JP7165203B2 - UV package element - Google Patents
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Description
本発明は紫外パッケージ素子に関し、具体的には紫外LED光源パッケージ素子に関する。 The present invention relates to ultraviolet packaging devices, and more particularly to ultraviolet LED light source packaging devices.
発光ダイオード(LED)は、固体半導体発光素子である。LED技術の発達に伴って、LEDモジュールの波長域が徐々に近紫外の方向へ、更には遠紫外の方向に発展している。紫外LEDは新たな緑光源として発光効果が高く、寿命が長く、省エネ、環境保護等多くの利点を有していることが知られており、例えば、室内外の消毒、バックライト、UV印刷、医療、飲食、植物の成長等、その応用分野はますます幅広くなっている。しかし現段階の紫外(UV)LEDパッケージ構造、特に遠紫外(DUV)LEDパッケージ構造は一般的に完全無機パッケージを用い、このようなパッケージ構造の光はLEDチップから大気中に放射され、その後さらに、石英ガラス等の材質の光学素子を通って外部へ伝達する。光路全体において光密媒質から光疎媒質を数回経る上、さらに境界面は平面構造であるため、大きな全反射現象が存在し、発光効率に大きな影響を与える。 A light emitting diode (LED) is a solid state semiconductor light emitting device. With the development of LED technology, the wavelength range of LED modules gradually develops toward near-ultraviolet and further toward far-ultraviolet. As a new green light source, ultraviolet LEDs are known to have many advantages such as high luminous efficiency, long life, energy saving, and environmental protection. Its application fields, such as medicine, food and drink, and plant growth, are becoming more and more extensive. However, the current ultraviolet (UV) LED package structure, especially the deep ultraviolet (DUV) LED package structure, generally uses a completely inorganic package, and the light of such a package structure is emitted from the LED chip into the atmosphere, and then further , through an optical element made of quartz glass or the like. Since the entire optical path passes through a light-dense medium and a light-sparse medium several times and the boundary surface has a planar structure, there is a large total reflection phenomenon, which greatly affects the luminous efficiency.
従来技術の欠点を解決するため、例えば中国特許出願公開第108134007号公報に開示されているように、従来技術ではチップから放射された光が大気よりもその屈折率が高い充填媒質を通り、その後光学素子を通過して外部に射出され、この構成によって全反射による影響を改善し、光取り出し効率を高めることができる。 In order to overcome the drawbacks of the prior art, for example, as disclosed in CN108134007, the prior art allows the light emitted from the chip to pass through a filling medium whose refractive index is higher than that of the atmosphere, and then The light passes through the optical element and is emitted to the outside, and this configuration can improve the effect of total reflection and increase the light extraction efficiency.
一方、不定形のフッ素樹脂パッケージ材料が知られており、その屈折率が一般的には1.3~1.6であり、紫外線の光透過率が高く、信頼性がよいので、将来性がある遠紫外LEDパッケージ材料である。しかし、中国特許出願公開第108134007号公報に開示されたパッケージ構造では、図1(a)と図1(b)に示されているように、パッケージ構造中に充填された材料が液体であるため、気泡が発生しても除くことができないという問題点がある。この気泡が密閉状のパッケージ構造に存在していることによって光取り出し効率に影響を与え、また上記構造はリフローはんだ付けの過程において光学素子が変形するという問題点もある。 On the other hand, amorphous fluororesin packaging materials are known, and their refractive index is generally 1.3 to 1.6. Some deep UV LED packaging materials. However, in the package structure disclosed in Chinese Patent Application Publication No. 108134007, as shown in FIGS. 1(a) and 1(b), the material filled in the package structure is liquid. , there is a problem that even if bubbles are generated, they cannot be removed. The presence of air bubbles in the sealed package structure affects the light extraction efficiency, and the above structure also has the problem that the optical element is deformed during the reflow soldering process.
上記技術の問題点を解決すべく、本発明は、ベースフレームと光学素子とLEDチップとを含んでおり、前記ベースフレームの真ん中に凹みが形成され、前記凹み内の底部に前記LEDチップが固定されている紫外パッケージ素子において、前記光学素子の下方の凹み部分にパッケージコロイドを充填し、前記光学素子の上の貫通孔構造或いは前記光学素子のエッジと前記凹みの内側壁の間に形成されたギャップを介して前記光学素子の一部の上表面を覆うまで充填することを特徴とする紫外パッケージ素子を提供する。 To solve the above technical problems, the present invention includes a base frame, an optical element and an LED chip, a recess is formed in the middle of the base frame, and the LED chip is fixed at the bottom of the recess. In the ultraviolet package element described above, a package colloid is filled in the recessed portion below the optical element, and a through-hole structure above the optical element or formed between the edge of the optical element and the inner wall of the recess Provided is an ultraviolet package element characterized by filling through the gap until the upper surface of a portion of the optical element is covered.
好ましくは、前記パッケージコロイドは含フッ素樹脂である。含フッ素樹脂の耐熱性及び耐紫外線性能は優れており、より好ましくは、紫外線に対する光透過性を高めるために、前記非フッ素樹脂は非晶質含フッ素樹脂である。 Preferably, the package colloid is a fluorine-containing resin. The fluorine-containing resin has excellent heat resistance and ultraviolet resistance, and more preferably, the non-fluorine-containing resin is an amorphous fluorine-containing resin in order to increase the light transmittance to ultraviolet rays.
好ましくは、前記紫外LEDチップはその発光ピーク値の波長が290nm以下である。 Preferably, the ultraviolet LED chip has a peak emission wavelength of 290 nm or less.
