JP5354597B2 - Ｌｅｄパッケージ - Google Patents
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Description
本発明は、ＬＥＤパッケージに関し、より詳細には、電子機器に電気的に取り付けられて光を放出するためのＬＥＤパッケージに関する。
最近、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＡｌｇＡＩｎＰなどの化合物半導体材料を使用した発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）素子が開発され、様々な色の発光源を実現できるようになった。
ＬＥＤ製品の特性を決定する要素としては、色、輝度、光変換効率などがある。このようなＬＥＤ製品の特性は、１次的にはＬＥＤ素子に使用されている化合物半導体材料と、その構造によって決定されるが、２次的な要素としてＬＥＤチップを実装するためのパッケージの構造によっても大きな影響を受ける。
特に、高輝度が要求されるＬＥＤ応用分野（照明用、電装用素子）市場においては、ＬＥＤチップから発生した光を外部に最大限に取り出すことが重要な技術的思想であり、このような技術的な要求を実現するために、ＬＥＤチップの光を外部に最大限に放出する技術が要求されている。
また、ＬＥＤパッケージの使用範囲が、室内外照明装置、自動車のヘッドライト、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）のバックライトユニットなど、様々な分野に拡大することにより、高効率及び高い熱放出特性が必要になっている。
ＬＥＤチップから発生する熱をＬＥＤパッケージから効果的に放出することができないと、ＬＥＤチップの温度が高くなってＬＥＤチップの特性が劣化し、寿命が減少する。従って、高出力ＬＥＤパッケージにおいて、ＬＥＤチップから発生する熱を効果的に放出する新しい方案が要求されている。
本発明は、前述した従来技術の問題を解決するためのものであり、その目的は、ＬＥＤチップの光を外部に最大限に放出するための光放出効率が高く、尚且つ広い放射範囲を有するＬＥＤパッケージを提供することにある。
本発明に係るＬＥＤパッケージは、 金属物質からなる胴部と、前記胴部上に取り付けられたＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップと電気的に接続されて前記胴部上に取り付けられたリードフレームと、前記ＬＥＤチップを内側に収容するキャビティが形成され、前記ＬＥＤチップで発光した光を外部に反射するための反射部と、前記胴部の上部と前記リードフレームとの間に備えられるモールド材とを含み、前記反射部は、その断面の外郭線が曲線状に形成され、前記リードフレームは前記モールド材の上部に取り付けられて外部に露出され、前記反射部を越えワイヤを介し内側に配線されて前記ＬＥＤチップと電気的に連結され、前記胴部は、外周面に放射状に突出した複数の放熱フィンを備えていて、前記放熱フィンの間にモールド材充填空間が形成され、前記モールド材充填空間と前記胴部の下面との間、及び前記胴部の上面と前記リードフレームとの間に前記モールド材が充填されていて、前記リードフレームの上面に備えられ、前記リードフレームを固定するためのモールド固定部をさらに含むことを特徴とする。
また、本発明に係るＬＥＤパッケージは、前記反射部の断面が半円状に形成されていることを特徴とすることができる。
さらに、本発明に係るＬＥＤパッケージは、前記反射部において、両側はラウンド形状であり、中央の上面はフラット形状であることを特徴とすることができる。
さらに、本発明に係るＬＥＤパッケージは、前記リードフレームが、前記胴部の上部に備えられた安着部と、前記安着部の端部から垂直方向に延長折曲された外側折曲部と、前記外側折曲部の端部から垂直方向に延長折曲された下端折曲部とを含むことを特徴とすることができる。
さらに、本発明に係るＬＥＤパッケージは、前記リードフレームの上面に備えられ、前記リードフレームを固定するためのモールド固定部をさらに含むことを特徴とすることができる。
本発明に係るＬＥＤパッケージは、反射部の断面の外郭線が曲線状に形成され、ＬＥＤチップから放出される光を外側に放出する効率が高く、広い放射範囲に反射させることができるという効果がある。
