(57)【要約】【課題】複数の発光素子のうちの不良となった発光素子を取り外すことなく、かつ構造全体の厚みの増加,配線の複雑化,電気特性の低下などのデメリットを招くことなく代替の発光素子を接続できる発光装置を提供する。【解決手段】この発光装置によれば、基板上の複数の第１の発光素子１３,１３…と同一面に形成されている第２の発光素子３９でもって、上記複数の第１の発光素子１３,１３…のうちの一つの発光素子を代替できる。複数の第１の発光素子１３,１３…のうちの不良の発光素子１３‐１を取り外すことなく代替用の第２の発光素子３９を不良の第１の発光素子１３‐１に替えて残りの正常な第１の発光素子１３‐２,１３‐３に接続できる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
上記基板上に形成されていると共に給電端子を有し上記給電端子で電気的に接続された複数の第１の発光素子と、
上記基板上に形成されていると共に上記第１の発光素子の給電端子に接続可能な給電端子を有しており上記複数の第１の発光素子のうちの少なくとも１つを代替できる少なくとも１つの第２の発光素子とを備え、
上記第１の発光素子と上記第２の発光素子とは、上記基板上の同一面に形成されていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発光装置において、
上記複数の第１の発光素子のうちの代替対象となった第１の発光素子の給電端子に上記第２の発光素子の給電端子がワイヤで電気的に接続されて上記代替対象となった第１の発光素子を上記第２の発光素子で代替していることを特徴とする発光装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の発光装置において、
上記複数の第１の発光素子は、直列に電気接続された複数の第１の発光素子で構成された発光素子アレイを複数有し、この複数の発光素子アレイが並列接続されていることを特徴とする発光装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の発光装置において、
上記第２の発光素子によって代替されている第１の発光素子の給電端子が切断されて上記代替されている第１の発光素子が電気的に開放状態になされていることを特徴とする発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発光ダイオード等の半導体発光素子を複数備えて、例えば、照明器具やディスプレイ等に使用される発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオードは、液晶ディスプレイの光源や電灯、蛍光管の代りとして用いられ始めている。これらの発光ダイオードは、単体での光出力が小さいために、ＬＥＤチップからなる複数の発光素子を基板上に載置してこの複数の発光素子を電極により接続したものを、１つの発光装置としている。
【０００３】
しかし、この発光装置に載置されている複数の発光素子は、作製工程での成膜時の欠陥により発光素子の不良が発生することは避けられない。
【０００４】
さらに、各発光素子を接続する給電端子の接触不良が生じた場合、電圧の供給不足により発光素子の光量不足や不点灯の発光素子が発生することが考えられる。
【０００５】
このような不良品の発光素子が発光装置に存在する場合、その発光素子が不良状態になるだけでなく、この発光素子に直列に接続されている全ての発光素子からなる発光素子列が不点灯の状態となる。このため、発光装置全体の光量が大きく低下する問題が発生する。
【０００６】
このような場合において、従来から、元の発光装置全体の光量を維持するために不良の発光素子の修復する構造が提案されている。この修復構造の一例として、特許文献１(特開２００５−３４０８０３号公報)では、不良素子を検出した後、この不良素子を外すことなく、不良素子に対応した位置の上から重ねるように代替素子を実装した照明装置が提案されている。
【０００７】
