JP5124722B2

JP5124722B2 - 白色発光ダイオード及びそのパッケージ構造の製造方法

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Publication number: JP5124722B2
Application number: JP2008319417A
Authority: JP
Inventors: ▲賢▼武占
Original assignee: ニンボードゥジャライティングテクノロジーカンパニーリミテッド
Priority date: 2007-12-20
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2028-12-16
Also published as: EP2073603A1; KR20090067026A; CN101197413A; CN100490201C; ATE480128T1; EP2073603B1; US7655487B2; JP2009152601A; DE602008002392D1; US20090159914A1

Description

本発明は、発光ダイオード及びそのパッケージ構造の製造方法に関し、特に低い光減衰の白色発光ダイオード及びそのパッケージ構造の製造方法に関する。

発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ−ＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ、ＬＥＤ）は、半導体発光装置であり、指示燈や表示スクリーンなどに広く利用される。白色発光ダイオードは、蛍光灯や白熱電球に取って代わり第４世代の照明光源に誉められる。発光ダイオードの理論寿命は約１００,０００時間であるが、マーケットにおける白色発光ダイオードの寿命は、理論の１００,０００時間よりも遥かに短い。

図１を参照する。図１は、従来の白色発光ダイオードを室温２５℃、電流２５ｍＡの条件で２５２０時間連続測定したときの光減衰測定結果を示したグラフであり、その縦軸は光束（ＬｕｍｉｎｏｕｓＦｌｕｘ）維持率を示し、その横軸は時間を示す。図１に示すように、１６８時間のときの光減衰が１３％であり、３３６時間のときの光減衰が２０％であり、５０４時間のときの光減衰が２５％であり、６４８時間のときの光減衰が３１％であり、１１２８時間のときの光減衰が４９％であり、２５２０時間のときの光減衰が８０％である。さらに検証するために、白色発光ダイオードを室温２５℃、電流４０ｍＡの条件で時間連続測定した。この光減衰測定結果は、図２に示すように、１６８時間、３３６時間、５０４時間及び１０３２時間のときの光減衰はそれぞれ３４％、４５％、６８％及び８８％である。

白色発光ダイオードの光減衰を考慮し、多くのメーカーは、光減衰を低減しようと努力している。例えば、図３は、従来の白色発光ダイオード（日亜化学工業株式会社、ＮＳＰＷ５００ＣＳ）を室温２５℃、電流２５ｍＡの条件で２５２０時間連続測定したときの光減衰測定結果を示したグラフであった。図３に示すように、１６８時間のときの光減衰が３％であり、３３６時間のときの光減衰が５％であり、５０４時間のときの光減衰が８％であり、６４８時間のときの光減衰が１０％であり、１１２８時間のときの光減衰が１２％であり、２５２０時間のときの光減衰が２４％である。さらに検証するために、白色発光ダイオードを温度２５℃、電流４０ｍＡの条件で１０３２時間連続測定した。この光減衰測定結果は、図４に示すように、１６８時間、３３６時間、５０４時間及び１０３２時間のときの光減衰はそれぞれ１０％、１３％、１４％及び２４％である。

図５は、もう一つの従来の白色発光ダイオード（華剛光電有限会社（ＣＯＴＣＯ）、ＬＣ５０３ＴＷＮ１-１５Ｑ-Ａ１）を室温２５℃、電流２５ｍＡの条件で２５２０時間連続測定したときの光減衰測定結果を示したグラフであった。図５に示すように、１６８時間のときの光束維持率は４％に上げ、３３６時間のときの光束維持率は１０４％のままで維持され、５０４時間のときの光束維持率は１０３％に低下され、６４８時間のときの光束維持率は続けて低下して、１０１％となり、１１２８時間のときの光減衰は３％であり、２５２０時間のときの光減衰は９％である。さらに検証するために、白色発光ダイオードを室温２５℃、電流４０ｍＡの条件で１０３２時間連続測定した。この測定結果は、図６に示すように、１６８時間のときの光束維持率は４％に上げ、３３６時間、５０４時間及び１０３２時間のときの光減衰はそれぞれ２％、７％及び１７％である。

