JP2020504437A - 集積型ｒｇｂ−ｌｅｄディスプレイ - Google Patents

集積型ｒｇｂ−ｌｅｄディスプレイ Download PDF

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Abstract

集積型ＲＧＢ-ＬＥＤディスプレイ(1)は、プリント回路基板と、前記プリント回路基板に半田付けされた複数のＲＧＢＬＥＤパッケージモジュール(2)とを含み、前記パッケージモジュール(2)は、パッケージホルダと前記パッケージホルダに設けられた発光ユニットとを含み、前記発光ユニットの個数は少なくとも２個であり、各発光ユニットセットは１組のＲＧＢＬＥＤチップ（３０１）を含む。前記集積型ＲＧＢ-ＬＥＤディスプレイ（１）は、複数の発光ユニットを１個のパッケージモジュール（２）上に集積し、更に生産効率を向上させ、製造コストを削減する。また、複数の発光ユニットが１個のパッケージモジュール（２）上に集積されることで、ディスプレイ全体の外力に対する機械的強度を効果的に向上できる。

Description

本発明は、ＳＭＤＬＥＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ、表面実装デバイス）パッケージ技術に関し、特に集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイに関する。
ディスプレイ産業の絶え間ない発展に伴い、ディスプレイ用ＬＥＤは、本来のＤＩＰ（ｄｕａｌ ｉｎｌｉｎｅ−ｐｉｎ ｐａｃｋａｇｅ、デュアルインラインパッケージ）構造からＳＭＤ構造への移行が急速に進んだ。ＳＭＤ構造のＬＥＤは、軽量、小型、自動実装、広照射角、均一な発光色、低光減衰等の利点を持つため、益々人に受け入れられてきた。従来のＳＭＤＬＥＤは上記利点を持っているが、光減衰が比較的大きく、伝熱経路が長く、搬送電流が小さく、生産が複雑で、信頼性が低く、防湿性や耐候性に劣る。製品構造全体を変えないで、製品の信頼性を高めることは、今に至っても業界で未だ好ましい解決策がない。
従来の小ピッチＬＥＤディスプレイには、主に型番２１２１、１５１５、１０１０、０８０８等のパッケージングデバイスが用いられている。ＬＥＤディスプレイのピクセルピッチの縮小に伴い、単位面積上のパッケージングデバイスの個数が益々多くなることで、ディスプレイ全体のコストにおけるパッケージングデバイスの占める割合は上昇傾向にある。測算によると、小ピッチＬＥＤディスプレイＰ１．９及びこれより小さいピッチ型番の製品において、パッケージングデバイスコストの占める割合は７０％以上に達している。密度が１レベル上がると、ランプビーズの需要が５０％程度上昇し、すなわち、全てのランプビーズメーカーの生産能力を５０％以上増やす必要がある。現在小ピッチで用いられているフルカラーランプビーズは、主に１個タイプ（図１及び図２）であり、応用時では、数量が多いために、生産効率が低く、同時に容易に品質問題が生じる。１個実装問題について、ＣＯＢ（ｃｈｉｐ Ｏｎ ｂｏａｒｄ）集積モジュールを用いることで生産効率は向上したが、ＣＯＢ集積モジュールにも同様に諸々の問題が存在し、例えば、モジュール内の異なるバッチのチップ中央値の差異或いは基板インクの差異により、発色に差異が生じて全ディスプレイの一致性が劣る。さらに、チップが回路基板に取り付けられるため、保護に欠けることで、信頼性を保証できず、かつ発光ユニット不具合の修理コストも高い。
したがって、従来技術には、改良及び発展の必要がある。
本発明の目的は、従来のＲＧＢＬＥＤディスプレイの生産効率が低く、製品の機械的強度及び放熱性に劣ること等の問題を解決するための集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイを提供することにある。
上記問題を解決するため、本発明の技術的解決策は、
プリント回路基板と、前記プリント回路基板に半田付けされた複数のＲＧＢＬＥＤパッケージモジュールとを含む集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイであって、前記パッケージモジュールは、パッケージホルダと前記パッケージホルダに設けられた発光ユニットとを含み、前記発光ユニットの個数は少なくとも２個であり、各発光ユニットセットは１組のＲＧＢＬＥＤチップを含むことを特徴とする。
前記集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイにおいて、前記パッケージホルダは、金属製底板と絶縁フレームとを含み、前記金属製底板の各発光ユニットがある領域にダイボンディング及びワイヤボンディングするために用いられる支持電極が設けられ、前記発光ユニットは前記金属製底板に固定されたＲＧＢＬＥＤチップと前記ＲＧＢＬＥＤチップと支持電極を接続するボンディングワイヤとを含み、前記支持電極は金属製底板の裏面に設けられたパッドを介してプリント回路基板と電気的に接続される。
