JP2005045199A - チップ発光ダイオード及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 可視角が広く、発光チップの正面方向を中心に集中する光の照度分布を両側方向まで分散させて最大限に広い範囲を明るく照明でき、作動時に発生する熱が均一に分布するようにして、熱的／機械的変形を防止でき、また、一側に応力が集中しないようにしたチップ発光ダイオード及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 可視角の範囲が広いチップ発光ダイオード及びその製造方法を開示する。チップ発光ダイオードは印刷回路基板に搭載された発光チップを覆うように丸みのある形状に突出した突出部を少なくとも一個以上設けるパッケージモールド部を設ける。パッケージモールド部はその断面が大略半円形または楕円形、放物形の一部であったり、相互所定の接触角を有する複数の平面からなることができ、このような断面が長さ方向に延長された形態でパッケージモールド部の外面を形成する。
【選択図】 図２

Description

本発明はチップ発光ダイオード及びその製造方法に関し、特にパッケージのモールド部構造を改良した発光ダイオードおよび其の製造方法に関する。

チップ発光ダイオードは、一般に、表示素子及びバックライトとして利用され、最近は携帯電話や携帯用個人情報端末機（ＰＤＡ）などへ適用が拡大している傾向にある。

図１に示すように、従来のチップ発光ダイオード５０は、印刷回路基板５１上に金属パッド５２及びリード５５が設けられ、金属パッド５２上に機械的・電気的に結合された発光チップ５３がワイヤー５４によってリード５５に連結されている。そして、このように組立てられた印刷回路基板５１の上面には、モールド用エポキシ材料（ＥＭＣ）でモールドしたパッケージモールド部５６が形成されている。

しかし、従来のチップ発光ダイオード５０では、そのパッケージモールド部の断面が長方形であって、光の経路が制限されて可視角（光の放射範囲）が狭くなる問題点がある。したがって、正面輝度は高くても、照度分布が発光チップの正面方向（垂直方向とする）を中心に集中し、水平あるいは斜め方向の照度が不足して、一定の面積を一様に照明するために用いられるチップ発光ダイオードの個数が増加して、例えばバックライトなどに適用する時、製造費用を増加させる要因となっている。

また、従来のチップ発光ダイオード５０では、作動時の熱放散が不均一になり、その角部に温度上昇が集中するために、素子全体の熱的／機械的変形を招来する問題もある。

さらに、従来のチップ発光ダイオードは、薄形化のために発光チップ及びパッケージモールド部の高さを縮少させる場合、モールド金型凹部の角部を精密に製作しなければならないという難しさがあるため、金型の製作費用が増加する。そして、薄形化させる場合、厚さが薄い特定の部分に歪みが集中することがあり、この場合、印刷回路基板とモールド部との間に多くの力が集中して製品の信頼性が低下する問題がある。

本発明は上述した従来の問題点を解決するために案出されたものであって、可視角が広いチップ発光ダイオード及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、発光チップの正面方向を中心に集中する放射光の照度分布を水平方向まで分散させて最大限に広い範囲を一様に明るく照明できるチップ発光ダイオード及びその製造方法を提供することである。

本発明の他の目的は、作動時に発生する熱の放散が均一に分布するようにして、熱的／機械的変形を防止することができ、また、特定部分に応力が集中しないようにしたチップ発光ダイオード及びその製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、簡単な構造のモールド金型を製作できるので、製造費用を節減できるチップ発光ダイオード及びその製造方法を提供することにある。

上述した目的及びその他の目的を達成するために、本発明によるチップ発光ダイオードは、印刷回路基板；印刷回路基板上に一定の間隔をおいて設けられた金属パッド及びリード；金属パッドに機械的・電気的に結合された発光チップ；発光チップと前記リードとを電気的に連結する導電性ワイヤー；及び印刷回路基板で発光チップ、ワイヤー、及び金属パッド及びリードの少なくとも一部を覆うように丸みのある形状に突出した透光性突出部を少なくとも一個以上有するパッケージモールド部；を含んで構成される。

