JPH11307818A - フルカラー複合半導体発光素子及びこれを用いた発光装置 - Google Patents

フルカラー複合半導体発光素子及びこれを用いた発光装置

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JPH11307818A
JPH11307818A JP11468998A JP11468998A JPH11307818A JP H11307818 A JPH11307818 A JP H11307818A JP 11468998 A JP11468998 A JP 11468998A JP 11468998 A JP11468998 A JP 11468998A JP H11307818 A JPH11307818 A JP H11307818A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気的接続が簡単で且つ静電気やサージ等の
高電圧の印加に対する耐圧を向上し得るフルカラー発光
が可能な発光素子及びこれを用いた発光装置を提供する
こと。 【解決手段】 リードフレームまたは基板に導通接続さ
れた静電気保護用のＳｉダイオード３の上に赤，緑，青
の各色の半導体発光素子５，６，７を導通搭載するフル
カラーの複合半導体発光素子であって、緑及び青の半導
体発光素子６，７をＧａＮを含むフリップチップ型の発
光素子とするとともにそのｎ側及びｐ側の電極にマイク
ロバンプ６ｄ，６ｅを形成し、これらのｎ側及びｐ側の
マイクロバンプを前記Ｓｉダイオードと逆極性として導
通させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、フリップチップ型
の半導体発光素子を含む発光装置に係り、特に半導体発
光素子と静電気保護素子とを複合素子化して静電耐圧性
を向上させたフルカラー複合半導体発光素子及びこれを
用いた発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＥＤランプやチップ型ＬＥＤ等のよう
な半導体発光素子を利用した発光装置は、例えば、パネ
ルにこれらのＬＥＤランプやチップ型ＬＥＤを多数配列
したＬＥＤディスプレイとして広く利用されている。半
導体発光素子（ＬＥＤ）は、化合物半導体の種類によっ
て赤色や緑色等の発光が得られ、最近では、絶縁性と透
明性を有したサファイア基板上にＧａＮ系の化合物半導
体を積層して構成される青色や緑色の半導体発光素子も
実用化に至っている。
【０００３】ＬＥＤディスプレイの場合では、単色表示
のものでは１個の半導体発光素子によって１画素が構成
されるが、フルカラー表示のものでは光の３原色である
赤色，緑色，青色を一組とする発光素子を１画素として
構成される。
【０００４】図９は、赤色，緑色，青色の半導体発光素
子（ＬＥＤ）を利用したフルカラー発光装置の要部を示
す概略平面図、図１０及び図１１はそれぞれ要部の概略
縦断面図である。
【０００５】図９において、赤色の半導体発光素子１６
は台座基板（図１０中の１４）上に形成された配線パタ
ーン１５ａの右側に偏った部分に搭載され、たとえばＧ
ａＡｌＡｓを材料とした半導体発光素子を用いたもので
ある。この赤色の半導体発光素子１６は、図１０に示す
ように底面にｎ電極１６ａを形成するとともに上面には
ｐ電極１６ｂを形成し、ｎ電極１６ａを導電性のペース
ト１６ｃによって配線パターン１５ａに導通固定し、更
にワイヤ１６ｄによってｐ電極１６ｂと配線パターン
（図９中の１５ｂ）との間をボンディングして導通させ
ている。
【０００６】緑色の半導体発光素子１７および青色の半
導体発光素子１８は、いずれもＧａＮ系化合物半導体を
絶縁性のサファイア基板１７ａに積層し、その中の１つ
の層として形成されるＩｎＧａＮ活性層を発光層とし
て、サファイア基板側を配線パターン１５ａに固定して
いる。
【０００７】たとえば緑色の半導体発光素子１７は、図
９および図１１に示すように、サファイア基板１７ａを
配線パターン１５ａの上面にペースト１７ｄを介して接
合しているとともに、半導体発光素子の上面には、ｐ側
電極１７ｃとｎ側電極１７ｂを形成しているとともにそ
れぞれｐ側電極１７ｃは配線パターン１５ｂとワイヤ１
７ｅによって、またｎ側電極１７ｂは配線パターン１５
ｄとワイヤ１７ｆによってボンディングして導通させて
いる。
【０００８】青色の半導体発光素子１８についても、同
様であり、図１１において括弧付きの符号で示してい
る。
【０００９】このような赤色，緑色，青色の一組を１画
