JP4828468B2 - Ｌｅｄパッケージ - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージに関するものであって、特に、改善された発光効率と輝度を有するＬＥＤパッケージに関する。

一般的に、ＬＥＤは優れた単色性ピーク波長を有し、環境に優しく小型化ができるという長所を有している。このようなＬＥＤは、パッケージ形態で電光板、照明装置、ＬＣＤバックライトなどの各種製品の光源として応用されている。通常、ＬＥＤパッケージは、パッケージ本体に実装されたＬＥＤチップと、ＬＥＤチップを包装する透明な樹脂包装部（ｅｎｃａｐｓｕｌａｎｔ）を備える。ＬＥＤチップは様々な構造を有すことができ、ＬＥＤチップの側面から放出される側方向の光が全体光のうち相当部分を占める。

ＬＥＤパッケージには一つのＬＥＤチップのみ実装することもできるが、より高い輝度を得たり所望の色を得たりするために、一つのＬＥＤパッケージに２個以上のＬＥＤチップを実装することもできる。特に、白色光を得るため、一つのパッケージ内に青色、緑色及び赤色ＬＥＤを配置することもできる。このような３原色ＬＥＤチップを用いたパッケージは、ＬＣＤディスプレーのバックライト光源として用いることができる。

図１は、従来のＬＥＤパッケージを示した断面図である。図１を参照すると、ＬＥＤパッケージ１０は、上部に形成された反射コップＲを有するパッケージ本体１１と、該本体１１内に実装されたＬＥＤチップ１５，１６を含む。ＬＥＤチップ１５，１６は相互同一色（波長）のＬＥＤであることもでき、相異する波長のＬＥＤであることもできる。反射コップＲの底面１１ａは平面となっており、この平面の底部１１ａ上に２個のＬＥＤチップ１５，１６が実装されている。

図１に図示されたとおり、ＬＥＤチップ１５，１６は同一平面、即ち反射コップの底面１１ａに実装されているため、各ＬＥＤチップ（例えば、１５）の対向する側面から放出された光が隣の他のＬＥＤチップ（例えば、１６）により遮られてしまう。通常、ＬＥＤチップの側面から抽出される光量は、全体光量において相当の割合を占めるため、隣の他のＬＥＤチップによる側面光の損失はＬＥＤパッケージ１０全体の輝度を低減させるだけでなく、パッケージ全体の発光効率を大きく低下させる要因として作用する。

本発明は、上記の問題点を解決するためのものであって、本発明の目的は、２個以上のＬＥＤチップを備えるＬＥＤパッケージにおいて、隣り合っているＬＥＤチップの遮断による側面光の損失を抑制できる高輝度高効率のＬＥＤパッケージを提供することにある。

上述の技術的課題を達成すべく、本発明によるＬＥＤパッケージは、ＬＥＤチップを実装するためのマウント部を有するパッケージ本体と、上記マウント部上に実装された複数のＬＥＤチップを含み、上記マウント部の上面は非平面で、上記マウント部は上に膨らんだ断面構造を有し、少なくとも２個の隣り合うＬＥＤチップの間ではチップの側面が相異なる方向に向いている。

好ましくは、上記パッケージ本体は、上部に形成された反射コップを有することができる。この場合、上記マウント部は上記反射コップの底部上に配置される。

上記ＬＥＤチップは、相異なる色の光を出すＬＥＤチップであることもでき、同一色の光を出すＬＥＤチップであることもできる。好ましくは、上記マウント部は、上に膨らんだ多角形の断面構造を有する。この場合、上記ＬＥＤチップは上記マウント部の相異なる実装面上に実装することができる。

本発明の一実施形態によると、上記マウント部は、上に膨らんだ多角形の断面構造を有し、上記マウント部の上面は相異なる３個の実装面からなっており、上記ＬＥＤチップは上記３個の実装面上に各々実装されている。

本発明の他の実施形態によると、上記マウント部は、上に膨らんだ多角形の断面構造を有し、上記マウント部の上面は相異なる５個の実装面からなっており、上記ＬＥＤチップは上記５個の実装面上に各々実装されている。

