(57)【要約】【課題】  白色光発光ダイオードチップとその製造方法を提供する。【解決手段】  白色発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ２００、上面と底面を有する青色光ＬＥＤチップ２０１、及びこの青色光ＬＥＤチップ２０１の上面上に設置され、青色光ＬＥＤチップ２０１の上面と直接接触する蛍光体層２０７を含むことを特徴とする。この白色光ＬＥＤチップ２００は、複数の青色光ＬＥＤチップ２０１を基板２１１上に付着させ、各青色光ＬＥＤチップ２０１の上面に少なくとも一つの接触パッド２０３、２０５を形成し、この接触パッド２０３上に保護層２１３を形成し、さらにこの上面上に成型した蛍光体層２０７を形成して前記接触パッド２０３を露出させ、最後に前記保護層２１３と基板２１１とを前記青色光ＬＥＤチップ２０１から除去して製造する。成型【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面と底面を有する青色光ＬＥＤチップと、
前記青色光ＬＥＤチップの前記上面上に設置され、前記青色光ＬＥＤチップの前記上面と直接接触する蛍光体層と、
を含むことを特徴とする白色光発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ。
【請求項２】
前記白色光ＬＥＤチップの側壁は、蛍光体層で覆われていないことを特徴とする請求項１に記載の白色光ＬＥＤチップ。
【請求項３】
前記蛍光体層は、黄色の蛍光材料を含み、前記黄色の蛍光材料は、前記青色光ＬＥＤチップが発光する青色光と相互作用する請求項１または請求項２に記載の白色光ＬＥＤチップ。
【請求項４】
前記青色光ＬＥＤチップは、前記青色光ＬＥＤチップの前記上面上に設置された、ｎ接触パッドおよびｐ接触パッドを更に含み、前記ｎ接触パッドと前記ｐ接触パッドは、蛍光体層で覆われていないことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の白色光ＬＥＤチップ。
【請求項５】
前記青色光ＬＥＤチップは、前記青色光ＬＥＤチップの前記上面上に設置されたｎ接触パッドと、前記青色光ＬＥＤチップの前記底面上に設置されたｐ接触パッドを更に含み、前記ｎ接触パッドは、蛍光体層で覆われていないことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の白色光ＬＥＤチップ。
【請求項６】
白色光ＬＥＤチップの製造方法であって、
各青色光ＬＥＤチップが少なくとも１つの接触パッドが形成された上面と底面とを有する複数の前記青色光ＬＥＤチップを提供するステップと、
前記青色光ＬＥＤチップの底面を基板に付着させるステップと、
前記複数の青色光ＬＥＤチップの前記上面の前記接触パッド上に保護層を形成するステップと、
前記青色光ＬＥＤチップの上面上に蛍光材料を形成するステップと、
前記蛍光材料に成形型をあてて、前記蛍光材料を前記青色光ＬＥＤチップの前記上面上の蛍光体層に成形するステップと、
前記接触パッドから前記保護層を除去するステップと、
前記隣接の青色光ＬＥＤチップ間の基板を分断し、複数の白色光ＬＥＤチップを形成するステップと、を含むことを特徴とする白色光ＬＥＤチップの製造方法。
【請求項７】
前記保護層は、フォトレジストまたはハードマスクを含む請求項６に記載の白色光ＬＥＤチップの製造方法。
【請求項８】
前記蛍光材料を形成するステップは、スプレーコーティングまたはディスペンシングプロセスを含み、前記基板上に前記青色光ＬＥＤチップを付着させるステップは、前記青色光ＬＥＤチップと前記基板の間に接着層を形成するステップを更に含む請求項６または請求項７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記青色光ＬＥＤチップの前記上面上の前記接触パッドは、前記蛍光体層で覆われず、前記白色光ＬＥＤチップの側壁は、前記蛍光体層で覆われず、前記蛍光体層は、前記青色光ＬＥＤチップが発光する青色光と相互作用して白色光を形成する請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の白色光ＬＥＤチップの製造方法。
