JP4674221B2 - 発光ダイオードパッケージ - Google Patents

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Description

本発明は、発光ダイオードパッケージに関するものであって、より詳しくは、熱放出特性に優れ、製造が容易な発光ダイオードパッケージに関する。
一般に、半導体発光ダイオード(以下、LEDともする)は、公害を起こさない親環境性光源として様々な分野において注目を浴びている。最近、LEDの使用範囲が室内外照明、自動車ヘッドライト、ディスプレー装置のバックライトユニット(Back−Light Unit:BLU)など様々な分野に広がるにつれ、LEDの高効率及び優れた熱放出特性が必要となった。高効率のLEDを得るためには、一次的にLEDの材料または構造を改善すべきであるが、他にもLEDパッケージの構造及びそれに使用される材料なども改善する必要がある。
このような高効率のLEDにおいては、高温の熱が発生し、LEDパッケージではLEDから発生する高温の熱を効果的に放出できないと、LEDの温度が高くなってLEDの特性が劣化され、これによって、LEDの寿命が短くなる。従って、高効率LEDパッケージにおいて、LEDから発生する熱を効果的に放出しようとする努力が進んでいる。LEDパッケージの放熱特性を改善すべく、特許文献1は、絶縁体に囲われた電極を有する貫通孔により分離された金属基板をLEDパッケージ基板として使用する技術を開示している。また、特許文献2は、絶縁樹脂及び分離された複数の金属部材を一体化してLEDパッケージ基板として使用する技術を開示している。
図1は、従来の発光ダイオードパッケージの概略的な構造を示した断面図である。図1を参照すると、従来の発光ダイオードパッケージ10は複数の金属部材1b、上記金属部材1bの間に形成された樹脂1a及び上記金属部材1bを固定する樹脂1cで一体化された基板1を含む。上記基板1の上面にはLED素子5が実装され、上記LED素子5は導電性接合物6、7を通じて上記金属部材1bに電気的に連結される。上記基板1の上面には反射面2bを有する反射部材2が形成される。上記発光ダイオードパッケージ10は、上部に透明部材3を形成して上記LED素子5からの光を上向に集中させたり、内部に蛍光体を含んで上記発光ダイオード5からの光を波長変換することが出来る。
上記LED素子5は、光を放出すると同時に熱を放出するが、放出される熱は上記基板1の金属部材1bを通じて外部へ放出される。熱を放出するためには熱伝導度だけでなくその大きさも重要である。しかし、上記基板1の金属部材1bは樹脂1a、1cを通じて固定されるため、上記樹脂1a、1cが形成された部分だけ熱が放出できる面積が小さくなる。また、複数の金属部材1bは樹脂1a、1cを通じて基板1に一体化し、基板1の上面に反射部材2を別に形成すべきであるため、発光ダイオードパッケージの製造が困難であるという問題点がある。
日本再公表特許WO2002/089219号 日本特許公開公報第2005−210057号
本発明は、上記の問題点を解決するためのものであって、その目的は、熱放出に優れ、製造が容易な発光ダイオードパッケージを提供することにある。
上記の目的を達成すべく、本発明による発光ダイオードパッケージは、上部に形成された反射コップを有するアルミニウム基板と、上記反射コップの底面に実装された少なくとも一つの発光ダイオードチップとを含む。上記反射コップの底面は、上記アルミニウム基板を貫通するアルミニウム陽極酸化膜により複数の基板電極に分離され、少なくとも一つの上記基板電極は上記アルミニウム陽極酸化膜に囲われており、上記複数の基板電極は各々上記発光ダイオードチップと電気的に連結されている。
上記発光ダイオードパッケージは、上記アルミニウム基板の下面に形成され上記複数の基板電極に各々電気的に連結された複数の背面電極をさらに含むことが出来る。
上記アルミニウム陽極酸化膜は、上記アルミニウム基板を貫通して上記アルミニウム基板の側面まで延長されることが出来る。
上記発光ダイオードパッケージは、反射コップの底面に実装された少なくとも一つのツェナーダイオードをさらに含むことが出来る。
