JP2012515440A - 複数配列された発光素子のパッケージ - Google Patents

Abstract

色忠実度及び放熱を向上させ、電流制御を改善し、パッケージアセンブリの剛性を高める、複数の発光素子のパッケージを開示する。一実施形態において、パッケージは、表面実装デバイスと、第１主面から内部へと延在する空洞部を有する筐体とを備える。リードフレームは、少なくとも一部が筐体内に封止され、リードフレームは、複数の発光素子デバイス（ＬＥＤ）の直線状の配列を配置する導電部を複数有する。ＬＥＤを配置する部分とは別の導電部は、接続パッドを有し、ＬＥＤは、例えば、ワイヤーボンディングにより、接続パッドと電気的に接続される。このリードフレームの配置により、電気信号をそれぞれ、各ＬＥＤに印加することができる。発光素子パッケージは、実質的に防水であってもよく、発光素子パッケージのアレイは、屋内及び／又は屋外のＬＥＤスクリーンのようなＬＥＤディスプレイに使用されてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、概して、複数発光素子のパッケージに関し、特に、発光の均一性を改善するべく配列された複数の発光素子を有する表面実装パッケージに関する。

近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）技術に大幅な改善がなされ、ＬＥＤの輝度が向上し、色忠実度が導入された。改良されたＬＥＤ及び改良された画像処理技術によって、大型化フルカラーＬＥＤビデオスクリーンが実現し、現在では市場で入手可能となっている。大型ＬＥＤディスプレイは、通常、隣接する画素間の距離又は"ピクセルピッチ"で決まる画素の解像度を提供する個別のＬＥＤパネルの組み合わせを有する。

離れた距離から観察されることを意図して屋外で使用されるディスプレイは、相対的に大きなピクセルピッチを有し、多くの場合、個別のＬＥＤアレイを含む。個別ＬＥＤアレイでは、個別に搭載される赤、緑及び青のＬＥＤは、観察者にとってフルカラーの画素であるように認識されるように形成され、駆動される。一方、屋内のスクリーンの場合には、例えば、３ｍｍ以下である小さなピクセルピッチが要求され、複数の表面実装デバイス（ＳＭＤ）又はその他の種類の発光素子のパッケージを備え、それぞれが画素を規定している。発光素子パッケージは、赤、緑及び青色に発光するＬＥＤを備え、発光された光が組み合わせられて、所望の波長の光又は所望の色の光が生成される。

屋内及び屋外のディスプレイは共に、軸外角度の大部分の範囲、例えば、１４５°以上の範囲にわたって、視認可能である。従来の発光素子パッケージにおけるＬＥＤ中には、異なる観察角によって異なる発光特性となってしまうという問題があった。このようなパッケージにおけるＬＥＤは、パッケージ中心に又は中心付近に塊で配置され、様々な観察角を考えると、観察者に最も近い特定のＬＥＤが、より強い光を発するように感じられると考えられる。例えば、赤色ＬＥＤが観察者に最も近くなる形態でパッケージが視認されると、パッケージを直接観察した時と比較して、赤色の光が顕著となる。同様のことが、青色ＬＥＤ及び緑色ＬＥＤにも言える。したがって、パッケージによって生成される色は、観察する角度によって、異なって認識される。

また、従来の発光素子パッケージは、視野角が大きくなると、認識される色忠実度に損失が発生するという問題があった。加えて、発光素子パッケージそれぞれの材料、及び／又は各ＬＥＤをパッケージ内に搭載するのに使用される材料が、反射する性質を有することにより、望ましくない光の反射及び／又はぎらつきが発生し、色忠実度をさらに低下させていた。

ＳＭＤのような発光素子パッケージが、ダイオード又はパワートランジスタのような、集積回路を含むか個別部品（ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を含むかに関わらず、発光素子パッケージは発熱し、特に、高出力デバイスで発熱量が大きくなる。通常は、部品の劣化又は故障を早めてしまうのを防ぐために、発生した熱を放熱させる必要がある。動作回路又は部品の結合側の動作温度を、目標とする温度（例えば、１１０℃以下）に維持するべく、熱を十分に発散させるために、熱管理部品が更に必要となる。一般的に、熱伝導を含む様々な熱管理方法が採用されている。電子パッケージにおける熱を放熱させる熱伝導を実装する従来の方法の１つは、デバイスのリード線に沿って熱が伝わるようにすることである。しかしながら、リード線は、効果的な放熱を提供するのに十分な質量又は露出面積を有していない場合が多い。例えば、電磁スペクトルの可視光部分で主に発光する高輝度ＬＥＤは、従来の技術では放熱させるのが難しいような大量の発熱を伴う。

本発明は、様々な観察角度において改良された色発光均一性を提供する、発光素子パッケージのリードフレーム、発光素子パッケージ及びＬＥＤスクリーンを提供する。本発明はまた、パッケージにおける発光素子の電流制御の改善、パッケージアセンブリの剛性の改善、防水のパッケージの提供を可能とする発光素子パッケージを提供する。

複数の発光素子のパッケージにおける導電性リードフレームの一実施形態は、少なくとも１つの発光素子デバイスを配置し、少なくとも１つの発光素子デバイスと電気的に接続される取り付けパッドをそれぞれ有する導電性の複数の陰極部を備える。複数の陰極部とは別に、複数の陰極部に対応して設けられる導電性の複数の陽極部が設けられ、複数の陽極部のそれぞれは、発光素子デバイスとの電気的接続を可能とするよう配置された接続パッドを有する。取り付けパッド及び接続パッドは、複数の発光素子デバイスを直線状に配列するべく配置されている。

