(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）少なくとも陽極パッケージ・レッグとリセスを持つ陰極パッケージ・レッグを持つパッケージ・セット、
（ｂ）Ｐ側電極とＮ側電極を有し、パッケージ・セットのリセス内にパッケージングされている第１ＬＥＤ、
（ｃ）  Ｐ側電極とＮ側電極を有し、パッケージ・セットのリセス上にパッケージングされている第２ＬＥＤ、
（ｄ）第１ＬＥＤと第２ＬＥＤのＰ側電極をパッケージ・セットの陽極パッケージ・レッグに電気的に接続するための複数のボンディング・ワイヤから構成され、
第１ＬＥＤと第２ＬＥＤがそれぞれ異なる波長の光を発することができるという２つのＬＥＤを含むパッケージ構造。
【請求項２】
第１ＬＥＤのＮ側電極がリセス上に取り付けられていることを特徴とする、請求項１に記載の２つのＬＥＤを含むパッケージ構造。
【請求項３】
第２ＬＥＤのＮ側電極がパッケージ・セットの陰極パッケージ・レッグにボンディング・ワイヤで接続されることを特徴とする、請求項１に記載の２つのＬＥＤを含むパッケージ構造。
【請求項４】
第２ＬＥＤが透明なサポートで支持されていることを特徴とする、請求項１に記載の２つのＬＥＤを含むパッケージ構造。
【請求項５】
パッケージ・セットが１つの陽極パッケージ・レッグだけを持ち、第１ＬＥＤと第２ＬＥＤのＰ側電極に接続され、単陽極−単陰極パッケージ構造が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の２つのＬＥＤを含むパッケージ構造。
【請求項６】
パッケージ・セットが２つの陽極パッケージ・レッグを持ち、それぞれ第１ＬＥＤと第２ＬＥＤのＰ側電極に接続され、双陽極−単陰極を形成していることを特徴とする、請求項１に記載の２つのＬＥＤを含むパッケージ構造。
【請求項７】
２つの陽極パッケージ・レッグに調整可能な電圧が供給されることを特徴とする、請求項１に記載の２つのＬＥＤを含むパッケージ構造。
【請求項８】
第２ＬＥＤが第１ＬＥＤより面積が大きいことを特徴とする、請求項１に記載の２つのＬＥＤを含むパッケージ構造。
【請求項９】
第１ＬＥＤが約３６〜４００ｍｍ２の面積を持つことを特徴とする、請求項１に記載の２つのＬＥＤを含むパッケージ構造。
【請求項１０】
第２ＬＥＤが約４００〜９００ｍｍ２の面積を持つことを特徴とする、請求項１に記載の２つのＬＥＤを含むパッケージ構造。
【請求項１１】
第１ＬＥＤと第２ＬＥＤが発する光が相補的であることを特徴とする、請求項１に記載の２つのＬＥＤを含むパッケージ構造。
【請求項１２】
第１ＬＥＤが黄色ＬＥＤであることを特徴とする、請求項１に記載の２つのＬＥＤを含むパッケージ構造。
【請求項１３】
黄色ＬＥＤがＧａＡｓ又はＧａＰ基板と前記基板上にエキタピシャル成長されたＩｎＧａＡｌＰ層から構成されることを特徴とする、請求項１２に記載の２つのＬＥＤを含むパッケージ構造。
【請求項１４】
第２ＬＥＤが青色ＬＥＤであることを特徴とする、請求項１に記載の２つのＬＥＤを含むパッケージ構造。
【請求項１５】
青色ＬＥＤがサファイヤ基板と前記基板上に取付け又は配置されたＩｎＧａＮ    ＰＮ接合層から構成されることを特徴とする、請求項１４に記載の２つのＬＥＤを含むパッケージ構造。
【請求項１６】
第１ＬＥＤが青色ＬＥＤであることを特徴とする、請求項１に記載の２つのＬＥＤを含むパッケージ構造。
【請求項１７】
青色ＬＥＤがサファイヤ基板と前記基板上に取付け又は配置されたＩｎＧａＮ    ＰＮ接合層から構成されることを特徴とする、請求項１６に記載の２つのＬＥＤを含むパッケージ構造。
