JP4749975B2 - 発光ダイオードのパッケージ構造 - Google Patents

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Description

本発明は、ダイオードのパッケージ構造に関し、特に発光ダイオードのパッケージ構造に関する。
発光ダイオードは半導体材料から成る発光素子であり、この発光素子は１対の電極端子を備え、これらの端子間に僅かな電圧が印加されると、電子とホールの結合によって、電気エネルギーを光の形式に変換して励起し放出する。
一般的な白熱電球と異なり、発光ダイオードは蛍光発光の特性を有するため、消費する電量が低い、素子の寿命が長い、点灯と同時に光が得られる、応答が速い等のメリットがある。また、発光ダイオードは、体積が小さく、震動に強くて、大量生産に適しているため、極小や、アレイ式の素子の製造に応用しやすいという特徴がある。現在、発光ダイオードは、すでに情報、通信、消費性電子製品のインジケーターやディスプレーに広く使用されていて、日常生活においてなくてはならない重要な素子となっている。近年、発光ダイオードは、液晶ディスプレー（Ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）のバックライトにも利用されていて、従来の冷陰極蛍光ランプに取って代わろうとしている。
従来の技術において、発光ダイオードのパッケージ構造のダイ（Ｄｉｅ）は、通常半導体の生産工程におけるエピタキシー（Ｅｐｉｔａｘｙ）過程を利用して製造される。そのうち、ダイ発光の波長は、エピタキシー層の材料によって決まるため、エピタキシー生産工程は発光ダイオード生産工程において、コストが最も高いものとなっている。
図１に示されるように、半導体ウェハ１には複数個の発光ダイオードのダイＤがあり、ウェハ１は切断後、適当なダイＤを選んでパッケージされて、発光ダイオードパッケージ構造が各種製品に利用される。
発光ダイオードパッケージの製造の過程において、ウェハに設けられる複数の発光ダイオードのダイは、夫々同じ工程を経て、全てのダイが予め決められた光を発するようにコントロールされる。しかし、通常は、同一ロットにおいて、生産される複数のダイは、時として同一ウェハ上の複数のダイでさえも、かなり大きな波長のばらつき（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｌｅｎｇｔｈ ｖａｒｉａｔｉｏｎ）がある。例えば、同一ロットのダイの予め決められた色はグリーンであるが、そのうちの一個のダイが発する光の波長は約５００ｎｍとなり、別の一個のダイが発する光の波長は５０６ｎｍとなることがある。
しかしながら、例えば、液晶ディスプレーのバックライトモジュール又は自動車の高級ヘッドライトといった、ある応用分野においては、通常、複数の波長がほとんど一致している発光ダイオードのパッケージ構造が必要とされる。つまり、同一ロットで生産された複数ダイであれ、同一ウェハ上の複数のダイであれ、極めて狭い範囲の波長の条件に適うものだけが、パッケージ業者等の品質管理基準に適合し、質の良いダイとして製品に応用される。その他、狭い範囲の条件に適合しない波長のダイは不良とされ、使用されない。
そのため、ウェハ上の全てのダイが完全に使用されないと、ダイの利用率が低くなり、発光ダイオードのパッケージ構造の生産コストが高くなるうえ、原材料も無駄になってしまう。従って、同一ウェハ上の複数のダイが発する光の波長は厳格な同一性が要求されることになる。
本発明は、上記課題を解決するものであり、二個以上の発光ダイオードが予め決められた波長を発することによって、ダイの利用率を高めると共に、生産コストを低減した発光ダイオードのパッケージ構造を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の発光ダイオードのパッケージ構造は、予め決められた波長を出すようになっていて、キャリア、第１ダイ、第２ダイから成る。そのうち、第１ダイは、キャリアに置かれている。第１ダイは第１波長を持ち、第１ダイの波長は予め決められた波長よりも大きい。また、第２ダイもキャリアに置かれていて、第２ダイは第２波長を持ち、第２波長は予め決められた波長より小さい。第１波長と第２波長は同一色系統である。また、前記第１ダイから出る第１波長と、前記第２ダイから出る第２波長が組み合わさって、予め決められた波長の光を出すように構成され、前記第１ダイ及び前記第２ダイは、前記第１波長と前記予め決められた波長との差及び前記第２波長と前記予め決められた波長との差に応じて夫々発光強度が異なっている。
このように、本発明の発光ダイオードのパッケージ構造は、複数のダイを持ち、第１波長と第２波長が同一色系統であることにより、従来技術に比べ、本発明の発光ダイオードのパッケージ構造は、適切な波長の複数ダイを選ぶことにより、予め決められた波長の複数ダイを組み合わせて、二個以上の複数ダイを一緒にパッケージすることができる。
