JP6100778B2 - スロット内に形成される反射壁部を備えるｌｅｄ混合チャンバ - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）のための混合チャンバに関し、とりわけ、反射壁部を持つ混合チャンバを形成する方法に関する。

一般照明目的のために、又はＬＣＤディスプレイのためのバックライトを形成するために、反射性のプリント回路基板（ＰＣＢ）上にＬＥＤのアレイを取り付け、次いで、ＰＣＢを、反射側壁部を持つボックス内に取り付けることが知られている。ＬＥＤは、その混合物が白色光を作成する赤色、緑色及び青色であってもよく、又は青色ＬＥＤだけが、白色光を作成するための蛍光体と組み合わせて用いられてもよい。必要に応じて、拡散器が、一般に、ボックスの上部に配置される。従って、混合及び拡散により、混合チャンバから大体一様な光が発せられる。

このような混合チャンバは、ばらばらのパーツの取り扱い及び組み立てを必要とする。結果として、混合チャンバは、相対的に高価である。

必要とされているものは、ＬＥＤを収容する混合チャンバを形成するための改善された技術である。

以下の技術は、本発明による混合チャンバを形成するための方法の一実施例に過ぎない。他の実施例も、本発明の範囲内にある。

電源端子に至るトレース及び金属パッドを持つ相対的に大きな基板が設けられる。前記基板は、拡散性白色表面などの反射性表面を持つ。前記基板は、或る例においては、４つの混合チャンバを形成するだろう。

むきだし（ベア）のＬＥＤチップ又はパッケージ化ＬＥＤチップのようなＬＥＤチップが、ＬＥＤチップの別々のアレイを形成するよう前記基板に取り付けられる。各アレイは、別々の混合チャンバ用である。この例においては、前記基板に取り付けられるＬＥＤチップの４つのアレイが存在する。

レーザエッチング停止層としての使用のために、ＬＥＤチップの各アレイのまわりに矩形の金属リングが形成される。

前記ＬＥＤチップをカプセル化するよう、前記基板及び前記金属リングに、シリコーンなどのカプセル材料の層が堆積される。前記ＬＥＤチップをカプセル化するために、前記カプセル材料は、液体として付着され、硬化されてもよく、又は前記カプセル材料は、熱及び圧力を用いて前記基板の上に積層され、次いで硬化されてもよい。

次いで、スロットを形成するよう、前記金属リングの上の前記カプセル材料をエッチングするのに、レーザが用いられる。ここで、前記金属リングは、前記基板をエッチングするのを防止するレーザエッチング停止層の役割を果たす。前記レーザは、随意に、後の個片化プロセス中に前記カプセル材料が鋸によって切断されないように、個片化ラインに沿ってエッチングし得る。

次いで、各混合チャンバの反射壁部を形成するよう、白色塗料などの反射材料が、前記ＬＥＤアレイの各々のまわりの前記スロット内に堆積される。前記反射材料は、ペースト又は液体材料の場合には、容易に、スキージをかけて前記スロット内へ入れられ得る。次いで、必要に応じて、前記カプセル材料の表面が洗浄される。

前記ＬＥＤチップが青色光だけを発し、所望の発光が白色光である場合には、前記カプセル材料及び反射壁部に蛍光体層が堆積され得る。前記蛍光体層は、ほぼ前記基板のサイズの予め形成されたタイルであり得る。

次いで、前記４つの混合チャンバを分離するよう、前記基板が個片化される。

結果として生じる混合チャンバは、次いで、ＬＣＤディスプレイの後部に結合され、バックライトとして用いられ得る。組み立てられるばらばらのパーツがなく、多数の混合チャンバが同時に形成されることから、結果として生じる混合チャンバは、安価であり、信頼性が高い。

複数のＬＥＤチップを相互接続するための金属パッド及びトレースを持つ反射基板の上面図であり、関連するＬＥＤアレイに外接する金属リングが示される。 単一の混合チャンバの領域内の２つのＬＥＤチップを示す、図１における線２−２に沿った断面図である。 基板に堆積されるカプセル材料を図示する。 レーザによってカプセル材料を貫いて形成されるスロットであって、各混合チャンバのための反射側壁部の位置を規定するスロットを図示する。 反射材料が充填されるスロットを図示する。 白色光を生成するために、必要に応じて、カプセル材料に堆積される蛍光体層を図示する。 後の鋸による切断が、有機層を通る切断をする必要がないように、レーザが、更に、個片化ラインに対応するスロットにエッチングする別の実施例を図示する。

