DE102007018208A1 - SMD-Leuchtdiode - Google Patents
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Abstract
Description
- Verweis auf verbundene Anmeldungen
- Diese Anmeldung stützt sich auf die Koreanische Patentanmeldung Nummer 10-2006-0036201, die am 21. April 2006 beim Koreanischen Amt für Geistiges Eigentum eingereicht wurde und deren Offenbarung durch Bezugnahme mit eingebunden ist.
- Stand der Technik
- 1. Technisches Gebiet
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine SMD-Leuchtdiode (nachfolgend als SMD-LED bezeichnet), die die Ausbeute von Licht erhöhen kann, das in die Oberfläche einer Formmasse, die durch ein Emissionsfenster eines Gehäuses freigelegt ist, emittiert wird.
- 2. Beschreibung des Stands der Technik
- Eine Leuchtdiode (nachfolgend als „LED" bezeichnet) umfasst üblicherweise eine Lichtquelle unter Verwendung verschiedener Verbindungs halbleiter wie GaAs, AlGaAs, GaN, InGaInP und dergleichen, wodurch verschiedene Lichtfarben realisiert werden.
- Da die Halbleitertechnik in jüngster Zeit eine rasante Entwicklung durchläuft, ist die Fertigung von LEDs mit hoher Leuchtdichte und hoher Qualität möglich geworden. Da die Umsetzung blauer und weißer Dioden mit ausgezeichneten Eigenschaften realisiert wurde, wird zudem die Verwendung von LEDs für Anzeigegeräte, Leuchtquellen der nächsten Generation oder dergleichen ausgeweitet. So werden zum Beispiel SMD-LEDs auf den Markt gebracht.
- Nachfolgend soll eine herkömmliche SMD-LED unter Bezugnahme auf die
1 bis4 im Detail erläutert werden. -
1 ist eine schematische Darstellung, die den Aufbau einer herkömmlichen SMD-LED darstellt. Die SMD-LED100 weist ein Gehäuse120 auf, das aus einer Epoxydharz-Formmasse oder dergleichen ausgeformt ist. Das Gehäuse120 weist ein Emissionsfenster auf, das auf einer vorbestimmten Fläche ausgeformt ist. Das Emissionsfenster ist geöffnet, so dass Licht leicht durch das Emissionsfenster hindurch tritt. Auf anderen Flächen des Gehäuses120 ist ein Paar Anschlusselemente130 hervortretend ausgeformt, wobei die Anschlusselemente130 einen Anschlussrahmen umfassen, der zu einer gedruckten Schaltung110 angeschlossen wird. Zudem ist im Inneren des so ausgebildeten Gehäuses120 ein LED-Chip (nicht gezeigt) so angeordnet, dass die darauf befindliche Lichtemissionsfläche hin zu dem Emissionsfenster gerichtet ist. Das Paar Anschlusselemente130 und der LED-Chip sind durch Drähte (nicht gezeigt) elektrisch miteinander verbunden. -
2 ist ein Schnitt entlang der Schnittlinie II-II' von1 , wobei der Aufbau der herkömmlichen SMD-LED im Detail gezeigt wird. - Wie in
2 gezeigt, umfasst die herkömmliche SMD-LED100 ein Paar Anschlusselemente130 , ein Gehäuse120 , das so ausgeformt ist, dass darin ein Abschnitt des Anschlusselements130 angeordnet ist, einen LED-Chip140 , der auf einer Anschlusselektrode innerhalb des Gehäuses120 montiert ist, einen Draht150 , um den LED-Chip140 mit der anderen Anschlusselektrode elektrisch zu verbinden, und eine Formmasse160 , die so in das Gehäuse120 eingefüllt ist, dass der LED-Chip140 und der Draht150 geschützt werden. - Die Formmasse
160 zum Schutz des LED-Chips140 besteht aus einem transparenten Harz, das jeweils abhängig von der Farbe des zu fertigenden LED-Chips140 ein transparentes Material oder Phosphor beinhaltet. - Allgemeine Maßstäbe zum Bestimmen der Eigenschaften von LED-Chips umfassen Farbe, Leuchtdichte, Lichtstärke und dergleichen. Solche Eigenschaften werden hauptsächlich durch die Verbindungshalbleiter bestimmt, die für LED-Chips verwendet werden, aber auch willkürlich durch den Gehäuseaufbau zur Montage des LED-Chips und durch die in das Gehäuse eingefüllte Formmasse beeinflusst. Insbesondere hat die Formmasse, die in das Gehäuse eingefüllt wird, einen großen Einfluss auf die Verteilung der Leuchtdichte.