上述したものにより、日亜化学工業株式会社及び華剛光電有限会社の白色発光ダイオードの光減衰は低減された。しかし、その白色発光ダイオードは非常に高額なものであり、完成された製品が高価で普及しなかった。

本発明の目的は、白色発光ダイオードの光減衰及び製造コストを改善する白色発光ダイオード及びそのパッケージ構造の製造方法を提供することを課題とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、サポートフレーム、発光ダイオードチップ、ディスペンサ膠及び蛍光粉を備える白色発光ダイオードであって、前記ディスペンサ膠は、前記蛍光粉が混入されて用いられ、ポリジメチルシロキサンである第１の組成物とジメチルシロキサン、メチル水素シロキサン及びビニルシロキサンを有る共重合体である第２の組成物とを含み、前記共重合体は重量濃度が９４％乃至９９％であって、前記ジメチルシロキサンは重量濃度が８４％乃至９０％であり、前記メチル水素シロキサンは重量濃度が４％乃至９％であり、前記ビニルシロキサンは重量濃度が２％乃至７％であることを特徴とする白色発光ダイオードが提供される。

一つの好適な態様では、前記共重合体は重量濃度が９８％であって、前記ジメチルシロキサンは重量濃度が８７％であり、前記メチル水素シロキサンは重量濃度が７％であり、前記ビニルシロキサンは重量濃度が４％である。

一つの好適な態様では、前記第２の組成物はさらに重量濃度が０.５％乃至３％であるγ−（2，3エポキシプロポキシ）プロピルトリメトキシシランを含む。

一つの好適な態様では、前記γ−（2，3エポキシプロポキシ）プロピルトリメトキシシランは重量濃度が１％である。

一つの好適な態様では、前記第２の組成物はさらに重量濃度が０.５％乃至３％であるトリエトキシメチルシランを含む。

一つの好適な態様では、前記トリエトキシメチルシランは重量濃度が１％である。

一つの好適な態様では、前記第１の組成物と第２の組成物は１：１の重量％に応じて混合される。

一つの好適な態様では、前記蛍光粉、前記第１の組成物及び第２の組成物は１：３：３の重量％に応じて混合される。

また、本発明によれば、絶縁膠をサポートフレームの反射カップ内に注入する工程と、発光ダイオードチップを前記サポートフレームの反射カップ内に放置する工程と、前記発光ダイオードチップと前記サポートフレームを固定するために、前記絶縁膠、前記サポートフレーム及び前記発光ダイオードチップをベーキングする工程と、少なくとも二つの導線を前記発光ダイオードチップの正極と負極に溶接される工程と、蛍光粉と、ポリジメチルシロキサンである第１の組成物と、重量濃度が８４％乃至９０％であるジメチルシロキサン、重量濃度が４％乃至９％であるメチル水素シロキサン及び重量濃度が２％乃至７％であるビニルシロキサンを有る共重合体の重量濃度が約９４％乃至９９％である第２の組成物とを撹拌して、混合する工程と、前記第１の組成物、前記第２の組成物及び前記蛍光粉を有る混合物が前記少なくとも二つの導線を有る前記サポートフレームの反射カップ内にディスペンサされる、前記蛍光粉をディスペンサする工程と、前記蛍光粉を固体化するために、前記混合物をベーキングする工程と、エポキシ膠を配分する工程と、前記エポキシ膠を注入してモールディングする工程と、前記エポキシ膠を注入した後のベーキングする工程とを含むことを特徴とする白色発光ダイオードのパッケージ構造の製造方法が提供される。

一つの好適な態様では、前記蛍光粉をディスペンサした前記混合物をベーキングする工程において、ベーキング工程の温度は１３０℃乃至１５０℃であり、ベーキング工程の時間は１時間乃至２時間である。

本発明は、従来の白色発光ダイオードに比べ、第１の組成物及び第２の組成物を混合してパッケージ構造を製造し、且つベーキング工程の温度と時間を制御する。そのため、白色発光ダイオードの光減衰を効果的に低減して、寿命を延長している。したがって、本発明の白色発光ダイオード及びそのパッケージ構造の製造方法は、低い光減衰の効果と低い製造コストを有し、白色発光ダイオードを普及させることができる。