素とするフルカラーの発光装置の一般的な製造は、配線
パターン上に赤色，緑色，青色の半導体発光素子を別々
にダイスボンドし、これらの半導体発光素子のそれぞれ
に対して独立して電気的に接続するためにワイヤボンデ
ィングするという工程としたものが一般的であり、高輝
度フルカラー発光装置を製造する際にＧａＮ系半導体発
光素子の緑色，青色を搭載した場合、緑色，青色の半導
体発光素子がサファイア基板上に２極の電極をもつ半導
体発光素子であるため、緑色，青色についてはそれぞれ
２本のワイヤが必要となる。よって赤色，緑色，青色の
半導体発光素子を用いたフルカラー発光装置としては、
少なくとも５本のワイヤ接合が必要となる。
【００１０】また、ＧａＮ系化合物半導体は静電耐圧が
低いという欠点があり、実装中に特性破壊を生じてしま
う場合がある。
【００１１】このような緑色，青色の半導体発光素子の
静電破壊に対しては、特開平９−１４８６２５号公報に
記載されているように、ＧａＮ系化合物半導体を用いた
半導体発光素子の静電耐圧を向上させるため、逆耐圧補
償用の補償ダイオードを備えることが一つの有効な手段
となり得る。
【００１２】この公報に記載の半導体発光素子における
逆耐圧補償用の補償ダイオードは、半導体発光素子のｐ
側電極に電気的に接続されるｎ伝導型の第１層と、半導
体発光素子のｎ側電極に電気的に接続されるｐ伝導型の
第２層とがｐｎ接合を成す構成である。そして、このよ
うな構成により、発光部に逆方向に印加される静電気に
よる破壊が防止されるとしたものである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】従来の製造方法におい
てフルカラーとしての輝度が不足している場合、半導体
発光素子の員数を増やすことで輝度不足を補っている
が、青色，緑色を増やすと先に記載したようにワイヤの
数が素子１個あたり２本ずつ増えるために、ワイヤボン
ディング時にワイヤが煩雑化してしまう。ワイヤ数が増
える場合、ワイヤ間の接触を回避させるため半導体発光
素子の搭載位置を離すことが有効であるが、半導体発光
素子を搭載する配線パターンを大きくし、更にボンディ
ングされる配線パターンを離す必要が生じるため、装置
自体の小型化ができないという問題があった。さらに、
ループが半導体発光素子の上面を跨がる配線では、発光
観測面側の光を遮断するため、輝度を低下させる要因に
なっていた。
【００１４】また、特願平９−１８７８２号記載の装置
を利用した場合、ワイヤ数の減少ができても、補償ダイ
オードが半導体発光素子よりも必ず大きくなるため、半
導体発光素子どうしを近接化するにも限界があり、同時
発光した際の混色化が十分に達成できないという問題が
あった。
【００１５】更に近年では、図１２に示すように、赤
色，緑色，青色の半導体発光素子１９，２０，２１の外
周部にＰＣ、ＡＢＳ樹脂などで成型されたパラボラ形状
の反射カップ材２２を取り付け、高輝度化を目指した発
光装置が製造されている。しかし、パラボラ状の反射カ
ップ材２２が赤色，緑色，青色の半導体発光素子１９，
２０，２１の外周部に配置されているため、各半導体発
光素子から出た光が隣接した素子に遮光されたり、バン
ドギャップエネルギーの違いから青色の半導体発光素子
２１の発光が赤色の半導体発光素子１９の発光で吸収さ
れたり、更にカップ斜面までの距離が半導体発光素子の
側面に対して均等でないため、パラボラが効率よく作用
しないという問題があった。
【００１６】本発明の目的は、電気的接続が簡単で、か
つ静電気やサージ等の高電圧の印加に対する耐圧を向上
し得るフルカラー発光が可能な半導体発光素子及びこれ
を用いた発光装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は、リードフレー
ムまたは基板に導通接続された静電気保護用のＳｉダイ
オードと、このＳｉダイオードの上に導通搭載される
赤，緑，青の各色の半導体発光素子との組み合わせから
なるフルカラーの複合半導体発光素子であって、前記緑
色及び青色の半導体発光素子をＧａＮを含むフリップチ
ップ型の半導体発光素子とするとともに、そのｎ側及び
ｐ側の電極にマイクロバンプを形成し、これらのｎ側及
びｐ側のマイクロバンプを前記Ｓｉダイオードと逆極性
として導通させてなることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】請求項１の発明は、リードフレー
ムまたは基板の上に搭載された静電気保護用のＳｉダイ
オードと、このＳｉダイオードの上に導通接続される
