JP2009218559A - 発光ダイオードパッケージ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】熱的安定性と発光効率を向上させるために発光ダイオードチップと蛍光体が相互離隔され、蛍光体領域の形態が変更できる発光ダイオードパッケージ及びその製造方法に関する。
【解決手段】本発明による発光ダイオードパッケージは、パッケージ本体と、上記パッケージ本体の空間に装着されて励起光を発光する少なくとも一つのLEDチップと、上記LEDチップから離隔距離だけ離隔されて上記パッケージ本体の上部面に装着されたレンズ部とを含み、上記レンズ部は下部面の一側に上記LEDチップの励起光を吸収して波長が変換された波長変換光を発生させる蛍光体領域を有することを特徴とする。
本発明によりレンズ部がLEDチップに対応して所定の離隔距離に設定装着され、LEDチップから発生した熱により蛍光体が熱的に変形しない信頼性と発光効率を向上させた発光ダイオードパッケージを提供することが出来る。
【選択図】図2
【解決手段】本発明による発光ダイオードパッケージは、パッケージ本体と、上記パッケージ本体の空間に装着されて励起光を発光する少なくとも一つのLEDチップと、上記LEDチップから離隔距離だけ離隔されて上記パッケージ本体の上部面に装着されたレンズ部とを含み、上記レンズ部は下部面の一側に上記LEDチップの励起光を吸収して波長が変換された波長変換光を発生させる蛍光体領域を有することを特徴とする。
本発明によりレンズ部がLEDチップに対応して所定の離隔距離に設定装着され、LEDチップから発生した熱により蛍光体が熱的に変形しない信頼性と発光効率を向上させた発光ダイオードパッケージを提供することが出来る。
【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関するもので、特に、熱的安定性と発光効率を向上させるために発光ダイオードチップと蛍光体が相互離隔され蛍光体領域の形態が変更できる発光ダイオードパッケージ及びその製造方法に関する。
白色発光ダイオード(Light Emitting Diode、以下LEDと称する)は、GaAs、AlGaAs、GaN、InGaN及びAlGaInPなどの化合物半導体の材料を用いて発光源を構成することにより白色を具現することが出来る半導体素子パッケージを言う。
一般的に、LEDパッケージの特性を決める基準としては色及び輝度、輝度の強度の範囲などがあり、このようなLEDパッケージの特性は1次的にはLEDパッケージに使われているLEDの化合物半導体材料により決められるが、2次的な要素としてLEDチップを実装するためのパッケージの構造によっても大きな影響を受ける。高輝度と使用者の要求による輝度角の分布を得るためには、材料の開発などによる1次的な要素だけでは限界があり、パッケージの構造などに関心が高まるようになった。
特に、LEDパッケージは情報通信機器の小型化、スリム化の傾向によって機器の各種の部品である抵抗、コンデンサ、ノイズフィルタなどはさらに小型化され、PCB(Printed Circuit Board)基板に直接装着された表面実装(SMD:Surface Mount Device)型としても作られている。
これによって表示素子として使われているLEDパッケージもSMD型に開発されている。このようなSMD型のLEDパッケージは既存の点灯ランプを代替することができ、これは様々なカラーを出す点灯表示機、文字表示機及び映像表示機などで使われる。
このようにLEDパッケージの使用領域が広くなることにより、日常で使われる電灯、救助信号用電灯など求められる輝度の量もさらに高くなり、最近は高出力白色LEDパッケージが広く使われている。
図1は、従来技術による白色LEDパッケージを例示的に図示した例示図である。
図1に図示された通り、従来技術による白色LEDパッケージ構造は、PCB20にLED21を実装する反射ホールを形成した後、内部にAg金属で反射コーティング層20−1を形成し、反射コーティング層20−1はLED21に電源を印加するパッケージ電極22,23と連結される。
このようにPCB20上に反射コーティング層20−1が形成されると、LED21を反射ホールの下側に実装し、LED21のP電極とN電極を反射コーティング層20−1上に電気的に連結する。
上記のようにLED21が実装されると、反射コーティング層20−1の両側にカソード電極22とアノード電極23をソルダーボンディング方式によって形成する。その後、LED21が実装されているPCB20の反射ホール上にワイヤ21−2の酸化防止とLED21から発生する光を白色に変換させるため、赤色蛍光体、青色蛍光体及び緑色蛍光体を含んだ蛍光体モールディング部24を注入する。
