JP2013135227A - 発光ダイオードパッケージ及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、光強度が均一な発光ダイオードパッケージ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る発光ダイオードパッケージは、基板と、該基板に設置される電極構造体と、該電極構造体に設置される発光素子及び基板に設置され且つ発光素子の上方に覆設されるレンズ構造体と、を備え、レンズ構造体は、表面に粗面化構造体が形成される光学ベース及び該粗面化構造体を覆う封止体を備え、該粗面化構造体は、レンズ構造体の中心から周縁に向かって粗さが小さくなる。
【選択図】図７

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ある。
発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、ＬＥＤ）は、電流を特定の波長の光に変換できる半導体素子からできており、高輝度、低電圧、低消費電力、長寿命である等の利点を有することから、新しいタイプの光源として、現在広く利用されている。
発光ダイオードの光出射範囲は、一般的に９０〜１２０度であり、また、発光ダイオードの光強度において、その中心（約０〜３０度の光出射範囲）の光強度は周囲の光強度より高いため不均一な分布を呈する。これにより、発光ダイオードの照明効果に影響を与える。
前記課題を解決するために、本発明は、光強度が均一な発光ダイオードパッケージ及びその製造方法を提供する。
本発明に係る発光ダイオードパッケージは、基板と、該基板に設置される電極構造体と、該電極構造体に設置される発光素子と、基板に設置され且つ発光素子の上方に覆設されるレンズ構造体と、を備え、レンズ構造体は、表面に粗面化構造体が形成される光学ベース及び該粗面化構造体を覆う封止体を備え、該粗面化構造体は、レンズ構造体の中心から周縁に向かって粗さが小さくなる。
本発明に係る発光ダイオードパッケージの製造方法は、下表面及び該下表面に対向する上表面を備える光学ベースを提供し、該光学ベースの上表面には、光学ベースの中央から周縁に向かって粗さが小さくなる粗面化構造体が形成されるステップと、金型を提供し、光学ベースを該金型の内部に設置し、金型と光学ベースとの間に収容空間が形成されるステップと、収容空間内に流体材料を注入し、流体材料が固化されると、粗面化構造体を覆う封止体が形成され、該封止体が光学ベースと共にレンズ構造体を形成するステップと、金型を除去するステップと、第一表面及び該第一表面に対向する第二表面を備える基板を提供するステップと、基板の第一表面に電極構造体を設置させるステップと、発光素子を電極構造体に設置させるステップと、レンズ構造体を発光素子の上方に覆設させるステップと、を備える。
従来の技術と比べて、本発明に係る発光ダイオードパッケージにおいて、発光素子から出射した光は、先ず、光入射面を介してレンズ構造体の内部に入射する。この際、一部の光は光出射面を介してレンズ構造体の外部へ出射され、他の光は光出射面によって粗面化構造体に反射され且つ粗面化構造体によって散乱された後、さらに光出射面を介してレンズ構造体の外部へ出射される。粗面化構造体に反射された光は、第一突起グループ、第二突起グループ及び第三突起グループの傾斜面によって反射された後、光出射面に再出射された時、更に発散される。粗面化構造体の光の発散能力は、その粗さに比例して、粗さが大きければ大きいほど発散能力が高い。粗面化構造体は、その粗さは光学ベースの中央から周縁に向かって小さくなるので、発光素子の中心から出射された高光強度の光は、主に光学ベースの中央に位置する最も大きいサイズの第一突起グループによって発散される。従って、発光素子の中心の高光強度の光の発散を行うことができる。また、発光素子の周囲から出射された低光強度の光は、主に光学ベースの周縁に位置する小さいサイズの第二突起グループ及び第三突起グループによって発散される。従って、発光素子の周囲の低光強度の光を発散することができる。これにより、発光ダイオードパッケージの光強度は均一になる