好ましくは、前記凹みにおいて前記内側壁に沿って複数の互いに隔てており且つ同じ高さを有する階段部又は連続的に形成された環状の階段部が形成され、前記光学素子のエッジが前記階段部に位置するように設けられている。 Preferably, a plurality of spaced-apart stepped portions having the same height or a continuously formed annular stepped portion are formed along the inner wall of the recess, and the edge of the optical element is formed on the stepped portion. It is provided to be located in
好ましくは、前記光学素子は前記階段部の上に位置するように設けられ、前記階段部と前記光学素子の間に一層又は複数層の接着層が形成されている。前記接着層の接着力が前記含フッ素樹脂よりも高い。 Preferably, the optical element is provided so as to be positioned on the stepped portion, and one or more adhesive layers are formed between the stepped portion and the optical element. The adhesion strength of the adhesive layer is higher than that of the fluorine-containing resin.
好ましくは、前記光学素子の一部の前記エッジは前記階段部の上に設けられ、且つ一部の前記エッジは前記階段部の上に設けられておらず、前記階段部の上に設けられていない一部の前記エッジと前記凹みの内側壁との間に形成されたギャップを介して前記含フッ素樹脂を前記光学素子の一部の上表面を覆うまで充填する。 Preferably, some of the edges of the optical element are provided on the stepped portion, and some of the edges are not provided on the stepped portion but are provided on the stepped portion. The fluorine-containing resin is filled through the gap formed between the edge of the non-exposed portion and the inner wall of the recess until it covers the upper surface of the portion of the optical element.
好ましくは、前記階段部は前記チップの光射出面よりも高く前記凹みの内側面の頂部よりも低い。 Preferably, the stepped portion is higher than the light exit surface of the chip and lower than the top of the inner surface of the recess.
好ましくは、前記互いに隔てる階段部は4つである。 Preferably, there are four stepped portions spaced apart from each other.
好ましくは、前記孔は複数である。 Preferably, said holes are plural.
好ましくは、前記孔は前記凹みの上方に位置され、前記孔は前記光学素子のエッジに近接して設けられている。前記孔構造のサイズは20μm以上であり、好ましくは100μm~1mmである。前記サイズは孔の最大直径である。好ましくは、前記ギャップはそのサイズが20μm以上である。好ましくは、100μm~1mmである。前記サイズは、凹みの側壁の面から光学素子のエッジまでの最大のレベル距離である。前記孔の内側壁は粗さを有しており、好ましくは少なくとも≧0.2μmの粗さを有する。 Preferably, said hole is located above said recess and said hole is provided close to the edge of said optical element. The size of said pore structure is greater than or equal to 20 μm, preferably between 100 μm and 1 mm. Said size is the maximum diameter of the pore. Preferably, said gap is greater than or equal to 20 μm in size. Preferably, it is between 100 μm and 1 mm. Said size is the maximum level distance from the face of the sidewall of the recess to the edge of the optical element. The inner walls of said holes have a roughness, preferably at least ≧0.2 μm.
好ましくは、前記光学素子のエッジが前記ベースフレームの頂部のエッジに設けられ、前記光学素子と前記ベースフレームの頂部のエッジとの間に接着層が形成されている。 Preferably, the edge of the optical element is provided on the top edge of the base frame, and an adhesive layer is formed between the optical element and the top edge of the base frame.
好ましくは、前記光学素子の外表面がアーク形状のレンズである。 Preferably, the outer surface of said optical element is an arc-shaped lens.
好ましくは、前記レンズの底面が平面であり、その球面の球心と前記LEDチップの光射出面の中心とを結ぶ直線が前記LEDチップの光射出面に対して垂直である。 Preferably, the bottom surface of the lens is flat, and a straight line connecting the center of the spherical surface and the center of the light exit surface of the LED chip is perpendicular to the light exit surface of the LED chip.
好ましくは、前記レンズのエッジは平台部を有する。好ましくは、前記平台部の少なくとも一部の上表面或いは下表面又は前記エッジの側辺が粗面化処理され、少なくとも≧0.2μmの粗さを有する。 Preferably, the edge of said lens has a plateau. Preferably, at least a part of the upper or lower surface of the flat base or the side of the edge is roughened and has a roughness of at least ≧0.2 μm.
好ましくは、前記含フッ素樹脂は非晶質含フッ素樹脂であり、結晶化度が10%以下である。好ましくは、前記フッ素樹脂の複素屈折率の虚部が0.001@300nmより小さい。 Preferably, the fluorine-containing resin is an amorphous fluorine-containing resin and has a crystallinity of 10% or less. Preferably, the imaginary part of the complex refractive index of the fluororesin is smaller than 0.001@300 nm.
好ましくは、前記含フッ素樹脂はパーフルオロ酸素複素環とパーフルオロオレフィンの共重合体である。 Preferably, the fluorine-containing resin is a copolymer of perfluorooxygen heterocycle and perfluoroolefin.
好ましくは、前記含フッ素樹脂の構造単位は五員環を含んでおり、環には1つ又は2つの酸素が含まれている。前記含フッ素樹脂は下記式1の構造であり、
Preferably, the structural unit of the fluorine-containing resin contains a five-membered ring, and the ring contains one or two oxygens. The fluorine-containing resin has a structure of the following
ここで、n/(n+m)%の比率値が40~60%である。 Here, the ratio value of n/(n+m)% is 40-60%.
好ましくは、前記LEDの放射波長が275nm~285nmの間である。前記ベースフレームの本体部が窒化アルミニウムの絶縁材料からなる。 Preferably, the emission wavelength of said LED is between 275 nm and 285 nm. The main body of the base frame is made of aluminum nitride insulating material.