- In der herkömmlichen SMD-LED wird ein Teil des Lichts vollständig an der Oberfläche der Formmasse reflektiert, da im Brechungsindex zwischen Formmasse und Luft, das heißt, an der Grenzfläche zum Vakuum, wie in
3 gezeigt, ein beträchtlicher Unterschied besteht. In diesem Fall verringert sich die Intensität des Lichts, das vom LED-Chip emittiert wird, im Vergleich zu der Intensität des Lichts, das vom LED-Chip ohne Formmasse emittiert wird. Aus diesem Grund wird die Lichtausbeute verringert. -
3 ist eine Konzeptionsdarstellung zur Erläuterung der Abnahme der Leuchtdichte einer LED, bedingt durch die Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen der Formmasse und dem Vakuum. - Aus diesem Grund wird ein neues Verfahren notwendig, mit dem eine Minimierung der Totalreflexion von Licht durch die Formmasse erreicht wird, so dass die Lichtstärke eines LED-Chips erhöht wird.
- Nach dem Stand der Technik ist eine hemisphärische Linse
180 auf der Fläche der Formmasse160 befestigt, die durch das Emissionsfenster des Gehäuses120 freigelegt ist, indem eine Klebeschicht170 , wie in4 gezeigt, verwendet wird. Somit kann verhindert werden, dass vom LED-Chip140 emittiertes Licht vollständig an der Oberfläche der Formmasse160 reflektiert wird. Gleichzeitig wird ein Lichtweg so ausgelegt, dass die Lichtausbeute erhöht wird. - In der oben dargelegten SMD-LED erhöht sich aufgrund der Linse
180 jedoch die Gesamthöhe. Demzufolge kann die SMD-LED für Produkte mit einer bestimmten Höhe nicht verwendet werden. Ferner durchdringen Wasser, ultraviolette (UV) Strahlung oder dergleichen die Klebeschicht170 , wodurch sich die Zuverlässigkeit und die Eigenschaften verschlechtern. - Zudem sind zusätzliche, separate Verfahren, wie zum Beispiel ein Linsenfertigungsverfahren, ein Positionsausrichtungsverfahren, ein Klebeverfahren und dergleichen, notwendig, um die Linse
180 an der Fläche der Formmasse160 zu befestigen. Solche Verfahren erhöhen die Fertigungskosten einer LED und verlängern die für das gesamte Fertigungsverfahren benötigte Zeit, wodurch die Produktionsausbeute der SMD-LED verringert wird. - Vorteile der Erfindung
- Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie eine SMD-LED vorschlägt, die verhindert, dass durch die Formmasse transmittiertes Licht vollständig an der Oberfläche der Formmasse reflektiert wird, die durch das Emissionsfenster des Gehäuses freigelegt ist, wodurch sich die Lichtausbeute erhöht.
- Weitere Aspekte und Vorteile des vorliegenden allgemeinen erfinderischen Konzepts werden teilweise durch die folgende Beschreibung erläutert und werden teilweise durch die Beschreibung offensichtlich oder können durch Umsetzung des allgemeinen erfinderischen Konzepts erkannt werden.
- Erfindungsgemäß umfasst die SMD-Leuchtdiode (SMD-LED) Folgendes: einen Anschlussrahmen, der ein Paar Anschlusselemente umfasst; ein Gehäuse, in dem ein Abschnitt des Anschlussrahmens angeordnet ist, wobei das Gehäuse ein Emissionsfenster aufweist, das geöffnet ist, so dass Licht durch das Emissionsfenster hindurch tritt; einen LED-Chip, der auf dem Anschlussrahmen innerhalb des Gehäuses montiert ist; einen Draht, um den LED-Chip und den Anschlussrahmen elektrisch miteinander zu verbinden; und eine Formmasse, die in das Gehäuse eingefüllt ist, wobei die Formmasse Oberflächenunebenheiten mit vorbestimmter Form auf der Oberfläche, die durch das Emissionsfenster des Gehäuses freigelegt ist, aufweist.
- Die Oberflächenunebenheiten umfassen vorzugsweise eine oder mehrere Linien.
- Die Oberflächenunebenheiten sind vorzugsweise durch ein Ionenstrahl-Ätzverfahren ausgeformt.
- Das Ionenstrahl-Ätzverfahren wird unter Verwendung von Argon (Ar) als Ätzionen durchgeführt.