このように組み立てられたLEDパッケージは、上記LED21から発生した光を蛍光体モールディング部24で白色に変換させた後、モールドレンズ25を通して外部へ発散することとなる。
しかし、このような構造を有する従来の白色LEDパッケージは、LED21から発生した熱が直接蛍光体モールディング部24に伝達され、蛍光体モールディング部24の蛍光体が熱的変形され、LED21から発生した光を他の波長光に変換させる光変換効率が低下する。
また、LED21から蛍光体モールディング部24までの距離を所望の離隔距離に調節することが不可能であるため、LEDパッケージの発光効率を向上させることが困難である。
本発明は発光ダイオードチップと蛍光体が相互離隔され蛍光体の形態が多様に変更できる発光ダイオードパッケージを提供することに目的がある。
本発明の他の目的は、発光ダイオードチップと蛍光体が相互離隔され蛍光体の形態が多様に変更でき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。
このような目的を達成すべく、本発明の一実施例は、パッケージ本体と、上記パッケージ本体の空間に装着されて励起光を発光する少なくとも一つのLEDチップと、上記LEDチップから離隔距離だけ離隔され上記パッケージ本体の上部面に装着されたレンズ部とを含み、上記レンズ部は下部の一側に上記LEDチップの励起光を吸収して波長が変換された波長変換光を発生させる蛍光体領域を有することを特徴とする発光ダイオードパッケージに関する。
本発明の一実施例は、上記レンズ部の周りに接して上記パッケージ本体の上部面に金属材質で形成された反射パターンをさらに含むことを特徴とする。
本発明の一実施例において上記パッケージ本体は、印刷回路基板であることを特徴とする。
本発明の一実施例において上記パッケージ本体は、上記LEDチップと外部との電気的な連結のための貫通ビアを含むことを特徴とする。
本発明の一実施例において上記蛍光体領域は、中心部分が周辺部分より厚い形態または上記レンズ部の下部面から同じ厚さを有する形態であることを特徴とする。
本発明の一実施例において上記蛍光体領域は、上記レンズ部の下部に上記波長変換光を散乱させる放射状の形態で形成された領域であることを特徴とする。
本発明の一実施例において上記蛍光体領域は、上記レンズ部の下部の一側に第1蛍光体を含んで形成された第1蛍光体領域と、上記第1蛍光体領域に重畳され第2蛍光体を含んで形成された第2蛍光体領域とからなることを特徴とする。
また、本発明の他の実施例は、透明なレンズ材質からなるレンズ部を備える段階と、上記レンズ部の平面の一側に溝部を形成し蛍光体を含んだ樹脂液を充填硬化して蛍光体領域を形成する段階と、上記レンズ部の蛍光体領域がパッケージ本体の空間に装着された少なくとも一つのLEDチップから離隔距離に離隔されるよう上記レンズ部をパッケージ本体の上部面に装着する段階とを含む発光ダイオードパッケージの製造方法に関する。
本発明の他の実施例において上記溝部は、上記レンズ部の平面の一側を乾式エッチングまたは湿式エッチングして形成されることを特徴とする。
本発明の他の実施例において上記パッケージ本体は、上記レンズ部の周りに接して上記パッケージ本体の上部面に金属材質で形成された反射パターンを含むことを特徴とする。
本発明の他の実施例は、上記パッケージ本体の上部面に装着する段階において、上記パッケージ本体は印刷回路基板であることを特徴とする。
本発明の他の実施例において上記パッケージ本体は、上記LEDチップと外部との電気的な連結のための貫通ビアを含むことを特徴とする。
本発明の他の実施例は、上記パッケージ本体の上部面に装着する段階において、上記レンズ部は周りに塗ったペーストを介して上記パッケージ本体の上部面に装着されることを特徴とする。
本発明の他の実施例は、上記蛍光体領域を形成する段階において、上記蛍光体領域は中心部分が周辺部分より厚い形態または上記レンズ部の下部面から同じ厚さを有する形態で形成されることを特徴とする。
本発明の他の実施例は、上記蛍光体領域を形成する段階において、上記蛍光体領域は上記レンズ部の下部に上記波長変換光を散乱させる放射状の形態で形成されることを特徴とする。
本発明の他の実施例は、上記蛍光体領域を形成する段階において、上記蛍光体領域は上記レンズ部の下部の一側に第1蛍光体を含んで形成された第1蛍光体領域と、上記第1蛍光体領域に重畳され第2蛍光体を含んで形成された第2蛍光体領域とからなることを特徴とする。
本発明はレンズ部がLEDチップに対応して所定の離隔距離Dで装着されるため、LEDチップから発生した熱が直接蛍光体領域に伝達されないため蛍光体の熱的変形を防止して発光ダイオードパッケージの発光効率と信頼性を向上させることが出来る。
