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発明の名称 LEDパッケージ
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−142413(P2007−142413A)
公開日 平成19年6月7日(2007.6.7)
出願番号 特願2006−307474(P2006−307474)
出願日 平成18年11月14日(2006.11.14)
代理人 【識別番号】100104156
【弁理士】
【氏名又は名称】龍華 明裕
発明者 リー、ソン グー / チョイ、ミョン ソー / ソン、チャン ホ / パク、ヨン サム
要約 課題
LEDパッケージを提供する。

解決手段
本発明は、電源印加時に光を発生させる発光チップと、上記発光チップとワイヤを介して電気的に連結され、上記発光チップが搭載するフレーム部と、上記フレーム部を固定し上記発光チップが配置されるキャビティを形成し、上部面に突出して形成される凸状突出部を設けるように成形されるモールド部と、上記キャビティ内に投光性樹脂を埋め込んで上記凸状突出部の外枠を境界にして上記凸状突出部から上に膨らんだ円形ドーム状で具備されるレンズ部と、を含む。本発明によれば、発光チップから発生される光の指向角を十分確保しながら光抽出効率を増大させ、組立工程を単純化することで大量生産が可能で、かつ製造原価を節減することができる。
特許請求の範囲
【請求項1】
電源印加時に光を発生させる発光チップと、
前記発光チップとワイヤを介して電気的に連結され、前記発光チップが搭載するフレーム部と、
前記フレーム部を固定して前記発光チップが配置されるキャビティを形成し、上部面に突出して形成される凸状突出部を設けるように成形されるモールド部と、
前記キャビティ内に投光性樹脂を埋め込んで前記凸状突出部の外枠を境界にして前記凸状突出部から上に膨らんだ円形ドーム状で具備されるレンズ部と、を含むLEDパッケージ。
【請求項2】
前記凸状突出部は内部面が前記キャビティの内部面から延長され、外部面は前記モールド部の上部面と直角を形成する円形リング状で具備されることを特徴とする、請求項1に記載のLEDパッケージ。
【請求項3】
前記凸状突出部の内径中心は、前記キャビティ内に配置される発光チップと一致することを特徴とする、請求項2に記載のLEDパッケージ。
【請求項4】
前記キャビティの内部面には、前記発光チップから発生される光を反射させることができるように反射部材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。
【請求項5】
前記レンズ部を構成する投光性樹脂には光散乱剤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。
【請求項6】
前記光散乱剤はエポキシ、シリコンのいずれか1種であることを特徴とする、請求項5に記載のLEDパッケージ。
【請求項7】
前記光散乱剤は、チタン酸バリウム、酸化チタン(titanium oxide)、酸化アルミニウム(aluminium oxide)、酸化シリコン(silicone oxide)のいずれか1種であることを特徴とする、請求項5に記載のLEDパッケージ。
【請求項8】
前記レンズ部の形成高さは、樹脂の流れ性に影響を与える粘度(Viscosity)及び樹脂の形状を維持するのに影響を与える揺変性数値(Thixotropic Index)によって調節されることを特徴とする、請求項1に記載のLEDパッケージ。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、LEDパッケージに関し、より詳しくは発光チップから発生される光の指向角を十分確保しながら光抽出効率を増大させ、組立工程を単純化することで大量生産が可能で、かつ製造原価を節減することが可能なLEDパッケージに関する。
【背景技術】
【0002】
一般的に発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)は電流が流れる際に光を発する半導体素子であり、GaAs、GaN光半導体から成るPN接合ダイオード(junction diode)で電気エネルギーを光エネルギーに変える。
【0003】
このようなLEDから発される光の領域は、レッド(630nm〜700nm)からブルー・バイオレット(400nm)までで、ブルー、グリーン及びホワイトまでも含んでおり、LEDは白熱電球と蛍光灯のような既存の光源に比べて低電力消費、高効率、長期間動作可能な寿命などの長所を有しており、その需要が持続的に増加している状況である。
【0004】
近年、LEDはモバイル端末機の小型照明から室内外の一般照明、自動車照明、大型LCD(Liquid Crystal Display)用バックライト(Backlight)まで、その適用範囲が益々拡大している。
【0005】
図1は従来のLEDパッケージ10の本体中央を縦断面した斜視図であって、図1に示すように、従来のLEDパッケージ10は半導体素子である発光チップ11と、これを上部面の中央に搭載する放熱体12とを備える。
【0006】
