JP5509307B2 - 発光ダイオードパッケージ - Google Patents

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Description

本発明は、半導体構造に関し、特に、発光ダイオードパッケージに関するものである。
発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、ＬＥＤ）は、高輝度、低電圧、低消費電力、長寿命である等の利点を有することから、新しいタイプの光源として、現在広く利用されている。
従来の発光ダイオードパッケージは、一般的に、青色光発光ダイオードチップ及び黄色蛍光粉によって白色光を得る。しかし、このような方式によって得られた白色光は、長波長の赤色光を欠いているため、演色性が悪い。従って、物体の色歪みを招きやすい。上記の問題を解決するために、一般的に、発光ダイオードパッケージの中に長波長の発光ダイオードチップを組み込む必要があり、２つの発光ダイオードチップが協働することによって演色性が優れる白色光を得ることができる。しかし、同じ電流では、短波長の発光ダイオードチップの光取り出し効率が高いが、長波長の発光ダイオードチップの光取り出し効率が低い。従って、発光ダイオードパッケージから出射した光の強度の不均一な分布を招きやすい。
前記課題を解決するために、本発明は、光強度が均一で演色性が優れる発光ダイオードパッケージを提供する。
本発明に係る発光ダイオードパッケージは、基板と、基板に設置される電極構造と、電極構造と接続する短波長の発光ダイオードチップ及び長波長の発光ダイオードチップと、短波長の発光ダイオードチップ及び長波長の発光ダイオードチップを覆うレンズと、を備え、レンズは、長波長の発光ダイオードチップの光学経路上に形成され且つ光を収束するための収束部及び短波長の発光ダイオードチップの光学経路上に形成され且つ光を発散するための発散部を備える。
従来の技術と比べ、本発明に係る発光ダイオードパッケージにおいて、レンズは、長波長の発光ダイオードチップの光学経路上に形成される収束部及び短波長の発光ダイオードチップの光学経路上に形成される発散部を備え、これにより、長波長の発光ダイオードチップから出射した光は、収束部によって収束され、その光強度が向上され、短波長の発光ダイオードチップから出射した光は、発散部によって発散され、その光強度が低減され、従って、発光ダイオードパッケージから出射した光の強度分布は、より均一になることができる。
本発明の実施形態に係る発光ダイオードパッケージの断面図である。 レンズが設置されない時の発光ダイオードパッケージから出射した光の角度と光強度との曲線図である。 レンズが設置される時の発光ダイオードパッケージから出射した光の角度と光強度との曲線図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１を参照すると、本発明の実施形態に係る発光ダイオードパッケージ１０は、基板１１と、基板１１に設置される電極構造１２と、電極構造１２に設置される短波長の発光ダイオードチップ１３及び長波長の発光ダイオードチップ１４と、短波長の発光ダイオードチップ１３に塗布される蛍光体１５と、短波長の発光ダイオードチップ１３及び長波長の発光ダイオードチップ１４を覆う封止体１６と、封止体１６に設置されるレンズ１７と、封止体１６及びレンズ１７を囲む反射コップ１８と、を備える。
基板１１は、矩形を呈し、上表面１１１及び該上表面１１１に対向する下表面１１２を備える。本実施形態において、基板１１は、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）などの電気絶縁材料からなる。
電極構造１２は、互いに離間して基板に設置される第一電極１２１、第二電極１２２及び第三電極１２３を備える。第一電極１２１は、基板１１の上表面１１１の中央に設置され、第二電極１２２及び第三電極１２３は、第一電極１２１の両側に位置され、且つ、基板１１の上表面１１１から基板１１の２つの側面を各々経由して、基板１１の下表面１１２までそれぞれ延伸する。電極構造１２は、金、銀、銅、白金、アルミニウム、ニッケル、スズ、マグネシウム又はこれらの合金などの優れた電気伝導性を有する金属からなる。
