JP2010206231A - 高出力発光ダイオードパッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】光効率と放熱特性に優れた高出力発光ダイオードパッケージ（Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ Ｐａｃｋａｇｅ）が提供される。
【解決手段】上記高出力発光ダイオードパッケージは、ベース部材と、上記ベース部材上に提供された反射部と、上記反射部のうち少なくとも第１反射部に包囲され上記ベース部材上に搭載された多数のＬＥＤチップ及び、上記ＬＥＤチップと電気的に連結され外部接続されるよう上記ベース部材に具備された接続手段を含み、上記反射部は上記第１反射部を包囲する第２反射部を含んで構成されている。
【選択図】図６

Description

本発明は高出力発光ダイオードパッケージ（Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ Ｐａｃｋａｇｅ）に関することであって、より詳細には多数個の発光ダイオードチップ（以下、‘ＬＥＤチップ’と称する）が搭載され、該ＬＥＤチップから放出される光の干渉を防止してパッケージの光効率をより向上させると共に、多数のＬＥＤチップが内蔵される凹んだ空間がベース部材に含まれ放熱性も優れるようにする高出力発光ダイオードパッケージに関する。

発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）は、注入された電子と正孔が再結合する時、過剰エネルギーを光で放出するダイオードとして、ＧａＡｓＰ等を用いた赤色発光ダイオード、ＧａＰ等を用いた緑色発光ダイオード、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮダブルヘテロ（ｄｏｕｂｌｅ ｈｅｔｅｒｏ）構造を用いた青色発光ダイオード等がある。

このような発光ダイオードは、低電圧、低電力という長所により数字文字表示素子、信号灯センサ、光結合素子用光源など様々な分野に幅広く使用されている。

このように、良質の発光ダイオードを製造するためには、先ず輝度が良く、二番目に寿命が長く、三番目に熱的安定性があって、最後に低電圧で動作しなければならない。

その中でも輝度は、素子の消費電力と深い関係を有しているため、現在発光ダイオードの輝度を高めるために様々な方面で開発中である。

このような発光ダイオードの基本的な構造は、サファイア基板上にＧａＮバッファ層、アンダーＧａＮ層、ｎ型ドーパントＧａＮ層、活性層及びＰ型窒化ガリウム層を順番に成長させ発光ダイオードを完成する。

上記Ｐ型窒化ガリウム層上には、上記活性層から発生する光を外部へ伝達させるためＴＭ（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｍｅｔａｌ）層を成長させる。

上記のような構造を有するＬＥＤの動作原理は、特定元素の半導体に順方向電圧を加えると、陽極と陰極の接合部分を通じて電子と正孔が移動しながら相互再結合され、電子と正孔の結合によってエネルギー准尉が落ちて光が放出される。

また、ＬＥＤは一般的に０．２５ｍｍの非常に小さい大きさで製作され、エポキシモールドとリードフレーム及びＰＣＢに実装された構造をしている。

現在最も一般的に使用するＬＥＤは、５ｍｍプラスチックパッケージや特定応用分野によって新たな形態のパッケージを開発している。ＬＥＤから放出する光の色は、半導体チップ構成元素の配合によって波長を作り、このような波長が光の色を決定する。

特に、ＬＥＤは情報通信機器の小型化、スリーム化の流れによって機器の各種部品の抵抗、コンデンサー、ノイズフィルタ等はさらに小型化され、最近は基板（ＰＣＢ、Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）に直接搭載するため表面実装素子（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ）型で作られている。

これによって表示素子として使用されているＬＥＤランプもＳＭＤ型で開発されている。このようなＳＭＤは、既存の単純な点灯ランプを代替することができ、これは多様なカラーを出す点灯表示機用、文字表示機及び映像表示機などとして使用される。

上記のようにＬＥＤの使用領域が広くなるにつれ、生活で使用される電灯、救助信号用電灯など要求される輝度の量も漸次高くなり、最近は高出力発光ダイオードパッケージが広く使われている。

例えば、高出力発光ダイオードパッケージは、多数個のＬＥＤチップを搭載することにより、光出力を増大させたものとして、例えばレッドＬＥＤチップ、グリーンＬＥＤチップ、ブルーＬＥＤチップが各々搭載モールディングされ一つの発光ダイオードパッケージを構成する。

