(57)【要約】【課題】各ＬＥＤチップから出力された光に他のＬＥＤチップの影が生じにくい発光装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】発光装置１の各ＬＥＤチップ２は、それぞれ結晶成長用基板２４の主表面側に積層構造膜からなる発光層２２をエピタキシャル成長法により成長させてなるＬＥＤ基材を用いて形成される。各ＬＥＤ基材は、発光層２２における一対の電極２１が形成された面を実装基板３に対向させる向きで、実装基板３の第１の面３０上にフリップチップ実装されて構成される。各ＬＥＤ基材は、発光層２２を実装基板３の第１の面３０に固着した後で結晶成長用基板２４が除去され、発光層２２および電極２１からなるＬＥＤチップ２のみが実装基板３上に残るように実装基板３に実装される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＬＥＤチップと、前記複数の前記ＬＥＤチップが第１の面に実装される実装基板とを備え、前記ＬＥＤチップは、それぞれ前記実装基板の前記第１の面にフリップチップ実装されており、光を発生する発光層が前記実装基板と反対側の面に露出していることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記複数の前記ＬＥＤチップは発光色が互いに異なる複数種類のＬＥＤチップを含んでおり、前記複数の前記ＬＥＤチップの混色光を出力光として出力することを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の発光装置の製造方法であって、それぞれ前記発光層が基板の一面上に形成されてなる複数のＬＥＤ基材を、前記実装基板の前記第１の面に前記発光層を対向させるようにフリップチップ実装する実装工程と、前記発光層を前記実装基板に固定した後で前記ＬＥＤ基材の前記基板を除去する除去工程とを有することを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項４】
前記複数の前記ＬＥＤ基材は前記基板の材質が互いに異なる第１のＬＥＤ基材と第２のＬＥＤ基材とを含んでおり、前記実装工程は、前記第１のＬＥＤ基材を前記実装基板に実装する第１の実装工程と、前記第２のＬＥＤ基材を前記実装基板に実装する第２の実装工程とを有し、前記除去工程は、前記第１のＬＥＤ基材の前記基板をウェットエッチングにより除去するエッチング工程と、前記第２のＬＥＤ基材の前記基板をレーザリフトオフにより除去するリフトオフ工程とを有し、前記第１の実装工程、前記エッチング工程、前記第２の実装工程、前記リフトオフ工程の順に行うことを特徴とする請求項３記載の発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）チップを光源として備えた発光装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、この種の発光装置として、実装基板を具備し、実装基板の厚み方向の一表面（以下、「第１の面」という）上に、複数のＬＥＤチップを実装したものが知られている（たとえば特許文献１参照）。この発光装置は、実装基板上に発光色が互いに異なる複数種類のＬＥＤチップを実装し、これらのＬＥＤチップの混色光を出力するように構成されている。
【０００３】
ところで、特許文献１記載の発光装置は、実装基板に形成された導体パターンに対し、各ＬＥＤチップの光取出面側の電極がボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。そのため、この発光装置は、ＬＥＤチップから出力される光にボンディングワイヤの影が生じることになり、光の取出効率等の面で問題がある。
【０００４】
これに対して、発光装置としては、ＬＥＤチップが実装基板に対してフェースダウン状態でフリップチップ実装されている構成のものも知られている（たとえば特許文献２参照）。
【０００５】
特許文献２記載の発光装置では、ＬＥＤチップは、結晶成長用基板である透光性のサファイア基板の主表面側に発光層が形成されて構成されている。このＬＥＤチップは、発光層の厚み方向における結晶成長用基板とは反対側の一表面に形成された一対の電極を、実装基板の導体パターンにダイボンディングすることにより、実装基板の第１の面に固着される。この構成では、ＬＥＤチップの発光層で生じた光は、結晶成長用基板を通して取り出すことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１７７０９６号公報（第００１６−００２３段落）