上記発光ダイオードパッケージは、上記反射コップの上面に形成されたレンズをさらに含むことが出来る。また、上記発光ダイオードパッケージは、上記反射コップの上に形成され、上記レンズを固定する固定部をさらに含むことが出来る。
本発明の一実施形態によると、上記発光ダイオードパッケージは、上記反射コップの底面に実装された一つの発光ダイオードチップを含む。この場合、上記反射コップの底面は、上記アルミニウム基板を貫通するアルミニウム陽極酸化膜により第1及び第2基板電極に分離され、上記第1及び第2基板電極のうち少なくとも一つの基板電極は、上記アルミニウム陽極酸化膜に囲われており、上記第1及び第2基板電極は、各々上記発光ダイオードチップと電気的に連結されることが出来る。また、上記第1及び第2基板電極は、各々上記アルミニウム陽極酸化膜に囲われており、上記アルミニウム基板の下面には上記第1及び第2基板電極に各々電気的に連結される第1及び第2背面電極が形成される。
上記反射コップの底面に実装された一つのツェナーダイオードをさらに含むことができ、上記一つの発光ダイオードチップは上記第1基板電極に実装され、上記一つのツェナーダイオードは上記第2基板電極に実装されることが出来る。
本発明の他の実施形態によると、本発明の発光ダイオードパッケージは上記反射コップの底面に実装された複数の発光ダイオードチップを含む。上記複数の発光ダイオードチップは、各々緑色、青色及び赤色の光を放出する3つの発光ダイオードチップであることが出来る。
上記反射コップの底面は、上記アルミニウム基板を貫通するアルミニウム陽極酸化膜により第1乃至第6基板電極に分離され、上記第1乃至第6基板電極のうち少なくとも5個の基板電極は上記アルミニウム陽極酸化膜に囲われており、上記第1乃至第6基板電極は各々上記発光ダイオードチップと電気的に連結されている。
また、上記発光ダイオードパッケージは、上記アルミニウム基板の下面に形成され、上記第1乃至第6基板電極に各々電気的に連結された第1乃至第6背面電極を含むことが出来る。
上記発光ダイオードパッケージは、上記反射コップの底面に実装された少なくとも2つのツェナーダイオードをさらに含み、上記3つの発光ダイオードチップは各々第1、第2及び第3基板電極に各々実装されることができ、上記2つのツェナーダイオードは、各々第4乃至第6基板電極のうち2つの基板電極に実装されることが出来る。また、上記反射コップの底面には3つのツェナーダイオードが実装されることができ、上記3つのツェナーダイオードは各々第4、第5及び第6基板電極に実装されることが出来る。
本発明によると、アルミニウム基板を熱放出手段として使用することにより、発光ダイオードパッケージの熱放出特性が大きく向上される。また、反射コップと基板及び電極が一体化されており、従来の製造工程の基板と反射コップの結合または組み立て工程を省くことが出来る。これによって、発光ダイオードパッケージの製造費用が低減され製造工程が容易となる。また、反射コップの反射面が高反射率のアルミニウムからなっており、全体的な発光効率がさらに改善される。
以下、図面を参照に本発明の実施形態及び効果に関して詳しく説明する。本発明の実施形態は、様々な形態に変形されることができ、本発明の範囲が以下に説明する実施形態に限られるのではない。本発明の実施形態は、当業界において平均的な知識を有している者に本発明をより完全に説明するため提供される。従って、図面において要素の形状及び大きさ等はより明確な説明のために誇張されることができ、図面上の同一符号で表示される要素は同一要素である。
図2は本発明による発光ダイオードパッケージの一実施形態を示した平面図で、図3は図2のラインa−a'に沿って切った断面図である。
図2及び図3を参照すると、本発明による発光ダイオードパッケージ100は、上面に反射コップ113を有するアルミニウム基板110を含む。上記アルミニウム基板110は、上記アルミニウム陽極酸化膜(112;112a、112b、112c)により第1基板電極111aと第2基板電極111bに分離される。また、上記第1及び第2基板電極111a、111bは、上記アルミニウム陽極酸化膜112により囲われている。即ち、上記アルミニウム基板110は、その基板110を貫通する上記アルミニウム酸化膜112により複数の基板電極111a、111bに分離されている。