赤，緑，青の各色の半導体発光素子との組み合わせから
なるフルカラーの複合半導体発光素子であって、前記緑
色及び青色の半導体発光素子をＧａＮを含むフリップチ
ップ型の半導体発光素子とするとともに、そのｎ側及び
ｐ側の電極にマイクロバンプを形成し、これらのｎ側及
びｐ側のマイクロバンプを前記Ｓｉダイオードと逆極性
として導通させてなるものであり、静電気保護用のＳｉ
ダイオードの上に赤色，緑色，青色の半導体発光素子を
搭載して導通接続することによって、特に静電耐圧が低
いＧａＮ系半導体発光素子の静電耐圧を大幅に向上さ
せ、Ｓｉダイオードを共通化しＧａＮ系半導体発光素子
をマイクロバンプにより接続しているため、ワイヤボン
ディング回数の減少と赤色，緑色，青色の半導体発光素
子の近接化による装置の小型化、さらに近接化による色
の混色性の向上を図ることが可能となる。また、マイク
ロバンプ接合によりワイヤ数を最小限に減らすことがで
きるので、ワイヤによって遮断されていた発光観測面側
の光を有効に取り出すことができ、高輝度化を実現でき
るという作用を有する。
【００１９】請求項２の発明は、前記赤，緑，青の各色
の半導体発光素子を、前記Ｓｉダイオードの上面の中心
周りのほぼ同一円上であってそれぞれがなす中心角をほ
ぼ同一として配置し、前記緑色及び青色の半導体発光素
子をリードフレームまたは基板の配線パターンの引き出
し側に相当させて配置してなる請求項１記載のフルカラ
ー複合半導体発光素子であり、色の混色性が向上すると
ともに、発熱の大きいＧａＮ半導体発光素子の放熱性を
改善できるという作用を有する。
【００２０】請求項３の発明は、前記Ｓｉダイオードの
表面に、前記赤，緑，青の各色の半導体発光素子を相互
に分断し、且つ各半導体発光素子からの漏光を発光方向
に反射可能な反射帯を発光方向に突き出して設けてなる
請求項１または２記載のフルカラー複合半導体発光素子
であり、突き出した反射帯によって赤色，緑色，青色の
半導体発光素子を構成する材料のバンドギャップエネル
ギーの違いによる光吸収を防ぐ作用を有するとともに、
反射帯によって光を発光観測面側に集光することも可能
となる。
【００２１】請求項４の発明は、前記Ｓｉダイオードの
表面に、前記赤色の半導体発光素子を落とし込んで搭載
する凹部を形成し、前記半導体発光素子を凹部に搭載し
たとき前記半導体発光素子がＳｉダイオードの上端面に
対して埋没する高さ関係としてなる請求項１から３のい
ずれかに記載のフルカラー複合半導体発光素子であり、
赤色の半導体発光素子をＳｉダイオードに埋没するよう
に搭載するので、緑色，青色の半導体発光素子に対し干
渉をなくすことができるとともに、Ｓｉダイオード上面
から凹部底面に亘る傾斜面を光の反射面として利用でき
るという作用を有するため、効率よく光を発光観測面側
に取り出すことが可能となる。
【００２２】請求項５の発明は、Ｓｉダイオードの表面
に、前記凹部を少なくとも３個所に設け、これらの凹部
のそれぞれに少なくとも前記赤，緑，青の各色の半導体
発光素子を１個ずつ搭載してなるフルカラー複合半導体
発光素子であり、赤色，緑色，青色の半導体発光素子を
個々に独立して凹部に落とし込むため、赤色，緑色，青
色の半導体発光素子の干渉を無くすとともに、赤色，緑
色，青色の全ての半導体発光素子に対してＳｉダイオー
ド上面から凹部底面に亘る傾斜面を光の反射面として利
用できるという作用を有するため、全ての半導体発光素
子に対して効率よく光を発光観測面側に取り出すことが
可能となる。
【００２３】請求項６の発明は、前記Ｓｉダイオードの
表面に、前記赤，緑，青の各色の半導体発光素子の全て
に対してｐ側またはｎ側として導通させる共通の電極を
備えてなる請求項１から５のいずれかに記載のフルカラ
ー複合半導体発光素子であり、Ｓｉダイオード上面の電
極を共有してアノードコモンまたはカソードコモンとす
ることができるという作用を有する。
【００２４】請求項７の発明は、前記Ｓｉダイオード
は、ｐまたはｎのいずれか一方の極性を持つ半導体基板
に、この半導体基板の極性とは逆の極性であって前記緑
色及び青色の半導体発光素子の電極と導通させるための
半導体領域を２個所に備え、これらの半導体領域どうし
の間の距離を１０μｍ以上としてなる請求項１から６の
いずれかに記載のフルカラー複合半導体発光素子であ
り、アノードコモンタイプまたはカソードコモンタイプ
の半導体発光素子が得られ、半導体領域の距離を１０μ
ｍ以上離すので、互いの電気的な干渉を防止でき、静電
気保護の機能を維持するという作用を有する。