【請求項１０】
前記基板の分断ステップ後、前記基板から前記白色光ＬＥＤチップを分離するステップを更に含む請求項６乃至請求項９のいずれかに記載の白色光ＬＥＤチップの製造方法。
【請求項１１】
前記各青色光ＬＥＤチップは、その上面上にｎ接触パッドを有し、その底面上にはｐ接触パッドとを有し、前記保護層は、前記ｎ接触パッド上に形成されることを特徴とする請求項６乃至請求項１０のいずれかに記載の白色光ＬＥＤチップの製造方法。
【請求項１２】
各青色光ＬＥＤチップは、前記青色光ＬＥＤチップの上面上に、ｎ接触パッドとｐ接触パッドとを有し、前記保護層は、前記ｎ接触パッド上と前記ｐ接触パッド上とに形成されることを特徴とする請求項６乃至請求項１０のいずれかに記載の白色光ＬＥＤチップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードチップに関し、特に、白色光発光ダイオードチップ（以下、「白色ＬＥＤチップ」という）とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という）は、電気エネルギーを光に変換させる化合物（compound）半導体素子である。ＬＥＤが発光する光は、概ね２０〜４０ｎｍ幅のスペクトルにわたって分布し、ＬＥＤの発光層を構成する半導体材料による特有なピーク発光波長を有する。このＬＥＤのピーク発光波長の結果として、単一のＬＥＤでは、可視スペクトルのほぼ全ての波長範囲からのスペクトルの寄与からなる白色光を発光することができない。図１は、従来の白色光発光デバイス１００の断面図を表している。白色光発光デバイス１００は、反射カップ１０に設置され、蛍光体１４によって囲まれた青色光発光ダイオードチップ（以下、「青色ＬＥＤチップ」という）１２を含む。ガラス板１６は、反射カップ１０上に設置され、青色ＬＥＤチップ１２と蛍光体１４を覆う。図１に例示する素子では、青色ＬＥＤチップ１２が発光する青色光の一部と、青色光の一部を蛍光体１４が吸収することにより、蛍光体１４が発光する赤色光と緑色光と、が混合されて白色光が生成される。
【０００３】
しかし、図１に示された素子のようなソースによって生成された白色光は、均一な色ではない。この不均一さは、ＬＥＤチップ１２の周囲の蛍光体１４の厚さのばらつきによるものである。この厚さのばらつきにより、青色光の吸収と赤色光と緑色光の放射の空間的な不均一性を招く。よって、生成された白色光は、色のついた光の環（colored rings）によって囲まれる。
【０００４】
例えば蛍光体層を有するＬＥＤチップの発光半導体構造を等角的にコーティングする方法が特許文献１に開示されている。この方法は、ＬＥＤチップをサブマウントに電気的接続し、第１バイアス電圧をサブマウントに印加して、帯電した（励起された（pumped））蛍光体粒子を含む溶液に第２バイアス電圧を印加するステップを含む。これらの２つのバイアス電圧によって生成された電場の作用により、蛍光体粒子が、例えばサブマウントとＬＥＤチップの表面などの導電面上に堆積する。
【０００５】
しかし、電気泳動析出を用いてＬＥＤチップ上に蛍光体層を形成させるのには、いくつかの問題がある。前記した蛍光体粒子とＬＥＤチップの表面の間の接着力は弱いため、蛍光体層は、ＬＥＤチップから容易に剥離する。また、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスを用いて青色ＬＥＤ素子上に黄色の材料の色付き薄膜を形成する方法が開示されている（特許文献１参照）。この方法は、光の均一性を改善することができ、光の出力は、ＬＥＤチップの基板の厚さに大きく左右されることがない。しかし、この方法を用いるプロセスは、複雑であり、ＬＥＤチップを覆う保護層を形成されなければならないからである。また、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスを用いてＬＥＤチップ上に黄色の材料の色付き薄膜を形成するプロセスを制御するのは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６５７６４８８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記した問題を解決し、均一な色をした白色ＬＥＤチップを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
