JP5026404B2 - Ｌｅｄパッケージ - Google Patents

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Description

本発明は、ＬＥＤパッケージに関するもので、より詳細には高光量及び高演色性を有するように異なる（或いは、同一）光を提供する複数のチップと、その光の性質により異なる蛍光体層が形成されたＬＥＤパッケージに関する。
一般的に、発光ダイオード（ＬＥＤ）は優れた単色性のピーク波長を有し、光効率性に優れて小型化が可能であるという長所により、主にパッケージ形態で多様なディスプレイ装置及び光源として広く利用されている。特に、照明装置及びディスプレイ装置のバックライト（ｂａｃｋｌｉｇｈｔ）に代わることができる高効率、高出力の光源で積極的に開発されている傾向にある。
図１は従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージの断面図である。
図１に図示されたように、従来のＬＥＤパッケージ１０はパッケージ本体１１と、発光ダイオードチップ１７を含む。パッケージ本体１１には発光ダイオードチップ１７を実装するための実装部１２が形成されており、その実装部１２を囲んだ側壁には反射面（不表示）が形成されている。また、実装部１２の底にはリード電極１３、１４が配置されており、パッケージ１０内に実装された発光ダイオードチップ１７はワイヤにより上記リード電極１３、１４と電気的に接続されることができる。そして、実装された発光ダイオードチップ１７はエポキシ樹脂またはシリコン樹脂等からなる樹脂包装部１９により封止されている。
従来のＬＥＤを用いて白色発光装置を具現する方法のうち、最も広く用いられる方法は、青色ＬＥＤチップ上に黄色蛍光体を塗布する方法である。このように黄色蛍光体を用いて白色光等所望の波長帯の出力光を得るために樹脂包装部１９内には蛍光体粒子が分散されているが、例えばＹＡＧ系黄色蛍光体がシリコン樹脂内に分散され分布されることができる。
このような黄色蛍光体としては、ＹＡＧ系の他にもＴＡＧ系またはケイ酸塩蛍光体も用いることができるが、特にＹＡＧ系やＴＡＧ系はＣｅ発光特性を用いた優れた蛍光体で、青色光を励起光として使用している。
しかし、このように青色ＬＥＤチップと、その青色ＬＥＤチップ上に形成された黄色蛍光体を具現する方式は高輝度（或いは、高光量）の光を出力するという長所を有する一方、演色性が著しく低下するという問題が発生している。
本発明は上記のような問題点を改善するために案出されたもので、その目的は高光量と高演色性を同時に有するＬＥＤパッケージを提供することにある。
上記目的を達成するための本発明によるＬＥＤパッケージは、凹部と上記凹部を少なくとも第１収納溝及び第２収納溝に分ける隔壁を有するパッケージ本体と、上記第１及び第２収納溝の底面に夫々露出されるように上記パッケージ本体に形成された第１及び第２電極構造と、上記第１及び第２電極構造に電気的に接続され上記第１及び第２収納溝の底面に夫々実装された第１及び第２発光ダイオードチップと、少なくとも１つの蛍光体を含み第１及び第２発光ダイオードチップを包装するように上記第１及び第２収納溝に形成された第１及び第２樹脂包装部を含むことを特徴とする。
上記の構成結果、本発明によるＬＥＤパッケージは高輝度で、且つ高光量の白色光を具現することができ、また高演色を同時に有するようになる。
以下、図面を参照して上記構成と関わり、より具体的に説明する。
図２は、本発明の第１実施例による発光ダイオードパッケージを示す図面である。
