５ａの部位における色ムラを抑止できる。

　また、青色ＬＥＤ１５と好適に組み合わせて白色発光とでき、波長変換部材に用いられる代表的な蛍光体としては、セリウムで付括されたＹＡＧの蛍光体およびＬＡＧ（ルテチウム・アルミニウム・ガーネット）の蛍光体が挙げられる。特に、高輝度且つ長時間の使用時においては（Ｒｅ_1-xＳｍ_x）₃（Ａｌ_1-yＧａ_y）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｌｕからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。）などが好ましい。またＹＡＧ、ＬＡＧ、ＢＡＭ、ＢＡＭ：Ｍｎ、（Ｚｎ、Ｃｄ）Ｚｎ：Ｃｕ、ＣＣＡ、ＳＣＡ、ＳＣＥＳＮ、ＳＥＳＮ、ＣＥＳＮ、ＣＡＳＢＮおよびＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕからなる群から選択される少なくとも１種を含む蛍光体が使用できる。

　本実施形態に係る半導体モジュール１では、少なくとも光出射面１５１が平坦化されているので、赤蛍光体３１、緑蛍光体３２、および透光性質樹脂３３を、青色ＬＥＤ１５の光出射面１５１に対して密着力を上げることができるとともに、膜厚の均一化も図れるので光学特性が向上する。また、樹脂１６の表面１６１が光出射面１５１の面状に沿うように、すなわち、樹脂１６の被覆領域の表出面が光出射面１５１の面と略同一面となるように形成されていれば、この面は平坦に近い状態になる。このため、各種蛍光体の形成工程（たとえばフォトリソグラフィまたはスクリーン印刷など）において安定なパターン形成が可能となり、製品品質の向上が期待できる。

　〔実施形態４〕
　図５および６を参照して、本発明に係る実施形態４について以下に説明する。本実施形態において実施形態１～３の少なくともいずれかと共通する部材には、同一の部材番号を付し、特に必要がない限りその詳細な説明を繰り返さない。

　図５は、本発明の実施形態４に係る半導体モジュール１の断面構成を示す断面図である。この図に示すように、本実施形態に係る半導体モジュール１の構成要素は、実施形態１に係る半導体モジュール１の構成要素と同一である。しかし、本実施形態では、樹脂１６の構成が異なる。詳細には、樹脂１６は、第１層および第２層を含む少なくとも２層からなり、図５の例では、第１層が白色系樹脂１６２（第１樹脂）であり、第２層は、白色系樹脂１６２よりも光反射率の低い黒色系樹脂１６３（第２樹脂）である。白色系樹脂１６２が配線基板１１側に配置され、白色系樹脂１６２の上に黒色系樹脂１６３が配置されている。

　図５の構成によれば、樹脂１６の光反射率を配線基板１１側において５０％以上に制御することができる。さらに、樹脂１６の光透過率を、青色ＬＥＤ１５側において５０％以下に制御することができる。半導体モジュール１の光透過率および光反射率の詳細は後述する。

　図６は、本発明の実施形態４に係る半導体モジュール１によって奏する効果を説明する図である。

　図６の（ａ）は、半導体モジュール１の正面（表面）を構成する複数の部分領域４１を示す。この図には３×３＝９つの部分領域４１が示される。１つの部分領域４１は、たとえば、半導体モジュール１が組み込まれる表示装置における１つの画素に対応する。図６の（ａ）では、１つの部分領域４１は、３つのドットによって構成される。各ドットは、たとえば、三原色のいずれかを発光する部分である。

　図６の（ａ）では、中央の部分領域４１に含まれる３つのドットのうち、領域の中心に配置される中心ドット４２のみを発光した場合、中央の部分領域４１のみが発光する。この場合の発光輝度を１００とする。図６の（ｂ）は、半導体モジュール１において光漏れが発生した様子を示す。図６の（ｂ）では、中心ドット４２のみを発光させた場合、発光範囲４３が、中央の部分領域４１から周囲の部分領域４１にまで拡がっている。中央の部分領域４１における発光の輝度を１００とした場合、周囲の部分領域４１に漏れた発光輝度は２０である。この場合の光漏れ率を２０％であると規定する。光漏れ率は、半導体モジュール１による面発光時のコントラスト比であるとも言える。