また、特許文献２(特開２００３−３２４１５４号公報)では、複数の半導体集積回路チップを１チップ化した半導体集積回路装置において、回路内部にパッドを備え、チップ故障箇所がある場合に故障した機能ブロックと同じ機能を備えた半導体集積回路チップを貼り合わせて不点灯化した回路と入れ替えた半導体集積回路装置が開示されている。
【０００８】
また、特許文献３(特開２００８−２３５７２１号公報)では、また別の不良発光素子を修復する構造が開示されている。すなわち、実装基板の一面に配設された複数の半導体発光素子において、直列接続された各ＬＥＤの発光素子の内で不点灯状態のＬＥＤがある場合、この不点灯状態のＬＥＤに隣接した導体ＬＥＤ同士を電気的に接続するジャンパ線を上記一面に平行な実装基板の他面に露出させた導体に接続する補修を可能とする装置が開示されている。
【０００９】
しかしながら、特許文献１および特許文献２では、検出された不良素子の上からリペア素子が実装されていることから、実装基板全体の厚みが厚くなる。さらに、不良素子の上部にリペア素子を配置するため配線接続が難しくなり、それによる接続不良で歩留まりが悪くなる問題が生じる。また、特に、特許文献２の装置においては、リペアを行う際に新たにリペア用の素子を作製する必要があり、プロセス工程が多くなるなどの欠点が生じる。
【００１０】
さらに、特許文献３では、特に、発光素子が並列接続されている場合、各発光素子に流れる電圧に差が生じる問題が発生することや、単に不良発光素子に隣接した発光素子同士を接続させるだけでは、定電流を流す際に電圧降下が発生し、光効率低下の原因となる。さらに、実装基板の発光素子を搭載する面と反対側の面(実装基板の他面)において、ジャンパ線にて接続しリペアを行っているので、実装基板の他面側にジャンパ線を接続するためのスペースが必要となるなどの欠点が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−３４０８０３号公報
【特許文献２】特開２００３−３２４１５４号公報
【特許文献３】特開２００８−２３５７２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、この発明の課題は、複数の発光素子のうちの不良の発光素子を取り外すことなく、かつ構造全体の厚みの増加,配線の複雑化,電気特性の低下などの欠点を招くことなく代替の発光素子を接続できる発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、この発明の発光装置は、基板と、上記基板上に形成されていると共に給電端子を有して上記給電端子で電気的に接続された複数の第１の発光素子と、
上記基板上に形成されていると共に上記第１の発光素子の給電端子に接続可能な給電端子を有しており上記複数の第１の発光素子のうちの少なくとも１つを代替できる少なくとも１つの第２の発光素子とを備え、
上記第１の発光素子と上記第２の発光素子とは、上記基板上の同一面に形成されていることを特徴としている。
【００１４】
この発明の発光装置によれば、第１の発光素子と基板上の同一面に形成されている第２の発光素子でもって、不良となった代替対象の第１の発光素子を代替できる。つまり、この発明によれば、複数の第１の発光素子のうちで不良となった第１の発光素子を取り外すことなく、この不良の第１の発光素子に替えて代替用の第２の発光素子を残りの正常な第１の発光素子に接続できる。また、この発明によれば、上記第１の発光素子と上記第２の発光素子とは、基板上の同一面に形成されているので、構造全体の厚みの増加,配線の複雑化,電気特性の低下などのデメリットを回避できる。
【００１５】
また、代替用の第２の発光素子が第１の発光素子と同一基板上の同一面に形成されているので、第１の発光素子と第２の発光素子とを同様の構造として同様の工程で同時に形成が可能になる。よって、第１の発光素子と代替用の第２の発光素子とを別の工程で作製する必要がなく、製造工程を簡単にできる。
【００１６】
さらに、複数の発光素子を直列接続する場合にも並列接続する場合にも対応でき、電圧降下などのデメリットを発生させることなく、元の光量を低下させることなく、不良となった第１の発光素子を代替用の第２の発光素子で容易に代替できる。
【００１７】
