JP2014503122A - 低コストなカプセル化された発光装置 - Google Patents

Abstract

発光素子が、フィルム上に配置され、さらに、フィルム上に配置又は形成される反射性構造によって囲まれる。そして、反射性構造は、発光素子を反射性構造内に取り付けるカプセル化材料で満たされる。フィルムは、その後、除去され、発光素子を外部電源に結合するためのコンタクトを露出させる。反射性構造内にカプセル化された発光素子は、個別の発光装置を供給するために、ダイシング／単一化される。カプセル化材料は、所望の光学的機能を供給するために、モールドされるか、又は、別の方法で成形されてもよい。

Description

本発明は、発光装置の分野に関し、特に、光入口表面よりも大きい光出口表面を持つ略平らな上面を有するカプセル化材料でカプセル化された発光装置、及び、かかる装置の製造方法に関する。

ソリッドステート発光装置（ＬＥＤ）が、益々多くの様々なアプリケーションにおいて使用され、市場規模が増大しており、装置１台あたりのコストがより重要になっている。同様に、市場競争の激化に伴い、競合製品の相対的な性能が益々重要になっている。

光出力効率を改善するために、発光装置は、大抵の場合、迷光を所望の方向に反射するのに役立つ反射素子を含む。図１Ａ及び図１Ｂは、反射素子を具備する発光装置の例を示している。

図１Ａでは、発光素子１１０が、素子を外部電源に結合するためのコンタクト１３０としてもしばしば機能する反射性カップ１２０内に配置されている。素子１１０は、一般的に、反射性カップ１２０を介してコンタクト１３０に接続されている下側電極と他のコンタクト１３０にワイヤボンディングされている上側電極との２つの電極間に発光材料を有するサンドイッチ構造を含む。次いで、発光素子１１０、反射性カップ１２０、及び、電極１３０は、レンズの形状でモールドされるエポキシなどのカプセル化材料１７０内にカプセル化される。

図１Ｂでは、発光素子１１０が、基板１６０上にマウントされており、素子１１０を囲んでいる領域は、白色誘電体などの反射層１２５で被覆されている。この例では、回路配線１４０が、素子１１０に結合されており、スルーホールビア１４５が、基板１６０の下面において、配線１４０を電極１３５に結合している。このように、発光装置は、プリント基板又は他の実装表面上に直接マウントされ得る。

図１Ａの装置例は、光出力を集中ビームに向けるように成形された反射性カップを好適に含むが、製造処理は、発光素子１１０がマウントされ、ワイヤボンディングされ、カプセル化される間、カップ１２０の支持を必要とする。一方、図１Ｂの例の装置の製造は、図１Ａの装置の製造よりも単純であるが、カプセル化材料１５０は、一般的に、高い抽出効率のため、十分大きく且つ曲がっていることを必要とし、反射表面１２５は、反射性カップ１２０ほど、光を指向しない。

光出力を高め、且つ、光を前方に指向する反射性構造を具備する発光装置を製造する単純な手段を提供することが好適であろう。

この利点、及び／又は、他の利点が、発光素子をフィルム上にマウントし、フィルム上の各発光素子を反射性構造で囲むことを含む製造処理によって実現され得る。その後、反射性構造は、カプセル化材料で満たされ、反射性構造内に発光素子が取り付けられる。その後、フィルムは除去され、発光素子を外部電源に結合させるためのコンタクトが露出されてもよい。反射性構造内にカプセル化された発光素子は、個別の発光装置を供給するために、ダイシング／単一化される。カプセル化材料は、所望の光学的機能を供給するために、モールドされるか、又は、他の方法で成形されてもよい。

本発明が、一例として、添付の図面を参照して、より詳細に説明される。
図１Ａ及び図１Ｂは、従来技術の発光装置を示している。 図２Ａ〜図２Ｄは、一体的な反射性構造を持つ発光装置の製造例を示している。 図３Ａ〜図３Ｃは、一体的な反射性構造を持つ発光装置の代替的な特徴の例を示している。 図４は、一体的な反射性構造を持つ発光装置を提供するためのフロー図の例を示している。 図５Ａ及び図５Ｂは、複数の発光素子を具備する発光装置のための構造例を示している。 図面を通じて、同一の参照符号は、類似又は対応する特徴又は機能を示している。図面は、例示目的のために含まれており、本発明の範囲を限定する意図はない。

