JP4863432B2 - 発光ダイオード及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）に係り、携帯電話あるいはＰＤＡ(Personal Digital Assistance)機器の点灯表示用、広くは検出制御用、照明用に適用できる発光ダイオード及びその製造方法に関する。
近年発光ダイオードの利用はめざましく、点灯表示用から情報処理装置、生物育成にまで応用範囲は広がっている。また、最も効率の良い照明用としての発展も期待されている。
発光ダイオードの発光の強さや波長は半導体のＰＮ接合構造、すなわち材質やバンドギャップの大きさにより決まるが、その組み合わせは無限に近い。また、発光ダイオード製造時の条件、すなわちドープする不純物や生成する膜厚の制御は必ずしも一定ということは無く、同時に作製する１枚の発光ダイオード集積回路基板内であってもその電圧特性や輝度には多少のバラツキが生じてしまう。
このため、発光ダイオードを点灯する回路は一般的には発光ダイオード１個毎に個別の電流制御を行うことが多いが、複数個の発光ダイオードを直列あるいは並列接続使用の必要性もあることから、これまでは発光ダイオードの特性を１個毎に測定して分類する方法などが行われていた。
以下、図面を用いて従来技術における発光ダイオードの用法について説明する。なお、ここでは主としてチップ型発光ダイオードに関するものである。
（従来のチップＬＥＤ）
図６は従来例のチップ型発光ダイオードの断面図であって、６００はチップ型発光ダイオード、６０１は発光ダイオードチップ、６２２はチップ基板、６２３、６２４は電極、６２５は導電接着層、６２６は接続ワイヤ、６２７は樹脂モールド、６２８、６２９は半田電極であって、チップ基板６２２の電極６２３上に導電接着層６２５により発光ダイオードチップ６０１のカソード側を固着導通し、前記チップ基板６２２の電極６２４と発光ダイオードチップ６０１のアノード側を接続ワイヤで導通している。また、電極６２３と電極６２４は前記チップ基板６２２端の半田電極６２８、６２９と導通している。
ここで、発光ダイオードチップ６０１は半導体基板（ウェーハー）上に多数個の発光ダイオードを同時に作製し、１個毎に切り出したチップ状の発光ダイオードであり、また、チップ基板６２２に発光ダイオードチップ６０１を搭載し、前記チップ基板６２２の半田電極６２８、６２９と導通接続し、前記発光ダイオードチップ６０１を透明もしくは半透明の樹脂でモールドしたものがチップ型発光ダイオード６００である。
図７ａおよび図７ｂは従来のチップ型発光ダイオードの用法例であって、図７ａは結線図、図７ｂは実装基板への搭載例を示す断面図である。
図７ａにおいて、７０２は電流制限抵抗であって、電流制限抵抗７０２の一端は電源の正極端子７０５に、他端はチップ型発光ダイオード６００のアノード側７０３に、前記チップ型発光ダイオード６００のカソード側端子７０４は電源のコモン端子７０６にそれぞれ接続してあり、正極端子７０５とコモン端子７０６間に電圧を印加するとチップ型発光ダイオード６００には電流制限抵抗７０２で規制された電流が流れ、前記チップ型発光ダイオード６００が点灯する。
正極端子７０５とコモン端子７０６間に印加する電圧をＶ、電流制限抵抗７０２の抵抗値をＲ、チップ型発光ダイオード６００の順方向電圧をＶＦとすると、前記チップ型発光ダイオード６００を流れる電流Ｉは、
Ｉ≒（Ｖ−ＶＦ）÷Ｒ
である。
図７ｂは図７ａの結線図に示したチップ型発光ダイオードの実装断面図であって、７３２はマザーボード、７３３、７３４、７４０はマザーボード配線である。マザーボード７３２上のマザーボード配線７４０と７３４間には電流制限抵抗７０２を、マザーボード配線７３４、７３３間にはチップ型発光ダイオード６００を搭載し、リフロー加熱することで電流制限抵抗７０２の端部の半田７３８ａ、７３８ｂおよびとチップ型発光ダイオード６００の端部の半田７３８ｃ、７３８ｄはマザーボード配線７３３、７３４、７４０と導通接続して図７ａに示す結線となる。