本発明に係る発光素子パッケージの一実施形態は、上面から内部へと延在する空洞部を有する筐体を備える。また、筐体と一体化され、空洞部から光を出射する複数の発光素子デバイスを直線状に配列させる複数の導電部を有するリードフレームが設けられる。リードフレームを介して複数の発光素子デバイスに電気信号が印加されるように構成されている。

本発明に係る発光素子デバイスディスプレイの一実施形態は、発光素子パッケージのアレイを有する基板を備える。複数の発光素子パッケージのそれぞれは、筐体を備え、直線状に配列された発光素子デバイスを含む。電気的に接続された駆動回路が設けられ、発光素子パッケージのアレイに選択的に電圧を印加して、ディスプレイに可視的画像を生成する。

本発明のこれら及びその他の特徴及び利点が、添付の図面及び以下の詳細な説明から、当業者に明らかとなるであろう。

本発明に係る表面実装デバイスの斜視図である。 図１に示す実施形態の上から見た平面図である。 図２の線３−３に沿った図１の実施形態の断面図である。 図１に示した実施形態の底面図である。 図１の実施形態の左側の立面図であり、右側も実質的に同様である。 図１の実施形態の正面の立面図であり、背面も実質的に同様である。 図１のデバイスに使用されてもよい一実施形態に係るリードフレームの斜視図である。 図７に示したリードフレームの側立面図である。 図８の切断線９−９に沿ったリードフレームの断面図である。 リードフレームのＶ字型切り込みを示した、図８の線１０−１０に沿ったリードフレームの断面図である。 本発明に係る表面実装デバイスの別の実施形態を示した、図３における線に沿った断面図である。 図１１に示した実施形態の底面図である。 図１１に示した実施形態の端面図である。 本発明に係る表面実装デバイスの一実施形態の上面の寸法図である。 図１に示した実施形態の正面の立面図であり、背面も実施的に同様である。 図１５に示した実施形態の正面の寸法図である。 本発明の実施形態に掛かる表面実装デバイスを組み込んだＬＥＤディスプレイスクリーンの一部を示した正面の立面図である。

本発明は、複数の発光素子を直線的にパッケージに配列させることにより、様々な観察位置において改善された色の均一性を有する光を発光させることが可能となる、複数の発光素子のパッケージに対する構造を提供する。一実施形態において、複数の発光素子は、垂直方向に配列されるが、異なる用途では、複数の発光素子は、水平方向に又は角度を持って配列することも可能であることは明らかである。ある実施形態では、パッケージは、パッケージ内の発光素子のそれぞれが、電気信号によって駆動されることを可能にするリードフレーム構造を有してもよい。このように構成することにより、発光素子パッケージから放射される光の色及び強度についての制御を改善することができる。

本発明に係る発光素子パッケージの一実施形態では、発光素子は、パッケージ中心又は中心付近に、垂直方向に配列された赤、緑及び青色発光素子を備えてもよく、このように構成することにより、赤色、緑色及び青色の視野角を互いに一致させることができる。したがって、従来の発光素子が塊で配置されたパッケージと比較して、発光素子パッケージの光の色を、様々な観察角度において、より均一にすることができる。 本発明の実施形態に係る発光素子パッケージは、リードフレーム及びパッケージを防水に保つのを助ける筐体を備えることができ、貫通孔のような、パッケージの堅牢性を改善する構造を更に備えてもよい。

本発明は、様々な種類の発光素子パッケージに適用可能であり、例えば、ＬＥＤカラースクリーン又は装飾照明のような様々な照明用途、及び防水デバイスが望ましい用途において、使用される表面実装デバイス（ＳＭＤ）に適用可能である。発光ダイオードを発光素子として利用する発光素子パッケージの様々な実施形態が以下に記載されるが、その他の発光素子パッケージの実施形態では、異なる種類の発光素子を使用可能であることは明白である。

ある要素が、別の要素の"上に存在する（ｏｎ）"、別の要素と"接続される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｔｏ）"、"連結される（ｃｏｕｐｌｅｄ ｔｏ）"、又は"接触する（ｉｎ ｃｏｎｔａｃｔ ｗｉｔｈ）"とは、ある要素が直接別の要素の上に配置される、又は接続又は連結されること、若しくは、その他の要素に接触する、又は介在する要素が存在することを意味する。一方、ある要素が、別の要素の"上に直接存在する（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｏｎ）"、"直接接続される（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｔｏ）"、"直接連結される（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｔｏ）"、又は"直接接触する（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｉｎ ｃｏｎｔａｃｔ ｗｉｔｈ）"とは、介在する要素が存在しないことを意味する。同様に、第１の要素が、第２の要素と"電気的に接触する"又は"電気的に接続される"とは、第１の要素と第２の要素との間に電流が流れる電気経路が存在することを意味する。電気経路には、キャパシタ、連結されたインダクタ、及び／又は導電要素間の直接接続がなくとも電流を流すことのできるその他の要素が含まれてもよい。