【００２５】請求項８の発明は、請求項１から７のいず
れかに記載のフルカラー複合半導体発光素子を、リード
フレームまたは基板の搭載面上に少なくとも２個以上導
通接続してなる発光装置であり、静電耐圧を向上したフ
ルカラー発光装置が実現できる。
【００２６】以下に、本発明の実施の形態の具体例を図
面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施の形
態によるフルカラー複合半導体発光素子の要部を示す概
略平面図、図２及び図３はそれぞれ要部の概略縦断面図
である。
【００２７】図１において、ディスプレイパネルの取付
け面に固定される台座基板１の表面に配線パターン２
ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが一様に形成され、これらのパタ
ーンの中で大きな平面形状を持つ配線パターン２ａの上
面をフルカラーの複合半導体発光素子Ａの搭載面として
いる。なお、図示の例では、複合半導体発光素子Ａを１
個載せた状態を示しているが、たとえば配線パターン２
ａならびに２ｂ，２ｃ，２ｄを変更すれば、この複合半
導体発光素子Ａを長手方向に一定間隔で並べたアセンブ
リとすることも可能である。
【００２８】複合半導体発光素子Ａは、導電性ペースト
（例えば、Ａｇをフィラーとして含む樹脂）４によって
配線パターン２ａ上に導通固定された静電気保護用のＳ
ｉダイオード３と、このＳｉダイオード３の上面に導通
接続された赤色，緑色，青色の３個の半導体発光素子
５，６，７とから構成されたものである。
【００２９】Ｓｉダイオード３は、図２及び図３に示す
ように、ｎ型シリコン基板３ａを基材としてその底面に
ｎ極３ｂを形成し、導電性ペースト４を介して配線パタ
ーン２ａと電気的な導通を良好にしており、上面には一
部を除いて被覆する酸化膜３ｃを形成したものである
（図２を参照）。ｎ型シリコン基板３ａには、酸化膜３
ｃで被覆されていない２個所の部分を拡散窓としてｐ型
不純物イオンを注入することによって、２つの領域に区
分けされたｐ型半導体領域３ｄ，３ｅを拡散形成する
（図３を参照）。これらのｐ型半導体領域３ｄ，３ｅの
拡散領域はｐ型不純物イオンの注入量によってその領域
の大きさや深さが一義的に決まり、本発明においてはｐ
型半導体領域３ｄ，３ｅどうしの間の間隔は１０μｍ以
上とする。
【００３０】ｎ型シリコン基板３ａの表面には、図１に
示すようにｎ電極８ａと第１ｐ電極８ｂ及び第２ｐ電極
８ｃをそれぞれ金属蒸着法によって形成する。ｎ電極８
ａは、Ｓｉダイオード３の表面の左端部側を除いて広く
形成され、図２および図３に示すように酸化膜３ｃが形
成されずにｎ型シリコン基板３ａが露出している部分に
接合されている。一方、第１ｐ電極８ｂ及び第２ｐ電極
８ｃは左端部に沿って配置され、それぞれｎ型シリコン
基板３ａに拡散形成したｐ型半導体領域３ｄ，３ｅ（図
１中の破線で示された部分）に接続されている。
【００３１】赤色の半導体発光素子５はｎ電極８ａの右
側に偏った部分に搭載されたもので、従来から知られて
いるＧａＡｌＡｓまたはＩｎＧａＡｌＰを材料とした半
導体発光素子を用いたものである。この赤色の半導体発
光素子５は、図２に示すように、底面にｐ電極５ａを形
成するとともに上面にはｎ電極５ｂを形成し、ｐ電極５
ａを導電性ペースト５ｃによってＳｉダイオード３のｎ
電極８ａに導通固定し、更にワイヤ９ａによってｎ電極
５ｂを配線パターン２ｂとの間でボンディングして導通
させている。
【００３２】緑色の半導体発光素子６及び青色の半導体
発光素子７は、いずれもＧａＮ系化合物半導体を透明な
サファイア基板（６ａ，７ａ）に積層して、その中の１
つの層として形成されるＩｎＧａＮ活性層を発光層と
し、フリップチップ型のＳｉダイオード３の上面に搭載
されるものである。
【００３３】すなわち、図３に示すように、たとえば緑
色の半導体発光素子６は透明のサファイア基板６ａに積
層したｎ型層及びｐ型層のそれぞれの表面にｎ側電極６
ｂ及びｐ側電極６ｃを蒸着法によって形成したものであ
る。また、これらのｎ側電極６ｂ及びｐ側電極６ｃの表
面にはそれぞれマイクロバンプ６ｄ，６ｅが形成されて
いる。そして、図１に示すようにｎ電極８ａと第１ｐ電
極８ｂとに跨がる配置として緑色の半導体発光素子６を
搭載し、ｎ側電極６ｂ及びｐ側電極６ｃをそれぞれ第１
ｐ電極８ｂ及びｎ電極８ａにマウント接合する。
【００３４】青色の半導体発光素子７についても同様で
あり、ｎ電極８ａと第２ｐ電極８ｃとに跨がるように搭
載することでｎ側電極（７ｂ）を第２ｐ電極８ｃに及び