図２に図示されたように、本発明の第１実施例による発光ダイオードパッケージは、凹部と上記凹部を２つの収納溝に分ける隔壁１０１を有するパッケージ本体１００と、上記各収納溝の底面に露出されるように上記パッケージ本体１００に形成された第１及び第２電極構造１２１、１２２と、上記第１及び第２電極構造１２１、１２２に電気的に接続され上記収納溝のうち１つの収納溝の底面に実装された近紫外線発光ダイオードチップ１１０と、上記近紫外線発光ダイオードチップ１１０を包装し上記近紫外線発光ダイオードチップ１１０上において赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の蛍光体のうち少なくとも１つの蛍光体を含み少なくとも１つの層を成す第１樹脂包装部１１７と、上記パッケージ本体１００の収納溝において上記近紫外線発光ダイオードチップ１１０が実装された収納溝以外の収納溝に実装された青色発光ダイオードチップ１１１及び黄色蛍光体を含み上記青色発光ダイオードチップ１１１を包装し少なくとも１つの層を成す第２樹脂包装部１１８をさらに含むことを特徴としている。
ここで、外部のフレームを成しているパッケージ本体１００は、プラスチック材質に射出成形により形成されることができ、その真ん中の領域には上側に向かって開放された複数の凹んだ収納溝を形成している。夫々の収納溝は凹部を隔壁１０１で分けることにより形成され、この際、隔壁１０１は垂直な面を有する。また、隔壁１０１は傾いて形成されることができ、その傾斜角がチップが実装された底面を基準に大体６０°より大きく９０°より小さい範囲で形成されるとき、光の反射効率を高めることができる。そして、隔壁１０１の一側面を含む収納溝の側壁１０１には近紫外線及び／或いは青色発光ダイオードチップ１１０、１１１から提供された光を反射させることができるように反射物質がさらに形成されることができる。
また、その収納溝の底には外部から貫通して流入された、或いは収納溝の底面に露出されるように正極性（＋）及び負極性（−）の第１及び第２電極構造１２１、１２２が形成されている。このような第１及び第２電極構造１２１、１２２は外部の電源部と電気的に接続され、これを通じて外部から電圧が印加される。
そして、パッケージ本体１００の収納溝（或いは、収納溝内に形成された別途の実装部）には近紫外線及び／或いは青色発光ダイオードチップ１１０、１１１が実装されている。この際、近紫外線及び／或いは青色発光ダイオードチップ１１０、１１１は夫々の（或いは、同一チップの場合は同時に）第１及び第２電極構造１２１、１２２と接触する夫々の導電ワイヤをさらに含むことができる。
上記パッケージ本体１００の収納溝のうち、例えば、近紫外線発光ダイオードチップ１１０が実装された収納溝の場合には、その近紫外線発光ダイオードチップ１１０上にＲ、Ｇ、Ｂの蛍光体のうち少なくとも１つの蛍光体を含む多様な形態の第１樹脂包装部１１７を形成している。
言い換えれば、本発明の第１実施例において、１つのチップが近紫外線発光ダイオードチップ１１０のとき、その近紫外線発光ダイオードチップ１１０の第１樹脂包装部１１７はＲ、Ｇ、Ｂの蛍光体を混合して１つの樹脂層を形成するか、または近紫外線発光ダイオードチップ１１０を埋め込む別途の透明樹脂層を形成した後、その透明樹脂層上にＲ、Ｇ、Ｂの蛍光体が混合された１つの樹脂層を形成することができる。
また、第１樹脂包装部１１７はＲ、Ｇ、Ｂの蛍光体を夫々含み順次に積層されている複数の樹脂層からなることができ、また、近紫外線発光ダイオードチップ１１０を埋め込む透明な樹脂層を別途で形成した後、その透明樹脂層上にＲ、Ｇ、Ｂの蛍光体を夫々含み順次に積層されている複数の樹脂層からなることができる。
一方、残り１つの青色発光ダイオードチップ１１１の場合は、青色発光ダイオードチップ１１１を包装しその周りに黄色（Ｙ）蛍光体を含む第２樹脂包装部１１８が形成されるか、或いは青色発光ダイオードチップ１１１を埋め込む別途の透明樹脂層を形成した後、その透明樹脂層上に黄色（Ｙ）蛍光体を含む樹脂層からなる第２樹脂包装部１１８を形成することができる。
この際、第２樹脂包装部１１８は、例えばＹＡＧ系の黄色蛍光体を含むゲル形態のエポキシ樹脂、或いはＹＡＧ系の黄色蛍光体を含むゲル形態のシリコン樹脂をパッケージ本体１００の収納溝の注入してから、ＵＶ（ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）硬化や熱硬化を通じ形成する。
