JP2005101616A - 高輝度ｌｅｄデバイス用のセラミックパッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】 優れた熱特性を備えるとともに光の漏れを防ぐことができるLEDパッケージを提供する。
【解決手段】 本発明のLEDパッケージは、発光ダイオードを取り付けるための基板及び光の漏れを極小化するための実質的に垂直な側壁を有するセラミックの空洞と、所定の方向に光を反射するための、セラミック基板の一部の上に位置する金属性被覆とを有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パッケージング技術に関するものである。更に詳しくは、本発明は、発光ダイオード（LED）用のパッケージに関するものである。

発光ダイオードパッケージ（「LEDパッケージ」）は、半導体デバイスであり、光源として機能するLEDチップを有する。LEDは、電気的に励起された際に光を生成する化合物半導体材料を含む。化合物半導体材料の例としては、ガリウム砒素（GaAs）、アルミニウムガリウム砒素（AlGaAs）、窒化ガリウム（GaN）、インジウムガリウム窒素（InGaN）、及びアルミニウムガリウムインジウム燐（AlGalnP）を挙げることができる。

LEDは、電気エネルギーを光に変換するため、非常に効率がよく、フィラメント電球に比べて、はるかに丈夫であって、消費電力も格段に少ない。LEDは、その実用的な使用領域の拡大に伴って、電気機器の表示器のような表示装置や携帯電話機の液晶ディスプレイのバックライトなどに広く使用されるようになっている。

従来のLEDパッケージは、構成要素の寸法と費用を削減すべく、プラスチックから製造されている。プラスチックシェルに、１つ又は複数のLEDを収容し、その後、光学的に透明な材料を充填し、LEDを密封して環境から保護している。

従来のプラスチック製のLEDパッケージに伴う問題点の１つは、光の漏れである。LEDパッケージの小型化を促進するために、プラスチックパッケージの厚みが低減されている。その結果、LEDのパッケージが薄いために、LEDパッケージを介して光が漏れる。この光の漏れにより、LEDデバイスの効率が低下し、所望の輝度を実現するためにより大きな電力が必要となり、結果として、このようなLEDデバイスを含む装置の消費電力が増大する。加えて電子装置の小型化に伴い、LEDも小型化しなければならない。その結果、小型化したLEDパッケージは、高輝度LEDによって生成される熱の発散に伴う問題を有する。

本発明の実施例は、発光ダイオードを取り付けるための基板と、光の漏れを削減するための実質的に垂直な側壁を有するセラミックの空洞よりなる発光ダイオードパッケージを含む。一実施例において、セラミック材料の不透明な特性と、特に反射性のメッキにより、光の漏れを防止する。さらに、このセラミック製LEDパッケージは、所定の方向に光を反射するように、セラミック基板の一部の上に金属性の被覆を含む。

また本発明の実施例は、発光ダイオードパッケージの製造方法を含み、この方法は、発光ダイオードを取り付けるための基板と、光の漏れを削減するための実質的に垂直な側壁を有するセラミックの空洞を形成するステップを含む。さらに、この方法は、セラミックの空洞の一部を光反射性材料によって被覆するステップと、基板上に発光ダイオードを配置するステップと、発光ダイオードを保護するように空洞内に光学的に透明な材料を付着するステップを含む。

本発明の実施例は、発光ダイオードを取り付けるための基板と、光の漏れを削減するための実質的に垂直な側壁を有するセラミックの空洞よりなる発光ダイオードパッケージを含む。さらに、このセラミック製LEDパッケージは、所定の方向に光を反射するように、セラミック基板の一部の上に金属性の被覆を含む。この構成により、優れた熱特性を備えるとともに光の漏れを防ぐことができるLEDパッケージを形成することができる。それによって、大電力を必要とすることなく、高輝度のLEDを提供することが可能となる。

本明細書に包含され、本明細書の一部を形成する添付の図面は、本発明の実施例を例示し、以下の説明と共に、本発明の原理を明らかにするためのものである。

さらに、その例が添付の図面に例示されている本発明の様々な実施例を詳細に参照する。本発明を様々な実施例との関連において説明するが、本発明をそれらの実施例に限定することが意図されていないことを理解されたい。逆に、本発明は、添付の請求項によって画定されているように本発明に含まれる代替物、変更物及び等価物を包含することを意図している。

