JP2021502695A - 紫外ｌｅｄパッケージ構造 - Google Patents
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Abstract
紫外ＬＥＤパッケージ構造は、支持フレーム（１０）と、チャンバー（２０）と、ＬＥＤチップ（３０）と、充填材料層（４０）と、粘着層（５０）と、レンズ（６０）とを備えており、前記チャンバー（２０）が前記支持フレーム（１０）と前記レンズ（６０）の間に位置し、前記ＬＥＤチップ（３０）が前記チャンバー（２０）内に位置し、前記支持フレーム（１０）と前記レンズ（６０）とが前記粘着層（５０）を介してパッケージされている紫外ＬＥＤパッケージ構造であって、前記粘着層（５０）は多層構造であり、且つ前記粘着層（５０）の少なくとも一層の構造の材料は、充填材料層（４０）の材料と同じである。【選択図】図１
Description
本発明は、半導体技術に関し、特に、紫外ＬＥＤパッケージ構造に関する。
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、固体半導体発光素子である。ＬＥＤ技術の発達に伴って、ＬＥＤモジュールの波長域が徐々に近紫外の方向へ、更には遠紫外の方向に発展している。紫外ＬＥＤは新たな緑光源として発光効果が高く、寿命が長く、省エネ、環境保護等多くの利点を有していることが知られており、例えば、室内外の消毒、バックライト、ＵＶ印刷、医療、飲食、植物の成長等、その応用分野はますます幅広くなっている。しかし現段階の紫外（ＵＶ）ＬＥＤパッケージ構造、特に遠紫外（ＤＵＶ）ＬＥＤパッケージ構造は一般的に完全無機パッケージを用い、このようなパッケージ構造の光はＬＥＤチップから大気中に放射され、その後さらに、石英ガラス等の材質を通って外部へ伝達する。光路全体において光密媒質から光疎媒質を数回経る上、さらに境界面は平面構造であるため、大きな全反射現象が存在し、発光効率に大きな影響を与える。
従来技術の不足を解決するため、本発明は、紫外ＬＥＤパッケージ構造を提供する。
本発明の第一の態様によれば、紫外ＬＥＤパッケージ構造は、支持フレームと、チャンバーと、ＬＥＤチップと、充填材料層と、粘着層と、レンズとを備えており、前記チャンバーが前記支持フレームと前記レンズの間に位置し、前記ＬＥＤチップが前記チャンバー内に位置し、前記支持フレームと前記レンズとが前記粘着層を介してパッケージされている紫外ＬＥＤパッケージ構造であって、前記粘着層は多層構造であり、且つ前記粘着層の少なくとも一層の構造の材料は、充填材料層の材料と同じである。
好ましくは、前記粘着層は少なくとも３層構造であって、前記レンズと接する第一層と、前記支持フレームと接する第二層と、第一層及び第二層の間にある第三層とを含む。
好ましくは、前記粘着層は少なくとも５層構造であって、第一層と第三層との間にある第四層と、第二層と第三層との間にある第五層とを含む。
好ましくは、前記粘着層は、非連続層を含む。
好ましくは、前記充填材料層は、フッ素、ケイ素−フッ素結合、炭素−フッ素結合、ケイ素−酸素結合、炭素-炭素結合、メチル基、又はフェニル基を含んでいる。
好ましくは、前記充填材料層は、液体である。
好ましくは、前記充填材料層の屈折率は１.３〜１.６の間である。
好ましくは、前記充填材料層は、２６０〜３２０ｎｍの波長域の透過率が８０％を超える。
好ましくは、前記充填材料層は前記ＬＥＤチップを覆っている。
好ましくは、前記支持フレームは、ボウルカップ構造を含む。
好ましくは、前記ボウルカップ構造と支持フレームは一体成型か、或いは前記ボウルカップ構造と支持フレームは個別に成型される。
好ましくは、前記レンズの球心は、支持フレームの上表面の中心位置において法線方向に移動する。
好ましくは、前記レンズの球心は、前記チャンバーの内部に位置する。
好ましくは、前記レンズの球心は、前記レンズの下表面に位置する。
好ましくは、前記レンズの球心は、前記支持フレームの上表面に位置する。
好ましくは、前記レンズの球心は、前記ＬＥＤチップの上表面、下表面又は内部に位置する。