一方、上記の場合において２つのチップが全て近紫外線発光ダイオードチップ１１０であることができ、この場合も上記の方法通り２つの近紫外線発光ダイオードチップ１１０全てに第１樹脂包装部１１７を形成することができ、尚、１つの近紫外線発光ダイオードチップ１１０上には１つの蛍光体、例えばＲの蛍光体が含まれた第１樹脂包装部１１７を形成し、他の近紫外線発光ダイオードチップ１１０上にはＧ及びＢの蛍光体が含まれた第１樹脂包装部１１７を形成することができる。
この際、上記のように積層型構造に形成するか、近紫外線発光ダイオードチップ１１０を埋め込む別途の透明樹脂層を形成し積層型構造に形成する等多様な方法を適用することができる。これと関しては後に具体的に述べる。
ここで、積層型構造で形成されるとき、夫々の蛍光体がＲ、Ｇ、Ｂの順に積層されることが最も好ましいが、これは、下側にある蛍光体により提供された光のエネルギーが大きいと、上側にある蛍光体が吸収するようになり光の損失が発生するか、或いは所望の白色光が具現されない場合が発生するようになるためである。
従って、本発明において高演色性のために近紫外線発光ダイオードチップ１１０の構成に基づき、光の損失を防ぐために、Ｒ、Ｇ、Ｂ蛍光体が含まれた第１樹脂包装部１１７を多様な形態に形成し、また、高輝度を求める場合には青色発光ダイオードチップ１１１をさらに形成し、この際にも光の損失を防ぐために黄色蛍光体が含まれた第２樹脂包装部１１８を適切な形態に変更して形成する。
また、本発明のＬＥＤパッケージは収納溝を囲みパッケージ本体１００に固定され形成されたレンズがさらに備えられることができる。この際、レンズはパッケージ本体１００の収納溝に形成された第１及び第２樹脂包装部１１７、１１８を外部から保護すると共に、その収納溝に実装された近紫外線或いは青色発光ダイオードチップ１１０、１１１から提供された光を混合し外部に不規則に集光或いは拡散させる役割をする。
以下、図面を参照して上述の内容に対してより具体的に説明する。
図３ａ乃至図３ｄは、図２において高演色性及び高光量のために２つの収納溝を１つのグループにし２つの収納溝に全て近紫外線発光ダイオードチップが実装された場合の図面である。
上述し、また、図３ａ乃至図３ｄに図示されたように近紫外線発光ダイオードチップ上に多様な方法で第１樹脂包装部を形成することができる。ここで、図３ａは２つの近紫外線発光ダイオードチップが１つのグループを形成し、その１つのグループを成すチップ上にＲ、Ｇ、Ｂの蛍光体が分かれて形成されるとき、白色光が具現できることを示し、図３ｂ乃至図３ｄは夫々の近紫外線発光ダイオードチップ上に別途にＲ、Ｇ、Ｂの蛍光体が混合され１つの層を成すか、或いは夫々積層される構造で形成され白色光が具現できることを示している。
より具体的に、図３ａで２つの近紫外線発光ダイオードチップが１つのグループを成すとき、１つの近紫外線発光ダイオードチップ上にＲの蛍光体が含まれる第１樹脂包装部が形成されたのであれば、他の近紫外線発光ダイオードチップ上にはＧ及びＢの蛍光体が混合され１つの層を成す第１樹脂包装部が形成されることができる。
また、実質的に図面には示していないが、上記の第１樹脂包装部は夫々の近紫外線発光ダイオードチップを埋め込む別途の透明樹脂層をさらに含むこともでき、また、Ｇ及びＢの蛍光体が混合された第１樹脂包装部は夫々積層される構造であるか、または別途の透明樹脂層上に積層される構造でも形成されることができる。
図３ｂのように夫々の近紫外線発光ダイオードチップ上にはＲ、Ｇ、Ｂの蛍光体が混合され１つの層を成す第１樹脂包装部が形成されている。
この際、その第１樹脂包装部は夫々の近紫外線発光ダイオードチップのうち少なくとも１つを埋め込む透明樹脂層をさらに含むことができる。
図３ｃでは、夫々の近紫外線発光ダイオードチップ上にはＲ、Ｇ、Ｂの蛍光体が夫々含まれた複数の蛍光層がＲ、Ｇ、Ｂの順に積層され第１樹脂包装部を形成している。