この場合、各々のＬＥＤチップに対応して各々の色を合わせたモールドが具備されることが出来る。

または、単一モールドの中に多数個のＬＥＤチップを実装した高出力発光ダイオードパッケージもある。

例えば、一つの単一モールド内にレッドＬＥＤチップ、グリーンＬＥＤチップ、ブルーＬＥＤチップが共に搭載される。

そして、各々のＬＥＤチップが配線部、例えばリードフレームのリードとワイヤボンディングされ、ワイヤボンディングされたＬＥＤチップ上にエポキシ樹脂でパッケージモールドを形成することにより、高出力発光ダイオードパッケージを完成する。

一方、このような従来の高出力発光ダイオードパッケージの一例が図１及び図２に図示されている。

即ち、図１及び図２に図示した通り、リードフレーム１１０上に円形で傾斜された反射部（反射面）１２０が形成され、その内側に多数のＬＥＤチップ１３０が搭載され、該ＬＥＤチップ１３０はリードフレーム１１０に提供されたリード１４０とワイヤボンディング１５０を通じて電気的に接続される。

また、従来の他の形態の高出力発光ダイオードパッケージが図３に図示されている。

即ち、図３に図示した通り、従来の他の形態の高出力発光ダイオードパッケージ２００においては、リードフレーム２１０に円形の反射部２２０が形成され、その内側に多数個のマルチＬＥＤチップ２３０が搭載され、リードフレームのリード２４０とワイヤボンディング２５０で電気的に連結される構造である。

そして、図１及び図３の従来の高出力発光ダイオードパッケージ１００，２００では、ＬＥＤチップの上にモールド（未符号）が形成される。

この際、多数個のマルチＬＥＤチップ上に全体的に一つのエポキシ樹脂を用いてモールディングされると、高出力発光ダイオードパッケージの具現が容易となる。

しかし、図４に図示した通り、このような従来の高出力発光ダイオードパッケージ１００，２００においては、リード連結構造と関係なく一つの傾斜された円形（四角形態も可能）反射部（面）１２０，２２０のみ形成されるため、搭載されたＬＥＤチップ１３０，２３０から放出される光のうち隣接ＬＥＤチップへ放出される光は干渉される問題が発生し、これは光効率の低下と繋がる。

また、このような多数個のＬＥＤチップが搭載される高出力型発光ダイオードパッケージ１００，２００の場合には、各々ＬＥＤチップ１３０，２３０に対して抵抗成分を有しているため、熱抵抗が増大され、電力損失及び放熱を難しくするが、従来の発光ダイオードパッケージ１００，２００の場合には、リードフレーム上に反射面の内側にＬＥＤチップが搭載される構造であるため放熱効率も低い。

即ち、一つの単一モールド内に多数個のＬＥＤチップが搭載される場合、放出熱は増大されるが熱放出効率は低い問題がある。

これによって、従来の各々のＬＥＤチップに対して、対応する独立反射面を具備しながらパッケージ全体として反射面を再度具備する二重の反射面構造の発光ダイオードパッケージが要求されてきた。

即ち、二重の反射面構造の場合、光干渉が遮断され凹んだ溝部の集合体であるリードフレームによって熱放出効率もさらに高めることが出来て好ましい。

本発明は上記のような従来問題点を改善させるため案出されたことであって、その目的は、搭載されたＬＥＤチップに対応する第１反射部と、該第１反射部を再び包囲する第２反射部を構成することにより、ＬＥＤチップの放出光間の干渉が遮断され、再度全体に集められ光が放出されるため、光効率をさらに向上させる高出力発光ダイオードパッケージを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、ＬＥＤチップが搭載され包囲される第１反射部の凹んだ溝が集合されるベース部材の放熱効率が向上され、放熱特性も優れた高出力発光ダイオードパッケージを提供することにある。

上記目的を達成するための技術的側面として本発明は、ベース部材と、上記ベース部材上に提供された反射部と、上記反射部のうち少なくとも第１反射部に包囲され上記ベース部材上に搭載された多数のＬＥＤチップと、上記ＬＥＤチップと電気的に連結され外部接続されるよう上記ベース部材に具備された接続手段と、を含み、上記反射部は、上記第１反射部を包囲する第２反射部を含んで構成された高出力発光ダイオードパッケージを提供する。

この際、上記ベース部材は金属のリードフレーム、金属基板、金属がメッキされた樹脂基板のうち一つとして、少なくとも放熱が可能な部材で提供されることが好ましい。

好ましくは、上記反射部の第１反射部は、内側に各々のＬＥＤチップが搭載されＬＥＤチップの放出光が相互干渉されないよう各々のＬＥＤチップをセル単位で包囲するＬＥＤチップ独立反射面で構成される。

