JP2008544568A - 発光ダイオード及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】蛍光体と発光ダイオードチップとの間の距離を均一に維持して発光効率を向上させた発光ダイオード及びその製造方法を提供する。
【解決手段】少なくとも１以上の発光ダイオードチップと、発光ダイオードチップに電源を印加するためのリード端子及び発光ダイオードチップを実装するためのフレームを備え、このフレームは、発光ダイオードチップの形状に見合う形状を有し、所定の高さに形成されることを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は発光ダイオード及びその製造方法に係り、さらに詳しくは、蛍光体を均一に塗布するためのフレーム構造を備えた発光ダイオード及びその製造方法に関する。
図１及び図２は従来の技術により蛍光体が塗布された発光ダイオードの概略断面図であり、図１は従来のトップ型発光ダイオードを示す断面図であり、図２は従来のランプ型発光ダイオードを示す断面図である。
図１を参照すれば、発光ダイオードは、第１のリード端子３０及び第２のリード端子３５が形成された基板１０と、基板１０の上に実装される発光ダイオードチップ２０と、発光ダイオードチップ２０を取り囲んで基板１０の上に形成された反射部４０と、を備えてなる。発光ダイオードチップ２０は、ワイヤ７０を介して第１のリード端子３０及び第２のリード端子３５に電気的に接続される。発光ダイオードチップ２０の上部には、発光ダイオードチップ２０を保護するために、液状エポキシ樹脂などを反射部４０の中に充填して所定の時間加熱・硬化させたモールド部６０が形成され、モールド部６０中には発光ダイオードチップ２０から発せられた光を吸収してそれぞれの波長に光を波長変換する蛍光体５０が混合されている。
図２を参照すれば、発光ダイオードは、先端に反射部４０が設けられた第１のリード端子８０と、第１のリード端子８０と所定間隔だけ離れた第２のリード端子８５と、を備え、第１のリード端子８０の反射部４０の内部に発光ダイオードチップ２０が実装され、発光ダイオードチップ２０の上部には、発光ダイオードチップ２０の保護のために、液状エポキシ樹脂などを塗布して所定時間加熱・硬化させたモールド部６０が形成され、モールド部６０中には発光ダイオードチップ２０から発せられた光を吸収してそれぞれの波長に光を波長変換する蛍光体５０が混合されている。
上記のようにして蛍光体を塗布すれば、液状エポキシ樹脂が硬化する所定の時間中に比重の高い蛍光体が、相対的に比重の低いエポキシとの比重差により下部に沈んでしまう。このような蛍光体の沈降により液状エポキシ樹脂内に濃度の差が生じ、発光ダイオードチップから発せられる光が一様にならないので、色の再現性に不都合が生じる。
さらに色ムラ（ｃｏｌｏｒ ｓｐｅｃｋｌｅ）が発生するので、均一な色を実現するためには多量の蛍光体を含ませなければならず、これは発光効率の低下を来たしていた。また、蛍光体がモールド部中に均一に分布されないため、発光ダイオードを眺める角度に依存して発せられる光の色が異なってくるという不都合がある。
図３及び図４は従来の他の技術により蛍光体が塗布された発光ダイオードの概略断面図である。図３及び図４は、蛍光体と樹脂との混合物を発光ダイオードチップ２０を取り囲むように局在（ｄｏｔ ｏｎ）させた後、モールド部を形成するという点で図１及び図２とは相違点があり、残りの構成は同様である。
図３を参照すれば、発光ダイオードにおいて、蛍光体と樹脂との混合物が発光ダイオードチップ２０の上に局在された後、反射部４０中にモールド部６５が形成される。図４を参照すれば、蛍光体５０は反射部４０の内部にのみ注入され、外周モールド部６５には発光ダイオードチップ２０から発せられた光の透過率を高める目的で透明なエポキシ樹脂が用いられる。
上記のように蛍光体と樹脂との混合物を塗布する場合には、このような混合物が側方に流れてしまうので、発光ダイオードチップと蛍光体との間の距離が異なってきて均一な色相が出ず、発光箇所に依存して２種又はそれ以上の色相が出てしまうという不都合が生じる。また、図４の場合には発光ダイオードチップと反射部との干渉により光の明るさ効率が格段に低下してしまう。