本明細書で使用される第１の、第２の等の言葉は、様々な要素、部品、領域及び／又は部分を指すために使用されており、これらの要素、部品、領域及び／又は部分は、第１の、第２の等の言葉によって限定されない。第１の、第２の等の言葉は、１つの要素、部品、領域又は部分を、別の要素、部品、領域又は部分と区別するためにだけ使用されている。したがって、以下に記載される第１の要素、部品、領域又は部分は、本発明の教示するところから逸脱することなく、第２の要素、部品、領域又は部分と称することができる。

本発明の実施形態が、本発明の実施形態を概略的に描いた断面図を参照して、以下に説明される。部品の実際の厚みは図示されたものとは異なる場合があり、図示された形状から、様々な製造技術及び／又は許容誤差が存在することが予想される。本発明の実施形態は、図示される領域の特定の形状に限定されると解釈されるべきではなく、例えば、製造段階によって生じる形状の逸脱も含む。図示された又は記載される正方形又は矩形の領域は、多くの場合、通常の製造許容誤差によって、丸みを帯びた又は曲線状の形状を有する。したがって、図面に示される領域は、本質的に概略的なものであり、形状は、デバイスの領域の正確な形状を表したものではなく、本発明はこれに限定されることを意図していない。

以下に、好ましい実施形態を記載する。以下の説明は、本発明を限定する意味で解釈されるべきではなく、単に本発明のおおまかな原理を説明することを目的としており、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲の記載により理解される。

図１〜８は、表面実装デバイス（ＳＭＤ）１０を含む本発明に係る複数の発光素子のパッケージ１０の一実施形態を示している。上記したように、本発明は、ＳＭＤ以外のその他の種類の発光パッケージに適用可能である。パッケージ１０は、一体リードフレーム１４を有する筐体１２を備える。リードフレーム１４は、電気信号をパッケージの発光素子に伝導し、発光素子が発する熱を分散させるのを助ける複数の導電接続部を有する。

リードフレーム１４を、様々に異なる態様で配列させることができ、パッケージの異なる実施形態では、異なる数の部品を使用してもよい。以下に説明するパッケージ１０は、３つの発光素子を使用しており、図示する実施形態では、発光素子がそれぞれ、別々の対応する電気信号によって駆動されるようにリードフレームが配置されている。図示される実施形態では、６つの導電部が存在し、各発光素子に対して１対の導電部が使用され、この１対の導電部品を介して発光素子各々に電気信号が印加される。パッケージ１０の場合、導電部は、それぞれが発光素子取り付けパッドを有する、第１、第２及び第３の陽極部１６、１８、２０、及び、第１、第２及び第３の陰極部２２、２４、２６（図７に最もよく示されている）を含む。

筐体１２は、様々な形状及び大きさを有することができ、図示した実施形態では、概して正方形又は矩形であり、上面２８及び下面３０、側面３２及び３４、及び端面３６及び３８を有する。筐体の上部は、上面２８から筐体１２の本体内に入り、リードフレーム１４へと延びる凹部又は空洞部４０を有する。発光素子は、発光素子からの光が、空洞部４０を通過してパッケージ１０から出射されるように、リードフレーム上に配置される。ある実施形態では、反射挿入部材又は反射リング４２（図１〜３に示されている）を、空洞部４０の側面又は壁４４の少なくとも一部に沿って位置させる又は固定させてもよい。リング４２の反射の効果及びパッケージの発光角度は、空洞部４０及びそこに設けられたリング４２を、筐体の内部に向かって内側に先細形状とすることにより、強化することができる。限定するためではなく、例示するために図１５に最も良く示されているが、反射角４６〜５０度で、好適な反射及び視野角が提供される。

ある実施形態では、空洞部４０には、リードフレーム１４及びそこに設けられる発光素子を保護し、位置的に安定化させる充填材４８を、少なくとも部分的に充填してもよい。ある例では、充填材４８は、発光素子、及び、リードフレーム１４の空洞部４０から露出する部分を覆ってもよい。充填材４８は、ＬＥＤからの光の投影を強化するべく所定の光学特性を有するように選択されてもよく、ある実施形態では、パッケージの発光素子によって放射される光に対して実質的に透明である。充填材４８は、半球形状又は弾丸形状であってもよく、充填材は、空洞部４０を完全に又は部分的に満たしてもよい。充填材４８は、樹脂、エポキシ、熱可塑性重縮合物、ガラス及び／又はその他の好適な材料又は材料の組み合わせから形成されていてもよい。ある実施形態では、ＬＥＤからの光の放射、分散及び／又は吸収を強化するために、充填材４８に材料を追加してもよい。

筐体１２は、好ましくは、電気的に絶縁性であり、熱的に伝導性を有する材料によって形成されてもよい。このような材料として当技術分野で知られているものには、これに限定するわけではないが、特定のセラミック、樹脂、エポキシ、熱可塑性重縮合物（例えば、ポリフタルアミド（ＰＰＡ））及びガラスが含まれる。好ましい実施形態では、筐体１２は、暗色又は黒色のセラミック材料で形成されていてもよく、このようにすることにより、ビデオディスプレイに採用されるＳＭＤのような画像生成ＳＭＤパッケージにおけるコントラストを改善することができる。パッケージ１０及びその筐体１２は、当技術分野で知られる様々な方法のうちの１つで、形成及び／又は組み立てられてもよい。例えば、筐体１２は、例えば、射出成形によって、陽極部１６、１８、２０、及び、陰極部２２、２４、２６に周辺に、形成又は成形されてもよい。これに替えて、筐体を、複数の部分に分けて形成してもよく、例えば、筐体の上部及び下部には陽極部１６、１８、２０が、下部には陰極部２２、２４、２６が形成されてもよい。そして、エポキシ、接着剤又はその他の好適な結合材料といった周知の方法及び材料を使用して、上部及び下部を互いに接着させることができる。