また、さらに好ましくは、上記反射部の第２反射部は、各々のＬＥＤチップとこれを包囲する第１反射部からの放出光をパッケージ単位で集まるよう上記第１反射部の外郭に閉断面のパッケージ反射面で構成される。

そして、上記ベース部材は、リードフレームで構成され、上記リードフレームには反射部の第１，２反射部が一体で形成されることが出来る。

または、上記ベース部材は基板で構成され、上記基板には反射部の第１反射部と第２反射部が各々搭載されることが出来る。

そして、好ましくは、上記ベース部材はリードフレームで構成され、上記接続手段は上記ベース部材に絶縁層を介在して提供されるリードと、該リードとＬＥＤチップとの間に連結されるボンディングワイヤで提供される。

または、上記ベース部材は基板で構成され、上記接続手段は、上記基板に表面実装されるＬＥＤチップと接続される接続パターンで構成されることが出来る。

そして、好ましくは、上記第１反射部は表面に形成され、ＬＥＤチップの放出光の反射効率を高める反射活性層がさらに具備され、上記第２反射部も表面に形成され、ＬＥＤチップと第１反射部を経た放出光の反射効率を高める反射活性層がさらに具備される。

ここで、上記ベース部材の下部には放熱板がさらに具備されることがより好ましい。

最後に、上記ＬＥＤチップの上部の反射部の内側にはモールディング部が提供される。

本発明の高出力発光ダイオードパッケージによると、一つのリードフレームにマルチで搭載される多数個のＬＥＤチップに対応する各々の第１反射部と、該第１反射部の外郭にパッケージ全体の第２反射部を構成することにより、光の干渉が完全に遮断され全体に集められる光の放出特性で光効率を極めて優れるようにする効果を提供する。

特に、リードフレームの第１反射部内に対応ＬＥＤチップが搭載される構造によってリードフレームの熱放出効率を極大化させることにより、パッケージの作動特性を安定化させる優れた効果もある。

以下、添付の図面によって本発明を詳細に説明する。

先ず、図５乃至図７では本発明の高出力発光ダイオードパッケージ１を図示しているが、図５はＬＥＤチップが搭載されていない状態のベース部材のリードフレームを図示し、図６は本発明のパッケージを図示した構造図で、図７は要部図である。

即ち、図６及び図７に図示した通り、本発明の高出力発光ダイオードパッケージ１は、大きくベース部材１０と、上記ベース部材上に提供された反射部２０と、上記反射部２０のうち少なくとも第１反射部２２に包囲され上記ベース部材上に搭載された多数のＬＥＤチップ３０及び、上記ＬＥＤチップと電気的に連結され外部接続されるよう上記ベース部材に具備された接続手段４０を含んで構成される。

そして、特に上記反射部２０は、上記第１反射部２２を包囲する第２反射部２４を含んで構成されることに特徴がある。

従って、このような重要構成要素、即ち、ベース部材１０と反射部２０とＬＥＤチップ３０と接続手段４０で構成された本発明の構成的特性は、上記反射部２０が二重の第１，２反射部２２，２４で構成されることにある。

即ち、次により詳細に説明するが、本発明の発光ダイオードパッケージ１において、反射部２０の第１反射部２２は、ＬＥＤチップ３０を包囲して隣接ＬＥＤチップから放出された光が干渉されることを遮断し、第２反射部２４は、第１反射部とＬＥＤチップから反射及び直接放出されるパッケージ全体の光を集約して集めるようにする役割をする。結局、本発明の発光ダイオードパッケージ１は光効率が非常に優れている。

一方、このような本発明の構成特徴を詳細に説明すると、先ず本発明の発光ダイオードパッケージ１において上記ベース部材１０は、金属のリードフレーム、金属基板、金属がメッキされた樹脂基板のうち一つとして少なくとも放熱が可能な部材で提供される。

即ち、本発明のベース部材１０は、熱伝達に優れた金属または金属コーティング部材から成るため、多数のマルチＬＥＤチップが搭載される高出力のパッケージで具現されても放熱が維持されるようにする。

次に、本発明の発光ダイオードパッケージ１において、上記反射部２０の第１反射部２２は、内側へ各々のＬＥＤチップ３０が搭載されＬＥＤチップの放出光が相互干渉されないよう各々のＬＥＤチップをセル単位で包囲するＬＥＤチップ独立反射面で構成されたことに特徴がある。