【請求項１８】
第２ＬＥＤが黄色ＬＥＤであることを特徴とする、請求項１に記載の２つのＬＥＤを含むパッケージ構造。
【請求項１９】
黄色ＬＥＤがＧａＡｓ又はＧａＰ基板と前記基板上にエキタピシャル成長されたＩｎＧａＡｌＰ層から構成されることを特徴とする、請求項１８に記載の２つのＬＥＤを含むパッケージ構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパッケージ構造に関するもので、特にカスケードに包装され、パッケージＬＥＤから発光される光を混ぜることで異なる光を作ることができるという２つのＬＥＤから構成されるパッケージ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体材料から製造される優れた光源及びデバイスとして、ＬＥＤはコンパクト、長寿命、低い駆動電圧、応答性、優れた耐振性などの長所を備えている。半導体材料やデバイス構造を変更することで、さまざまな可視色及び非可視色のＬＥＤを設計できる。ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｌＰ、ＩｎＧａＮが１，０００ｍｃｄ以上の高発光ＬＥＤを生産するのに適している。
【０００３】
高発光の赤色及び赤外ＬＥＤをＡｌＧａＡｓで製造する場合、ＬＰＥプロセスとＤＥ構造デバイスが工業上の量産技術で採用される。
【０００４】
ＩｎＧａＡｌＰは赤、オレンジ、黄、黄緑のＬＥＤを生産する場合に使用され、ＭＯＶＰＥ（Ｍｅｔａｌ    Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ    Ｐｈｙｓｉｃａｌ    Ｅｐｉｔａｘｙ）プロセス、ＤＨ（Ｄｏｕｂｌｅ  Ｈｅｔｅｒｏ）接合構造、及びＱＷ（Ｑｕａｎｔｕｍ    ｗｅｌｌ）構造が量産用に採用される。図１に、従来のＩｎＧａＡｌＰ／ＧａＡｓ又はＩｎＧａＡｌＰ／ＧａＰの黄色ＬＥＤ１０の断面図を示す。ここではＩｎＧａＡｌＰエキタピシャル層１４がＮ型ＧａＡｓ基板１３の上に形成されている。Ｐ側電極１１は金（Ａｕ）で形成され、陽極パッケージ・レッグに接続されている。Ｎ側電極１２はアルミニウム（Ａｌ）又は金で形成され、陰極パッケージ・レッグに接続されている。
【０００５】
ＩｎＧａＮは緑色、青色及び紫外の高発光ＬＥＤを高温ＭＯＶＰＥプロセスで製造するのに適している。そこではＤＨ構造及びＱＷ構造が採用される。図２に従来の青色ＬＥＤ２０の断面図を示す。基板２３が透明サファイアで形成されている。上部のＰ型ＩｎＧａＮエキタピシャル層２５と下部のＮ型ＩｎＧａＮエキタピシャル層２４が基板２３上に配置されている。Ｐ側電極２１がＰ型ＩｎＧａＮ上に形成され、陽極パッケージ・レッグに接続されている。また、Ｎ側電極２２はＮ型ＩｎＧａＮ上に形成され、陰極パッケージ・レッグに接続されている。代わりに、Ｎ型ＩｎＧａＮエピタキシャル層２５をＰ型ＩｎＧａＮエピタキシャル層２４上にエピタキシャル成長させることもできる。図２に示す通り、サポートベースとしてのサファイヤ基板２３はＮ側電極２２に対する接続の種類が図１と異なる。
【０００６】
通常のランプと比べて、白色ＬＥＤは熱が発生しない、蛍光灯や水銀灯に比べて環境的になじみやすいなどの長所を有する。このため、エネルギー危機を危惧する多くの国々でこの技術が開発されている。しかし現在のところ、白色ＬＥＤは他のランプより大幅に高価である。
【０００７】