さらに本発明の以下の詳細な説明においては、本発明を十分に理解できるように、様々な特定の詳細事項について記述している。しかしながら、それらの特定の詳細事項を必要とすることなく、本発明が実施可能であることは、当業者には明らかであろう。その他の例において、本発明の態様を不必要にわかりにくいものにしないように、周知の方法、手順、構成要素及び回路についての詳細な説明を省略している。

本発明は、セラミック製LEDパッケージの製造に関する。本発明による代表的なセラミック製LEDパッケージは、従来のプラスチック製LEDパッケージとは異なり、優れた熱特性と高輝度LEDデバイスからの熱に対する耐性を有する。このセラミック製パッケージの熱特性により、発生された付加的な熱に対するパッケージの抵抗力を付与することなく、かつ熱を迅速に発散させるための手段をパッケージに装着することなく、LEDの輝度を向上させることができる。アルミナ及び/又は窒化アルミニウムのセラミック材料を使用することにより、セラミック製LEDパッケージは、高輝度LEDデバイスによって生成されて性能を低下させる熱の影響を受けにくくなる。加えて、セラミック製パッケージは、より多くの光を保持すると共に、従来の樹脂に基づいたLEDパッケージのような光の漏れも発生しない。このようなセラミック製パッケージは、組み立て工程において高温を使用することも可能である。

セラミック製LEDパッケージは、従来の樹脂に基づいたLEDパッケージに比べてより小さな寸法で製造可能であり、製造技法により、セラミック製LEDパッケージの側壁を実質的に垂直に形成可能であって、したがってセラミックの空洞の表面領域が増大し、単一のセラミック製LEDパッケージ内に複数のLEDデバイスを取り付けることができる。セラミックを使用することにより、より小型で、より安価に製造可能な電気的な効率のよいLEDデバイスを提供することができる。

本発明の実施例は、高輝度LEDデバイスのパッケージングに関連している。本発明の一実施例において、セラミック基板を使用して高輝度LEDにおける光の漏れが低減し、LEDの効率が改善される。光の漏洩量が低減されることにより、所望の輝度を実現するのに必要な電力量が減少する。セラミック製パッケージ基板に加えて、本発明の実施例によれば、光の強度をさらに増強すると共に、光の漏れをさらに低減すべく、光反射性材料によって被覆されたセラミック製LEDパッケージが提供される。

図１は、本発明の実施例による代表的なセラミック製の発光ダイオードパッケージを示す。セラミック製の発光ダイオードパッケージ100は、実質的に垂直な側壁を有するセラミック基板又はセラミック製パッケージ110を含む。本発明の実施例によれば、セラミック製パッケージ110は、プラスチックから製造された従来のパッケージよりも一層効率的に、光を閉じ込め、光を集中させる。本発明の一実施例において、セラミック製パッケージを光反射性材料によって被覆し、所定の方向に光を反射することにより、LEDの効率がさらに改善される。特定の方向に光を反射することによって、特定の方向において所望の輝度を生成するのに必要な電力が減少する。従来のLEDパッケージでは、光が側壁を介して漏れ、したがって、所望の輝度を実現するのにより大きな電力が必要である。

本発明の一実施例において、セラミック製パッケージ110は、電気接続140を含み、LED 130をセラミック製パッケージの内部及び外部の金属製ルーティング、金属製経路132の第１部分に電気的に接続する。加えて、結合線125を使用し、LED 130を金属性ルーティング、金属製経路132の第２部分に電気的に接続することができる。

本発明は、高輝度LEDの光の漏れを低減するためのセラミック製LEDパッケージングを提供する。セラミックパッケージは、光の漏れを低減することに加え、パッケージの寸法を縮小することを可能とする。本発明の実施例によれば、セラミック製LEDパッケージは、従来のプラスチック製のLEDパッケージよりも一層小さな寸法で製造可能である。さらに、側壁が実質的に垂直であるように、セラミック製パッケージの側壁の輪郭形状を製造することができる。プラスチック製のLEDパッケージを製造する際に生成される側壁が垂直ではないために、従来のLEDパッケージでは、側壁が垂直ではなく（例えば、パッケージの最上部からパッケージの底部にかけて傾斜している）、したがってパッケージ底部の面積は小さい。本発明の一実施例において、セラミック製LEDパッケージは、垂直の側壁を含み、特定の装置寸法を与えるパッケージの底部の表面面積が大きくなっている。