- Die Formmasse umfasst vorzugsweise entweder ein transparentes Epoxydharz, Silizium oder ein Phosphorgemisch.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Diese und oder weitere Aspekte und Vorteile des vorliegenden allgemeinen erfinderischen Konzepts werden offensichtlich und können anhand der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser erkannt werden, wobei:
-
1 eine schematische Darstellung ist, die den Aufbau einer herkömmlichen SMD-LED zeigt; -
2 ein Schnitt entlang der Schnittlinie II-II' von1 ist; -
3 eine Konzeptionsdarstellung zur Erläuterung der Verminderung der Leuchtdichte einer LED ist, die durch die Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen der Formmasse und dem Vakuum verursacht wird; -
4 ein Schnitt ist, der den Aufbau einer weiteren herkömmlichen SMD-LED zeigt; -
5 ein Schnitt ist, der den Aufbau der SMD-LED gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt; -
6 eine schematische Darstellung ist, die eine übliche Ionenstrahl-Ätzkammer darstellt; -
7A bis7C Diagramme sind, die zeigen, dass sich der Oberflächenzustand der Formmasse abhängig von der Anzahl an abgestrahlten Ionen ändert; und -
8 eine Konzeptionsdarstellung zur Erläuterung des Snelliusschen Brechungsgesetzes ist, das auf die Erfindung angewandt wird; - Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
- Im Detail wird nun auf die Ausführungsformen der vorliegenden allgemeinen erfinderischen Idee Bezug genommen, wobei Beispiele durch die beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind und identische Bezugszeichen durchgängig auf identische Elemente verweisen. Die Ausführungsformen werden nachfolgend erläutert, um das vorliegende allgemeine erfinderische Konzept unter Bezugnahme auf die Figuren zu erläutern. In den Zeichnungen ist die Dicke der Schichten und Abschnitte um der Klarheit willen übertrieben dargestellt.
- Nachfolgend wird die SMD-LED gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert.
- Unter Bezugnahme auf
5 soll die SMD-LED gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail erläutert werden.5 ist ein Schnitt, der den Aufbau der SMD-LED gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. - Wie in
5 gezeigt, umfasst die SMD-LED100 ein Gehäuse200 , das aus transparentem oder opakem Kunstharz ausgeformt ist. Das Gehäuse200 weist ein Emissionsfenster auf, das auf einer vorbestimmten Fläche ausgeformt ist. Das Emissionsfenster ist geöffnet, so dass Licht leicht durch das Emissionsfenster hindurch tritt. An anderen Flächen des Gehäuses200 sind Abschnitte eines Paares von Anschlusselementen130 hervortretend ausgeformt, wobei das Paar Anschlusselemente130 einen Anschlussrahmen umfasst, der auf eine gedruckte Schaltung (nicht gezeigt) montiert wird. - Im Inneren des Gehäuses
120 ist ein LED-Chip140 so angeordnet, dass die Lichtemissionsfläche des LED-Chips140 hin zu dem Emissionsfenster gerichtet ist. Die Anschlusselemente130 und der LED-Chip140 sind durch einen Draht150 miteinander verbunden. - Der LED-Chip
140 ist auf dem Anschlussrahmen montiert. Innerhalb des Gehäuses120 , in dem der LED-Chip140 angeordnet ist, ist eine Formmasse160 eingefüllt, so dass der LED-Chip140 und der Draht150 geschützt werden. Die Formmasse160 ist vorzugsweise entweder aus einem lichtdurchlässigen Epoxydharz, Silizium oder einem Phosphorgemisch ausgeformt, so dass Licht, das vom LED-Chip140 emittiert wird, leicht nach außen übertragen werden kann. - Auf der Oberfläche der Formmasse
160 , die durch das Emissionsfenster des Gehäuses120 freigelegt ist, sind Oberflächenunebenheiten165 einer vorbestimmten Form ausgeformt. Wenn Licht, das vom LED-Chip140 erzeugt wird, von einem dichten Medium (der Formmasse160 ) in ein Medium geringerer Dichte (Luft) emittiert wird, dienen die Oberflächenunebenheiten165 dazu, den kritischen Winkel des einfallenden Lichts an der Grenzfläche zwischen den beiden Medien zu vergrößern, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Totalreflexion an der Grenzfläche vermindert wird. - Die Oberflächenunebenheiten
165 umfassen eine oder mehrere Linien, die durch ein Ionenstrahl-Ätzverfahren ausgeformt werden können. Die Linie kann entweder eine gerade Linie, eine gekrümmte Linie oder eine einfach geschlossene Linie sein. - Die Oberflächenunebenheiten
165 sind durch ein Ionenstrahl-Ätzverfahren ausgeformt. Ein solches Ätzverfahren wird durchgeführt, indem eine Ionenstrahl-Ätzkammer200 , gezeigt in6 , verwendet wird.6 ist eine schematische Darstellung, die eine übliche Ionenstrahl-Ätzkammer darstellt. - Die Oberflächenunebenheiten
165 sind insbesondere wie folgt ausgeformt: eine Grundplatte210 der Ionenstrahl-Ätzkammer200 ist mit mehreren SMD-LEDs bestückt, und Ätzionen werden durch eine Ionenkanone220 auf die SMD-LEDs100 abgestrahlt, mit denen die Basisplatte210 bestückt ist, wodurch die Oberflächenunebenheiten ausgeformt werden. - Das Ionenstrahl-Ätzverfahren wird in der Praxis vorzugsweise unter Verwendung von Argon (Ar) als Ätzionen durchgeführt, um eine chemische Reaktion zwischen der Formmasse und den Ätzionen zu verhindern, um zum Beispiel zu verhindern, dass die Formmasse oxidiert wird.