ｐ側電極（７ｃ）をｎ電極８ａに接合したマウントとす
る。なお、図３においては、青色の半導体発光素子７と
第２ｐ電極８ｃとの接合を併せて示すため、括弧付きの
符号で青色の半導体発光素子７と第２ｐ電極８ｃの関係
を表している。たとえば、符号７ａはサファイア基板で
あり、符号７ｃはｐ側電極を示す。
【００３５】ここで、Ｓｉダイオード３の平面形状は図
１に示すようにほぼ正四角形であり、赤色，緑色，青色
のそれぞれの半導体発光素子５，６，７はＳｉダイオー
ド３の中心周りに描く１つの円に沿う配置とする。すな
わち、各半導体発光素子５，６，７の中央部であってほ
ぼ発光中心と対応する位置がＳｉダイオード３の中心を
原点とする円の上に位置し、且つそれぞれの間の中心角
がほぼ１２０°の関係となる位置関係を持たせる。これ
により、各半導体発光素子５，６，７は、その配列円に
沿う方向の相互の隣接距離をほぼ同じにすることがで
き、赤色，緑色，青色の着色発光の混色性を向上させる
ことができる。また、このような配置によって、緑色の
半導体発光素子６と青色の半導体発光素子７はＳｉダイ
オード３の外郭に近い部分に位置するので、発熱が大き
なＧａＮ系の化合物半導体を用いるこれらの緑色，青色
の半導体発光素子６，７であっても、放熱が促されるの
で、発光装置の信頼性を高めることができる。
【００３６】このような緑色，青色の半導体発光素子
６，７のマウントとともに、第１，第２ｐ電極８ｂ，８
ｃをワイヤ９ｂ，９ｃによってそれぞれ配線パターン２
ｃ，２ｄにボンディングすることで、１個の複合半導体
発光素子Ａが導通状態にアセンブリされる。
【００３７】図４は以上のアセンブリによって構成され
る等価的な回路図であり、緑色，青色の半導体発光素子
６，７は、Ｓｉダイオード３のｐ電極，ｎ電極に対して
ｐ側電極，ｎ側電極が逆向きに接続されている。従っ
て、緑色，青色の半導体発光素子６，７の順方向に対し
ては、Ｓｉダイオード３のｎ型シリコン基板３ａの抵抗
成分Ｒが保護抵抗として働くとともに、静電気による印
加電圧がＳｉダイオード３のツェナー降伏電圧以上にな
る場合は、Ｓｉダイオード３の逆方向のバイパス（ツェ
ナー降伏現象）により過電流が逃がされる。また、緑
色，青色の半導体発光素子６，７の逆方向に対しては、
Ｓｉダイオード３の順方向導通によって過電流が逃がさ
れる。したがって、過電流が緑色，青色の半導体発光素
子６，７に流れるのを防止でき、これによって緑色，青
色の半導体発光素子６，７を静電破壊から防止すること
ができる。
【００３８】以上の構成において、赤色，緑色，青色の
各半導体発光素子５，６，７へ通電されると、それぞれ
の発光層からの光が放出される。赤色半導体発光素子５
では、ｎ電極５ｂ側が第１の主発光面となる。また、緑
色，青色の半導体発光素子６，７では、下側及び側方に
抜ける光の成分もあるが、サファイア基板６ａが透明で
あることから図３において上側を向いた面を主光取出し
面とした発光が得られる。したがって、赤色，緑色，青
色の光の３原色の半導体発光素子５，６，７のそれぞれ
の発光色とこれらの組み合わせによって、フルカラーの
発光が可能な画素単位が１つの複合半導体発光素子Ａに
形成されることになる。
【００３９】本発明においては、フルカラー発光に必要
な赤色，緑色，青色の半導体発光素子５，６，７を一つ
の単位として１個の共通のＳｉダイオード３に搭載する
構成であっても、マイクロバンプ等により接合すること
により発光装置の小型化ができるとともにワイヤ数の削
減にワイヤが発光面の上面を跨がることにより生じる光
遮断を改善し、さらにアセンブリを容易にすることがで
きる。
【００４０】また、Ｓｉダイオード３を備えることによ
って、各半導体発光素子５，６，７の静電破壊を防止で
き、特に静電耐圧が低いＧａＮ系半導体化合物を必須と
する緑色，青色の半導体発光素子６，７の耐久性も向上
するので、赤色，緑色，青色の半導体発光素子５，６，
７の組み合わせのフルカラー対応画素を有効に利用した
発光表示が可能となる。
【００４１】図５はＳｉダイオードの上面に反射帯を設
けた複合半導体発光素子の例を示す概略斜視図、図６は
要部の概略縦断面図である。
【００４２】この例は図１〜図３に示した複合半導体発
光素子ＡのＳｉダイオード３の上面に反射帯１１を形成
したもので、先の例と同じ部材については共通の符号で
指示し、その詳細な説明は省略する。
【００４３】反射帯１１は、図６に示すようにほぼ台形
状の縦断面を持つＡｌなどの金属を素材としたもので、
３本の同じ長さの枝１１ａ，１１ｂ，１１ｃを互いの間
