JP2012142540A - 発光ダイオードパッケージ構造およびその製造方法 - Google Patents

発光ダイオードパッケージ構造およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 発光ダイオードパッケージ構造の光抽出率および信頼性を維持した上で、製造工程を簡単にし、製造コストを大幅に削減する発光ダイオードパッケージ構造およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 発光ダイオードパッケージ構造は、基板と、少なくとも一つの発光ダイオードダイと、レンズと、型内装飾（In-Mold Decoration；IMD）膜とを含む。発光ダイオードダイは、基板上に固定されている。レンズは、基板から突出するように設けられ、かつ、発光ダイオードダイを覆う。型内装飾膜は、レンズに付着している。また、型内装飾膜は、レンズの上に位置されている蛍光体層と、蛍光体層の上に位置されている表面処理層とを含む。
【選択図】 図４Ｇ

Description

本発明は、発光ダイオード（Light Emitting Diode；LED）パッケージ構造およびその製造方法に関し、特に型内装飾（In-Mold Decoration；IMD）膜を用いて製造した発光ダイオードおよびその製造方法に関する。
省エネ、省電力が重視されているため、発光ダイオード照明は、もっとも関心が集まる領域の一つとなっている。図１〜３は、従来技術に基づいて製造される３種類の発光ダイオードパッケージ構造の一部を示す概略図である。そこで、図１に示す発光ダイオードパッケージ構造１００のパッケージング方法は、従来続けられている一様分布（uniform distribution）技術を用いて、蛍光体１０１を均一に基材１０４の表面の封止体１０２の中に分散させる方法である。
上述した蛍光体の塗布方法は、蛍光体１０１の分散の均一性を制御しにくいため、高い色均一性および高いルーメン（lumen）出力の需要に応えられない。このため、本業界では、電気泳動被覆技術を用いて、蛍光体１０１を発光ダイオードダイ１０３の周りに分布させることにより、発光ダイオードダイ１０３の表面に均一な厚さを有する共形的な塗布（conformal distribution）構造を形成する技術が発展するようになった。図２に示す発光ダイオードパッケージ構造２００において、蛍光体１０１は、共形的な塗布方法で塗布される。共形的な塗布方法を用いて蛍光体１０１を塗布することの利点は、蛍光体１０１の青色光を均一な白色光に転換することができ、かつ、色を制御しやすいことにある。
しかし、電気泳動被覆による製造コストが高いため、部品の販売価格を下げるのに不利である。また、蛍光体１０１の共形的な塗布構造は直接に発光ダイオードダイ１０３に付着しているため、蛍光体１０１の面積あたりの受光量が低い。また、蛍光体１０１と部品の光出射面との距離が短いため、黄色または緑色の蛍光体からの発光は、出射する前に赤色の蛍光体に吸収されやすく、これによって発光ダイオードの光抽出率が低下する。
本業者は、発光ダイオードの光抽出率を改善するために、他に、遠隔蛍光体配置（remote phosphor configuration）技術を用いて蛍光体を塗布した。図３は、遠隔蛍光体配置法により製造された発光ダイオードパッケージ構造３００を示す。遠隔蛍光体配置技術により、発光ダイオードパッケージ構造３００の封止体１０２に蛍光体層３０１が塗布される。ここで、発光ダイオードダイ１０３と蛍光体層３０１とは直接に接触せず、その間に空間的隔離（spatial separation）が存在する。これにより、発光ダイオードダイ１０３の発光が再吸収（re-absorption）される現象が低減され、発光ダイオードパッケージ構造３００の光抽出率が向上される。他に、空間的隔離により、蛍光体層３０１は、発光ダイオードダイ１０３から離れているため、発光ダイオードダイ１０３からの高温で蛍光体層３０１が劣化することを防止でき、発光ダイオードパッケージ構造３００の信頼性に影響を与えない。
また、発光ダイオードパッケージ構造３００の光束を増大させるために、通常、パッケージ完成後の発光ダイオードパッケージ構造３００に、レンズ構造３１０を設ける。しかし、そのような構造を利用する場合は、まず封止体１０２により発光ダイオードダイ１０３を封止し、さらに蛍光体層３０１により封止体１０２の表面を覆う。その後、レンズ構造３１０を蛍光体層３０１に設ける。このように、構造が複雑化するのみならず、二回以上の鋳造（molding）工程が必要になるため、製造工程が比較的に複雑になり、これにより製造コストが下がらない。