- Der Durchmesser eines Ionenstrahls, der auf die Basisplatte
200 ausgestrahlt wird, liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 10 bis 20 cm, so dass der Ionenstrahl über eine relativ breite Fläche ausgestrahlt werden kann. Wenn ein solcher Ionenstrahl verwendet wird, können die Oberflächenunebenheiten einfach durch ein einmalig durchgeführtes Ionenstrahl-Ätzverfahren auf den Formmassen einer großen Anzahl an LEDs oder auf der Formmasse einer LED mit einer großen Fläche ausgeformt werden. - Insbesondere sind die erfindungsgemäßen Oberflächenunebenheiten so ausgeformt, dass sie verschiedene Tiefen und Breiten aufweisen, die von der Anzahl an ausgestrahlten Ionen abhängen. Aus diesem Grund wird die Anzahl an ausgestrahlten Ionen in Abhängigkeit der Eigenschaften der LED und der Prozessvoraussetzung so gewählt, dass die optimale Lichtausbeute erreicht wird.
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7A bis7C sind Diagramme, die zeigen, dass sich der Oberflächenzustand der Formmasse abhängig von der Anzahl an ausgestrahlten Ionen ändert, wie in Tabelle 1,7A bis7C , gezeigt, wobei die Figuren AFM-(Atomic Force Microscope) Photographien und Simulationsergebnissen zeigen. - Unter Bezugnahme auf Tabelle 1 und
7A bis7C kann festgestellt werden, dass mit dem Anstieg der Anzahl an ausgestrahlten Ionen die Tiefe der Profilunebenheiten zunimmt und die Breite abnimmt. Zudem erhöht sich die Lichtausbeute. - Die Wirkung der Oberflächenunebenheiten der Formmasse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf
8 erläutert werden. - Brechung wird als ein Phänomen definiert, das auftritt, wenn Licht auf ein anderes transparentes Medium einfällt, wobei Licht gebrochen wird und sich danach geradlinig ausbreitet. Zudem wird der Grad der Brechung als Brechungsindex bezeichnet. Der Brechungsindex, der in Bezug zu einem Übergang zum Vakuum festgelegt wird, wird als absoluter Brechungsindex bezeichnet. Der absolute Brechungsindex wird üblicherweise einfach Brechungsindex genannt.
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- a: Wert in Bezug auf Licht (gelbes Licht wie Natrium) mit einer Wellenlänge von 598 nm
- b: STP (Standardtemperatur und Druck von 0°C und einem Bar)
- Wie in Tabelle 2 gezeigt, ist der Brechungsindex stets größer als 1.
- Ein Medium mit einem großen Brechungsindex bedeutet ein dichtes Medium, in dem sich Licht langsamer ausbreitet. Ein Medium mit einem kleinen Brechungsindex bedeutet wiederum ein Medium mit geringerer Dichte, das zu jeder Zeit relativ genutzt wird.
- Ferner wird für die Brechung in einem bestimmten Medium zwischen dem Einfallswinkel und dem Brechungswinkel ein konstantes Gesetz, bekannt als das Snelliussche Brechungsgesetz, aufgestellt.