の角度が１２０°となる関係で展開させた平面形状を持
つ。反射帯１１はこれらの枝１１ａ，１１ｂ，１１ｃの
それぞれが交差する基点１１ｄをＳｉダイオード３の中
心に合わせて位置させるとともに、２本の枝１１ａ，１
１ｂがｎ電極８ａの上に及び残りの枝１１ｃが第１ｐ電
極８ｂと第２ｐ電極８ｃの間を抜ける姿勢として設置さ
れている。そして、各枝１１ａ〜１１ｃは絶縁性の接着
剤１２によってそれぞれの接合面に接着固定されてい
る。
【００４４】ここで、反射帯１１の各枝１１ａ〜１１ｃ
は図５に示すよう赤色，緑色，青色の半導体発光素子
５，６，７の上端よりも高い寸法形状を持ち、断面を台
形状としたことによって発光方向に対して先細りする反
射面を各半導体発光素子５，６，７に対して臨ませてい
る。したがって、各半導体発光素子５，６，７は各枝１
１ａ，１１ｂ，１１ｃによって個々に分断された配置と
なり、各半導体発光素子５，６，７を構成する材料のバ
ンドギャップエネルギーの違いによる光吸収の影響を抑
えることができ、各色の発光が高出力として得られる。
すなわち、各半導体発光素子５，６，７は各枝１１ａ〜
１１ｃによって包囲されて１個１個が光学的に干渉しな
い独立した配置とすることができるので、相互の間の光
吸収が抑えられ高出力の発光が得られるとともにその色
も鮮明化される。
【００４５】また、反射帯１１の各枝１１ａ〜１１ｃの
反射面が傾斜しているので、特に透明のサファイア基板
６ａ，７ａを備える緑色，青色の半導体発光素子６，７
では赤色半導体発光素子５に比べると側方に抜ける光の
成分が多く含まれるので、この光を発光方向に反射して
回収することができ、発光輝度も向上する。
【００４６】なお、図５及び図６の例では、金属を反射
帯として絶縁性の接着剤によって固定するようにしてい
るが、光反射性の合成樹脂の層をそのまま反射帯として
形成したものであってもよい。なお、図示の例では反射
帯が枝状になっているが連続させたリング状になっても
同様の効果を持つのは無論である。
【００４７】したがって、従来では半導体発光素子を搭
載するリードフレームのマウント部にパラボラ状の反射
面を形成することで反射光を回収していたが、このよう
なパラボラを備えることも不要となる。
【００４８】図７はＳｉダイオードの上面に凹部を設け
てこの中に半導体発光素子を配置する複合半導体発光素
子の例を示す概略斜視図、図８は要部の概略縦断面図で
ある。
【００４９】この例は図１〜図３に示した複合半導体発
光素子ＡのＳｉダイオード３の上面の３箇所に凹部１３
ａ，１３ｂ，１３ｃを形成したもので、先の例と同じ部
材については共通の符号で指示し、その詳細な説明は省
略する。
【００５０】凹部１３ａ〜１３ｃは円形の平面形状を持
ち、それぞれの中心がＳｉダイオード３の中心周りの同
一円上であって中心角が１２０°のピッチで配列された
ものである。すなわち、これらの凹部１３ａ〜１３ｃに
対して調心させて赤色，緑色，青色の半導体発光素子
５，６，７を配置することによって、図１で説明したよ
うに、Ｓｉダイオード３の中心に対して各半導体発光素
子５，６，７は同じ角度ピッチで同一円上に配列され
る。そして、各凹部１３ａ，１３ｂは、図８に示すよう
に、底部側に向けて開口断面が先細りしたすり鉢状に形
成されている。
【００５１】図８の（ａ）に示すように、ｎ電極８ａは
Ｓｉダイオード３の上面から凹部１３ａの傾斜面および
底面にかけて形成され、ｎ型シリコン基板３ａに接合さ
れている。また、図８の（ｂ）に示すように、凹部１３
ｂにおいても同様にｎ電極８ａの一端側および第１ｐ電
極８ｂはＳｉダイオード３の上面から凹部１３ｂの傾斜
面および底部にかけて形成されている。そして、第１ｐ
電極８ｂは凹部１３ｂの底部においてｐ型半導体領域３
ｄに接合されている。そして、緑色半導体発光素子６は
そのｐ側のマイクロバンプ６ｅをｎ電極８ａに接合し、
ｎ側のマイクロバンプ６ｄを第１ｐ電極８ｂに接合し、
更にワイヤ９ｂがこの第１ｐ電極８ｂにボンディングさ
れている。
【００５２】なお、凹部１３ｃに対する青色半導体発光
素子７の搭載構造も同様であり、図８の（ｂ）において
は括弧内にそれぞれの符号を指示している。
【００５３】このように、赤色，緑色，青色の半導体発
光素子５，６，７をそれぞれ凹部１３ａ，１３ｂ，１３
ｃの中に落とし込むように組み込むことによって、各半
導体発光素子５，６，７どうしの間の光学的な干渉を受
けることがない。このため、各半導体発光素子５，６，
７に使用する材料のバンドギャップエネルギーの違いに
よる光吸収が抑えられ、それぞれの発光色がより一層鮮