また、本発明によってレンズ部がパッケージ本体に対してLEDチップと蛍光体領域までの離隔距離Dを調整して装着されることができ、多様な形態の蛍光体領域を有したレンズ部に取り替えることが出来る発光ダイオードパッケージを提供することが出来る。
以下、添付の図面を参照に本発明の実施例を詳しく説明する。本発明の発光ダイオードパッケージと関連する公知の構成または機能に対する具体的な説明が本発明の要旨を不明にする可能性があると判断される場合は、その詳しい説明を省略する。
図2は本発明の第1実施例による発光ダイオードパッケージの断面図で、図3a乃至図3cは本発明の第1実施例による発光ダイオードパッケージの工程断面図である。
図2に図示された通り、本発明の第1実施例による発光ダイオードパッケージ100は、印刷回路基板のようなパッケージ本体110、パッケージ本体110の空間に装着されて励起光を発光する少なくとも一つのLEDチップ120、LEDチップ120から離隔されパッケージ本体110の上部面に装着された半球形のレンズ領域131と、レンズ領域131の下部面の一側にLEDチップ120の励起光を吸収して波長が変換された波長変換光を発光する蛍光体領域133とからなるレンズ部130とを含む。ここで、少なくとも一つのLEDチップ120が装着されるパッケージ本体110の空間はその底面に沿って反射層(図示せず)を備え、励起光と波長変換光を反射させ外部へ導出させる作用を行うことが出来る。
また、選択的に少なくとも一つのLEDチップ120が装着されるパッケージ本体110の空間は、その下部にLEDチップ120と外部との電気的な連結のために貫通ビア111を含むことが出来る。
レンズ部130はパッケージ本体110の上部面にLEDチップ120に対応して離隔距離Dで装着され、半球形のレンズ領域131と蛍光体領域133とからなり、蛍光体領域133の蛍光体としては、i)希土類を添加した酸化物、硫化物及び窒化物系蛍光体、またはii)半導体窒化物、硫化物、酸化物及びリン化物系蛍光体を含むことが出来る。
ここで、蛍光体領域133はレンズ部130の下部面に所定の形態、例えば図2に図示された通り、中心部分に行くほど蛍光体の厚さが厚くなる形態で形成され、LEDチップ120の中心部分から光度が大きく入射される光とLEDチップ120の周辺で入射される光が蛍光体領域133に反応して均一な波長変換光を放出することが出来る。勿論、蛍光体領域133はLEDチップ120に対応してレンズ部130の下部面でパッケージ本体110の空間に重畳して形成されることも出来る。
このように構成された本発明の第1実施例による発光ダイオードパッケージ100は、レンズ部130がLEDチップ120に対応して離隔距離Dで装着されるため、LEDチップ120から発生した熱が直接蛍光体領域133に伝達されず、蛍光体領域133の蛍光体が熱的に変形しなくなり、発光ダイオードパッケージ100の発光効率と信頼性を向上させることが出来る。
また、レンズ部130はパッケージ本体110に対してLEDチップ120と蛍光体領域133までの離隔距離Dを調整して装着されることができ、蛍光体領域133の形態以外の形態の蛍光体領域を有したレンズ部に取り替えることも出来る。
以下、このように構成された本発明の第1実施例による発光ダイオードパッケージ100の製造方法を図3a乃至図3cを参照に説明する。
図3aに図示された通り、先ず本発明の第1実施例による発光ダイオードパッケージ100を製造するため、透明なレンズ材質を半球形で形成したレンズ領域131の平面中央に溝部132を形成する。
ここで、レンズ領域131の平面中央に溝部132を形成するため、フォトレジストパターン(図示せず)をレンズ領域131の平面に形成し、エッチングして溝部132を形成することができ、溝部132の形態によって乾式エッチングまたは湿式エッチングを選択的に行うことが出来る。または、レンズ領域131及び溝部132に対応する形状の金型に、溶融されたレンズ物質を入れて硬化させる方法を利用して溝部132を形成することも出来る。
レンズ領域131の平面中央に溝部132を形成した後、図3bに図示された通り、溝部132に蛍光体を含んだ樹脂液を充填硬化させ蛍光体領域133を形成する。
具体的に、蛍光体領域133を形成するため樹脂液に含まれた蛍光体は、i)希土類を添加した酸化物、硫化物及び窒化物系蛍光体、またはii)半導体窒化物、硫化物、酸化物及びリン化物系蛍光体などを含むことができ、スクリーンプリンティングなどの方法で溝部132に充填硬化されることが出来る。
以後、図3cに図示された通り、蛍光体領域133を含んだレンズ部130を少なくとも一つのLEDチップ120が装着されたパッケージ本体110の空間上の上部面に装着する。
