JP2005019942A - 多色発光ダイオードパッケージ - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、発光ダイオードパッケージを提供する。
【解決手段】本発明は、多色発光ダイオードパッケージにおいて、3個の第1端子部パターンと1個の第2端子部パターンが形成された上面を有する基板21と、前記第2端子部から延長された実装用導電パターンに配置され第1電極と第2電極が形成された上面を有する第1及び第2発光ダイオードと、前記実装用導電パターンに配置され、下面に第1電極と上面に2個の第2電極とが形成され2個のツェナーダイオード26a,26bが1個のチップに具現されたワンチップ型ツェナーダイオード26とを含み、前記第1発光ダイオードの第1電極と前記ワンチップ型ツェナーダイオード26の1個の第2電極は前記第1端子部中1個に連結され、前記第2発光ダイオードの第1電極及び前記ワンチップ型ツェナーダイオードの他方の1個の第2電極は前記第1端子部中他方の1個に連結されることを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は多重色を具現するためのLEDパッケージに関するものとして、より詳しくはサージ(surge)電圧及び静電気放電(electrostatic discharge:ESD)に対する安定性を高めながら小型化のための設計自由度を向上させたLEDパッケージ構造に関するものである。
一般に、発光ダイオードは高輝度特性を有しながら小型化に有利で、寿命が長く消費電力が少ない特徴から照明機構及びディスプレイ分野に広く用いられている。
こうした発光ダイオードは使用者のニーズに応じて異なる色を発する様々な発光ダイオードを1個の基板上に実装した1個のパッケージに製造して用いられる。主に、こうした多色発光ダイオードパッケージは赤色、緑色及び青色発光ダイオードを組合せた三色発光ダイオードパッケージの形で用いられる。通常の三色発光ダイオードパッケージは、多色発光のために並列接続されて電源が印加され得るよう、印刷回路基板の導電パターンを設計し、その導電パターンの一部に三色発光ダイオードを各々実装する方式で具現される。
また、三色発光ダイオードパッケージに用いる半導体発光ダイオード、とりわけ青色及び緑色発光ダイオードは静電気放電(electrostatic discharge)及びサージ(surge)電圧に対して大変脆弱なので、これを補完すべく2個のツェナーダイオードを各々青色及び緑色発光ダイオードと逆の極性で接続させる必要がある。
こうした従来の三色発光ダイオードパッケージ構造は図4(A)に示す。図4(A)は従来の三色発光ダイオードパッケージ中6端子を有する構造を例示した平面図である。図4(A)のように、従来の三色発光ダイオード(110)に用いる基板(111)は、その両側端に各々形成された第1ないし第3アノード端子パターン(A1、A2、A3)及び第1ないし第3カソード端子パターン(C1、C2、C3)と、前記第1及び第3アノード端子パターン(A1、A3)から各々延長されたツェナーダイオード実装用パターン(P1、P3)と、前記第2カソード端子パターン(C2)から延長されたLED実装用パターン(P2)とを含む。
前記LED実装用パターン(P2)には赤色、緑色、青色発光ダイオード(114、112、115)が配置され、前記2個のツェナーダイオード実装用パターン(P1、P2)上には静電気放電に脆弱な緑色及び青色発光ダイオード(112、115)に逆の極性で連結されたツェナーダイオード(116、117)が各々配置される。
こうしたパッケージの配列構造は図4(B)のような等価回路図で表すことができる。図4(A)及び図4(B)のように、従来の三色発光ダイオードパッケージ(110)は6端子で、静電気放電及びサージ電圧に対する脆弱性を補完すべくツェナーダイオード(116、117)をさらに実装しなければならないので、前記基板(111)に形成すべきパターン数が増加し、それに伴ってより大きい基板面積が必要となる。
したがって、従来の三色発光ダイオードパッケージはツェナーダイオードの追加及び端子数の増加によりパッケージの大きさを小型化するのに困難がある。とりわけ、青色及び緑色発光ダイオードに逆の極性で連結される少なくとも2個のツェナーダイオードを限られた面積の基板上に追加配置しなければならないので、その実装及び端子による回路パターンの集積化に大きな制約となる。