従って、本発明の発光ダイオードのパッケージ構造は、人が目視したとき、予め決められた波長の位置において、二個の予め決められた波長を持つ発光ダイオードの発光強度を持つかのような感じを受ける。
また、適切なダイを選ぶ過程において、パッケージ業者は、検査に合格するダイの波長の範囲を緩やかにすることが可能なので、同一ウェハ又は同一ロットのウェハのダイの利用率が高くなり、生産コストを低く抑えると同時に、原材料の無駄を少なくすることが可能であるという特徴を持つ。
本発明の発光ダイオードのパッケージ構造は、二個以上の発光ダイオードが予め決められた波長を発することによって、適切なダイを選ぶ過程において、パッケージ業者は、検査に合格するダイの波長の範囲を緩やかにすることが可能なので、同一ウェハ又は同一ロットのウェハのダイの利用率が高くなり、生産コストを低く抑えると同時に、原材料の無駄を少なくするという効果がある。
以下、本発明の第１の実施形態に係る発光ダイオードのパッケージ構造及びその実施例について図２乃至図５を参照して説明する。
まず、図２に示されるように、発光ダイオードのパッケージ構造２は、キャリア２１、第１ダイ２２及び第２ダイ２３を備える。また、発光ダイオードのパッケージ構造２は、予め決められた波長λt（ｔａｒｇｅｔ ｐｅａｋｗａｖｅ ｌｅｎｇｔｈ）の光を発し、予め決められた波長は、例えば、６１５ｎｍから６５０ｎｍの間のレッドライト、５１５ｎｍから５５５ｎｍの間のグリーンライト又は４５５ｎｍから４８５ｎｍの間のブルーライトである。つまり、予め決められた波長は、業者によって規格が決められ、発光ダイオードのパッケージ構造２によって、最後に人の視覚によって認識される光色の波長となる。そして、発光ダイオードのパッケージ構造２は、人の視覚に暫時留まる現象を利用して、第１ダイ２２及び第２ダイ２３が、同時に発光するかどうかに拘わらず、いずれの場合も予め決められた波長が得られるようにするものである。
発光ダイオードのパッケージ構造２の予め決められた波長は、夫々波長が６２０．５ｎｍから６４５．０ｎｍの間の第１レッドライト（Ｒ１）、波長が６１２．５ｎｍから６２０．５ｎｍの間の第２レッドライト（Ｒ２）、波長が５２０ｎｍから５５０ｎｍの間の第１グリーンライト（Ｇ１）、波長が４９０ｎｍから５２０ｎｍの間の第２グリーンライト（Ｇ２）、波長が４６０ｎｍから４９０ｎｍの間の第１ブルーライト（Ｂ１）、波長が４４０ｎｍから４６０ｎｍの間の第２ブルーライト（Ｂ２）として規定される。
第１ダイ２２及び第２ダイ２３は、夫々キャリア２１に置かれている。キャリア２１は基板又はリードフレームが使用される。本実施例においては、発光ダイオードのパッケージ形態及び基板の材質には特に制限はない。例えば、キャリア２１に基板が用いられる場合、透明基板でもあっても不透明基板であってもよい。また、パッケージの形式は、図２に示されるような、表面実装部品（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＭＤ）の形態が採用される。第１ダイ２２及び第２ダイ２３は、複数のワイヤリング２５によってキャリア２１と電気的に連結され、更にカプセリング材料２６により保護されている。
図３に示されるように、発光ダイオードのパッケージ構造２は、第１ダイ２２及び第２ダイ２３が、基板上の内部配線（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）２７によって外界と電気的信号の交信を行うように構成されてもよい。この場合、ワイヤリングの必要がない。第１ダイ２２及び第２ダイ２３は、フリップチップ（ｆｌｉｐ ｃｈｉｐ）形式によりキャリア２１に取り付けられてもよい。
図４に示されるように、キャリア２１’にリードフレームが用いられた場合、パッケージの形式はリードフレーム・パッケージ（ｌｅａｄｆｒａｍｅ ｐａｃｋａｇｅ）の形態が採用される。また、図５に示される例においては、第１ダイ２２及び第２ダイ２３が重ねられた形式で取り付けられ、更に基板及びリードフレームを組み合わせたキャリア２１、２１’が用いられている。
また、図６に示されるように、第１ダイ２２は第１波長λ1を持ち、第１波長λ1は予め決められた波長λtより大きい。第２ダイ２３は第２波長λ2を持ち、第２波長λ2は予め決められた波長λtより小さい。第１ダイ２２及び第２ダイ２３は同一色系統の光である。例えば、第１ダイ２２及び第２ダイ２３はいずれも、緑、青緑のようなグリーン系統の光を出す。さらに、第１ダイ２２及び第２ダイ２３は、同一ウェハ上において生産されるダイである。当然、第１ダイ２２及び第２ダイ２３も、異なるウェハからでもよいが、同一ロットにおいて生産されたダイでなければならない。本実施例においては、第１ダイ２２及び第２ダイ２３は、同一ウェハから生産されたダイを例としている。