図８ａおよび図８ｂは複数のチップ型発光ダイオードを定電圧電源で駆動した場合の従来例の結線図であって、６０１ａ、６０１ｂはチップ型発光ダイオード、７０２ａ、７０２ｂ、７０２ｃは電流制限抵抗、８３９ａ、８３９ｂは定電圧電源である。
図８ａはチップ型発光ダイオード６０１ａ、６０１ｂを並列接続した場合であり、チップ型発光ダイオード６０１ａと６０１ｂには各々個別の電流制御のための電流制限抵抗７０２ａ、７０２ｂを直列に接続してある。これは、先に説明したように各チップ型発光ダイオードの順方向電圧ＶＦがバラツキで異なると定電圧電源８３９ａから同一電源電圧を印加してもチップ型発光ダイオードを流れる電流が違ってしまい、輝度にもバラツキが生じてしまうからで、各チップ型発光ダイオードに合わせて電流制限抵抗を選択接続する。
実際のマザーボード実装には後述のように、あらかじめ各チップ型発光ダイオードの順方向電圧ＶＦを測定しておいて対応する値の電流制限抵抗を打ち分ける方法などが取られている。
図８ｂはチップ型発光ダイオード６０１ａ、６０１ｂを直列接続した場合であり、電流制限抵抗７０２ｃとチップ型発光ダイオード６０１ａと６０１ｂを直列接続して定電圧電源８３９ｂから電源電圧を印加する。従って、前記チップ型発光ダイオード６０１ａと６０１ｂを流れる電流は同じであるが、各発光ダイオードの順方向電圧等の差により発光輝度には若干の違いを生ずる。
なお、図８ａの並列接続発光ダイオードと図８ｂの直列接続発光ダイオードでは各々の定電圧電源から電源電圧を印加するが、図８ｂの発光ダイオード６０１ａ、６０１ｂを直列接続する図８ｂの定電圧電源８３９ｂの供給電圧は図８ａの発光ダイオード６０１ａ、６０１ｂを並列接続した定電圧電源８３９ａの供給電圧より直列接続した発光ダイオードの段数に相当する順方向電圧分だけ高い。
図８ｃは複数のチップ型発光ダイオードを並列接続して定電流電源で駆動した場合の従来例の結線図であって、８３９ｃは定電流電源である。ただし、並列接続するチップ型発光ダイオード６０１ａ、６０１ｂの順方向電圧のバラツキによる電流のアンバランスが生じやすく、チップ型発光ダイオードの単体または直列接続以外に定電流電源駆動は一般的には適用されることは少ない。
図９は従来のチップ型発光ダイオードの順方向電圧選別回路であり９０１は電圧計、９３９は定電流電源である。すなわち、チップ型発光ダイオード６０１に定電流電源９３９より一定電流を供給し、この時の前記チップ型発光ダイオード６０１の順方向電圧を測定して、類似の順方向電圧毎にランク分けし、適合する抵抗値の電流制限抵抗と組み合せを行う。あるいは、ランク毎に並列接続できるチップ型発光ダイオードをグループ分けするのである。なお、チップ型発光ダイオードのランク分けは発光ダイオードのチップをウェーハーのレベルで行うこともある。
すなわち、従来のチップ型発光ダイオードの駆動電流特性は大きくは順方向電圧に依存し、順方向電圧毎のランク分け、あるいはチップ型発光ダイオードに直列に接続する電流制限抵抗の抵抗値を変えて用途に応じた駆動電流の設定を行っていた。
特開２００４−１７７６２７ 特開２００３−１８７９７７
しかしながら、従来技術におけるチップ型発光ダイオードの用法では電流制限抵抗による電流の一定制御、あるいは順方向電圧の選別を行っても、最終的な輝度にばらつきが生じるという課題があった。これは、前述のように発光ダイオードを生成する際の材質や生成する膜厚の微妙な違いに起因するものと思われる。
（発明の目的）