ここで、パッケージモールド部はその断面が大略半円形または楕円形、放物型の一部であったり、相互所定の接触角（折り曲げ角）を有する複数の平面からなったりすることができ、このような断面が長さ方向に延長された形態でパッケージモールド部の外面を形成する。また、パッケージモールド部の突出部は一個または二個以上でありうる。

本発明の他の様態によるチップ発光ダイオードの製造方法は、印刷回路基板上に導電性金属パッドを設置した後、発光チップを機械的・電気的に結合する段階；発光チップを印刷回路基板上のリードにワイヤーで連結する段階；印刷回路基板を金型内に装着する段階；金型の凹部内に所定のモールド材料を注入して、印刷回路基板上に発光チップ、ワイヤー、及び金属パッド及びリードの一部を丸みのある形状に覆うパッケージモールド部を形成する段階；からなる。この時、金型の凹部は上述した特徴のパッケージモールド部の形状を有することができる。

本発明によると、発光チップからの光が丸みのある形状のパッケージモールド部を通じて放射状に均一に発散するために、光の経路が増えて可視角の範囲を広げることができるチップ発光ダイオード及びその製造方法が提供される。このようなチップ発光ダイオードは、発光効率が非常に良好であるので、例えば、バックライトなどに適用する時、単位面積当り用いられるチップの個数を減らすことができる。

また、本発明のチップ発光ダイオードは、その作動時に発生する熱が均一に分布するので、熱的／機械的変形を防止することができ、一方、特定部分に歪みが集中しないために薄いパッケージモールド部の実現時にも印刷回路基板との接着力を増大させることができる優れた効果を提供する。

本発明のチップ発光ダイオード及びその製造方法によると、また、モールド金型の凹部、つまり、丸みのある形状の凹部を従来の四角形の凹部に比べて容易に形成できるので、金型の製造費用も節減できる。

以下、添付した図面を参照して本発明のチップ発光ダイオード及びその製造方法を詳細に説明する。

図２及び図３を参照して本発明の第１実施例によるチップ発光ダイオードを説明すると、本発明のチップ発光ダイオード１００は印刷回路基板１１０と、印刷回路基板１１０上に設けられる金属パッド１２０及びリード１５０と、金属パッド１２０に実装された発光チップ１３０と、発光チップ１３０とリード１５０とを連結するワイヤー１４０と、が設けられている。ここに、印刷回路基板１１０上に突出して発光チップ１３０を間に置いてリード１５０及び金属パッド１２０を部分的に含んでモールディングするパッケージモールド部１６０が形成されている。

金属パッド１２０は印刷回路基板１１０上に通電可能な材質で構成される。発光チップ１３０としては、赤外線領域から紫外線領域までの光を発する各種チップの中から必要な波長のチップを選択して用いることができる。

一方、パッケージモールド部１６０は、印刷回路基板１１０上に、その断面が丸みのある形状または半円柱形状（かまぼこ型）の突出部１６１を形成している。丸みのある形状の突出部１６１を有するパッケージモールド部１６０は、丸みのある形状の凹部を有する金型（図示せず）内でエポキシ樹脂をモールディングして形成することができる。パッケージモールド部１６０の突出部１６１は、その長手方向と直交する垂直断面が大略半円形の丸みのある形状を有し、このような丸みのある形状が長さ方向に延びて管体をなすように形成することができる。発光チップ１３０からの光はパッケージモールド部１６０の円満な曲線面を相異なる屈折角で透過する。これにより、光の分布が均一で可視角の範囲が広くなる。なお、ここにいう丸みのある形状とは、厳密な丸みのことではなく、主に、かまぼこ形、または、チップ底面に垂直な中心線を有する回転体たとえば半球形をいう。この外、回転体底部と同形の水平断面を有する円柱部または回転体底部よりも大形の水平断面を有する台座を備えていてもよい。また、この回転体表面を複数の小平面または小球面の集合で近似させた構造をも含む。更に、回転体自身も多角形柱で近似させてもよい。また、回転体あるいは柱の水平断面は、モールド部の頂部よりも下部（基板側）に近づく程、徐々に大きくなる逆Ｕ字形状または錐体形状である。この外にも、ドーナツを回転軸と直交する平面で切断したような縦断面の回転体でもよい。