図示した実施形態では、パッケージ１０は、第１、第２及び第３ＬＥＤ５０、５２、５４を利用し、ＬＥＤはそれぞれ、同色の光又は互いに異なる色の光を発光する。図示した実施形態において、ＬＥＤ５０、５２、５４はそれぞれ、青、緑、赤で発光し、ＬＥＤに適切に電圧が印加されれば、実質的にこれら３つのＬＥＤで全ての範囲の色、すなわちフルカラーを実現することができる。更に、適切に電圧が印加されると、ＬＥＤ５０、５２、５４は、異なる色温度の組み合わせにより白色の光を放出する。

ＬＥＤ構造、特徴、その製造及びその動作は、当技術分野ではよく知られており、本明細書では、簡単にしか説明しない。ＬＥＤは、様々な態様で配置される複数の異なる半導体層を有することができ、様々な色を発光することができる。ＬＥＤの層は、周知の工程を使用して形成することができ、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を使用した形成のような好適なプロセスが適用される。ＬＥＤチップを構成する層には、通常、互いに対向するドーピングされた第１及び第２エピタキシャル層の間に挟まれた活性層／領域が含まれ、これらの層は全て連続的に、基板又はウェハ上に成長される。ウェハの上に形成されたＬＥＤチップは、ダイシングされて、それぞれ、パッケージに搭載されることを含む様々なアプリケーションに使用される。成長が行われた基板及びウェハは、最終的にダイシングされたＬＥＤの一部として残っていてもよく、成長が行われた基板の全て又は一部が取り除かれてもよい。

付加的な層及び素子をＬＥＤに含めることもでき、これに限定するわけではないが、光取り出し層及び要素と共に、例えば、バッファ層、核生成層、コンタクト層及び電流拡散層を含むことができる。活性領域は、単一量子井戸（ＳＱＷ）、多重量子井戸（ＭＱＷ）、二重へテロ構造、又は規則格子構造を含むことができる。

活性領域及びドープされた層は、様々な材料系から形成されていてもよく、そのような材料系の１つとしては、ＩＩＩ族の窒化物ベースの材料系が挙げられる。ＩＩＩ族の窒化物とは、窒素と周期表のＩＩＩ族の元素、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）及びインジウム（Ｉｎ）とで構成される半導体化合物のことである。また、ＩＩＩ族の窒化物とは、アルミニウムガリウム窒化物（ＡｌＧａＮ）及びアルミニウムインジウムガリウム窒化物（ＡｌＩｎＧａＮ）のような、三元化合物又は四元化合物を指す。好ましい実施形態では、ドープされた層は、ガリウム窒化物（ＧａＮ）であり、活性領域はＩｎＧａＮである。別の実施形態では、ドープされた層は、ＡｌＧａＮ、アルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）、又はアルミニウムガリウムインジウムヒ素リン化物（ＡｌＧａＩｎＡｓＰ）、又はアルミニウムインジウムガリウムリン化物（ＡｌＩｎＧａＰ）又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）であってもよい。

成長形成される基板／ウェハは、様々な材料で形成することができ、例えば、シリコン、ガラス、サファイア、炭化ケイ素、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）によって形成することができ、好適な基板としては、４Ｈポリタイプの炭化ケイ素であってもよく、３Ｃ、６Ｈ及び１５Ｒポリタイプを含むその他の炭化ケイ素ポリタイプを使用することもできる。炭化ケイ素は、サファイアと比較して、ＩＩＩ族窒化物により近い結晶格子整合を有するので、ＩＩＩ族窒化物の膜がより高い品質となる。炭化ケイ素は、非常に高い熱伝導度を有することから、炭化ケイ素上に形成されたＩＩＩ族窒化物のデバイスの全出力が、（サファイア上に形成されたデバイスのように）基板の放熱によって制限されることがない。ＳｉＣ基板は、ノースカロライナ州ダラムのＣｒｅｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ社から入手することができ、ＳｉＣ基板の製造方法は、米国特許３４８６１、４９４６５４７及び５２０００２２号明細書に記載されている。