図５は、従来のさらに他の技術により蛍光体が塗布された発光ダイオードの概略断面図である。図５の発光ダイオードは、蛍光体と樹脂との混合物を発光ダイオードチップの上に局在させる際に、蛍光体と樹脂との混合物が基板やリード端子の外に流れるのを防ぐガイド部材９０をさらに備える。しかしながら、ガイド部材を取り付ける別途の工程の追加を余儀なくされるので製造工程が複雑になり、しかもコストが高くつく。なお、ガイド部材により光効率が低下し、多量の蛍光体が消耗されるという不都合がある。
本発明は上述した従来の問題点を克服するためのものであって、本発明が解決しようとする技術的な課題は、発光ダイオードに蛍光体を塗布するとき、蛍光体と発光ダイオードチップとの間の距離を均一に維持して２種以上の色相が発生するような色ムラを改善すると共に、発光効率を高めることのできる発光ダイオード及びその製造方法を提供するところにある。
本発明の課題を解決するために、本発明の一態様によれば、少なくとも１以上の発光ダイオードチップと、発光ダイオードチップに電源を印加するためのリード端子と、発光ダイオードチップを実装するためのフレームと、を備え、フレームは、発光ダイオードチップの形状に見合う形状を有し、所定の高さに形成されることを特徴とする発光ダイオードが提供される。
好ましくは、前記発光ダイオードチップから発せられた光の波長を変換するための蛍光体を含むモールド部をさらに備え、前記モールド部は前記フレームの上に形成される。
好ましくは、前記発光ダイオードチップを封止するための外周モールド部をさらに備える。
好ましくは、前記モールド部は、前記発光ダイオードチップの形状に見合う形状に形成される。
好ましくは、前記フレームは、リード端子の上に形成される。
好ましくは、前記フレームと前記リード端子は一体に形成される。
好ましくは、基板をさらに備え、前記フレームは前記基板の上に形成される。
好ましくは、前記フレームと前記基板は一体に形成される。
好ましくは、前記基板を取り囲む筐体をさらに備える。
好ましくは、前記フレームの周縁には所定の高さの隔壁が形成される。
好ましくは、前記隔壁は前記フレームと一体に形成される。
好ましくは、前記フレームの周縁に沿って所定の深さの凹溝が形成される。
好ましくは、前記フレームは矩形状に形成される。
また、前記本発明の課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、ａ）発光ダイオードチップの形状に見合う形状を有するフレームを形成するステップと、ｂ）前記フレームの上に前記発光ダイオードチップを実装するステップと、ｃ）所定量の蛍光体を前記フレームの上に塗布するステップと、ｄ）前記蛍光体を加熱・硬化するステップと、を含むことを特徴とする発光ダイオードの製造方法が提供される。
好ましくは、フレームの周縁に所定の高さの隔壁を形成する。
また好ましくは、フレームの周縁に沿って所定の深さの凹溝を形成する。
本発明によれば、発光ダイオードチップの形状に見合う形状を有するフレームの上に発光ダイオードチップを実装した後に、その上に蛍光体を局在させることにより、発光ダイオードチップとモールド部との間の距離を均一に維持することができ、その結果、２種以上の色相が発生するような色ムラが改善されると共に、発光効率が上がる。
以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
図１及び図２は、従来の技術により蛍光体が塗布された発光ダイオードの概略断面図である。
図３及び図４は、従来の他の技術により蛍光体が塗布された発光ダイオードの概略断面図である。
図５は、従来のさらに他の技術により蛍光体が塗布された発光ダイオードの概略断面図である。
図６及び図７は、本発明の第１の実施形態による発光ダイオードの斜視図及び断面図である。
図８は、本発明の第２の実施形態による発光ダイオードの断面図である。
図９は、本発明の第３の実施形態による発光ダイオードの断面図である。
図１０及び図１１は、本発明の第４の実施形態及び第５の実施形態による発光ダイオードの断面図である。
図１２から図１７は、本発明によるフレーム構造の例を示す図である。
図１８は、本発明による発光ダイオードを製造するための方法を示すフローチャートである。
図６及び図７は本発明の第１の実施形態によるチップ型発光ダイオードの概略的な斜視図及び断面図である。
即ち、これらの図は本発明によるチップ型発光ダイオードの概略的な斜視図及び断面図である。