上記第1基板電極111aの上面には、一つの発光ダイオードチップ120が実装される。また、上記第2基板電極111bの上面には、発光ダイオードパッケージの周囲から発生し得る静電気または発光ダイオードチップに供給される電圧の急な変動などから上記発光ダイオードチップ120を保護するため、チップ保護用ツェナーダイオード130が実装されることが出来る。上記発光ダイオードチップ120は、ワイヤ等を通じて第1及び第2基板電極111a、111bに各々電気的に連結される。また、上記発光ダイオードチップ120は、チップボンディングを通じて上記第1または第2基板電極111a、111bに各々電気的に連結されることも出来る。
上記アルミニウム基板110の上面に形成された反射コップ113は、上記アルミニウム基板110の上面の一部を所望の領域だけエッチングして形成することが出来る。図示された通り、反射コップ113は上記アルミニウム基板110と一体化されている。従って、別途の反射板を基板に接合させる必要がなくなる。これによって発光ダイオードパッケージの製造工程は非常に容易になる。
アルミニウム基板110を貫通するアルミニウム陽極酸化膜112は、上記アルミニウム基板110から分離しようとする領域を選択的に陽極酸化することによって形成される。上記アルミニウム陽極酸化膜112は、ジグを製作して直接アノダイジング処理により形成することもでき、所望のパターン形態をマスキングした後に部分的に露出された領域をアノダイジング処理して形成することも出来る。上記アノダイジング処理の後にアルミニウム基板の表面とアノダイジング処理された表面の粗さを合わせるため電解研磨法などを使用して表面粗さを調節することが出来る。
一方、上記アルミニウム基板110は、上記発光ダイオードチップ120の実装用サブマウントとして機能するだけでなく、上記発光ダイオードチップ120から発生した熱を外部へ放出するヒートシンク(heat sink)の役割もする。同様に、上記アルミニウム陽極酸化膜112は、上記反射コップ113の底面を上記第1及び第2基板電極111a、111bに分離する絶縁体として機能すると共に、上記発光ダイオードチップ120から発生した熱を外部へ放出する役割もする。上記アルミニウム陽極酸化膜112は、約25W/mKの高い熱伝達特性を有するため熱を効果的に放出することが出来る。
上述の通り、本発明による発光ダイオードパッケージ100は、アルミニウムを主な構成とした基板を使用して熱放出に優れ、基板分離に使用されるアルミニウム陽極酸化膜は比較的高い熱伝達特性を有しているため、さらに熱放出に優れる。また、反射コップと基板及び電極が一体化されており、従来の製造工程の基板と反射コップの結合または組み立て工程を省くことが出来る。これによって、発光ダイオードパッケージの製造費用が低減され製造工程が容易となる。
図3を参照すると、上記アルミニウム基板110の下面には上記第1及び第2基板電極111a、111bに各々電気的に連結される第1及び第2背面電極140a、140bがさらに形成されることが出来る。基板電極111a、111bは、上記背面電極140a、140bを通じて外部から電源の供給を受け上記発光ダイオードチップ120または反射コップの底面に実装できる素子(例えば、ツェナーダイオード)に駆動電源を供給することが出来る。
上述の通り、上記アルミニウム基板110は、上記アルミニウム陽極酸化膜112により上記第1基板電極111aと第2基板電極111bに分離される。特に、第1及び第2基板電極111a、111bは、アルミニウム陽極酸化膜112により囲われている。ところが、基板110の電極分離のためには、上記第1基板電極111aと第2基板電極111bのうち何れか一つのみ上記アルミニウム陽極酸化膜(基板を貫通している)112により囲われていても良い。例えば、第1基板電極111aだけが上記アルミニウム陽極酸化膜112により囲われても構わない。
上記第1基板電極111aは、第1背面電極140aと電気的に連結される。同様に、第2基板電極111bは第2背面電極140bと電気的に連結される。上記第1及び第2背面電極140a、140bは、上記発光ダイオードパッケージ100が実装されるサブマウント(例えば、PCB)(未図示)の電極部と電気的に連結されることが出来る。このような、背面電極140a、140bは、スパッタ、電解メッキ、無電解メッキまたはスクリーンプリンティング法を使用して形成することが出来る。