また、本発明に係るＬＥＤパッケージは、放熱体の外周面に放射状に突出した複数の放熱フィンを備えているので、外部空気と接触する面積を増加させることができ、これによってＬＥＤパッケージの熱放出効果を極大化できるという効果がある。
以下、本発明に係るＬＥＤパッケージについて図１〜図７を参照してより具体的に説明する。以下では図面を参照して本発明の具体的な実施形態を詳細に説明する。
ただし、本発明の思想は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想を理解する当業者であれば、同一の思想の範囲内で構成要素の追加、変更、削除などにより、退歩的な他の発明や本発明の思想の範囲内に含まれる他の実施形態を容易に提案することができ、これらも本発明の思想の範囲内に含まれる。
図１は、本発明の一実施形態に係るＬＥＤパッケージの構造を示す側面図であり、図２は、図１のＬＥＤパッケージの上面図であり、（ａ）はモールド部を充填する前の状態を示し、（ｂ）はモールド部を充填した後の状態を示している。
図１、図２に示すように、ＬＥＤパッケージ１００は、胴部１１０と、ＬＥＤチップ１４０と、リードフレーム１３０と、モールド材１１７と、モールド固定部１３５と、反射部１２０とを含んでいる。
胴部１１０は、外周面に放射状に突出した複数の放熱フィン１１３を含んでいる。複数の放熱フィン１１３の間にはモールド材充填空間１１５が形成され、モールド材充填空間１１５にはモールド材１１７が充填されている。モールド材１１７の塗布時には、胴部１１０の外側に別途に製作され、モールド材１１７の形状を維持する外形金型を備えていることが好ましい。
従って、胴部１１０に形成された複数の放熱フィン１１３は、外部空気との接触面積を増加させて、ＬＥＤチップ１４０から発生する熱を外部に容易に放出する役割を果たしている。
また、胴部１１０は、側面にリードフレーム１３０が取り付けられ、リードフレーム１３０とＬＥＤチップ１４０とが電気的に安定して接続されるようにフレームの役割を果たしている。
ＬＥＤチップ１４０は、胴部１１０上に取り付けられているが、キャビティ１２３（図３）に収容されるように取り付けられ、このような構造によってＬＥＤチップ１４０で発光した光はキャビティ１２３を形成する反射部１２０によって外側に反射する。
ＬＥＤチップ１４０としては、通常の方式のＬＥＤチップが適用され、ＧａＮ系のＬＥＤチップを使用することが好ましい。
ＬＥＤチップ１４０とリードフレーム１３０とは、その上面にワイヤボンディングを行うことにより互いに電気的に接続されている。ここで、ワイヤ１５０は、モールド固定部１３５を除いたリードフレーム１３０の一部分に連結することが好ましく、主に金（Ａｇ）からなる。
しかしながら、ワイヤ１５０の材質は、これに限定されるわけではなく、設計者の意図によって様々な材質を適用することができる。
リードフレーム１３０は、胴部１１０の上部に備えられた安着部１３１と、安着部１３１の端部から垂直方向に、すなわち胴部１１０の外側長手方向に沿って延長折曲された外側折曲部１３２と、外側折曲部１３２の端部から垂直方向に延長折曲された下端折曲部１３３とからなる。
リードフレーム１３０は、キャビティ１２３内に実装されたＬＥＤチップ１４０から発生した熱を効果的に放出するために、熱伝導特性に優れたＣｕからなることが好ましい。
また、ＬＥＤチップ１４０とワイヤ１５０によって連結されたリードフレーム１３０の安着部１３１を覆う部分、すなわち胴部１１０の上部には、ＬＥＤチップ１４０から発生した光を広い指向角（放射角）で発散するためのレンズ１６０が結合されている。
図２（ａ）に示すように、胴部１１０に備えられた放熱フィン１１３の間には、モールド材充填空間１１５が形成されている。
また、図２（ｂ）に示すように、モールド材充填空間１１５と胴部１１０の下面との間、及び胴部１１０の上面とリードフレーム１３０との間に、モールド材１１７が充填されている。
さらに、リードフレーム１３０の安着部１３１の上面には、リードフレーム１３０を一体に固定するモールド固定部１３５が形成されている。
ここで、放熱フィン１１３の間に形成されたモールド材充填空間１１５に充填されたモールド材１１７は、外形金型を安着する空間のために、放熱フィン１１３の端部を露出させるようにモールド材充填空間１１５の一部にのみ充填されることが好ましい。
図３は、本発明の一実施形態に係るＬＥＤパッケージの反射部を説明するための部分側面図である。