本発明に係る紫外チップパッケージ構造によれば、従来技術と比べて以下の有益な効果を奏することができる。 According to the ultraviolet chip package structure according to the present invention, the following beneficial effects can be achieved compared with the prior art.
1.液体の含フッ素樹脂をパッケージに充填した後、硬化過程において含まれている空気或いは生成された気体が孔構造又はギャップを通って効果的に排出されることができる。かかる孔構造又はギャップは1つ又は複数であり、その中の1つの孔構造又はギャップのサイズが20μm以上である。このような構造によって、含フッ素樹脂がチップ・光学素子の間に隙間なく完全に充満され、空気が残らず、光取り出し効率を高めることができる。 1. After filling the liquid fluorine-containing resin into the package, the air contained or gas generated during the curing process can be effectively discharged through the pore structure or gap. There may be one or more such pore structures or gaps, one of which has a size of 20 μm or more. With such a structure, the gap between the chip and the optical element is completely filled with the fluorine-containing resin, leaving no air, and the light extraction efficiency can be improved.
2.光学素子の孔構造又は光学素子と凹みの内側壁の間に形成されたギャップによって含フッ素樹脂の充填の高さは光学素子の底面のエッジより高く、一部の外表面まで覆うことを実現する。剛性の含フッ素樹脂は光学素子のエッジとフッ素樹脂の間に固定作用を形成し、光学素子がベースフレームの表面に固定される効果を高めることができる。これによって、光学素子及びベースフレームの間の接着の問題を解消することができ、素子の信頼性を高めることができ、全反射を低減し、光の取り出しを増やす。この構造設計は紫外線とりわけ遠紫外(DUV)の発光領域のパッケージ構造に効果的に利用され、接着剤が長期使用又は紫外線の照射下での老化により接着性が弱くなり、光学素子が脱落しやすい問題をも解消することができる。 2. Due to the hole structure of the optical element or the gap formed between the optical element and the inner wall of the recess, the filling height of the fluorine-containing resin is higher than the edge of the bottom surface of the optical element and partially covers the outer surface. come true. The rigid fluorine-containing resin forms a fixing action between the edge of the optical element and the fluorine resin, and can enhance the effect of fixing the optical element to the surface of the base frame. This can eliminate the adhesion problem between the optical element and the base frame, improve the reliability of the element, reduce total internal reflection, and increase light extraction. This structural design is effectively used in the package structure of ultraviolet light, especially in the deep ultraviolet (DUV) light emitting region, and the adhesive weakens with long-term use or aging under ultraviolet irradiation, and the optical element is easy to fall off. can also solve the problem.
3.ベースフレームの凹みにおいて側壁に沿って隔てる又は連続する階段部を設け、階段部の高さはチップの高さより高く、ベースフレームの高さより低く、光学素子のエッジが階段部の上に設けられている。より好ましくは、光学素子への支えをなすように接着層が階段部と光学素子の間に設けられている。 3. Providing stepped portions spaced apart or continuous along the sidewalls in the recess of the base frame, the height of the steps being higher than the height of the chip and lower than the height of the base frame, and the edge of the optical element being provided on the steps; It is More preferably, an adhesive layer is provided between the steps and the optical element to provide support for the optical element.
本発明の他の特徴および利点は以下の説明において陳述するが、一部は明細書から明白なものであり、或いは本発明を実施することにより理解される。本発明の目的及びその他の利点は、明細書、特許請求の範囲、添付の図面により特に示される構造によって実現し獲得される。 Other features and advantages of the invention will be set forth in the description that follows, and in part will be obvious from the specification, or may be learned by practice of the invention. The objectives and other advantages of the invention will be realized and attained by the structure particularly pointed out in the written description and claims hereof as well as the appended drawings.
図面は本発明のより一層の理解のために供するものであり、また明細書の一部を構成するものであり、本発明の実施例と共に本発明の解釈に用いられ得るが、本発明を限定するものではない。また、図面における数値は概要を示すにすぎず、比率に応じて描かれたものではない。
以下、図面を参照して本発明に係る紫外LEDパッケージ構造の詳細について説明する。本発明を説明する前に、特定の実施例を変更でき、下記の特定の実施例に制限されないことを理解されたい。また、本発明の範囲は、添付した特許請求の範囲だけに限定され、用いられる実施例は説明のために例示されるが、これに制限されないことを理解されたい。他に説明されていない限り、ここで用いられる全ての技術用語及び科学用語は、当該技術分野の当事者が一般的に理解するのと同じ意味を有する。 Hereinafter, the details of the ultraviolet LED package structure according to the present invention will be described with reference to the drawings. Before describing the present invention, it should be understood that the specific examples may vary and are not limited to the specific examples below. It is also to be understood that the scope of the present invention is limited only by the appended claims and that the examples used are illustrated for purposes of illustration and not limitation. Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of skill in the art.
