JP2012015558A - 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】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

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。

従来のＬＥＤパッケージを図示した例示図である。 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ある。 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。 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。 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。 本発明の第２実施例による発光ダイオードパッケージの断面図である。 本発明の第３実施例による発光ダイオードパッケージの断面図である。 本発明の第４実施例による発光ダイオードパッケージの断面図である。

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

Claims (16)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 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。
14. 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。
15. 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。
16. 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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