図３に示すように、キャビティ１２３内には、ＬＥＤチップ１４０を保護する充填材１４３が塗布され、充填材１４３は透光性に優れた透光性樹脂、例えばシリコン樹脂又はエポキシ樹脂などからなる。
そして、充填材１４３の上部には、バックライトユニットに提供される光源が白色光を発するように、少なくとも１つの蛍光体１４５をさらに塗布することができる。
また、充填材１４３も、蛍光体１４５と同じ蛍光材質で構成することができる。このような場合には、ＬＥＤチップ１４０と反射部１２０との間を充填材と蛍光体で充填することなく、ＬＥＤチップ１４０の表面にのみ薄く蛍光体を塗布することができる。
反射部１２０は、金属材質からなり、ＬＥＤチップ１４０の収容空間であるキャビティ１２３の内側面がＬＥＤチップ１４０によって長時間高温にさらされても変色しにくいように形成することにより、ＬＥＤパッケージの輝度が低下することを防止し、ＬＥＤパッケージの寿命を延長させることができる。
反射部１２０の下面には基板１２５が形成され、基板１２５は、キャビティ１２３内に実装されるＬＥＤチップ１４０が発光するときに発生する熱を胴部１１０に伝達する役割を果たしている。ここで、基板１２５は、熱伝導性に優れた金属、例えば銅、銀、アルミニウム、鉄、ニッケル及びタングステンからなることが好ましい。
ここで、反射部１２０の断面は、半円状に形成されているが、これに限定されるものではなく、ＬＥＤチップ１４０と対向する反射面の断面が曲線であればどのような形状も適用できる。
ＬＥＤチップ１４０と対向する反射面の断面の外郭線が曲線をなす場合、所定の角度でフラットに傾斜した場合よりも、光放出効果がさらに優れ、指向角の値がさらに大きくなる。
図４〜図６は、本発明の一実施形態に係るＬＥＤパッケージの反射部の異なる形状によって得られた実験値を説明するための図である。
図４は、様々な形状の反射部１２０を示したものであり、断面の外郭線がフラット形状で傾きが２０°の場合（反対側を基準とすると７０°である）（１）、フラット形状で傾きが４５°の場合（２）、半径０．３ｍｍの半円形状の場合（３）、半径０．４ｍｍの半円形状の場合（４）、半径０．５ｍｍの半円形状の場合（５）、半径０．４ｍｍの半円形状でその中心がＬＥＤチップ１４０より下にシフトした場合（６）、半径０．５ｍｍの半円形状でその中心がＬＥＤチップ１４０より下にシフトした場合（７）の全７種類の形態を対象として、強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｖｅ）実験と指向角実験を実施した。
図５は、図４に示したＬＥＤパッケージの反射部の各形態による強度実験データの値を示した表１を、グラフにして示したものである。
表１の記載に従って、図５に示すグラフのＸ軸は反射部の形状を意味し、Ｙ軸は反射部の形状による外側に反射する光の強度を意味する。なお、ＬＥＤチップ１４０の高さによって異なる種類の棒グラフで示している。
ここで、ＬＥＤチップ１４０の高さの差は、反射部１２０の形状によって光の強度又は指向角を変化させる要因ではないことが分かる。
また、反射部の形態が（２）の場合と（６）、（７）の場合とで、強度値にほぼ差がないことが分かる。具体的には、ＬＥＤチップ１４０の高さが０．２ｍｍであるとき、反射部の形態が（２）の場合、強度は０．３１８７２であって、（６）、（７）の場合（０．３１５７８、０．３１６４４）より若干高いが、その程度の差は無視できる差である。
図６は、図４に示したＬＥＤパッケージの反射部の各形態による指向角実験データの値を示した表２を、グラフにして示したものである。
表２の記載に従って、図６に示すグラフのＸ軸は反射部の形状を意味し、Ｙ軸は反射部の形状による指向角を意味する。なお、ＬＥＤチップ１４０の高さによって異なる種類の棒グラフで示している。ここで、指向角の値が大きいということは、より広い放射範囲を有することを意味する。
ここで、ＬＥＤチップ１４０の高さが０．２ｍｍであるとき、反射部の形態が（２）の場合、指向角は１１２°であって、（６）、（７）の場合（１５０°、１５６°）の値よりも著しく低く、従って、ＬＥＤチップ１４０の光をより広い範囲に反射させることができない。
従って、反射部１２０の断面の外郭線を半円状に形成した場合（６、７）のほうが、フラット状に形成した場合よりも、光放出効率を向上させることができると共に光を広い範囲に反射させることができる。