本発明の一実施例において、セラミック製LEDパッケージ100は、金属によってメッキされ、セラミック製パッケージ110の内部表面上に光反射性の被覆が形成されている。本発明の一実施例において、この金属性のメッキは銀であるが、このメッキは、セラミック製パッケージ110の表面上に付着可能な光反射性材料であれば、どのようなものであってもよい。本発明の一実施例において、セラミック製パッケージの表面上に銀を電気メッキしている。セラミック製パッケージ110を光反射性材料120によって被覆するのに、周知のあらゆる工程が利用可能であることは明らかである。

本発明の一実施例において、光反射性材料を特定の場所に形成し、所定の方向に光が反射される。そのような機能において、それらの場所は金属製ルーティング、金属製経路132に電気的に接続することはできない。

図２Ａ〜図２Ｄは、本発明の実施例による様々な処理ステップにおける代表的なセラミック製LEDパッケージの図である。以下、わかりやすくするために、これらの図２Ａ〜図２Ｄとの関連で、図３の代表的な工程300について説明する。

図２Ａは、本発明の実施例による代表的なセラミック製LEDパッケージ100の側面図である。本発明の一実施例において、セラミック製パッケージ110を形成するのに使用されるセラミック材料は、アルミナ又は窒化アルミニウムに基づくセラミック材料である。アルミナ及び窒化アルミニウムに基づくセラミックは、極端な熱さ、高温に対する耐性を有すると共に、従来のプラスチック又は樹脂に基づく材料に比べて、熱をより効率的に発散し、それによってLEDデバイスの輝度をより向上させることができる。このセラミック材料は、高輝度LEDデバイスに使用するのに適したセラミック材料であれば、どのようなものであってもよいことは明らかである。本発明の一実施例において、セラミック製パッケージ110を形成するのに使用されるセラミック材料は、セラミック表面への金属性材料の電気メッキを容易にする物理的特性を有する。

本発明の一実施例において、シート内に複数のセラミック製パッケージ110を形成し、このとき、これらの複数のセラミック製パッケージは一度に形成される。一実施例において、セラミック製パッケージは、セラミック材料のシート上に押し付け、セラミック製LEDパッケージ100を形成することができる金型を使用して形成される。本発明によれば、セラミック製パッケージ110の側壁は実質的に垂直であり、したがってセラミック製パッケージ110の底部上に、複数のLEDデバイスを取り付けるための最大の表面積がもたらされる。セラミック材料を使用してパッケージ110を形成することにより、パッケージの寸法を従来のLEDパッケージよりも小さくすることができ、その結果、所望の輝度レベルを実現するデバイスの占有面積が低減される。図３のステップ302において、発光ダイオードを取り付けるための基板と、光の漏れを低減するための実質的に垂直な側壁を有するセラミックの空洞を形成する。セラミック製パッケージ110を形成するための多くの異なる方法を利用可能であり、小さなセラミック製パッケージを形成する方法は当技術分野において周知である。

図２Ｂは、本発明の実施例による光反射性材料を被覆された代表的なセラミック製LEDパッケージを示す側面図である。セラミック製パッケージ110を形成した後、図３の代表的な工程300のステップ304において、セラミックの空洞の一部を光反射性材料で被覆する。図２Ｂは、本発明の実施例によるセラミック製パッケージ110の一部の上に位置する光反射性被覆120を示す。本発明の一実施例において、光反射性被覆は金属の銀である。この光反射性被覆は、セラミック製パッケージ110の一部の上に被覆可能な光反射性材料であれば、どのようなものであってもよいことは明らかである。

本発明の好適な一実施例において、光反射性被覆は、金属性であり、セラミック製パッケージ110上に電気メッキされている。本発明の一実施例において、光反射性被覆120は、不透明な金属性の被覆である。この光反射性被覆により、LEDの総合的な光強度と光束が増強される。さらに、LEDからの光を所定の場所に集中可能であり、したがって特定の方向におけるデバイスの効率がさらに向上する。

