JP2010183079A - 発光素子およびその作製方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】発光素子およびその作製方法を提供する。
【解決手段】発光素子は、傾斜した側壁を持つキャビティを備える本体、発光チップ、ベースおよび導電部材を含み、ベースは本体内に嵌入され、導電部材は、本体内に形成され、かつキャビティの傾斜した側壁に沿って本体の側壁から外へ延伸している。
【選択図】図３
【解決手段】発光素子は、傾斜した側壁を持つキャビティを備える本体、発光チップ、ベースおよび導電部材を含み、ベースは本体内に嵌入され、導電部材は、本体内に形成され、かつキャビティの傾斜した側壁に沿って本体の側壁から外へ延伸している。
【選択図】図３
Description
本出願は、２００９年２月３日に出願された台湾特許出願第９８１０３３７９号の優先権を主張するものであり、その全体がここに参照として組み入れられる。
本発明は発光素子に関し、より詳細には放熱効率の高い発光素子およびその作製方法に関する。
発光ダイオード（ＬＥＤ）は長寿命、低駆動電圧、速い動作速度、および良好な耐衝撃性の長所を備える固体光源であり、これにより発光ダイオードは様々な分野で応用されるようになっている。
一般に、ＬＥＤパッケージは、ランプパッケージおよび表面実装部品パッケージを含む。従来のＬＥＤパッケージのうち、表面実装部品パッケージは、高い信頼性、大きな視野角および高輝度の長所を備える。さらに、従来の表面実装部品パッケージは軽量のプリント回路板およびポリマー材料からなるリフレクターカップを採用して作製されるため、パッケージの重量は低くなっている。しかし、プリント回路板およびポリマー材料からなるリフレクターカップは、放熱能力が乏しいため、放熱効率が低くなり、かつＬＥＤパッケージの温度をより高くさせる。よって、表面実装部品技術によりパッケージされた従来のＬＥＤパッケージは、寿命および発光効率が低下してしまう。
故に、放熱効率の高い新規な発光素子およびその作製方法が望まれる。
故に、放熱効率の高い新規な発光素子およびその作製方法が望まれる。
発光素子およびその作製方法を提供する。発光素子の例示的実施形態は、傾斜した側壁を持つキャビティを備える本体を含む。発光チップがキャビティ内に配置されている。導電部材は発光チップに電気的に接続し、導電部材は本体内に形成され、かつ特定の距離を隔ててキャビティの傾斜した側壁に平行な方向に沿って本体から外へ延伸している。発光素子は、キャビティの底部から外に突出して発光チップを支持して、本体内に嵌め込まれるベースをさらに含む。ベースの側壁は、ベースが本体内に嵌め込まれるようにする突起部を含み、これによりベースと本体との結合強度が向上する。向上した結合強度が、ベースおよび本体の放熱能力を高めるため、発光素子の温度が低下することとなる。
発光素子を作製する方法の例示的実施形態を提供し、該方法は、傾斜した側壁を持つキャビティと、その底部からキャビティの表面までのホールと、傾斜した側壁に沿ってその側壁へ延伸するチャネルとを備える本体を準備する工程、チャネル内に、キャビティの傾斜した側壁に沿って本体の側壁から外へ延伸する導電部材を形成する工程、その表面が本体の底部から外へ延伸するベースをホール内に形成する工程、および本体の表面上に発光チップを配置する工程を含む。
添付の図面を参照にしながら、以下の実施形態において詳細な説明を行う。
添付の図面を参照に下記の詳細な説明および実施例を読めば、本発明をより完全に理解することができる。
以下の記載は本発明を実施する形態である。この記載は本発明の主要な原理を説明するためのものであり、限定の意味で解されるべきではない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して判断されなくてはならない。可能な限り、同一または類似の部分に言及する際に、図面および説明において同じ参照番号を用いる。
本発明を、特定の実施形態に関し、および特定の図面に関して説明していくが、本発明はそれらに限定はされず、特許請求の範囲によってのみ限定される。描かれた図面は概略的なものにすぎず、限定されるものではない。図面において、構成要素のうち一部のサイズは、説明の目的のために大きく表現されており、縮尺通りに描かれていないことがある。寸法および相対寸法は、本発明の実施のための実際の寸法に対応していない。
以下に本発明を、発光素子を作製すること、例えば表面実装により発光ダイオードを封止することに関して説明していく。ただし、発光素子の例示的実施形態は、電子デバイス、例えば画像リモートコントローラもしくはドアエントリーコントローラのようなリモートコントローラ、煙探知器もしくはローカルエリアネットワークシグナルトランシーバーのような光学センサ、または光学マウスのような光学入力装置に適用可能であるということは、理解される。
