JP2007088472A - 発光ダイオードパッケージ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光体の劣化現象を抑えることのできる発光ダイオードパッケージ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の発光ダイオードパッケージ１００は、凹部１０９を有するパッケージ本体１０１と、凹部１０９の底に実装されたＬＥＤチップ１０７と、ＬＥＤチップ１０７と離隔されてパッケージ本体１０１の上面に設置された蛍光体含有樹脂膜１１０と、蛍光体含有樹脂膜１１０の上面に配置されたレンズ１０８とを備え、蛍光体含有樹脂膜１１０とＬＥＤチップ１０７との間に空間を設けたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は発光ダイオードパッケージ及びその製造方法に係り、特に蛍光体の劣化を防止して光抽出効率に優れた発光ダイオードパッケージ及びその製造方法に関する。

最近、発光ダイオード（以下、ＬＥＤとも称する）が様々な色の光源として使用されている。特に、照明用の白色ＬＥＤ等のように高出力、高輝度ＬＥＤに対する需要が増加するにつれ、ＬＥＤパッケージの性能と信頼性を向上させるための研究が活発に行われている。ＬＥＤ製品の性能を高めるためには、優れた光効率を有するＬＥＤチップ自体と共に、光を効果的に抽出して色純度が優秀で熱による劣化が少ないＬＥＤパッケージを同時に確保する必要がある。

一般的に、白色ＬＥＤパッケージは、適切なＬＥＤチップと蛍光体を使用して製造することが出来る。例えば、パッケージ本体に実装された青色ＬＥＤチップを黄色蛍光体が分散したモールディング樹脂で封止することにより、白色ＬＥＤパッケージを得ることが出来る。上記青色ＬＥＤチップから４６０ｎｍ波長帯の光が発生すると、モールディング樹脂内の上記黄色蛍光体から５４５ｎｍ波長帯の光が発生し、この２波長帯の光が混色して白色光を出力することになる。光抽出効率の増大と放出光の指向角を変化させるために、ＬＥＤパッケージの上部にはレンズを装着している。

図１は、従来のＬＥＤパッケージ１０の構造を示す断面図である。図１を参照すると、ＬＥＤパッケージ１０は、パッケージ本体１１と、ＬＥＤチップ１７とを備えている。パッケージ本体１１にはＬＥＤチップを実装するための凹部が形成され、この凹部の側面は反射面１５を形成している。凹部の底にはリード電極１３，１４が配置され、パッケージ内に実装されたＬＥＤチップ１７は、このリード電極１３，１４に電気的に接続されている。実装されたＬＥＤチップ１７は、エポキシ樹脂またはシリコン樹脂などから成るモールディング樹脂１９によって封止されており、パッケージ本体１１の上面にはレンズ１８が接着されている。

白色光など所望の波長帯の出力光を得るために、モールディング樹脂１９内には波長変換用の蛍光体粒子が分散されている。例えば、黄色蛍光体であるＹＡＧ：Ｃｅをシリコン樹脂内に分散させている。このような従来のＬＥＤパッケージ１０では、ＬＥＤチップ１７とモールディング樹脂１９が直接に接触しているため、ＬＥＤチップ１７から発生した熱がモールディング樹脂１９に直接伝わってモールディング樹脂１９及び蛍光体を容易に劣化させている。これによって、所望の波長の光を得られなくなる恐れがある。実際にモールディング樹脂１９の熱伝導度は０．２〜１Ｗ／ｍ・Ｋと相当に低いため、ＬＥＤチップ１７から発せられた熱は容易に放出できず、モールディング樹脂１９内に分散している蛍光体を容易に劣化させている。また、蛍光体含有モールディング樹脂の熱特性悪化によって光抽出効率も低くなり、光放出の均一性を確保することも困難になっていた。

本発明は上記の問題点を解決するために開発されたものであり、本発明の目的は蛍光体の劣化現象を抑えることができ、光抽出効率が高く、均一な発光特性を有する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、蛍光体の劣化現象を抑えることができ、高い光抽出効率と均一な発光特性を具現することが出来る発光ダイオードパッケージの製造方法を提供することにある。

上述の技術的課題を達成すべく、本発明に係る発光ダイオードパッケージは、凹部を有するパッケージ本体と、前記凹部の底に実装されたＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップと離隔されて前記パッケージ本体の上面に配置されたレンズ構造体とを含み、前記レンズ構造体の少なくとも一部には蛍光体が分散されていることを特徴とする。

本発明の実施形態によると、上記蛍光体は、例えばＹＡＧ：Ｃｅ等の黄色蛍光体であり、上記ＬＥＤチップは青色ＬＥＤチップで構成することが出来る。このように上記パッケージ内に黄色蛍光体と青色ＬＥＤチップとを含むことにより、蛍光体の劣化が少なく発光特性が優秀な白色発光ダイオードを具現することが可能となる。

