JP2011166099A - 演色性を向上させることができる混光式発光ダイオードのパッケージ構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】「高い色温度の光を生じさせることが可能な発光ダイオード」と「低い色温度の光を生じさせることが可能な発光ダイオード」を並列に並べることで、演色性を向上させることができる混光式発光ダイオードのパッケージ構造を提供する。
【解決手段】発光ユニットは、第一の色温度の光を生じる少なくとも一つの第一発光モジュールと、第二の色温度の光を生じる少なくとも一つの第二発光モジュールを具える。フレームユニットは、環状に塗布することによって基板本体の表面に成形する少なくとも二つの環状フレームコロイドを具える。パッケージユニットは、基板本体の表面に成形するとともに第一発光モジュールと第二発光モジュールを覆う、少なくとも一つの第一透明パッケージコロイドと少なくとも一つの第二透明パッケージコロイドとを具える。
【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は混光式発光ダイオードのパッケージ構造に関し、特に演色性を向上させることができる混光式発光ダイオードのパッケージ構造に関する。
今日の市場で使用されている照明設備、例えば蛍光灯、タングステン灯、更にはより幅広い人々に受け入れられている省エネ電球といった照明設備は、日常生活に普及している。しかしながら、この種の電灯のほとんどは、光の衰えが速い、消費電力が高い、高熱を生じやすい、寿命が短い、割れやすい、回収がしづらい等の欠点があったため、ＬＥＤ電球やＬＥＤ蛍光灯が生まれることになった。
特開２００１−２４３８０７
本発明は、「高い色温度の光を生じさせることが可能な発光ダイオード」と「低い色温度の光を生じさせることが可能な発光ダイオード」を並列に並べることで、演色性を向上させることができる混光式発光ダイオードのパッケージ構造を提供することを目的とする。
また、本発明は、塗布する方法によって任意の形状の環状フレームコロイド（環状白色コロイド）を成形させ、環状フレームコロイドによって透明パッケージコロイド（蛍光コロイド）の位置を限定するとともに、透明パッケージコロイドの表面形状を調整する。それにより、本発明の発光ダイオードのパッケージ構造は、「発光ダイオードチップの発光効率の向上」と「発光ダイオードチップの光の照射角度の制御」を達成することができる。
本発明の一実施形態による演色性を向上させることができる混光式発光ダイオードのパッケージ構造は、基板モジュールと、発光ユニットと、フレームユニットと、パッケージユニットとによって構成される。基板モジュールは、基板本体と、基板本体の表面に設けられた少なくとも二つのチップ載置領域を具える。発光ユニットは、第一の色温度の光を生じる少なくとも一つの第一発光モジュールと、第二の色温度の光を生じる少なくとも一つの第二発光モジュールを具える。第一発光モジュールは、基板モジュール内の一つのチップ載置領域に電気的に接続される複数の第一発光ダイオードチップを具え、第二発光モジュールは、基板モジュール内の別のチップ載置領域に電気的に接続される複数の第二発光ダイオードチップを具え、各第一発光ダイオードチップと各第二発光ダイオードチップはいずれも青色発光ダイオードチップである。フレームユニットは、環状に塗布することによって基板本体の表面に成形される少なくとも二つの環状フレームコロイドを具え、環状フレームコロイドは、第一発光モジュールと第二発光モジュールを囲繞して、基板本体の上方に位置する少なくとも二つのコロイド位置限定スペースをそれぞれ形成する。パッケージユニットは、基板本体の表面に成形されるとともに第一発光モジュールと第二発光モジュールを覆う、少なくとも一つの第一透明パッケージコロイドと少なくとも一つの第二透明パッケージコロイドとを具え、第一透明パッケージコロイドと第二透明パッケージコロイドは、コロイド位置限定スペース内に位置が限定される。