白色ＬＥＤチップとその製造方法を提供する。白色ＬＥＤチップは、白色光発光のためのパッケージを必要としない。白色ＬＥＤチップを例示する一つの実施形態は、上面と底面を有する青色ＬＥＤチップを含む。蛍光体層は青色ＬＥＤチップの上面上に設置され、この蛍光体層は青色ＬＥＤチップの上面と直接接触する。
【０００９】
白色ＬＥＤチップの製造方法を例示する一つの実施形態は、上面と底面を有し、各青色ＬＥＤチップは、青色ＬＥＤチップの上面上に少なくとも１つの接触パッドを有する複数の青色ＬＥＤチップを提供するステップを含む。青色ＬＥＤチップの底面は、基板に付着される。保護層は、接触パッド上に形成され、各青色ＬＥＤチップの上面を露出させる。蛍光材料は、青色ＬＥＤチップの上面上に形成される。青色ＬＥＤチップの上面上の接触パッドの領域を除いて、金型が蛍光材料に提供され、青色ＬＥＤチップの上面上に蛍光体層を形成する。続いて、保護層が接触パッドから除去され、基板が隣接の青色ＬＥＤチップ間で分割され、複数の白色ＬＥＤチップを形成する。
【発明の効果】
【００１０】
上述の実施例に基づくと、本発明の白色ＬＥＤチップは、青色ＬＥＤチップをパッケージングすることなく白色光発光を提供することができる。蛍光体層は、青色ＬＥＤチップの上面上に直接設置され、青色ＬＥＤチップより放射された青色光の一部を黄色光に変換することができる。よって、蛍光体層からの黄色光は、青色ＬＥＤチップからの青色光と統合され、白色光を形成する。よって、本発明の白色ＬＥＤチップは、パッケージを必要としない。また、本発明の実施例に基づいた白色ＬＥＤチップは、青色ＬＥＤチップ上の蛍光体層の均一な厚さにより、均一な白色光を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来の白色発光デバイスの断面図である。
【図２】本発明の一実施例に基づいた白色ＬＥＤチップの断面図である。
【図３】本発明のもう１つの実施例に基づいた白色ＬＥＤチップの断面図である。
【図４Ａ】乃至
【図４Ｆ】本発明に基づいた図２の白色ＬＥＤチップの製造方法の実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照にしながら、詳細に説明する。
【００１３】
本発明は、白色光発光のためのパッケージを必要としない白色ＬＥＤチップを提供する。図２と図３は、本発明に基づいた白色ＬＥＤチップの実施形態の断面図を表している。図２を参照すると、白色ＬＥＤチップ２００は、青色ＬＥＤチップ２０１と青色ＬＥＤチップ２０１の上面上に設置された蛍光体層２０７を含む。この実施形態では、青色ＬＥＤチップ２０１は、青色ＬＥＤチップ２０１の上面上に設置されたｎ接触パッド２０３と、青色ＬＥＤチップ２０１の底面上に設置されたｐ接触パッド２０５とを有する垂直型ＬＥＤチップである。青色ＬＥＤチップ２０１の上面は、発光面であり、その底面は前記した上面と向かい合う面である。青色ＬＥＤチップ２０１の上面は、ｎ接触パッド２０３の領域を除いて蛍光体層２０７で直接覆われる。
【００１４】
図３には、本発明に基づいた白色ＬＥＤチップ３００のもう１つの実施形態が示されている。白色ＬＥＤチップ３００は、青色ＬＥＤチップ２０１と青色ＬＥＤチップ２０１の上面上に設置された蛍光体層２０７を含む。この実施例では、青色ＬＥＤチップ２０１は、ともに青色ＬＥＤチップ２０１の上面上に設置した、ｎ接触パッド２０３と、ｐ接触パッド２０５と、を有する横型ＬＥＤチップである。青色ＬＥＤチップ２０１の上面は、ｎ接触パッド２０３とｐ接触パッド２０５の領域を除いて蛍光体層２０７で直接覆われる。
【００１５】