上記発光チップ11は外部電源と連結され電流が印加されるように複数個の金属ワイヤ13を介してリードフレーム14と電気的に連結される。
【0007】
上記放熱体12は、上記発光チップ11の発光時に発生される熱を外部に放出して冷却する手段であり、熱伝導性の優れた素材から成る接着手段12aを介して基板19上に装着される。
【0008】
上記リードフレーム14は本体中央に上記放熱体12を挿入して組み立てることが可能になるように、成形時に組立孔15aを貫通するように形成するモールド部15に一体で具備され、上記モールド部15では上記ワイヤ13とのワイヤボンディングが行われるようにリードフレーム14の一端が露出し、上記リードフレーム14の他端はパッド14aを介して基板19上に印刷されたパターン回路19aと電気的に連結される。
【0009】
上記モールド部15の上部面には上記発光チップ11の発光時に発生された光を外部より広い指向角で広く発散させることができるよう、透明材質を素材にして別途製作されたレンズ16を機械的または化学的方法により搭載した。
【0010】
ここで、上記レンズ16の材質は多様な形状実現が可能となるように射出が容易で、かつ低価であるポリマー系が主種であるが、近年では劣化を考慮してシリコン、硝子などが適用されている。
【0011】
そして、上記モールド部15と上記レンズ16との空間には上記発光チップ11とワイヤ13を保護しながら、発光された光をそのまま透写させるよう透明なシリコン樹脂から成る充填剤17が満たされるようになる。
【0012】
しかし、別途製作されたレンズ16をモールド部15に搭載し、上記レンズ16とモールド部15の間には充填剤17を埋め込む工程が複雑で作業生産性を低下させ、上記レンズ16の搭載時に充填剤17が外部に漏洩されたり充填剤内に気泡が外部へ抜け出されず光効率を低下させる問題点があった。
【0013】
また、上記レンズ16をポリマー系で構成する場合ポリマーは発光チップ11から発生される高いエネルギーの光によって劣化され製品寿命を低下させ、シリコンで構成する場合シリコンは製作単価が高く、硝子で構成する場合に組立工程及び取り扱いの際に割れる問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
従って、本発明は上記のような従来の問題点を解消するためのもので、その目的は発光チップから発生される光の指向角を十分確保しながら光抽出効率を増大させ、組立工程を単純化することで大量生産が可能で、かつ製造原価を節減することのできるLEDパッケージを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0015】
上記のような目的を達成するために本発明は、電源印加時に光を発生させる発光チップと、上記発光チップとワイヤを介して電気的に連結され、上記発光チップが搭載するフレーム部と、上記フレーム部を固定し上記発光チップが配置されるキャビティを形成し、上部面に突出して形成される凸状突出部を設けるように成形されるモールド部と、上記キャビティ内に投光性樹脂を埋め込んで上記凸状突出部の外枠を境界にして上記凸状突出部から上に膨らんだ円形ドーム状で具備されるレンズ部と を含むLEDパッケージを提供する。
【0016】
好ましくは、上記凸状突出部は内部面が上記キャビティの内部面から延長され、外部面は上記モールド部の上部面と直角を形成する円形リング状で具備される。
【0017】
より好ましくは、上記凸状突出部の内径中心は上記キャビティ内に配置される発光チップと一致する。
【0018】
好ましくは、上記キャビティの内部面には、上記発光チップから発生される光を反射させることができるように反射部材をさらに含む。
【0019】
好ましくは、上記レンズ部を構成する投光性樹脂には光散乱剤をさらに含む。
【0020】
より好ましくは、上記光散乱剤はエポキシ、シリコンのいずれか1種である。
【0021】
より好ましくは、上記光散乱剤はチタン酸バリウム、酸化チタン(titanium oxide)、酸化アルミニウム(aluminum oxide)、酸化シリコン(silicone oxide)のいずれか1種である。
【0022】
好ましくは、上記レンズ部の形成高さは樹脂の流れ性に影響を与える粘度(Viscosity)及び樹脂の形状を維持するのに影響を与える揺変性数値(Thixotropic Index)によって調節される。
【発明の効果】
【0023】
本発明によれば、発光チップが配置されるキャビティ内に埋め込まれる投光性樹脂が表面張力によってモールド部にこぼれないようにモールド部の上部面に円形リング状の凸状突出部を設けて上部に膨らんだ円形ドームをモールド部の上部に形成することにより、別途製作されたレンズをモールド部に組み立て、レンズとモールド部の間に充填剤を充填する作業を、モールド部上に注入され円形ドームで備えられる透明性樹脂に代替えできるため組立工程を単純化して作業生産性を向上させ、製品を大量に生産することができる一方、製造原価を節減することが可能である。
【0024】
また、発光チップから発生される光の指向角を十分広くし、光抽出効率を増大させ光効率を高めることのできる効果が得られる。
【0025】