ダイを選ぶ場合、先に各ダイの波長を測定し、適合するものを選んで一緒にパッケージする。波長は互いに組み合わせの可能な複数のダイでも可能である。第１ダイ２２の第１波長λ1と第２ダイ２３の第２波長λ2の差（Δλ）が５０ｎｍより小さければ、組み合わせが可能であり、同一パッケージ構造の中に置くことができる。
本実施例においては、発せられる予め決められた波長λtが５３０ｎｍである発光ダイオードのパッケージ構造２を例として挙げている。第１ダイ２２と予め決められた波長の差は、第２ダイ２３と予め決められた波長λtとの差に等しい。例えば、第１波長λ1は約５３５ｎｍ、第２波長λ2は約５２５ｎｍであり、仮に、第１ダイ２２と第２ダイ２３の発光効率が同じであるとすれば、同じ電流を第１ダイ２２及び第２ダイ２３に提供した時、第１ダイ２２及び第２ダイ２３が同時に発光するか、素早い速度で交替に発光するかに拘わらず、人の目が感じる予め決められた波長の値５３０ｎｍによって現れる発光強度は、第１ダイ２２及び第２ダイ２３が予め決められた波長の値５３０ｎｍの位置での光の強度の合計である（点線の波長スペクトルが示す通り）。つまり、波長をうまく組み合わせることにより、第１ダイ２２及び第２ダイ２３が一緒にパッケージでき、第１ダイ２２と第２ダイ２３が組み合わさって予め決められた波長λtを出し、人の目では複数のダイの間に波長の差があることは認識されず、あたかも二個の予め決められた波長λtを出すダイが一緒にパッケージされているように見えるのである。
また、図７に示されるように、本実施例においては、発せられる予め決められた波長λtが５３０ｎｍである発光ダイオードのパッケージ構造２を例としている。第１ダイ２２と予め決められた波長の差が、第２ダイ２３と予め決められた波長の差の半分である時、例えば、第１波長λ1が約５３５ｎｍ、第２波長λ2が約５２０ｎｍであり、仮に、第１ダイ２２と第２ダイ２３の発光効率が同じであるとすれば、第１ダイ２２の電流又は電圧を二倍に上げることができ、第１ダイ２２の発光強度は第２ダイ２３の二倍にすることができる。図７に示すように、第１ダイ２２及び第２ダイ２３は同時に発光、又は、すばやい速度で交互に発光する時、人の目が感じる予め決められた波長の値λtの位置で現れる光の強度は、第１ダイ２２及び第２ダイ２３が、予め決められた波長λtの位置での光の強度の合計である（点線の波長スペクトルの通り）。
好ましくは、第１波長λ1と第２波長λ2の差が３０ｎｍより小さい場合に、組み合わせられた予め決められた波長の発光強度は比較的強く、メインピーク（ｍａｉｎ ｐｅａｋ）を形成する。また、第１ダイ２２と第２ダイ２３の波長を合計しても、単一でメインピークを形成することはできない。しかしながら、発光ダイオードの発光純度がより高くなれば、人の目では色彩飽和度（Ｃｏｌｏｒ Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）の減少はやはり識別できない。
次に、本発明の第２の実施形態に係る発光ダイオードのパッケージ構造について、図８を参照して説明する。本実施形態の発光ダイオードのパッケージ構造２’は、第３波長λ3を持つ第３ダイ２４を更に備えた点が上記第１の実施形態の発光ダイオードのパッケージ構造と相違する。また、第３ダイ２４と第１ダイ２２及び第２ダイ２３は、同一系統の色を発する。例えば、第１ダイ２２及び第２ダイ２３がいずれもピンクの光を発する時、第３ダイ２４は深い赤の光を発し、いずれも赤系統の色の光を発する。
発光ダイオードのパッケージ構造２’が三つのダイを備えるとき、ダイの最大波長と最小波長の差は５０ｎｍより小さくなるようにする。つまり、第３波長λ3が第１波長λ1より大きい時、第３波長λ3と第２波長λ2の差は５０ｎｍより小さい。そして、第３波長λ3が第２波長λ2時より小さい時、第３波長λ3と第１波長λ1の差は５０ｎｍより小さい。
好ましくは、発光ダイオードのパッケージ構造２’の複数ダイのうち、最大波長及び最小波長の差は３０ｎｍより小さくなるようにする。なお、本発明の発光ダイオードのパッケージ構造において、パッケージ構造のダイの数量には制限がなく、複数ダイであればよい。
このように、本発明の発光ダイオードのパッケージ構造は、複数のダイを備え、第１波長と第２波長が同一系統の色である。従って、従来の技術に比べ、本発明の発光ダイオードのパッケージ構造は、組み合わせが適合する複数のダイを選ぶこと、つまり、予め決められた波長の複数ダイを組み合わせることにより、二個以上の複数ダイを一緒にパッケージすることができる。このようにして、発光ダイオードのパッケージ構造は、人が目視により、予め決められた波長の位置にあって、あたかも二個の予め決められた波長を持つ発光ダイオードの発光強度を感じることができる。また、適合するダイを選ぶ過程で、パッケージ業者が検査に合格したダイの波長の範囲を緩やかにすることができるので、同一ウェハ又は同一ロットのウェハのダイの利用率を高め、生産コストを低く抑えると同時に、原材料の無駄をなくすことが可能である。