本発明の目的は、チップ型発光ダイオードの輝度を前記チップ型発光ダイオード個々の電気的特性である電流や順方向電圧に関わりなく一定な輝度特性を有するチップ型発光ダイオードを製造する方法と、実装上も工数と使用部品点数削減ができるチップ型発光ダイオードを提供することにある。
上記目的を達成するため本発明の発光ダイオードの製造方法は、基板上に発光ダイオードチップを搭載し、前記基板と同一面上に設けた配線のための２つ電極の間に前記発光ダイオードチップと直列又は並列に接続する電流制限抵抗を形成した発光ダイオードの製造方法において、前記電流制限抵抗を除いて前記発光ダイオードチップの上を透明もしくは半透明の樹脂でモールドし、前記電極と電極の間にカーボン印刷で樹脂モールドされていない前記電流制限抵抗を形成し、前記発光ダイオードチップと前記電流制限抵抗に定電流を印加して前記発光ダイオードチップの輝度を一定の値になるように前記電流制限抵抗をレーザートリミングで調整するものであって、前記レーザートリミングは、前記電流制限抵抗が初期抵抗値のときは定電圧電源の出力電圧を発光ダイオードチップの規定の電圧より低くして発光ダイオードチップへの過電流を押さえ、トリミングの最終段階で前記規定の電圧となるように前記定電圧電源の出力電圧を調節するようにしたことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
すなわち、本発明は一定の電圧条件のもとで発光ダイオードと直列接続した抵抗器を前記発光ダイオードの輝度を測定しながら前記輝度が一定の値になるように前記抵抗器をトリミングするので前記発光ダイオードの順方向電圧特性に関わりなく、電圧−輝度特性が均一な電流制限抵抗付きチップ型発光ダイオードを提供できる。
また、本発明は一定の電流条件のもとで発光ダイオードと並列接続した抵抗器を前記発光ダイオードの輝度を測定しながら前記輝度が一定の値になるように前記抵抗器をトリミングするので前記発光ダイオードの順方向電圧特性に関わりなく、電流−輝度特性が均一な電流調整抵抗付きチップ型発光ダイオードを提供できる。
すなわち、本発明によれば、チップ型発光ダイオードの輝度を前記チップ型発光ダイオード個々の電気的特性である電流や順方向電圧に関わりなく一定な輝度特性を有するチップ型発光ダイオードを製造する方法と、小型で省スペースに加えて実装上も工数と使用部品点数削減ができるチップ型発光ダイオードを提供できる。
以下、本発明の実施形態の説明であるが、はじめに本発明の電流制限抵抗付きチップ型発光ダイオードの輝度調整装置および前記電流制限抵抗付きチップ型発光ダイオードの構造について図面に基づいて説明する。
図１は本発明の発光ダイオードの輝度調整装置のシステム図であって、本発明の電流制限抵抗付きチップ型発光ダイオードに対応している。図２は前記電流制限抵抗付きチップ型発光ダイオードの断面図、図３は前記電流制限抵抗付きチップ型発光ダイオードの平面図を示す。
図１において、１００は電流制限抵抗付きチップ型発光ダイオード、１０１は発光ダイオードチップ、１０２は電流制限抵抗、１１０は輝度調整装置１１１は受光装置、１１２はレーザー装置、１１３はレーザー照射光、１３９は定電圧電源である。
すなわち、電流制限抵抗１０２と発光ダイオードチップ１０１を直列接続し、定電圧電源１３９から順方向電圧を印加して前記発光ダイオードチップ１０１を点灯する。この発光ダイオードチップ１０１の発光輝度を受光装置１１１で検出して一定の輝度になるまでレーザー装置１１２のレーザー照射光１１３で前記電流制限抵抗１０２をトリミングするのである。
なお、電流制限抵抗１０２の初期抵抗値は低く、トリミングによって高抵抗に調整されるので、初期抵抗値のときは定電圧電源１３９の出力電圧を低くして発光ダイオードチップ１０１への過電流を押さえ、トリミングの最終段階で規定の電圧となるように前記定電圧電源１３９の出力電圧を調節できるようにしても良い。