一方、図３に拡大図示したように、パッケージモールド部の外面には凹凸形状の散乱用パターンが形成されることがある。このような凹凸形状の散乱用パターンは、その断面形状が三角波やサイン波の形状またはその他の適した形状に形成することができ、その凹凸周期ｐは大略０．５〜１．０μｍの範囲内にあるのが好ましい。このような散乱用パターンは発光チップ１３０から発した光がパッケージモールド部の外面を通過する時、光を散乱させて可視角の範囲をさらに拡大させる効果がある。

図４ａ及び図４ｂは本発明のチップ発光ダイオードと従来のチップ発光ダイオードとの可視角の差を示すグラフである。図４ａを参照すると、本チップ発光ダイオード１００の可視角の範囲（Ｈ（ａ）乃至Ｈ（ｂ））は約１６０゜の範囲（図面上太線で示す）を有することが分かる。しかしながら、従来のチップ発光ダイオード５０は図４ｂを参照すると、同一条件下で約１２０゜の可視角範囲（Ｈ（ａ′）乃至Ｈ（ｂ′））を有する。したがって、本チップ発光ダイオード１００は従来のそれ５０に比べて可視角の範囲が約４０゜程度増大する。

本発明による丸みのある形状のパッケージモールド部１６０はまた、緩やかな曲線をなす外面を透過する光の経路も自由である。したがって、発光チップ１３０からの発光効率も増大させることができ、このような特性は本発明者による反復的実験によって得た次の表１から確認することができる。ここで、表１には本発明のチップ発光ダイオードと従来のチップ発光ダイオードとの光度平均値及び輝度平均値の差が記載されている。

ここで、測定条件は、チップ発光ダイオード１００、５０の発光チップ１３０、５３の大きさが各々横３０４μｍ、幅３０４μｍ、及び高さ１００μｍであり、入力電流値が光度測定時５ｍＡであり、輝度測定時１５ｍＡであった。

表１を参照すると、本発明のチップ発光ダイオード１００の光度は従来チップ発光ダイオード５０の光度よりも高く、増加量は平均６ｍｃｄに達しており、輝度もまた２８０ｃｄ／ｍ^２増加した。結局、本発明のチップ発光ダイオード１００の発光効率が増大したことが分かる。

一方、チップ発光ダイオードのパッケージモールド部断面の丸みのある形状は、図２及び図３のような半円形の場合について説明したが、これに限定されることはなく、様々な断面形状に変形して実施できることは当然である。図５乃至図７は他の断面形状のパッケージモールド部を有するチップ発光ダイオードを示している。

図５を参照すると、本発明によるチップ発光ダイオード２００のパッケージモールド部２６０は図２または図３のチップ発光ダイオード１００と同様に、全体的にその断面が大略半円形になるように相互所定の接触角（θ）を有する複数の平面で構成された突出部２６１を備えることができる。また、このような断面が長さ方向に延長された形態でパッケージモールド部の外面を形成する。このような複数の平面は互いに均一であったり相異なったりする接触角（θ）で形成できる。このような構造によっても上述したような同一目的及び効果を達成できることは当然である。

図６に示すチップ発光ダイオード３００は、パッケージモールド部３６０の長さ方向の縁に段差部３９０が設けられている。チップ発光ダイオード３００は、また、全体的にその断面が丸みのある形状の突出部３６１を有するパッケージモールド部３６０を有するので、上述した同一目的及び効果を達成できることは当然である。また、段差部３９０もやはり複数で形成することもできる。

図７を参照すると、チップ発光ダイオード４００はパッケージモールド部４６０の上面だけが半円形形状の丸みのある形態で形成された突出部４６１を有して形成されている。

一方、本発明は上述及び示した実施例のような、パッケージモールド部の形状に限定されず、パッケージモールド部の断面形状を半円、楕円または放物線の一部、またはこれらを変形した形態で形成することもできる。さらに、パッケージモールド部の形状が以上で説明したように長さ方向に延長された柱形態だけでなく、丸みのある形または楕円体の一部、放物面などからなる場合にも変形実施することができる。さらに、パッケージモールド部の外面に凹凸形状の散乱パターンを形成して可視角の範囲をさらに拡大させることもできる。