この際、レンズ部130は周りに塗ったペーストを用いてパッケージ本体110の上部面に装着されることができ、LEDチップ120が装着されたパッケージ本体110の空間は蛍光体領域133とLEDチップ120との離隔距離Dを調整するよう形成されることが出来る。勿論、蛍光体領域133とLEDチップ120との離隔距離Dをさらに離隔するため蛍光体領域133がレンズ部130の内側に形成されることも出来る。
このように形成された第1実施例による発光ダイオードパッケージ100は、レンズ部130に直接蛍光体領域133を形成して装着するため、従来の蛍光体モールディング部24までの距離を所望の離隔距離に調節できないという問題点を容易に解消し、レンズ部130を容易に分離し蛍光体領域133の形態以外の形態の蛍光体領域を有したレンズ部に取り替えて使用者の要求を満たすことも出来る。
これによって、レンズ部130を容易に分離し、蛍光体領域133の形態以外の形態の蛍光体領域を有したレンズ部に取り替えるが、図4に図示された本発明の第2実施例による発光ダイオードパッケージ200のように、同じ厚さの蛍光体領域233を下部面に形成したレンズ部230をパッケージ本体210の上部面に取り替え装着することが出来る。
また、図5に図示された本発明の第3実施例による発光ダイオードパッケージ300のように、蛍光体領域333が放射状の形態でレンズ部330の下部に形成され、LEDチップ320から発生した光の波長を変換させレンズ領域331を通して外部へ散乱させ、このように放射状の形態からなる蛍光体領域333を通して波長変換光を散乱させることにより、発光ダイオードパッケージ300の発光効率を向上させることが出来る。
選択的に、第3実施例による発光ダイオードパッケージ300は、金属材質としてレンズ部330の装着縁を設定してパッケージ本体310の上部面に備えられた反射パターン340を含んで構成されることができ、このような反射パターン340によりレンズ部330の装着がさらに容易になり、発光ダイオードパッケージ300の発光効率を向上させることが出来る。
さらに他の発光ダイオードパッケージとして、図6に図示された本発明の第4実施例による発光ダイオードパッケージ400は、蛍光体領域が第1蛍光体領域433−1と第2蛍光体領域433−2とでレンズ部430の下部に重畳形成されLEDチップ420から発生した光の波長を変換させ、レンズ領域431を通して外部へ放出される。特に、蛍光体領域を成す第1蛍光体領域433−1と第2蛍光体領域433−2は、白色発光のために、赤色変換光のための蛍光体が第1蛍光体領域433−1に含まれ、青色と緑色変換光のための蛍光体が第2蛍光体領域433−2に含まれることが出来る。
ここで、第1蛍光体領域433−1と第2蛍光体領域433−2を形成するため、即ちレンズ領域431に第1蛍光体領域433−1のための第1溝部を形成するための第1乾式エッチングを行い、その後、第1溝部に充填硬化された第1蛍光体領域433−1に第2蛍光体領域433−2のための第2溝部を形成するための第2湿式エッチングを行った後、第2蛍光体領域433−2を形成することが出来る。
本発明の第4実施例による発光ダイオードパッケージ400はまた、第3実施例による発光ダイオードパッケージ300のように金属材質とでレンズ部430の装着縁を設定してパッケージ本体410の上部面に備えられた反射パターン440を含んで、このような反射パターン440によりレンズ部430の装着がさらに容易になり、発光ダイオードパッケージ400の発光効率を向上させることが出来る。
このように様々な形態で形成された蛍光体領域を有するレンズ部をLEDチップから離隔して脱装着し、蛍光体領域の厚さと形態を多様に調整して形成するので、蛍光体の熱的変形を防止し発光ダイオードパッケージの発光効率を向上させることが出来る。
本発明の技術思想は上記の好ましい実施例によって具体的に記述されたが、前述の実施例はその説明のためのもので、その制限のためのものではないということを注意されたい。
また、本発明の技術分野の通常の専門家であれば本発明の技術思想の範囲内で様々な実施が可能ということが理解できる。
100、200、300、400 発光ダイオードパッケージ
110、210、310、410 パッケージ本体
111、211、311、411 貫通ビア
120、220、320、420 LEDチップ
130、230、330、430 レンズ部
131、231、331、431 レンズ領域
133、233、333 蛍光体領域
340、440 反射パターン
433−1 第1蛍光体領域
433−2 第2蛍光体領域
110、210、310、410 パッケージ本体