好ましくは、前記レンズの球心は、前記充填材料層の上表面、下表面又は内部に位置する。
好ましくは、前記レンズは、凹陥したキャビティを有する。
好ましくは、前記レンズの外表面は、曲面部を有しており、且つ前記曲面部は、球面の一部である。
好ましくは、前記レンズは下平面層を含む。
本発明の第二の態様によれば、紫外ＬＥＤパッケージ構造は、支持フレームと、チャンバーと、ＬＥＤチップと、充填材料層と、粘着層と、レンズとを備えており、前記チャンバーが前記支持フレームと前記レンズの間に位置し、前記ＬＥＤチップが前記チャンバー内に位置し、前記支持フレームと前記レンズとが前記粘着層を介してパッケージされている紫外ＬＥＤパッケージ構造であって、前記レンズの球心が、前記支持フレームの上表面の中心位置において法線方向に移動する。
好ましくは、前記レンズの球心は、前記チャンバーの内部に位置する。
好ましくは、前記レンズの球心は、前記レンズの下表面又は内部に位置する。
好ましくは、前記レンズの球心は、前記支持フレームの上表面に位置する。
好ましくは、前記レンズの球心は、前記ＬＥＤチップの上表面、下表面又は内部に位置する。
好ましくは、前記レンズの球心は、前記充填材料層の上表面、下表面又は内部に位置する。
好ましくは、前記レンズは、凹陥したキャビティを有する。
好ましくは、前記レンズの外表面は、曲面部を有しており、且つ前記曲面部は、球面の一部である。
好ましくは、前記レンズは下平面層を含む。
好ましくは、前記充填材料層は前記ＬＥＤチップを覆っている。
好ましくは、前記粘着層は多層構造である。
従来の技術と比べて、本発明による紫外ＬＥＤパッケージ構造は、少なくとも以下の技術的効果を有する。
（１）凹陥したキャビティを有するレンズにより、且つレンズとＬＥＤチップの間に充填材料層を設けることで、光取り出し効率を大幅に向上させ、従来の紫外ＬＥＤパッケージ構造に比べて、発光効率を３０％以上向上させる。
（２）レンズと支持フレームの間の粘着層が多層構造であるので、粘着力と密封性を高め、パッケージ構造の信頼性を向上することができる。
（３）前記レンズの球心の位置は、前記支持フレームの上表面の中心位置の法線上において移動可能であり、前記球心の位置を調整することにより、発光角度を一定に保つことができ、パッケージ構造の一致性を保つことができる。パッケージ空間が小さめである場合、球心が下側にあるレンズを用いることができ、パッケージ空間が十分である場合、球心が高いレンズを用いることで、高い輝度を得ることができる。
本発明の他の特徴および利点は、以下の説明において陳述するが、一部は明細書から明白なものであり、或いは本発明を実施することにより理解される。本発明の目的及びその他の利点は、明細書、特許請求の範囲、添付の図面により特に示される構造によって実現し獲得される。
図面は本発明のより一層の理解のために供するものであり、また明細書の一部を構成するものであり、本発明の実施例と共に本発明の解釈に用いられ得るが、本発明の限定するものではない。また、図面における数値は概要を示すにすぎず、比率に応じて描かれたものではない。
以下、図面を参照して本発明に係る紫外ＬＥＤパッケージ構造の詳細について説明する。本発明を説明する前に、特定の実施例を変更でき、下記の特定の実施例に制限されないことを理解されたい。また、本発明の範囲は、添付した特許請求の範囲だけに限定され、用いられる実施例は説明のために例示されるがこれに制限されないことを理解されたい。
本発明に用いられる技術用語は具体的な実施方式を記述する目的で使われ、本発明に制限されないことを理解されたい。本発明に使われる技術用語は、文脈において明確に示されない限り、「一」、「一つの」及び「該」等の奇数記述方式には複数記述方式も含む。本発明において技術用語の「包含」、「含む」、「含有」が使われているのは、記述の特徴、全体、ステップ、操作、素子、及び／又はパッケージの存在を説明するためであって、一つ又は複数の他の特徴、全体、ステップ、操作、素子、パッケージ、及び／又はそれらの組み合わせの存在や増加を除外するのではないことを更に理解されたい。