本発明の白色発光ダイオードは、サポートフレーム、発光ダイオードチップ、ディスペンサ膠及び蛍光粉を備える。ディスペンサ膠は、蛍光粉が混入されて用いられる。発光ダイオードチップは、サポートフレーム上に固定される。蛍光粉とディスペンサ膠は所定の配分割合に応じて混合される。蛍光粉が混入された用いられるディスペンサ膠は、液状且つ濃稠な第１の組成物と第２の組成物を含む。第１の組成物は、ポリジメチルシロキサン（polydimethyl-siloxane：PDMS）を含む。第２の組成物は、ジメチルシロキサン（dimethyl-siloxane）、メチル水素シロキサン（methyl hydrogen siloxane）及びビニルシロキサン（vinyl-siloxane）を有する共重合体を含む。この共重合体の分子構造は、以下の化学構造式で表される。

第２の組成物は、γ−（2，3エポキシプロポキシ）プロピルトリメトキシシラン（γ−(2, 3-epoxypropoxy)-propyl- trimethoxysilane）（即ちγ−（トリメトキシシリル）プロピルエーテル（glycidylγ− (trimethoxysilyl)-propyl-ether））及びトリエトキシメチルシラン（triethoxymethyl- silane）をさらに含む。その共重合体の分子構造はそれぞれ以下の化学構造式で表される。

本発明の一実施形態では、第２の組成物の共重合体は重量濃度が９４％乃至９９％であり、重量濃度が９８％であることが好ましい。ジメチルシロキサンは重量濃度が８４％乃至９０％であり、重量濃度が８７％であることが好ましい。メチル水素シロキサンは重量濃度が４％乃至９％であり、重量濃度が７％であることが好ましい。ビニルシロキサンは重量濃度が２％乃至７％であり、重量濃度が４％であることが好ましい。この第２の組成物では、γ−（2，3エポキシプロポキシ）プロピルトリメトキシシラン（即ちγ−（トリメトキシシリル）プロピルエーテル）は重量濃度が０.５％乃至３％であり、重量濃度が１％であることが好ましい。トリエトキシメチルシランは重量濃度が０.５％乃至３％であり、重量濃度が１％であることが好ましい。

本発明の一つ実施形態では、発光ダイオードチップは、発光波長が４５５乃至４６５ｎｍである青色の発光ダイオードチップである。例えば、発光ダイオードチップを固定する膠は絶縁膠であり、蛍光粉は珪酸塩蛍光粉である。サポートフレームは金属サポートフレームであり、例えば鉄サポートフレームである。蛍光粉が混入されて用いられるディスペンサ膠において、第１の組成物と第２の組成物が１：１の重量％に応じて混合される。蛍光粉が混入されて用いられるディスペンサ膠において、蛍光粉、第１の組成物及び第２の組成物が１：３：３の重量％に応じて混合される。当該分野の技術を熟知する者であれば、蛍光粉は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（YAG、Yttrium Aluminum Garnet）、テルビウム・アルミニウム・ガーネット（TAG、Terbium Aluminum Garnet ）、硫化物またはそれらの混合物のような蛍光体粒子からなることを理解できる。

図７を参照する。本実施形態の白色発光ダイオードのパッケージ構造の製造方法の工程を以下に述べる。

工程１：絶縁膠を注入する。発光ダイオードチップを固定するための絶縁膠をサポートフレームの反射カップ内に注入する。

工程２：発光ダイオードチップを放置する。発光ダイオードチップをサポートフレームの反射カップ内に放置し、絶縁膠で固定する。

工程３：発光ダイオードチップを放置した後、ベーキング工程を行う。固定された発光ダイオードチップを有する半製品をベーキング炉にベーキングし、サポートフレームに固定する。