一般的に、青色ＬＥＤチップ２０１は、ｎ型領域と、活性領域と、ｐ型領域とを含み、活性領域は、ｎ型領域とｐ型領域の間に設置される。ｎ接触パッド２０３は、ｎ型領域と結合し、ｐ接触パッド２０５は、ｐ型領域と結合する。図を簡易化するため、青色ＬＥＤチップ２０１内の他の様々な領域は示されていない。いくつかの実施形態では、活性領域は、窒化ガリウム（ＧａＮ）とインジウムを含み、窒化インジウムガリウム／窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ／ＧａＮ）半導体層を形成する。ｎ型領域は、ｎ−ＧａＮ層とし、ｐ型領域は、ｐ−ＧａＮ層とすることができる。電力をｎ接触パッド２０３とｐ接触パッド２０５とに印加することにより、ＬＥＤチップ２０１が青色光を発光する。蛍光体層２０７は、青色ＬＥＤチップ２０１が放射する青色光の一部を黄色光に変換することができる蛍光材料を含む。蛍光体層２０７の蛍光材料として、ＺｎＳｅ、ＣｅＯ、Ａｌ２Ｏ３、およびＣｅドープＹ２O３のいずれかを用いることができる。このようにして、蛍光体層２０７が発光する黄色光は、青色ＬＥＤチップ２０１より放射された青色光と混合されて、白色光を形成する。
【００１６】
図４Ａ乃至図４Ｆには、本発明に基づいた図２の白色ＬＥＤチップの製造方法の実施形態の断面図である。図４Ａに示されるように、複数の青色ＬＥＤチップ２０１が、製造工程途上の基板２１１に互いに隣接して設置されている。この製造工程途上の基板２１１として、シリコンウエハまたは他の半導体ウエハを用いることができ、白色ＬＥＤチップが完成した後、除去される。１つの実施形態では、例えばエポキシ樹脂などの接着層２０９を、基板２１１上に形成する。青色ＬＥＤチップ２０１の底面は、接着層２０９を介して基板２１１に接着される。この実施形態では、青色ＬＥＤチップ２０１のｐ接触パッド２０５が、基板２１１に付着される。
【００１７】
さらに図４Ｂでは、保護層２１３が青色ＬＥＤチップ２０１のｎ接触パッド２０３上に形成され、一方、青色ＬＥＤチップ２０１の他の上面は露出されている。保護層２１３として、フォトリソグラフィープロセスによってパターン形成し、ｎ接触パッド２０３上に形成したフォトレジストを用いることができる。保護層２１３として、ｎ接触パッド２０３と同一なパターンを有するハードマスクを用いることもできる。また、フォトレジストまたはハードマスク２１２は、製造工程途上の基板２１１上で、かつ青色ＬＥＤチップ２０１の間に設置される。フォトレジストまたはハードマスク２１２の材料は、保護層２１３と同じとしてよく、フォトレジストまたはハードマスク２１２は、保護層２１３と一緒に形成してもよい。続いて、図４Ｃを参照下さい。蛍光材料２０７は、スプレーコーティング、ディスペンシングプロセスまたは他のコーティングプロセスによって青色ＬＥＤチップ２０１の上面上に形成される。蛍光材料２０７は、例えばＺｎＳｅ、ＣｅＯ、Ａｌ２Ｏ３およびＣｅドープＹ２O３のいずれかであり、青色ＬＥＤチップ２０１より放射された青色光の一部を黄色光に変換することができる。
【００１８】
図４Ｄにおいて、成形型２１７は、蛍光材料２０７にあててこれを蛍光体層に成形するように提供される。成形プロセスの結果、蛍光体層２０７は、ｎ接触パッド２０３の領域以外の青色ＬＥＤチップ２０１の上面上に形成される。一方、ｎ接触パッド２０３は、保護層２１３によって保護される。続いて図４Ｅに示すように、成形型２１７は、蛍光体層２０７が形成された後、除去する。また、フォトレジストまたはハードマスク２１２も製造工程途上の基板２１１から除去する。フォトレジスト２１２は、現像プロセスによって除去することができる。ハードマスク２１２は、剥離プロセスによって除去することができる。フォトレジストまたはハードマスク２１２を除去した後、青色ＬＥＤチップ２０１の上面のみが蛍光体層２０７で覆われ、青色ＬＥＤチップ２０１の側壁は蛍光体層２０７で覆われない。
【００１９】