明化するとともに高い発光出力が得られる。
【００５４】また、ｎ電極８ａ及び第１，第２のｐ電極
８ｂ，８ｃをそれぞれ光反射率が高い金属素材としてお
けば、凹部１３ａ〜１３ｃの内周の傾斜した面を光反射
面として利用することができる。したがって、赤色，緑
色，青色の半導体発光素子５，６，７から側方または下
方に漏れる光をこの光反射面から発光方向に回収でき、
各色の発光輝度を高めることができる。このため、図５
の反射帯１１を設ける場合と同様に、リードフレームや
基板のマウント部にパラボラ状の反射面を形成すること
は不要となり、構造を簡略化することができる。
【００５５】更に、赤色，緑色，青色の半導体発光素子
５，６，７はＳｉダイオード３の表面から突き出ないよ
うに組み込まれるので、図１〜図３に示したものと比較
すると、複合半導体発光素子Ａの高さ寸法を小さくで
き、最終的に製作される発光装置の薄型化も可能とな
る。
【００５６】以上の図１〜図８に示した複合半導体発光
素子Ａは、いずれも台座基板１に所定の個数配列したも
のとしてアセンブリし、複数の台座基板１をディスプレ
イパネルに装着するとともに各配線基板２ａ〜２ｃへの
導通回路を接続することによって、画像ディスプレイ装
置の製品として提供できる。そして、静電気に比較的弱
いＧａＮ系化合物半導体を利用する緑色，青色の半導体
発光素子６，７については、Ｓｉダイオード３によって
保護されるので、静電耐圧が高いディスプレイ装置を提
供できる。また、図１〜図９に示した複合半導体発光素
子Ａをフルカラー光源として用いても高出力の発光装置
が実現できる。
【００５７】
【発明の効果】請求項１の発明では、特に静電耐圧が低
いＧａＮ系半導体発光素子の静電耐圧を大幅に向上さ
せ、Ｓｉダイオードを共通化しＧａＮ系半導体発光素子
をマイクロバンプにより接続しているため、ワイヤボン
ディングの回数を減少するだけでなく、赤色，緑色，青
色の半導体発光素子を近接化することができ、色の混色
性を向上するとともに、半導体発光装置の小型化を可能
とし、発光観測面側の光を有効に取り出され、高輝度化
を実現できるという格別の効果を奏する。
【００５８】請求項２の発明では、赤色，緑色，青色の
半導体発光素子による発光色の混色性が向上し、ＧａＮ
半導体発光素子をリードフレームや基板の搭載面の引き
出し側に搭載しているので、発熱の大きいＧａＮ半導体
発光素子の放熱性を改善でき信頼性が向上する。
【００５９】請求項３の発明では、Ｓｉダイオードの表
面から突き出した反射帯によって赤色，緑色，青色の半
導体発光素子を構成する材料のバンドギャップエネルギ
ーの違いによる光吸収を改善でき、また反射帯により集
光性の向上が図られる。
【００６０】請求項４の発明では、赤色，緑色，青色の
各半導体発光素子どうしの相互干渉を無くすことがで
き、また凹部の傾斜面を反射面として利用できるので、
光取り出し効率が向上するとともに、従来、リードフレ
ーム等に形成していたパラボラが不要となり、高性能化
及び低コスト化が可能となる。
【００６１】請求項５の発明では、半導体発光素子のそ
れぞれの材料の相違による光の吸収を受けない発光が可
能となり、また各色毎に半導体発光素子を凹部に搭載し
ているため、各色の光取り出し効率が向上するととも
に、クリアな発光が得られる。
【００６２】請求項６の発明では、Ｓｉダイオード上面
の配線パターンの１つを共有するので、アノードコモン
またはカソードコモンとすることができる。
【００６３】請求項７の発明では、アノードコモンタイ
プまたはカソードコモンタイプの半導体発光素子が得ら
れ、また半導体領域の距離を１０μｍ以上離すので、互
いの電気的な干渉を防止するとともに、静電気保護の機
能を維持することができる。
【００６４】請求項８の発明では、複合半導体発光素子
をリードフレームまたは基板の上に少なくとも２個所以
上に導通接続することによって、静電耐圧を向上したフ
ルカラー発光装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるフルカラー複合半
導体発光素子の要部を示す概略平面図
【図２】赤色の半導体発光素子の搭載構造を示す要部概
略図
【図３】緑色の半導体発光素子及び青色の半導体発光素
子の搭載構造を示す要部概略図
【図４】静電気保護素子による静電気保護機能を説明す
るための回路図
【図５】Ｓｉダイオードの上に反射帯を形成した例を示
す概略斜視図
【図６】図５の例における素子の要部を示す概略縦断面
図
【図７】Ｓｉダイオードの表面の３個所に凹部を設けて
これらに半導体発光素子を組み込む例を示す概略斜視図