図２および図３に示す本発明の電流制限抵抗付きチップ型発光ダイオード１００おいて、２２２はチップ基板、２２３、２２４および２３０はチップ基板２２２上に形成した電極、２２５は導電接着層、２２６は接続ワイヤ、２２７は樹脂モールド、２２８、２２９は半田電極、１０２ａは前記電流制限抵抗１０２のレーザートリミング部である。
すなわち、チップ基板２２２上に形成した電極２２３に接着層で発光ダイオードチップ１０１のカソード側を導通固定し、電極２２４と前記発光ダイオードチップ１０１のアノード側を接続ワイヤ２２６で接続して前記発光ダイオードチップ１０１の上を透明もしくは半透明の樹脂でモールドする。また、電極２２４と電極２３０の間にはカーボン印刷で電流制限抵抗１０２を形成する。さらに、電極２２３と導通接続するように前記チップ基板２２２の端に半田電極２２８を形成し、電極２３０と導通接続するように前記チップ基板２２２のもう一端に半田電極２２９を形成する。

かくして、前記チップ基板２２２上の半田電極２２９と２２８間に電流制限抵抗１０２と発光ダイオードチップ１０１の直列回路が形成されることになり、定電圧電源１３９より半田電極２２９に正極電圧、半田電極２２８に負極電圧を印加することで発光ダイオードチップ１０１を点灯し、前記発光ダイオードの輝度調整装置１１０により前記電流制限抵抗１０２をトリミングして一定の印加電圧条件のもとで前記発光ダイオードチップ１０１の輝度を一定の値に調整するのである。
すなわち、前記電流制限抵抗付きチップ型発光ダイオード１００は、一定電圧のもとで前記電流制限抵抗１０２と前記発光ダイオードチップ１０１の直列回路は、前記チップ基板２２２に搭載する前記発光ダイオードチップ１０１の電気的特性が異なっていても前記電流制限抵抗付きチップ型発光ダイオード１００の全体の駆動電圧と前記発光ダイオードチップ１０１の輝度は不変である。
従って、この電流制限抵抗付きチップ型発光ダイオード１００を複数個並列接続しても前記複数個全ての電流制限抵抗付きチップ型発光ダイオード１００の個々の発光輝度は全て同じレベルとなる。また、同一チップ基板上に電流制限抵抗が形成してあることからマザーボード等に発光ダイオードを搭載するに当たり、改めて抵抗器を実装する必要がなく、省スペースと抵抗器搭載の工数および部品点数の削減ができる。
次に本発明の電流調整抵抗付きチップ型発光ダイオードの輝度調整装置および前記電流制限抵抗付きチップ型発光ダイオードの構造について図面に基づいて説明する。
図４は本発明の発光ダイオードの輝度調整装置のシステム図であって、本発明の電流調整抵抗付きチップ型発光ダイオードに対応している。図５は前記電流制限抵抗付きチップ型発光ダイオードの断面図を示す。
図４において、４００は電流調整抵抗付きチップ型発光ダイオード、４０２は電流調整抵抗、４３９は定電流電源である。
すなわち、電流調整抵抗４０２と発光ダイオードチップ１０１を並列接続し、定電流電源４３９から前記並列接続した電流調整抵抗４０２と発光ダイオードチップ１０１に順方向流を印加して前記発光ダイオードチップ１０１を点灯する。この発光ダイオードチップ１０１の発光輝度を受光装置１１１で検出して一定の輝度になるまでレーザー装置１１２のレーザー照射光１１３で前記電流調整抵抗４０２をトリミングするのである。
なお、電流制限抵抗１０２の初期抵抗値は低く、トリミングによって高抵抗に調整されるので、初期抵抗値のときは定電流電源４３９の出力電流を小さくして発光ダイオードチップ１０１への過電流を押さえ、トリミングの最終段階で規定の電流となるように前記定電流電源４３９の出力電圧を調節できるようにしても良い。