こうした問題を解決してパッケージを小型化しながらも設計自由度を高めるために、ツェナーダイオードを省くことも考えられるが、先に説明したように青色及び緑色発光ダイオードは静電気放電及びサージ電圧に脆弱である為、むしろ素子自体が破壊されて発光パッケージとしての機能を失うというより深刻な問題が起こりかねない。
したがって、当技術分野においては青色及び緑色発光ダイオードのためのツェナーダイオードを使用しながらも、パッケージを小型化し、これと共に放熱面積などの諸要求事項を考慮して設計自由度を向上できる新たな多色発光ダイオードパッケージ構造が要求されてきた。
本発明は前記した技術的問題を解決するためのもので、その目的は、2個のツェナーダイオードをワンチップ型ツェナーダイオードに新たに製造して用いることにより端子数を減少させ、全体パッケージをより小型化させられる多色発光ダイオードパッケージを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、ワンチップ型ツェナーダイオードを用いて最適化設計の幅を広げることにより他のパッケージ性能(例えば、熱機能)を向上させられる多色発光ダイオードパッケージを提供することにある。
前記した技術的課題を成し遂げるために、本発明は、少なくとも3個の発光ダイオードを含む多色発光ダイオードパッケージにおいて、3個の第1端子部パターン及び1個の第2端子部パターンが形成された上面を有する基板と、前記第2端子部から延長された実装用導電パターンに配置され第1電極及び第2電極が形成された上面を有する第1及び第2発光ダイオードと、前記実装用導電パターンに配置され、下面に第1電極と上面に2個の第2電極とが形成され2個のツェナーダイオードが1個のチップに具現されたワンチップ型ツェナーダイオードとを含み、前記第1発光ダイオードの第1電極と前記ワンチップ型ツェナーダイオードの1個の第2電極は前記第1端子部中1個に連結され、前記第2発光ダイオードの第1電極及び前記ワンチップ型ツェナーダイオードの他方の1個の第2電極は前記第1端子部中他方の1個に連結されることを特徴とする発光ダイオードパッケージを提供する。本発明の一実施の形態において、前記第1及び第2発光ダイオードは青色発光ダイオード及び緑色発光ダイオードであることができる。前記実施の形態において、前記少なくとも3個の発光ダイオード中他方の1個の発光ダイオードは第2電極が形成された上面と第1電極が形成された下面とを有する赤色発光ダイオードであることができる。この際、前記赤色発光ダイオードは前記基板において前記第1端子部中前記ワンチップ型ツェナーダイオードの第2電極と連結されない残りの1個の第1端子部から延長された実装用導電パターン上に形成され、前記赤色発光ダイオードの第2電極は前記第2端子部またはそれから延長された実装用導電パターンに連結されることができる。
これと異なり、前記実施の形態において、前記少なくとも3個の発光ダイオード中他方の1個の発光ダイオードは第1電極が形成された上面と第2電極が形成された下面とを有する赤色発光ダイオードであることができる。この場合には、前記赤色発光ダイオードは前記基板において前記第2端子部から延長された実装用導電パターン上に形成され、前記赤色発光ダイオードの第1電極は前記ワンチップ型ツェナーダイオードの第2電極と連結されない残りの1個の第1端子部に連結されることができる。本発明に用いることのできるワンチップ型ツェナーダイオードは好ましくは、前記第1電極が形成された下面を有する第1導電型基板と、前記第1導電型基板上部の分離された両領域に形成され前記第2電極が形成された上面を有する第2導電型不純物領域を含む構造から成る。このように、本発明によるとワンチップ型ツェナーダイオードを用いて多様な最適化設計案を提供することができる。こうした多様な設計案中好ましい実施の形態は、前記第2端子部から延長された実装用導電パターンが前記基板の略中央領域に配置され、前記第1端子部及び前記第2端子部が前記基板の両側端に配置される構造から成る。また、前記赤色、青色及び緑色発光ダイオードは三角構図で配置された構造を有することができ、この際、前記ワンチップ型ツェナーダイオードは前記三角構図の青色及び緑色発光ダイオード側に隣接するよう配置されることが好ましい。本発明による多色発光ダイオードパッケージの具体的な配列構造においては、前記ワンチップ型ツェナーダイオードの第1電極に各々連結された2個の第1端子部は前記青色及び緑色発光ダイオードに隣接した両側端部に各々配置され、他方の1個の第1端子部と前記第2端子部は前記赤色発光ダイオードに隣接した側面の両側端に配置されることができる。ここで、前記第1端子部及び第1電極はカソード関連部分、前記第2端子部及び第2電極はアノード関連部分に定義されることができる。