また、図３ｄに図示されたように図３ｃの第１樹脂包装部は少なくとも１つの近紫外線発光ダイオードチップを埋め込む透明樹脂層をさらに含むことができる。
本発明では、上記のように収納溝に隣り合って実装される発光ダイオードチップが同じ波長帯、或いは同じ光特性を有し如何なる光変換構造、即ち樹脂層の構造を有するかによって隔壁の特性を異なるように設計することができる。
例えば、上記図３ａ及び図３ｂのような構造のとき、本発明における隔壁は発光ダイオードチップから提供された光が隔壁を通過するようにし、また変換層、即ち第１樹脂包装部を通じて混合された光も隔壁を通過するように製造することができる。
しかし、図３ｃ及び図３ｄのように光変換層、即ち第１樹脂包装部が積層構造を有するとき、本発明における隔壁は発光ダイオードチップから提供された光が隔壁を通過するように設計しても構わないが、Ｒ、Ｇ、Ｂのうち少なくとも１つの層を通じて変換された光は隔壁を透過しないように設計することが好ましい。
このために、隔壁の壁面には特定波長の光が選択的に透過されるようにする波長選択コーティング（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｃｏａｔｉｎｇ）や、或いは特定波長の光が隔壁において反射されるようにする反射コーティング（ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｃｏａｔｉｎｇ）がなされることができる。
図４ａ乃至図４ｃは、図２において高演色性、高輝度のために１つのチップは近紫外線発光ダイオードチップで構成し、他のチップは青色発光ダイオードチップで構成する場合の図面である。
ここで、図４ａは演色性と高輝度のために形成した一般的な第１樹脂包装部及び第２樹脂包装部を示している。つまり、近紫外線発光ダイオードチップ上に形成された第１樹脂包装部はＲ、Ｇ、Ｂの蛍光体が混合され１つの層を成し、青色発光ダイオードチップ上に形成された第２樹脂包装部は黄色蛍光体が混合され１つの層を成すように形成されている。
しかし、このようにＲ、Ｇ、Ｂの蛍光体が１つの層において混合される場合には、エネルギーの高い光を他の蛍光体が吸収する現象により演色性が多少低下することがある。
図４ｂは、図４ａをさらに改善した構造で、近紫外線発光ダイオードチップ上に形成された第１樹脂包装部はＲ、Ｇ、Ｂの蛍光体が夫々含まれて形成された樹脂層が積層されて形成され、青色発光ダイオードチップ上に形成された第２樹脂包装部は黄色蛍光体が混合されて１つの層を成すように形成されている。これを通じエネルギーの高い光を提供する蛍光体であるほど上側に形成することにより所望の高演色性の白色光を具現することができるようになる。
しかし、図４ｂの場合には、Ｒ蛍光体が含まれた樹脂層の蛍光体が多少多く分布されることができ、所望の理想的な演色性が具現されないこともできる。
図４ｃは、図４ｂを改善した構造で、近紫外線発光ダイオードチップ上に形成された第１樹脂包装部は近紫外線発光ダイオードチップを埋め込み形成される透明な樹脂層をさらに含み、その透明樹脂層上にＲ、Ｇ、Ｂの蛍光体が夫々含まれ積層され形成されている。このようにＲ、Ｇ、Ｂの蛍光体の分布を均一に形成することにより理想的な高演色性の光を具現することができるようになる。この際、青色発光ダイオードチップ上に形成された第２樹脂包装部も青色発光ダイオードチップを埋め込み形成された透明樹脂層をさらに含むことができ、その透明樹脂層上に黄色蛍光体が混合され１つの層を成す黄色蛍光体層が形成されている。
ここで、図４ａのような場合において、本発明の隔壁は異なるチップから提供された光が隔壁を通過してはならないが、光変換層、即ち第１及び第２樹脂包装部を通じて混合された光は隔壁を通過するように設計することが好ましい。