図６及び図７を参照すれば、発光ダイオードは、リード端子２３０、２３５の形成された基板２１０と、基板２１０の上に形成されるフレーム２９０と、フレーム２９０の上に実装される発光ダイオードチップ２２０と、発光ダイオードチップ２２０とリード端子２３０、２３５との間を接続するためのワイヤ２７０と、を備えてなる。発光ダイオードチップ２２０から発せられた光の波長を変換するための蛍光体２５０は封止剤と混合され、且つ、フレーム２９０の上に塗布されてモールド部２６０を形成する。この実施形態においては単一の発光ダイオードチップ２２０を備えているが、これは単なる説明のための例示に過ぎず、多数の発光ダイオードチップを備えてもよい。
また、発光ダイオードチップ２２０の上部には、発光ダイオードチップ２２０を保護するために、液状エポキシ樹脂などからなる外周モールド部２６５が形成される。この外周モールド部２６５は所定の樹脂を用いた射出工程により形成することもでき、また、別途の鋳型を用いて製作した後、これを加圧または熱処理して形成することもできる。このとき、外周モールド部２６５はエポキシ樹脂またはシリコン樹脂などから形成される。外周モールド部２６５は光学レンズ状または平板状など種々の形状に形成可能である。
一方、フレーム２９０は基板２１０とは別途に製作した後に、基板と貼り合わせてもよく、これとは異なり、フレーム２９０と基板２１０は一体に製作されてもよい。このとき、基板２１０はメタルスラグ（ｍｅｔａｌ ｓｌｕｇ）または熱伝導性樹脂から形成可能である。
さらに、前記封止剤は液状エポキシ樹脂やシリコン樹脂からなる。
図８は、本発明の第２の実施形態によるトップ型発光ダイオードの概略断面図である。
図８を参照すれば、第２の実施形態による発光ダイオードは、基板の上に反射部が形成されるという点以外は、第１の実施形態による発光ダイオードとほとんど同様であるため、以下では異なる部分についてのみ詳述する。
発光ダイオードは、基板２１０と、前記基板の上に形成されたリード端子２３０、２３５と、フレーム２９０及び反射部２４０を備え、フレーム２９０の上に実装される発光ダイオードチップ２２０と、発光ダイオードチップ２２０とリード端子２３０、２３５との間を接続するためのワイヤ２７０と、を備えている。発光ダイオードチップ２２０から発せられた光の波長を変換するための蛍光体２５０は封止剤と混合され、フレーム２９０の上に塗布されてモールド部２６０を形成し、発光ダイオードチップ２２０の上部には発光ダイオードチップ２２０の保護のための外周モールド部２６５が形成される。このとき、外周モールド部２６５は所定の樹脂からなり、好ましくは、エポキシ樹脂またはシリコン樹脂などからなる。
一方、反射部２４０は基板２１０の上に少なくとも１以上の発光ダイオードチップ２２０を取り囲むように形成され、このとき、光の輝度及び集光能を高めるために、発光ダイオードチップ２２０を取り囲む反射部２４０の内側壁に所定の勾配を持たせてもよい。
図９は、本発明の第３の実施形態によるランプ型発光ダイオードの概略断面図である。
図９を参照すれば、前記発光ダイオードは、先端に反射部３４０が設けられた第１のリード端子３３０と、第１のリード端子３３０と所定間隔だけ離れた第２のリード端子３３５と、を備え、第１のリード端子３３０の反射部３４０の内部にフレーム３９０が形成され、フレーム３９０の上に発光ダイオードチップ３２０が実装される。
発光ダイオードチップ３２０から発せられた光の波長を変換するための蛍光体３５０は封止剤と混合された後、フレーム３９０の上に塗布されてモールド部３６０を形成し、発光ダイオードチップ３２０の上部には、発光ダイオードチップ３２０の保護のために、所定の樹脂を塗布して所定時間かけて加熱・硬化させた外周モールド部３６５が形成され、外周モールド部３６５はエポキシ樹脂またはシリコン樹脂からなる。
図１０及び図１１は、本発明の第４の実施形態及び第５の実施形態による筐体付き発光ダイオードの概略断面図である。
図１０に示す本発明の第４の実施形態による発光ダイオードは、第１の実施形態による発光ダイオードと比較して、基板を取り囲む筐体２８０をさらに備えている点で相違点があり、残りの構成は同様である。
また、図１１に示す本発明の第５の実施形態による発光ダイオードもまた第２の実施形態による発光ダイオードと比較して、基板を取り囲む筐体２８０をさらに備えている点で相違点があり、残りの構成は同様である。
図１２及び図１３は、本発明によるフレーム２９０の構造の一例を示す斜視図及び断面図であり、図１４及び図１５は、本発明によるフレーム２９０の構造の他の例を示す斜視図及び断面図であり、図１６及び図１７は、本発明によるフレーム２９０の構造のさらに他の例を示す斜視図及び断面図である。