図１〜図３は、本発明の発光素子の一つの例示的実施形態を示す断面図である。図１に示されるように、本体２が準備され、それは傾斜した側壁６を持つキャビティ４を備える。本体２は、本体２の底部からキャビティ４の表面までのホール８をさらに含む。ホール８の側壁は、後続のプロセスにおいて形成される構成部材を楔着させるための部分としての役割を果たす凹部９を備える。図１に示されるように、本体２内にチャネル１０が形成される。チャネル１０は、キャビティ４の底部から本体２の側壁へ、キャビティ４の傾斜した側壁６に沿って延伸し、このうちチャネル１０は、特定の距離を隔てて、傾斜した側壁６と平行となっている。チャネル１０は、後続のプロセスにて提供される液体金属の流路としての役目を果たし得る。
本体２は、高温セラミック材料、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、またはその他の適した高温絶縁材料を含んでいてよい。一つの実施形態では、本体２の作製は、先ず本体２に対応するワックスモールド（図示せず）を準備することを含んでいてよい。例えば、ワックスモールドは、チャネル１０に対応するチャネル部分およびホール８に対応するホール部分を含んでいてよく、これにより後に続くチャネル１０およびホール８の形成の位置が確保されることとなる。
次に、グラウト、例えばセラミック材料がワックスモールド中に注がれる。そして、予備空気乾燥プロセスが行われ、グラウト中の水分の一部が除去される。次に、第１段階熱処理プロセスが行われ、グラウトが硬化される。そして回転プロセスが行われ、これによりセラミックグラウトが成形されることとなる。次に、その孔隙率を減らすために、成形されたセラミックグラウトに熱焼結プロセスが施される。熱焼結プロセスを行った後、本体２の形成が完了する。
本体２の形成プロセス中、第１段階熱処理プロセスの温度は焼結温度より低くてもよいことに留意する。さらに、第１段階熱処理プロセス中に、本体２のホール８およびチャネル１０が実質的に成形される。ワックスモールドは、形成されたホール８およびチャネル１０内に存在する。続く熱焼結プロセス中、ワックスモールドは高温にて融解し、これによって本体２からそれが除去され得る。
図２に示されるように、本体２の形成後、チャネル１０内に導電部材１２が形成される。導電部材１２は、キャビティ４の傾斜した側壁６に平行な方向に沿って、本体２の側壁から外へ延伸していてよい。さらに、導電部材１２の形成中、本体２のホール８内にベース１４が形成される。ベース１４は、ベース１４の側壁上に形成された突起部１６により、ホール８の側壁の凹部９に嵌め込まれ、これによりベース１４が本体２に嵌め込まれるようになる。故に、ベース１４と本体２との間の結合強度が向上し得る。
一つの実施形態において、導電部材１２およびベース１４の形成は、融解液体金属、例えば融解銅合金または融解銅を提供することを含んでいてよい。次に、融解液体金属が本体２内に充填され、金属の酸化を防ぐ環境中で冷却される。これにより、導電部材１２およびベース１４が形成される。導電部材１２およびベース１４が高熱伝導能力を持つその他の適した導電材料を含んでいてもよいことは理解される。さらに、導電部材１２およびベース１４は、異なる材料を用い、異なる作製ステップにおいて形成されてもよい。また、冷却プロセスは、金属の酸化を防ぐために、不活性ガス雰囲気、例えばアルゴンガス中で行われてもよい。さらに、液体金属充填プロセスは本体２の形成後に行われ、これにより金属の熱拡散による導電部材１２およびベース１４の素子短絡の問題が防がれることとなる。
図３に示されるように、発光チップ１８が本体２のベース１４上に提供され、導線２４により導電部材１２に電気的に接続される。次に、蛍光体粉末２０がその中に分散された封止材２２が本体２のキャビティ４中に充填され、発光チップ１８が覆われる。これにより、発光素子３０が完成する。
一つの実施形態では、発光チップ１８は、黄色蛍光体粉末を有する青色発光ダイオード、例えばＹＡＧを含み、白色発光素子を形成するものであってよい。あるいは、発光チップ１８は、赤、青または緑色蛍光体粉末を有する紫外光発光ダイオードを含み、白色発光素子を形成するものであってもよい。紫外光発光ダイオードが単色の蛍光体粉末を有して単色発光ダイオードを形成してもよいことは、理解される。また、封止材２２はエポキシを含んでいてよく、導線２４は金線を含んでいてよい。
図３は、本発明の発光素子３０の一つの例示的実施形態を示す。図３において、本体２は、傾斜した側壁６を持つキャビティ４を備えている。導電部材１２が本体２内に形成され、本体２の傾斜した側壁６に沿って本体２から外へ延伸している。図３に示されるように、ベース１４が本体２内に嵌め込まれ、このうちベース１４の一側はキャビティ４の底部から突出している。導電部材１２は、導線２４により発光チップ１８に電気的に接続されている。導電部材１２は、特定の距離で、傾斜した側壁６から隔てられて、本体２から外へ延伸している。さらに図３に示されるように、蛍光体粉末２０がその中に分散された封止材２２がキャビティ４中に形成され、発光チップ１８が覆われている。
キャビティ４の傾斜した側壁６は、発光チップ１８および発光蛍光体粉末２０から発せられる光を反射するための反射面としても機能し得、これによって発光素子３０の発光効率が高まることとなる。さらに、導電部材１２および反射面の間隔の距離は、発光素子のサイズに関連する。放熱効率を向上させるべく導電部材１２が可能な限り反射面の近くに形成されてもよいことに留意すべきである。