前記集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイにおいて、前記絶縁フレームは、前記発光ユニットの周囲でカップ部を形成する。
前記集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイにおいて、前記金属製底板の表面及び／又は裏面にステップが設けられる。
前記集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイにおいて、前記金属製底板に前記パッドの高さと面一となる支持領域が更に設けられる。
前記集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイにおいて、前記支持領域は、円形、方形又は不規則な形状の支持構造である。
前記集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイにおいて、前記発光ユニット上に保護層が設けられる。
前記集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイにおいて、前記第１保護層或いは第２保護層の表面は、ざらざらしているため、光を反射しない。
前記集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイにおいて、前記カップ部の高さは、０．２〜０．８ｍｍである。
前記集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイにおいて、前記ステップの個数は、少なくとも１個である。
本発明に係る集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイは、複数の発光ユニットを１個のパッケージモジュール上に集積することで、更に生産効率を向上させ、製造コストを削減する。また、複数の発光ユニットが１個のパッケージモジュール上に集積されることで、ディスプレイ全体の外力に対する機械的強度を効果的に向上できる。従来の集積型モジュールと比較しても、本発明の１個のパッケージモジュールに含まれる発光ユニットは比較的少なく、異なるバッチのチップ中央値の差異或いは基板インクの差異により、発色に差異が生じて全ディスプレイの一致性が劣るという問題を効果的に防止でき、かつ従来の集積型モジュールでは発光ユニットの不具合が生じると修理コストが高いが、本発明の修理コストは低い。また、本発明は、金属製底板で従来の電気めっき薄膜金属を代替する方法によって、導電性を向上し、金属製底板を介して直接プリント回路基板と接触させることで、放熱経路が比較的短くなり、チップの熱を速やかに導出できる。表面にカップ部構造を形成することにより、光線を集中させ、発光面を一つだけにすることで、ＬＥＤディスプレイの解像度、コントラスト等に更に優れる。
従来のＰＰＡホルダの構造を示す模式図である。 従来のＣＨＩＰタイプのパッケージホルダの構造を示す模式図である。 本発明に係る集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイの構造の正面略図である。 本発明に係る集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイの正面部分拡大図である。 本発明に係る集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイのパッケージモジュール構造の正面略図である。 本発明に係る集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイのパッケージモジュールの断面図である。 本発明に係る集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイのパッケージモジュール構造の背面略図である。 本発明に係る１×２集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイのパッケージモジュール構造の正面略図である。 本発明に係る１×３集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイのパッケージモジュール構造の正面略図である。 本発明に係る１×３集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイのパッケージモジュール構造の正面略図である。 