実施例1
図2に示されるように、本実施例ではベースフレーム1と光学素子6とLEDチップ4とを備えている紫外LEDパッケージを提供する。このベースフレーム1は真ん中に凹みを有しており、この凹み内の底部にLEDチップ4が固定されている。ベースフレーム1の凹み内には含フッ素樹脂5が充填されている。光学素子6は凹み内に嵌め込まれてLEDチップ4の上方に位置している。光学素子6のエッジと凹みの内側壁との間にはギャップが有り、このギャップ内に含フッ素樹脂5が充填されている。光学素子6のエッジと凹みの内側壁との間にあるギャップによって気泡の除去を実現し、含フッ素樹脂5はギャップを介して光学素子の一部の上表面までを覆うことにより固定作用を得ることができる。
Example 1
As shown in FIG. 2 , this embodiment provides an ultraviolet LED package comprising a
具体的には、ベースフレーム1は好ましくはセラミック材料による一体成型、又は、底面がセラミックであり、側面が金属である複合構造である。高い放熱性を確保するために例えばセラミック材料を含む絶縁材料を選ぶことができる。セラミック材料は同時焼成される低温同時焼成セラミック(LTCC)又は高温同時焼成セラミック(HTCC)を含む。ベースフレーム10の本体材料はAINでもよく、140W/(m・K)或いはより高い熱伝導性の金属窒化物からなってもよい。ベースフレーム1はその中央に凹み部分を有し、凹みの底部に紫外LEDチップ構造が装着されている。紫外LEDチップ4は1つ又は複数である。凹みの底部に正負電極が設けられている。LEDチップの正負電極はワイヤボンディング或いはチップボンディングの方法により凹みの底部の正負電極まで連結されている。正負電極が外部まで延伸することによって電気的に接続された正負電極として実現される。LEDチップ4は、フェイスアップ型チップ、フリップ型チップ又は垂直型チップであってもよい。LEDチップ4は紫外チップである。かかるLEDチップが支持フレームの上に配置されており、その波長は200~380nmの間であり、具体的には、長波長(略称UVA、波長315~380nm)、中波長(UVB、波長280~315nm)、又は短波長(UVC、波長200~280nm)であってもよい。発光波長は実際用途の需要に応じて選ぶことができ、例えば表面殺菌、表面硬化などに用いられる。紫外LEDチップ4の数は出力の要求等の要素に応じて選ぶことができ、異なる用途に応じて同一の紫外LEDパッケージ構造において波長が異なる紫外LEDチップ4を選んでもよく、また、少なくとも1つの紫外LEDチップ4と他の波長のチップとを組み合わせてもよい。
Specifically, the
光学素子6は外表面がアーク形状であり、底面がフラットであるレンズ構造であり例えば石英ガラス材質である。かかるレンズが凹み内に嵌まり込んで、凹みの内側壁との間にギャップが形成されている。
The
含フッ素樹脂5はLEDチップ4、凹み内の底部表面及び少なくとも側表面の一部を覆うまで充填すると共に、かかるレンズのエッジ及び少なくとも外表面のアーク形状の少なくとも一部を覆う。好ましくは、かかるアーク形状のレンズの頂面は球形状の一部を形成しているアーク形状である。アーク形状の球心の位置はチップの光射出面の中心点とを結ぶ直線がチップの光射出面に対して垂直であることが最もよい。これによって光学素子から散出する光をあらゆる角度に均一にすることが確保される。アーク形状のレンズのサイズはチップのサイズに対して大きければ大きいほどよい。これによってチップの位置が球心の位置とより近くなり、チップが放射する光は、含フッ素樹脂及びアーク形状のレンズ、アーク形状のレンズ及び空気の間の光射出境界面の順に到達し、できるだけ小さい角度で射出することができ、反射率を低減することを確保する。
The
かかる含フッ素樹脂は屈折率が空気より高く、1.3~1.6の間である。含フッ素樹脂はLEDチップエピタキシャル構造の屈折率とガラスの屈折率との間の屈折率を有するので、異なる材料境界面による全反射を効果的に低減することができ、直接光取り出し効率を高めることができる。 Such a fluorine-containing resin has a refractive index higher than that of air, which is between 1.3 and 1.6. The fluorine-containing resin has a refractive index between the refractive index of the LED chip epitaxial structure and the refractive index of the glass, so it can effectively reduce the total reflection caused by the interfaces of different materials, and directly increase the light extraction efficiency. can be done.
かかる含フッ素樹脂は安定した耐UV放射且つ高い光透過率の樹脂であり、かかる安定した耐UV放射且つ高い光透過率の含フッ素樹脂はより好ましくは、非晶質含フッ素樹脂である。より好ましくは、かかる含フッ素樹脂はモノマー又は共重合体であり、具体的には例えばパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(perfluoroalkyl vinyl ether copolymer)、パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、フッ素化エチレンプロピレン(Fluorinated ethylene propylene)・エチレン・テトラフルオロエチレンの共重合体である。モノマー又は共重合体を構成する構造単位は含フッ素脂肪族環構造単位を有する。含フッ素脂肪族環構造単位はさらに非晶質化に有用であり透明度が高い。 Such a fluororesin is a stable UV radiation resistant and high light transmittance resin, and such a stable UV radiation resistant and high light transmittance fluororesin is more preferably an amorphous fluororesin. More preferably, such fluororesins are monomers or copolymers, specifically for example perfluoroalkyl vinyl ether copolymers, perfluoroalkyl vinyl ether copolymers, fluorinated ethylene propylene (Fluorinated ethylene propylene), a copolymer of ethylene and tetrafluoroethylene. Structural units constituting the monomer or copolymer have fluorine-containing alicyclic structural units. The fluorine-containing alicyclic structural unit is further useful for amorphization and has high transparency.