図１は、反射基板１０の上面図である。基板１０は、セラミック、絶縁された金属、ＦＲ−４又は他の材料で形成されるサブマウントであり得る。基板１０は、基板１０に取り付けられる複数のＬＥＤチップ１２を相互接続するために、その上面に金属パッド及びトレースを持つ。上部金属パッドは、プリント回路基板又は他の装置のパッドにはんだ付けされる下部金属パッドに貫通バイア穴によって接続され得る。別の実施例においては、バイア穴は用いられず、上部金属パッドは、電源に接続される上面の他のパッドまで延在する。関連するＬＥＤアレイに外接する、銅で形成されるような金属リング１４が示されている。

基板１０の上面は、反射性白色塗料、又はラミネートされた反射層などの他の適切な反射性コーティングでコーティングされ得る。

各アレイ中には、所望の混合チャンバのサイズ及び明るさに依存して、任意の数のＬＥＤチップ１２が存在してもよく、アレイは、任意の形状であり得る。或る実施例においては、ＬＥＤチップ１２は、ベアのフリップチップ・チップである。ＬＥＤチップは、その代わりに、ワイヤボンディングのための１つ以上の上部電極を持ち得る。別の実施例においては、ＬＥＤチップ１２は、レンズなしで又はレンズとパッケージ化される。

或る実施例においては、ＬＥＤチップ１２は、全て、ＧａＮベースのものであり、青色光を発する。別の実施例においては、赤色、緑色及び青色ＬＥＤチップ１２であって、それらの光が、混合された場合に、白色光をもたらす赤色、緑色及び青色ＬＥＤチップ１２が存在する。各ＬＥＤチップ１２は、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、ｎ型層及びｐ型層の間の活性層と、ｎ型層及びｐ型層に電気的に接触するための少なくとも２つの電極とを有する。

図２は、基板１０の個片化前の単一の混合チャンバにおける使用のための４つのＬＥＤチップ１２のうちの２つを示す、図１における線２−２に沿った断面図である。ＬＥＤチップ１２の底面に形成されるＬＥＤ電極１６は、基板１０上の対応する金属パッド１８及び２０に接合される。接合は、超音波溶接、はんだ付け又は他の手段によるものであり得る。ＬＥＤチップ１２は、この例においては、ＬＥＤ電極１６間に接続されるトレースによって直列に接続される。金属パッド１８及び２０の少なくとも幾つかは、ＬＥＤチップ１２に電力を供給するプリント回路基板又は他の装置にはんだ付けするためのロバストな下部金属パッド２３及び２４に、金属充填バイア穴２２によって接続される。

各混合チャンバの境界を規定する金属リング１４が示されている。

金属層は、印刷（例えば、銅層の積層に続く選択的なエッチング）、スパッタリング、又は任意の他の適切な技術によって、形成され得る。

ＬＥＤチップ１２は、約1mm²のものであり得る。基板１０は、30cm以上の辺を持つ正方形のような任意のサイズのものであり得る。

図３は、ＬＥＤチップ１２を密封し、高屈折率界面材料を供給するために、基板１０に堆積されるカプセル材料２６の例を図示している。カプセル材料２６は、シリコーン、ＳＵ８、エポキシ、又は他の材料であり得る。カプセル材料２６は、スピンオンされてもよく、又はそうでない場合には、液体として付着され、硬化されてもよい。他の例においては、カプセル材料１６は、軟化シートとして予め形成され、熱及び圧力を用いて基板１０上に積層されてもよい。カプセル材料２６は、次いで、硬化される。この例においては、カプセル材料２６の上面は、実質的に平坦であるが、他の表面形状も用いられ得る。カプセル材料２６の厚さは、混合チャンバの壁部の高さを規定する。カプセル材料２６の厚さは、数ミリメートルしかなくてもよい。