また、図４ｂ及び図４ｃの場合のように積層構造を成すとき、本発明の隔壁は異なるチップから提供された光が隔壁を通過してはならない上、第１及び第２樹脂包装部のＲ、Ｇ、Ｂ層のうち、少なくとも１つの層を通じ混合された光が隔壁を通過しないように設計することが好ましい。
このような場合にも、上述のように隔壁の壁面に特定波長の光が選択的に透過されるようにする波長選択コーティングや、或いは特定波長の光が隔壁において反射されるようにする反射コーティングがなされることができる。
図５は本発明の第２実施例によるＬＥＤパッケージを示す図面である。
図５に図示されたように、本発明の第２実施例によるＬＥＤパッケージは凹部と上記凹部を３つの収納溝に分ける隔壁２１１を有するパッケージ本体２００と、上記各収納溝の底面に露出されるように上記パッケージ本体２００に形成された第１及び第２電極構造２２１、２２２と、上記第１及び第２電極構造２２１、２２２に電気的に接続され上記収納溝のうち、少なくとも１つの収納溝の底面に実装された近紫外線及び／或いは青色発光ダイオードチップ２１０と、上記近紫外線及び／或いは青色発光ダイオードチップ２１０を包装し上記近紫外線発光ダイオードチップ２１０上において赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の蛍光体のうち、少なくとも１つの蛍光体を含み少なくとも１つの層を成す第１樹脂包装部と、上記パッケージ本体２００の収納溝において上記近紫外線発光ダイオードチップ２１０が実装された収納溝以外の収納溝が少なくとも１つ存在するとき、その収納溝に実装された青色発光ダイオードチップ２１０及び黄色蛍光体を含み上記青色発光ダイオードチップ２１０を包装し少なくとも１つの層を成す第２樹脂包装部をさらに含むことを特徴としている。
ここでも多様な形態のチップ構造が可能であるが、１つ目は３つの収納溝に全て近紫外線発光ダイオードチップを実装することができる。２つ目は２つの収納溝には近紫外線発光ダイオードチップを実装し残りの１つの収納溝には青色発光ダイオードチップを実装する場合である。そして、３つ目は３つの収納溝に全て青色発光ダイオードチップを実装する場合である。
この際、夫々のチップ上に形成される樹脂包装部に関しては、上述の内容と大して変わらないが、３つの収納溝に全て近紫外線発光ダイオードチップを実装する場合において夫々のチップはＲ、Ｇ、Ｂの蛍光体が夫々含まれて形成された第１樹脂包装部を形成することをさらに考慮することができる。これはあくまでも理想的な白色光を具現するためのものである。
このような部分を除くと、上述の内容と大きく変わらないため、その他詳しい内容は上述の内容に代える。
一方、本発明の第１実施例及び第２実施例に示したようにパッケージ本体の収納溝は多様な形態に変更されることにより隔壁を形成することもできる。
図６ａ及び図６ｂは本発明によるパッケージ本体の収納溝の他の形態を示す平面図である。
図６ａ及び図６ｂに図示されたように、パッケージ本体３００、４００に同じ形態を成す円形の収納溝が隣り合って形成されることにより隔壁を形成することができる。この際、円形の収納溝は図面には詳細に示されていないが、反射される光の光量を高めるために側壁が傾いて形成され、その側壁に反射物質がさらに形成される。
図７は本発明によるパッケージ本体の収納溝のさらに他の形態を示す平面図である。
図７に図示されたように、本発明によるパッケージ本体５００の収納溝は多角形の形態で隣り合って形成されることにより隔壁を形成することもできる。これも反射される光の光量を高めるために側壁を傾けて形成し、その側壁に反射物質が形成される。
そして、図６ａ、図６ｂ及び図７のように、同じ形状の収納溝を複数形成する場合にもその収納溝を全て含む１つのレンズがさらに含まれることが好ましい。
上記のように本発明は該当技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想から外れない範囲内で様々な多様な形態の置換、変形及び変更が可能である。この際、紫外線（或いは、近紫外線）チップのみからなる発光ダイオードパッケージは紫外線チップとバイオレット（ｖｉｏｌｅｔ）チップが混合され備えられるか、バイオレットチップのみで備えれることもできる。