以下の説明では、限定というよりも例示の目的で、本発明の概念の深い理解を供給するために、特定の構造、インタフェース、技術など、特定の詳細が説明されている。しかしながら、本発明が、上記特定の詳細から逸脱する他の実施形態において実施されてもよいことは、当該技術分野における当業者にとって明確であろう。同様に、この説明の文章は、図面に示されるような実施例に向けられており、請求項に明確に含まれる限定を超えて、本発明を限定するようには意図されていない。単純化及び明確化の目的で、よく知られた装置、回路、及び、方法の詳細な説明は、本発明の説明を不要な詳細で分かりにくくしないように、省略されている。

図２Ａ〜図２Ｄは、一体的な反射性構造を具備する発光装置の製造例を示している。

図２Ａは、フィルム２１０上への発光素子１１０の配置を示している。好ましい実施形態では、発光素子１１０は、フィルム２１０の除去の際に、外部電源への結合を容易にするために、下面にコンタクト２３０を持つように構築されている。素子１１０は、従来のピックアンドプレース処理を用いてフィルム２１０上に配置されてもよい。あるいは、素子１１０のブロックが、素子１１０を適切に配置すべく素子１１０を分離するために伸長される弾性フィルム上に配置されてもよい。「フィルム」なる用語は、一般的に、「基板」と区別するために、ここでは用いられており、この点において、フィルムは、それ自体で機械的支持を供給するのに必ずしも必要ではない。フレキシブルなフィルムが、硬いフィルムに比して低コストであるため、当該処理に特によく適している一方、硬いフィルムは、フィルムの繰り返しの使用によく適している。

図２Ｂにおいて、反射性構造２５０が、フィルム２１０上に配置され、各発光素子１１０を囲んでいる。発光装置のフレーム例の上面図が、図２Ｃにおいて示されている。この例では、構造２５０は、対応する発光素子１１０に対して傾けられた平面のセットを含む。これらの傾けられた側壁は、発光素子１１０からの追加的な光抽出のための効率的な光の反射、及び、反射性構造２５０によって反射される光を前方へ指向するためにに役立つ。

構造２５０は、多くの態様で、フィルム２１０へ付加されてもよい。発光素子１１０のための開口を具備する、反射性材料の予め形成されたフレームが、単純に、フィルム２１０上に配置されてもよい。あるいは、構造２５０は、素子１１０の位置に反射性材料が配置されることを回避するためにパターン化されたモールドを用いて、フィルム２１０上に直接的にモールドされてもよい。例えば、白色誘電体材料の懸濁液が、半導体製造の分野において既知の技術を用いて、フィルム２１０上に射出成形されてもよい。あるいは、反射性被覆が、反射性構造２５０を形成するために、成形された構造の上に付与されてもよい。

あるいは、複数の反射性構造を含むフレームを供給又は形成する代わりに、個別の反射性構造２５０が、従来のピックアンドプレース処理を用いて、フィルム上に配置されてもよい。発光素子１１０を囲む反射性構造をフィルム上に配置又は形成するための他の技術が、本開示を考慮して、当該技術分野における当業者にとって明らかであろう。

発光素子１１０及び反射性構造２５０をフィルム２１０上に配置した後、カプセル化材料２７０が、付与され、図２Ｄに示されるように、反射性構造２５０を満たし、発光素子１１０をこれらの反射性構造２５０に取り付ける。一旦、カプセル化材料が、発光素子１１０を反射性構造２５０に取り付けると、フィルム２１０は、除去されてもよく、外部電源への結合のためのコンタクト２３０が露出されてもよい。