【特許文献２】特開２００２−３１９７０８号公報（第０００２−０００４段落、図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献２記載の発光装置は、実装基板の第１の面からのＬＥＤチップの高さ寸法が、少なくとも発光層の厚み寸法に結晶成長用基板の厚み寸法を加えたものとなる。そのため、実装基板の同一面上に複数のＬＥＤチップが近接して配置されると、各ＬＥＤチップの発光層から出力される光に、他のＬＥＤチップの結晶成長用基板の影が生じることがある。
【０００８】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであって、各ＬＥＤチップから出力された光に他のＬＥＤチップの影が生じにくい発光装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の発光装置は、複数のＬＥＤチップと、前記複数の前記ＬＥＤチップが第１の面に実装される実装基板とを備え、前記ＬＥＤチップは、それぞれ前記実装基板の前記第１の面にフリップチップ実装されており、光を発生する発光層が前記実装基板と反対側の面に露出していることを特徴とする。
【００１０】
この発光装置において、前記複数の前記ＬＥＤチップは発光色が互いに異なる複数種類のＬＥＤチップを含んでおり、前記複数の前記ＬＥＤチップの混色光を出力光として出力することが望ましい。
【００１１】
また、この発光装置の製造方法は、それぞれ前記発光層が基板の一面上に形成されてなる複数のＬＥＤ基材を、前記実装基板の前記第１の面に前記発光層を対向させるようにフリップチップ実装する実装工程と、前記発光層を前記実装基板に固定した後で前記ＬＥＤ基材の前記基板を除去する除去工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
この発光装置の製造方法において、前記複数の前記ＬＥＤ基材は前記基板の材質が互いに異なる第１のＬＥＤ基材と第２のＬＥＤ基材とを含んでおり、前記実装工程は、前記第１のＬＥＤ基材を前記実装基板に実装する第１の実装工程と、前記第２のＬＥＤ基材を前記実装基板に実装する第２の実装工程とを有し、前記除去工程は、前記第１のＬＥＤ基材の前記基板をウェットエッチングにより除去するエッチング工程と、前記第２のＬＥＤ基材の前記基板をレーザリフトオフにより除去するリフトオフ工程とを有し、前記第１の実装工程、前記エッチング工程、前記第２の実装工程、前記リフトオフ工程の順に行うことが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、複数のＬＥＤチップを実装基板の同一面上に配置しながらも、各ＬＥＤチップから出力された光に他のＬＥＤチップの影が生じにくいという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態１の構成を示す概略断面図である。
【図２】同上の構成を示す概略斜視図である。
【図３】同上の製造工程を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施形態１）
本実施形態の発光装置１は、図２に示すように発光色が互いに異なる複数種類のＬＥＤ（発光ダイオード）チップ２１〜２４と、これらのＬＥＤチップ２１〜２４が実装される実装基板３とを備えている。本実施形態では、ＬＥＤチップ２１〜２４（以下、各々を特に区別しないときは単に「ＬＥＤチップ２」という）として、それぞれ発光色が赤色、緑色、橙色、青色の４種類のＬＥＤチップを採用している。
【００１６】
これらのＬＥＤチップ２１〜２４は、それぞれが発する赤色光、緑色光、橙色光、青色光の混色光として白色光を得ることができるように、実装基板３の厚み方向の一表面（以下、「第１の面」という）３０上に互いに近接して配置される。ただし、各ＬＥＤチップ２の発光色は特に限定するものではなく、所望の混色光に応じて適宜選択すればよい。
【００１７】
実装基板３は、シリコン基板を用いて形成され、外周形状が矩形のチップ状に形成されている。本実施形態では、４個のＬＥＤチップ２は実装基板３の外周縁に沿って縦（図２の奥行き方向）２列、横（図２の左右方向）２列に並べて配置されている。
【００１８】
実装基板３は、シリコン基板の表面にシリコン酸化膜からなる絶縁膜（図示せず）が形成され、図１に示すように、絶縁膜上にはＬＥＤチップ２の一対の電極２１とそれぞれ電気的に接続される２個１組の導体パターン３１が４組形成されている。導体パターン３１は、それぞれ第１の面３０において各ＬＥＤ２の各電極２１に対応する位置に配置された電極パッド３１ａと、電極パッド３１ａから第１の面３０とは反対側の面に回り込む形で引き出されたリード部３１ｂとを有している。なお、図１は図２のＡ−Ａ断面図である。
【００１９】