従って、本発明の権利範囲は上述の実施形態及び添付の図面により限定されるものではなく、上述の請求の範囲により限定されるべきである。
従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージの断面図である。 本発明の第１実施例による発光ダイオードパッケージを示す図面である。 図２において高演色性及び高光量のために２つの収納溝を１つのグループとし、２つの収納溝に全て近紫外線発光ダイオードチップが実装された場合の図面である。 図２において高演色性及び高光量のために２つの収納溝を１つのグループとし、２つの収納溝に全て近紫外線発光ダイオードチップが実装された場合の図面である。 図２において高演色性及び高光量のために２つの収納溝を１つのグループとし、２つの収納溝に全て近紫外線発光ダイオードチップが実装された場合の図面である。 図２において高演色性及び高光量のために２つの収納溝を１つのグループとし、２つの収納溝に全て近紫外線発光ダイオードチップが実装された場合の図面である。 図２において高演色性、高光量及び高輝度のために１つのチップは近紫外線発光ダイオードチップで構成され、他の１つのチップは青色発光ダイオードチップで構成される場合の図面である。 図２において高演色性、高光量及び高輝度のために１つのチップは近紫外線発光ダイオードチップで構成され、他の１つのチップは青色発光ダイオードチップで構成される場合の図面である。 図２において高演色性、高光量及び高輝度のために１つのチップは近紫外線発光ダイオードチップで構成され、他の１つのチップは青色発光ダイオードチップで構成される場合の図面である。 本発明の第２実施例による発光ダイオードパッケージを示す図面である。 本発明によるパッケージ本体の収納溝の他の形態を示す平面図である。 本発明によるパッケージ本体の収納溝の他の形態を示す平面図である。 本発明によるパッケージ本体の収納溝のさらに他の形態を示す平面図である。
符号の説明
１００、２００ パッケージ本体
１０１、２１１ 隔壁
１１０ 近紫外線発光ダイオードチップ
１１１ 青色発光ダイオードチップ
２１０ 近紫外線或いは青色発光ダイオードチップ
１２１、２２１ 第１電極構造
１２２、２２２ 第２電極構造

Claims (2)

  1. 凹部と、前記凹部を少なくとも第１収納溝及び第２収納溝に分ける隔壁を有するパッケージ本体と、
    前記第１及び第２収納溝の底面に夫々露出されるように前記パッケージ本体に形成された第１及び第２電極構造と、
    前記第１及び第２電極構造に電気的に接続され、前記第１及び第２収納溝の底面に夫々実装された第１及び第２発光ダイオードチップと、
    少なくとも１つの蛍光体を含み第１及び第２発光ダイオードチップを包装するように前記第１及び第２収納溝に形成された第１及び第２樹脂包装部を含み、
    前記第１及び第２発光ダイオードチップは近紫外線発光ダイオードチップであり、
    前記第１発光ダイオードチップを包装するように前記第１収納溝に形成された第１樹脂包装部及び前記第２発光ダイオードチップを包装するように前記第２収納溝に形成された第２樹脂包装部は、赤色の蛍光体が含まれる赤色層、緑色の蛍光体が含まれる緑色層、及び青色の蛍光体が含まれる青色層が積層されて形成され、
    前記隔壁は、前記第１及び第２発光ダイオードチップから発生した光を透過し、前記蛍光体によって変換された光のうち、特定波長の光を透過しないことを特徴とする発光ダイオードパッケージ。
  2. 前記隔壁は傾いた面を有す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。
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