本発明の実施形態に係る発光ダイオードパッケージの光学ベースの断面図である。 図１に示した光学ベースの平面図である。 図１に示した光学ベースと金型との分解断面図である。 図１に示した光学ベースと金型との組立断面図である。 本発明の実施形態に係る発光ダイオードパッケージのレンズ構造体の断面図である。 図５に示したレンズ構造体と基板との分解断面図である 本発明の実施形態に係る発光ダイオードパッケージの断面図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
本発明の実施形態に係る発光ダイオードパッケージ１００の製造方法は、下記のステップ１〜ステップ６を備える。
図１及び図２を参照すると、ステップ１において、環状を呈する光学ベース１０を提供する。本実施形態において、光学ベース１０はガラスからなり、その中央部には貫通孔１１が設けられ且つ下表面１２及び該下表面１２に対向する上表面１３を備える。下表面１２は滑らかな平面であり、上表面１３には粗面化構造体１４が形成される。粗面化構造体１４において、貫通孔１１に近ければ近いほどそのサイズは大きい。つまり、光学ベース１０の中心から周縁に向けて、そのサイズは小さくなる。また、粗面化構造体１４の粗さも前記サイズに比例し、サイズが大きければ大きいほど、その粗さも大きい。また、粗面化構造体１４は、エッチングまたは印刷方法によって形成することができる。
本実施形態において、粗面化構造体１４は円錐形の突起を呈し、各々突起の縦断面は三角形を呈する。粗面化構造体１４は、光学ベース１０の中央に最も近い第一突起グループ１４１、該第一突起グループ１４１を囲む第二突起１４２グループ及び該第二突起グループ１４２を囲む第三突起グループ１４３を備える。同じグループ内の突起は同じ高さを有する。第二突起グループ１４２の高さは、該第一突起グループ１４１の高さより低く且つ該第三突起グループ１４３の高さより高い。また、粗面化構造体１４は、３種の異なる高さの突起を含むことに限定されるものではなく、突起の高さは、光学ベース１０の中央から周縁に向かって徐々に低くなることもできる。
図３を参照すると、ステップ２において、下型２１及び上型２２を含む金型２０を提供する。下型２１は、円盤状の底板２１１及び該底板２１１の中央から上方へ延伸する柱状の延伸部２１２を備える。延伸部２１２の頂面は円弧面である。上型２２は、頂板２２１及び該頂板２２１の周縁から下方へ延伸する側壁２２２を備え、該頂板２２１の外表面は滑らかな平面であり、内表面は凹曲面である。具体的には、頂板２２１の内表面の中央は、下型２１に向かって凸伸し、頂板２２１の内表面における該凸伸する部分と側壁２２２との間の連接面とは、下型２１から離れる方向へ凹む。
図４を参照すると、ステップ３において、先ず光学ベース１０を下型２１の上表面に配置する。この際、該下型２１の延伸部２１２は光学ベース１０の中央部の貫通孔１１に穿設される。光学ベース１０の直径は下型２１の直径より僅かに小さい。次に、上型２２を下型２１に覆設する。この際、上型２２の側壁２２２の外表面と下型２１の底板２１１の側面とは同じ平面上に位置する。下型２１、上型２２及び光学ベース１０は共に収容空間２３を形成し、該収容空間２３の断面はバットウィング状を呈する。最後に、収容空間２３内に収容空間２３を埋めるように透明な流体材料を注入する。該流体材料が固化すると封止体が形成されて、該封止体は、光学ベース１０と共にレンズ構造体３０を形成する。該流体材料はシリコーンからなるが、流体材料内には、発光ダイオードからの光に対して所望の色変換を行う蛍光物質を含んでも良い。