コンタクト２３０への結合を更に促進するために、反射性構造２５０の下層は、容易に除去可能な材料を有していてもよく、除去の際、コンタクト２３０は、構造２５０の残存している表面の下に薄く延在するであろう。反射性構造及び／又はＬＥＤチップの底面コンタクトへ付与された上記の犠牲的な除去可能層は、除去後のフィルムから任意の余分な材料を除去するために使用されてもよい。

図２Ｄに示されるように、カプセル化材料の上面は、平らであってもよい。多くのアプリケーションにおいて、発光装置は、比較的平らな光入力表面を持つ直線導波路又は他の構造に結合される。例えば、エッジリット型導波路（edge lit waveguide）は、ディスプレイにバックライトを供給するために益々使用されており、表面発光型導波路（surface lit waveguide）は、高い輝度の端部発光ランプを供給するために益々使用されている。透過素子上の平面に対応する平面をＬＥＤ上に供給することによって、導波路への光結合効率が増大する。発光素子について反射性構造を供給することによって、発光装置の出力表面のサイズ及び形状は、発光素子のサイズ及び形状には略関係なく、透過素子に適合するようにカスタマイズされてもよい。

当該技術分野における当業者は、任意の種類の形状が、反射性構造を形成するために使用され得ることを理解するであろう。例えば、図３Ａは、図２Ａの平面２５０に比して、カーブした反射性構造３５０を示している。同様に、図３Ｂは、上面から見て円形の構造３６０を示している。

カプセル化材料は、所望の光学的効果を達成するために、様々な形状で形成されてもよい。例えば、カプセル化材料は、広い出力角度に亘って光出力を拡げるのに役立つ図１のカプセル化材料１７０のドーム形状と同様に、ドーム化されてもよい。これに対し、図３Ｃは、反射器と協働して光を抽出し、且つ、指向された光出力を供給するのに役立つ、より複雑な形状を示している。

図４は、一体的な反射性構造を具備する発光装置の製造を促進するためのフロー図を例示している。ステップ４１０において、発光素子が、フィルム上に置かれ、ステップ４２０において、発光素子のための開口を具備する反射性構造が、フィルム上に配置又は形成される。

当該技術分野における当業者は、この配置及び／又は形成の順序は逆にされてもよく、構造体が、フィルム上に供給又は形成され、発光素子が、発光素子を受けるために供給される開口内に配置されてもよいことを理解するであろう。同様に、構造体のフィルム上への配置は、各構造体のフレームの下面にフィルムを付与することによって実現されてもよい。

開口の下端の形状が発光素子の形状に対応する実施形態では、開口は、各発光素子を配置するための基準を供給することができ、これにより、従来のピックアンドプレース処理において、各発光素子の正確な配置を促進することができる。

フィルム上の所望の相対位置に反射性構造及び発光素子を置く場合、ステップ４３０において、カプセル化材料は、反射性構造内に配置される。一般的に、カプセル化材料は、構造体を満たすが、所望の光出力特性は、構造体の部分的な充填を必要とする。ステップ４４０において、カプセル化材料は、所望の光出力特性に依存して、所望の形状にモールドされてもよい。

オプションで、他の素子が、カプセル化の前、最中、後に、構造体に付加されてもよい。例えば、蛍光体などの波長変換材料が、発光素子又はカプセル化材料の上に配置される、あるいは、カプセル化材料によって層化又は挟まれる、個別の素子として付加されてもよく、蛍光体が、カプセル化材料内に埋め込まれてもよい。

発光素子が反射性構造に取り付けられる場合、ステップ４５０において、フィルムが除去され、発光素子上のコンタクトが露出されてもよい。あるいは、フィルムは、発光素子への接続を供給するのに役立つ導電配線を含んでいてもよく、かかる実施形態では、フィルムは除去されない。フィルムは、ヒートシンクとして役立つ金属ストリップに取り付けられてもよい。ＬＥＤが、はんだ付けされ、銀のペーストを用いて、フィルム上の配線に取り付けられてもよく、あるいは、マイクロスプリング又はマイクロバンプを用いて電気的に接続されてもよい。