図５に示す本発明の電流調整抵抗付きチップ型発光ダイオード４００おいて、５２２はチップ基板、５２３、５２４はチップ基板５２２上面に形成した電極、５３０、５３１はチップ基板５２２下面に形成した電極、４２５は接着層、５２６は接続ワイヤ、５２７は樹脂モールド、５２８、５２９は半田電極である。
すなわち、チップ基板５２２上面に形成した電極５２２に接着層で発光ダイオードチップ１０１のカソード側を導通固定し、電極５２４と前記発光ダイオードチップ１０１のアノード側を接続ワイヤ５２６で接続して前記発光ダイオードチップ１０１の上を透明もしくは半透明の樹脂でモールドする。また、チップ基板５２２下面に形成した電極５３０と電極５３１の間にはカーボン印刷で電流調整抵抗４０２を形成する。さらに、電極５２３および電極５３０と導通接続するように前記チップ基板５２２の端に半田電極５２８を形成し、電極５２４および電極５３１と導通接続するように前記チップ基板５２２の他端に半田電極５２９を形成する。
かくして、前記チップ基板５２２上面の発光ダイオードチップ１０１と前記チップ基板５２２の下面に形成した電流調整抵抗４０２の並列回路が形成されることになり、定電流電源４３９より半田電極５２９に正極電圧、半田電極５２８に負極電圧を印加することで発光ダイオードチップ１０１を点灯し、前記発光ダイオードの輝度調整装置１１０により前記電流調整抵抗４０２をトリミングして一定の印加電流条件のもとで前記発光ダイオードチップ１０１の輝度を一定の値に調整するのである。
すなわち、前記電流調整抵抗付きチップ型発光ダイオード４００は、一定電流のもとで前記電流調整抵抗４０２と前記発光ダイオードチップ１０１に流れる電流を分流しているので、前記チップ基板５２２に搭載する前記発光ダイオードチップ１０１の電気的特性が異なっていても前記電流調整抵抗付きチップ型発光ダイオード４００の全体の電流と前記発光ダイオードチップ１０１の輝度は不変である。
従って、この電流調整抵抗付きチップ型発光ダイオード４００を複数個直列接続しても前記複数個全ての電流調整抵抗付きチップ型発光ダイオード１００の個々の発光輝度は全て同じレベルとなる。また、電流調整抵抗付きチップ型発光ダイオード４００は同一チップ基板下面に電流調整抵抗が形成してあることからマザーボード等に前記電流調整抵抗付きチップ型発光ダイオード４００を搭載するスペースは従来のチップ型発光ダイオードと同じで良い。
以上、本発明の電流制限抵抗付きチップ型発光ダイオード１００の構造と前記電流制限抵抗付きチップ型発光ダイオード１００の輝度を測定して電流制限抵抗をトリミングする輝度調整装置１１０、および、電流調整抵抗付きチップ型発光ダイオード４００の構造と前記電流調整抵抗付きチップ型発光ダイオードの輝度を測定して電流調整抵抗をトリミングする輝度調整装置１１０について詳述したが、前者の輝度調整装置と後者の輝度調整装置は、いずれも本発明のチップ型発光ダイオードの輝度を測定して抵抗をレーザートリミングする機能は全く同じであり、輝度調整の対象とする電流制限抵抗付きチップ型発光ダイオードあるいは電流調整抵抗付きチップ型発光ダイオードの両者に共通の輝度調整装置である。
また、図５において本発明の電流調整抵抗付きチップ型発光ダイオード４００の構造、すなわちチップ基板５２２上面に発光ダイオードチップ１０１を搭載し、チップ基板５２２下面にカーボン印刷で電流調整抵抗４０２を形成したが、同様に、図２および図３にもとづいて説明した本発明の電流制限抵抗付きチップ型発光ダイオード１００においても、電流制限抵抗１０２をチップ基板２２２の下面に形成できることは言うまでもない。また、逆に、本発明の電流調整抵抗付きチップ型発光ダイオード４００の電流調整抵抗４０２をチップ基板５２２上面に形成できる。