図１２及び図１３を参照すれば、フレーム２９０は、発光ダイオードチップ２２０の形状と同じ形状、すなわち、矩形状に形成され、サイズは前記発光ダイオードチップの約１．５倍から２倍程度に形成する。この実施形態においては、発光ダイオードチップとフレームが矩形状を有するが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の形状に形成可能である。このとき、フレームと発光ダイオードチップは同じ形状に形成される。
上記のような形状とサイズを有するフレーム２９０上の中央部に発光ダイオードチップ２２０を実装した後、蛍光体２５０と封止剤との混合物を局在させると、モールド部２６０はフレームの形状に倣って形成されて、発光ダイオードチップ２２０とモールド部２６０との間の距離は均一になる。すなわち、モールド部２６０も発光ダイオードチップ２２０の形状に倣って形成される。
上記のような形状とサイズを有するフレーム２９０上の中央部に発光ダイオードチップ２２０を実装した後、蛍光体２５０と封止剤との混合物を局在させると、モールド部２６０はフレームの形状に倣って形成されて、発光ダイオードチップ２２０とモールド部２６０との間の距離は均一になる。すなわち、モールド部２６０も発光ダイオードチップ２２０の形状に倣って形成される。
図１４及び図１５を参照すれば、この実施形態によるフレーム構造は図１２及び図１３に示すフレームの構造に類似しているが、フレームの周縁に所定の高さの隔壁２９７が形成される点だけが異なる。
隔壁２９７は、蛍光体２５０と封止剤とが混合されてなるモールド部２６０が発光ダイオードチップの形状に倣って形成されるように導く。
図１６及び図１７を参照すれば、この実施形態によるフレーム構造は図１２及び図１３に示すフレーム構造に類似しているが、フレームの周縁に沿って所定の深さの凹溝２９９が形成されるという点だけが異なる。
凹溝２９９は、前記隔壁と同様、フレーム２９０の上に塗布される蛍光体２５０と封止剤とが混合されてなるモールド部２６０が前記発光ダイオードチップの形状に倣って形成されるように導く。
図１８は、本発明による発光ダイオードを製造するための方法を示すフローチャートである。
図１８を参照すれば、先ず、発光ダイオードチップの形状と同じ形状を有する所定のサイズのフレームを形成する（ステップＳ９１０）。
次いで、ステップＳ９１０により形成されたフレームの上に発光ダイオードチップを実装する（ステップＳ９２０）。
次いで、所定量の蛍光体をフレームの上に塗布する（ステップＳ９３０）。このとき、前記蛍光体は封止剤、例えば、液状エポキシ樹脂やシリコン樹脂と混合されて前記フレームの上に塗布される。
一方、フレームの形状は、上述したように、前記発光ダイオードチップの形状と同じであるが、そのサイズは発光ダイオードチップよりも大きく形成される。また、フレームの周縁には所定の高さの隔壁が形成されてもよく、これとは異なり、フレームの周縁に沿って所定の深さの凹溝が凹設されてもよい。
続けて、前記フレームの上に塗布された蛍光体を加熱し且つ硬化させる（ステップＳ９４０）。
以上、本発明による発光ダイオード及びその製造方法について説明したが、これは単に例示的なものに過ぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。従って、特許請求の範囲において定義された本発明の精神と範囲を逸脱することなく、この技術分野における通常の知識を持つ者であれば誰でも種々の変更実施を行なうことができ、またその範囲まで本発明の請求の範囲が及ぶ。
以上説明したように、本発明によれば、発光ダイオードチップの形状に見合う形状を有するフレームの上に発光ダイオードチップを実装した後に、その上に蛍光体を局在させることにより、発光ダイオードチップとモールド部との間の距離を均一に維持することができ、その結果、２種以上の色相が発生するような色ムラが改善されると共に、発光効率が上がる。
従来の技術により蛍光体が塗布された発光ダイオードの概略断面図である。 従来の技術により蛍光体が塗布された発光ダイオードの概略断面図である。 従来の他の技術により蛍光体が塗布された発光ダイオードの概略断面図である。 従来の他の技術により蛍光体が塗布された発光ダイオードの概略断面図である。 従来のさらに他の技術により蛍光体が塗布された発光ダイオードの概略断面図である。 本発明の第１の実施形態による発光ダイオードの斜視図である。 本発明の第１の実施形態による発光ダイオードの断面図である。 本発明の第２の実施形態による発光ダイオードの断面図である。 本発明の第３の実施形態による発光ダイオードの断面図である。 本発明の第４の実施形態による発光ダイオードの断面図である。 本発明の第５の実施形態による発光ダイオードの断面図である。 本発明によるフレーム構造の例を示す図である。 本発明によるフレーム構造の例を示す図である。 本発明によるフレーム構造の例を示す図である。 本発明によるフレーム構造の例を示す図である。 本発明によるフレーム構造の例を示す図である。 本発明によるフレーム構造の例を示す図である。 本発明による発光ダイオードを製造するための方法を示すフローチャートである。
