JPH09270537A

JPH09270537A - 光電変換装置

Info

Publication number: JPH09270537A
Application number: JP7859796A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Tamemoto; 広昭為本
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 1996-04-01
Filing date: 1996-04-01
Publication date: 1997-10-14

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】光半導体素子を２個以上用いると共に個々の光
半導体素子ごとの光特性バラツキが小さく半導体特性の
安定した光電変換装置の提供。【解決手段】基体１０３上に２以上の光半導体素子２０
１をそれぞれ配し、且つ光半導体素子を保護するための
透光性保護体１０１を有する光電変換装置であって、透
光性保護体の少なくとも光半導体素子への光入出力部
は、前記２以上の光半導体素子に対応して各光出力及び
／又は光入力特性が近づくように着色する光電変換装置
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、光半導体素子を
２個以上用いたＬＥＤ表示装置、光プリンターヘッド、
ラインセンサー、イメージスキャナーなどに利用される
光電変換装置に関し、特に個々の光半導体素子ごとの光
特性バラツキが小さく半導体特性の安定した光電変換装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種センサーや表示器などには、光半導
体素子である発光素子及び／又は受光素子を２個以上用
いてアレイやマトリクス状などに配置させたものがあ
る。具体的には、光電変換装置の発光素子としてＲＧＢ
（赤、緑、青）の３色の発光ダイオードを３個以上用い
ＬＥＤ表示器を構成したものが挙げられる。ＬＥＤ表示
器は各発光ダイオードを基板上にマトリックス状など所
望の形状に配置される。ＬＥＤ表示器は、各発光ダイオ
ードの発光色を組み合わせることによって、フルカラー
表示させることができる。１絵素としてＲＧＢに対応す
る発光ダイオードを全て点灯させると白色が表示可能で
あり、赤と緑でイエロー、緑と青でシアンを表示させる
ことができる。さらに、各発光ダイオードの輝度を調整
して種々の発光色をも表示できる。

【０００３】このような光半導体素子を複数使用して構
成させた光電変換装置では、外部環境からの水分、塵芥
や外力などから内包する光半導体素子を保護するために
保護体が設けられている。保護体は光半導体素子の光特
性を維持するために透明あるいは均一着色の透光性のも
のが用いられてる。さらには、保護体内部に着色傾斜
（濃淡）を形成させたものや、ＲＧＢなどの発光波長ご
とに保護体の着色濃度を変化させコントラストを向上さ
せたものなどが考えられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、いずれ
にしても個々の光半導体素子の特性が考慮されていな
い。光半導体素子を複数製造する場合は、半導体ウエハ
ー作製時の不純物拡散量の違いや温度むらなどの諸条件
に起因し半導体ウエハーごと或いは半導体ウエハーの部
分ごとに微妙な光特性のバラツキが生じる。また、パッ
ケージのダイシングに時に輝度・光量分布などのバラツ
キが生じる。このバラツキは、そのまま光電変換装置の
各部のバラツキとなって現れる。すなわち、使用する光
半導体素子の光特性にバラツキがあるとそれがそのまま
光電変換装置の各部のバラツキとなる。この様な光特性
のバラツキは、ＬＥＤ表示器に使用した場合色むらやな
どの原因となる。そのため光半導体素子を光特性によっ
て選別して使用する必要があり、極めて歩留まりが悪い
という問題があった。特に、ディスプレイなど極めて多
くの光半導体素子を使用し光電変換装置を構成する場合
は、全ての光半導体素子の発光特性をそろえる必要があ
り極めて生産性が悪くなる。

【０００５】また、光半導体素子のバラツキを補正する
ためにバラツキを測定し光半導体素子ごとに個別に電力
を印加すべく電流調整手段を設けることも考えられる。
しかしながら、この様な電気的補正手段は新たな機器の
増設に伴う複雑さを招くばかりでなくその手段を用いる
ことによって光電変換装置全体の発熱量がより増大す
る。光半導体素子の放熱量が増大すると光半導体素子の
光半導体特性が不安定になるという新たな問題も生ず
る。

【０００６】したがって、より優れた光特性が求められ
る今日においては上記構成の光電変換装置では十分では
なく、更なる特性向上が求められる。本願発明はかかる
問題に鑑み、光半導体素子を保護する保護体に該光半導
体素子の光特性に応じた着色を行い保護体に遮光フィル
タ的な機能を付与することによって、新たな装置を付加
させることなく比較的簡単に光特性が均一な光電変換装
置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願発明は、基体上に２
以上の光半導体素子をそれぞれ配し、且つ前記光半導体
素子を保護するための透光性保護体を有する光電変換装
置であって、前記透光性保護体の少なくとも前記光半導
体素子への光入出力部は、前記２以上の光半導体素子に
対応して各光出力及び／又は光入力特性が近づくように
着色してある光電変換装置である。