　図６の（ｃ）は、半導体モジュール１の面内方向における光漏れ率と、樹脂１６の光透過率または光反射率との関係を示すグラフである。このグラフの縦軸は光漏れ率を示し、横軸は光透過率または光反射率を示す。

　曲線５１に示すように、樹脂１６の光透過率が高いほど、半導体モジュール１の光漏れ率は高くなる。一方、曲線５２に示すように、樹脂１６の光反射率が高いほど、半導体モジュール１の光漏れ率は低くなる。光透過率が５０％以下の場合、光漏れ率は２０％以下である。光反射率が５０％以上の場合も、同様に、光漏れ率は２０％以下である。

　半導体モジュール１では、樹脂１６の光透過率は５０％以下であることが好ましい。これにより、光漏れ率を２０％以下にすることができるので、半導体モジュール１が組み込まれる表示装置の表示品位を向上させることができる。また、半導体モジュール１では、樹脂１６の光反射率は５０％以上であることが好ましい。これにより、光漏れ率を２０％以下にすることができるので、半導体モジュール１が組み込まれる表示装置の表示品位を向上させることができる。

　〔実施形態５〕
　図７を参照して、本発明に係る実施形態４について以下に説明する。本実施形態において実施形態１～３の少なくともいずれかと共通する部材には、同一の部材番号を付し、特に必要がない限りその詳細な説明を繰り返さない。

　図７は、本発明の実施形態５に係る半導体モジュール１の断面構成を示す断面図である。この図に示すように、本実施形態に係る半導体モジュール１の構成要素は、実施形態１に係る半導体モジュール１の構成要素と同一である。しかし、本実施形態では、青色ＬＥＤ１５の形状が異なる。詳細には、青色ＬＥＤ１５の光出射面１５１において、隣接する複数の青色ＬＥＤ１５の少なくとも一部が互いに接続されている。図７の例では、複数の青色ＬＥＤ１５は、１つの光出射面１５１を共有している。これにより、半導体モジュール１の表面をより平滑にすることができる。

　本実施形態の半導体モジュール１は、たとえば次のように製造される。分離溝１９の作製ステップにおいて、分離溝１９を成長基板１８まで到達させず、エピタキシャル層がわずか（たとえば１μｍ）だけ成長基板１８の表面に残るように、分離溝１９を作製する。これにより、成長基板１８の剥離ステップにおいて、たとえば成長基板１８をレーザー照射によって剥離する際に、界面ではないＧａＮ層が分解されることなく、図７に示すように薄い層として半導体モジュール１に残る状態にすることができる。この結果、半導体モジュール１の作製時における表面の平滑化を、より改善することができる。

　〔まとめ〕
　本発明の態様１に係る半導体モジュール（１）は、基板（配線基板１１）と、前記基板上に搭載された発光チップ（青色ＬＥＤ１５）と、前記発光チップの側面および裏面を被覆し、かつ前記発光チップを水平に保持する樹脂（１６）と、前記基板の表面と前記発光チップの裏面との間に設けられ、前記樹脂を貫通し、かつ前記基板と前記発光チップとを電気的に接続する電極材（電極１４）とを備え、前記発光チップの光出射面（表面）（１５１）が前記樹脂から露出してなり、前記光出射面（表面）と前記樹脂の表面（１６１）とを同一の平面に配置してなることを特徴としている。

　前記の構成によれば、発光チップを、電極材および樹脂によって水平状態に保持することができる。さらに、半導体モジュールの発光セグメントの大きさを、発光チップそのものの大きさにまで小さくできるので、発光セグメントを精細化することができる。

　本発明の態様２に係る半導体モジュール（１）は、基板（配線基板１１）と、前記基板上に並置して搭載された複数の発光チップ（青色ＬＥＤ１５）と、前記複数の発光チップの側面および裏面を被覆し、かつ前記複数の発光チップを水平に保持する樹脂（１６）と、前記基板の表面と前記複数の発光チップの裏面との間に設けられ、前記樹脂を貫通して、かつ前記基板と前記複数の発光チップとを電気的に接続する電極材（電極１４）とを備え、前記複数の発光チップの光出射面（表面）（１５１）が前記樹脂から露出してなり、前記光出射面（表面）と前記樹脂の表面（１６１）とを同一の平面に配置してなることを特徴としている。