上記反射コップ113の底面の外側部に形成されたアルミニウム陽極酸化膜112a、112cは、上記反射コップ113の下面と上記第1及び第2基板電極111a、111bが上記背面電極140a、140bを通じて電気的に接続されることを防ぐため、上記アルミニウム基板110の外側面まで延長される。
上記反射コップ113の上にはレンズ150が配置されることが出来る。このレンズ150は、上記発光ダイオードチップ120からの光を収集したり、或いはその内部に蛍光体を含んで発光ダイオードチップから放出された光を波長変換させることが出来る。上記レンズ150は、シリコン、エポキシ等の樹脂またはプラスチック、ガラス等で形成されることが出来る。上記レンズ150は、反射コップの上面に形成されたレンズ固定部114により固定されることが出来る。
図4は本発明による発光ダイオードパッケージの他の実施形態を示した平面図で、図5は図4のラインb−b'に沿って切った断面図で、図6は図4の背面図である。
図4及び図5を参照すると、本発明による発光ダイオードパッケージ200は、上面に反射コップ213が形成されたアルミニウム基板210を含む。上記反射コップ213の底面は、基板210を貫通するアルミニウム陽極酸化膜212により複数の基板電極211a、211b、211c、211d、211e、211fに分離される。図5の断面図において、アルミニウム陽極酸化膜212は便宜上4つの部分212a、212b、212c、212dに分かれて表示されている。上記複数の基板電極のうち少なくとも5個の基板電極は、アルミニウム陽極酸化膜212により囲われている。例えば、上記反射コップ213の底面は、アルミニウム陽極酸化膜212により第1乃至第6基板電極211a乃至211fに分離され、上記第1乃至第6基板電極211a乃至211fは、上記アルミニウム陽極酸化膜212により各々囲われることが出来る。
上記第1乃至第6基板電極211a乃至211fの上面には、複数の発光ダイオードチップが実装される。例えば、各々緑色、青色及び赤色光を放出する3つの発光ダイオードチップが各々第1基板電極211a、第2基板電極211b及び第3基板電極211cの上面に実装されることが出来る。
上記3つの発光ダイオードチップ220a、220b、220cは、各々基板電極にワイヤ等を通じて電気的に連結されることが出来る。例えば、緑色光を放出する発光ダイオードチップ220aは、第1及び第4基板電極211a、211dに各々電気的に連結されることができ、青色光を放出する発光ダイオードチップ220bは、第2及び第5基板電極211b、211eに各々電気的に連結されることができ、赤色光を放出する発光ダイオードチップ220cは、第3及び第6基板電極211c、211fに各々電気的に連結されることが出来る。
上記反射コップ213の底面には、少なくとも2つのチップ保護用ツェナーダイオード230a、230bがさらに実装されることが出来る。上記ツェナーダイオード230a、230bは、静電気または急な電圧の変化などから発光ダイオードチップを保護するためのものである。例えば、上記第4基板電極211dの上面には、上記緑色光を放出する発光ダイオードチップ220aを静電気などから保護するためのツェナーダイオード230bが実装されることが出来る。また、上記第5基板電極211eの上面には、上記青色光を放出する発光ダイオードチップ220bを静電気などから保護するための他のツェナーダイオード230aが実装されることが出来る。
緑色、青色の光を放出する発光ダイオードチップ220a、220bは、主にGaNなどで構成されており、静電気または供給される電圧の急な変動などに弱いため、優先してチップ保護用ツェナーダイオード230a、230bにより保護される。
赤色光を放出する発光ダイオードチップ220cは、主にGaAsや、GaPなどで構成され、相対的に周囲の静電気または供給される電圧の急な変動などから強い。しかし、予防のため第6基板電極211fの上面にチップ保護用ツェナーダイオード(未図示)を実装して静電気などから保護することが出来る。