本発明は、「高い色温度の光を生じさせることが可能な発光ダイオード」と「低い色温度の光を生じさせることが可能な発光ダイオード」を並列に並べる（類似の二本の発光線を接近させて並列に並べる）ことで、演色性を向上させることができる。
また、環状フレームコロイドを用いることにより、透明パッケージコロイドの位置をコロイド位置限定スペース内に限定させることができ、さらには「透明パッケージコロイドの使用量と位置」を制御することができる。また、透明パッケージコロイドの使用量と位置を制御することにより、透明パッケージコロイドの表面形状と高さを調整することができ、さらには「発光ダイオードチップから発生する白色光束の射出角度」を制御することができる。また、本発明は、環状フレームコロイドを用いることにより、発光ダイオードチップから発生する光束を環状フレームコロイドの内壁に投射して反射を生じさせることにより、「本発明の発光ダイオードのパッケージ構造の発光効率」を向上させることができる。
（実施例１）
図１Ａと図１Ｂに示すように、本発明の実施例１による演色性を向上させることができる混光式発光ダイオードのパッケージ構造Ｍは、基板モジュール１と、発光ユニットと、フレームユニット３と、パッケージユニット４とによって構成される。
基板モジュール１は、基板本体１０と、基板本体１０の表面に設けられた少なくとも二つのチップ載置領域１１を具える。また、基板本体１０は、回路基板１００と、回路基板１００の底部に設けられた放熱層１０１と、回路基板１００の表面に設けられた複数の導電はんだパッド１０２と、回路基板１００の表面に設けられるとともに導電はんだパッド１０２を露出させる絶縁層１０３とを具える。この構造により、放熱層１０１によって回路基板１００の放熱機能は向上し、絶縁層１０３によって、導電はんだパッド１０２だけを露出させてはんだ領域にソルダマスク層をもたせることができる。
発光ユニットは、第一の色温度の光を生じる少なくとも一つの第一発光モジュール２ａと、第二の色温度の光を生じる少なくとも一つの第二発光モジュール２ｂを具える。第一発光モジュール２ａは、基板モジュール１内の一つのチップ載置領域１１に電気的に接続される複数の第一発光ダイオードチップ２０ａを具える。第二発光モジュール２ｂは、基板モジュール１内の別のチップ載置領域１１に電気的に接続される複数の第二発光ダイオードチップ２０ｂを具える。言い換えると、設計者は、事前に基板モジュール１上に少なくとも二つのチップ載置領域１１を設計し、第一発光ダイオードチップ２０ａと第二発光ダイオードチップ２０ｂを、基板モジュール１の少なくとも二つのチップ載置領域１１に電気的に接続して設ける。本発明の実施例１を例に挙げると、第一発光ダイオードチップ２０ａと第二発光ダイオードチップ２０ｂは、ワイヤボンディング（ｗｉｒｅ−ｂｏｎｄｉｎｇ）によって、基板モジュール１の二つのチップ載置領域１１に電気的に接続される。
フレームユニット３は、環状に塗布することによって基板本体１０の表面に成形される少なくとも二つの環状フレームコロイド３０を具える。環状フレームコロイド３０は、第一発光モジュール２ａと第二発光モジュール２ｂをそれぞれ囲繞して、基板本体１０上方に位置する少なくとも二つのコロイド位置限定スペース３００を形成する。なお少なくとも二つの環状フレームコロイド３０は、異なる設計に合わせて、互いに分離、または連結させることができ、直列に並べることも、並列に並べることもできる。本発明の実施例１を例に挙げると、少なくとも二つの環状フレームコロイド３０は、相互に所定の距離を離して設けるとともに、基板本体１０上に並列して並べられている。