工程４：導線（例えば金線）を溶接する。例えば、二つの導線は固定した発光ダイオードチップの正極と負極に溶接される。

工程５：蛍光粉を配分する。蛍光粉、第１の組成物及び第２の組成物を撹拌し、その混合物を均一に混合する。撹拌は所定の時間範囲内で行い、例えば５分であることが好ましい。本発明の一実施形態では、第１の組成物はポリジメチルシロキサン（PDMS）を含み、第２の組成物は、ジメチルシロキサン、メチル水素シロキサン及びビニルシロキサンを有する共重合体を含む。第２の組成物の共重合体は、重量濃度が約９４％乃至９９％であり、重量濃度が９８％であることが好ましい。ジメチルシロキサンは、重量濃度が８４％乃至９０％であり、重量濃度が８７％であることが好ましい。メチル水素シロキサンは重量濃度が４％乃至９％であり、重量濃度が７％であることが好ましい。ビニルシロキサンは重量濃度が２％乃至７％であり、重量濃度が４％であることが好ましい。

工程６：真空吸気を行う。この工程６における真空吸気は、第１の組成物、第２の組成物及び蛍光粉からなる混合物に対して行われる。真空吸気の時間は約５分乃至１０分であることが好ましい。

工程７：蛍光粉をディスペンサする。第１の組成物、第２の組成物及び蛍光粉からなる真空にした混合物をディスペンサ装置の注射筒内に注入し、ディスペンサ膠により混合される。ディスペンサ膠により混合された混合物は、導線を有するサポートフレームの反射カップ内にディスペンサされる。

工程８：蛍光粉をディスペンサした後、ベーキングを行う。混合されたディスペンサ膠を有するサポートフレームは、ベーキング炉にベーキングされ、サポートフレームに混合されたディスペンサ膠を固体化する。ベーキング炉の温度は１３０℃乃至１５０℃であり、ベーキング工程の時間は１時間乃至２時間であることが好ましい。

工程９：エポキシ膠を配分する。Ａ型とＢ型エポキシ膠を予め加熱し、普通に１：１の重量％に応じて混合する。さらに、混合したエポキシ膠を撹拌して均一に混合する。

工程１０：真空吸気を行う。この工程１０における真空吸気は、混合したエポキシ膠に対して行われる。真空吸気の時間は約５分乃至１０分であることが好ましい。

工程１１：エポキシ膠を注入してモールディングを行う。エポキシ膠を型によりキャビティまたはサポートフレーム内に注入する。

工程１２：エポキシ膠を注入したモールディング後、ベーキング工程を行う。金型のキャビティおよびサポートフレームをベーキング炉にベーキングし、サポートフレームにエポキシ膠を固体化する。例えば、ベーキング炉の温度は１２５℃であり、ベーキング工程の時間は８時間乃至１０時間であることが好ましい。

工程１３：導線（リード、Ｌｅａｄｓ）をパンチングする。リードは、スタンピングによりパンチされ、正極と負極とが互いに分ける。

工程１４：発光ダイオードを分類する。分類装置により、例えば電圧、輝度、色などという電性パラメータに応じて発光ダイオードを分類する。

工程１５：分類した発光ダイオードをパッケージする。

本発明者は、上述したパッケージ構造の製造方法により製造された白色発光ダイオードに対して非常に多くのテストを行い、光減衰を検証する。

図８は、本発明の一実施形態による白色発光ダイオードを室温２５℃、電流２５ｍＡの条件で２５２０時間連続測定したときの光減衰測定結果を示したグラフであり、その縦軸はルミナスフラックス維持率を示し、その横軸は時間を示す。図８に示すように、１６８時間のときの光束維持率は１０５％であり、３３６時間のときの光束維持率は１０６％であり、５０４時間のときの光束維持率が１０６％で維持され、６４８時間のときの光束維持率は１０７％であり、１１２８時間のときの光束維持率は１０２％であり、２５２０時間のときの光減衰は３％である。

本発明の白色発光ダイオードの光減衰をさらに検証するために、白色発光ダイオードを室温２５℃、電流４０ｍＡの条件で１０３２時間連続測定した。測この光減衰定結果は、図９に示すように、１６８時間のときの光減衰は２％であり、３３６時間のときの光減衰は３％であり、５０４時間のときの光減衰は０％であり、１０３２時間のときの光減衰は僅かに２％である。