また、一実施形態の発光装置では、上記複数の第１の発光素子のうちの代替対象となった第１の発光素子の給電端子に上記第２の発光素子の給電端子がワイヤで電気的に接続されて上記代替対象となった第１の発光素子を上記第２の発光素子で代替している。
【００１８】
この実施形態によれば、不良となった代替対象の第１の発光素子の給電端子に第２の発光素子の給電端子をワイヤで接続した簡便な構造でもって、構造全体の厚みの増加,配線の複雑化,電気特性の低下などのデメリットを招くことなく代替対象の第１の発光素子を代替できる。
【００１９】
また、一実施形態の発光装置では、上記複数の第１の発光素子は、直列に電気接続された複数の第１の発光素子からなる発光素子アレイを複数有し、この複数の発光素子アレイが並列接続されている。
【００２０】
この実施形態によれば、複数の発光素子による直列接続と並列接続との所望の組み合わせでもって様々な要求仕様に対応が可能になる。
【００２１】
また、一実施形態の発光装置では、上記第２の発光素子によって代替されている第１の発光素子の給電端子が切断されて上記代替されている第１の発光素子が電気的に開放状態になされている。
【００２２】
この実施形態によれば、上記代替された第１の発光素子を確実に開放状態にして、第２の発光素子による代替後に定格電圧で駆動可能になる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明の発光装置によれば、複数の第１の発光素子のうちの不良の発光素子を取り外すことなく、かつ、構造全体の厚みの増加,配線の複雑化,電気特性の低下などの欠点を生じることなく、第２の発光素子で不良の発光素子を代替できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の前提となる発光素子集積デバイス２がウエハ１上に形成されている様子を示す模式図である。
【図２】上記発光素子集積デバイス２の構成の一例を示す平面図である。
【図３】この発明の発光装置の第１実施形態が備える１２個の第１の発光素子１３が３直列４並列に接続された構造を示す平面図である。
【図４】図３の３直列４並列接続構造の回路を示す回路図である。
【図５】上記第１の発光素子１３の断面を示す断面図である。
【図６】上記第１実施形態が備える第１の発光素子１３と第２の発光素子３９とをワイヤで接続した様子を示す平面図である。
【図７】図６に示す構成に対応する回路図である。
【図８】この発明の発光装置の第２実施形態が備える複数の第１の発光素子５１が直列接続された発光素子アレイの一部分を示す平面図である。
【図９】上記第２実施形態が備える第１の発光素子５１と第２の発光素子５２とをワイヤで接続した様子を示す平面図である。
【図１０】この発明の発光装置の第３実施形態が備える複数の第１の発光素子７１が直列接続された発光素子アレイの一部分を示す平面図である。
【図１１】上記第３実施形態が備える第１の発光素子７１と第２の発光素子７２とをワイヤで接続した様子を示す平面図である。
【図１２】ウエハ１００にラージサイズの発光素子が形成された参考例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２６】
図１,図２,図１２を参照して、先ず、この発明の発光装置の前提となる構成について説明する。
【００２７】
図１に示すようなウエハ１に複数の発光素子集積デバイス２を形成し、各発光素子集積デバイス２が切り出されて１つの発光デバイスとして使用される。図２は、上記ウエハ１に形成された複数の発光素子集積デバイス２のうちの１つを示す平面図である。この発光素子集積デバイス２はスモールサイズの複数個の発光素子３を集積した構造であり、この発光素子３が第１の発光素子に相当している。図２では、一例として、スモールサイズの発光素子３を給電端子４で２５個直列に接続した構造を示している。
【００２８】
ところで、ウエハに複数の発光素子を形成する際の成膜時には欠陥の発生が避けられない。このため、図１２に示すように、ウエハ１００にラージサイズの発光素子１６０を複数形成して、ウエハ１００からラージサイズの各発光素子１６０を切り出して使用すると、歩留まりの低下を招くことになる。
【００２９】