【０００８】また、透光性保護体に含有された着色剤で
前記着色がされている光電変換装置であり、着色が白
色、黒色、あるいは灰色の無彩色である光電変換装置で
もある。さらに、前記着色は、透光性保護体の変色によ
ってなされている光電変換装置である。

【０００９】

【発明の実施の形態】本願発明者は種々の実験の結果、
光電変換装置の透光性保護体に各光半導体素子の光特性
に応じた着色を行い遮光フィルタ的な機能を付与するこ
とによって光特性が均一で安定化させることを見出しこ
れに基づいて本願発明を成すに至った。即ち、本願発明
の光電変換装置は、光半導体素子を保護する透光性保護
体に個々の光半導体素子の光特性に応じた着色がなさ
れ、結果として部分ごとのバラツキのない光電変換装置
とすることができるものである。この光電変換装置は、
光半導体素子の電気的結線が完了した後、光特性を測定
し該特性を所望の特性とすべく、透光性保護体の透光率
を調整することによって得られる。そのため素子形成時
の特性不均一を緩和させると共に電気接続の不良に伴う
特性不均一をも緩和することができる。以下本願発明の
光電変換装置を図を用いて説明する。

【００１０】図１は、本願発明の光電変換装置をＬＥＤ
マトリクスに適用した表示器の概略平面図である。共通
基板であるマトリクス基板１０３上に光半導体素子であ
る発光素子を内包したパッケージをマトリクス状に配し
てある。また、パッケージは、エポキシ樹脂等の透光性
の材質よりなる透光性保護体１０１を収容してある。透
光性保護体１０１には、それぞれ異なる濃淡（遮光）が
つけられている。透光性保護体１０１の色の濃淡は、パ
ッケージ内に発光素子がマウント、電気結線された状態
にて光出力の測定がなさる。光出力の大きい発光素子に
は濃色の透光性保護体が組み合わされ、また光出力の小
さい発光素子には淡色の透光性保護体が組み合わされ
る。透光性保護体の色が濃くなれば、その透光率が低下
する。そのため、発光素子の出力によって、透光性保護
体の色の濃淡を変更することにより、各発光素子より透
光性保護体外へ取り出される光を一定化することができ
る。これによって、部分毎に発光バラツキの極めて少な
い光電変換装置が得られる。

【００１１】したがって、電気的補正回路を設けなくと
も透光性保護体の着色を部分ごとに変更させる極めて簡
単な構成によって発光特性を均一にさせることができ
る。また電気的回路により発光特性を均一化させるもの
と比較して、補正回路からの発熱がなくより安定した光
特性とすることができる。特に、発光ダイオードを光電
変換装置に用いた場合、熱により発光素子の特性変化が
生じる上に発光ダイオード自体が発熱するためその熱の
放熱が問題となる場合が考えられる。

【００１２】図２は、図１の光電変換装置の一部分であ
るＡ−Ａ断面を示したものである。以下、図２に基づき
本願発明の光電変換装置を詳述する。パッケージ底面１
０２に光半導体素子としての発光素子２０１がダイボン
ド固着される。次にパッケージ電極２０３と発光素子２
０１上の電極が金属ワイヤ２０２のワイヤボンド接続な
どで電気的に接続される。この様にしてマトリクス基板
１０３上に複数の発光素子が形成された状態で発光素子
の光出力を光計測機器を用いて個々に測定する。個々の
光出力に応じて、光出力の高い光半導体素子の透光性保
護体ほど濃色とできるように着色濃度を種々変化させた
着色剤含有樹脂を用意する。パッケージ１０２の凹部に
硬化前の透光性保護体１０１をポッティングさせる。な
お着色は透明のエポキシ樹脂に染料及び／又は顔料など
の着色剤を添加し混合撹拌することによって好適に行わ
れる。着色濃度はこの添加量によって簡単に変更させる
ことができる。パッケージ電極２０３とマトリクス基板
１０３の電極２０４との電気的接続は透光性保護体１０
１の形成前であっても形成後であってもよい。電極間に
半田付けなど行うことによって発光素子がマトリクス状
に配置された光電変換装置を構成させることができる。
このような構造により、本願発明の光電変換装置は各部
光入出力バラツキの非常に小さいものと出来、さらに歩
留まりも向上する。