各環状フレームコロイド３０の表面は円弧形であり、基板本体１０の表面に対する環状フレームコロイド３０の円弧形状の切線Ｔの角度θは４０から５０度の間であり、基板本体１０の表面に対する各環状フレームコロイド３０の頂面の高さｈは０．３から０．７ｍｍの間であり、各環状フレームコロイド３０底部の幅は１．５から３ｍｍの間であり、各環状フレームコロイド３０のチクソトロピー指数（ｔｈｉｘｏｔｒｏｐｉｃ ｉｎｄｅｘ）は４から６の間であり、各環状フレームコロイド３０は、無機添加物を配合した白色の熱硬化性フレームコロイド（不透明コロイド）である。
各環状フレームコロイド３０の製作方法は、以下の手順からなる。まず、基板本体１０の表面に液状ゴム材料（図示せず）を環状に塗布する（液状ゴム材料は随意に環状に塗布して所定の形状にする。液状ゴム材料を基板本体１０の表面に塗布する圧力は３５０から４５０ｋｐａの間であり、液状ゴム材料を基板本体１０の表面に塗布する速度は５から１５ｍｍ／ｓの間であり、液状ゴム材料を基板本体１０の表面に環状に塗布する際の始点と終点は同じ位置である）。最後に、液状ゴム材料を固化させて環状フレームコロイド３０を形成させ、さらに、環状フレームコロイド３０でチップ載置領域１１に設けられた発光ダイオードチップ（２０ａ或いは２０ｂ）を囲繞して、基板本体１０の上方に位置するコロイド位置限定スペース３００を形成させる。液状ゴム材料は、ベーキングによって固化し、ベーキングの温度は１２０から１４０度の間であり、ベーキングの時間は２０から４０分の間である。
パッケージユニット４は、基板本体１０の表面に成形するとともに第一発光モジュール２ａと第二発光モジュール２ｂを覆う、少なくとも一つの第一透明パッケージコロイド４０ａと少なくとも一つの第二透明パッケージコロイド４０ｂを具える。第一透明パッケージコロイド４０ａと第二透明パッケージコロイド４０ｂは、それぞれコロイド位置限定スペース３００内に位置が限定され、第一透明パッケージコロイド４０ａと第二透明パッケージコロイド４０ｂの表面はいずれも凸面である。
なお、第一発光ダイオードチップ２０ａと第二発光ダイオードチップ２０ｂから生じる光波長は４００ｎｍから５００ｎｍの間である。
第一発光構造Ｎ１は、基板本体１０と、複数の第一発光ダイオードチップ２０ａと、環状フレームコロイド３０と、第一透明パッケージコロイド４０ａからなり、各第一発光ダイオードチップ２０ａは青色発光ダイオードチップであり、第一透明パッケージコロイド４０ａは第一の色を具える蛍光コロイドであり、第一発光ダイオードチップ２０ａから発生する光束は、第一透明パッケージコロイド４０ａを通過し、色温度が約３０００±５００Ｋの黄色光束を発生する。
また、第二発光構造Ｎ２は、基板本体１０と、複数の第二発光ダイオードチップ２０ｂと、環状フレームコロイド３０と、第二透明パッケージコロイド４０ｂからなり、各第二発光ダイオードチップ２０ｂは青色発光ダイオードチップであり、第二透明パッケージコロイド４０ｂは第二の色を具える蛍光コロイドであり、第二発光ダイオードチップ２０ｂから発生する光束は、第二透明パッケージコロイド４０ｂを通過して、色温度が約６５００±５００Ｋの白色光束を発生する。
第一発光構造Ｎ１と第二発光構造Ｎ２はそれぞれ線状の黄色の光と白色の光を発生させ、この二本の黄色の光と白色の光は相互に混じり合う事により演色性が向上する。また、第一発光構造Ｎ１と第二発光構造Ｎ２は、線状の"赤色の光と白色の光"或いは"赤色の光と緑色の光"をも発生させる。
また、異なる設計の需要に応じて、第一発光構造Ｎ１と第二発光構造Ｎ２は、同一の基板モジュール１を共用することも（実施例１で挙げた例を参照）、それぞれ異なる基板モジュールを使用することもでき、第一発光構造Ｎ１と第二発光構造Ｎ２を組み合わせて本発明の混光式発光ダイオードのパッケージ構造Ｍとなる。
（実施例２）