ＬＥＤはまた、導電電流拡散構造、電流拡散層及びワイヤーボンディングパッドのような付加的な構造を含むことができ、これらは全て、周知の方法を使用して周知の材料を堆積させることによって形成可能である。複数のＬＥＤの一部又は全てを、１以上の蛍光体で覆うことができ、蛍光体は、ＬＥＤの光のうちの少なくとも一部を吸収して、異なる波長の光を発光するため、ＬＥＤは、ＬＥＤからの光と蛍光体からの光の組み合わせの光を放出する。ＬＥＤチップを、様々な多くの方法を使用して蛍光体で覆うことができ、好適な方法の１つが、米国特許出願１１／６５６７５９及び１１／８９９７９０号明細書、発明の名称「水平蛍光体被覆方法、及び当該方法を使用して形成されたデバイス（Ｗａｆｅｒ Ｌｅｖｅｌ Ｐｈｏｓｐｈｏｒ Ｃｏａｔｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ）」に記載されており、その内容は、参照により本明細書に組み込まれる。これに替えて、ＬＥＤを、電気泳動堆積（ＥＰＤ）のようなその他の方法を使用して被覆してもよく、好適なＥＰＤ方法は、米国特許出願１１／４７３０８９号明細書、発明の名称「半導体デバイスの近接ループ電気泳動堆積（Ｃｌｏｓｅ Ｌｏｏｐ Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ of Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ）」に記載されており、その内容は、参照により本明細書に組み込まれる。さらに、ＬＥＤは、当該技術分野で知られるように、縦型形状又は横型形状を有していてもよい。縦型形状の場合には、第１コンタクトが基板上に構成され、第２コンタクトがｐ型層に形成される。第１コンタクトに電気信号が印加されるとｎ型層に拡散し、第２コンタクトに印加された信号は、ｐ型層に拡散する。ＩＩＩ族窒化物デバイスの場合には、一般的に薄い半透明の膜が、ｐ型層の一部又は全体を覆うように形成されることが知られている。第２コンタクトは、プラチナ（Ｐｔ）のような金属又はインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）のような透明な導電酸化物の層を含むことができることは明らかである。

ＬＥＤは、また、両方のコンタクトが、ＬＥＤ上に位置する横型の形状を含む。Ｐ型層及び活性領域の一部が、例えば、エッチングにより取り除かれ、ｎ型層状のコンタクトメサを露出させる。第２の横型ｎ型コンタクトが、ｎ型層のメサ上に設けられる。複数のコンタクトは、周知の堆積技術を使用して堆積された周知の材料によって形成される。

図示された実施形態では、リードフレームの陽極及び陰極部分１６、１８、２０、２２、２４、２６は、筐体１２の対向する面３６及び３８を通過して外側に突出している。図４に最も良く示されているように、陽極部分１６、１８、２０は、面３６から延出しており、陰極部２２、２４、２６は、面３８から延出している。パッケージ１０が、表面実装されて動作する時に、陽極部及び陰極部は対になって、電気信号を対応する発光素子に伝達するように配置される。図示の実施形態では、陽極部及び陰極部１６、１８、２０、２２、２４、２６が直角に曲げられて、筐体の端面３６及び３８に沿って下方向外側に伸びる。そして、再び直角に曲げられて、筐体１２の下面３０に沿って延在する端部８２、８４、８６、８８、９０、９２を形成する。リードの端部８２、８４、８６、８８、９０、９２の外側に向けられた面は、実質的に、同一平面となっており、下に位置する基板との接続を容易にしている。図３に最も良く示されているが、リードの端部８２、８４、８６、８８、９０、９２（図面では端部８６、８８のみが見える）を、半田付けを含む数多くの周知の接続技術を使用して、基板９４のトレース又はパッドに電気的に接続又は結合することができる。別の実施形態では、端部８２、８４、８６、８８、９０、９２の全て又は一部が、反対方向に曲げられていてもよく、この場合でも表面実装が可能である。

陰極部２２、２４、２６は、側面３２及び３４と垂直な方向７４に延在する直線配列にＬＥＤチップ５０、５２、５４を配置するための中央面又はマウンティングパッド６８、７０、７２を含み、ＬＥＤ５０、５２、５４は、筐体１２の中心軸にほぼ沿って並べられる。この配置によれば、塊で並べるといったようにその他の配列で並べられたＬＥＤを有するパッケージと比較して、様々な観察角度における色の均一性を改善することができる。

マウンティングパッド６８及び７８は、筐体１２の中央に向かって伸びており、ＬＥＤ５０、５４を筐体１２の中心に近接させて搭載することができるため、ＬＥＤは、空洞部４０の外側に光を放出させることができる。陽極部１６、１８、２０は、それぞれ、電気接続パッド７６、７８、８０を含み、電気パッドはそれぞれ、マウンティングパッド６８、７０、７２に隣接すると同時に離間して配置される。接続パッド７６及び８０は、筐体１２の中央に向かって伸びており、マウンティングパッド６８、７０を延長させることにより、筐体１２の中心に近接させて搭載されるＬＥＤ５０、５４と電気接続させることができる。

陽極部１６、１８、２０は、通常互いに平行に延在し、陰極部２２、２４、２６も、通常互いに平行に延在し、これら全ては、直線状のＬＥＤアレイの方向７４とは垂直となる方向に伸びている。リードは、様々な幅を有してもよく、パッケージ１０を上から見た時に、非常に小さく見える又は見ることができない程度に小さい。これに加えて及び／又はこれに替えて、リードは、筐体１２の上部に邪魔されて見えない場合もある。図１及び図２に最も良く示されているように、空洞部４０は、筐体内部の十分深い位置まで延在して、取り付け及び接続パッド６８、７０、７２、７６、７８、８０を露出させている。好ましい実施形態では、ＬＥＤ５０、５２、５４のそれぞれは、コンタクト又は電極の対を有し、電気信号がコンタクトの対に印加された時に、ＬＥＤが発光するように配置されている。ＬＥＤのコンタクトは、陽極部及び陰極部の対に電気的に接続されている。ＬＥＤ５０、５２、５４がそれぞれ、自身の陰極と陽極の対を有することは、各ＬＥＤの電気制御が容易になるといった多くの理由で有益である。図示した実施形態の典型的な実装では、ＬＥＤ５０、５２、５４のコンタクトのうちの１つが、チップキャリアパッド６８、７０、７２に接続され、ＬＥＤのコンタクトのうちの別の１つが、それぞれパッド７６、７８、８０に接続される。同様の接続を行うのに、周知の別の構造及び方法を使用することができ、周知の方法を適用して、ワイヤーボンディング９５、９７、９９のような構造を採用することができる。