かかる含フッ素樹脂のモノマー又は共重合体は含フッ素脂肪族環構造単位を有し、好ましくは、環状含フッ素モノマーの単位、或いはジエン系含フッ素モノマーの環化重合によって形成された単位に基づいている。具体的には、環状含フッ素モノマーの単位は、含フッ素脂肪族環を構成する炭素原子の間に重合性の二重結合のモノマーを有し、又は含フッ素脂肪族環を構成する炭素原子と含フッ素脂肪族環外の炭素原子の間に重合性の二重結合のモノマーを有してもよい。当該含フッ素脂肪族環はその骨格中にエーテル性酸素原子(-O-)を有してもよい。このとき、含フッ素脂肪族環中のエーテル性酸素原子の数は好ましくは1又は2である。上記の環状含フッ素モノマーとその他のモノマーの共重合体であってもよい。環状含フッ素モノマーの比率は当該共重合体を構成する全繰り返し単位の合計に対して、好ましくは20モル%以上であり、より好ましくは40モル%以上であり、100モル%であってもよい。他のモノマーは、具体的に挙げると、後記のジエン系含フッ素モノマー、テトラフルオロエチレン、トリフルオロクロロエチレン、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)、パーフルオロ(エチルビニルエーテル)、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)等である。かかるジエン系含フッ素モノマーは2つの重合性の二重結合とフッ素原子のモノマーを有している。当該重合性の二重結合として好ましくは、ビニル基、アリル基、アクリロイル基、メチルアクリロイル基等である。ジエン系含フッ素モノマーとして好ましくは下記の化合物である。 Such a fluorine-containing resin monomer or copolymer has a fluorine-containing alicyclic structural unit, preferably based on a unit of a cyclic fluorine-containing monomer or a unit formed by cyclopolymerization of a diene-type fluorine-containing monomer. there is Specifically, the unit of the cyclic fluorine-containing monomer has a monomer with a polymerizable double bond between the carbon atoms that constitute the fluorine-containing alicyclic ring, or the carbon atoms that constitute the fluorine-containing alicyclic ring. It may have a polymerizable double bond monomer between carbon atoms outside the fluorine-containing aliphatic ring. The fluorine-containing alicyclic ring may have an etheric oxygen atom (--O--) in its skeleton. At this time, the number of etheric oxygen atoms in the fluorine-containing alicyclic ring is preferably one or two. Copolymers of the above cyclic fluorine-containing monomers and other monomers may also be used. The ratio of the cyclic fluorine-containing monomer is preferably 20 mol% or more, more preferably 40 mol% or more, and may be 100 mol% with respect to the total of all repeating units constituting the copolymer. . Specific examples of other monomers include diene fluorine-containing monomers, tetrafluoroethylene, trifluorochloroethylene, perfluoro(methyl vinyl ether), perfluoro(ethyl vinyl ether), perfluoro(propyl vinyl ether), etc., which will be described later. be. Such a diene fluorine-containing monomer has two polymerizable double bonds and a fluorine atom monomer. The polymerizable double bond is preferably a vinyl group, an allyl group, an acryloyl group, a methylacryloyl group, or the like. As the diene fluorine-containing monomer, the following compounds are preferred.
CF2=CF-Q-CF=CF2 (2)
式中、Qは、エーテル性酸素原子を有し且つフッ素原子の一部がフッ素原子以外のハロゲン原子で置換された炭素原子の数が1~3のパーフルオロアルキリデン基である。
CF2=CF-Q-CF=CF2 (2)
In the formula, Q is a perfluoroalkylidene group having 1 to 3 carbon atoms having an etheric oxygen atom and partially substituted with halogen atoms other than fluorine atoms.
非晶質フッ素樹脂は、ジエン系含フッ素モノマーだけからなる重合体であってもよく、上記のジエン系含フッ素モノマーとその他のモノマーとを含む共重合体であってもよい。ジエン系含フッ素モノマーの比率は当該共重合体を構成する全繰り返し単位の合計に対して50モル%以上であり、より好ましくは80モル%以上であり、最も好ましくは100%モルである。タイプIの非晶質フッ素樹脂の平均分子量は好ましくは3000~1000000、より好ましくは10000~300000、さらに好ましくは100000~250000である。なお、上記のモノマーの環化重合法としては、単独重合法及び共重合法である。本実施例では、下記の非晶質含フッ素樹脂が用いられる。 The amorphous fluororesin may be a polymer consisting only of a diene fluorine-containing monomer, or a copolymer containing the diene fluorine-containing monomer and other monomers. The ratio of the diene fluorine-containing monomer is 50 mol % or more, more preferably 80 mol % or more, most preferably 100 mol %, based on the total of all repeating units constituting the copolymer. The type I amorphous fluororesin preferably has an average molecular weight of 3,000 to 1,000,000, more preferably 10,000 to 300,000, still more preferably 100,000 to 250,000. In addition, as the cyclization polymerization method of the monomer, there are a homopolymerization method and a copolymerization method. In this example, the following amorphous fluorine-containing resin is used.