図２Ｃは、本発明の実施例による光反射性被覆及びLEDデバイスを有する代表的なセラミック製パッケージを示す側面図である。図３の代表的な工程300のステップ306において、本発明の実施例によるセラミック製パッケージのセラミック基板上に、発光ダイオードを配置する。図２Ｃは、セラミック製パッケージ110の底部表面上に配置されているLED 130を示す。光反射性被覆120をセラミック製パッケージ110の垂直な側壁上に形成した後、基板上にLEDを配置することができる。本発明の一実施例において、単一のセラミック製LEDパッケージに、複数のLEDデバイスを配置することができる。セラミック製パッケージ110の垂直な側壁が形成されている結果として、基板表面に、複数のLEDデバイスを配置するのに十分な面積がもたらされる。

図１に示すように、セラミック製パッケージ110内に、複数の電気接続140が配置され、LED 130が外部電源に電気的に接続される。わかりやすくするために、これらの電気接続140を図２Ａ〜図２Ｄでは図示しないが、本発明の一実施例において、セラミック製パッケージ110内に電気接続が配置され、LED 130を電源に電気的に接続する。この目的のために、金属製ルーティング、金属製経路132を設けることもできる。図２Ｃは、セラミック製パッケージ110の側壁上の反射性被覆120を示す。本発明の一実施例において、反射性被覆は、セラミック製パッケージ上の特定の場所に形成され、所定の場所に光を集中する。例えば、セラミック製パッケージ110の底部表面上に光反射性被覆を形成することができる。

セラミック製LEDパッケージ内にLEDを配置した後、図３の代表的な工程300における次のステップは、LED 130を保護するために、セラミック製LEDパッケージ100の空洞内に光学的に透明な材料145を付着させるステップを含むステップ308である。本発明の一実施例において、この光学的に透明な材料145はエポキシである。光学的に透明な材料145により、LEDデバイス130は、振動、水及びほこりによる汚染のような環境的な要因から保護される。材料の光学的な特性により、LEDデバイスから放射された光は、輝度の実質的な損失なしに、この材料を通過することができる。シリコン及びガラスのような、他の光学的に透明な材料を使用することも可能である。

図４は、本発明の実施例による代表的なセラミック製LEDパッケージ100の平面図と底面図を示す。LEDパッケージ100は、所定の方向にLEDからの光を反射するメッキ領域120を含む空洞を有するセラミック製パッケージ110から構成されている。加えて、代表的なLEDパッケージ100は、LEDデバイス（わかりやすくするために図示していない）を電源に電気的に接続するための電気接続140を含む。本発明の一実施例において、セラミック製パッケージ110は、パッケージの中央に断面が楕円形状の空洞を有する矩形形状に形成されている。楕円形状の空洞は、光反射性被覆120によってメッキされ、所定の方向にLEDからの光を向け、LEDの輝度と効率を改善し、したがって所望の輝度を実現するのに必要な電力を低減させることができる実質的に垂直な側壁を有する。製造を容易にするために、製造工程の様々なステップにおける位置決めを補助する目的で、インデックスマーク420が設けられている。底面図によれば、メッキ領域132を利用してLEDデバイスに電力が経路指定されている。本発明の一実施例において、LEDパッケージ100は、表面実装可能なデバイスである。

要約すれば、セラミック製LEDパッケージは、従来のプラスチック製のLEDパッケージとは異なり、優れた熱特性と高輝度LEDデバイスからの熱に耐える耐性を有する。このセラミック製パッケージの熱特性により、生成される付加的な熱に対するパッケージの抵抗力を付与することなく、かつ熱を迅速に発散させるための手段をパッケージに装着することなしに、LEDの輝度を向上させることができる。アルミナ及び/又は窒化アルミニウムのセラミック材料を使用することによって、セラミック製LEDパッケージは、高輝度LEDデバイスによって生成されて性能を低下させる熱の影響を受けにくくなる。このようなセラミック製パッケージは、組み立て工程において高熱を利用することもできる。さらに、セラミック製パッケージは、より多くの光を保持すると共に、従来の樹脂に基づくLEDパッケージにおけるような光の漏れも発生しない。

セラミック製LEDパッケージは、従来の樹脂に基づくLEDパッケージよりも一層小さな寸法で製造可能であり、製造技法によって、セラミック製LEDパッケージの側壁を実質的に垂直に形成可能であり、したがって、セラミックの空洞の表面積が増大し、単一のセラミック製LEDパッケージ内に複数のLEDデバイスを取り付けることができる。セラミックを使用することによって、より小型で、より安価に製造可能なより電気的効率のよいLEDデバイスを提供することができる。