ここにおいて、各導体パターン３１は、絶縁膜上に形成された密着性改善用のＴｉ膜とＴｉ膜上に形成されたＡｕ膜との積層膜により構成されている。なお、本実施形態では、絶縁膜上のＴｉ膜の膜厚を１５〜５０ｎｍ、Ｔｉ膜上のＡｕ膜の膜厚を５００ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。
【００２０】
各ＬＥＤチップ２は、図１に示すように、発光層２２における一対の電極２１が形成された面を実装基板３に対向させる向きで、実装基板３の第１の面３０上にフェースダウン状態でフリップチップ実装される。ここで、各ＬＥＤチップ２は、発光層２２に設けた一対の電極２１がバンプ２３を介して電極パッド３１ａにダイボンディングされることにより、発光層２２が実装基板３の第１の面３０に固着されるとともに、導体パターン３１と電気的に接続される。
【００２１】
各ＬＥＤチップ２は、それぞれ基板となる結晶成長用基板２４（図３（ａ）参照）を有するＬＥＤ基材２０（図３（ａ）参照）を用いて形成される。各ＬＥＤ基材２０は、それぞれ結晶成長用基板２４の主表面側に、積層構造膜からなる発光層２２をエピタキシャル成長法により成長させて構成される。結晶成長用基板２４は、赤色、橙色のＬＥＤチップ２１，２３の基になるＬＥＤ基材２０においてはＧａＡｓ（ガリウム砒素）基板からなり、緑色、青色のＬＥＤチップ２２，２４の基になるＬＥＤ基材２０においてはサファイア基板からなるものとする。
【００２２】
各ＬＥＤ基材２０は、発光層２２の厚み方向における結晶成長用基板２４とは反対側の一表面にそれぞれアノード側、カソード側となる一対の電極２１が形成される。本実施形態では、発光層２２は、結晶成長用基板２４上にｎ型半導体層２２ａ、ｐ型半導体層２２ｂの順に積層されて構成される。カソード側の電極２１は、ｐ型半導体層２２ｂの一部をエッチング除去することによりｎ型半導体層２２ａの一部を露出させた部分に形成される。
【００２３】
ＬＥＤ基材２０の電極２１は、たとえばＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成されるものとするが、特にこれらの材料に限定されるものではない。なお、本実施形態ではＬＥＤチップ２の発光層２２は厚み寸法が４μｍに設定されているものとするが、この数値は一例であって特に限定する趣旨ではない。
【００２４】
ところで、本実施形態の発光装置１においては、各ＬＥＤ基材２０は、発光層２２を実装基板３の第１の面３０に固着した後で結晶成長用基板２４が除去され、発光層２２および電極２１のみが実装基板３上に残るように実装基板３に実装される。すなわち、各ＬＥＤ基材２０は、発光層２２および電極２１のみからなるＬＥＤチップ２が、結晶成長用基板２４から実装基板３に転写されるようにして実装基板３上に実装される。そのため、各ＬＥＤチップ２は、実装基板３と反対側の面に発光層２２が露出した状態となり、実装基板３からの各ＬＥＤチップ２の高さ寸法は、発光層２２の厚み寸法程度に抑えられることになる。
【００２５】
以下、本実施形態の発光装置１の製造にあたり、ＬＥＤチップ２を実装基板３に実装する際の具体的な工程について図３を参照して説明する。
【００２６】
まず、図３（ａ）に示すように、結晶成長用基板２４上に発光層２２を形成してなるＬＥＤ基材２０が、導体パターン３１が形成された実装基板３に対してフェースダウン状態でフリップチップ実装される（第１の実装工程）。ここでは、赤色、緑色、橙色、青色の４種類のＬＥＤチップ２のうち、結晶成長用基板２４としてＧａＡｓ基板を用いた赤色、橙色のＬＥＤチップ２１，２３のＬＥＤ基材２０が、第１のＬＥＤ基材として第１の実装工程で先に実装されるものとする。
【００２７】
第１の実装工程後、図３（ｂ）に示すように実装基板３の第１の面３０のＬＥＤ基材２０を除く全面に、レジストが塗布されてレジスト膜４が形成される（レジスト工程）。その後、図３（ｃ）に示すようにウェットエッチングが行われることによって、ＬＥＤ基材２０の結晶成長用基板（ＧａＡｓ基板）２４が除去され（エッチング工程）、ＬＥＤチップ２１，２３が形成される。エッチング工程後には、図３（ｄ）に示すようにレジスト膜４が剥離される（剥離工程）。
【００２８】
その後、図３（ ｅ）に示すように、結晶成長用基板２４としてサファイア基板を用いた緑色、青色のＬＥＤチップ２２，２４のＬＥＤ基材（第２のＬＥＤ基材）２０が、実装基板３に対してフェースダウン状態でフリップチップ実装される（第２の実装工程）。第２の実装工程後、レーザリフトオフによって、ＬＥＤ基材２０の結晶成長用基板（サファイア基板）２４が除去され（リフトオフ工程）、ＬＥＤチップ２２，２４が形成されて図１に示す状態の発光装置１が完成する。レーザリフトオフで結晶成長用基板を除去する際、実装基板３とＬＥＤチップ２２，２４との隙間には樹脂（透明、白色あるいは着色されたシリコーン、エポキシ樹脂等）などを配置して空間を埋めることが望ましい。これにより、レーザリフトオフ加工時の発光層２２へのダメージを抑制することが可能となる。