上述したように、本発明による多色発光ダイオードパッケージによると、青色及び緑色発光ダイオードのためのツェナーダイオードを用いて静電気放電とサージ電圧に対して適切に保護しながら、そのパッケージを小型化できるばかりでなく、使用者のニーズや必要に応じて放熱面積条件などを考慮し設計自由度を向上させることができる。
以下、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳しく説明する。図1(A)は本発明の一実施の形態による多色発光ダイオードパッケージ構造を示した平面図で、図1(B)は図1(A)の多色発光ダイオードパッケージの等価回路図である。
図1(A)に示したように、本発明による多色発光ダイオードパッケージ(20)は1個のアノード端子部(A)と3個のカソード端子部(C1、C2、C3)を有する4端子パッケージである。前記パッケージ(20)に含まれた発光ダイオードは赤色発光ダイオード(24)と緑色、青色発光ダイオード(22、25)である。
前記赤色発光ダイオード(24)はその上面に(+)電極[第1電極(円で表示)]が形成され、その下面に(−)電極[第2電極(図示せず)]が形成された構造から成り、これに対して前記青色発光ダイオード(25)及び緑色発光ダイオード(22)はその上面に(+)電極[第1電極(円で表示)]及び(−)電極[第2電極(四角形で表示)]すべてが形成された構造から成る。
一方、本発明に用いられるワンチップ型ツェナーダイオード(26)は実質的に2個のツェナーダイオード(26a、26b)を含み、下面に1個の(−)電極[第1電極(図示せず)]と上面に2個の(+)電極[第2電極(円で表示)]とを有する構造である。こうしたワンチップ型ツェナーダイオード(26)は1個の導電型基板上に2個の異なる導電型不純物領域を形成して製造することができる。本発明に用いられるワンチップ型ツェナーダイオードの構造及び製造方法は後述の図2(A)及び図2(B)を参照しながらより詳しく説明する。
前記多色発光ダイオード(20)の基板(21)に形成された導電パターンを説明すると、アノード及び第1カソード端子パターン(A、C1)は前記基板(21)の一側端に形成され、前記第2及び第3カソード端子パターン(C2、C3)は前記一側端と対向する他側端に配置される。
また、前記ワンチップ型ツェナーダイオード(26)は従来のように別途の実装用導電パターンを形成せず、緑色及び青色発光ダイオード(22、25)と共に前記アノード端子パターン(A)から延長された実装用パターン(P1)上に配置され、前記赤色発光ダイオード(24)の配置は必要に応じて自由に変更可能であるが、本実施の形態においてはワンチップ型ツェナーダイオード(26)の(+)電極(第2電極)と連結されない第3カソード端子部(C3)から延長された実装用パターン(P2)上に形成される。
このように本実施の形態においては、2個の分離されたツェナーダイオード(26a、26b)をワンチップ型素子(26)に具現することにより緑色及び青色発光ダイオード(22、25)と共に1個の実装用パターン(P1)に配置させられ、アノード端子部(A)をカーマン端子とすることにより全端子数を4個に減少させることができる。したがって、従来のように2個のツェナーダイオードを配置し6端子を形成するのに費やされた空間を最小化しパッケージをより小型化することができる。
図1(A)を参照して各素子と端子部との連結構造を説明すると、前記赤色発光ダイオード(24)は第3カソード端子(C3)から連結された実装用パターン(P2)に配置され下面にその(−)電極(第2電極)と第3カソード端子部(C3)とを連結し、その(+)電極(第1電極)はアノード端子部(A)にワイヤで連結される。また、前記緑色、青色発光ダイオード(22、25)は前記アノード端子部(A)から延長された実装用パターン(P1)に配置され、前記緑色発光ダイオード(22)の(+)電極(第1電極)及び(−)電極(第2電極)は各々ワイヤを通して第1カソード端子部(C1)とアノード端子部(A)に連結され、前記青色発光ダイオード(25)の(+)及び(−)電極[第1及び第2電極]は各々ワイヤを通して第2カソード端子部(C2)とアノード端子部(A)に連結される。