特に定義されていない限り、本発明に用いられるあらゆる用語（技術的用語及び科学用語）は、当該発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が通常理解される意味と同様の意味を持つことを理解されたい。そして、本発明において明確に定義するもの以外、本発明に使われる用語はこれらの用語が当該明細書の文脈と関わる分野の意味と一致する意味を有すること、且つ理想化したり正式過ぎる意味で捉えないようにすることを更に理解されたい。
＜実施例１＞
図１と図２に示されるように、本実施例では、支持フレーム１０と、チャンバー２０と、ＬＥＤチップ３０と、充填材料層４０と、粘着層５０と、レンズ６０とを備えている紫外ＬＥＤパッケージ構造を提供する。前記チャンバー２０は前記支持フレーム１０とレンズ６０の間に位置し、前記ＬＥＤチップ３０は前記チャンバー２０の内部に位置し、前記支持フレーム１０とレンズ６０とは粘着層５０を介してパッケージされ、前記粘着層は多層構造であり、且つ前記粘着層の少なくとも一層の構造材料は充填材料層のものと同様である。
図１と図２に示されるように、本実施例では、支持フレーム１０と、チャンバー２０と、ＬＥＤチップ３０と、充填材料層４０と、粘着層５０と、レンズ６０とを備えている紫外ＬＥＤパッケージ構造を提供する。前記チャンバー２０は前記支持フレーム１０とレンズ６０の間に位置し、前記ＬＥＤチップ３０は前記チャンバー２０の内部に位置し、前記支持フレーム１０とレンズ６０とは粘着層５０を介してパッケージされ、前記粘着層は多層構造であり、且つ前記粘着層の少なくとも一層の構造材料は充填材料層のものと同様である。
前記支持フレーム１０は、例えばセラミック材料等の絶縁材料を含むものを用いることができる。セラミック材料は、例えば、同時焼成される低温同時焼成セラミックス（Low Temperature Co-fired Ceramics／LTCC）又は高温同時焼成セラミックス（High Temperature Co-fired Ceramic／HTCC）である。支持フレーム１０の主成分は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）でも良く、又は１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）或いは更に高い熱伝達性を有する金属窒化物でも構わない。
前記ＬＥＤチップ３０は、支持フレーム１０上に設置し、その波長が２００〜３８０ｎｍの範囲内であり、具体的には、長波(ＵＶ−Ａ、３１５〜３８０ｎｍ)、中波（ＵＶ−Ｂ、２８０〜３１５ｎｍ）、短波（ＵＶ−Ｃ、２００〜２８０ｎｍ）である。発光波長は実際の用途に応じて決められ、例えば表面の殺菌、表面の硬化などに使用する。紫外ＬＥＤチップの数は、出力などの要素に応じて決められる。また、用途に応じて、同じ紫外ＬＥＤパッケージ構造において異なる波長の紫外ＬＥＤチップを用いても良く、少なくとも一つの紫外ＬＥＤチップ及びその他の波長のチップを組み合わせても構わない。
前記充填材料層４０は、ＬＥＤチップ３０を覆っており、充填材料層は、フッ素、又はケイ素−フッ素結合（Si-F）、又は炭素−フッ素結合(C-F)、又はケイ素−酸素結合(Si-O)、又は炭素-炭素結合(C-C)、又はメチル基又はフェニル基を含んでおり、好ましくは、フッ素を含んでいる。充填材料層は例えば、水や液体シリコーン等であり、充填材料層の屈折率は１．３〜１．６の間であり、好ましくは、２６０〜３２０ｎｍ波長域での透過率が８０％以上である。
前記レンズ６０は、好ましくは、２６０〜３２０ｎｍ間の透過率が８０％以上であり、充填材料層４０の上に位置する。レンズは、凹陥したキャビティを有し、ＬＥＤチップを放置する空間を設けている。レンズの外表面は、曲面部を有しており、且つ該曲面部は球面の一部であり、即ち、表面の何れの点からも球心６１までの距離は同じであり、例えば半球面である。レンズの球心６１は、前記チャンバー２０の上表面に位置し、具体的には、前記レンズの下表面に位置し、充填材料層４０の上表面にも位置する。