【００２９】
なお、本実施形態の発光装置１の製造にあたっては、シリコン基板として、実装基板３を多数形成可能なシリコンウェハを用いる。上述したようなＬＥＤチップ２を実装する工程はウェハレベルで行われ、ウェハレベルの構造体を形成後ダイシング工程により各発光装置１のサイズに分割される。そのため、小型の発光装置１を実現できるとともに、製造が容易になる。
【００３０】
以上説明した本実施形態の発光装置１によれば、ＬＥＤチップ２は、実装基板３からの高さ寸法が発光層２２の厚み寸法程度の低さに抑えられ、発光装置１全体として薄型化を図ることができる。また、ＬＥＤチップ２の高さ寸法が低く抑えられることにより、複数のＬＥＤチップ２を実装基板３の同一面上に近接して配置しても、ＬＥＤチップ２の発光層２２から出力される光に他のＬＥＤチップの影が生じることを回避できるという利点もある。しかも、各ＬＥＤチップ２は、実装基板３に対してフリップチップ実装されているので、導体パターン３１と電気的に接続するためのボンディングワイヤが不要であり、出力光にボンディングワイヤの影が生じることもない。
【００３１】
すなわち、本実施形態の発光装置１では、複数のＬＥＤチップ２を実装基板３の同一面上に近接して配置しても、ＬＥＤチップ２から出力された光に影が生じにくいという利点がある。
【００３２】
また、ＬＥＤ基材２０の結晶成長用基板２４を除去する方法として、ウェットエッチングとレーザリフトオフとを用いているので、結晶成長用基板２４の材質が異なるＬＥＤ基材２０でも、実装基板３の同一面上に実装可能となる。しかも、エッチング工程の後にリフトオフ工程を行うことにより、発光層２２上にレジスト膜４が形成されることがなく、レジスト膜４を剥離する際に発光層２２がダメージを受けることがないという利点もある。
【００３３】
なお、上記実施形態では、実装基板３はシリコン基板を用いて形成されているが、シリコン基板に限らず、たとえば窒化アルミ（ＡｌＮ基板）、シリコンカーバイド基板（ＳｉＣ基板）や、金属基板などを用いて形成されていてもよい。
【００３４】
また、上記実施形態では、赤色、橙色のＬＥＤチップ２１，２３を実装後、緑色、青色のＬＥＤチップ２２，２４を実装する例を示したが、この例に限らず、緑色、青色のＬＥＤチップ２２，２４を先に実装するようにしてもよい。
【００３５】
さらにまた、上記実施形態で説明した発光装置１は、発光色が互いに異なる複数のＬＥＤチップ２が実装基板３に実装されているが、この例に限るものではなく、一部のＬＥＤチップ２、あるいは全てのＬＥＤチップ２が同色であってもよい。
【００３６】
（実施形態２）
本実施形態の発光装置１は、ＬＥＤチップ２から出力される光を検出する光検出素子（図示せず）を備える点が実施形態１の発光装置１と相違する。
【００３７】
すなわち、ＬＥＤチップ２として互いに発光色が異なるＬＥＤチップを用いると、発光装置１は、ＬＥＤチップ２ごとに発光層２２の組成が異なり温度特性等にばらつきがあるため、各ＬＥＤチップ２からの光出力の比率を一定に保つことが難しい。そこで、本実施形態の発光装置１は、光検出素子で検出される光出力が一定に保たれるようにＬＥＤチップ２に流す電流をフィードバック制御し、混色光の光色を一定に保つ構成とする。
【００３８】
本実施形態では、光検出素子は、各ＬＥＤチップ２からの光出力の比率を検知可能なように、フォトダイオードを用いたカラーセンサからなる。実装基板３は、第１の面３０上において４つのＬＥＤチップ２に囲まれる中心位置に、光検出素子が配置された構成とする。上記構成の実装基板３は回路基板（図示せず）に実装される。
【００３９】
回路基板には、各ＬＥＤチップ２を駆動する駆動回路と、光検出素子の出力を受けて駆動回路を制御する制御回路とが形成される。制御回路は、各光検出素子の検出値が所定の目標値に保たれるように、駆動回路から各ＬＥＤチップ２に流れる電流をフィードバック制御する。
【００４０】
以上説明した本実施形態の発光装置１によれば、各ＬＥＤチップ２からの光出力の比率を一定に保ち、混色光の光色を一定に保つことができる。なお、光検出素子としては、それぞれ各ＬＥＤチップ２の出力光に対して感度を持つフォトダイオードを用い、ＬＥＤチップ２ごとに光検出素子が設けられるようにしてもよい。
【００４１】
その他の構成および機能は実施形態１と同様である。
【符号の説明】
【００４２】
１  発光装置
２  ＬＥＤチップ
３  実装基板
２０  ＬＥＤ基材
２１  電極
２２  発光層
２４  （結晶成長用）基板
３０  第１の面
【図１】
2011222724.tif 000003
【図２】
2011222724.tif 000004
【図３】
2011222724.tif 000005