陽極部１６、１８、２０及び陰極部２２、２４、２６は、導電金属又は金属合金で形成されていてもよく、例えば、銅、銅合金、及び／又はその他の好適な低抵抗率の材料、耐食材料、又はこれらの材料の組み合わせで形成されてもよい。上記でも述べたように、リードの熱伝導性は、ＳＭＤに設けられたＬＥＤ５０、５２、５４から矢印９８で示されるように熱を逃がすのを、ある程度助けると考えられる。図７に最もよく示されているように、放熱をさらに促進するために、陽極部１８及び陰極部２４は、筐体の外縁付近に大きく形成された部分を有する。これらの大きく形成された部分により、ＬＥＤ５０、５２、５４によって生成される熱を拡散するための表面積を大きくしている。

ＬＥＤ５０、５２、５４はそれぞれ、半田、接着剤、コーティング、膜、カプセル材、ペースト、グリス、及び／又はその他の好適な材料による熱伝導結合材１００によって、自身のパッド６８、７０、７２と電気的に接続されていてもよい。好ましい実施形態では、ＬＥＤは、半田が上から見えないような態様で、ＬＥＤ下面の半田パッドを使用して、対応するパッドに電気的に接続及び固定されていてもよい。コネクタ部１６、１８、２０及びキャリア部２２、２４、２６の形成は、プレス、射出成形、裁断、エッチング、曲げ、又はその他の周知の方法、及び／又は所望の形状を達成可能な方法の組み合わせによって行ってもよい。例えば、コネクタ部及び／又はキャリア部は、部分的に金属プレス（例えば、同様な材料の一枚のシートから同時にプレスによって）して、適切に曲げ、最終的に完全に分離する、又は筐体の全て又は一部の形成に続いて完全に分離することができる。

ＬＥＤを製造する方法の一部では、筐体１２を接続パッド付近に成形及び／又は組み立てる前に、ＬＥＤをパッド６８、７０、７２に接続させてもよい。これに替えて、陽極部及び陰極部が部分的に筐体内に収められた後に、ＬＥＤをパッド６８、７０、７２に接続してもよい。筐体内に延在する空洞部４０は、パッド６８、７０、７２及びパッド７６、７８、８０が部分的に十分に露出されて、ＬＥＤ及び付随するワイヤーボンドを受容し、ＬＥＤが空洞部４０を通じて光を出射させることができるようにしてもよい。

従来のパッケージでは、リードフレームの陽極部１６、１８、２０と陰極部２２、２４、２６との間の平滑な面、及び筐体１２の上部及び下部が、確実に接着させるのを難しくしていた。このように嵌め合わされる平滑な面は、発光素子パッケージの堅牢度を低減させ、筐体がリードフレームから外れてしまうことによる部品の故障の確率を高めてしまう。また、平滑な面は、水分が筐体内に浸透する経路を形成可能としてしまう場合がある。この場合も、部品が故障してしまったり、発光素子パッケージを防水で動作させる必要がある用途で、動作する力を低減させてしまう場合がある。防水での動作を可能とするべく、接着の信頼性及び堅牢性を向上させるには、陽極部１６、１８、２０及び陰極部２２、２４、２６のうちの１以上が、１以上の刻み部、貫通孔、開口部、延長部、及び／又は、ＳＭＤパッケージの安定性、信頼性及び堅牢製に寄与するその他の構造を更に備えてもよい。これらの構造は、筐体１２及び／又は充填材４８が、リードフレーム１４と良好に結合するのを可能とし、それにより、水分がデバイス内に浸透するのを防ぎ、防水機能を可能とする。

図７及び図９に良好に示されているように、陽極部１６、１８、２０及び陰極部２２、２４、２６はそれぞれ、リードフレームの上面に通常設けられる貫通孔１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２を含む。図７及び図１０に示されているように、陽極部及び陰極部は、貫通孔に隣接して位置するＶ字型の切り込み１１４のような構造を有してもよい。Ｖ字型の切り込み１１４は、陽極部１６、１８、２０及び陰極部２２、２４、２６の上面及び下面に設けられてもよい。貫通孔１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、Ｖ字型の切り込み１１４、刻み部、及び／又は、筐体及び／又は充填材と関連するリードのその他の構造は、少なくとも部分的に、パッケージ１０の構造的安定性及び信頼性を高めることができる。ある実装形態では、筐体の材料及び／又は充填材は、少なくとも部分的に、リードに形成された貫通孔１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２の１以上内に延在する、又は通過して、剛性を高める。筐体及び／又は充填材は、Ｖ字型の切り込みを充填することにより、パッケージ１０内部に液体が浸透してしまうのを防ぐことができる。