したがって、発光ダイオードパッケージ構造の光抽出率および信頼性を維持した上で、製造工程を簡単にすることにより、製造コストを大幅に削減する、新規な発光ダイオードパッケージ構造およびその製造方法を提供することが必要である。
以上を鑑みて、本発明の一つの目的は、基板と、少なくとも一つの発光ダイオードダイと、レンズと、型内装飾（In-Mold Decoration；IMD）膜とを含む発光ダイオードパッケージ構造を提供することにある。発光ダイオードダイは、基板の表面に固定されている。レンズは、基板の表面から突出するように設けられており、かつ、発光ダイオードダイを覆う。型内装飾膜は、レンズに付着しており、かつ、少なくともレンズの上に位置されている蛍光体層と、蛍光体層の上に位置されている表面処理層とを含む。
本発明の一つの実施例では、レンズは、透明封止材料からなる。本発明のいくつかの実施例において、透明封止材料は、エポキシ樹脂またはシリカゲルを固めることにより形成される。一つの好ましい実施例において、レンズは、表面が円弧形である。
本発明の一つの実施例では、表面処理層は、シリカゲル層、エポキシ樹脂層、またはそれ以外の水気及び酸素を遮断可能な透明材料である。
本発明のもう一つの目的は、以下の工程を含む発光ダイオードパッケージ構造の製造方法を提供することにある。すなわち、まず、少なくとも一つの発光ダイオードダイが固定されている基板を提供し、また、蛍光体層と該蛍光体層の上に位置されている表面処理層とを含む型内装飾膜を提供する。次に、型内装飾膜を変形させることにより、表面処理層を外壁とする少なくとも一つの凹室を形成する。続いて、透明封止材料を凹室に充填してから、基板と型内装飾膜とを結合させることにより、発光ダイオードダイが凹室の中に位置されると共に透明封止材料により覆われるようにする。その後、透明封止材料を固めることにより、レンズを形成する。
本発明の一つの実施例では、型内装飾膜は、支持層と、支持層の上に位置されている剥離膜と、剥離膜の上に位置されている表面処理層と、表面処理層の上に位置されている蛍光体層とを含む。本発明の好ましい実施例において、型内装飾膜は、さらに蛍光体層の上に位置されている粘着層を含む。
本発明の一つの実施例では、本発明の発光ダイオードパッケージ構造の製造方法は、レンズを形成してから、剥離膜を剥離させることにより、支持層と、レンズに付着している表面処理層および蛍光体層とを分離させる工程をさらに含む。
本発明の一つの実施例において、透明封止材料は、エポキシ樹脂またはシリカゲルである。
本発明は、発光ダイオードパッケージ構造およびその製造方法を提供する。本発明の発光ダイオードパッケージ構造の製造方法は、パッケージの外層として蛍光体層と表面処理層とを含む型内装飾膜を用いる。一回の封止材料の鋳造工程によれば、従来の遠隔蛍光体配置法で期待できた光学効果を奏することができると共に、発光ダイオードパッケージ構造は、レンズ構造を有するため、光束が増大される。発光ダイオードのパッケージ工程を簡単にすることができると共に、製造コストを大幅に削減し、かつ、発光ダイオードパッケージ構造の光抽出率および信頼性をも維持できるため、上述した本発明の目的を達成することができる。
以下、本発明の上述した目的又は他の目的、特徴及び効果を理解してもらうため、好ましい実施例と図面を挙げて、詳細に説明する。
図１は、従来技術に係る発光ダイオードパッケージ構造を示す概略断面図である。 図２は、従来技術に係る発光ダイオードパッケージ構造を示す概略断面図である。 図３は、従来技術に係る発光ダイオードパッケージ構造を示す概略断面図である。 図４Aは、本発明の一つの実施例に係る発光ダイオードパッケージ構造の製造工程を示す断面図である。 図４Bは、本発明の一つの実施例に係る発光ダイオードパッケージ構造の製造工程を示す断面図である。 図４Cは、本発明の一つの実施例に係る発光ダイオードパッケージ構造の製造工程を示す断面図である。 図４Dは、本発明の一つの実施例に係る発光ダイオードパッケージ構造の製造工程を示す断面図である。 図４Eは、本発明の一つの実施例に係る発光ダイオードパッケージ構造の製造工程を示す断面図である。 図４Fは、本発明の一つの実施例に係る発光ダイオードパッケージ構造の製造工程を示す断面図である。 図４Gは、図４Ｆに示す発光ダイオードパッケージ構造の一部を示す拡大断面図である。
本発明の目的は、発光ダイオードパッケージ構造およびその製造方法を提供することにある。図４Ａ〜４Ｆを参照すると、図４Ａ〜４Ｆは、本発明の一つの実施例に係る発光ダイオードパッケージ構造４００の製造工程を示す断面図である。そこで、発光ダイオードパッケージ構造４００の製造方法は、以下の工程を含む。まず、基板４０４を提供する。図４Ａに示すように、基板４０４には、少なくとも一つ（複数個であっても良い）の発光ダイオードダイ４０３が固定されている。