本発明に係る１×９集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイのパッケージモジュール構造の正面略図である。 本発明に係る１×４集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイのパッケージモジュールの金属製底板構造の正面略図である。 本発明に係る１×４集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイのパッケージモジュールの金属製底板構造の背面略図である。 本発明に係る１×４集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイのパッケージモジュールの未切断金属製底板の構造の正面略図である。
以下、本発明の目的、技術的解決策及び利点をより一層明確にするため、添付図面を基に実施例で本発明を詳細に説明する。
図１は、従来のＰＰＡ＋銅ピンのパッケージホルダの構造を示す図であり、このタイプのパッケージホルダは、射出成形機によって熱可塑性材料を金属と接触させ、一緒に付着しないため、熱膨張冷収縮の時、これらの間に容易に隙間が生じ、エンドユーザーの使用時に外部の水や水蒸気が容易に隙間を介してパッケージ本体内に入り込むことで、製品の不具合が生じていた。図２は、従来のＣＨＩＰタイプのパッケージホルダの構造を示す模式図であり、樹脂８０１でガラス繊維を取り囲んで締め固め、そして銅箔エッチングラインの含浸によって形成され、材料の隙間及び吸湿率はいずれも非常に高く、かつこの複数の材料の膨張率も異なり、次に後工程では平面上に保護層として一層の平坦樹脂８０２を圧縮成形し、このような方法はカップ形状の保護を形成できないため、諸々の問題が存在する。また、図１及び図２に示す製品は、いずれも１個タイプの製品であり、後続の実装時、生産効率が極めて低い。
図３及び図４を参照すると、本発明に係る集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイ１は、プリント回路基板と、前記プリント回路基板に半田付けされた複数のＲＧＢＬＥＤパッケージモジュール２とを含み、図５乃至図７を参照すると、パッケージモジュール２はパッケージホルダと前記パッケージホルダに設けられた発光ユニットとを含み、前記発光ユニットの個数は少なくとも２個であり、各発光ユニットセットは1組のＲＧＢＬＥＤチップ３０１を含む。好ましくは、前記発光ユニットの個数は、２〜１６個とすることができ、本実施例においては、前記発光ユニットの個数を４個とした。前記パッケージホルダは、金属製底板１００と絶縁フレーム２００とを含み、実際の運用において、金属製底板１００の材料を銅或いは鉄としてもよく、好ましくは金めっき表面或いは銀めっき表面とすることで導電性を向上し、半田付けも容易となる。絶縁フレームの材料は、エポキシ樹脂、ＰＰＡ、ＰＣＴ等とすることができ、本実施例においては、エポキシ樹脂とした。金属製底板１００の各発光ユニットがある領域にダイボンディング及びワイヤボンディングするために用いられる支持電極１０１が設けられ、実際の運用において、支持電極１０１の数は４個で、金属製底板１００をエッチング或いはプレスして形成される。前記発光ユニットは、前記金属製底板に固定されたＲＧＢＬＥＤチップ３０１と、前記ＲＧＢＬＥＤチップと支持電極を接続するボンディングワイヤ３０２とを含み、前記発光ユニットに保護層４００が設けられ、前記支持電極は金属製底板１００の裏面に設けられたパッド１０２を介して外部回路と接続される。本発明は、金属製底板１００を介して直接プリント回路基板と接触させることで、放熱経路が短くなり、チップの熱を速やかに導出できる。特に、ＬＥＤディスプレイの単位面積上のパッケージングデバイスの個数が益々多くなるにつれ、密度が１レベル上がると、発生する熱量は非常に大量となるが、本発明の構造を用いることで、効果的に排熱できる。また、本発明のパッケージモジュールは、複数の発光ユニットを備え、実装効率が１個タイプのランプビーズと比較してＮ倍（Ｎは、パッケージモジュール上の発光ユニットの個数である）高める。
図６を参照すると、絶縁フレーム２００は、前記発光ユニットの周囲でカップ部２０１を形成する。カップ部２０１の設置によって、ＲＧＢＬＥＤの光をより集中させ、発光面を一つだけにすることで、周囲その他の発光ユニットの影響を防止できることで、製造されたディスプレイの解像度、コントラスト等をより一層優れたものにする。同時に、カップ部２０１の設置により、発光ユニットへの機械的保護をより強化させ、外力の作用による表面保護層の脱落という問題を防止することもできる。カップ部２０１の高さは、０．２〜０．８ｍｍであることが好ましい。