図２Ａと図２Ｂに示すように、本発明の実施例２による演色性を向上させることができる混光式発光ダイオードのパッケージ構造Ｍは、基板モジュール１と、発光ユニットと、フレームユニット３と、パッケージユニット４とによって構成される。発光ユニットは、第一の色温度の光を生じる少なくとも一つの第一発光モジュール２ａと、第二の色温度の光を生じる少なくとも一つの第二発光モジュール２ｂを具える。本発明の実施例２と実施例１の最大の違いは、実施例２においては少なくとも二つの環状フレームコロイド３０を並列に並べ、しかも相互に連結させる点にある。
（実施例３）
図３Ａと図３Ｂに示すように、各環状フレームコロイド３０はいずれも蛍光コロイドにすることができる。言い換えると、本発明は、異なる需要に応じて、各環状フレームコロイド３０に蛍光粉を選択的に添加することができ、それにより、パッケージユニット４の第一透明パッケージコロイド４０ａと第二透明パッケージコロイド４０ｂの間の輝度を向上させるすることが可能になる。
図４Ａと図４Ｂに示すように、基板本体１０は、基板ユニット１０ａと、基板ユニット１０ａ上に設けられた導電ユニット１０ｂとを具える。導電ユニット１０ｂは、少なくとも一つの第一導電素子Ａと、複数の第二導電素子Ｂと、少なくとも一つの第三導電素子Ｃとによって構成される。第一導電素子Ａ、第二導電素子Ｂ、及び第三導電素子Ｃは、相互に所定の距離を離して設ける。言い換えると、第一導電素子Ａ、第二導電素子Ｂ、及び第三導電素子Ｃは、相互に組み合わせるが、相互に接触はさせない。また第一発光ダイオードチップ２０ａ、及び第二発光ダイオードチップ２０ｂは、導電ユニット１０ｂに選択的に設ける。また、導電ユニット１０ｂに導電はんだパッドＰを設けても良い。なお、第一導電素子Ａ、第二導電素子Ｂ、及び第三導電素子Ｃは相互に組み合わせるが相互に接触はさせないため、第一発光ダイオードチップ２０ａと第二発光ダイオードチップ２０ｂは領域ごとに点灯させることができる。この構造により、本発明は領域ごとに点灯できる機能を達成する。
また、第一導電素子Ａは第一魚骨形延伸部Ａ１を具え、各第二導電素子Ｂは、第二魚骨形延伸部Ｂ１と、第二魚骨形延伸部Ｂ１の末端から外側に延伸して形成された第一連結部Ｂ２と、第一連結部Ｂ２を貫通する第一魚骨形開口Ｂ３を具え、第三導電素子Ｃは、第二連結部Ｃ１と、第二連結部Ｃ１を貫通する第二魚骨形開口Ｃ２を具える。第一魚骨形延伸部Ａ１は、一つ目の第二導電素子Ｂの第一魚骨形開口Ｂ３内に収容し、最後の第二導電素子Ｂの第二魚骨形延伸部Ｂ１は、第三導電素子Ｃの第二魚骨形開口Ｃ２内に収容し、残りの第二導電素子Ｂの各第二魚骨形延伸部Ｂ１は、隣接する第二導電素子Ｂの第一魚骨形開口Ｂ３内に収容する。
また、第一導電素子Ａは、第一魚骨形延伸部Ａ１と実質的に平行であり且つ第三導電素子Ｃの方向へ延伸する第一外周延伸部Ａ２を具え、第三導電素子Ｃは、第一外周延伸部Ａ２と実質的に平行であり且つ第一導電素子Ａの方向へ延伸する第二外周延伸部Ｃ３を具える。
図４Ｃに示すように、各第一発光ダイオードチップ２０ａの陽極と陰極はいずれも各第一発光ダイオードチップ２０ａの表面に設け、二本の導線Ｗによって各二つの導電はんだパッドＰに電気的に接続する。また、各第二発光ダイオードチップ２０ｂの陽極と陰極はいずれも各第二発光ダイオードチップ２０ｂの表面に設け、二本の導線Ｗによって各二つの導電はんだパッドＰに電気的に接続する。
図４Ｄと図４Ｅに示すように、各第一発光ダイオードチップ２０ａの二つの電極Ｓは、各第一発光ダイオードチップ２０ａの上表面と下表面にそれぞれ設けるとともに、各導線Ｗと各導電体ｂ（例えば、はんだ屑）によって二つの導電はんだパッドＰに電気的にそれぞれ接続する。なお、各第二発光ダイオードチップ２０ｂを導電させる方法は、上述した第一発光ダイオードチップ２０ａと同じである。