従って、図６及び図７を参照すると、本発明の上記第１反射部２２は、高出力発光ダイオードパッケージ１として少なくともＬＥＤチップ３０がマルチ形態で多数固搭載される場合、各々のＬＥＤチップ３０を独立的に包囲し、これによって隣接ＬＥＤチップ３０から放出される光が相互干渉され光効率を低下させることを防ぐ。

この際、上記第１反射部２２は、実際にはベース部材１０に凹んで形成され傾斜された反射面である。

次に、図６及び図７に図示した通り、上記反射部２０の第２反射部２４は、各々のＬＥＤチップ３０とこれを包囲する第１反射部２２からの放出光をパッケージ単位で集めるよう上記第１反射部２２の外郭に閉断面のパッケージ反射面で提供される。

即ち、第２反射部２４は、各々のＬＥＤチップ３０に対応して形成されるのではなく、パッケージ全体の光を集めて放出されるようにする全体構造物であり、このような第２反射部２４は実際にはダム形状で反射面が傾斜され、少なくとも第１反射面よりは上に高い位置に配置される閉断面、即ち図面のように四角または図示していない円形の形態で形成されることが出来る。

次に、図５及び図７に図示した通り、上記ベース部材１０は図２のようなリードフレーム形態で放熱が可能な金属、例えば熱伝導率が良い銅（Ｃｕ）で提供される。

従って、銅材質で形成されるリードフレームのベース部材１０は、上記各々の第１，２反射部２２，２４をベース部材の製造時一度の打ち抜け工程で製作することが出来る。

または、図９に図示した通り、上記ベース部材１０’は、金属基板または金属がメッキされた樹脂基板の基板形態で提供され、この場合上記反射部の第１反射部２２と第２反射部２４が各々別途で独立的に搭載される。

例えば、上記反射部２０を耐熱性に優れたセラミックで製造する場合、第１反射部２２は単層セラミックで提供し、第２反射部２４は多層セラミック構造物で提供することが出来る。

この際、上記ＬＥＤチップ３０は、基板上の接続手段であるパターン４６上に実装されることが出来る。

従って、リードフレーム形態のベース部材１０にＬＥＤチップ３０が搭載される図７の場合には、該リードフレームが機器のメイン基板上に実装され、従って、この場合接続手段４０は、上記ベース部材１０に絶縁層４２ａを介在して提供されるリード４２と、該リードとＬＥＤチップとの間に連結されるボンディングワイヤ４４で構成され、該リード４２がメイン基板上にパターンと接続実装される。

次に、図８では本発明の発光ダイオードパッケージ１の他の変形例を図示しているが、ベース部材１０の上記第１反射部２２は、表面に形成されＬＥＤチップの放出光の反射効率を高める反射活性層５０をさらに具備することが出来る。

または、上記第２反射部２４は表面に形成され、ＬＥＤチップ３０と第１反射部２２を経た放出光の反射効率を高める反射活性層６０をさらに具備することが出来る。

または図８のように、上記第１，２反射部２２，２４両方に反射活性層が提供されることが出来る。

この際、上記反射活性層５０，６０は、銅（Ｃｕ）から成るリードフレームのベース部材１０の第１，２反射部２２，２４の表面に光反射性に優れた銀（Ａｇ）メッキ層を形成させる。

従って、本発明の発光ダイオードパッケージ１は、第１，２反射部２２，２４の二重反射部構造によって光の干渉が遮断され、各々の反射部を通じた光放出効率が非常に優秀で、さらに反射活性層によって光効率をより優秀にする。

次に、図６に図示した通り、本発明の高出力発光ダイオードパッケージ１の場合には放熱特性も優れるが、特にベース部材１０が銅のリードフレームの場合、その放熱特性はさらに優秀である。

即ち、本発明のようにＬＥＤチップに対応して各々の凹んだ溝の第１反射部２２が多く形成された場合には、それだけ熱放出面積が増大されるため、放熱特性が優秀となる。

これによって、本発明の高出力発光ダイオードパッケージ１の場合には、光効率が優秀で放熱特性が向上されるため、発光ダイオードパッケージの最も重要な２つの因子を全て完全に満たし、これによってパッケージ信頼性が特に向上される。

一方、図９に図示した通り、上記ベース部材１０の下部には放熱板７０がさらに提供されることが出来る。

この場合、本発明の高出力発光ダイオードパッケージ１の場合には、放熱特性がさらに向上される。

次に、図面には図示されていないが、本発明の発光ダイオードパッケージにおいてはＬＥＤチップの上部に第２反射部２４の内側にはモールディング部が形成されるが、このようなモールディング部は知られている。