同時に、少なくとも蛍光体層４０１と表面処理層４０６とを含む可撓性型内装飾膜４０を提供する。本実施例において、可撓性型内装飾膜４０は、図４Ｂに示すように、支持層４０８と、支持層４０８の上に位置されている剥離膜４０７と、剥離膜４０７の上に位置されている表面処理層４０６と、表面処理層４０６の上に位置されている蛍光体層４０１と、蛍光体層４０１の上に位置されている粘着層４０５とを含む。本発明のいくつかの実施例では、型内装飾膜４０の粘着層４０５は、必ずしも必須ではない。
そこで、支持層４０５には、可撓性プラスチック材料を用いるのが好ましい。例えば、テレフタル酸ポリエチレン（Polyethylene terephthalate；PET）またはそれに類似する性質を持つ高分子材料を用いることができる。剥離膜４０７は、例えば、ポリシロキサン材料からなる。剥離膜４０７は、応力、熱、または光照射を受けた後、支持層４０８を型内装飾膜４０から剥離させることができる。表面処理層４０６は、傷防止および防水の効果を発揮するような硬さおよび防湿の特性を持つ必要がある。本発明のいくつかの実施例では、表面処理層４０６は、シリカゲル層またはエポキシ樹脂層であるのが好ましい。蛍光体層４０１は、蛍光体を混合した粘着剤を支持層４０８に塗布して形成するのが好ましい。本発明のいくつかの実施例では、蛍光体層４０１は、印刷または塗布により支持層４０８に塗布された薄膜であり、可視光励起の効果を奏する。
次に、型内装飾膜４０を変形させ、表面処理層４０６を外壁とする少なくとも一つの凹室４１１を形成する。本発明のいくつかの実施例において、型内装飾膜４０を変形させる工程では、金型を用いて型内装飾膜４０に対して加圧成形を行う。本実施例において、真空ポンプにより、図４Ｃに示すように、型内装飾膜４０と金型４０９とを同じ型にする。本発明の実施例において、金型４０９は、表面が円弧形であるため、型内装飾膜４０が形成する凹室４１１も円弧形である。
続いて、図４Ｄに示すように、透明封止材料４０２を上記凹室４１１に充填する。本発明のいくつかの実施例では、透明封止材料４０２は、溶融エポキシ樹脂からなる。しかし、エポキシ樹脂は、発光ダイオードの高温により劣化（黄変）が起きるため、輝度減衰の問題を来す。したがって、好ましい実施例においては、透明封止材料４０２の材料として、高屈折率、高耐熱性、絶縁性、化学安定性、高透光度（波長範囲３００~７００ｎｍ）、および高信頼性などの特性を持つシリカゲルを用いる。
その後、図４Ｅに示すように、発光ダイオードダイ４０３が凹室４１１の中に位置されるように、基板４０４と型内装飾膜４０とを結合させ、発光ダイオードダイ４０３が透明封止材料４０２により覆われるようにする。本実施例において、図４Ｄに示すように、表面に少なくとも一つの発光ダイオードダイ４０３が固定されている基板４０４は、治具４１により吸引されてから、金型４０９に固定されると共に、透明封止材料４０２が充填されている型内装飾膜４０に結合される。そこで、凹室４１１のそれぞれには、発光ダイオードパッケージ構造４００の設計ニーズに基づいて、少なくとも一つの（複数個であっても良い）発光ダイオードダイ４０３が固定されている。
続いて、透明封止材料４０２を固めることにより、レンズ４１０を形成する。また、結合されている基板４０４と型内装飾膜４０とを金型４０９から離す。さらに、応力、熱、または光照射により、支持層４０８を型内装飾膜４０から剥離させ、図４Ｆに示すように、少なくとも一つの発光ダイオードパッケージ構造４００を形成する。
図４Ｇを参照しますと、それは図４Ｆに示す発光ダイオードパッケージ構造４００の構造を示す拡大図である。上述した実施例により製造された発光ダイオードパッケージ構造４００は、表面に少なくとも一つの発光ダイオードダイ４０３が固定されている基板４０４と、透明封止材料４０２を固めることにより形成されたレンズ４１０と、レンズに付着する型内装飾膜４０とを含む。ここで、型内装飾膜４０は、少なくともレンズ４１０の上に位置されている蛍光体層４０１と、蛍光体層４０１の上に位置されている表面処理層４０６とを含む。レンズ４１０は、基板４０４の表面から突出するように設けられると共に、発光ダイオードダイ４０３を完全に覆っている。
本発明の実施例において、表面処理層４０６は、シリカゲルからなるのが好ましく、蛍光体層４０１は、薄い層であるのが好ましい。また、本発明のいくつかの実施例において、レンズ４１０の材料の特性に基づいて、蛍光体層４０１とレンズ４１０との間に、粘着層４０５を加えることができる。透明封止材料４０２を固めることにより形成されたレンズ４１０は、シリカゲルからなることが好ましい。