図２に示されるように、前記基板とレンズの間には粘着層５０があり、該層は３層構造であり、それぞれレンズ又は支持フレームとの接着性が良い第一材料層５１と第二材料層５２、及びキャビティ内の充填材料層の材料と同様の第三材料層５３を有する。そして、それぞれレンズ又は支持フレームに接する第一材料層５１と第二材料層５２の付着力は、２ＭＰａ以上であることが好ましく、第三材料層５３の厚さは、５μｍ超えないことが好ましい。第一材料層５１と第二材料層５２の材質は、シリコーンゴムを含んでいる材料であることが好ましく、且つその分子構造の末端には、例えば下塗り塗料のような極性基と非極性基が混在している。第三材料層５３の材質は、充填材料層４０と同様であることが好ましく、例えばフッ素含有のフッ素樹脂又は水や液体シリコーン等である。
図３に示されるように、粘着層５０は五層構造であってもよく、第一材料層５１と第三材料層５３の間にある第四材料層５４、及び第二材料層５２と第三材料層５３の間にある第五材料層５５を含む。第四材料層５４は主に、第一材料層と第三材料層の粘着力を高める役割を果たす。第五材料層５５は、主に第二材料層と第三材料層の粘着力を高める役割を果たす。第四材料層５４と第五材料層５５は、例えばＮｕｓｉｌ社のＳＰ−１２０のように、その分子末端にカルボキシ基(−ＣＯＯＨ)、水素原子（−Ｈ）、不飽和結合を含有するフッ素樹脂又は油脂類材料であっても良い。該材料は、第一材料層５１と第二材料層５２に用いられても良い。
図４に示されるように、粘着層５０内には非連続層が含まれても良く、例えば第三材料層５３は非連続層である。
本実施例による紫外ＬＥＤパッケージ構造は、凹陥したキャビティを有するレンズによって、且つレンズとＬＥＤチップの間に充填材料層を設けているので、光取り出し効率が大幅に向上し、一般の構造に比べて３０％以上向上する。レンズと支持フレームの間の粘着層に多層構造を用いており、更に粘着力と密封性を高め、パッケージ構造の信頼性が向上する。
＜実施例２＞
図５に示されるように、実施例１と異なるのは、本実施例におけるレンズ６０の凹陥したキャビティは、その下表面がほぼ半球面であり、光取り出し効率向上につながる。そして、本実施例のレンズの球心６１は、前記チャンバー２０の内部に位置し、具体的には、充填材料層５０の内部に位置する。
図５に示されるように、実施例１と異なるのは、本実施例におけるレンズ６０の凹陥したキャビティは、その下表面がほぼ半球面であり、光取り出し効率向上につながる。そして、本実施例のレンズの球心６１は、前記チャンバー２０の内部に位置し、具体的には、充填材料層５０の内部に位置する。
＜実施例３＞
図６に示されるように、実施例１と異なるのは、本実施例のレンズの球心６１は、前記チャンバー２０の下表面に位置し、具体的には、ＬＥＤチップ３０の下表面に位置する点である。
図６に示されるように、実施例１と異なるのは、本実施例のレンズの球心６１は、前記チャンバー２０の下表面に位置し、具体的には、ＬＥＤチップ３０の下表面に位置する点である。
＜実施例４＞
図７に示されるように、実施例１と異なるのは、本実施例のレンズの球心６１は、前記チャンバー２０の下表面に位置し、具体的には、ＬＥＤチップ３０の上表面に位置し、且つ充填材料層５０の下表面に位置する点である。
図７に示されるように、実施例１と異なるのは、本実施例のレンズの球心６１は、前記チャンバー２０の下表面に位置し、具体的には、ＬＥＤチップ３０の上表面に位置し、且つ充填材料層５０の下表面に位置する点である。
＜実施例５＞
図８に示されるように、実施例１と異なるのは、本実施例のレンズの球心６１は、前記レンズ６０の内部に位置する点である。
図８に示されるように、実施例１と異なるのは、本実施例のレンズの球心６１は、前記レンズ６０の内部に位置する点である。