図７に示すように、パッケージ１０の剛性を更に向上させ、筐体１２とリードフレーム１４との間の結合の信頼性を高めるために、陽極部１６、２０及び陰極部２２、２６は、側面に波型の刻み部１１５を有してもよい。パッケージ１０が形成される時に、硬化する筐体の材料によって刻み部が埋められて、筐体を１２をリードフレームに固定することができる。同様に、陽極１８及び陰極２４は、硬化した筐体又は充填材と一体化する側面のツメ部１１７を有してもよく、これによりリードフレーム１４と筐体１２とを結合させてもよい。

図１１〜１３には、表面実装される本発明に係る発光素子パッケージ２００の別の実施形態が示されている。 熱伝導体２０２、２０４、２０６が設けられている以外は、パッケージ２００の大部分は、図１〜８に示して説明したパッケージ１０と同じである。熱伝導体２０２、２０４、２０６は、筐体２０８に配置されて、ＬＥＤから筐体の下面への熱伝導経路を提供する。熱伝導体は、１以上の放熱体と熱的に接続させて、ＬＥＤからの熱を十分に放熱するように配置させることができる。パッケージ２００は、様々な態様に配列された複数の様々な放熱体と共に使用することができる。

熱伝導体２０２、２０４、２０６は、様々な形状及び大きさを有することができ、例えば、矩形のブロック、又は垂直方向に少なくとも部分的に筐体２０８を貫通して伸びる円筒形状であってもよい。図示した実施形態では、熱伝導体２０２、２０４、２０６は、ＬＥＤを有する面から筐体の下面２１２へと、筐体を２０８を貫通して延在する。図１１に最も良く示されているように、熱伝導体２０４の底面は、下面２１２に設けられた開口部２１０を通して、下面２１２において露出されて、下面２１２と実質的に同一平面に配置される。熱伝導体２０２及び２０６は、図１２に示すように底面で露出してもよい。熱伝導体の底面は、プリント配線基板又は回路基板のような基板２１６が有する熱拡散部又は放熱部２１４と、熱伝導するように配置される。熱伝導体の相対的に大きな重量及び熱が流れる方向に垂直な方向の断面積を考えると、熱伝導体は、キャリアパッドに配置される熱を生成するＬＥＤと、放熱部２１４との間に、熱抵抗の低い経路（矢印２１８）を提供する効率的なヒートシンクとして動作する。熱の一部は、リード（矢印２２０）に沿って放熱される。

パッケージ１０と同様に、図１１〜１３に示されるパッケージ２００は、好ましくは、暗色又は黒色のセラミックの筐体２０８を含み、筐体は、対向する上面及び下面２２２、２１２、側面２０８、２２４、及び端面２２６、２２８を有する。ＳＭＤ２００は、リードフレーム２３０を備え、リードフレームは、上記したように３つの陽極部及び３つの陰極部を有する。しかしながら、上記の好ましい実施形態でも記載したように、あらゆる数の接続部、キャリア部及びその他のリードフレーム部分を、本発明の範囲内において所望の用途に合わせて使用してもよい。チップキャリア部２１８は、ＬＥＤチップを受容するための面又はパッドを有し、典型的なＬＥＤチップは、赤、緑及び青色ＬＥＤを含むが、その他のＬＥＤ色を使用してもよい。上述したように、接続部は、チップキャリア部に隣接し且つ離間して配置され、大きく形成されたワイヤーボンディングパッドを有する。

また、リードが直角に曲げられて、筐体の端面沿って下方向外側に伸びる。そして、再び直角に曲げられて、筐体の底面２１２に沿って延在するリードの端部２３２、２３４、２３６、２３８、２４０、２４２を形成する。リードの端部２３２、２３４、２３８、２４０、２３６、２４２の外側に面する面は、数多くの周知の接続技術を使用して、典型的にはプリント基板である基板２１６のトレース又はパッドに電気的に接続又は結合される。また、筐体は、空洞部２４４を有し、空洞部は、深い位置まで延在して、接続部及びキャリアパッドを露出させている。接続部及びキャリア部は、好ましくは、押し抜きによってシートメタルストックから、導電シートメタル又はシートメタル合金を切り出して、リードフレーム付近の筐体の形成の前又は後に、最終的な形状に曲げて形成される。

ＬＥＤはそれぞれ、電気端子又は電極の対を有し、ＬＥＤの陰極は、電気的にキャリアパッドに接続され、ＬＥＤの陽極はそれぞれ、１つのワイヤーボンドによって、別の接続部のパッドに接続される。

図１４〜１６には、ＳＭＤ１０又は２００の様々な部品の寸法特性の例が示されている。限定するわけではなく、単に例として示すに過ぎないが、ＳＭＤ１０又は２００は、全長〜５．５０ｍｍ、全幅〜５．５０ｍｍ、及び高さ〜２．５０ｍｍを有してもよい。

図１７には、ＬＥＤディスプレイスクリーン３００の一部が概略的に示されており、例えば、屋内及び屋外スクリーンは、一般的な用語で、行及び列方向に配列された多数の表面実装デバイス３０４を有するドライバＰＣＢ３０２を備え、ＳＭＤそれぞれが、１画素を規定している。ＳＭＤ３０４は、図１〜８及び図１１〜１３に示す実施形態のようなデバイスを含む。ＳＭＤデバイス３０４は、適切な電気信号処理及びドライバ回路（図示せず）に応じて接続されたＰＣＢ３０２上のパッド又はトレースと電気的に接続される。上記したように、ＳＭＤのそれぞれは、垂直方向に向けられ直線上に並べられた、赤、緑及び青色のＬＥＤのアレイ３０６を有する。この直線的に配列されたＬＥＤにより、観察角の広い範囲にわたって色忠実度を改善できることが分かっている。