その結晶度が10%以下であり、含フッ素樹脂の複素屈折率の虚部が0.001@300nmより小さい。これによって、紫外線とりわけ遠紫外の光源による照射でより高い光透過率を有し、具体的には200nm以上で90%の光透過率を有することを確保することができる。特には、275~285nmの光源による照射で光透過率が95%以上であり、更に好ましくはn/n+mの値が40~60%である。この類の重合物は、高温安定性、良好な疎水性、耐薬品性を示し、フッ化溶媒における溶解度が高く、溶液粘度が低い利点がある。例えばn/n+mの値が60%の場合、その屈折率が1.327、ガラス転移温度が125℃である。図9は当該含フッ素樹脂が200nm~800nmの間の光透過率テストを示している。そこから明らかに高い紫外線の透過性を有することが分かり、とりわけ200nm以上の波長範囲内で90%以上の光透過率を得ることができ、典型的な280nmの紫外線の光透過率が95%以上に達することが示されている。 Its crystallinity is 10% or less, and the imaginary part of the complex refractive index of the fluorine-containing resin is smaller than 0.001@300 nm. This makes it possible to ensure that it has a higher light transmittance under irradiation with ultraviolet light, especially far ultraviolet light sources, in particular a light transmittance of 90% at 200 nm or more. In particular, when irradiated with a light source of 275 to 285 nm, the light transmittance is 95% or more, and more preferably, the value of n/n+m is 40 to 60%. Polymers of this kind exhibit high-temperature stability, good hydrophobicity, chemical resistance, and have the advantages of high solubility in fluorinated solvents and low solution viscosities. For example, when the value of n/n+m is 60%, the refractive index is 1.327 and the glass transition temperature is 125°C. FIG. 9 shows the light transmittance test of the fluorine-containing resin between 200 nm and 800 nm. From there, it can be seen that it has a clearly high UV transmittance, and in particular, a light transmittance of 90% or more can be obtained in the wavelength range of 200 nm or more, and a typical UV light transmittance of 280 nm is 95% or more. has been shown to reach
かかる凹みの底部における側壁寄りには複数の互いに分離すると共に同じ高さの階段部3を設けている。階段部3はかかるベースフレームと同じ又は異なる材料からなる。光学素子6のエッジは階段部3の上に配置されている。階段部3の高さはチップの高さよりも高く側壁の高さよりも低い。階段部3の高さはチップと光学素子との間の距離を制御することによって調節ができ、光をなるべく垂直に近い角度で放射するように制御することができる。かかる凹みが方形状の場合、互いに隔たっている階段部の数は、好ましくは、4つであり、且つそれぞれの高さが同じであり、即ちかかる光学素子を固定するように各方向の凹み側壁に階段部を有する。かかる光学素子は階段部を覆うことにより、凹みの内部に完全な密閉状空間を形成しているのではなくギャップを有する。即ち、光学素子のエッジと凹みの内側壁との間にギャップを形成している。かかる階段部の側壁はベースフレームと同じ材料、例えば、窒化アルミニウムからなるが、窒化アルミニウムより高い反射率を有する材料例えば金属からなってもよい。
A plurality of
強固性を高めるために、かかる光学素子6及び階段部3の間に接着層を形成してもよい。接着層の接着性は含フッ素樹脂より高いことが好ましい。ここで、接着層は一層又は複数層の材料からなってもよく、好ましくは、一層の材料からなり、接着力は2MPaより大きい又は等しく、厚さは5μmを上回らないことが好ましく、接着力は含フッ素樹脂より高いことが好ましい。
An adhesive layer may be formed between the
より好ましくは、光学素子6とフッ素樹脂の間の接着力を増やすために、図3の外表面の側面から見たパッケージ構造の概略図のように、かかるアーク形状のレンズのエッジは平台部を有し、レンズの一部の平台部が階段部3の上に配置されており、これによって接着面積を大きくする。レンズの一部の平台部は階段部3の上に配置されておらず、階段部3の間で宙に浮いた状態になっており、且つ、この一部の平台部と凹みの側壁はギャップを形成しており、ギャップ内に含フッ素樹脂を充填し、含フッ素樹脂をこの一部のレンズの平台部と少なくとも一部の外表面を覆うまで充填することによって、レンズ下方の含フッ素樹脂の気泡がギャップを介して大気中に排出することができると共に、固定構造を形成することができる。なお、図3の点線の中の部分は、即ちレンズの平台部及び凹みの側壁の間に形成されたギャップである。レンズの平台部のエッジ及び凹みの側壁の全ての面の間のレベル距離はその最大値が少なくとも20μm以上である。
More preferably, in order to increase the adhesive force between the
より好ましくは、かかる平台部の少なくとも一部の上表面或いは下表面又はエッジの側辺が粗面化処理され、少なくとも≧0.2μmの粗さを有する。少なくとも平台部及び階段部の間に粗面化処理を行うことにより、接着面積又は平台部と含フッ素樹脂とを連結する位置の接着性を高めることができ、固定効果を上げることができる。 More preferably, at least a portion of the top surface or bottom surface or the side of the edge of the flat base is roughened and has a roughness of at least ≧0.2 μm. By performing surface roughening treatment at least between the flat base portion and the stepped portion, it is possible to increase the adhesiveness of the bonding area or the position where the flat base portion and the fluorine-containing resin are connected, thereby enhancing the fixing effect.
より好ましくは、図3に示されているように、かかるレンズの平台部のエッジはその全体がレンズのアーク形状と一致している、又は、図4に示されているように、かかるレンズの平台部のエッジは凹みの形状例えば図4に示されている方形状に合わせている。 More preferably, the edge of the plateau of such a lens conforms entirely to the arc shape of the lens, as shown in FIG. The edges of the flatbed conform to the shape of the recess, for example the square shape shown in FIG.
本実施例のパッケージ構造を得るために、図5に示されているように、まず、カット済みの紫外LEDチップ4をベースフレーム1の凹み内の底部の金属正負電極2の上に装着する。なお、紫外LEDチップはフリップチップであることが好ましい。 In order to obtain the package structure of this embodiment, as shown in FIG. In addition, it is preferable that the ultraviolet LED chip is a flip chip.