ここで、前記青色発光ダイオード(25)の(+)電極(第1電極)は実装用パターン(P1)に連結されたものとして図示されるが、その実装用導電パターン(P1)はアノード端子部(A)から延長されたパターンなので実質的にアノード端子部(A)に連結されたものと理解できる。
また、ワンチップ型ツェナーダイオード(26)の各ツェナーダイオード部(26a、26b)は各々緑色及び青色発光ダイオード(22、25)と逆の極性で連結されるよう、アノード端子部(A)と連結された実装用パターン(P1)に配置されて下面の(−)電極(第2電極)がアノード端子部(A)に電気的に連結され、上面形成された第1電極は各々緑色及び青色発光ダイオード(22、25)の(−)電極(第2電極)が連結された第1及び第2カソード端子部(C1、C2)に各々連結される。
こうした図1(A)の実施の形態における回路構造は図1(B)のように示すことができる。即ち、アノード端子部(A)をカーマン端子に形成し、カソード端子部(C1、C2、C3)は赤色、緑色及び青色発光ダイオード(24、22、25)に対応するよう設け、カソード端子(C1、C2、C3)に印加される電圧を制御することにより所望の発光色が得られる。
また、本発明に用いられるワンチップ型ツェナーダイオード(26)はパッケージ構造の面において1個の素子として実装されるが、実質的に2個のツェナーダイオードとして作用するので等価回路の面では緑色及び青色発光ダイオード(22、25)と逆の極性で連結された2個のツェナーダイオード(26a、26b)に表示することができる。
本発明に用いられるワンチップ型ツェナーダイオードは1個の第1導電型基板に相互に分離された2個の第2導電型不純物領域を形成して製造することができる。図2(A)及び図2(B)には本発明に用いられるワンチップ型ツェナーダイオードの一形態が例示される。図2(A)及び図2(B)は各々本発明に用いられる2個のツェナーダイオードから成るワンチップ型ツェナーダイオードの側断面図及び平面図である。図2(A)及び図2(B)によると、ワンチップ型ツェナーダイオードは、第1電極(36)が形成された下面を有する第1導電型基板(31)と、前記第1導電型基板(31)上部の分離された両領域に形成され第2電極(35a、35b)が形成された上面を有する第2導電型不純物領域(32a、32b)とを有する。前記第2導電型不純物領域(32a、32b)上面に形成される第2電極(35a、35b)が相互分離されるよう酸化物及び窒化物などの物質で電気的隔離構造(33)を設け、素子を保護すべく前記第2電極(35a、35b)の一部が開放されるようパッシベーション層(38)を形成することができる。ここで、前記第1導電型基板(31)は低濃度でドープされた第1導電型基板とその上に形成され高濃度でドープされた第1導電型エピタキシャル層とで成り、第2導電型不純物領域(32a、32b)はその第1導電型エピタキシャル層の2領域に形成されることもできる。その場合、高濃度でドープされた第1導電型エピタキシャル層まで電気的隔離構造を延長させることもできる。
このように本発明においては、第1電極(36)を共有しながら第2電極(35a、35b)が2個に分離されることから、より小型化された2個のツェナーダイオードを1個の素子に具現することができる。
図3は本発明の好ましき実施の形態による多色発光ダイオードパッケージ(40)構造を示した平面図である。本実施の形態は実装用パターンを1個のパターンのみ具現することによりパターン形状による消耗面積を縮減させるばかりでなく、発光ダイオードが実装されるパターン面積を増加させることにより熱伝導性の高い導電性パターンの放熱機能を極大化させる設計方案を提供する。
図3に示した多色発光ダイオードパッケージ(40)は図1(A)のパッケージと類似に1個のアノード端子部(A)と3個のカソード端子部(C1、C2、C3)を有するよう形成される。赤色発光ダイオード(44)はその上面に(−)電極[第2電極(四角形で表示)]が形成され、その下面に(+)電極[第1電極(図示せず)]が形成された構造とされ、緑色発光ダイオード(42)及び青色発光ダイオード(45)は(+)電極[第1電極(円で表示)]及び(−)電極[第2電極(角張る形で表示)]全てが上面に形成された構造を有する。