なお、特に説明することでは、テストは同じ条件で行う。それはすなわち（１）各テストは、同じ実験室に、同じ時間、同じ条件で行われ、且つ（２）各テストの複数の白色発光ダイオードは、例えば２０の白色発光ダイオードからランダムにサンプリングする。

本発明は、非常に多くのテストを行い、高信頼な測定結果を得た。テストにおいて、様々な材料と発光ダイオードチップをテストした後、本発明は、第１の組成物と第２の組成物を混合させることを採用した。その結果、白色発光ダイオードの光減衰を低減して寿命を延長させることが分かった。したがって、本発明の白色発光ダイオード及びそのパッケージ構造の製造方法は、低い光減衰の効果と低い製造コストを有し、白色発光ダイオードを普及させることができる。

当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と範囲を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。

従来の白色発光ダイオードを室温２５℃、電流２５ｍＡの条件で２５２０時間連続測定したときの光減衰測定結果を示したグラフである。従来の白色発光ダイオードを室温２５℃、電流４０ｍＡの条件で１０３２時間連続測定したときの光減衰測定結果を示したグラフである。日亜化学工業株式会社、ＮＳＰＷ５００ＣＳの白色発光ダイオードを室温２５℃、電流２５ｍＡの条件で２５２０時間連続測定したときの光減衰測定結果を示したグラフである。日亜化学工業株式会社、ＮＳＰＷ５００ＣＳの白色発光ダイオードを室温２５℃、電流４０ｍＡの条件で１０３２時間連続測定したときの光減衰測定結果を示したグラフである。華剛光電有限会社、ＬＣ５０３ＴＷＮ１-１５Ｑ-Ａ１の白色発光ダイオードを室温２５℃、電流２５ｍＡの条件で２５２０時間連続測定したときの光減衰測定結果を示したグラフである。華剛光電有限会社、ＬＣ５０３ＴＷＮ１-１５Ｑ-Ａ１の白色発光ダイオードを室温２５℃、電流４０ｍＡの条件で１０３２時間連続測定したときの光減衰測定結果を示したグラフである。本発明の一実施形態による白色発光ダイオードのパッケージ構造の製造方法を示す流れ図である。本発明の一実施形態による白色発光ダイオードを室温２５℃、電流２５ｍＡの条件で２５２０時間連続測定したときの光減衰測定結果を示したグラフである。本発明の一実施形態による白色発光ダイオードを室温２５℃、電流４０ｍＡの条件で１０３２時間連続測定したときの光減衰測定結果を示したグラフである。

符号の説明

１絶縁膠を注入する
２発光ダイオードチップを放置する
３ベーキングを行う
４導線を溶接される
５蛍光粉を配分する
６真空吸気を行う
７蛍光粉をディスペンサする
８ベーキングを行う
９エポキシ膠を配分する
１０真空吸気を行う
１１エポキシ膠を注入してモールディングを行う
１２ベーキングを行う
１３導線（リード）をパンチングする
１４発光ダイオードを分類する
１５分類した発光ダイオードをパッケージする