本発明の幾つかの実施形態が例示及び説明されたが、数多くの変形及び代替の実施形態が当業者には明らかであり、例えば、本発明をＬＥＤの装飾照明等に適用することも可能である。添付の特許請求の範囲に規定される本発明の範囲及び精神の範囲内で、このような様々な変形及び代替の実施形態が考えられる。

Claims (16)

1. 複数の発光素子デバイスを含むパッケージにおける導電性リードフレームであって、
   少なくとも１つの発光素子デバイスを配置し、前記少なくとも１つの発光素子デバイスと電気的に接続される取り付けパッドをそれぞれ有する導電性の複数の陰極部と、
   前記複数の陰極部に対応して前記複数の陰極部とは別に設けられる導電性の複数の陽極部と
   を備え、
   前記複数の陽極部のそれぞれは、前記少なくとも１つの発光素子デバイスの１つとの電気的接続を可能とするよう配置された接続パッドを有し、
   複数の前記取り付けパッド及び複数の前記接続パッドは、複数の発光素子デバイスを直線状に配列するべく配置されている、リードフレーム。
2. 電圧が印加されると実質的にフルカラーを生成するように、前記複数の発光素子デバイスが組み合わせられて設けられている請求項１に記載のリードフレーム。
3. 前記複数の発光素子デバイスは、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む請求項１に記載のリードフレーム。
4. 前記ＬＥＤは、少なくとも２つのコンタクトを有し、そのうちの一方は、複数の前記取り付けパッドのうちの１つに電気的に接続され、他方は、複数の前記接続パッドのうちの１つに電気的に接続される請求項３に記載のリードフレーム。
5. 前記複数の発光素子デバイスの前記直線状の配列は、第１の方向に延在し、前記複数の陽極部のそれぞれは、互いに平行となるように設けられ、前記複数の陰極部のそれぞれは、互いに平行となるように設けられ、前記複数の陽極部及び前記複数の陰極部はそれぞれ、前記第１の方向と直交する方向に延在する請求項１に記載のリードフレーム。
6. 暗色及び黒色の少なくとも一方の色のセラミックの筐体を更に備える請求項１に記載のリードフレーム。
7. 貫通孔又はＶ字型の切り込みを更に備える請求項１に記載のリードフレーム。
8. 上面から内部へと延在する空洞部を有する筐体と、
   前記筐体と一体化され、直線状に配列され前記空洞部から光を出射する複数の発光素子デバイスを保持する複数の導電部を有するリードフレームと
   を備え、
   前記リードフレームを介して前記複数の発光素子デバイスに電気信号が印加されるように、前記リードフレームが構成されている発光素子パッケージ。
9. 前記リードフレームは、
   前記複数の発光素子デバイスのうちの少なくとも１つを配置し、前記複数の発光素子デバイスのうちの少なくとも１つと電気的に接続されている取り付けパッドをそれぞれ含む導電性の複数の陰極部と、
   前記複数の陰極部に対応して前記複数の陰極部とは別に設けられる導電性の複数の陽極部とを備え、
   前記複数の陽極部のそれぞれは、前記少なくとも１つの発光素子デバイスの１つとの電気的接続を可能とするよう配置された接続パッドを有し、
   前記取り付けパッド及び前記接続パッドは、前記複数の発光素子デバイスを直線状に配列するべく配置されている請求項８に記載の発光素子パッケージ。
10. 前記複数の発光素子デバイスは、複数のＬＥＤを含み、前記複数のＬＥＤは、電圧が印加されると実質的にフルカラーを生成するように組み合わせられて設けられている請求項８に記載の発光素子パッケージ。
11. 前記リードフレームは、前記パッケージを表面実装可能とするように配置されている請求項８に記載の発光素子パッケージ。
12. 前記リードフレームは、
    貫通孔及びＶ字型の切り込みの少なくとも一方を更に有し、
    前記貫通孔及び前記切り込みは、表面実装デバイスの全体的な安定性を改善し、前記表面実装デバイスを実質的に防水とすることができる請求項８に記載の発光素子パッケージ。
13. キャリアを少なくとも部分的に通過して延在する熱伝導体を更に備える請求項８に記載の発光素子パッケージ。
14. 前記複数の発光素子デバイスそれぞれの第２電気端子は、ワイヤーボンディングによって、接続パッドと電気的に接続されている請求項９に記載の発光素子パッケージ。
15. 上面から内部へと延在する空洞部を有する筐体と、
    前記筐体と一体化するように結合され、前記筐体から外側に光を出射する複数の発光素子デバイスを配置する複数の導電部を有するリードフレームと
    を備え、
    前記リードフレームは、前記筐体と共に、前記リードフレームと前記筐体との間の水漏れを防ぐ強固な結合を改善する構造又は形状を有し、前記水漏れを防ぐ強固な結合は、前記構造及び前記形状を有さないリードフレームを備えるパッケージの場合と比較して改善されている発光素子パッケージ。
16. 前記構造又は前記形状は、前記リードフレームに設けられる貫通孔、Ｖ字型切り込み、側面刻み部、及び側面ツメ部の少なくとも一つを含む請求項１５に記載の発光素子パッケージ。

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