本発明によると、上記ＬＥＤパッケージは、白色光を出力するＬＥＤパッケージであることができる。例えば、白色光を出力するため、上記ＬＥＤチップは赤色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップ及び青色ＬＥＤチップを含むことができる。他の例として、上記ＬＥＤチップを包装する樹脂包装部をさらに含み、上記ＬＥＤチップは青色ＬＥＤチップで、上記樹脂包装部には黄色蛍光体（または、赤色及び緑色蛍光体）が分散されることができる。さらに他の例として、上記ＬＥＤチップを包装する樹脂包装部をさらに含み、上記ＬＥＤチップは紫外線（ＵＶ）ＬＥＤチップであり、上記樹脂包装部には赤色、緑色及び青色蛍光体を分散させることができる。

本発明の好ましい一実施形態によると、上記ＬＥＤチップ各々の長さＬは、チップの幅Ｗの１０倍以上である。この場合、上記ＬＥＤチップは細長い形態を有することになり、特に側面から抽出される光量が大きく増大される。これによって、上記ＬＥＤチップは（同一サイズの正方形ＬＥＤチップに比べて）光抽出効率が増大される。好ましくは、上記長さＬは５ｍｍ以上で、上記幅Ｗは５００μｍ以下である。好ましくは、上記ＬＥＤチップは上記マウント部上に相互に並んで配置される。

本発明によると、非平面の上面及び上に膨らんだ断面を有するマウント部を用いて２以上のＬＥＤチップを実装することにより、隣のＬＥＤチップによる側面光の損失を効果的に抑制することが可能となる。これによって、ＬＥＤパッケージ全体の輝度と発光効率は大きく向上される。

以下、添付の図面を参照に本発明の実施形態を詳しく説明する。しかし、本発明の実施形態は、様々な形態に変形することができ、本発明の範囲が以下に説明する実施形態に限られるものではない。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、本発明の一実施形態によるＬＥＤパッケージの断面図である。図２を参照すると、ＬＥＤパッケージ１００は、パッケージ本体１０１と、本体１０１内に実装されたＬＥＤチップ１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃとを含む。パッケージ本体１０１には、その上部に反射コップＲが備えられ、反射コップＲに入射した光は上方（パッケージの出射方向）へ容易に反射される。反射コップＲの底には、ＬＥＤチップ実装用マウント部１１０が備えられている。反射コップＲにより形成された空間には、ＬＥＤチップ１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃを包装する透明な樹脂包装部１７０が形成されている。

図２に示されたとおり、マウント部１１０の上面は全体的に（平らな平面ではない）非平面になっており、マウント部１１０は上に膨らんだ断面構造（特に、多角形構造）を有している。また、マウント部１１０の上面は、相異なる３個の実装面１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃからなっており、各実装面１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ上に各ＬＥＤチップ１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃが実装されている。これによって、隣り合うＬＥＤチップ（例えば、１５０ａと１５０ｂ）の間ではチップの側面が相異なる方向に向いていることになる。具体的には、ＬＥＤチップ１５０ｂの側面は水平方向に向いているのに対して、隣のＬＥＤチップ（１５０ａまたは１５０ｃ）の側面は中央の上方向に向いている。

このように、隣り合うＬＥＤチップ同士でチップ側面が相異なる方向に向いているため、従来のように隣のチップにより側面光が遮られるということは生じなくなる。これによって側面光の損失を十分抑制し、ＬＥＤパッケージ１００全体の発光効率と輝度が大きく向上される。

マウント部１１０上に搭載されたＬＥＤチップ１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃは、相異なる色の光を出すＬＥＤチップであることもでき、同一色の光を出すＬＥＤチップであることもできる。例えば、上記ＬＥＤチップは何れも青色ＬＥＤチップであることができる。一つのパッケージ１００に同一色のＬＥＤチップを２個以上実装することにより、低コストで増大された輝度を得ることができる。