111、211、311、411 貫通ビア
120、220、320、420 LEDチップ
130、230、330、430 レンズ部
131、231、331、431 レンズ領域
133、233、333 蛍光体領域
340、440 反射パターン
433−1 第1蛍光体領域
433−2 第2蛍光体領域
Claims (16)
- パッケージ本体と、
前記パッケージ本体の空間に装着されて励起光を発光する少なくとも一つのLEDチップと、
前記LEDチップから離隔距離だけ離隔されて前記パッケージ本体の上部面に装着されたレンズ部とを含み、
前記レンズ部は下部の一側に前記LEDチップの励起光を吸収して波長が変換された波長変換光を発生させる蛍光体領域を含む発光ダイオードパッケージ。 - 前記レンズ部の周りに接して前記パッケージ本体の上部面に金属材質で形成された反射パターンをさらに含む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。
- 前記パッケージ本体は、印刷回路基板であることを特徴とする請求項1または2に記載の発光ダイオードパッケージ。
- 前記パッケージ本体は、前記LEDチップと外部との電気的な連結のための貫通ビアを含むことを特徴とする請求項1から請求項3の何れかに記載の発光ダイオードパッケージ。
- 前記蛍光体領域は、中心部分が周辺部分より厚い形態または前記レンズ部の下部面から同じ厚さを有する形態であることを特徴とする請求項1から請求項4の何れかに記載の発光ダイオードパッケージ。
- 前記蛍光体領域は、前記レンズ部の下部の一側に放射状の形態で形成された領域であることを特徴とする請求項1から請求項4の何れかに記載の発光ダイオードパッケージ。
- 前記蛍光体領域は、前記レンズ部の下部の一側に第1蛍光体を含んで形成された第1蛍光体領域と、
前記第1蛍光体領域に重畳され第2蛍光体を含んで形成された第2蛍光体領域とからなることを特徴とする請求項1から請求項4の何れかに記載の発光ダイオードパッケージ。 - 透明なレンズ材質からなるレンズ部を備える段階と、
前記レンズ部の平面の一側に溝部を形成し蛍光体を含んだ樹脂液を充填硬化して蛍光体領域を形成する段階と、
前記レンズ部の蛍光体領域がパッケージ本体の空間に装着された少なくとも一つのLEDチップから離隔距離に離隔されるよう前記レンズ部をパッケージ本体の上部面に装着する段階と、
を含む発光ダイオードパッケージの製造方法。 - 前記溝部は、前記レンズ部の平面の一側を乾式エッチングまたは湿式エッチングして形成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の製造方法。
- 前記パッケージ本体は、前記レンズ部の周りに接して前記パッケージ本体の上部面に金属材質で形成された反射パターンを含むことを特徴とする請求項8または請求項9に記載の発光ダイオードパッケージの製造方法。
- 前記パッケージ本体は、印刷回路基板であることを特徴とする請求項8から請求項10の何れかに記載の発光ダイオードパッケージの製造方法。
- 前記パッケージ本体は、前記LEDチップと外部との電気的な連結のための貫通ビアを含むことを特徴とする請求項8から請求項11の何れかに記載の発光ダイオードパッケージの製造方法。
- 前記パッケージ本体の上部面に装着する段階において、
前記レンズ部は、下部面の周りに塗ったペーストを介して前記パッケージ本体の上部面に装着されることを特徴とする請求項8にから請求項12の何れか記載の発光ダイオードパッケージの製造方法。 - 前記蛍光体領域を形成する段階において、
前記蛍光体領域は、中心部分が周辺部分より厚い形態または前記レンズ部の下部面から同じ厚さを有する形態で形成されることを特徴とする請求項8から請求項13の何れかに記載の発光ダイオードパッケージの製造方法。 - 前記蛍光体領域を形成する段階において、
前記蛍光体領域は、前記レンズ部の下部に前記LEDチップの励起光を吸収して波長が変換された波長変換光を散乱させる放射状の形態で形成されることを特徴とする請求項8から請求項13の何れかに記載の発光ダイオードパッケージの製造方法。 - 前記蛍光体領域を形成する段階において、
前記蛍光体領域は、
前記レンズ部の下部の一側に第1蛍光体を含んで形成された第1蛍光体領域と、
前記第1蛍光体領域に重畳され第2蛍光体を含んで形成された第2蛍光体領域とからなることを特徴とする請求項8から請求項13の何れか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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