図４は、例示的な355nmパルスレーザによってカプセル材料２６を貫いて形成されるスロット２８であって、各混合チャンバのための反射側壁部の位置を規定するスロット２８を図示している。金属リング１４は、基板１０に対する損傷を防止するためにレーザのためのエッチング停止層を供給する。レーザは、自動的に、金属リング１４に位置合わせされ得る。レーザの代わりに、任意の他の適切なマスキング及びエッチングプロセスが用いられてもよい。

図５は、カプセル材料２６の表面にわたってスキージをかけられる、（例えば、ＴｉＯ_２を含む）適切な白色塗料などの反射材料３０が充填されるスロット２８を図示している。スクリーン印刷又は他のプロセスも用いられ得る。反射材料３０は、液体、ペースト、乾燥粒子又は他の適切な材料であり得る。反射材料３０は、硬化後に混合チャンバの反射壁部を形成する。必要に応じて、カプセル材料２６の上面は、次いで、洗浄される。カプセル材料の上面は、光抽出の増大のために、及び／又は光を拡散させるために、粗くされてもよい。

図６は、白色光を生成するために、必要に応じて、カプセル材料２６の上面に堆積される蛍光体層３４を図示している。蛍光体層３４は、任意の方法で堆積され得る。或る実施例においては、蛍光体層３４は、例えばシリコーンの薄い層によってカプセル材料２６に固定される予め形成されたシートである。他の実施例においては、蛍光体層３４は、最初は、液体又は部分的に硬化した材料であり、吹き付けられる、スピンオンされる、又は他の方法で堆積される。更に、蛍光体層３４は、連続層として堆積されてもよく、（ドットなどの）所定のパターンとして堆積されてもよく、傾斜厚みを持つよう堆積されてもよく、又は後処理ステップを用いてパターン形成されてもよい。蛍光体層３４を通る個片化をしないことが望ましい場合には、蛍光体は、個片化ラインの上にはないように堆積されてもよい。

ＲＧＢのＬＥＤチップ１２が用いられる場合には、蛍光体層３４は、拡散層に置き換えられてもよい。随意に、蛍光体層３４に拡散層が堆積されもよい。

基板１０は、次いで、鋸による切断などによって、金属リング１４間で個片化される。各混合チャンバは、図６のようであり得る。様々なＬＥＤチップ１２からの光は、各ＬＥＤチップ１２からの広角発光、基板１０の表面からの反射、及び側壁部からの反射によって、混合されるだろう。蛍光体層３４も、光を拡散させる。発光の一様性の向上のために必要に応じて、拡散層が挿入されてもよく、又はカプセル材料２６の上面が、蛍光体層３４を堆積させる前にマイクロレンズを持つよう形成される又は粗くされる。

図７は、後の鋸による切断が、有機層を通る切断をする必要がないように、レーザが、更に、個片化ライン４４に対応するカプセル材料２６を貫通するスロット４０をエッチングする別の実施例を図示している。このような場合には、金属リング１４が、レーザエッチング停止層の役割を果たすよう、混合チャンバの境界にわたって延在し得る。

或る実施例においては、各混合チャンバは、単一のＬＥＤチップしか含まないかもしれず、光線の混合は、混合チャンバの境界内の実質的に一様な発光をもたらす。

見られるように、取り扱うべき又は組み立てるべき別々のパーツなしに、ウエハ・スケールで多くの混合チャンバが同時に製造される。結果として生じる混合チャンバは、それ故、安価であり、信頼性が高い。

混合チャンバは、任意のサイズのＬＣＤをバックライトで照らすのに用いられ得る。混合チャンバは、一般照明目的のための白色光を生成するために用いられてもよい。

本発明の特定の実施例を示し、記載しているが、本発明のより幅広い態様において、本発明から外れずに、変更及び修正がなされ得ることは、当業者には明らかであろう。それ故、添付の請求項は、本発明の本来の趣旨及び範囲に入るようなこのような変更及び修正を、全て、それらの範囲内に含む。

Claims (18)