しかしながら、反射部１２０の断面の形状は、これに限定されず、設計者の意図によって多様に適用して使用することができる。
図７は、本発明の他の実施形態に係るＬＥＤパッケージの構造を示す部分側面図である。
図７を参照すると、ＬＥＤパッケージは、胴部と、ＬＥＤチップと、リードフレームと、モールド材と、モールド固定部と、反射部２２０とを含んでいる。
ここで、胴部、ＬＥＤチップ、リードフレーム、モールド材及びモールド固定部は、本発明の一実施形態と実質的に同様であるので、その具体的な説明は省略する。
反射部２２０は、金属材質からなり、ＬＥＤチップ１４０の収容空間であるキャビティ１２３の内側面がＬＥＤチップ１４０によって長時間高温にさらされても変色しにくいように形成することにより、ＬＥＤパッケージの輝度が低下することを防止し、ＬＥＤパッケージの寿命を延長させることができる。
反射部２２０の下面には基板１２５が形成され、基板１２５は、キャビティ１２３内に実装されるＬＥＤチップ１４０が発光するときに発生する熱を胴部１１０に伝達する役割を果たしている。ここで、基板１２５は、熱伝導性に優れた金属、例えば銅、銀、アルミニウム、鉄、ニッケル及びタングステンからなることが好ましい。
また、反射部２２０において、両側はラウンド状に形成し、中央部の上面はフラット状に形成することができる。従って、反射部２２０の上面がフラット形状であるため、反射部２２０のキャビティ１２３内に充填材１４３及び蛍光体１４５を充填する際に、充填高さの確認が容易であり、従って充填をより容易に行うことができる。
１１０ 胴部
１１７ モールド材
１２０、２２０ 反射部
１３０ リードフレーム
１３５ モールド固定部
１４０ ＬＥＤチップ
１１７ モールド材
１２０、２２０ 反射部
１３０ リードフレーム
１３５ モールド固定部
１４０ ＬＥＤチップ
Claims (7)
- 金属物質からなる胴部と、
前記胴部上に取り付けられたＬＥＤチップと、
前記ＬＥＤチップと電気的に接続されて前記胴部上に取り付けられたリードフレームと、
前記ＬＥＤチップを内側に収容するキャビティが形成され、前記ＬＥＤチップで発光した光を外部に反射するための反射部と、
前記胴部の上部と前記リードフレームとの間に備えられるモールド材とを含み、
前記反射部は、その断面の外郭線が曲線状に形成され、
前記リードフレームは前記モールド材の上部に取り付けられて外部に露出され、前記反射部を越えワイヤを介し内側に配線されて前記ＬＥＤチップと電気的に連結され、
前記胴部は、外周面に放射状に突出した複数の放熱フィンを備えていて、
前記放熱フィンの間にモールド材充填空間が形成され、
前記モールド材充填空間と前記胴部の下面との間、及び前記胴部の上面と前記リードフレームとの間に前記モールド材が充填されていて、
前記リードフレームの上面に備えられ、前記リードフレームを固定するためのモールド固定部をさらに含むことを特徴とするＬＥＤパッケージ。 - 前記反射部の断面が半円状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
- 前記反射部において、両側はラウンド形状であり、中央の上面はフラット形状であることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
- 前記モールド材は、前記放熱フィンの端部を露出させるように前記モールド材充填空間の一部に充填されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
- 前記リードフレームは、
前記胴部の上部に備えられた安着部と、
前記安着部の端部から垂直方向に延長折曲された外側折曲部と、
前記外側折曲部の端部から垂直方向に延長折曲された下端折曲部と
を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のＬＥＤパッケージ。 - 前記ＬＥＤチップと前記反射部の下面に形成され、前記ＬＥＤチップで発生する熱を前記胴部に伝達する基板をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
- 前記反射部は、金属材質からなることを特徴とする請求項１〜６の何れか１つに記載のＬＥＤパッケージ。
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