これに対して、スモールサイズの複数の発光素子３で構成された発光素子集積デバイス２を採用して、不良となった発光素子３を別の発光素子で代替させることで歩留まりの向上が図れる。
【００３０】
(第１の実施の形態)
次に、図３の平面図に、この発明の発光装置の第１実施形態である発光素子集積デバイスが備える１２個の第１の発光素子１３が３直列４並列に接続された構造を示す。また、図４は、この３直列４並列の接続構造の回路図である。
【００３１】
図３,図４に示すように、３個直列に接続された第１の発光素子１３からなる４つの直列接続回路の一端は外部電極１５に接続され、この外部電極１５はワイヤ１８で外部の(−)電極パッド２１に接続されている。また、上記４つの直列接続回路の他端をなす４つの給電端子１４は、４本のワイヤ１９で４つの(＋)電極パッド２２に接続されている。なお、図３において、符号１６は絶縁体を表している。
【００３２】
次に、図５に、図３の平面図に示した３個直列接続された第１の発光素子１３のうちの中央の第１の発光素子１３の断面構造を示す。図５において、符号３０は、窒化アルミニウム(ＡlＮ)を用いて作製された非導電性基板である。この非導電性基板３０の上に下面配線３１が形成され、この下面配線３１の上にＧａＮ系の発光素子１３が設けられている。この発光素子１３は両側に隣接する２つの発光素子１３に対して、下面配線３１と上下配線３３と上面配線３４が連なった導電経路によって電気的に直列接続されて上記直列接続回路をなしている。なお、図５において、符号３５は絶縁体を示している。また、各配線３１,３３,３４としてはＴi/Ａlの積層膜を用いている。また、上記下面配線３１,上下配線３３,上面配線３４が給電端子１４を構成している。
【００３３】
また、基板３０は絶縁基板であり、熱抵抗が小さいこと、および、発光素子１３のベース材料であるＧａＮと熱膨張係数が近いことが望ましく、最表面が絶縁層であれば、特に非導電性材料のみに制限されず、たとえば、最表面に絶縁膜が形成されているような構造体でもよい。例えば、ＳｉやＳｉＣなどを基板として用いる場合、最表面にそれらの酸化物などを形成しておくと良いし、上記絶縁基板の材料として、ガリウムリン(ＧａＰ)、ゲルマニウム(Ｇe)、窒化ガリウム(ＧａＮ)、シリコン(Ｓｉ)、炭化シリコン(ＳｉＣ)、インジュウムリン(ＩｎＰ)、サファイア(Ａl２Ｏ３)、酸化亜鉛(ＺｎＯ)を採用できる。
【００３４】
また、上記基板３０の厚みは、この発光装置を保持するためには一例として５０μｍ〜２ｍｍであればよく、さらには、放熱性の観点からは、５０μｍ〜５００μｍが望ましい。また、発光素子１３のベース材料としては、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＺｎＯ、およびその他の化合物半導体を採用できる。さらに、上記発光素子１３は、成長基板上に結晶成長したエピタキシャル成長層(エピ層)のエピ層のみを引き剥がした数十μｍの厚さの薄膜である。
【００３５】
さらに、図６に示すように、この第１実施形態の発光素子集積デバイスは、３直列４並列の接続構造をなす１２個の第１の発光素子１３に隣接して配置されている代替用発光素子としての第２の発光素子３９を備える。この第２の発光素子３９と上記第１の発光素子１３とは、上記非導電性基板３０上の同一面に形成されている。すなわち、第２の発光素子３９は、上記第１の発光素子１３が形成されている平面を延長した平面に形成されている。また、この実施形態では、上記代替用の発光素子としての第２の発光素子３９は、上記第１の発光素子１３と同様の構造である。なお、上記第２の発光素子３９は、上記第１の発光素子１３と異なる構造でもよい。
【００３６】
図６では、この発光素子集積デバイスの発光テストを実施した際に、１２個の第１の発光素子１３のうちの×印を付した１個の第１の発光素子１３‐１が点灯しなくて非点灯の原因がこの１個の第１の発光素子１３‐１の不良である場合を示している。また、ここで、この不良の第１の発光素子１３‐１の下面配線３１,上下配線３３,上面配線３４には異常がないものとする。
【００３７】