長波長の発光ダイオードチップ１４は、基板１１の上表面１１１の中央の第一電極１２１に設置され、短波長の発光ダイオードチップ１３は、長波長の発光ダイオードチップ１４を囲んで第二電極１２２及び第三電極１２３にそれぞれ設置される。短波長の発光ダイオードチップ１３及び長波長の発光ダイオードチップ１４は、金属線を介して電極構造１２とそれぞれ接続する。短波長の発光ダイオードチップ１３及び長波長の発光ダイオードチップ１４は、互いに直列に接続される。他の実施形態において、短波長の発光ダイオードチップ１３及び長波長の発光ダイオードチップ１４は、フリップチップ方式によって電極構造１２に設置されても良い。動作する時に、短波長の発光ダイオードチップ１３は、第一波長の光を発することができ、長波長の発光ダイオードチップ１４は、第一波長より長い第二波長の光を発することができる。本実施形態において、短波長の発光ダイオードチップ１３から出射する光の波長は、４５０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲にあり、長波長の発光ダイオードチップ１４から出射する光の波長は、５７０ｎｍより大きい。短波長の発光ダイオードチップ１３は、青色発光ダイオード、緑色発光ダイオードまたは青緑色発光ダイオードであっても良く、長波長の発光ダイオードチップ１４は、赤色発光ダイオードであっても良い。
蛍光体１５は、短波長の発光ダイオードチップ１３の発光面に塗布される。本実施形態において、蛍光体１５は、黄色蛍光体である。蛍光体１５は、短波長の発光ダイオードチップ１３から出射した一部の光によって励起され、黄色光を生成しても良く、生成された黄色光と短波長の発光ダイオードチップ１３から出射した他の一部の光とは、混合されて白色光を生成することができる。
反射コップ１８は、短波長の発光ダイオードチップ１３及び長波長の発光ダイオードチップ１４から出射した光を反射するために、基板１１の上表面１１１の周囲に形成され、且つ、短波長の発光ダイオードチップ１３及び長波長の発光ダイオードチップ１４を取り囲んでいる。本実施形態において、反射コップ１８は、ＰＰＡなどの材料からなる。
封止体１６は、反射コップ１８内に収容され、且つ、短波長の発光ダイオードチップ１３、長波長の発光ダイオードチップ１４及び電極構造１２の一部を覆う。本実施形態において、封止体１６は、固化した接着剤からなる。
レンズ１７は、反射コップ１８内に収容され、且つ、封止体１６を覆う。レンズ１７は、封止体１６と接触する平面状の光入射面１７３及び該光入射面１７３に対向する光出射面１７４を備える。該光出射面１７４は、収束部１７１及び発散部１７２を備える。収束部１７１は、長波長の発光ダイオードチップ１４の真上に位置され且つ長波長の発光ダイオードチップ１４から離れる方向に向かって凸伸する凸面を呈する。各々の発散部１７２は、短波長の発光ダイオードチップ１３の真上にそれぞれ位置され且つ短波長の発光ダイオードチップ１３に向かって凹む凹面を呈する。収束部１７１は、長波長の発光ダイオードチップ１４から出射した光を収束させるために用いられ、各々の発散部１７２は、短波長の発光ダイオードチップ１３から出射した光を発散させるために用いられる。短波長の発光ダイオードチップ１３の光取り出し効率が高いが、長波長の発光ダイオードチップ１４の光取り出し効率が低いので、長波長の発光ダイオードチップ１４から出射した光は、収束部１７１の収束により、その光強度が向上されることができ、短波長の発光ダイオードチップ１３から出射した光は、各々の発散部１７２の発散により、その光強度が低減されることができる。これにより、発光ダイオードパッケージ１０から出射した光は、光強度がより均一になることができる。他の実施形態において、レンズ１７は、反射コップ１８に設置されることもできる。