図５を参照すると、ステップ４において、金型２０を除去してレンズ構造体３０を形成する。該レンズ構造体３０は縦断面がバットウィング状を呈し、光入射面３１及び該光入射面３１に対向する光出射面３２を備える。光入射面３１の中央部には、光出射面３２に向かって凹む凹部３１１が形成される。つまり、光入射面３１は凹部３１１の内表面及び光学ベース１０の下表面１２からなる。凹部３１１の形状は下型２１の延伸部２１２の形状と一致しており、凹部３１１の内表面は弓形を呈する。光学ベース１０の粗面化構造体１４は、レンズ構造体３０の光出射面３２の方向へ延伸し、光を散乱させてレンズ構造体３０から出射する光の均一性を増加させるために用いられる。光出射面３２は、その中心に凹み３２１が形成された凸面であり、レンズ構造体３０の内部に入射する光を出射させるとともに、一部の光を粗面化構造体１４に反射することに用いられ、該一部の光は、粗面化構造体１４によって散乱された後、光出射面３２を介して外部へ出射される。
図６を参照すると、ステップ５において、基板４０を提供する。基板４０は第一表面４１及び該第一表面４１に対向する第二表面４２を備える。本実施形態において、基板４０は、シリコン、ガリウムヒ素、酸化亜鉛或いはインジウムリンなどの絶縁材料からなる。
基板４０の第一表面４１には電極構造体５０が設けられ、該電極構造体５０は互いに離間して設置された第一電極５１及び第二電極５２を備える。第一電極５１及び第二電極５２は、基板４０の第一表面４１から基板４０の２つの側面を各々経由して、基板４０の第二表面４２までそれぞれ延伸する。
第一電極５１の第二電極５２に近い表面には発光素子６０が設けられる。該発光素子６０は、第一電極５１に固定され且つ金属線を介して第一電極５１及び第二電極５２と電気的に接続される。本実施形態において、発光素子６０は発光ダイオードチップである。また、発光素子６０は、フリップチップや共晶接合の方法によって第一電極５１及び第二電極５２に接続しても良い。
図７を参照すると、ステップ６において、レンズ構造体３０を基板４０上に固定して発光ダイオードパッケージ１００を形成する。具体的には、第一電極５１及び第二電極５２の基板４０の側面に近い箇所に、支持ブロック７０をそれぞれ設け、レンズ構造体３０の光学ベース１０の下表面１２を該２つの支持ブロック７０上に固定する。この際、レンズ構造体３０の外側面と支持ブロック７０の外側面とは同じ平面上に位置し、レンズ構造体３０の凹部３１１は発光素子６０を被覆する。レンズ構造体３０と電極構造体５０とは支持ブロック７０によって互いに離間して設置されるので、発光ダイオードパッケージ１００の放熱効果を確保することができる。さらに、電極構造体５０とレンズ構造体３０とは互いに接触しないので、発光素子６０からの熱がレンズ構造体３０に直接伝導することを防止することができる。これにより、レンズ構造体３０が過熱によって損傷されるのを防止する。
発光素子６０から出射した光は、先ず、光入射面３１を介してレンズ構造体３０の内部に入射する。この際、一部の光は光出射面３２を介してレンズ構造体３０の外部へ出射され、他の光は光出射面３２によって粗面化構造体１４に反射され且つ粗面化構造体１４によって散乱された後、さらに光出射面３２を介してレンズ構造体３０の外部へ出射される。粗面化構造体１４に反射された光は、第一突起グループ１４１、第二突起グループ１４２及び第三突起グループ１４３の傾斜面によって反射された後、光出射面３２に再出射された時、更に発散される。粗面化構造体１４の光の発散能力は、その粗さに比例して、粗さが大きければ大きいほど発散能力が高い。粗面化構造体１４は、その粗さが光学ベース１０の中央から周縁に向かって小さくなるので、発光素子６０の中心から出射された高光強度の光は、主に光学ベース１０の中央に位置する最も大きいサイズの第一突起グループ１４１によって発散される。従って、発光素子６０の中心の高光強度の発散を行うことができる。また、発光素子６０の周囲から出射された低光強度の光は、主に光学ベース１０の周縁に位置する小さいサイズの第二突起グループ１４２及び第三突起グループ１４３によって発散される。従って、発光素子６０の周囲の低光強度の光を発散することができる。これにより、発光ダイオードパッケージ１００の光強度は均一になる。
１００ 発光ダイオードパッケージ
１０ 光学ベース
１１ 貫通孔
１２ 下表面
１３ 上表面
１４ 粗面化構造体
１４１ 第一突起グループ
１４２ 第二突起グループ
１４３ 第三突起グループ
２０ 金型
２１ 下型
２２ 上型
２１１ 底板
２１２ 延伸部