【００１３】以上、発光素子であるＬＥＤを利用した光
電変換装置を例に本願発明を説明したが、フォトセンサ
ーや太陽電池等の他の光電変換装置にも適用可能なこと
は明白である。また、本願発明の光半導体素子は２個以
上あればよく光半導体素子が１列に並んだ長尺状、千鳥
状などや格子状に並んだものなど種々選択できる。以下
本願発明の各構成について詳述する。

【００１４】（光半導体素子２０１）本願発明に用いら
れる光半導体素子２０１としては、光を電気に変える受
光素子或いは電気を光に変える発光素子が用いられる。
受光素子としては液晶成長法を利用して形成させたＧ
ｅ、Ｓｉ、ＩｎＡｓ、ＣｄＳ等の単結晶半導体や多結晶
半導体を用いたもの、プラズマ、熱、光などエネルギー
を利用した各種ＣＶＤ法により形成させた微結晶、非晶
質半導体のＳｉ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ等の非単結晶半導体
を利用した光センサー、太陽電池などが用いられる。半
導体の構造としてはＰＮ接合やＰＩＮ接合を有したホモ
構造、ヘテロ構造のものが挙げられる。半導体の材料や
その混晶度によって受光素子の受光波長を種種選択でき
る。ガラス、耐熱性樹脂やステンレス基板上に上記構成
の半導体を所望の大きさに形成し電気的接続をとること
によって受光素子が形成できる。受光素子の電極として
はスパッタリングや真空蒸着により形成させたＡｌ、Ａ
ｇ、Ａｕ等の各種金属、ｎ⁺の半導体などを利用するこ
とができる。

【００１５】一方、発光素子としては液相成長法やＭＯ
ＣＶＤ法等により基板上にＧａＡｌＮ、ＺｎＳ、ＺｎＳ
ｅ、ＳｉＣ、ＧａＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰ、
ＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ等の半導体を発光
層として形成させたＬＥＤ、ＬＤ等が用いられる。半導
体の構造としては、ＭＩＳ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。半導体層の材料やその混晶度によって発光波
長を紫外光から赤外光まで種種選択することができる。
さらに、量子効果を持たせるため発光層を単一井戸構
造、多重井戸構造とさせても良い。

【００１６】こうしてできた半導体に種々の電極を形成
させた半導体ウエハーをダイヤモンド製の刃先を有する
ブレードが回転するダイシングソーにより直接フルカッ
トするか、または刃先幅よりも広い幅の溝を切り込んだ
後（ハーフカット）、外力によって半導体ウエハーを割
る。あるいは、先端のダイヤモンド針が往復直線運動す
るスクライバーにより半導体ウエハーに極めて細いスク
ライブライン（経線）を例えば碁盤目状に引いた後、外
力によってウエハーを割り半導体ウエハーからチップ状
にカットし発光素子を形成させる。この様にして形成さ
れた光半導体素子は、基体上に直接配し電気的に接続さ
せることもできるが、パッケージ内に光半導体素子を入
れた後パッケージごと基板と電気的に接続させることも
できる。

【００１７】パッケージ１０２は、光半導体素子を内部
に固定すると共に光半導体素子を保護するための透光性
保護体などを収容させるものである。したがって、透光
性保護体との接着性がよく透光性保護体よりも剛性の高
いものが求められる。また、透光性保護体との接着性を
向上させ熱膨張時に透光性保護体から働く力を外部に向
かわせるために筒状部を外部に向けて広がる摺鉢形状と
しても良い。さらに、可視光に分光特性を有する光半導
体素子を収容し利用させるためには遮光性のとして機能
させるために着色していることが好ましい。また、光半
導体素子と外部との電気的に遮断させるために絶縁性を
有することが望まれる。さらに、パッケージは光半導体
素子などからの熱の影響をうけた場合、保護体との密着
性を考慮して熱膨張率の小さい物が好ましい。パッケー
ジの内部表面は、エンボス加工させて接着面積を増やし
たり、プラズマ処理して保護体との密着性を向上させる
こともできる。