本発明は、発光ダイオードパッケージ構造およびその製造方法を提供する。ここで、発光ダイオードパッケージ構造の製造方法は、以下の工程を含む。すなわち、パッケージの外層として蛍光体層と表面処理層とを含む型内装飾膜を用い、表面処理層を変形させ外壁として少なくとも一つの凹室を形成し、凹室の中に透明封止材料を充填し、一回の封止材料の鋳造工程により、直接に発光ダイオードダイを透明封止材料がなるレンズの中に封止する。
すなわち、一回のみの封止材料の鋳造工程によれば、発光ダイオードパッケージ構造は、従来の遠隔蛍光体配置法で期待できた光学効果を奏することができると共に、レンズ構造を有するため、光束が増大される。発光ダイオードのパッケージ工程を簡単にすることができると共に、製造コストを大幅に削減し、かつ、発光ダイオードパッケージ構造の光抽出率および信頼性をも維持できるため、上述した本発明の目的を達成することができる。
以上のように本発明の好ましい実施例により本発明を開示したが、本発明は、上記内容により制限されない。当業者は、本発明の主旨及び開示範囲から離れることなく、様々な変更及び置き換えを行うことが可能である。したがって、本発明の保護範囲は、添付されている以下の特許請求の範囲により定義される。
４０ 型内装飾膜
４１ 治具
４００ 発光ダイオードパッケージ構造
４０１ 蛍光体層
４０２ 透明封止材料
４０３ 発光ダイオードダイ
４０４ 基板
４０５ 粘着層
４０６ 表面処理層
４０７ 剥離膜
４０８ 支持層
４０９ 金型
４１０ レンズ
４１１ 凹室

Claims (10)

  1. 基板と、
    該基板上に固定されている少なくとも一つの発光ダイオードダイと、
    該基板から突出するように設けられ、該発光ダイオードダイを覆うレンズと、
    該レンズに付着する型内装飾（In-Mold Decoration；IMD）膜と、を含み、
    該型内装飾膜は、該レンズの上に位置されている蛍光体層と、該蛍光体層の上に位置されている表面処理層とを含むことを特徴とする発光ダイオードパッケージ構造。
  2. 該レンズは、透明封止材料からなる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構造。
  3. 該透明封止材料は、エポキシ樹脂またはシリカゲルを固めることにより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パッケージ構造。
  4. 該レンズは、表面が円弧形である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構造。
  5. 該表面処理層は、シリカゲル層またはエポキシ樹脂層である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構造。
  6. 少なくとも一つの発光ダイオードダイが固定されている基板を提供する工程と、
    蛍光体層と該蛍光体層の上に位置されている表面処理層とを含む型内装飾膜を提供する工程と、
    該型内装飾膜を変形させることにより、該表面処理層を外壁とする少なくとも一つの凹室を形成する工程と、
    透明封止材料を該凹室に充填する工程と、
    該基板と該型内装飾膜とを結合させることにより、該発光ダイオードダイが該凹室の中に位置されると共に該透明封止材料により覆われるようにする工程と、
    該透明封止材料を固めることにより、レンズを形成する工程と、を含む発光ダイオードパッケージ構造の製造方法。
  7. 該型内装飾膜は、支持層と、該支持層の上に位置されている剥離膜と、該剥離膜の上に位置されている表面処理層と、該表面処理層の上に位置されている蛍光体層とを含むことを特徴とする請求項６に記載の発光ダイオードパッケージ構造の製造方法。
  8. 該型内装飾膜は、該蛍光体層の上に位置されている粘着層をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の発光ダイオードパッケージ構造の製造方法。
  9. 該レンズを形成してから、該剥離膜を剥離させることにより、該支持層と、該レンズに付着している該表面処理層および該蛍光体層とを分離させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の発光ダイオードパッケージ構造の製造方法。
  10. 該透明封止材料は、エポキシ樹脂またはシリカゲルであることを特徴とする請求項６に記載の発光ダイオードパッケージ構造の製造方法。
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