　前記の構成によれば、複数の発光チップの全てを、電極材および樹脂によって水平状態に保持することができる。これにより、いくつかの発光チップが傾くことを原因とする発光セグメントの違和感を人に与えることを、防止できる。さらに、半導体モジュールの複数の発光セグメントの大きさを、複数の発光チップそのものの大きさまで小さくできるので、複数の発光セグメントを精細化することができる。

　本発明の態様３に係る半導体モジュールは、前記態様１または２において、上面視における前記発光チップの縦幅および横幅は、２０μｍ以下であることを特徴としている。

　本発明の態様４に係る半導体モジュールは、前記態様１または２において、前記基板は、金属配線を有しており、前記電極材は、前記金属配線に接続される第１部分（基板側電極１４１）と、前記発光チップに接続される第２部分（ＬＥＤ側電極１４２）とによって構成され、前記第１部分における光出射方向と並行な断面の第１面積は、前記第２部分における前記光出射方向と並行な断面の第２面積と異なることを特徴としている。

　本発明の態様５に係る半導体モジュールは、前記態様４において、前記第１面積は前記第２面積よりも大きいことを特徴としている。

　前記の構成によれば、電極における第２部分を基板に押さえつける固定力が電極に加わるので、発光チップをなお一層基板に固定させることができる。

　本発明の態様６に係る半導体モジュールは、前記態様１または２において、前記樹脂は、第１層および第２層を含む少なくとも２つの層によって構成され、前記第１層は、前記基板側に配置される第１樹脂（白色系樹脂１６２）であり、前記第２層は、前記第１樹脂の上に配置される、前記第１樹脂よりも光反射率の低い第２樹脂（黒色系樹脂１６３）であることを特徴としている。

　前記の構成によれば、発光チップの周囲への光漏れを防止できる。

　本発明の態様７に係る表示装置は、前記態様１～６のいずれかに係る半導体モジュールを備えていることを特徴とする。

　本発明の態様８に係る製造方法は、前記態様１～６のいずれかに係る半導体モジュールを製造する製造方法であって、硬化される前には液状の樹脂を、５０℃～２００℃の温度範囲に含まれる温度下で基板間に充填する工程を有することを特徴としている。

　前記の構成によれば、液状の樹脂を基板間の空隙内に正常に充填し易くなる。

　本発明の態様９に係る製造方法は、前記態様８において、前記温度範囲は、８０℃～１７０℃であることを特徴としている。

　前記の構成によれば、硬化後の樹脂の特性（密着性、放熱性など）を損なう恐れを減少させることができる。

　本発明の態様１０に係る製造方法は、前記態様８において、前記温度範囲は、１００℃～１５０℃であることを特徴としている。

　前記の構成によれば、硬化後の樹脂の上記特性の製品間バラツキをより小さくすることができるため、半導体モジュールを製造し易くできる。

　本発明の態様１１に係る製造方法は、前記態様８～１０のいずれかにおいて、前記半導体モジュールは、金属配線を有する基板と、前記基板上に配置され、かつ前記金属配線に接続される電極と、前記電極上に配置され、前記基板側とは反対側の光出射面を有する発光素子と、前記基板上と、前記発光素子の側面の一部と、前記電極における段差箇所とを少なくとも覆う樹脂とを備えており、隣り合う前記発光素子の少なくとも一部が、前記発光素子の光出射面側において互いに接続されていることを特徴としている。

　前記の構成によれば、半導体モジュールの表面をより平滑にすることができる。

　本発明の態様１２に係る半導体モジュールは、金属配線（１２）を有する基板（配線基板１１）と、前記基板上に配置され、かつ前記金属配線に接続される電極（１４）と、前記電極に接続され、前記基板側とは反対側の光出射面を有する発光素子（青色ＬＥＤ１５）とを備えており、前記電極は、前記電極の側面に段差箇所を有し、前記基板上と、前記発光素子の側面の一部と、前記段差箇所とを少なくとも覆う樹脂（樹脂１６）をさらに備えていることを特徴としている。

　前記の構成によれば、搭載する基板に発光素子および電極をより強く固定させることができる。

　本発明の態様１３に係る半導体モジュールは、前記態様１２において、前記発光素子の前記光出射面と、前記樹脂の表面とが、略同一の面であることを特徴としている。

　前記の構成によれば、発光素子の発光が発光素子の側面から出射されることを防げるので、発光素子の発光効率を向上させることができる。

　本発明の態様１４に係る半導体モジュールは、金属配線を有する基板と、前記基板上に配置され、かつ前記金属配線に接続される電極と、前記電極上に配置され、前記基板側とは反対側の光出射面を有する発光素子と、前記基板上と、前記発光素子の側面の一部と、前記電極における段差箇所とを少なくとも覆う樹脂とを備えており、隣り合う前記発光素子の少なくとも一部が、前記発光素子の光出射面側において互いに接続されていることを特徴としている。