符号の説明
２１０ 基板、
２２０、３２０ 発光ダイオードチップ、
２３０、２３５、３３０、３３５ リード端子、
２４０、３４０ 反射部、
２５０、３５０ 蛍光体、
２６０、３６０ モールド部、
２６５、３６５ 外周モールド部、
２７０、３７０ ワイヤ、
２８０ 筐体、
２９０、３９０ フレーム
２９７ 隔壁
２９９ 溝

Claims (16)

  1. 発光ダイオードにおいて、
    少なくとも１以上の発光ダイオードチップと、
    前記発光ダイオードチップに電源を印加するためのリード端子と、
    前記発光ダイオードチップを実装するためのフレームと、
    を備え、
    前記フレームは、前記発光ダイオードチップの形状に見合う形状を有し、且つ、所定の高さに形成されることを特徴とする発光ダイオード。
  2. 前記発光ダイオードチップから発せられた光の波長を変換するための蛍光体を含むモールド部をさらに備え、前記モールド部は前記フレームの上に形成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。
  3. 前記発光ダイオードチップを封止するための外周モールド部をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の発光ダイオード。
  4. 前記モールド部は、前記発光ダイオードチップの形状に見合う形状に形成されることを特徴とする請求項２に記載の発光ダイオード。
  5. 前記フレームは、リード端子の上に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光ダイオード。
  6. 前記フレームと前記リード端子は一体に形成されることを特徴とする請求項５に記載の発光ダイオード。
  7. 基板をさらに備え、前記フレームは前記基板の上に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光ダイオード。
  8. 前記フレームと前記基板は一体に形成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。
  9. 前記基板を取り囲む筐体をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の発光ダイオード。
  10. 前記フレームの周縁には所定の高さの隔壁が形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光ダイオード。
  11. 前記隔壁は前記フレームと一体に形成されることを特徴とする請求項１０に記載の発光ダイオード。
  12. 前記フレームの周縁に沿って所定の深さの凹溝が凹設されることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光ダイオード。
  13. 前記フレームは矩形状に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光ダイオード。
  14. 発光ダイオードの製造方法において、
    ａ）発光ダイオードチップの形状に見合う形状を有するフレームを形成するステップと、
    ｂ）前記フレームの上に前記発光ダイオードチップを実装するステップと、
    ｃ）所定量の蛍光体を前記フレームの上に塗布するステップと、
    ｄ）前記蛍光体を加熱・硬化するステップと、
    を含むことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
  15. 前記フレームの周縁に所定の高さの隔壁を形成することを特徴とする請求項１４に記載の発光ダイオードの製造方法。
  16. 前記フレームの周縁に沿って所定の深さの凹溝を凹設することを特徴とする請求項１４に記載の発光ダイオードの製造方法。
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