また、ＬＥＤパッケージ１００は、同一色のＬＥＤチップを使用する代わりに、相異なる色の光を出すＬＥＤチップを使用することにより、混合された光（特に、白色光）を出力することができる。例えば、ＬＥＤパッケージ１００から白色光を得るため、上記ＬＥＤチップは、青色ＬＥＤチップ１５０ａ、赤色ＬＥＤチップ１５０ｂ及び緑色ＬＥＤチップ１５０ｃであることができる。

このような白色ＬＥＤパッケージは、ＬＥＤチップの側面光の損失を最小化することにより、改善された輝度と効率を発することができる。所望の色座標の白色光を具現するため、３個のＬＥＤチップ１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ以外に追加のＬＥＤチップ（例えば、追加の緑色ＬＥＤチップ）がパッケージ１００内にさらに実装されることもできる。

図３は、本発明の他の実施形態によるＬＥＤパッケージ１００’の断面図である。図３の実施形態では、白色光を具現するため、樹脂包装部内に波長変換用蛍光体が分散されている。図３を参照すると、前述の実施形態と同様に、ＬＥＤチップ実装用マウント部１１０は非平面の上面を有し、その上面は相異なる３個の実装面１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃからなっている。各実装面１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃには青色ＬＥＤチップ１５０ａが実装されている。ＬＥＤチップを保護する樹脂包装部１７０内には、ＬＥＤチップ１５０ａから放出された光を他の波長（より長い波長）に変換させる蛍光体１７５が分散されている。

白色光を得るため、上記蛍光体１７５は、例えば、黄色蛍光体であることができる。即ち青色ＬＥＤチップ１５０ａから出た青色光が蛍光体１７５に吸収されると、蛍光体１７５は黄色光を放出することができる。ＬＥＤチップ１５０ａから出た青色光は、蛍光体１７５から出た黄色光と混合されることにより、ＬＥＤパッケージ１００’は白色光を出力することができる。

他の例として、上記蛍光体１７５は、赤色蛍光体と緑色蛍光体の混合物であることもできる。即ち青色ＬＥＤチップ１５０ａから出た青色光が赤色及び 緑色蛍光体１７５に吸収されると、赤色及び緑色蛍光体１７５は赤色光と緑色光を放出することができる。ＬＥＤチップ１５０ａから出た青色光は、赤色及び緑色蛍光体１７５から出た赤色光及び緑色光と混合されることにより、ＬＥＤパッケージ１００’は白色光を出力することができる。

さらに他の例として、白色光を得るため、紫外線ＬＥＤと赤、緑及び青色蛍光体の組合せを用いることもできる。即ちマウント部１１０に実装されたＬＥＤチップ１５０ａとして、上記の青色ＬＥＤチップに代えて紫外線ＬＥＤチップを使用し、蛍光体１７５として赤色、緑色及び青色蛍光体の混合物を使用することができる。赤外線ＬＥＤチップから出た赤外線は赤、緑及び青色蛍光体を励起させ、これら蛍光体が赤、緑及び青色光を放出できるようにする。この赤、緑及び青色光が混合され白色光を出力することになる。

図３の実施形態のように、適切な蛍光体を使用する場合にも、隣のＬＥＤチップにより側面光が遮られることを抑制することができるため、ＬＥＤパッケージ１００’全体の輝度と効率は向上される。これによって、高輝度高効率の白色ＬＥＤパッケージを容易に具現することが可能となる。

図４は、本発明のさらに他の実施形態によるＬＥＤパッケージ２００の断面図である。図４の実施形態においても、ＬＥＤチップ実装用マウント部は、上に膨らんだ多角形の断面構造を有する。しかし、この実施形態には、マウント部の上面は相異なる５個の実装面からなっている。

図４を参照すると、ＬＥＤパッケージ２００は、パッケージ本体２０１と、本体内に実装された５個のＬＥＤチップ１６０ａ，１６０ｂ，１６０ｃ，１６０ｄ，１６０ｅを含む。反射コップＲの底には、ＬＥＤチップ１６０ａ〜１６０ｅが実装されるマウント部１２０が備えられている。ＬＥＤチップ１６０ａ〜１６０ｅ上には、透明な樹脂包装部１８０が形成されている。