1. ＬＥＤを収容する混合チャンバを製造する方法であって、
   基板を設けるステップであって、前記基板が第１の複数の混合チャンバ領域を持つステップと、
   前記基板の上面に第１の複数のＬＥＤチップを取り付けるステップであって、各混合チャンバ領域が少なくとも１つのＬＥＤチップを収容するステップと、
   前記複数のＬＥＤチップを取り囲んで前記基板の上に金属リングを設けるステップであって、前記金属リングはエッチング停止層を提供し、前記金属リングは少なくともデバイスの個片化ラインまで延在する幅を有する、ステップと、
   前記基板及びＬＥＤチップを覆うカバー層を形成するステップと、
   前記カバー層を形成するステップの後に、前記金属リングの上に位置するスロットを形成するよう、前記カバー層の少なくとも一部をエッチングするステップと、
   各混合チャンバを取り囲む反射壁部を形成するよう、前記スロットを反射材料で少なくとも部分的に充填するステップと、
   個々の混合チャンバに分離するよう、前記基板を個片化するステップとを有し、
   前記反射壁部は、前記複数のＬＥＤチップに面する内表面と、外表面とを有し、
   前記カバー層の一部が、前記反射材料の前記外表面の周囲に存在し、
   前記金属リングは、前記反射材料の前記外表面の外側に前記カバー層まで延在する、
   方法。
2. 前記基板の前記上面の少なくとも一部が反射性である請求項１に記載の方法。
3. 前記エッチングするステップが、前記金属リングの少なくとも一部が露出されるまで前記カバー層をエッチングすることを有する請求項１に記載の方法。
4. 前記エッチングするステップが、レーザを用いて前記カバー層をエッチングすることを有する請求項１に記載の方法。
5. 前記スロットを少なくとも部分的に充填するステップが、前記スロット内に反射材料を堆積させることを有する請求項１に記載の方法。
6. 各混合チャンバ領域が、第２の複数のＬＥＤチップを含む請求項１に記載の方法。
7. 前記カバー層が、カプセル化層である請求項１に記載の方法。
8. 前記ＬＥＤチップがベアチップである請求項１に記載の方法。
9. 前記基板が、金属パッドを持ち、前記基板の前記上面に前記ＬＥＤチップを取り付けるステップが、前記金属パッドに前記ＬＥＤチップの電極を接合することを有する請求項１に記載の方法。
10. 前記ＬＥＤチップが、青色光を発し、前記方法が、前記ＬＥＤチップの上方に蛍光体層を堆積させるステップを更に有する請求項１に記載の方法。
11. 前記カバー層が、実質的に平坦な表面を持つ請求項１に記載の方法。
12. ＬＥＤを収容する混合チャンバであって、
    基板であって、前記基板の上面の少なくとも一部が反射性である基板と、
    前記基板の前記上面に取り付けられる複数のＬＥＤチップと、
    前記複数のＬＥＤチップを取り囲んで前記基板の上に形成された金属リングであって、前記金属リングはエッチング停止層を提供し、前記金属リングは少なくともデバイスの個片化ラインまで延在する幅を有する、金属リングと、
    前記基板及びＬＥＤチップを覆うカバー層と、
    前記金属リングの上に位置して前記カバー層に形成されたスロットであって、前記スロットが、前記混合チャンバの外形寸法に対応するスロットと、
    前記スロットを少なくとも部分的に充填し、前記混合チャンバを取り囲む反射壁部を形成する反射材料と
    を有し、
    前記反射壁部は、前記複数のＬＥＤチップに面する内表面と、外表面とを有し、
    前記カバー層の一部が、前記反射材料の前記外表面の周囲に存在し、
    前記金属リングは、前記反射材料の前記外表面の外側に前記カバー層まで延在している、
    チャンバ。
13. 前記ＬＥＤチップが、青色光を発し、前記チャンバが、前記カバー層を覆う波長変換層を更に有する請求項１２に記載のチャンバ。
14. 前記波長変換層が、シート材料、液体材料、部分的に硬化した材料、又はスピンオン材料として付される請求項１３に記載のチャンバ。
15. 前記カバー層が、実質的に平坦な上面を持つ請求項１２に記載のチャンバ。
16. 前記カバー層が、前記ＬＥＤチップをカプセル化している請求項１２に記載のチャンバ。
17. 前記ＬＥＤチップがベアチップである請求項１２に記載のチャンバ。
18. 前記基板が、金属パッドを持ち、前記金属パッドに前記ＬＥＤチップの電極が接合されている請求項１２に記載のチャンバ。

Images