また、本発明の好ましい実施形態によると、上記レンズ構造体は、レンズと、上記レンズの下面に形成された蛍光体含有樹脂膜とを含んでおり、上記蛍光体含有樹脂膜内には波長変換用蛍光体が分散されている。

本発明の他の実施形態によると、上記レンズ構造体は蛍光体が分散されているレンズによって構成することも出来る。この場合、上記レンズはその下面に別途の蛍光体含有樹脂膜を具備する必要がない。好ましくは上記蛍光体は、レンズの全領域にわたって分散させるようにする。

本発明によると、上記レンズ構造体と上記ＬＥＤチップとの間には上記ＬＥＤチップを封止する投光性モールディング樹脂をさらに含むことも出来る。この場合、投光性モールディング樹脂には例えば、シリコン樹脂またはエポキシ樹脂を使用することが出来る。

本発明の他の目的を達成すべく、本発明に係る発光ダイオードパッケージの製造方法は、凹部を有するパッケージ本体の前記凹部の底にＬＥＤチップを実装する段階と、少なくとも一部に蛍光体が分散されているレンズ構造体を準備する段階と、前記レンズ構造体を前記ＬＥＤチップと離隔して前記パッケージ本体の上面に付着する段階とを含むことを特徴とする。
また、本発明の発光ダイオードパッケージの製造方法では、上記ＬＥＤチップを実装した後に投光性モールディング樹脂で上記ＬＥＤチップを封止する段階をさらに含むことが出来る。

本発明の好ましい実施形態によると、上記レンズ構造体を準備する段階は、レンズを製造する段階と、上記レンズの下面に蛍光体含有樹脂膜を形成する段階とを含む。この場合、上記蛍光体含有樹脂膜を形成する段階は、蛍光体が分散された樹脂をレンズの下面にスピンコーティング（ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ）する段階を含むようにすることが出来る。他の方案として、上記蛍光体含有樹脂膜を形成する段階は、蛍光体が分散された樹脂膜をレンズの下面に接着する段階を含むようにすることが出来る。

本発明の他の実施形態によると、上記レンズ構造体を準備する段階は、レンズ材料に蛍光体を分散させる段階と、上記蛍光体が分散されたレンズ材料を使用してレンズを形成する段階とを含んでいる。この場合、好ましくは上記蛍光体を上記レンズ全体にわたって満遍なく分散させるようにする。

本発明によると、波長変換のための蛍光体は、ＬＥＤチップから離隔されてレンズ構造体に配置される。従って、ＬＥＤチップから放出される熱による蛍光体の劣化現象を抑え、光抽出効率の低下を防止することが出来る。また、蛍光体がＬＥＤチップから離隔された樹脂膜内やレンズ内に分散されることにより、蛍光体を通過する光の経路差を縮めて発光特性の均一性を高めることができる。

本発明によると、ＬＥＤチップから離隔したレンズ構造体の少なくとも一部に蛍光体を分散させることにより、ＬＥＤチップから放出された熱による蛍光体の劣化現象を抑えることが出来る。これによって、光抽出効率を向上させることも可能となる。また、ＬＥＤチップから離隔された位置にある樹脂膜内やレンズ内に蛍光体を分散させたことにより、蛍光体を通過する光の経路差を縮めて発光特性の均一性を確保することが可能となる。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態を説明する。ただし、本発明の実施形態は様々な形態に変形することができ、本発明の範囲が以下に説明する実施形態によって限定されるものではない。本発明の実施形態は当業界において平均的な知識を有している者に本発明をより完全に説明するために提供される。従って、図面における要素の形状及び大きさ等はより明確な説明のため誇張することができ、図面上の同一符号で表示される要素は同一要素である。

図２は、本発明の一実施形態に係るＬＥＤパッケージ１００の構造を示す縦断面図である。図２を参照すると、ＬＥＤパッケージ１００は、凹部１０９を有するパッケージ本体１０１と、このパッケージ本体１０１に搭載されたＬＥＤチップ１０７とを備えている。上記パッケージ本体１０１は、ポリマーまたはセラミックで製造することが出来る。凹部１０９の底にはリード電極１０３，１０４が配置され、凹部１０９の側面は反射面１０５を形成している。ＬＥＤチップ１０７は、リード電極１０３，１０４に接続されるように凹部１０９の底に実装されている。