その後、図6に示されているように、頂面がアーク形状であり、底面が平面であるレンズを凹みの側壁の階段部3の上に装着し、接着層を用いて階段部3とレンズとの間を接着する。接着層は従来の接着樹脂からなり、接着層の接着性は含フッ素樹脂の接着性よりも高い。レンズの一部のエッジは階段部の上に設置されておらず、レンズと凹みの側壁との間のギャップ7(ギャップ7は図5の点線円の部分を示す)を形成することによって、完全に密閉状になっていない下方の凹み部分が形成されている。
Then, as shown in FIG. 6, a lens with an arc-shaped top surface and a flat bottom surface is mounted over the stepped
そして、レンズと凹みとの間のギャップを介して、含フッ素溶媒、好ましくは非プロトン性含フッ素溶媒中に上記の非晶質フッ素樹脂を溶かした塗布液をベースフレームの凹み内に注入して、レンズ下方のLEDチップ4、底部の金属正負電極2、凹みの空間及びレンズのエッジを覆うと共にレンズのアーク形状の一部の外表面まで覆うようにする。徐々に塗布液を加熱しながら溶媒を揮発させる。溶媒を揮発させる場合、なるべく気泡が樹脂内に残らないようにするため、溶媒の沸点以下の低温領域(例えば室温付近)から溶媒の沸点以上の高温領域(例えば200℃付近)まで緩加熱して溶媒を揮発させる。
Then, a coating solution prepared by dissolving the above amorphous fluororesin in a fluorine-containing solvent, preferably an aprotic fluorine-containing solvent, is injected into the recess of the base frame through the gap between the lens and the recess. , the
使用する含フッ素溶媒の分子量が大きすぎると、塗布液の粘度を上昇させるだけではなく、更にタイプIの非晶質フッ素樹脂の溶解性も低下するため、1000以下であることが好ましい。また、タイプIの非晶質フッ素樹脂の溶解性を上げるために、溶媒のフッ素含有量は好ましくは60~80重量%である。 If the molecular weight of the fluorine-containing solvent used is too large, it not only increases the viscosity of the coating solution, but also decreases the solubility of the type I amorphous fluororesin. In order to increase the solubility of the type I amorphous fluororesin, the fluorine content of the solvent is preferably 60 to 80% by weight.
非プロトン性含フッ素溶媒としては、ポリフルオロ芳香族化合物、ポリフルオロトリアルキルアミン、ポリフルオロパラフィン、ポリフルオロ環状エーテル、ハイドロフルオロエーテル(HFE)等が例示される。これらの非プロトン性含フッ素溶媒は単独で用いてよく、混合で用いてもよい。 Examples of the aprotic fluorine-containing solvent include polyfluoroaromatic compounds, polyfluorotrialkylamines, polyfluoroparaffins, polyfluorocyclic ethers, hydrofluoroethers (HFE), and the like. These aprotic fluorine-containing solvents may be used alone or in combination.
高温硬化により溶媒を揮発させた後室温まで冷却し、得られた含フッ素樹脂は剛性の状態であり、光学素子の下方の空間内を充填し、ギャップを介して光学素子の一部の上表面を覆うまで充填する。剛性のフッ素樹脂と光学素子のエッジとを固定する効果が得られ、光学素子の固定に有用であり、滑りを防止し、光学素子が接着剤の老化により引き起こされる脱落問題を解消し、信頼性を高め、また、光学素子のエッジに形成された平台部は固定作用による強固性により有益である。 After evaporating the solvent by high-temperature curing and cooling to room temperature, the obtained fluorine-containing resin is in a rigid state, fills the space below the optical element, and is partially applied to the upper surface of the optical element through the gap. Fill to cover. It has the effect of fixing the rigid fluororesin and the edge of the optical element. Also, the flat plate formed at the edge of the optical element is beneficial due to its rigidity due to the locking action.
実施例2
実施例1の変形として、図7に示されるように、かかる凹みの底部の側壁寄りに連続した環形になった階段部3が設けられている。かかる環形階段部3の高さは同じであり、光学素子6の一部のエッジが階段部3の上に配置され、階段部3の高さはチップの高さより大きく、凹みの側壁の高さより低い。かかる階段部の高さの配置によって、チップと光学素子との間の距離を有効に制御することができ、それによって、光射出角がなるべく略垂直になる角度で放射できることを有効に制御することができる。かかる光学素子及び階段部の間に接着層を形成し、接着層の材料は、含フッ素樹脂材料と同じであってもよく、異なってもよく、又は、接着層の粘着性は含フッ素樹脂より高い。この接着層は一層又は複数層の材料からなってもよい。かかる光学素子の一部のエッジは階段部の上に配置されておらず、光学素子の下方の凹み内部は完全密閉状になっていない空間であり、即ち、光学素子の一部の階段部の上のエッジ及び凹みの内側壁の間にギャップ7を形成している。含フッ素樹脂は光学素子の下方の凹み内に充填されて、光学素子の頂面のアーク形状の側壁の上まで覆い、又はエッジが平台部を有している場合は少なくともエッジの平台部を覆う。
Example 2
As a modification of the first embodiment, as shown in FIG. 7, a continuous ring-shaped
実施例3
本実施例は上記の実施例と異なる紫外パッケージ素子を提供する。図8に示されているように、この紫外パッケージ素子はベースフレーム1と、光学素子6と、LEDチップ4とを備えている。ベースフレーム1はその真ん中に凹みが設けられ、この凹み内の底部に前記LEDチップ4が固定されている。光学素子6のエッジはベースフレームの凹み内の階段部の上に配置されている。かかる光学素子は好ましくはそのエッジに平台部を有し、平台部が階段部の上に配置されている。平台部及び階段部の間に接着層が設けられており、接着層の接着力は好ましくは含フッ素樹脂より高い。かかる含フッ素樹脂5はベースフレームの凹み内を充填する。かかる光学素子は孔8を有する。かかる含フッ素樹脂は孔を充填し孔の周りの外表面を覆う。かかる含フッ素樹脂が孔から溢れることによって、光学素子と含フッ素樹脂との間の固定作用を果たすことができる。これによって光学素子の固定に役立つことが可能である。かかる階段部の高さはチップの光取り出し面より高く、ベースフレームの頂部の高さより低い。
Example 3
This embodiment provides an ultraviolet package device different from the above embodiments. As shown in FIG. 8, this UV package device comprises a
孔8は凹みの上方に位置しており、かかる含フッ素樹脂は光学素子及びチップの間を充満する。
The
孔8は少なくとも2つであり、光学素子上に均一に又は非均一に分散している。かかる孔は相対的にチップ上方の両側に分散してもよい。かかる孔の位置は光学素子の真ん中から離れて光学素子のエッジに近寄るように配置されてもよい。孔8は円形、楕円形又は多辺形である。孔8の構造のサイズは20μmより大きく、好ましくは100μm~1mmの間である。光学素子6はアーク形状のレンズである。かかる光学素子の平台部及び階段部の間が接触するところは粗面化処理を行うことで接合面積を増やすことができる。かかる孔の内側は粗面化処理を行ってもよく、少なくとも≧0.2μmの粗さを有する。これによって光学素子と含フッ素樹脂の間の固定効果を高めることができる。