また、本出願は、台湾特許出願０９４１２９５５７号に基づいており、その特許出願の内容は、参照によって本出願に組み込まれる。なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更などがあっても、全て本出願の請求項に記載された事項の範囲に含まれる。
従来のウェハを切断することによって形成された複数のダイを示した図。 本発明の第１の実施形態に係る発光ダイオードのパッケージ構造の一実施例を示す図。 上記パッケージ構造の他の実施例を示す図。 上記パッケージ構造の他の実施例を示す図。 上記パッケージ構造の他の実施例を示す図。 上記のパッケージ構造において、第１ダイ及び第２ダイが出す波長のスペクトルであって、第１ダイと予め決められた波長の差が、第２ダイと予め決められた波長の差が等しいことを示す図。 上記のパッケージ構造において、第１ダイ及び第２ダイが出す波長のスペクトルであって、第１ダイと予め決められた波長の差が、第２ダイと予め決められた波長の差が等しくないことを示す図。 本発明の第２の実施形態に係る発光ダイオードのパッケージ構造を示す図。
符号の説明
１ ウェハ
２、２' 発光ダイオードのパッケージ構造
２１、２１' キャリア
２２ 第１ダイ
２３ 第２ダイ
２４ 第３ダイ
２５ ワイヤリング
２６ カプセリング材料
２７ 内部配線
Ｄ ダイ
λt 予め決められた波長
λ1 第１波長
λ2 第２波長
λ3 第３波長

Claims (11)

  1. 予め決められた波長の光を発光する発光ダイオードのパッケージ構造であって、
    キャリアと、前記キャリアに置かれ、その発光が第１波長を持ち、前記第１波長が前記予め決められた波長より大きい第１ダイと、前記キャリアに置かれ、その発光が第２波長を持ち、前記第２波長が前記予め決められた波長より小さく、前記第１波長と前記第２波長が同一色系統である第２ダイと、を備え、
    前記第１ダイから出る第１波長と、前記第２ダイから出る第２波長が組み合わさって、予め決められた波長の光を出すように構成され、
    前記第１ダイ及び前記第２ダイは、前記第１波長と前記予め決められた波長との差及び前記第２波長と前記予め決められた波長との差に応じて夫々発光強度が異なることを特徴とする発光ダイオードのパッケージ構造。
  2. 前記キャリアは基板又はリードフレームであることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードのパッケージ構造。
  3. 前記第１ダイ及び前記第２ダイの発光が同時である又は同時ではないことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードのパッケージ構造。
  4. 前記第１波長と前記第２波長との差は５０ｎｍより小さいことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードのパッケージ構造。
  5. 前記第１波長と前記第２波長との差は３０ｎｍより小さいことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードのパッケージ構造。
  6. 前記予め決められた波長は６１５ｎｍから６５０ｎｍの間であることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードのパッケージ構造。
  7. 前記予め決められた波長は５１５ｎｍから５５５ｎｍの間であることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードのパッケージ構造。
  8. 前記予め決められた波長は４５５ｎｍから４８５ｎｍの間であることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードのパッケージ構造。
  9. 第３ダイを更に備え、前記第３ダイが第３波長を持ち、前記第１波長、前記第２波長及び前記第３波長が同一色系統であることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードのパッケージ構造。
  10. 前記第３波長は前記第１波長より大きく、前記第３波長と前記第２波長との差が５０ｎｍより小さいことを特徴とする請求項９に記載の発光ダイオードのパッケージ構造。
  11. 前記第３波長は前記第２波長より小さく、前記第１波長と前記第３波長との差が５０ｎｍより小さいことを特徴とする請求項９に記載の発光ダイオードのパッケージ構造。
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