本発明による発光ダイオードパッケージ200は、内部に緑色、青色及び赤色光を放出する発光ダイオードチップ220a乃至200cを含んで、白色光源として応用されることが出来る。また、同じ波長代の光を放出する複数の発光ダイオードチップを配置することにより、高輝度の発光ダイオードパッケージを具現することが出来る。
図4乃至図6を参照すると、上記第1乃至第6基板電極211a乃至211fは、複数の背面電極240a、240b、240c、240d、240e、240fに各々電気的に連結される。例えば、上記アルミニウム基板210の下面には第1乃至第6背面電極240a乃至240fが形成され、上記第1乃至第6基板電極211a乃至211fと各々電気的に連結される。上記基板電極211a乃至211fは、上記背面電極240a乃至240fを通じて底面に実装された発光ダイオードチップまたは他の素子(例えば、ツェナーダイオード)などに駆動電源を供給する。図5及び図6に図示された通り、上記アルミニウム基板210の背面には、相互異なる基板電極が背面電極を通じて電気的に連結されることを防ぐため、陽極酸化膜パターン260が形成されている。
上記の実施形態(図3乃至図6参照)によると、反射コップ113、213の側面(反射面)は、高反射率のアルミニウム金属からなっている。従って、上記反射コップ113、213は、高い反射効果を奏し、発光ダイオードパッケージの発光効率はさらに高くなる。
図7は、本発明による発光ダイオードパッケージがアレイされた平面図である。図7を参照すると、本発明による発光ダイオードパッケージ200は、アルミニウムから構成されたアレイ基板300上に複数の発光ダイオードパッケージ200が連続して形成された後、各々ダイアモンドホイール、切削金型またはレーザーなどを用いて個々に分離される。またパッケージとパッケージの間の境部をアノダイジング処理して、その境部をアルミナ(Al)形態に変換させた後、その境部でダイシングまたはエッチングなどを実施して個別パッケージに分離することが出来る。
本発明は、上述の実施形態及び添付の図面により限定されず、添付の請求範囲により限定される。また、本発明は請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で様々な形態の置換、変形及び変更が出来るということは当技術分野の通常の知識を有している者には自明である。
従来の発光ダイオードパッケージの断面図である。 本発明による発光ダイオードパッケージの実施形態を示した平面図である。 図2のラインa−a'に沿って切った断面図である。 本発明による発光ダイオードパッケージの他の実施形態を示した平面図である。 図4のラインb−b'に沿って切った断面図である。 図4の発光ダイオードパッケージの背面図である。 図4の発光ダイオードパッケージのアレイを示した平面図である。
符号の説明
100、200 発光ダイオードパッケージ
110、210 アルミニウム基板
120、220a、220b、220c 発光ダイオードチップ
130、230a、230b ツェナーダイオード
111a、211a 第1基板電極
111b、211b 第2基板電極
211c 第3基板電極
211d 第4基板電極
211e 第5基板電極
211f 第6基板電極
112、112a、112b、212a、212b、212c、212d アルミニウム陽極酸化膜
113、213 反射コップ
114 レンズ固定部
140a、240a 第1背面電極
140b、240b 第2背面電極
240c 第3背面電極
240d 第4背面電極
240e 第5背面電極
240f 第6背面電極
150、250 レンズ
260 アルミニウム陽極酸化膜パターン
300 アレイ基板

Claims (18)

  1. 上部に形成された凹部を有するアルミニウム基板と、
    前記凹部の底面に実装された少なくとも一つの発光ダイオードチップとを含み、
    前記凹部の底面は前記アルミニウム基板を貫通するアルミニウム陽極酸化膜により複数の基板電極に分離され、少なくとも一つの前記基板電極は前記アルミニウム陽極酸化膜に囲われており、前記複数の基板電極は各々前記発光ダイオードチップと電気的に連結されていることを特徴とする発光ダイオードパッケージ。