また、前記パッケージ(40)は緑色及び青色発光ダイオード(42、45)を静電気放電及びサージ電圧から保護すべく実質的に2個のツェナーダイオード(46a、46b)を含むワンチップ型ツェナーダイオード(46)を有する。前記ワンチップ型ツェナーダイオード(46)は下面に1個の(−)電極[第1電極(図示せず)]と上面に2個の(+)電極[第2電極(円で表示)]とを有する構造とされることができる。
本実施の形態において、前記赤色、緑色及び青色発光ダイオード(44、42、45)とワンチップ型ツェナーダイオード(46)の(+)及び(−)電極[第1及び第2電極]は各々アノード及びカソード端子部と共に逆の極性に具現することもできる。
前記多色発光ダイオードパッケージ(40)の基板(41)に形成された導電パターンを説明すると、アノード及び第1カソード端子パターン(A、C1)は前記基板(41)の一側端に形成され、前記第2及び第3カソード端子パターン(C2、C3)は前記一側端と対向する他側端に形成されることができる。
また、全素子、即ち赤色、緑色及び青色発光ダイオード(44、42、45)と前記ワンチップ型ツェナーダイオード(46)は前記アノード端子部(A)から延長された実装用パターン(P)上に配置される。前記赤色発光ダイオード(44)はアノード端子部(A)から連結された実装用パターン(P)に配置され、下面にその(+)電極[第1電極(図示せず)]とアノード端子部(A)が連結され、その(−)電極[第2電極]は第3カソード端子部(C3)にワイヤで連結される。一方、前記緑色、青色発光ダイオード(42、45)は前記アノード端子部(A)から延長された実装用パターン(P)に配置され、前記緑色発光ダイオード(42)の(+)電極[第1電極]及び(−)電極[第2電極]は各々ワイヤを通して第1カソード端子部(C1)とアノード端子部(A)に連結され、前記青色発光ダイオード(45)の(+)及び(−)電極[第1及び第2電極]は各々ワイヤを通してアノード端子部(A)と第2カソード端子部(C2)に連結される。
さらに、ワンチップ型ツェナーダイオード(46)の各ツェナーダイオード部(46a、46b)は各々緑色及び青色発光ダイオード(42、45)と逆の極性で連結されるよう、アノード端子部(A)と連結された実装用パターン(P)に配置されて下面の(−)電極[第2電極]がアノード端子部(A)に電気的に連結され、上面に形成された(+)電極[第1電極]は各々緑色及び青色発光ダイオード(42、45)の(−)電極[第2電極]が連結された第1及び第2カソード端子部(C1、C2)に各々連結される。
本実施の形態によるパッケージ(40)を、図1(A)に示したパッケージ(20)における各素子の大きさ及びパターン形状などと同一条件で製造する場合、図3の実装用パターン(P)を図1(A)の両実装用パターン(P1、P2)とほぼ一致する大きさに形成することになる。したがって、発熱作用を行う発光ダイオード(42、44、45)が実装される実装用パターン(P)の大きさは相対的に増加するので、図1(A)に比して優れた放熱効果を期待できる。このように、本発明は使用者のニーズに応じて従来のものより小型の大きさで多様な設計が許されるという利点を奏する。
本発明は上述した実施の形態及び添付の図面により限定されるわけではなく、添付の請求の範囲により限定されるもので、請求の範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で多様な形態の置換、変形及び変更が可能なことは当技術分野において通常の知識を有する者には自明なことであろう。
(A)は本発明の一実施の形態による多色発光ダイオードパッケージ構造を示した平面図であり、(B)は(A)の多色発光ダイオードパッケージの等価回路図である。 (A)及び(B)は各々本発明に用いる2個のツェナーダイオードで具現したワンチップ型ツェナーダイオードの側断面図及び平面図である。 本発明の好ましき実施の形態による多色発光ダイオードパッケージ構造を示した平面図である。 (A)は従来の多色発光ダイオードパッケージ構造を示した平面図であり、(B)は(A)の多色発光ダイオードパッケージの等価回路図である。
符号の説明
20、40 多色発光ダイオードパッケージ
21、41 基板
22、42 緑色発光ダイオード
24、44 赤色発光ダイオード
25、45 青色発光ダイオード