【００１８】この様なパッケージとしてポリカーボネー
ト樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶
ポリマー（ＬＣＰ）、ＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂、フェ
ノール樹脂、アクリル樹脂、ＰＢＴ樹脂等の樹脂を用い
ることができる。光半導体素子をパッケージ上に直接配
置させる場合には熱硬化性樹脂などによって行うことが
出来る。具体的には、エポキシ樹脂、アクリル樹脂やイ
ミド樹脂などが挙げられる。

【００１９】（基体１０３）本願発明に用いられる基体
１０３としては、光半導体素子２０１あるいは、光半導
体を内部に有するパッケージ１０２を配置するためのも
のである。光半導体素子２０１の配置は、ライン状、ち
どり状、マトリクス状など種々所望に応じて配置するこ
とができる。また、基体は光半導体素子の配置のみなら
ず光半導体素子を駆動させる回路の基板として兼用して
も良い。基体は、機械的強度が高く熱変形の少ないもの
が好ましい。具体的には銅箔などの導電体が形成された
セラミックス、ガラス、各種樹脂等を用いた基板が好適
に利用できる。

【００２０】（透光性保護体１０１）本願発明に用いら
れる透光性保護体１０１は、各光半導体素子やその電気
的接続のためのワイヤー等を外部力や水分などから保護
するとともに、各光半導体素子の特性をそろえ均一にさ
せるために設けられる。したがって、透光性保護体と光
半導体素子とが密着して形成されていてもよいし、放熱
性や応力緩和のため光半導体素子と密着していなくとも
良い。各光半導体素子の特性をそろえ均一にさせるため
には、少なくとも各光半導体素子の光特性に影響がある
範囲の光入出力部で透光性保護体の透過率を制御させる
ことによって行うことができる。この様な透光性保護体
の材料として具体的には、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、
シリコン樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂など
などの耐候性に優れた樹脂が好適に用いられる。

【００２１】（透光性保護体の着色）本願発明の透光性
保護体の着色は、光半導体素子の光特性に影響を与える
光を遮光制御し各光特性をそれぞれ近づけるためにつけ
られるものである。着色による光透過率の変化は、透光
性保護体に熱エネルギーや紫外線を照射させその照射量
などによって透光性保護体の変色により制御できる。こ
の場合、熱エネルギーや紫外線の照射によって光半導体
素子に損傷が生じないよう注意しなければならない。レ
ーザー光を用いた場合は、透光性保護体のパネルを光半
導体素子上に形成させた後、個々の光半導体素子に対応
する部位をそれぞれ無段階に着色制御させることもでき
る。

【００２２】また、着色による光透過率の変化を、種々
の染料及び／又は顔料である着色剤の濃度を種々変化さ
せることによっても制御できる。着色剤を用いた場合は
所望に応じて透光性保護体中に種々の割合で分散させた
り、透光性保護体上にインクジェット方式の塗布装置を
用いて所望量塗布させ着色させることもできる。

【００２３】透光性保護体は、図３の如く透光性保護体
を２層以上に分割し、何れか一層にのみ着色するように
してもよい。透過率の異なる層の多層構成とさせたり、
光半導体素子に近づくにつれ着色剤の含有濃度を増やし
たり或いは減少させたり種々選択することができる。さ
らに、２層以上に分けた場合は中間に着色剤を封入させ
ることもできる。透光性保護体へ着色剤を混入させる場
合は、透光性保護体の原材料中に着色剤を混合撹拌など
させたのち、パッケージの中に注入させ硬化させること
によって形成することができる。

【００２４】透光性保護体の着色は、光半導体素子の光
特性や所望とする光特性に応じて選択される。具体的に
は、青色の発光素子を用いたＬＥＤマトリックス表示器
の場合や青色を読みとるためのラインセンサーなどにお
いては、白色、黒色、あるいは灰色の無彩色に加え、青
色の着色をすることもできる。以下本願発明の具体的実
施例について詳述するがこれのみに限られるものではな
い。

【００２５】

【実施例】

［実施例１］光半導体素子としてＭＯＣＶＤ法を用いサ
ファイヤ基板上にＰＮ接合を有する窒化ガリウム半導体
を形成させる。その後半導体上にＰ型及びＮ型電極をス
パッタ装置を用いてそれぞれ形成し、サファイヤ基板を
個々に分割させることによって発光素子２０１を得る。
次に、パッケージ１０２内にダイボンドすると共に金線
２０２によってパッケージ電極２０３と光半導体素子２
０１の各電極とをワイヤーボンディングさせる。これを
導電パターンが形成された基体上１０１に図１の如く６
×６個マトリクス状に配置すると共にハンダにより電気
的に接続させ光電変換装置を構成する。