そして、レンズ部を構成する粘度(Viscosity)と揺変性数値(Thixotropic Index)を調節して多様な形態の円形ドーム状のレンズ部を形成することができるためレンズの設計自由度を広げることができる効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0026】
以下、本発明について添付の図面に従ってより詳しく説明する。
【0027】
図2は本発明によるLEDパッケージを示す斜視図であり、図3は図2のA方向から見た側面図であり、図4は本発明によるLEDパッケージを示す平面図である。
【0028】
本発明のLEDパッケージ100は、図2乃至図4に示すように、別途製作されたレンズを組み立てる工程を要せず、発光源を覆うように満たされる樹脂を上部に膨らんだドーム状で具備して製造工程を単純化し指向角をより広げることができるもので、これは発光チップ110、フレーム部120、モールド部130及びレンズ部140とを含んで構成される。
【0029】
上記発光チップ110は電源印加時に光を発生させ、発光時に熱を発生させる半導体素子である。
【0030】
このような発光チップは、活性層とこれを包むクラッド層から成るGaAlAs系、高密度光ディスクの赤色半導体レーザ素子に用いられるAlGaIn系、AlGaInP系、AlGaInPAs系と、トランジスタ等の電子デバイスに用いられるGaN系などのような材料を用いて構成されるが、これらに限定されるものではなく、別の半導体材料で多様に構成され得る。
【0031】
上記フレーム部120は上記モールド部130の成形時、その内部に固定され上記モールド部130のキャビティCを介して上部面の一部が露出する一対の第1リードフレーム121及び第2リードフレーム122で具備され、このような第1リードフレーム121及び第2リードフレーム122は上記発光チップ110と電気的に連結される伝導性金属構造物で構成される。
【0032】
これにより、上記第1リードフレーム121及び第2リードフレーム122は銅、ニッケル、鉄のいずれかの金属材またはこれらを少なくとも一つ以上含む合金材で構成され、その外部面はニッケル、銀、金のいずれか一つの金属材またはこれらを少なくとも一つ以上含む合金材でメッキ処理される。
【0033】
ここで、上記発光チップ110がP極とN極を上、下部面にそれぞれ形成した垂直型半導体素子で具備されるか、或はP極とN極を上部面に同時に形成した水平型半導体素子で具備される。
【0034】
これにより、垂直型発光チップ110は金属材を介して第1リードフレーム121に共晶ボンディング(Eutectic Bonding)、ソルダーリング(Soldering)されたり、伝導性接着剤を介して第1リードフレーム121にボンディングされ、金属ワイヤ115を介して上記第2リードフレーム122と電気的に連結される。
【0035】
また、水平型発光チップは上記第1リードフレーム121上に接着剤を介して搭載された状態で2つの金属ワイヤ115を介して上記第1リードフレーム121及び第2リードフレーム122と電気的にそれぞれ連結されるワイヤボンディング構造を有する。
【0036】
上記モールド部130は本体中央に上記発光チップ110が配置されるキャビティCを形成しながら上記フレーム部120と一体化され、これを固定するように射出成形される樹脂剤であり、上記フレーム部120の第1リードフレーム121及び第2リードフレーム122の上部面の一部は上記キャビティCの底面を介して外部へ露出し、上記第1リードフレーム121及び第2リードフレーム122の下部面の一部は外部電源との電気的な連結が容易になるように上記モールド部130の底面に露出する。
【0037】
このようなモールド部130は多様な形状を実現することができ、射出工程が容易なポリマー(Polymer)系樹脂を用いて成形するが、これに限定されるものではなく、多様な樹脂剤が素材として利用され得る。
【0038】
上記発光チップ110が配置されるキャビティCの内部面には上記発光チップ110から発生される光を反射させ光抽出効率をより高めることができるように反射部材137を具備することが好ましい。
【0039】
このような反射部材137は、上記キャビティCの傾斜した内部面の全体に光反射率の高いアルミニウム(Al)、銀(Ag)、白金(Pt)、チタン(Ti)、クロム(Cr)及び銅(Cu)のいずれか一つから成る反射物質を均一にコーティングまたは蒸着して具備することができるが、これに限定されるものではなく、光反射率の高いアルミニウム(Al)、銀(Ag)、白金(Pt)、チタン(Ti)、クロム(Cr)及び銅(Cu)のいずれか一つから成る板材を別途接着して具備されることもできる。
【0040】
そして、上記モールド部130は上部面に発光チップ110を中心にして上部に一定高さで突出される円形リング状の凸状突出部135を具備し、上記凸状突出部135は内部面が上記キャビティCの内部面から延長され、外部面は上記モールド部130の上部面と直角を形成するように具備される。
【0041】
ここで、上記モールド部130の上部面に円形リング状で具備される凸状突出部135の内径中心は上記キャビティ内に配置される発光チップ110と一致することが好ましい。