図４に図示されたとおり、マウント部１２０の上面は全体的に（平らな平面ではない）非平面になっており、マウント部１２０は上に膨らんだ多角形の断面構造を有する。また、マウント部１２０の上面は相異なる５個の実装面１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄ，１２０ｅからなっており、各実装面１２０ａ〜１２０ｅには各ＬＥＤチップ１６０ａ〜１６０ｅが実装されている。

これによって、隣り合うＬＥＤチップ（例えば、１６０ｂと１６０ｃ）の間ではチップ側面が相異なる方向に向いていることになる。これによって、隣のチップにより側面光が損失されることを効果的に抑制でき、輝度及び効率が大きく向上される。

上記５個のＬＥＤチップ１６０ａ〜１６０ｅは、相異なる色の光を出すこともでき、同一色の光を出すこともできる。例えば、白色光を具現するため、上記ＬＥＤチップ１６０ａ〜１６０ｅは赤、緑、青の３原色ＬＥＤチップの組合せを形成することもできる。他の例として、多数のＬＥＤで特定色（例えば、赤色）の光を高い輝度で出力するため、上記ＬＥＤチップ１６０ａ〜１６０ｅとして同一色のＬＥＤチップ（例えば、赤色ＬＥＤチップ）を用いることもできる。

以上説明した実施形態では、マウント部（１１０または１２０）が多角形の断面構造を有しているが、本発明はこれに限られない。例えば、マウント部の上面は全体的に上に膨らんで少なくとも一部に曲面を含むこともできる。本発明の基本的原理は、マウント部を上に膨らむよう構成させると同時にマウント部の上面を非平面にすることにより、隣のＬＥＤチップとの間で対向する側面による側面光の損失を抑制するということである。

図５は、本発明の一実施形態によるＬＥＤパッケージ３００の斜視図である。この実施形態では、ＬＥＤチップ自体が、チップ側面から抽出される光の量を大きく増加できる構造（または形態）を有する。

図５を参照すると、図２において説明した実施形態と同様に、上に膨らんだ多角形の断面構造を有するマウント部１１０の相異なる３個の実装面に各々３個のＬＥＤチップ１５０が並行して形成されている。しかし、マウント部１１０に実装された各ＬＥＤチップ１５０は細長い形状を有する。特に、各々のＬＥＤチップの長さＬはチップの幅Ｗの１０倍以上である（Ｌ≧１０Ｗ）。ここでＬＥＤチップの「長さ」とは、チップの側面の長さのうち最も長い長さをいい、ＬＥＤチップの「幅」とは、チップの側面の長さのうち最も短い長さを言う。

このように、チップの長さＬをチップ幅Ｗの１０倍以上に長くすると、チップの側面からの光抽出量は著しく増大される。側面から抽出される光量は全体光量のうち比較的大きい割合を占める。従って、ＬＥＤチップの発光面積またはサイズ（Ｌ×Ｗ）が同一であっても、チップ幅に対するチップ長さの比（Ｌ／Ｗ）が大きいほどチップ自体の光抽出効率（これによってチップ自体の外部量子効率）は増加する。特に、本発明者が直接実施した実験結果によると、上記比（Ｌ／Ｗ）が１０以上の場合、光抽出効率の増加は、従来の正方形ＬＥＤチップ（即ち、Ｌ＝Ｗ）に比べて著しい。好ましくは、上記比（Ｌ／Ｗ）を１０以上にするため、上記長さＬは５ｍｍ以上、上記幅Ｗは５００μｍ以下である。

図５に図示されたとおり、細長い形状のＬＥＤチップ１５０と共に（非平面の上面を有し上に膨らんだ断面構造を有する）上記のマウント部１１０を用いると、ＬＥＤチップ自体の光抽出効率を増大させるだけでなく、隣のＬＥＤチップによる側面光の損失を防ぐことが可能となる。これによって、ＬＥＤパッケージ３００全体の発光効率及び輝度はさらに向上される。