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8 ist eine Konzeptionsdarstellung zur Erläuterung des Snelliusschen Brechungsgesetzes, das auf die Erfindung angewandt wird. Unter Bezugnahme auf8 , wenn Licht von einem Medium geringerer Dichte n1 auf ein Medium hoher Dichte n2 einfällt, breitet sich Licht langsam in dem dichten Medium n2 aus. Aus diesem Grund wird die Ausbreitungsrichtung von Licht hin zu einer vertikalen Linie gebrochen. - Nach dem Stand der Technik wird, wenn Licht von einem dichten Medium mit einem großen Brechungsindex hin zu einem Medium mit einem kleinen Brechungsindex emittiert wird, das Licht, das einen bestimmten Winkel überschreitend einfällt, nicht gebrochen aber an der horizontalen Grenzfläche reflektiert, da das Licht das Snelliussche Brechungsgesetz nicht erfüllen kann. Ein solches Phänomen wird als Totalreflexion (siehe
3 ) bezeichnet. Ferner wird ein solcher Winkel als kritischer Winkel bezeichnet. Wenn der Unterschied im Brechungsindex zwischen zwei Medien größer wird, verkleinert sich der kritische Winkel, wobei die Menge an einfallendem Licht, das vollständig reflektiert werden soll, zunimmt. - Mit anderen Worten sollte, um die Totalreflexion zu verhindern, der kritische Winkel an der Grenzfläche zwischen zwei unterschiedlichen Medien vergrößert werden.
- In dieser Ausführungsform sind die Oberflächenunebenheiten
165 mit einer vorbestimmten Form auf der Fläche der Formmasse160 als dichtes Medium ausgeformt, derart, dass der kritische Winkel zwischen zwei Medien durch die Oberflächenunebenheiten165 , wie in5 gezeigt, vergrößert wird. Wenn Licht demzufolge von dem dichten Medium, nämlich der Formmasse160 , an das weniger dichte Medium, nämlich das Vakuum, emittiert wird, kann die Menge an Licht, die vollständig in die Formmasse160 reflektiert wird, verringert werden, so dass die Lichtstärke der SMD-LED erhöht wird. - In dieser Ausführungsform wird die technische Idee der Erfindung, bei der die Oberflächenunebenheiten mit einer vorbestimmten Form auf der Oberfläche der Formmasse ausgeformt sind, die durch das Emissionsfenster des Gehäuses freigelegt ist, so dass das Licht, das vom LED-Chip emittiert wird, nicht vollständig in die Formmasse reflektiert wird, auf eine Seitensicht-LED angewandt. Die technische Idee kann jedoch auf eine Obensicht-LED angewandt werden.
- Erfindungsgemäß wird die Menge an Licht, die vollständig in die Formmasse reflektiert wird, wenn Licht von dem dichten Medium, nämlich der Formmasse, in ein weniger dichtes Medium, nämlich das Vakuum, einfällt, verringert, da der kritische Winkel zwischen den beiden Medien durch die Oberflächenunebenheiten, die an der Grenzfläche zwischen den beiden Medien ausgeformt sind, vergrößert wird. Aus diesem Grund ist es möglich, die Lichtausbeute der SMD-LED zu erhöhen.
- Ferner sind die Oberflächenunebenheiten durch ein Ionenstrahl-Ätzverfahren ausgeformt. Aus diesem Grund kann die Erfindung auf verschiedene Arten von SMD-LEDs angewandt werden. Es ist möglich, die Produktionsausbeute der SMD-LEDs zu erhöhen.
- Obwohl einige Ausführungsformen des vorliegenden allgemeinen erfinderischen Konzepts dargestellt und erläutert wurden, können vom Fachmann Änderungen in diesen Ausführungsformen gemacht werden, ohne von den Prinzipien und dem Boden des allgemeinen erfinderischen Konzepts abzuweichen, dessen Umfang in den beigefügten Ansprüchen und ihren Entsprechungen dargelegt ist.
Claims (5)
- SMD-Leuchtdiode (SMD-LED) umfassend: einen Anschlussrahmen, der ein Paar Anschlusselemente umfasst; ein Gehäuse, in dem ein Abschnitt des Anschlussrahmens angeordnet ist, wobei das Gehäuse ein Emissionsfenster aufweist, das geöffnet ist, so dass Licht durch das Emissionsfenster hindurch tritt; einen LED Chip, der auf dem Anschlussrahmen innerhalb des Gehäuses montiert ist; einen Draht, um den LED-Chip und den Anschlussrahmen elektrisch miteinander zu verbinden; und eine Formmasse, die in das Gehäuse eingefüllt ist, wobei die Formmasse Oberflächenunebenheiten mit vorbestimmter Form auf der Oberfläche aufweist, die durch das Emissionsfenster des Gehäuses freigelegt ist.
- SMD-LED nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenunebenheiten eine oder mehrere Linien umfassen.
- SMD-LED nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenunebenheiten durch ein Ionenstrahl-Ätzverfahren ausgeformt sind.
- SMD-LED nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ionenstrahl-Ätzverfahren unter Verwendung von Argon (Ar) als Ätzionen durchgeführt wird.
- SMD-LED nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Formmasse entweder ein transparentes Epoxydharz, Silizium oder ein Phosphorgemisch umfasst.
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