Claims

サポートフレーム、発光ダイオードチップ、ディスペンサ膠及び蛍光粉を備える白色発光ダイオードであって、
前記ディスペンサ膠は、前記蛍光粉が混入されて用いられ、ポリジメチルシロキサンである第１の組成物と、ジメチルシロキサン、メチル水素シロキサン及びビニルシロキサンを有する共重合体である第２の組成物とを含み、
前記共重合体は重量濃度が９４％乃至９９％であって、前記ジメチルシロキサンは重量濃度が８４％乃至９０％であり、前記メチル水素シロキサンは重量濃度が４％乃至９％であり、前記ビニルシロキサンは重量濃度が２％乃至７％であることを特徴とする白色発光ダイオード。
前記共重合体は重量濃度が９８％であって、前記ジメチルシロキサンは重量濃度が８７％であり、前記メチル水素シロキサンは重量濃度が７％であり、前記ビニルシロキサンは重量濃度が４％であることを特徴とする請求項１に記載の白色発光ダイオード。
前記第２の組成物はさらに、重量濃度が０．５％乃至３％であるγ−（2，3エポキシプロポキシ）プロピルトリメトキシシランを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の白色発光ダイオード。
前記γ−（2，3エポキシプロポキシ）プロピルトリメトキシシランは重量濃度が１％であることを特徴とする請求項３に記載の白色発光ダイオード。
前記第２の組成物はさらに、重量濃度が０．５％乃至３％であるトリエトキシメチルシランを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の白色発光ダイオード。
前記トリエトキシメチルシランは、重量濃度が１％であることを特徴とする請求項５に記載の白色発光ダイオード。
前記第１の組成物と第２の組成物は、１：１の重量比で混合されることを特徴とする請求項１又は２に記載の白色発光ダイオード。
前記蛍光粉、前記第１の組成物及び第２の組成物は、１：３：３の重量比で混合されることを特徴とする請求項７に記載の白色発光ダイオード。
絶縁膠をサポートフレームの反射カップ内に注入する工程と、
発光ダイオードチップを前記サポートフレームの反射カップ内に配置する工程と、
前記発光ダイオードチップと前記サポートフレームを固定するために、前記絶縁膠、前記サポートフレーム及び前記発光ダイオードチップをベーキングする工程と、
少なくとも二つの導線を前記発光ダイオードチップの正極と負極に溶接する工程と、
蛍光粉と、ポリジメチルシロキサンである第１の組成物と、重量濃度が８４％乃至９０％であるジメチルシロキサン、重量濃度が４％乃至９％であるメチル水素シロキサン及び重量濃度が２％乃至７％であるビニルシロキサンを有する共重合体の重量濃度が約９４％乃至９９％である第２の組成物とを撹拌して、混合する工程と、
前記第１の組成物、前記第２の組成物及び前記蛍光粉を有する混合物が前記少なくとも二つの導線を有する前記サポートフレームの反射カップ内にディスペンサされる、前記蛍光粉を含む混合物をディスペンサする工程と、
前記蛍光粉を固体化するために、前記混合物をベーキングする工程と、
エポキシ膠を準備する工程と、
前記エポキシ膠を前記サポートフレームに注入してモールディングする工程と、
前記エポキシ膠を注入した後にベーキングする工程と
を含むことを特徴とする白色発光ダイオードのパッケージ構造の製造方法。
前記第１の組成物、前記第２の組成物及び前記蛍光粉は、３：３：１の重量比で混合されることを特徴とする請求項９に記載の白色発光ダイオードのパッケージ構造の製造方法。
前記共重合体は、重量濃度が９８％であって、
前記ジメチルシロキサンは、重量濃度が８７％であり、
前記メチル水素シロキサンは、重量濃度が７％であり、
前記ビニルシロキサンは、重量濃度が４％であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の白色発光ダイオードのパッケージ構造の製造方法。
前記第２の組成物はさらに、重量濃度が０．５％乃至３％であるγ−（2，3エポキシプロポキシ）プロピルトリメトキシシランを含むことを特徴とする請求項１１に記載の白色発光ダイオードのパッケージ構造の製造方法。
前記γ−（2，3エポキシプロポキシ）プロピルトリメトキシシランは、重量濃度が１％であることを特徴とする請求項１２に記載の白色発光ダイオードのパッケージ構造の製造方法。
前記第２の組成物はさらに、重量濃度が０．５％乃至３％であるトリエトキシメチルシランを含むことを特徴とする請求項１１に記載の白色発光ダイオードの製造方法。
前記トリエトキシメチルシランは、重量濃度が１％であることを特徴とする請求項１４に記載の白色発光ダイオードの製造方法。
前記蛍光粉をディスペンサした前記混合物をベーキングする工程において、ベーキング工程の温度は１３０℃乃至１５０℃であり、ベーキング工程の時間は１時間乃至２時間であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の白色発光ダイオードの製造方法。