本発明は特定の実施例に関して図示し説明したが、添付の特許請求範囲によって備えられる本発明の精神や分野を外れない範囲内で本発明が多様に修正及び変更できるということを当業界で通常の知識を有している者は容易に分かることを明らかにする。

従来の高出力発光ダイオードパッケージを図示した斜視図である。 図１の断面図として、（ａ）は図１のＡ−Ａ’線断面図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ’線断面図である。 従来の他の形態の高出力発光ダイオードパッケージを図示したものとして、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 従来の図１及び図３の発光ダイオードパッケージから発生される光干渉現象を図示した状態図である。 本発明による光特性に優れた高出力発光ダイオードパッケージを図示した斜視図である。 図５のＣ−Ｃ’線断面図である。 本発明の発光ダイオードパッケージの光放出状態を図示した要部断面図である。 他の形態の本発明による高出力発光ダイオードパッケージを図示した要部断面図である。 また異なる形態の本発明の高出力発光ダイオードパッケージを図示した断面図である。

１ 高出力発光ダイオードパッケージ
１０ ベース部材
２０ 反射部
２２ 第１反射部
２４ 第２反射部
３０ ＬＥＤチップ
４０ 接続手段
４２ リード
４２ａ 絶縁層
４４ ボンディングワイヤ
５０，６０ 反射活性層
７０ 放熱板

Claims (12)

1. ベース部材と、
   前記ベース部材上に提供された反射部と、
   前記反射部のうち少なくとも第１反射部に包囲され前記ベース部材上に搭載された多数のＬＥＤチップと、
   前記ＬＥＤチップと電気的に連結され外部接続されるよう前記ベース部材に具備された接続手段と、
   を含み、
   前記反射部は、前記第１反射部を包囲する第２反射部を含んで構成されることを特徴とする高出力発光ダイオードパッケージ。
2. 前記ベース部材は、金属のリードフレーム、金属基板、金属がメッキされた樹脂基板のうち一つとして、少なくとも放熱が可能な部材で構成されることを特徴とする請求項１に記載の高出力発光ダイオードパッケージ。
3. 前記反射部の第１反射部は、内側へ各々のＬＥＤチップが搭載されＬＥＤチップの放出光が相互干渉されないよう各々のＬＥＤチップをセル単位で包囲するＬＥＤチップ独立反射面で構成されることを特徴とする請求項１に記載の高出力発光ダイオードパッケージ。
4. 前記反射部の第２反射部は、各々のＬＥＤチップとこれを包囲する第１反射部からの放出光をパッケージ単位で集めるよう前記第１反射部の外郭に閉断面のパッケージ反射面で構成されることを特徴とする請求項１に記載の高出力発光ダイオードパッケージ。
5. 前記ベース部材は、リードフレームで構成され、前記リードフレームには反射部の第１，２反射部が一体で形成されることを特徴とする請求項２に記載の高出力発光ダイオードパッケージ。
6. 前記ベース部材は、基板で構成され、前記基板には反射部の第１反射部と第２反射部が各々搭載されることを特徴とする請求項２に記載の高出力発光ダイオードパッケージ。
7. 前記ベース部材は、リードフレームで構成され、前記接続手段は前記ベース部材に絶縁層を介在して提供されるリードと、該リードとＬＥＤチップとの間に連結されるボンディングワイヤで構成されることを特徴とする請求項１に記載の高出力発光ダイオードパッケージ。
8. 前記ベース部材は、基板で構成され、前記接続手段は前記基板に表面実装されるＬＥＤチップと接続される接続パターンで構成されることを特徴とする請求項１に記載の高出力発光ダイオードパッケージ。
9. 前記第１反射部は、表面に形成されＬＥＤチップの放出光の反射効率を高める反射活性層がさらに具備されることを特徴とする請求項３に記載の高出力発光ダイオードパッケージ。
10. 前記第２反射部は、表面に形成されＬＥＤチップと第１反射部を経た放出光の反射効率を高める反射活性層がさらに具備されることを特徴とする請求項４に記載の高出力発光ダイオードパッケージ。
11. 前記ベース部材の下部には、放熱板がさらに具備されることを特徴とする請求項１に記載の高出力発光ダイオードパッケージ。
12. 前記ＬＥＤチップの上部の反射部の内側にはモールディング部が形成されることを特徴とする請求項１に記載の高出力発光ダイオードパッケージ。

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