また、本発明の発光素子の一つの例示的実施形態のベースが、高熱伝導性を有するベースであることにも留意されたい。故に、発光素子３０の動作中、ベースは、発光チップから生じた熱が迅速に大気へ移るようにするのを助ける。さらに、導電部材は本体内に配置され、反射面に平行な方向に沿って大気へと延伸する。よって、発光素子がオンになったとき、キャビティ内の発光チップから生じた熱が、反射面下方の導電部材によって発光素子外部の大気へと移動できるようになる。したがって、本発明の発光素子の一つの例示的実施形態は、高い放熱効率を有し、これによりその温度が低下する。故に、従来の発光素子と比べると、発光素子の寿命が延長され、かつ発光素子の発光効率が高まる。
実施例および好適な実施形態により本発明を説明したが、本発明はこれら開示した実施形態に限定はされないと解されるべきである。それとは反対に、（当業者には明らかであるように）各種の変更および類似の改良が包含されるよう意図されている。よって、添付の特許請求の範囲は、かかる変更および類似の改良がすべて包含されるように、最も広い意味に解釈されなければならない。
２ 本体
４ キャビティ
６ 傾斜した側壁
８ ホール
９ 凹部
１０ チャネル
１２ 導電部材
１４ ベース
１６ 突起部
１８ 発光チップ
２０ 蛍光体粉末
２２ 封止材
２４ 導線
３０ 発光素子
４ キャビティ
６ 傾斜した側壁
８ ホール
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１８ 発光チップ
２０ 蛍光体粉末
２２ 封止材
２４ 導線
３０ 発光素子
Claims (17)
- 発光素子であって、
傾斜した側壁を持つキャビティを備える本体、
前記キャビティ内に配置されている発光チップ、および
前記発光チップに電気的に接続されている導電部材、
を含み、
前記導電部材が、前記本体内に形成され、かつ前記キャビティの前記傾斜した側壁に沿って前記本体から外へ延伸していることを特徴とする発光素子。 - 前記導電部材が、所定の距離を隔てて前記キャビティの前記傾斜した側壁に平行となっている請求項１に記載の発光素子。
- 前記本体がセラミック材料を含む請求項１に記載の発光素子。
- 前記本体が酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは窒化ホウ素を含む請求項３に記載の発光素子。
- 前記本体の底部から前記キャビティの表面まで貫通するホール、および
前記本体の前記ホール内に嵌め込まれているベース、
をさらに含み、
前記ベースの一側が前記キャビティの底部から突出している請求項１に記載の発光素子。 - 前記ベースは、前記ベースが前記本体内に嵌め込まれるようにする突起部を含む請求項５に記載の発光素子。
- 前記導電部材および前記ベースが同じ材料を含む請求項５に記載の発光素子。
- 前記導電部材および前記ベースが異なる材料を含む請求項５に記載の発光素子。
- 前記導電部材または前記ベースが銅または銅合金を含む請求項５に記載の発光素子。
- 前記導電部材が導線により前記発光チップに電気的に接続されている請求項１に記載の発光素子。
- 前記発光チップが前記ベースの表面上に配置されている請求項５に記載の発光素子。
- 前記キャビティの前記傾斜した側壁が反射面であり、前記導電部材は、前記反射面下方の前記本体内に嵌め込まれ、特定の距離を隔てて前記反射面と平行となっている請求項５に記載の発光素子。
- 前記キャビティ内に充填されて前記発光チップを覆う封止材、および
前記封止材中に分散された蛍光体粉末、
をさらに含む請求項１１に記載の発光素子。 - 発光素子を作製する方法であって、
傾斜した側壁を持つキャビティ、その底部から前記キャビティの表面までのホール、および前記傾斜した側壁に沿ってその側壁へ延伸するチャネルを備える本体を準備する工程、
前記チャネル内に、前記キャビティの前記傾斜した側壁に沿って前記本体から外へ延伸する導電部材を形成する工程、
前記ホール内に、その表面が前記本体の底部から外へ延伸するベースを形成する工程ならびに、
前記本体の前記表面上に発光チップを配置する工程、
を含むことを特徴とする発光素子を作製する方法。 - 前記本体を形成する際に、
前記本体に対応するモールドを準備する工程、
前記モールド内にグラウトを注ぎ入れる工程、
熱処理を行って前記本体を成形する工程、および
熱焼結プロセスを行う工程、
を含む請求項１４に記載の発光素子を作製する方法。 - 前記導電部材および前記ベースを形成する際に、
前記本体の前記チャネルおよび前記ホール内に融解液体金属を充填する工程、および
前記融解液体金属を冷却して前記導電部材および前記ベースを形成する工程、
を含む請求項１４に記載の発光素子を作製する方法。 - 蛍光体粉末がその中に分散された封止材を充填して前記発光チップを覆う工程をさらに含む請求項１４に記載の発光素子を作製する方法。
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Cited By (1)
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