２２１ 頂板
２２２ 側壁
２３ 収容空間
３０ レンズ構造体
３１ 光入射面
３２ 光出射面
３１１ 凹部
３２１ 凹み
４０ 基板
４１ 第一表面
４２ 第二表面
５０ 電極構造体
５１ 第一電極
５２ 第二電極
６０ 発光素子
７０ 支持ブロック

Claims (7)

  1. 基板と、該基板に設置される電極構造体と、該電極構造体に設置される発光素子と、基板に設置され且つ発光素子の上方に覆設されるレンズ構造体と、を備える発光ダイオードパッケージにおいて、レンズ構造体は、表面に粗面化構造体が形成されている光学ベース及び該粗面化構造体を覆う封止体を備え、該粗面化構造体は、レンズ構造体の中心から周縁に向かって粗さが小さくなることを特徴とする発光ダイオードパッケージ。
  2. レンズ構造体は、光入射面及び該光入射面に対向する光出射面を備え、該光入射面の中央部には、該光出射面に向かって凹む凹部が形成され、該凹部は、発光素子を覆い、粗面化構造体は、凹部の周囲からレンズ構造体の周縁に向かって粗さが小さくなり、光出射面は、発光素子から離れる方向へ突出する凸面であり、該凸面の中心は、発光素子に向かって凹んで、凹みが形成されてい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。
  3. 粗面化構造体は、レンズ構造体の凹部を囲む第一突起グループ、該第一突起グループを囲む第二突起グループ及び該第二突起グループを囲む第三突起グループを備え、同じグループ内の突起は同じ高さを有し且つ該第二突起グループの高さは、該第一突起グループの高さより低く且つ該第三突起グループの高さより高い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。
  4. 下表面及び該下表面に対向する上表面を備える光学ベースを提供し、該光学ベースの上表面には、光学ベースの中央から周縁に向かって粗さが小さくなる粗面化構造体を形成するステップと、
    金型を提供し、光学ベースを該金型の内部に設置し、金型と光学ベースとの間に収容空間が形成されるステップと、
    収容空間内に流体材料を注入し、流体材料を固化して、粗面化構造体を覆う封止体を形成し、該封止体が光学ベースと共にレンズ構造体を形成するステップと、
    金型を除去するステップと、第一表面及び該第一表面に対向する第二表面を備える基板を提供するステップと、
    基板の第一表面に電極構造体を設置するステップと、
    発光素子を電極構造体に設置するステップと、
    レンズ構造体を発光素子の上方に覆設するステップと、を備えることを特徴とする発光ダイオードパッケージの製造方法。
  5. 光学ベースの中央部には、下表面及び上表面を貫通する貫通孔が設けられ、粗面化構造体は、該貫通孔の周囲から光学ベースの周縁に向かって粗さが小さくなることを特徴とする請求項４に記載の発光ダイオードパッケージの製造方法。
  6. 金型は、中央から上方へ延伸する延伸部が形成される下型と、頂板及び該頂板の周縁から下方へ延伸する側壁を有する上型とを備え、該上型の頂板の内表面の中央は、下型に向かって凸伸し、頂板の内表面における該凸伸する部分と側壁との間の連接面とは、下型から離れる方向へ凹み、該下型は、その延伸部が光学ベースの中央部の貫通孔を穿設し且つ光学ベースの上表面から突出するように光学ベースの下表面に設置され、該上型は、下型の表面に覆設され、下型、上型及び光学ベースは共に収容空間を形成し、金型が除去された後、レンズ構造体の下型の延伸部に対応する箇所には、凹部が形成され、該凹部は、発光素子の上方を覆うことを特徴とする請求項５に記載の発光ダイオードパッケージの製造方法。
  7. レンズ構造体と基板との間に、支持ブロックをさらに設け、レンズ構造体と基板とは、支持ブロックによって互いに離間して設置されることを特徴とする請求項４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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