図２に図示したように、レンズ構造体１０８，１１０はＬＥＤチップ１０７から離隔してパッケージ本体１０１の上面に付着されている。レンズ構造体１０８，１１０は、レンズ１０８と、レンズ１０８の下面に形成された蛍光体含有樹脂膜１１０とを含んでいる。この蛍光体含有樹脂膜１１０には蛍光体が分散され、ＬＥＤチップ１０７から放出された光の波長を変化させる。例えば、蛍光体含有樹脂膜１１０はＹＡＧ：Ｃｅ等の黄色蛍光体が分散されたシリコン樹脂またはエポキシ樹脂等によって作製することが出来る。黄色蛍光体と共にＬＥＤチップ１０７として青色ＬＥＤチップを使用することにより、白色ＬＥＤパッケージを具現することが出来る。後述する通り、蛍光体含有樹脂膜１１０はスピンコーティング（ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ）または接着等の方法を使用して形成することが出来る。

本実施形態によると、ＬＥＤチップ１０７から離隔された位置に蛍光体含有樹脂膜１１０を配置することにより、ＬＥＤチップ１０７から放出された熱による蛍光体の劣化現象を抑制することが可能となる。また、これによって熱による光抽出効率の低下を防止することも出来る。また、蛍光体がＬＥＤチップ１０７から離隔され、蛍光体含有樹脂膜１１０内に分散されたことにより、蛍光体を通過する光の経路差を縮めて発光特性の均一性を確保することも可能となる。

図３は、本発明の他の実施形態に係るＬＥＤパッケージ２００の構造を示す縦断面図である。図３を参照すると、本実施形態に係るＬＥＤパッケージ２００は、蛍光体含有樹脂膜の代わりに、蛍光体を分散したレンズ１１８を使用している。即ち、レンズ１１８自体の内部に蛍光体を分散することにより、放出光がレンズを通過しながら波長変換されることになる。従って、レンズ１１８自体が蛍光体を含むレンズ構造体となる。ただし、レンズ構造体以外の他の構成要素は前述の実施形態と同様である。このようなレンズ１１８は予め蛍光体が分散されているレンズ材料を使用して製造することが出来る。

この実施形態においても、前述の実施形態と同様に、ＬＥＤチップ１０７から離隔された位置（レンズ位置）に蛍光体が分散配置されているので、ＬＥＤチップ１０７の熱による蛍光体の劣化を抑え、光抽出効率の低下を防止することが出来る。また、蛍光体がＬＥＤチップ１０７から離隔配置されていることにより、蛍光体を通過する光の経路差を縮めて発光特性の均一性を確保することが可能となる。

前述の実施形態では、凹部１０９を空き空間として残していたが、シリコン樹脂などの投光性モールディング樹脂によって凹部１０９を満たすことも出来る。即ち、（蛍光体が分散されていない）投光性モールディング樹脂を使用して凹部１０９に実装されたＬＥＤチップ１０７を封止することも可能である。

次に、本発明の実施形態に係る発光ダイオードパッケージの製造方法を説明する。

図４乃至図７は、図２に図示したＬＥＤパッケージ１００の製造方法を説明するための断面図である。図４に図示したように、パッケージ本体１０１の凹部１０９の底にＬＥＤチップ１０７を実装して凹部１０９の底に配置されたリード電極１０３，１０４にＬＥＤチップ１０７を接続する。

その後、図５に図示したように、レンズ１０８を準備する。該レンズ１０８は機械加工、金型、その他の様々な成形方法を使用して製造することが出来る。レンズ１０８を準備した後には、図６に図示したように、レンズ１０８の下面に蛍光体含有樹脂膜１１０を形成する。蛍光体含有樹脂膜１１０は、レンズ１０８の下面に蛍光体が分散された樹脂をスピンコーティング（ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ）することで容易に形成することが出来る。また、他の方法として、蛍光体含有樹脂膜１１０は、予め蛍光体を分散した樹脂膜を製造した後にレンズ１０８の下面に該樹脂膜を接着することで形成することが出来る。これによって、図６に図示したようなレンズ構造体１０８，１１０を得ることとなる。

その後、図７に図示したように、適切な接着部材を使用して上記レンズ構造体１０８，１１０をパッケージ本体１０１の上面に付着させる。これによって、ＬＥＤチップ１０７から離隔配置された蛍光体含有樹脂膜１１０を具備したＬＥＤパッケージを得ることになる。

上記実施形態では、先ずＬＥＤチップ１０７をパッケージ本体１０１に実装し、その後レンズ構造体１０８，１１０を準備した。しかし、ＬＥＤチップ１０７の実装段階とレンズ構造体１０８，１１０の準備段階はその順序を変えても構わない。即ち、先ずレンズ構造体１０８，１１０を準備した後に、ＬＥＤチップ１０７をパッケージ本体１０１に実装することも出来る。また、上記２つの段階を同時に遂行することも出来る。