26、46 ワンチップ型ツェナーダイオード

Claims (10)

  1. 少なくとも3個の発光ダイオードが実装された多色発光ダイオードパッケージにおいて、
    3個の第1端子部パターンと1個の第2端子部パターンが形成された上面を有する基板と、
    前記第2端子部から延長された実装用導電パターンに配置され第1電極と第2電極が形成された上面を有する第1及び第2発光ダイオードと、
    前記実装用導電パターンに配置され、下面に第1電極と上面に2個の第2電極とが形成され2個のツェナーダイオードが1個のチップに具現されたワンチップ型ツェナーダイオードとを含み、
    前記第1発光ダイオードの第1電極と前記ワンチップ型ツェナーダイオードの1個の第2電極は前記第1端子部のうち、1個に連結され、前記第2発光ダイオードの第1電極及び前記ワンチップ型ツェナーダイオードの他の1個の第2電極は前記第1端子部のうち、他方の1個に連結されることを特徴とする発光ダイオードパッケージ。
  2. 前記第1及び第2発光ダイオードは青色発光ダイオード及び緑色発光ダイオードであることを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオードパッケージ。
  3. 前記少なくとも3個の発光ダイオードのうち、他方の1個の発光ダイオードは第2電極が形成された上面と第1電極が形成された下面を有する赤色発光ダイオードであり、
    前記赤色発光ダイオードは前記基板において前記第1端子部のうち、前記ワンチップ型ツェナーダイオードの第2電極と連結されない残りの1個の第1端子部から延長された実装用導電パターン上に形成され、
    前記赤色発光ダイオードの第2電極は前記第2端子部または当該第2端子部から延長された実装用導電パターンに連結されることを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオードパッケージ。
  4. 前記少なくとも3個の発光ダイオードのうち、他方の1個の発光ダイオードは第1電極が形成された上面と第2電極が形成された下面を有する赤色発光ダイオードであり、
    前記赤色発光ダイオードは前記基板において前記第2端子部から延長された実装用導電パターン上に形成され、
    前記赤色発光ダイオードの第1電極は前記ワンチップ型ツェナーダイオードの第2電極と連結されない残りの1個の第1端子部に連結されることを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオードパッケージ。
  5. 前記ワンチップ型ツェナーダイオードは、
    前記第1電極が形成された下面を有する第1導電型基板と、
    前記第1導電型基板上部の分離された両領域に形成され、前記第2電極が形成された上面を有する第2導電型不純物領域と、
    を有することを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオードパッケージ。
  6. 前記第2端子部から延長された実装用導電パターンは前記基板の略中央領域に配置され、前記第1端子部及び前記第2端子部は前記基板の両側端に配置されることを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオードパッケージ。
  7. 前記赤色、青色及び緑色発光ダイオードは三角構図で配置されることを特徴とする請求項2及び3に記載の発光ダイオードパッケージ。
  8. 前記ワンチップ型ツェナーダイオードは前記三角構図の青色及び緑色発光ダイオード側に隣接するよう配置されることを特徴とする請求項7に記載の発光ダイオードパッケージ。
  9. 前記ワンチップ型ツェナーダイオードの第1電極に各々連結された2個の第1端子部は前記青色及び緑色発光ダイオードに隣接した両側端部に各々配置され、
    他方の1個の第1端子部と前記第2端子部は前記赤色発光ダイオードに隣接した側面の両側端に配置されることを特徴とする請求項8に記載の発光ダイオードパッケージ。
  10. 前記第1端子部はカソード端子、前記第2端子部はアノード端子であることを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオードパッケージ。
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