【００２６】その後、光電変換装置の個々の光半導体素
子を光計測装置において測定し４段階に分けた。最も暗
い発光素子は、黒色の着色剤を添加させないエポキシ樹
脂で透光性保護材を形成し順次明るくなるのに反比例さ
せて黒色の着色剤濃度をそれぞれ１０％ずつ濃く変化さ
せた透光性保護体を形成させる。こうしてできた光電変
換装置は、発光色調変化がなく測定前に較べて発光均一
性を約２５％向上以上させることができる。

【００２７】［実施例２］透光性保護体を図３に示すよ
うにの２層に分割し、各光半導体素子の特性が近づくよ
うに下層３０２の表面のみに黒色着色剤を着色させた以
外は実施例１と同様にして形成させた。なお、簡便化の
ために着色は実施例１と同様３種類の濃度の着色剤を用
い４段階で調節させてある。実施例１と同様、発光均一
性を約２５％以上向上させることができる。

【００２８】［実施例３］図４に示すように、透光性保
護体に２０Ｗのレーザー４０２で照射時間を無段階に変
化させ熱を加えることによって透光性保護体の表面４０
１を無段階に変色させた以外実施例１と同様にして光電
変換装置を構成させた。発光均一性は、実施例１よりも
優れたものとすることが可能である。

【００２９】［実施例４］図５に示すように、実施例１
と同様にして形成させた光半導体素子をサファイヤなど
の透光性基板上に形成しフリップチップ実装形態で主発
光面側に透光性基板が設けられた光電変換装置に適用す
る。透光性のエポキシ樹脂よりなるアンダーフィリング
ペーストを３段階に着色したものと着色していないもの
を用い光半導体素子の特性に応じて４段階で形成させ
る。実施例１と同様、発光均一性が約２５％以上向上さ
せることができる。

【００３０】

【発明の効果】上述の如く本願発明の請求項１の構成と
することによって、実際に出力を測定しその測定結果に
基づいて透光性保護体の着色濃度を決定し出力合わせを
行うため、光半導体素子単体の段階で光出力選別し、光
特性の合った光半導体素子をのみ実装するものに対して
光半導体素子単体での光特性のバラツキ許容範囲が著し
く拡大され歩留まりが向上する。また、パッケージに実
装後に光特性を合わせることができるため、パッケージ
の寸法および反射率等のバラツキによって、光特性がば
らつくのも防止できる。

【００３１】本願発明の請求項２の構成とすることによ
って、透光性保護材の形成時に着色剤含有量を変えたも
のを使うだけで容易に光特性を均一化させることができ
る。

【００３２】本願発明の請求項３の構成とすることによ
って、着色濃淡による色調変化を防止させることができ
る。

【００３３】本願発明の請求項４の構成とすることによ
って、着色を無段階に調整することができる。

【００３４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の一実施例によるＬＥＤマトリクス平
面図である。

【図２】図１のＬＥＤマトリクスのＡ−Ａ部分断面図を
示したものである。

【図３】本願発明の他の実施例の部分断面図を示したも
のである。

【図４】本願発明のさらに他の実施例の着色工程を示し
た部分断面図である。

【図５】本願発明の別の実施例の部分断面図である。

【符号の説明】

１０１・・・透光性保護体１０２・・・パッケージ１０３・・・基板２０１、５０１・・・光半導体素子２０２・・・電気的接続部材であるワイヤ２０３・・・パッケージ電極２０４・・・マトリクス基板電極３０１・・・一層目の透光性保護体３０２・・・二層目の透光性保護体４０１・・・透光性保護体の変色部４０２・・・レーザー照射ノズル５０２・・・アンダーフィリングペースト５０３・・・バンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体上に２以上の光半導体素子をそれぞれ
配し、且つ前記光半導体素子を保護するための透光性保
護体を有する光電変換装置であって、前記透光性保護体の少なくとも前記光半導体素子への光
入出力部は、前記２以上の光半導体素子に対応して各光
出力及び／又は光入力特性が近づくように着色してある
ことを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】前記透光性保護体に含有された着色剤で前
記着色がされてあることを特徴とする請求項１記載の光
電変換装置。
【請求項３】前記着色が白色、黒色、あるいは灰色の無
彩色であることを特徴とする請求項１記載の光電変換装
置。
【請求項４】前記着色は、前記透光性保護体の変色によ
ってなされていることを特徴とする請求項１記載の光電
変換装置。