図８及び図９は、本発明の他の実施形態に係るＬＥＤパッケージの製造方法を説明するための断面図である。この実施形態でも、図４を参照に説明したように、凹部１０９を有するパッケージ本体１０１にＬＥＤチップ１０７を実装する。ＬＥＤチップ１０７を実装した後またはその前に（またはＬＥＤチップ１０７の実装工程と同時に）、図８に図示したように、蛍光体が分散されているレンズ１１８を準備する。該レンズ１１８は、既に蛍光体が分散されているレンズ材料を準備した後に、該レンズ材料を使用してレンズ１１８を形成することで得ることが出来る。本実施形態によると、レンズ１１８自体が波長変換と指向角変換を遂行するレンズ構造体の役割をする。好ましくは、蛍光体はレンズ全体にわたって満遍なく分散されているようにする。

その後、図９に図示したように、上記レンズ１１８をパッケージ本体１０１の上面に付着させる。これによって、ＬＥＤチップ１０７から離隔配置された蛍光体を具備したＬＥＤパッケージが得られる。

以上説明した製造方法では、凹部１０９を空き空間として残したが、ＬＥＤチップ１０７の実装後、ＬＥＤチップ１０７を封止するように投光性樹脂で凹部１０９を満たすことも出来る。このようにすることで、外部環境や衝撃からＬＥＤチップ１０７をさらに安全に保護することが出来る。

本発明は、上述の実施形態及び添付の図面によって限定されず、添付の請求範囲によって限定するものである。また本発明は、請求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ということは当技術分野の通常の知識を有している者には自明である。

従来の技術による発光ダイオードパッケージの構造を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る発光ダイオードパッケージの構造を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードパッケージの構造を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る発光ダイオードパッケージの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態に係る発光ダイオードパッケージの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態に係る発光ダイオードパッケージの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態に係る発光ダイオードパッケージの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードパッケージの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードパッケージの製造方法を説明するための断面図である。

符号の説明

１０，１００，２００ 発光ダイオードパッケージ
１１，１０１ パッケージ本体
１３，１４，１０３，１０４ リード電極
１５，１０５ 反射面
１７，１０７ ＬＥＤチップ
１８，１０８，１１８ レンズ
１９ モールディング樹脂
１０９ 凹部
１１０ 蛍光体含有樹脂膜

Claims (12)

1. 凹部を有するパッケージ本体と、
   前記凹部の底に実装されたＬＥＤチップと、
   前記ＬＥＤチップと離隔されて前記パッケージ本体の上面に配置されたレンズ構造体とを含み、
   前記レンズ構造体の少なくとも一部には蛍光体が分散されていることを特徴とする発光ダイオードパッケージ。
2. 前記ＬＥＤチップは青色ＬＥＤチップであり、前記蛍光体は黄色蛍光体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. 前記レンズ構造体は、
   レンズと、
   前記レンズの下面に形成された蛍光体含有樹脂膜とを含むことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の発光ダイオードパッケージ。
4. 前記レンズ構造体は、蛍光体が分散されているレンズであることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の発光ダイオードパッケージ。
5. 前記蛍光体は、前記レンズの全領域にわたって分散されていることを特徴とする請求項４に記載の発光ダイオードパッケージ。
6. 前記レンズ構造体と前記ＬＥＤチップとの間には前記ＬＥＤチップを封止する投光性モールディング樹脂をさらに含むことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の発光ダイオードパッケージ。
7. 凹部を有するパッケージ本体の前記凹部の底にＬＥＤチップを実装する段階と、
   少なくとも一部に蛍光体が分散されているレンズ構造体を準備する段階と、
   前記レンズ構造体を前記ＬＥＤチップと離隔して前記パッケージ本体の上面に付着する段階と
   を含むことを特徴とする発光ダイオードパッケージの製造方法。
8. 前記ＬＥＤチップを実装した後に、投光性モールディング樹脂で前記ＬＥＤチップを封止する段階をさらに含む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の製造方法。
9. 前記レンズ構造体を準備する段階は、
   レンズを製造する段階と、
   前記レンズの下面に蛍光体含有樹脂膜を形成する段階と
   を含むことを特徴とする請求項７または請求項８のいずれか１項に記載の発光ダイオードパッケージの製造方法。
10. 前記蛍光体含有樹脂膜を形成する段階は、蛍光体が分散された樹脂を前記レンズの下面にスピンコーティングする段階を含むことを特徴とする請求項９に記載の発光ダイオードパッケージの製造方法。
11. 前記蛍光体含有樹脂膜を形成する段階は、蛍光体が分散された樹脂膜を前記レンズの下面に接着する段階を含むことを特徴とする請求項９に記載の発光ダイオードパッケージの製造方法。
12. 前記レンズ構造体を準備する段階は、
    レンズ材料に蛍光体を分散させる段階と、
    前記蛍光体が分散された前記レンズ材料を使用してレンズを形成する段階とを含むことを特徴とする請求項７または請求項８のいずれか１項に記載の発光ダイオードパッケージの製造方法。

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