この場合、上記代替発光素子としての第２の発光素子３９の給電端子３８(ａ),３８(ｂ)をワイヤ４７,４８でワイヤボンドにより上記不良の第１の発光素子１３‐１の両側に接続された上面配線３４(ａ),３４(ｂ)に接続する。これにより、図７に示すように、上記不良の１個の第１の発光素子１３‐１をバイパスして、上記代替用の第２の発光素子３９を両側の正常な第１の発光素子１３‐２,１３‐３に直列に接続する回路が形成される。
【００３８】
よって、この実施形態によれば、基板３０上の第１の発光素子１３と同一面に形成されている代替用の第２の発光素子３９を正常な発光素子１３‐２,１３‐３に接続して、不良となった第１の発光素子１３‐１を取り外すことなく、不良となった第１の発光素子１３‐１を代替できる。また、第１の発光素子１３と第２の発光素子３９とは基板３０上の同一面に形成されているので、構造全体の厚みの増加,配線の複雑化,電気特性の低下などの欠点を生じることもなくなる。
【００３９】
また、代替用の第２の発光素子３９については、予め基板３０上の第１の発光素子１３と同一面に形成されているので、第１の発光素子１３の形成工程と別に工程を設けて代替用の発光素子３９を作製する必要がなく、第１の発光素子１３と第２の発光素子３９とを同様の構造として同様の工程で同時に形成可能であるので、製造工程が複雑化することもない。例えば、上記代替用としての第２の発光素子３９は、ダイシングの際のウエハ上のダイシング位置を変えるのみで、図３に示した１２個の第１の発光素子１３による構造に付加させることが可能である。
【００４０】
ところで、上記不良と判断された第１の発光素子１３‐１が短絡している場合は、この不良の第１の発光素子１３‐１を通して電流が流れないように、例えば、上下配線３３,下面配線３１,上面配線３４のうちの少なくとも１つを切断して、不良の第１の発光素子１３‐１をオープン状態にする必要がある。この配線切断の方法としては、例えばレーザーなどにより不良の第１の発光素子１３の配線を切断することにより、この不良の第１の発光素子１３‐１に隣接する他の第１の発光素子１３‐２,１３‐３に影響を与えることなく、不良と判断された発光素子１３‐１のみを開放状態とすることができる。これにより、代替発光素子である第２の発光素子３９が不良の発光素子の代替を果たす。よって、不良と判断された第１の発光素子１３‐１が他の正常な第１の発光素子１３に並列接続されている場合であっても各発光素子に定格電圧をかけることができる。
【００４１】
したがって、この実施形態によれば、不良となった発光素子１３の取り外しなどを行わずに、不良となった発光素子１３の代替品としての第２の発光素子３９を正常な残りの発光素子１３に新たに接続することで、容易に補修が可能となる。
【００４２】
(第２の実施の形態)
次に、図８および図９を参照して、この発明の発光装置の第２実施形態としての発光素子集積デバイスを説明する。図８に部分的に示すように、この第２実施形態の発光素子集積デバイスは、複数の第１の発光素子５１が直列接続された発光素子アレイを備えている。この発光素子アレイの隣接する２つの第１の発光素子５１は給電端子５４で直列に接続されている。
【００４３】
また、図９に示すように、この第２実施形態は、上記発光素子アレイの周辺に形成された代替用発光素子としての第２の発光素子５２を備える。上記複数の第１の発光素子５１と上記第２の発光素子５２とは、前述の第１実施形態と同様、同一基板上の同一面に形成されていて同様の構造となっている。なお、この第１,第２の発光素子５１,５２の断面構造は、前述の第１実施形態において図５を参照して説明した構造と同様であるので説明を省略する。
【００４４】
ここで、図８において、符号Ｂが記載された１個の第１の発光素子５１が不良である場合、上記発光素子アレイの複数の第１の発光素子５１は直列に接続されているので、この発光素子アレイ全体に電流が流れなくなり、発光素子集積デバイス全体の光量低下の原因になる。
【００４５】
この場合、図９において符号Ｄが記載されている上記代替用発光素子としての第２の発光素子５２の給電端子５５,５６をワイヤ６１,６２で上記不良となった第１の発光素子５１に接続されている給電端子５４,５４にワイヤボンディングで接続する。なお、これらの給電端子５４〜５６の作製材料としはＴi/Ａlの積層膜などが用いられる。