そして、上述した丸みのある形状を有するパッケージモールド部の形成は二個の上部電極構造を有するチップ発光ダイオードにも適用することができる。

次に、図８及び図９を参照して、本発明の第２実施例によるチップ発光ダイオード６００を説明すると、チップ発光ダイオード６００は第１実施例と類似しており、パッケージモールド部の形状だけが異なる。

チップ発光ダイオード６００のパッケージモールド部６６０は丸みのある形状の二個の突出部６６１、６６２が形成されている。両側に丸みのある形状の突出部６６１、６６２は離隔部６６３によって離隔されていて、一定の離隔距離ｌを維持している。ここで、離隔距離ｌは、例えば、その断面での底面の長さｂに対して０．１乃至０．４倍の比率範囲内で選択することができる。

第２実施例によるチップ発光ダイオードは発光チップ１３０からの光がパッケージモールド部６６０の上部面に形成された両側突出部６６１、６６２を透過しながら、その可視角が広く変わる。これにより、一定の面積に対する両側方向への照明効果を向上させることができる。

第２実施例のチップ発光ダイオード６００では、パッケージモールド部６６０が二個の突出部６６１、６６２で形成されていると説明したが、突出部は二個以上で形成することもできる。

図１０及び図１１にはこのような例が示されている。図１０は二個の突出部７６１、７６２が一定の離隔距離を置かずに連続的に形成されているパッケージモールド部７６０を有するチップ発光ダイオード７００を示しており、図１１は３個の突出部８６１、８６２、８６３が２個の離隔部８６４、８６５で形成されたパッケージモールド部８６０を有するチップ発光ダイオード８００を例示している。

このような図１０及び図１１のチップ発光ダイオード７００、８００も突出部を透過する光の屈折程度が相異なるために、従来のチップ発光ダイオード５０と比較して、可視角の範囲が広くて光度も向上している。

一方、図示してはいないが、第２実施例のパッケージモールド部の外面に第１実施例と同様に凹凸形状の散乱用パターンが形成されることがあることも当然である。

以下、図１２を参照して、このような本発明によるチップ発光ダイオードの製造方法を説明すると、まず、印刷回路基板１１０に一定の間隔をおいて金属パッド１２０及びリード１５０を設置する（Ｓ１）。その後、金属パッド１２０の上部に発光チップ１３０を実装した後（Ｓ２）、発光チップ１３０とリード１５０とをワイヤー１４０で相互連結する（Ｓ３）。この時、発光チップ１３０は特定波長の可視光を発散する材質を選択的に採択することができる。

その後、発光チップ１３０とリード１５０とがワイヤー１４０で連結された印刷回路基板１１０を金型内に装着する（Ｓ４）。金型は本発明の第１実施例乃至第２実施例と同一なパッケージモールド部が形成できる凹部を有する。次に、固形エポキシモールドコンパウンドを１７０℃乃至１８０℃の熱を加えて金型の凹部内に注入すると、金型の凹部の形状に応じて印刷回路基板１１０の上部面に第１実施例乃至第２実施例のようなパッケージモールド部１６０が形成される（Ｓ５）。この時、パッケージモールド部は必要に応じて、発光チップ１３０を中心に金属パッド１２０及びリード１５０を部分的にモールディングすることができ、金属パッド１２０及びリード１５０の表面全部をモールディングすることもできる。製作初期に出現する印刷回路基板は、例えば、８０ｍｍ×５０ｍｍ程度の大きさを有し、このような印刷回路基板上に複数の発光チップ１３０が一定の間隔をおいて配列され、金型に形成されているパッケージモールディング部用の凹部も複数である。したがって、複数のパッケージモールド部を各々有する配列された複数の発光チップを各々印刷回路基板と一体にカッティングすると、本発明によるチップ発光ダイオードが提供される（Ｓ６）。