実施例１〜５からわかるように、レンズの球心６１の位置は、支持フレーム１０の上表面の中心位置において法線方向に移動可能である。球心６１の位置は異なるが、紫外ＬＥＤパッケージ構造の発光角度は変わらず一定に保つことができるので、パッケージ構造の一致性を保つことができる。パッケージスペースが小さめである場合、球心が下側に位置するレンズを用いることができる。パッケージスペースが十分である場合、高い輝度を得るために、球心が上側に位置するレンズを用いることができる。なお、レンズの球心は、ＬＥＤチップの上表面又は下表面に位置する他、ＬＥＤチップの内部に位置してもよい。
＜実施例６＞
図９に示されるように、実施例１と異なるのは、本実施例の支持フレームはボウルカップ構造１１を含む点である。該ボウルカップ構造１１と支持フレーム１０はプレス等の工法で一体成型とすることができ、ボウルカップが囲んでいる空間はキャビティ２０を構成し、ＬＥＤチップ３０を放置したり、充填材料層４０を含むのに用いる。ボウルカップ内表面には所定の傾斜角度があり、ＬＥＤが発した光を反射する機能を有し、ＬＥＤパッケージ構造の光取り出し率の向上を図る。
図９に示されるように、実施例１と異なるのは、本実施例の支持フレームはボウルカップ構造１１を含む点である。該ボウルカップ構造１１と支持フレーム１０はプレス等の工法で一体成型とすることができ、ボウルカップが囲んでいる空間はキャビティ２０を構成し、ＬＥＤチップ３０を放置したり、充填材料層４０を含むのに用いる。ボウルカップ内表面には所定の傾斜角度があり、ＬＥＤが発した光を反射する機能を有し、ＬＥＤパッケージ構造の光取り出し率の向上を図る。
＜実施例７＞
図１０に示されるように、実施例６と異なるのは、本実施例のレンズ６０には下平面層６２が設けられ、且つ好ましくは、レンズ６０の球心６１が下平面層６２に位置する点である。下平面層６２を更に設けることで、パッケージ工程においてノズルが該層を吸着することに有利となり、レンズの取り外しが更に容易になり、工法が更に簡易になる。
図１０に示されるように、実施例６と異なるのは、本実施例のレンズ６０には下平面層６２が設けられ、且つ好ましくは、レンズ６０の球心６１が下平面層６２に位置する点である。下平面層６２を更に設けることで、パッケージ工程においてノズルが該層を吸着することに有利となり、レンズの取り外しが更に容易になり、工法が更に簡易になる。
＜実施例８＞
図１１に示されるように、実施例７と異なるのは、本実施例のレンズの球心６１は、支持フレーム１０の上表面に位置し、且つＬＥＤチップの下表面に位置する点である。
図１１に示されるように、実施例７と異なるのは、本実施例のレンズの球心６１は、支持フレーム１０の上表面に位置し、且つＬＥＤチップの下表面に位置する点である。
＜実施例９＞
図１２に示されるように、実施例９と異なり、本実施例のボウルカップ構造１１と支持フレーム１０は個別に成型される。ボウルカップ構造の傾斜角度は、発光角度の需要に応じて調整を行え、そして、ボウルカップ構造の内表面に更に高反射塗布層等を設けることにより、パッケージ構造の発光効率をより一層高めることができる。
図１２に示されるように、実施例９と異なり、本実施例のボウルカップ構造１１と支持フレーム１０は個別に成型される。ボウルカップ構造の傾斜角度は、発光角度の需要に応じて調整を行え、そして、ボウルカップ構造の内表面に更に高反射塗布層等を設けることにより、パッケージ構造の発光効率をより一層高めることができる。
上述の具体的な実施方式は本発明の部分的な好ましい実施例に過ぎず、以上の実施例は更にあらゆる組み合わせや変形を行える。本発明の範囲は以上の実施例に限定されるものではなく、本発明のあらゆる変更も本発明の保護の範囲内にあることを理解されたい。
１０ 支持フレーム
１１ ボウルカップ構造
２０ チャンバー
３０ ＬＥＤチップ
４０ 充填材料層
５０ 粘着層
５１ 第一材料層
５２ 第二材料層
５３ 第三材料層
５４ 第四材料層
５５ 第五材料層
６０ レンズ
６１ 球心
６２ 下平面層
１１ ボウルカップ構造
２０ チャンバー
３０ ＬＥＤチップ
４０ 充填材料層
５０ 粘着層
５１ 第一材料層
５２ 第二材料層