以上のように、本発明の混光式発光ダイオードのパッケージ構造は、「高い色温度の光を生じさせることが可能な発光ダイオード」と「低い色温度の光を生じさせることが可能な発光ダイオード」を並列に並べる（類似の二本の発光線を接近させて並列に並べる）ことで、演色性を向上させることができる。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
本発明の実施例１を示した平面図である。 本発明の実施例１を示した側面断面図である。 本発明の実施例２を示した平面図である。 本発明の実施例２を示した側面断面図である。 本発明の実施例３を示した平面図である。 本発明の実施例３を示した側面断面図である。 本発明の基板本体の導電ユニットを示した分解図である。 本発明の基板本体の導電ユニットを組み立てた状態を示した説明図である。 図４ＢのＸ部分の拡大図である（第一のチップのワイヤボンディング方式を使用）。 図４ＢのＸ部分の拡大図である（第二のチップのワイヤボンディング方式を使用）。 第二のチップのワイヤボンディング方式を示した側面図である。
Ｍ 発光ダイオードのパッケージ構造
Ｎ１ 第一発光構造
Ｎ２ 第二発光構造
１ 基板モジュール
１０ 基板本体
１０ａ 基板ユニット
１０ｂ 導電ユニット
１００ 回路基板
１０１ 放熱層
１０２ 導電はんだパッド
１０３ 絶縁層
１１ チップ載置領域
２ａ 第一発光モジュール
２０ａ 第一発光ダイオードチップ
２ｂ 第二発光モジュール
２０ｂ 第二発光ダイオードチップ
３ フレームユニット
３０ 環状フレームコロイド
３００ コロイド位置限定スペース
Ｔ 円弧形状の切線
θ 角度
ｈ 高さ
４ パッケージユニット
４０ａ 第一透明パッケージコロイド
４０ｂ 第二透明パッケージコロイド
Ａ 第一導電素子
Ａ１ 第一魚骨形延伸部
Ａ２ 第一外周延伸部
Ｂ 第二導電素子
Ｂ１ 第二魚骨形延伸部
Ｂ２ 第一連結部
Ｂ３ 第一魚骨形開口
Ｃ 第三導電素子
Ｃ１ 第二連結部
Ｃ２ 第二魚骨形開口
Ｃ３ 第二外周延伸部
Ｗ 導線
Ｐ 導電はんだパッド
Ｓ 電極
ｂ 導電体

Claims (7)

  1. 基板モジュールと、発光ユニットと、フレームユニットと、パッケージユニットとによって構成される、演色性を向上させることができる混光式発光ダイオードのパッケージ構造において、
    前記基板モジュールは、基板本体と、前記基板本体の表面に設けられた少なくとも二つのチップ載置領域を具え、
    前記発光ユニットは、第一の色温度の光を生じる少なくとも一つの第一発光モジュールと、第二の色温度の光を生じる少なくとも一つの第二発光モジュールを具え、前記第一発光モジュールは、前記基板モジュール内の一つの前記チップ載置領域に電気的に接続される複数の第一発光ダイオードチップを具え、前記第二発光モジュールは、前記基板モジュールの内の別の前記チップ載置領域に電気的に接続される複数の第二発光ダイオードチップを具え、前記各第一発光ダイオードチップと前記各第二発光ダイオードチップはいずれも青色発光ダイオードチップであり、
    前記フレームユニットは、環状に塗布されることによって前記基板本体の表面に成形される少なくとも二つの環状フレームコロイドを具え、前記少なくとも二つの環状フレームコロイドは、前記第一発光モジュールと前記第二発光モジュールをそれぞれ囲繞して、前記基板本体の上方に位置する少なくとも二つのコロイド位置限定スペースをそれぞれ形成し、
    前記パッケージユニットは、前記基板本体の表面に成形されるとともに前記第一発光モジュールと前記第二発光モジュールを覆う、少なくとも一つの第一透明パッケージコロイドと少なくとも一つの第二透明パッケージコロイドとを具え、前記第一透明パッケージコロイドと前記第二透明パッケージコロイドは、前記少なくとも二つのコロイド位置限定スペース内に位置が限定されることを特徴とする、演色性を向上させることができる混光式発光ダイオードのパッケージ構造。