There are at least two
実施例4
実施例3の代替手段として、図9に示されているように、かかる凹みの内側壁に光学素子のエッジの階段部が配置されず、光学素子6はベースフレームのエッジの上に配置される。光学素子及びベースフレームのエッジの間に接着層を形成し、かかる接着層は一層であってもよく複数層であってもよい。
Example 4
As an alternative to Example 3, the inner wall of such a recess is not arranged with a stepped portion of the edge of the optical element, and the
以上は本発明の好ましい実施例に過ぎず、本技術分野の当事者は、本発明の要旨を逸脱しない条件において、改善や修正が可能であり、これらの改善や修正も本発明の保護の範囲であることを理解されたい。 The above is only a preferred embodiment of the present invention, and improvements and modifications can be made by persons skilled in the art without departing from the scope of the present invention, and these improvements and modifications are also within the scope of protection of the present invention. It should be understood that there is
1 ベースフレーム
2 正負電極
3 階段部
4 LEDチップ
5 含フッ素樹脂
6 光学素子
7 ギャップ
8 孔
1
Claims (17)
前記孔構造の直径は少なくとも20μm、多くとも1mmであり、前記孔構造の内側が粗面化処理され、少なくとも≧0.2μmの算術平均粗さを有することを特徴とする紫外パッケージ素子。 comprising a base frame, an optical element and an LED chip, wherein a recess is formed in the middle of the base frame, the LED chip is fixed at the bottom of the recess, and the LED chip is included in the recessed portion below the optical element. Filling the fluororesin and filling the fluororesin until the upper surface of a part of the optical element is covered through the hole structure on the optical element,
An ultraviolet package element, wherein the diameter of said pore structure is at least 20 μm and at most 1 mm , and the inner side of said pore structure is roughened and has an arithmetic mean roughness of at least ≧0.2 μm.
前記LEDチップはその発光ピーク値の波長が290nm以下であり、
前記凹みにおいて前記内側壁に沿って互いに隔てると共に同じ高さ又は環状の複数の階段部が形成され、前記光学素子のエッジが前記階段部に設けられており、前記光学素子は外表面がアーク形状のレンズであり、
前記アーク形状のレンズの頂面は球形状の一部を形成しているアーク形状であり、
前記アーク形状の球心の位置と前記LEDチップの光射出面の中心点とを結ぶ直線が前記LEDチップの光射出面に対して垂直であり、
前記レンズのエッジは平台部を有し、前記光学素子の一部のエッジの平台部が前記階段部の上に設けられ、前記一部のエッジの平台部が前記階段部の上に設けられておらず、
前記階段部の上に設けられていない一部のエッジと前記凹みの内側壁との間に形成されたギャップを介して前記含フッ素樹脂が前記光学素子の一部の上表面を覆うまで充填されていて、
前記平台部の少なくとも一部の上表面或いは下表面又は前記エッジの側辺が粗面化処理され、少なくとも≧0.2μmの算術平均粗さを有することを特徴とする紫外パッケージ素子。 comprising a base frame, an optical element and an LED chip, wherein a recess is formed in the middle of the base frame, the LED chip is fixed at the bottom of the recess, and the LED chip is included in the recessed portion below the optical element. The fluororesin is filled and filled with the fluororesin until the upper surface of a part of the optical element is covered through a gap formed between the edge of the optical element and the inner wall of the recess,
The LED chip has an emission peak wavelength of 290 nm or less,
A plurality of stepped portions of the same height or an annular shape are formed in the recess along the inner wall, and the edge of the optical element is provided on the stepped portion, and the optical element has an arc-shaped outer surface. is a lens of
the top surface of the arc-shaped lens is arc-shaped forming a portion of a spherical shape;
a straight line connecting the position of the spherical center of the arc shape and the center point of the light exit surface of the LED chip is perpendicular to the light exit surface of the LED chip;
An edge of the lens has a flat base portion, a flat base portion of the edge of the optical element is provided on the stepped portion, and a flat base portion of the edge of the portion is provided on the stepped portion. not
The fluorine-containing resin is filled up to cover the upper surface of a portion of the optical element through a gap formed between a portion of the edge not provided on the stepped portion and the inner wall of the recess. and
An ultraviolet package element, wherein at least a part of the upper surface or the lower surface of the flat base or the sides of the edge is roughened to have an arithmetic mean roughness of at least ≧0.2 μm.
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