５３ 第三材料層
５４ 第四材料層
５５ 第五材料層
６０ レンズ
６１ 球心
６２ 下平面層
Claims (20)
- 支持フレームと、チャンバーと、ＬＥＤチップと、充填材料層と、粘着層と、レンズとを備えており、前記チャンバーが前記支持フレームと前記レンズの間に位置し、前記ＬＥＤチップが前記チャンバー内に位置し、前記支持フレームと前記レンズとが前記粘着層を介してパッケージされている紫外ＬＥＤパッケージ構造であって、
前記粘着層は多層構造であり、且つ前記粘着層の少なくとも一層の構造の材料は、充填材料層の材料と同じである、ことを特徴とする紫外ＬＥＤパッケージ構造。 - 前記粘着層は、少なくとも３層構造であって、前記レンズと接する第一層と、前記リードフレームと接する第二層と、第一層及び第二層の間にある第三層とを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の紫外ＬＥＤパッケージ構造。
- 前記粘着層は、少なくとも５層構造であって、第一層と第三層との間にある第四層と、第二層と第三層との間にある第五層とを含む、ことを特徴とする請求項２に記載の紫外ＬＥＤパッケージ構造。
- 前記粘着層は、非連続層を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の紫外ＬＥＤパッケージ構造。
- 前記充填材料層は、フッ素、ケイ素−フッ素結合、炭素−フッ素結合、ケイ素−酸素結合、炭素-炭素結合、メチル基、又はフェニル基を含んでいる、ことを特徴とする請求項１に記載の紫外ＬＥＤパッケージ構造。
- 前記充填材料層は、液体である、ことを特徴とする請求項１に記載の紫外ＬＥＤパッケージ構造。
- 前記充填材料の屈折率は１.３〜１.６の間である、ことを特徴とする請求項１に記載の紫外ＬＥＤパッケージ構造。
- 前記充填材料層は、２６０〜３２０ｎｍの波長域の透過率が８０％を超える、ことを特徴とする請求項１に記載の紫外ＬＥＤパッケージ構造。
- 前記充填材料層は前記ＬＥＤチップを覆っている、ことを特徴とする請求項１に記載の紫外ＬＥＤパッケージ構造。
- 前記支持フレームは、ボウルカップ構造を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の紫外ＬＥＤパッケージ構造。
- 前記ボウルカップ構造と支持フレームは一体成型か、或いは前記ボウルカップ構造と支持フレームは個別に成型される、ことを特徴とする請求項１０に記載の紫外ＬＥＤパッケージ構造。
- 前記レンズの球心は、支持フレームの上表面の中心位置において法線方向にある、ことを特徴とする請求項１に記載の紫外ＬＥＤパッケージ構造。
- 前記レンズの球心は、前記チャンバーの内部に位置する、ことを特徴とする請求項１に記載の紫外ＬＥＤパッケージ構造。
- 前記レンズの球心は、前記レンズの下表面に位置する、ことを特徴とする請求項１に記載の紫外ＬＥＤパッケージ構造。
- 前記レンズの球心は、前記支持フレームの上表面に位置する、ことを特徴とする請求項１に記載の紫外ＬＥＤパッケージ構造。
- 前記レンズの球心は、前記ＬＥＤチップの上表面、下表面又は内部に位置する、ことを特徴とする請求項１に記載の紫外ＬＥＤパッケージ構造。
- 前記レンズの球心は、前記充填材料層の上表面、下表面又は内部に位置する、ことを特徴とする請求項１に記載の紫外ＬＥＤパッケージ構造。
- 前記レンズは、凹陥したキャビティを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の紫外ＬＥＤパッケージ構造。
- 前記レンズの外表面は、曲面部を有しており、且つ前記曲面部は、球面の一部である、ことを特徴とする請求項１に記載の紫外ＬＥＤパッケージ構造。
- 前記レンズは下平面層を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の紫外ＬＥＤパッケージ構造。
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