実際の製造において、図６を参照すると、金属製底板１００にステップ１０３が設けられ、金属製底板１００と絶縁フレーム２００の結合の密着性及び安定性を強化し、水及び水蒸気の侵入を防止し、同時にモジュールの機械的強度をより補強するために用いられる。好ましくは、ステップ１０３は、金属製底板１００の表面又は裏面に設けることができ、金属製底板１００の表裏面に同時に設けることもでき、ステップ１０３の個数は少なくとも１個である。ステップ１０３は、金属製底板１００の表裏面に位置することが好ましい。
図７を参照すると、実際の製造において、金属製底板１００には、パッド１０２との高さと面一となる支持領域１０４が更に設けられる。支持領域１０４の設置は、前記パッケージモジュールの製造プロセス中の金属製底板１００の平坦性を保証し、絶縁フレームを圧縮成形する時に金属製底板１００の変形又は傾斜を防止できる。好ましくは、支持領域１０２は、円形、方形或いはその他の不規則な形状の支持領域或いは支柱とすることができる。支持領域１０２の個数は、1個でも複数個でもよく、本発明はこれを限定しない。
図６を参照すると、保護層４００の表面は、ざらざらしているため、光を反射しないことが好ましく、更に保護層４００が拡散剤付き半透明のエポキシ樹脂である。保護層４００とカップ部２０１は、シームレス結合のため、水及び水蒸気の侵入を更に防止し、防水効果は従来の金属とプラスチックの接合と比較してより一層良い。また、保護層４００の表面は、ざらざらしているため、光を反射しないことで、外部光線の影響を減らし、更に前記半透明のエポキシ樹脂封止材に拡散剤を有し、カップ部２０１の構造と結合して集光レンズを形成し、ＬＥＤ光をより集中させる。
実際の製造において、保護層４００の製作方法は、液状封止材を分注又は注入の方式でカップ部２０１のキャビティに注入することができ、好ましくは拡散剤付き半透明の液状エポキシ樹脂封止材を選択し、次に加熱方式で硬化させるが、加熱の温度は１００〜３００℃であることが好ましい。このような製作方法は、フルカップ保護層となり、保護層４００とカップ部２０１の高さが面一となり、カップ部２０１の高さを０．５〜０．７ｍｍとすることができ、そのような方法で製作された保護層４００の安定性はより一層高くなる。
前記封止材注入方式は、設計したＭＧＰ型によって封止材をカップ部２０１のキャビティ内に圧入し、前記封止材は液状封止材或いはエポキシモールディングコンパウンドとすることもできる。このような製作方法は、ハーフカップ保護層であり、カップ部２０１の高さを保護層４００の高さより少し低くし、カップ部２０１の高さを０．３〜０．５ｍｍとすることができ、この方法で支持する保護層のコストは比較的低い。
図８乃至図１１を参照すると、本発明に係る個数の異なる発光ユニットを備えたパッケージモジュールの実施例である。図８に示すように、本実施例においては、前記発光ユニットの個数は２個で、図９の発光ユニットの個数量は３個であり、図１１の発光ユニットの個数は９個である。本発明において、前記発光ユニットの個数は、少なくとも２個であり、好ましくは前記発光ユニットの個数は２〜１６個である。図１０を参照すると、前記発光ユニットの配置形態は、逆「Ｌ」字形とすることができる。前記発光ユニットの配置方式について本発明は、これを制限せず、「一」字形に配置してもよく、Ｍ×Ｎ（Ｍ及びＮはいずれも整数）のマトリックスに配置してもよく、その他の不規則な配置形状にすることもできるが、本発明はこれを制限しない。なお、当業者であれば、上記説明に基づいて改良或いは変更することができ、それら改良及び変更は本発明の添付する特許請求の範囲の保護範囲に属しなければならない。
図１２乃至図１４を参照すると、本発明に係る１×４（すなわち、１個のパッケージモジュールが、４個の発光ユニットを備える）パッケージモジュールの金属製底板１００構造の正面略図である。実際の製造において、短絡を防止するため、支持電極１０１は互いに独立しなければならず、支持電極１０１を電気めっきする必要がある場合、全ての支持電極１０１を接続しなければならない。本発明は、先に金属製底板１００を導電ラインとして製作し、この時、全ての支持電極１０１が共に接続され、電気めっきを実施してから金属製底板１００を切断機で切断して全ての支持電極１０１の接続部を切り離すことで、上記問題を解決できる。図１４を参照すると、前記パッケージモジュールが個数の異なる発光ユニットを備えた状態について、全ての支持電極１０１の接続部を切断機による切断位置に設けることができ、こうして切断工程の時に全ての支持電極１０１の接続部を切断するよう保証できる。なお、本発明は、支持電極１０１の接続方向及び金属製底板１００のエッチング或いはプレスで形成した具体的形状及びラインについて限定していないが、当業者であれば、上記説明に基づいて改良或いは変更することができ、それら改良及び変更は、添付する本発明の特許請求の範囲の保護範囲に属しなければならない。