  2. 前記少なくとも一つの第一透明パッケージコロイドは、第一の色を具える蛍光コロイドであり、前記第一発光ダイオードチップから発生する光束は、前記第一透明パッケージコロイドを通過し、色温度が約３０００±５００Ｋの黄色光束を発生し、前記少なくとも一つの第二透明パッケージコロイドは、第二の色を具える蛍光コロイドであり、前記第二発光ダイオードチップから発生する光束は、前記第二透明パッケージコロイドを通過し、色温度が約６５００±５００Ｋの白色光束を発生し、前記第一発光ダイオードチップと前記第二発光ダイオードチップから生じる光波長は４００ｎｍから５００ｎｍの間であることを特徴とする、請求項１に記載の演色性を向上させることができる混光式発光ダイオードのパッケージ構造。
  3. 前記少なくとも一つの第一発光モジュールから発生される前記第一の色温度の光は、前記少なくとも一つの第二発光モジュールから発生される前記第二の色温度の光より小さく、前記少なくとも二つの環状フレームコロイドはいずれも蛍光コロイドであることを特徴とする、請求項１に記載の演色性を向上させることができる混光式発光ダイオードのパッケージ構造。
  4. 前記少なくとも二つの環状フレームコロイドは、相互に分離させるか或いは相互に連結され、また、前記少なくとも二つの環状フレームコロイドは直列、或いは並列に並べられることを特徴とする、請求項１に記載の演色性を向上させることができる混光式発光ダイオードのパッケージ構造。
  5. 前記各環状フレームコロイドの表面は円弧形であり、前記基板本体の表面に対する前記各環状フレームコロイドの円弧形状の切線の角度は４０から５０度の間であり、前記基板本体の表面に対する前記各環状フレームコロイドの頂面の高さは０．３から０．７ｍｍの間であり、前記各環状フレームコロイドの底部の幅は１．５から３ｍｍの間であり、前記各環状フレームコロイドのチクソトロピー指数（ｔｈｉｘｏｔｒｏｐｉｃ ｉｎｄｅｘ）は４から６の間であり、前記各環状フレームコロイドは、無機添加物が配合された白色の熱硬化性フレームコロイドであることを特徴とする、請求項１に記載の演色性を向上させることができる混光式発光ダイオードのパッケージ構造。
  6. 前記基板本体は、基板ユニットと、前記基板ユニットに設けられた導電ユニットとを具え、前記導電ユニットは、少なくとも一つの第一導電素子と、複数の第二導電素子と、少なくとも一つの第三導電素子とを具え、前記第一導電素子、前記第二導電素子、及び前記第三導電素子は相互に所定の距離を離して設けられ、前記第一発光ダイオードチップと前記第二発光ダイオードチップは、前記導電ユニットに選択的に設けられることを特徴とする、請求項１に記載の演色性を向上させることができる混光式発光ダイオードのパッケージ構造。
  7. 前記少なくとも一つの第一導電素子は第一魚骨形延伸部を具え、前記各第二導電素子は、第二魚骨形延伸部と、前記第二魚骨形延伸部の末端から外側に延伸して形成された第一連結部と、前記第一連結部を貫通する第一魚骨形開口を具え、前記第三導電素子は、第二連結部と、前記第二連結部を貫通する第二魚骨形開口を具え、前記第一魚骨形延伸部は、一つ目の前記第二導電素子の前記第一魚骨形開口内に収容され、最後の前記第二導電素子の前記第二魚骨形延伸部は、前記第三導電素子の前記第二魚骨形開口内に収容され、残りの前記第二導電素子の各前記第二魚骨形延伸部は、隣接する前記第二導電素子の前記第一魚骨形開口内に収容されることを特徴とする、請求項６に記載の演色性を向上させることができる混光式発光ダイオードのパッケージ構造。
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