以上、本発明の実施例である高輝度LEDデバイス用のセラミック製パッケージについて説明した。本発明を特定の実施例において説明したが、本発明は、これらの実施例によって限定されるものと解釈されるべきではなく、添付の特許請求の範囲の記載に従って解釈されるべきであることは明らかである。

本発明の特定の実施例に関する以上の説明は、例示及び説明のために提示したものである。これらは、本発明のすべてを網羅するものではなく、かつ開示された形態そのままに本発明を限定することを意図するものでもなく、上述の教示に鑑み、多くの変更及び変形が可能であることは明白である。これらの実施例は、本発明の原理とその実際的な適用を最も良く説明することにより、当業者が、本発明と、想定される特定の使用法に適する様々な変更を有する様々な実施例を十分に利用できるように、選択され、説明されたものである。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲の記載及びその等価物によって画定されるように意図されている。

本発明の実施例による光反射性被覆を含む代表的なセラミックLEDパッケージの側面図である。 本発明の実施例によるいくつかの処理ステップにおける代表的なセラミックLEDパッケージの側面図である。 本発明の実施例によるいくつかの処理ステップにおける代表的なセラミックLEDパッケージの側面図である。 本発明の実施例によるいくつかの処理ステップにおける代表的なセラミックLEDパッケージの側面図である。 本発明の実施例によるいくつかの処理ステップにおける代表的なセラミックLEDパッケージの側面図である。 本発明の実施例によるセラミックLEDパッケージを製造するための代表的な工程のフローチャートである。 本発明の実施例による代表的なセラミックLEDパッケージの平面図及び底面図である。

符号の説明

１００ 発光ダイオードパッケージ
１１０ セラミック基板
１２０ 金属性被覆
１３０ 発光ダイオード
１４０ 電気接続
１４５ 光学的に透明な被覆

Claims (19)

1. 発光ダイオードを取り付けるための基板と、光の漏れを極小化するための実質的に垂直な側壁を有するセラミックの空洞と、
   所定の方向に光を反射するための、前記セラミック基板の一部の上に位置する金属性被覆と、
   を有する発光ダイオードパッケージ。
2. 前記セラミックの空洞が、光学的に透明な材料によって充填されている請求項１記載の発光ダイオードパッケージ。
3. 前記セラミックの空洞が、実質的に白色である請求項１記載の発光ダイオードパッケージ。
4. 前記金属性被覆が銀を含む請求項１記載の発光ダイオードパッケージ。
5. 前記金属性被覆が金を含む請求項１記載の発光ダイオードパッケージ。
6. 前記金属性被覆がメッキによって形成されている請求項１記載の発光ダイオードパッケージ。
7. 前記セラミックの空洞が、複数の発光ダイオードを収容できるように形成されている請求項１記載の発光ダイオードパッケージ。
8. 発光ダイオードパッケージの製造方法であって、
   発光ダイオードを取り付けるための基板と、光の漏れを低減するための実質的に垂直な側壁を含むセラミックの空洞を形成するステップと、
   前記セラミックの空洞の一部を光反射性材料で被覆するステップと、
   前記基板上に発光ダイオードを配置するステップと、
   前記空洞内に光学的に透明な材料を付着させて前記発光ダイオードを保護するステップと、
   からなる方法。
9. 前記セラミックの空洞が実質的に白色である請求項８記載の方法。
10. 前記光反射性材料が銀を含む請求項８記載の方法。
11. 前記光反射性材料が金を含む請求項８記載の方法。
12. 前記反射性被覆がメッキを利用して形成されている請求項８記載の方法。
13. 前記セラミックの空洞が、複数の発光ダイオードを取り付けられるように形成されている請求項８記載の方法。
14. 発光ダイオードを取り付けるための基板と、光の漏れを低減するための側壁を含むセラミックの空洞と、
    所定の方向に光を反射するための、前記セラミック基板の一部の上に位置する金属性被覆と、
    前記基板に結合されている発光ダイオードと、
    前記発光ダイオードを保護するための光学的に透明な被覆と、
    を有する光源。
15. 前記セラミックの空洞が実質的に白色である請求項１４記載の光源。
16. 前記金属性被覆が銀を含む請求項１４記載の光源。
17. 前記金属性被覆が金を含む請求項１４記載の光源。
18. 前記金属性被覆がメッキによって形成されている請求項１４記載の光源。
19. 前記基板に結合されている複数の発光ダイードを更に含む請求項１４記載の光源。

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