なお、前記本発明の電流制限抵抗付きチップ型発光ダイオード１００および電流調整抵抗付きチップ型発光ダイオード４００は単体のチップ基板２２２あるいは５２２にもとづいて説明したが、多量に作製する場合は前記チップ基板２２２あるいは５２２をマトリックス状に配列した１枚の基板上に前記電流制限抵抗付きチップ型発光ダイオード１００あるいは電流調整抵抗付きチップ型発光ダイオード４００を形成し、レーザートリミングを行った後に個々の単体チップに分割する手法もある。
以上に詳述したように、本発明は発光ダイオード個々の電気的特性である電流や順方向電圧に関わりなく一定な輝度特性を得られるよう前記発光ダイオードに直列あるいは並列に形成した抵抗器をレーザートリミングするので、発光ダイオード個々のバラツキによる輝度ムラの無い、また、実装上も工数と使用部品点数削減ができるチップ型発光ダイオードを提供できる。
また、発光ダイオード個々の電気的特性である電流や順方向電圧に関わりなく、前記本発明の電流制限抵抗付きチップ型発光ダイオード１００は多数個を並列接続しても各々の点灯輝度にバラツキが無く、電流調整抵抗付きチップ型発光ダイオード４００は多数個を直列接続しても各々の点灯輝度にバラツキが無いという特徴を有している。
本発明の発光ダイオードの輝度調整装置のシステム図である。 本発明の電流制限抵抗付きチップ型発光ダイオードの断面図である。 図２に示した電流制限抵抗付きチップ型発光ダイオードの平面図である。 本発明の発光ダイオードの輝度調整装置のシステム図である。 図４に示した電流制限抵抗付きチップ型発光ダイオードの断面図である。 従来例のチップ型発光ダイオードの断面図である。 従来のチップ型発光ダイオードの結線図である。 従来のチップ型発光ダイオードの断面図である。 従来例の複数のチップ型発光ダイオードを定電圧電源で駆動した場合の結線図である。 従来例の複数のチップ型発光ダイオードを直列接続した場合の結線図である。 従来例の複数のチップ型発光ダイオードを並列接続して定電流電源で駆動した場合の結線図である。 従来のチップ型発光ダイオードの順方向電圧選別回路である。
符号の説明
１００ 電流制限抵抗付きチップ型発光ダイオード、
１０１、６０１ 発光ダイオードチップ
１０２、４０２、７０２、７０２ａ、７０２ｂ、７０２ｃ 電流制限抵抗
１１０ 輝度調整装置
１１１ 受光装置
１１２ レーザー装置
１１３ レーザー照射光
１３９ 定電圧電源
２２２、５２２、６２２ チップ基板
４００ 電流調整抵抗付きチップ型発光ダイオード
４３９、８３９ａ、８３９ｂ、８３９ｃ 定電流電源
５３０、５３１ チップ基板５２２下面に形成した電極
６００、６０１ａ、６０１ｂ チップ型発光ダイオード
７３２ マザーボード
７３３、７３４、７４０ マザーボード配線
９０１ 電圧計

Claims (1)

  1. 基板上に発光ダイオードチップを搭載し、前記基板と同一面上に設けた配線のための２つ電極の間に前記発光ダイオードチップと直列又は並列に接続する電流制限抵抗を形成した発光ダイオードの製造方法において、前記電流制限抵抗を除いて前記発光ダイオードチップの上を透明もしくは半透明の樹脂でモールドし、前記電極と電極の間にカーボン印刷で樹脂モールドされていない前記電流制限抵抗を形成し、前記発光ダイオードチップと前記電流制限抵抗に定電流を印加して前記発光ダイオードチップの輝度を一定の値になるように前記電流制限抵抗をレーザートリミングで調整するものであって、前記レーザートリミングは、前記電流制限抵抗が初期抵抗値のときは定電圧電源の出力電圧を発光ダイオードチップの規定の電圧より低くして発光ダイオードチップへの過電流を押さえ、トリミングの最終段階で前記規定の電圧となるように前記定電圧電源の出力電圧を調節するようにしたことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
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