ステップ４６０において、複数の反射性構造及び発光素子が、個別の発光装置に分離又は「単一化」される。この単一化は、反射性構造のタイプに依存するであろう。構造体が、フィルム上に個別に配置された場合、又は、個別の構造としてフィルム上に形成された場合、ステップ４２０において、ステップ４５０におけるフィルムの除去が、この単一化を実現するであろう。あるいは、構造体のフレームがフィルム上に形成又は配置された場合、この単一化は、フレームを適切にスライシング／ダイシングすることによって実現される。当該技術分野における当業者は、このフレームのスライシング／ダイシングが、分割線又は溝などの分離機構をフレーム上に形成することによって、促進され得ることを理解するであろう。

特に注目すべきなのは、反射性構造として用いられる材料が、単一化された発光装置の意図された駆動環境への露出に適している場合、当該装置を更に「パッケージ化」する処理は必要ないことである。例示の実施形態が、反射性構造間のスペースを最小化するために設計された構造体のフレームを示しているとしても、当該技術分野における当業者は、構造体の形状が、単一化された発光装置の所望の全体パッケージ形状に適合するように作られてもよいことを理解するであろう。つまり、発光素子が配置される各反射性構造のキャビティのサイズ及び形状は、所望の光出力特性に基づいていてもよい一方、各反射性構造の外部サイズ及び形状は、所望のパッケージ特性に基づいていてもよい。

本発明は、図面及び上記記述において詳細に図示及び説明されてきたが、かかる図示及び説明は、例示であって限定的ではないと考えられるべきであり、本発明は、開示の実施形態に限定されるものではない。

例えば、例示の実施形態が、発光素子と反射性構造との間で一対一の対応関係及び対称的な反射性構造を有しているが、当該技術分野における当業者は、これらが本発明の特徴を限定するものではないことを理解するであろう。例えば、図５Ａは、矩形の反射性構造５３０が複数の発光素子１１０を囲む「光バー」の実施形態を示している。同様に、図５Ｂは、複数の発光素子１１０を囲む円状の反射性構造５３５を示している。オプションで、反射性材料の底側は、はんだ付けを容易にするためにパターン化されてもよく、自己アラインメントを促進する特徴を有していてもよい。

図５Ａ又は図５Ｂの例において、複数の発光素子１１０は、複数の素子１１０に一般的に結合されるコンタクトとともに、共通の基板上に配置されてもよい。あるいは、各素子１１０は、外部電源への独立した結合を促進するために、フィルム上に直接的に配置されてもよい。複数の発光素子を反射性構造内に収容する他の方法が、本開示を考慮して、当該技術分野における当業者に対し、明らかとなるであろう。

開示された実施形態に対する他の変形が、本発明を実施する当該技術分野における当業者によって、図面、開示、及び、添付の請求項の研究から、理解及び実現され得る。例えば、例示の実施形態における反射性構造は、光入力領域よりも大きな光出力領域を含むが、当該技術分野における当業者は、反射性構造のサイズ及び形状が、一般的に、特定の発光素子から所望の光出力特性に依存してもよく、任意の様々な形状をとり得ることを理解するであろう。

これらの請求項を解釈する際、以下のことが理解されるべきである。

ａ）「有する」なる用語は、他の要素の存在を除外せず、又は、所与の請求項において挙げられた以外の要素を示さない。

ｂ）要素に先行する「ａ」又は「ａｎ」なる用語は、かかる要素が複数あることを除外しない。

ｃ）請求項中の任意の参照符号は、請求項の範囲を限定しない。

ｄ）幾つかの「手段」が、構造又は機能に実装された、同一の項目、ハードウェア、又は、ソフトウェアによって、実現されてもよい。

ｅ）開示された要素のそれぞれは、ハードウェア部（例えば、個別及び一体化された電子回路）、ソフトウェア部（例えば、コンピュータプログラム）、及び、これらの組み合わせを有していてもよい。

ｆ）ハードウェア部は、プロセッサを含んでいてもよく、ソフトウェア部は、一時的でない（non-transient）コンピュータ読み取り可能な媒体に格納されてもよく、開示の要素の１又は複数の機能の幾つか又は全てをプロセッサに実行させるように構成されてもよい。