本発明に係る集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイの製造工程は、
金属製底板１００をエッチング或いはプレス方式で導電ラインを形成する工程１と、
圧縮成形機で金属製底板１００を封止材で覆い、ダイボンディング及びワイヤボンディング用の支持電極１０１を露出させて、パッケージホルダを形成する工程２と、
支持電極１０１に金属をめっきする工程３と、
ＲＧＢＬＥＤチップ３０１を支持電極１０１にダイボンディングすると共にワイヤボンディングして物理的・電気的な接続を形成する工程４と、
前記発光ユニットに保護層４００を射出圧縮成形する工程５と、
切断機で１個のパッケージモジュールを切取る工程６と、
パッケージモジュールをプリント回路基板に実装することで、ＲＧＢＬＥＤディスプレイを製造する工程７と、
を含む。
なお、本発明の応用は、上記の実施例に限定されず、当業者であれば、上記説明に基づいて改良或いは変更することができ、それらの改良及び変更の全ては本発明の添付する特許請求の範囲の保護範囲に属しなければならない。
１…ＲＧＢＬＥＤディスプレイ
１００…金属製底板
１０１…支持電極
１０２…パッド
１０３…ステップ
１０４…支持領域
２…パッケージモジュール
２００…絶縁フレーム
２０１…カップ部
３０１…ＲＧＢＬＥＤチップ
３０２…ボンディングワイヤ
４００…保護層
８０２…平坦樹脂

Claims (10)

  1. プリント回路基板ｓと、前記プリント回路基板に半田付けされた複数のＲＧＢＬＥＤパッケージモジュールとを含む集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイであって、前記ＲＧＢＬＥＤパッケージモジュールは、パッケージホルダと前記パッケージホルダに設けられた発光ユニットとを含み、前記発光ユニットの個数は少なくとも２個であり、各発光ユニットセットは１組のＲＧＢＬＥＤチップを含むことを特徴とする、集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイ。
  2. 前記パッケージホルダは、金属製底板と絶縁フレームとを含み、前記金属製底板の各前記発光ユニットがある領域にダイボンディング及びワイヤボンディングするために用いられる支持電極が設けられ、前記発光ユニットは前記金属製底板に固定されたＲＧＢＬＥＤチップと前記ＲＧＢＬＥＤチップと前記支持電極を接続するボンディングワイヤとを含み、前記支持電極は前記金属製底板の裏面に設けられたパッドを介して前記プリント回路基板と電気的に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイ。
  3. 前記絶縁フレームは、前記発光ユニットの周囲でカップ部を形成することを特徴とする、請求項２に記載の集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイ。
  4. 前記金属製底板の表面及び／又は裏面にステップが設けられることを特徴とする、請求項２に記載の集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイ。
  5. 前記金属製底板に前記パッドの高さと面一となる支持領域が更に設けられることを特徴とする、請求項２に記載の集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイ。
  6. 前記支持領域は、円形、方形又は不規則な形状の支持構造であることを特徴とする、請求項５に記載の集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイ。
  7. 前記発光ユニット上に保護層が設けられることを特徴とする、請求項２に記載の集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイ。
  8. 第１保護層或いは第２保護層の表面は、ざらざらしているため、光を反射しないことを特徴とする、請求項７に記載の集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイ。
  9. 前記カップ部の高さは、０．２〜０．８ｍｍであることを特徴とする、請求項３に記載の集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイ。
  10. 前記ステップの個数は、少なくとも１個であることを特徴とする、請求項４に記載の集積型ＲＧＢＬＥＤディスプレイ。
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