　前記の構成によれば、半導体モジュールの表面をより平滑にすることができる。

　本発明は前述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることによって、新しい技術的特徴を形成することもできる。

　１　半導体モジュール
　１１　配線基板
　１２　金属配線
　１３　絶縁層
　１４　電極
　１５ａ　発光面
　１６　樹脂
　１７　固定力
　１８　成長基板
　１９　分離溝
　３１　赤蛍光体
　３２　緑蛍光体
　３３　透光性質樹脂
　４１　部分領域
　４２　中心ドット
　４３　発光範囲
　５１　曲線
　１４１　基板側電極（第１部分）
　１４２　ＬＥＤ側電極（第２部分）
　１５１　光出射面
　１６１　表面
　１６２　白色系樹脂
　１６３　黒色系樹脂

Claims (11)

1. 　基板と、
   　前記基板上に搭載された発光チップと、
   　前記発光チップの側面および裏面を被覆し、かつ前記発光チップを水平に保持する樹脂と、
   　前記基板の表面と前記発光チップの前記裏面との間に設けられ、前記樹脂を貫通し、かつ前記基板と前記発光チップとを電気的に接続する電極材とを備え、
   　前記発光チップの光出射面（表面）が前記樹脂から露出してなり、
   　前記光出射面（表面）と前記樹脂の表面とを同一の平面に配置してなることを特徴とする半導体モジュール。
2. 　基板と、
   　前記基板上に並置して搭載された複数の発光チップと、
   　前記複数の発光チップの側面および裏面を被覆し、かつ前記複数の発光チップを水平に保持する樹脂と、
   　前記基板の表面と前記複数の発光チップの前記裏面との間に設けられ、前記樹脂を貫通して、かつ前記基板と前記複数の発光チップとを電気的に接続する電極材とを備え、
   　前記複数の発光チップの光出射面（表面）が前記樹脂から露出してなり、
   　前記光出射面（表面）と前記樹脂の表面とを同一の平面に配置してなることを特徴とする半導体モジュール。
3. 　上面視における前記発光チップの縦幅および横幅は、２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体モジュール。
4. 　前記基板は、金属配線を有しており、
   　前記電極材は、
   　　前記金属配線に接続される第１部分と、
   　　前記発光チップに接続される第２部分とによって構成され、
   　前記第１部分における光出射方向と並行な断面の第１面積は、前記第２部分における前記光出射方向と並行な断面の第２面積と異なることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体モジュール。
5. 　前記第１面積は前記第２面積よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の半導体モジュール。
6. 　前記樹脂は、第１層および第２層を含む少なくとも２つの層によって構成され、
   　前記第１層は、前記基板側に配置される第１樹脂であり、前記第２層は、前記第１樹脂の上に配置される、前記第１樹脂よりも光反射率の低い第２樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体モジュール。
7. 　請求項１～６のいずれか１項に記載の半導体モジュールを備えていることを特徴とする表示装置。
8. 　請求項１～６のいずれか１項に記載の半導体モジュールを製造する製造方法であって、
   　硬化される前には液状の樹脂を、５０℃～２００℃の温度範囲に含まれる温度下で基板間に充填する工程を有することを特徴とする製造方法。
9. 　前記温度範囲は、８０℃～１７０℃であることを特徴とする請求項８に記載の製造方法。
10. 　前記温度範囲は、１００℃～１５０℃であることを特徴とする請求項８に記載の製造方法。
11. 　前記半導体モジュールは、
    　　金属配線を有する基板と、
    　　前記基板上に配置され、かつ前記金属配線に接続される電極と、
    　　前記電極上に配置され、前記基板側とは反対側の光出射面を有する発光素子と、
    　　前記基板上と、前記発光素子の側面の一部と、前記電極における段差箇所とを少なくとも覆う樹脂とを備えており、
    　隣り合う前記発光素子の少なくとも一部が、前記発光素子の光出射面側において互いに接続されていることを特徴とする請求項８～１０のいずれか１項に記載の製造方法。

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