図２を参照すると、図２は、レンズ１７が設置されない時の発光ダイオードパッケージ１０の光出射角度（Ｘ軸）と光強度（Ｙ軸）を示す曲線グラフである。図２からわかるように、発光ダイオードパッケージ１０の中心軸は０に位置し、該中心０は、長波長の発光ダイオードチップ１４の中心軸と一致し、左側の実線は、左側の短波長の発光ダイオードチップ１３の光強度分布を表し、右側の実線は、右側の短波長の発光ダイオードチップ１３の光強度分布を表し、中間の点線は、長波長の発光ダイオードチップ１４の光強度分布を表し、さらに、各々の発光ダイオードチップ１３、１４は、その中心点（０は長波長の発光ダイオードチップ１４の中心であり、θは短波長の発光ダイオードチップ１３の中心である）で最高の光強度をそれぞれ持ち、短波長の発光ダイオードチップ１３は、長波長の発光ダイオードチップ１４より高い光強度を持っている。このことから、レンズ１７が設置されない時、発光ダイオードパッケージ１０から出射した光の強度は、不均一な分布を呈する。
図３を参照すると、図３は、レンズ１７が設置される時の発光ダイオードパッケージ１０の光出射角度（Ｘ軸）と光強度（Ｙ軸）を示す曲線グラフである。図３からわかるように、短波長の発光ダイオードチップ１３及び長波長の発光ダイオードチップ１４から出射した光は、レンズ１７によって調整され、長波長の発光ダイオードチップ１４から出射した光は、収束部１７１によって収束されるため、その中心点０における光強度が増加され、短波長の発光ダイオードチップ１３から出射した光は、発散部１７２によって発散されるため、その中心点θにおける光強度が低減される。従って、発光ダイオードパッケージ１０から出射した光の強度分布は、より均一になることができる。さらに、発散部１７２により、短波長の発光ダイオードチップ１３からのより多くの光は、分散され、これにより、短波長の発光ダイオードチップ１３及び長波長の発光ダイオードチップ１４から出射した光は、より完全に混合され、従って、発光ダイオードパッケージ１０の演色性を向上することができる。
本発明の実施形態に係る発光ダイオードパッケージ１０において、レンズ１７は、長波長の発光ダイオードチップ１４の光学経路上に形成される収束部１７１及び短波長の発光ダイオードチップ１３の光学経路上に形成される発散部１７２を備え、これにより、長波長の発光ダイオードチップ１４から出射した光は、収束部１７１によって収束され、その光強度が向上され、短波長の発光ダイオードチップ１３から出射した光は、発散部１７２によって発散され、その光強度が低減され、従って、発光ダイオードパッケージ１０から出射した光の強度分布は、より均一になることができる。
１０ 発光ダイオードパッケージ
１１ 基板
１１１ 上表面
１１２ 下表面
１２ 電極構造
１２１ 第一電極
１２２ 第二電極
１２３ 第三電極
１３ 短波長の発光ダイオードチップ
１４ 長波長の発光ダイオードチップ
１５ 蛍光体
１６ 封止体
１７ レンズ
１８ 反射コップ
１７１ 収束部
１７２ 発散部
１７３ 光入射面
１７４ 光出射面

Claims (2)

  1. 基板と、基板に設置される電極構造と、電極構造と接続する、光の波長が４５０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲である短波長の発光ダイオードチップ及び光の波長が５７０ｎｍより大きい長波長の発光ダイオードチップと、短波長の発光ダイオードチップ及び長波長の発光ダイオードチップを覆うレンズと、を備える発光ダイオードパッケージにおいて、レンズは、長波長の発光ダイオードチップの光学経路上に形成され且つ光を収束するための収束部及び短波長の発光ダイオードチップの光学経路上に形成され且つ光を発散するための発散部を備えることを特徴とする発光ダイオードパッケージ。
  2. レンズは基板に近い光入射面及び基板から離れる光出射面を備え、該光入射面は平面であり、該光出射面は前記収束部及び前記発散部を備え、収束部は長波長の発光ダイオードチップの真上に位置し且つ長波長の発光ダイオードチップから離れる方向に向かって凸伸する凸面であり、発散部は短波長の発光ダイオードチップの真上に位置し且つ短波長の発光ダイオードチップに向かって凹む凹面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パッケージ。
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