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。従って、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、変形及び変更ができ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ＬＥＤパッケージの断面図である。 本発明の一実施形態によるＬＥＤパッケージの断面図である。 本発明の他の実施形態によるＬＥＤパッケージの断面図である。 本発明のさらに他の実施形態によるＬＥＤパッケージの断面図である。 本発明の一実施形態によるＬＥＤパッケージの概略的斜視図である。

符号の説明

１００，１００’，２００，３００ ＬＥＤパッケージ
１０１，２０１ パッケージ本体
１１０，１２０ マウント部
１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄ，１２０ｅ 実装面
１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ，１６０ａ，１６０ｂ，１６０ｃ，１６０ｄ，１６０ｅ ＬＥＤチップ
１７０，１８０ 樹脂包装部
１７５ 蛍光体
Ｒ 反射コップ

Claims (14)

1. ＬＥＤチップを実装するためのマウント部を有するパッケージ本体と、
   前記マウント部上に実装された複数のＬＥＤチップと、
   を含み、
   前記マウント部の上面は非平面で、前記マウント部は上に膨らんだ断面構造を有し、前記複数のＬＥＤチップのうちの何れか１つのＬＥＤチップの、隣り合うＬＥＤチップと近接するチップ側面から垂直に放出された光の光経路上に他のＬＥＤチップが配置されず、前記何れか１つのＬＥＤチップと前記隣り合うＬＥＤチップとの間では近接するチップ側面が相異なる方向に向いており、
   前記マウント部は前記複数のＬＥＤチップのうちの何れか１つのＬＥＤチップのチップ側面から垂直に放出された光の光経路上に位置しないことを特徴とするＬＥＤパッケージ。
2. 前記パッケージ本体は、上部に形成された反射コップを有し、前記マウント部は前記反射コップの底部上に配置されたことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
3. 前記ＬＥＤチップは、相異なる色の光を出すＬＥＤチップであることを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤパッケージ。
4. 前記ＬＥＤチップは、同一色の光を出すＬＥＤチップであることを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤパッケージ。
5. 前記マウント部は、上に膨らんだ多角形の断面構造を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のＬＥＤパッケージ。
6. 前記マウント部の上面は相異なる３個の実装面からなっており、前記ＬＥＤチップは前記３個の実装面上に各々実装されたことを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤパッケージ。
7. 前記マウント部の上面は相異なる５個の実装面からなっており、前記ＬＥＤチップは前記５個の実装面上に各々実装されたことを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤパッケージ。
8. 前記ＬＥＤパッケージは、白色光を出力するＬＥＤパッケージであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のＬＥＤパッケージ。
9. 前記ＬＥＤチップは、赤色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップ及び赤色ＬＥＤチップを含むことを特徴とする請求項８に記載のＬＥＤパッケージ。
10. 前記ＬＥＤチップを取り囲んで密封する樹脂包装部をさらに含み、
    前記ＬＥＤチップは青色ＬＥＤチップで、前記樹脂包装部には黄色蛍光体が分散されていることを特徴とする請求項８に記載のＬＥＤパッケージ。
11. 前記ＬＥＤチップを取り囲んで密封する樹脂包装部をさらに含み、
    前記ＬＥＤチップは青色ＬＥＤチップで、前記樹脂包装部には赤色及び緑色蛍光体が分散されていることを特徴とする請求項８に記載のＬＥＤパッケージ。
12. 前記ＬＥＤチップを取り囲んで密封する樹脂包装部をさらに含み、
    前記ＬＥＤチップは紫外線ＬＥＤチップで、前記樹脂包装部には赤色、緑色及び青色蛍光体が分散されていることを特徴とする請求項８に記載のＬＥＤパッケージ。
13. 前記ＬＥＤチップ各々の長さは、チップの幅の１０倍以上であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のＬＥＤパッケージ。
14. 前記長さは５ｍｍ以上で、前記幅は５００μｍ以下であることを特徴とする請求項１３に記載のＬＥＤパッケージ。

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