【００４６】
この第２実施形態によれば、前述の第１実施形態と同様、第１の発光素子５１と同一基板上の同一面に形成されている第２の発光素子５２でもって、不良となった第１の発光素子５１を取り外すことなく、不良となった第１の発光素子５１を代替でき、元の発光素子アレイと同様の機能を果たすことができる。
【００４７】
(第３の実施の形態)
次に、図１０および図１１を参照して、この発明の発光装置の第３実施形態としての発光素子集積デバイスを説明する。図１０に部分的に示すように、この第３実施形態の発光素子集積デバイスは、複数の第１の発光素子７１を直列接続した発光素子アレイを備えている。この発光素子アレイの隣接する２つの第１の発光素子７１は給電端子としての電極パッド７２で直列に電気的に接続されている。
【００４８】
この第３実施形態では、この電極パッド７２は、隣接する２つの第１の発光素子７１に跨っていると共に隣接する２つの第１の発光素子７１の下面に亘っている。この電極パッド７２によって、図１０において符号Ｅ,Ｆ,Ｇが記載されている各第１の発光素子７１が電気的に直列に接続することを可能としている。なお、この給電端子としての電極パッド７２を作製する材料としては、Ｔi/Ａlなどが用いられる。
【００４９】
また、この第３実施形態では、図１１に示すように、上記発光素子アレイの周辺に形成された代替用発光素子としての第２の発光素子７３を備える。上記複数の第１の発光素子７１と上記第２の発光素子７３とは、前述の第１実施形態と同様、同一基板上の同一面に形成されていて同様の構造となっている。なお、この第１,第２の発光素子７１,７３の断面構造は、前述の第１実施形態において図５を参照して説明した構造と同様であるので説明を省略する。
【００５０】
ここで、図１０において、符号Ｆが記載された１個の第１の発光素子７１が不良である場合、上記発光素子アレイの複数の第１の発光素子７１は直列に接続されているので、この発光素子アレイの全体に電流が流れなくなり、発光素子集積デバイス全体の光量低下の原因になる。
【００５１】
この場合、図１１において符号Ｈが記載されている上記代替用発光素子としての第２の発光素子７３の給電端子７５,７６をワイヤ８１,８２で上記不良となった第１の発光素子７１に接続されている２つの電極パッド７２,７２にワイヤボンディングで接続する。この第３実施形態によれば、前述の第１実施形態と同様、第１の発光素子７１と同一基板上の同一面に形成されている第２の発光素子７３でもって、不良となった第１の発光素子７１を取り外すことなく、不良となった第１の発光素子７１を代替でき、元の発光素子アレイと同様の光量を得ることができる。
【００５２】
尚、上記第１〜第３実施形態では、代替用の第２の発光素子を１つ備えて、不良となった１つの第１の発光素子を１つの第２の発光素子で代替する場合を説明したが、代替用の第２の発光素子を複数個備えて、不良となった複数個の第１の発光素子を代替するようにしてもよい。また、上記第１,第２の発光素子としては、発光ダイオードや半導体レーザ等の半導体発光素子が該当する。
【符号の説明】
【００５３】
１  ウエハ
２  発光素子集積デバイス
３,１３,１３‐１,１３‐２,１３‐３,５１,７１  第１の発光素子
１４,３８(ａ),３８(ｂ),５４〜５６,７５,７６  給電端子
１５  外部電極
１６  絶縁体
１８,６１,６２  ワイヤ
２１,２２,７２  電極パッド
３０  非導電性基板
３１  下面配線
３３  上下配線
３４,３４(ａ),３４(ｂ)  上面配線
３５  絶縁体
３９,５２,７３  第２の発光素子
４７,４８,８１,８２２２  ワイヤ
Ｂ,Ｆ  不良発光素子
Ｄ,Ｈ  代替用発光素子
【図１】
2010225604.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010225604.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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