図４Ｆでは、保護層２１３がｎ接触パッド２０３から除去されている。一実施形態では、保護層２１３は、現像プロセスによって除去することができるフォトレジストでよい。他の実施形態では、保護層２１３は、剥離プロセスによって直接除去することができるハードマスクでよい。保護層２１３を除去した後、基板２１１は、隣接の青色ＬＥＤチップ２０１間のスクライブライン２１９に沿って分割される。続いて、図２に示されるように、青色ＬＥＤチップ２０１の底面は、製造工程途上の基板２１１から分断し、白色ＬＥＤチップ２００を形成する。
【００２０】
他の実施形態では、本発明に基づいた図３の白色ＬＥＤチップ３００を形成する方法は、ｎ接触パッド２０３とｐ接触パッド２０５が両方とも、青色ＬＥＤチップ２０１の上面上に設置されることを除いて、図４Ａ乃至４Ｆの実施形態と同じである。一方、白色ＬＥＤチップ３００の形成方法は、ｎ接触パッド２０３とｐ接触パッド２０５とが両方とも保護層２１３で覆われる。また、白色ＬＥＤチップ３００に用いられる成形型は、白色ＬＥＤチップ２００に用いられる成形型２１７と異なる。白色ＬＥＤチップ３００の成形プロセスの結果として、蛍光体層２０７は、青色ＬＥＤチップ２０１の上面上に形成されてｎ接触パッド２０３とｐ接触パッド２０５を露出させる。
【００２１】
白色ＬＥＤチップ２００についての実施形態では、ｎ接触パッド２０３は、青色ＬＥＤチップ２０１の上面上に設置され、ｐ接触パッド２０５は、青色ＬＥＤチップ２０１の底面上に設置される。本発明の他の実施形態では、垂直型白色ＬＥＤチップは、ＬＥＤチップの底面上のｎ接触パッドとＬＥＤチップの上面上のｐ接触パッドも有するものにすることができる。
【００２２】
本発明の実施例に基づいた白色ＬＥＤチップ２００と３００を用いれば、パッケージにしなくても白色光を発光させることできる。白色ＬＥＤチップ２００と３００は、白色光発光を提供する、例えばディスプレイ、または発光素子などの他のアセンブリの一部に用いることもできる。  
【００２３】
以上、本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や修飾を付加することが可能である。従って、本発明が請求する保護範囲は、特許請求の範囲を基準とする。
【符号の説明】
【００２４】
１００  白色発光デバイス
１０  反射カップ
１２、２０１  青色ＬＥＤチップ
１４  蛍光体
１６  ガラス板
２００、３００  白色ＬＥＤチップ
２０３  ｎ接触パッド
２０５  ｐ接触パッド
２０７  蛍光体層（蛍光材料）
２０９  接着層
２１１  基板
２１２  ハードマスク
２１３  保護層
２１７  成形型
２１９  スクライブライン
【図１】
2010245515.tif 000003
【図２】
2010245515.tif 000004
【図３】
2010245515.tif 000005
【図４Ａ】
2010245515.tif 000006
【図４Ｂ】
2010245515.tif 000007
【図４Ｃ】
2010245515.tif 000008
【図４Ｄ】
2010245515.tif 000009
【図４Ｅ】
2010245515.tif 000010
【図４Ｆ】
2010245515.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成22年3月18日(2010.3.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
【図１】従来の白色発光デバイスの断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に基づいた白色ＬＥＤチップの断面図である。
【図３】本発明のもう１つの実施形態に基づいた白色ＬＥＤチップの断面図である。
【図４Ａ】本発明に基づいた図２の白色ＬＥＤチップの製造方法の実施形態の断面図である。
【図４Ｂ】本発明に基づいた図２の白色ＬＥＤチップの製造方法の実施形態の断面図である。
【図４Ｃ】本発明に基づいた図２の白色ＬＥＤチップの製造方法の実施形態の断面図である。
【図４Ｄ】本発明に基づいた図２の白色ＬＥＤチップの製造方法の実施形態の断面図である。
【図４Ｅ】本発明に基づいた図２の白色ＬＥＤチップの製造方法の実施形態の断面図である。
【図４Ｆ】本発明に基づいた図２の白色ＬＥＤチップの製造方法の実施形態の断面図である。