以上、本発明の技術的特徴を特定の実施例を中心に説明したが、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明による技術的思想の範囲内でも多様な変形及び修正を加えることができるのは自明なことである。

従来のチップ発光ダイオードの構造を概略的に示した斜視図である。 本発明の好ましい第１実施例によるチップ発光ダイオードの斜視図である。 図２のチップ発光ダイオードをＡ−Ａ線に沿って切った断面図である。 本発明の図３のチップ発光ダイオードの可視角の特性を示すグラフである。 図１の従来のチップ発光ダイオードの可視角の特性を示すグラフである。 本発明の第１実施例によるチップ発光ダイオードのパッケージモールド部の他の例を示す図面である。 本発明の第１実施例によるチップ発光ダイオードのパッケージモールド部の他の例を示す図面である。 本発明の第１実施例によるチップ発光ダイオードのパッケージモールド部の他の例を示す図面である。 本発明の第２実施例によるチップ発光ダイオードの斜視図である。 図８のＡ−Ａ線に沿って切った断面図である。 本発明の第２実施例によるチップ発光ダイオードのパッケージモールド部の他の例を示す図面である。 本発明の第２実施例によるチップ発光ダイオードのパッケージモールド部の他の例を示す図面である。 本発明のチップ発光ダイオードの製造方法を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

５０、１００、２００、３００、４００、６００、７００、８００ チップ発光ダイオード
１１０ 印刷回路基板
１２０ 金属パッド
５３、１３０ 発光チップ
１４０ ワイヤー
１５０ リード
１６０、２６０、３６０、４６０、６６０、７６０、８６０ パッケージモールド部
３９０ 段差部
１６１、２６１、３６１、４６１、６６１、６６２、７６１、８６１、８６２、８６３ 突出部
６６３、８６４、８６５ 離隔部

Claims (8)

1. 印刷回路基板；
   前記印刷回路基板上に一定の間隔をおいて設けられた金属パッド及びリード；
   前記金属パッドに結合された発光チップ；
   前記発光チップと前記リードとを電気的に連結するワイヤー；及び
   前記印刷回路基板で前記発光チップ、前記ワイヤー、及び前記金属パッド及びリードの少なくとも一部を覆うように丸みのある形状に突出した突出部を少なくとも一個以上有するパッケージモールド部；
   を含んで構成されることを特徴とするチップ発光ダイオード。
2. 前記パッケージモールド部の丸みのある形状は、その縦断面が実質的に半円形、または実質的に楕円形または放物線の一部であることを特徴とする請求項１に記載のチップ発光ダイオード。
3. 前記パッケージモールド部の丸みのある形状は、その表面が複数の面からなり、全体として丸みのある面に近似していることを特徴とする請求項１に記載のチップ発光ダイオード。
4. 前記パッケージモールド部の外面縁に少なくとも一個の段差部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のチップ発光ダイオード。
5. 前記パッケージモールド部の外面には凹凸形状の散乱パターンが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のチップ発光ダイオード。
6. 前記パッケージモールド部の突出部は一個であることを特徴とする請求項１に記載のチップ発光ダイオード。
7. 前記突出部は２個で、互いに所定の離隔距離をおいて配置されており、
   前記離隔距離は前記底面の長さに対して０．１乃至０．４倍の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載のチップ発光ダイオード。
8. 印刷回路基板上に電気が通る金属パッドを設置した後、発光チップを実装する段階；
   前記発光チップを前記印刷回路基板上のリードとワイヤーで連結する段階；
   前記印刷回路基板をその断面が丸みのある形状に突出した突出部を少なくとも一個有するように形成された凹部を有する金型内に装着する段階；及び
   前記金型の凹部内に所定のモールディング材料を注入して、前記印刷回路基板上に前記発光チップ、前記ワイヤー及び前記リードを丸みのある形状に覆うパッケージモールド部を形成する段階；
   を含むことを特徴とするチップ発光ダイオード製造方法。

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