  2. 前記アルミニウム基板の下面に形成され前記複数の基板電極に各々電気的に連結された複数の背面電極をさらに含む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. 前記アルミニウム陽極酸化膜は、前記アルミニウム基板を貫通して前記アルミニウム基板の側面まで延長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。
  4. 前記凹部の底面に実装された少なくとも一つのツェナーダイオードをさらに含む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。
  5. 前記凹部の上に形成されたレンズをさらに含む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。
  6. 前記凹部の上面に形成され、前記レンズを固定する固定部をさらに含む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。
  7. 前記発光ダイオードチップは、一つの発光ダイオードチップを含む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。
  8. 前記凹部の底面は前記アルミニウム基板を貫通するアルミニウム陽極酸化膜により第1及び第2基板電極に分離され、前記第1及び第2基板電極のうち少なくとも一つの基板電極は前記アルミニウム陽極酸化膜に囲われており、前記第1及び第2基板電極は各々前記発光ダイオードチップと電気的に連結されていることを特徴とする請求項7に記載の発光ダイオードパッケージ。
  9. 前記第1及び第2基板電極は、各々前記アルミニウム陽極酸化膜に囲われていることを特徴とする請求項8に記載の発光ダイオードパッケージ。
  10. 前記アルミニウム基板の下面に、前記第1及び第2基板電極に各々電気的に連結される第1及び第2背面電極をさらに含むことを特徴とする請求項8に記載の発光ダイオードパッケージ。
  11. 前記凹部の底面に実装された一つのツェナーダイオードをさらに含み、
    前記発光ダイオードチップは前記第1基板電極に実装され、前記ツェナーダイオードは前記第2基板電極に実装されることを特徴とする請求項8に記載の発光ダイオードパッケージ。
  12. 前記発光ダイオードチップは、複数の発光ダイオードチップを含む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。
  13. 前記複数の発光ダイオードチップは、3つの発光ダイオードチップであることを特徴とする請求項12に記載の発光ダイオードパッケージ。
  14. 前記3つの発光ダイオードチップは、各々緑色、青色及び赤色の光を放出する発光ダイオードチップであることを特徴とする請求項13に記載の発光ダイオードパッケージ。
  15. 前記凹部の底面は前記アルミニウム基板を貫通するアルミニウム陽極酸化膜により第1乃至第6基板電極に分離され、前記第1乃至第6基板電極のうち少なくとも5個の基板電極は前記アルミニウム陽極酸化膜に囲われており、前記第1乃至第6基板電極は各々前記発光ダイオードチップと電気的に連結されていることを特徴とする請求項13に記載の発光ダイオードパッケージ。
  16. 前記アルミニウム基板の下面に形成され、前記第1乃至第6基板電極に各々電気的に連結された第1乃至第6背面電極をさらに含むことを特徴とする請求項15に記載の発光ダイオードパッケージ。
  17. 前記凹部の底面に実装された2つのツェナーダイオードをさらに含み、
    前記3つの発光ダイオードチップは各々第1、第2及び第3基板電極に各々実装され、前記2つのツェナーダイオードは各々第4乃至第6基板電極のうち2つの基板電極に実装されたことを特徴とする請求項15に記載の発光ダイオードパッケージ。
  18. 前記凹部の底面に実装された3つのツェナーダイオードをさらに含み、
    前記3つの発光ダイオードチップは各々第1、第2及び第3基板電極に実装され、前記3つのツェナーダイオードは各々第4、第5及び第6基板電極に実装されたことを特徴とする請求項15に記載の発光ダイオードパッケージ。
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