ｇ）ハードウェア部は、アナログ部とディジタル部とのいずれか、又は、両方を有していてもよい。

ｈ）開示された装置又は装置の一部は、特に言及しない限り、いずれも、一緒に組み合わせられてもよく、又は、更なる部分に分離されてもよい。

ｉ）特に言及しない限り、動作順序は、特定の順序である必要はない。

ｊ）「複数の」要素なる用語は、２以上の要素を含み、要素の数の特定の範囲を示すものではなく、つまり、複数の要素は、２つの要素であってもよいし、膨大な数の要素を含んでいてもよい。

Claims (20)

1. フィルムを供給し、
   前記フィルム上に複数の発光素子を付加し、
   １又は複数の前記発光素子からの光を所望の光出力方向に反射するように、前記フィルム上に複数の反射性構造を付加し、
   前記反射性構造を対応する１又は複数の前記発光素子に取り付けるように、前記反射性構造内にカプセル化材料を付加し、
   各反射性構造に取り付けられた１又は複数の前記発光素子を有する発光装置を供給するために、前記複数の反射性構造を単一化する、方法。
2. 前記カプセル化材料を付加した後に前記フィルムを除去することを含む、請求項１記載の方法。
3. 前記フィルムに取り付けられた前記反射性構造の表面から材料を除去することを含む、請求項２記載の方法。
4. 平面を形成するために、前記カプセル化材料の光出力表面を成形することを含む、請求項１記載の方法。
5. 非平面を形成するために、前記カプセル化材料の光出力表面を成形することを含む、請求項１記載の方法。
6. 前記複数の反射性構造を前記フィルムに付加することが、前記複数の反射性構造を有するフレームを前記フィルムに取り付けることを含む、請求項１記載の方法。
7. 前記複数の反射性構造を前記フィルムに付加することが、前記複数の反射性構造を前記フィルム上に形成することを含む、請求項１記載の方法。
8. 前記フィルム上の前記複数の反射性構造が、前記複数の発光素子を前記フィルム上に置くための基準を供給する、請求項１記載の方法。
9. 複数の波長変換素子を付加することを含む、請求項１記載の方法。
10. 上面と、下面と、前記上面と前記下面との間に延在する開口と、を含む構造体と、
    前記構造体の前記下面に隣接する前記開口内にある少なくとも１つの発光素子と、
    前記発光素子を前記開口内に取り付ける、前記開口内のカプセル化材料と、を有し、
    前記開口内の１又は複数の表面が反射性である、発光装置。
11. 前記カプセル化材料は、前記発光素子から発される光のための所望の光学的特性を供給するために形成される、請求項１０記載の発光装置。
12. 前記カプセル化材料は、前記発光装置を光透過素子に結合するための平面を形成する、請求項１０記載の発光装置。
13. 前記少なくとも１つの発光素子が、複数の発光素子を含む、請求項１２記載の発光装置。
14. 前記構造体の前記下面に隣接する前記発光素子上に、前記発光装置の表面実装を促進するコンタクトを含む、請求項１０記載の発光装置。
15. フィルムと、
    前記フィルム上の複数の発光素子と、
    １又は複数の前記発光素子からの光を所望の光出力方向に反射するように、前記フィルム上に配置された複数の反射性構造と、
    前記反射性構造を通じて延在する開口内に、対応する１又は複数の前記発光素子を取り付ける、前記反射性構造内のカプセル化材料と、を有する、構造体。
16. 前記カプセル化材料の光出口表面が、平面である、請求項１５記載の構造体。
17. 前記カプセル化材料の光出口表面が、非平面である、請求項１５記載の構造体。
18. 複数の波長変換素子を含む、請求項１５記載の構造体。
19. 前記複数の発光素子が、前記フィルムの表面上にあるコンタクトを含む、請求項１５記載の構造体。
20. 前記複数の反射性構造が、前記フィルムの表面上に配置された表面層を含み、前記表面層は、前記表面層の除去を促進する材料を有する、請求項１５記載の構造体。

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