【0042】
上記レンズ部140は上記キャビティC内の発光チップ110を外部環境から保護しながら上記発光チップ110から発生される光を外部に広い指向角で発散できるように上記キャビティC内に満たされた後硬化されドーム状で具備される透明性樹脂である。
【0043】
このようなレンズ部140は上記モールド部130の凸状突出部135の外枠を境界にして上記凸状突出部135から上に膨らんだ円形ドーム状で具備されることが好ましい。
【0044】
上記透明性樹脂は別途のディスペンサを利用するディスペンシング工程やステンシル工程によって上記キャビティC内に埋め込まれ、上記凸状突出部135の最上端まで満たされた透明性樹脂は流れ性によって上記凸状突出部135の水平な上部面と垂直な外部面間の境界部位まで移動される。
【0045】
この時、粘度性のある透明性樹脂は表面張力によって凸状突出部135の垂直な外部面に沿ってモールド部130の上部面までこぼれなくなる。
【0046】
このような状態で透明性樹脂の供給が続けて行われると上記凸状突出部135の上部面と最大頂点間の形成高さHが徐々に大きくなる円形ドーム状のレンズ部140を形成するようになり、上記レンズ部140が予め設定された形成高さHに至ると上記透明性樹脂を供給することを中断する。
【0047】
ここで、上記レンズ部140の形成高さHは光抽出効率と指向角に影響を及ぼし、上記透明性樹脂で構成されるレンズ部140の形成高さHが高くなると光抽出効率を高めることができる長所があるが、指向角が細くなる短所があり、逆にレンズ部140の形成高さHを凸状突出部まで低めると指向角を広げることができる長所があるが、光抽出効率が低くなる短所がある。
【0048】
このとき、LEDパッケージを照明用に使用しようとする場合、上記発光チップ110から外部へ放射される光の指向角は120乃至180度でなければならず、一般フラッシュ用に使用しようとする場合、光の指向角は80乃至120度であり、高輝度フラッシュ用に使用しようとする場合の光の指向角は80度以下でなければならない。
【0049】
これにより、LEDパッケージから得ようとする光抽出効率と照明、フラッシュ用途に応じて可変される指向角を考慮しレンズ部140の形成高さHを決めなければならず、その形成高さHは樹脂の流れ性に影響を与える粘度(Viscosity)及び樹脂の形状を維持するのに影響を与える揺変性数値(Thixotropic Index)によって調節可能なものである。
【0050】
即ち、樹脂の粘度が一定した状態でレンズ部140の形成高さHを高めるためには樹脂の揺変性数値を高めなければならず、逆にレンズ部140の形成高さHを低めるためには樹脂の揺変性数値を低めなければならない。
【0051】
また、樹脂の揺変性数値が一定した状態で樹脂の粘度が高いとドーム状のレンズ部140を形成するために投光性樹脂のドッティング(Dotting)後樹脂のテイル(tail)が消えるのに長時間かかるため、作業性が劣ってしまい、逆に樹脂の粘度が低いとドーム状が変形される恐れがあるため樹脂硬化を迅速に行わなければならない。
【0052】
そして、上記凸状突出部135によって円形ドーム状で具備されるレンズ部140は自然硬化させたり、人為的に硬化させモールド部130と一体化する。
【0053】
このような透明性樹脂はシリコン、エポキシなどが選択的に使用されることができ、低い波長の光に劣化の少ないシリコンが理想的である。
【0054】
一方、上記円形ドーム状のレンズ部140を構成する投光性樹脂には発光チップ110から出射される光のノイズ(noise)を減少させより柔らかい光に出射されるように光散乱剤を添加することが好ましい。
【0055】
このような光散乱剤ではレジン(resine)系列のエポキシ(epoxy)、シリコン(silicone)のいずれか一つを選択するか、オパール(opal)系列のチタン酸バリウム(barium titanate)、酸化チタン(titanium oxide)、酸化アルミニウム(aluminum oxide)、酸化シリコン(silicone oxide)のいずれか一つを選択することができる。
【0056】
本発明は、特定の実施例に関して図示して、説明したが、上述した特許請求の範囲によって備えられる本発明の思想及び分野を外れない範囲内において本発明が多様に改造及び変化され得ることを当業界において通常の知識を有する者は容易にわかることを明らかにして置く。
【図面の簡単な説明】
【0057】
【図1】従来のLEDパッケージの本体中央を縦断面した斜視図である。
【図2】本発明によるLEDパッケージを示す斜視図である。
【図3】レンズ部が形成された後のLEDパッケージを図2のA方向から見た側面図である。
【図4】本発明によるLEDパッケージを示す平面図である。
【符号の説明】
【0058】
110 発光チップ
115 ワイヤ
120 フレーム部
121 第1リードフレーム
122 第2リードフレーム
130 モールド部
135 凸状突出部
137 反射部材
140 レンズ部
H 形成高さ




 

 


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