【図８】図７の例における要部の概略断面図であって、 （ａ）は赤色の半導体発光素子の搭載構造を示す図 （ｂ）は緑色及び青色の半導体発光素子の搭載構造を示
す図
【図９】従来のフルカラー発光装置の要部を示す概略平
面図
【図１０】赤色の半導体発光素子を搭載した従来構造を
示す要部概略図
【図１１】緑色の半導体発光素子及び青色の半導体発光
素子を搭載した従来構造を示す要部概略図
【図１２】反射カップ材を装着した従来のフルカラー発
光装置の概略斜視図
【符号の説明】
Ａ 複合半導体発光素子 １ 台座基板 ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 配線パターン ３ Ｓｉダイオード ３ａ シリコン基板 ３ｂ ｎ極 ３ｃ 酸化膜 ３ｄ，３ｅ ｐ型半導体領域 ４ 導電性ペースト ５ 赤色の半導体発光素子 ５ａ ｐ電極 ５ｂ ｎ電極 ５ｃ 導電性ペースト ６ 緑色の半導体発光素子 ７ 青色の半導体発光素子 ６ａ，７ａ サファイア基板 ６ｂ，７ｂ ｎ側電極 ６ｃ，７ｃ ｐ側電極 ６ｄ，７ｄ マイクロバンプ ８ａ ｎ電極 ８ｂ 第１ｐ電極 ８ｃ 第２ｐ電極 ９ａ，９ｂ，９ｃ ワイヤ １１ 反射帯 １１ａ，１１ｂ，１１ｃ 枝 １１ｄ 基点 １２ 接着剤 １３ａ，１３ｂ，１３ｃ 凹部

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 リードフレームまたは基板に導通接続さ
    れた静電気保護用のＳｉダイオードと、このＳｉダイオ
    ードの上に導通搭載される赤，緑，青の各色の半導体発
    光素子との組み合わせからなるフルカラーの複合半導体
    発光素子であって、前記緑色及び青色の半導体発光素子
    をＧａＮを含むフリップチップ型の半導体発光素子とす
    るとともにそのｎ側及びｐ側の電極にマイクロバンプを
    形成し、これらのｎ側及びｐ側のマイクロバンプを前記
    Ｓｉダイオードと逆極性として導通させてなるフルカラ
    ー複合半導体発光素子。
  2. 【請求項２】 前記赤，緑，青の各色の半導体発光素子
    を、前記Ｓｉダイオードの上面の中心周りのほぼ同一円
    上であってそれぞれがなす中心角をほぼ同一として配置
    し、前記緑色及び青色の半導体発光素子をリードフレー
    ムまたは基板の配線パターンの引き出し側に相当させて
    配置してなる請求項１記載のフルカラー複合半導体発光
    素子。
  3. 【請求項３】 前記Ｓｉダイオードの表面に、前記赤，
    緑，青の各色の半導体発光素子を相互に分断し且つ各半
    導体発光素子からの漏光を発光方向に反射可能な反射帯
    を発光方向に突き出して設けてなる請求項１または２記
    載のフルカラー複合半導体発光素子。
  4. 【請求項４】 前記Ｓｉダイオードの表面に、前記赤色
    半導体発光素子を落とし込んで搭載する凹部を形成し、
    前記半導体発光素子を凹部に搭載したとき前記半導体発
    光素子がＳｉダイオードの上端面に対して埋没する高さ
    関係としてなる請求項１から３のいずれかに記載のフル
    カラー複合半導体発光素子。
  5. 【請求項５】 Ｓｉダイオードの表面に、前記凹部を少
    なくとも３個所に設け、これらの凹部のそれぞれに少な
    くとも前記赤，緑，青の半導体発光素子を１個ずつ搭載
    してなる請求項４記載のフルカラー複合半導体発光素
    子。
  6. 【請求項６】 前記Ｓｉダイオードの表面に、前記赤，
    緑，青の半導体発光素子の全てに対してｐ側またはｎ側
    として導通させる共通の電極を備えてなる請求項１から
    ５のいずれかに記載のフルカラー複合半導体発光素子。
  7. 【請求項７】 前記Ｓｉダイオードは、ｐまたはｎのい
    ずれか一方の極性を持つ半導体基板に、この半導体基板
    の極性とは逆の極性であって前記緑色及び青色の半導体
    発光素子の電極と導通させるための半導体領域を２個所
    に備え、これらの半導体領域どうしの間の距離を１０μ
    ｍ以上としてなる請求項１から６のいずれかに記載のフ
    ルカラー複合半導体発光素子。
  8. 【請求項８】 請求項１から７のいずれかに記載のフル
    カラー複合半導体発光素子を、リードフレームまたは基
    板の搭載面上に少なくとも２個以上導通接続してなる発
    光装置。
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