一般的に、白色光は２種類の相補的な波長を持つ光を混合することで得られる。例えば、青色と黄色、又は赤色、緑色、青色のような３種類の波長が採用される。最近は高発光の白色ＬＥＤを得るため、以下の方法が採用されている。
【０００８】
最初の方法は同じパッケージ内の同一平面上に赤色、緑色、青色のＬＥＤを配置し、それぞれの光を混ぜて白色光を得る。しかし、この方法は４つのパッケージ・レッグとより大きなスペースが必要となる。さらに３色の光は遠距離では白色に見えるが、近距離では依然それぞれの色を識別することができる。
【０００９】
もう１つの方法は、蛍光物質を青色ＬＥＤに応用する。日亜化学の白色ＬＥＤに関する発明が米国特許５，９９８，９２５号に示されている。それによると、セリウムで活性化されたイットリウム−アルミニウム−ガーネット蛍光物質（ＹＡＧ    Ｐｈｏｓｐｈｏｒ）をＩｎＧａＮ青色ＬＥＤ上にコーティングする。青色光が蛍光物質をコーティングした青色ＬＥＤから発せられると、黄色光と青色光が相補し合い、白色光が生成される。レンズ原理によると、白色光は青色光と黄色光の混合で得られるが、蛍光物質が速やかに消費されてしまう。テストによると、この種の白色ＬＥＤは１，０００時間後に発光が２０％劣化する。このため、この種の製品は小型ライトにのみ利用されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
異なる色の光を生成することができ、パッケージ・レッグの数が少なく、よりコンパクトで、発光が劣化せず、生成される光が距離にかかわらず所期のとおり得られるという２つのＬＥＤを含むパッケージ構造を提供する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の２つのＬＥＤを含むパッケージ構造は主に▲１▼少なくとも陽極パッケージ・レッグとリセスを持つ陰極パッケージ・レッグから成るパッケージ・セット、▲２▼Ｐ側電極とＮ側電極を持ち、パッケージ・セットのリセス内に設置されている第１ＬＥＤ、▲３▼Ｐ側電極とＮ側電極を持ち、パッケージ・セットのリセス上に設置されている第２ＬＥＤ、及び▲４▼電気的に第１及び第２ＬＥＤのＰ側電極を陽極パッケージ・レッグに接続する複数の接続ラインを含む。前記の第１及び第２ＬＥＤはそれぞれ異なる波長の光を発することができる。
【００１２】
第１ＬＥＤのＮ側電極をリセスに取り付け、第２ＬＥＤのＮ側電極は陰極パッケージ・レッグにボンディング・ワイヤで接続する。さらに、透明サポートをリセス上に配置して第２ＬＥＤを支持することができる。
【００１３】
前記のパッケージ・セットは１つ又は２つの陽極パッケージ・レッグを持つことができ、第１及び第２ＬＥＤのＰ側電極を同一又は異なる陽極パッケージ・レッグに接続し、単陽極−単陰極又は双陽極−単陰極のパッケージ構造を構成することができる。
【００１４】
一般的に、第２ＬＥＤは第１ＬＥＤより大きい。例えば、第１ＬＥＤの面積は３６〜４００ｍｍ２、第２ＬＥＤは４００〜９００ｍｍ２である。
【００１５】
本発明のリセスは陰極パッケージ・レッグ又は陽極パッケージ・レッグに設置することができる。前記エレメントの接続方法は同様である。
【００１６】
本発明で使用されるＬＥＤの種類には格別制約がなく、異なる波長で発光できる２つのＬＥＤであれば、適用できる。例えば、黄色ＬＥＤと青色ＬＥＤを本発明の方法に従ってカスケードに包装し、非飽和青色、非飽和黄色、又は白色の光を得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明は異なる波長の光を発することができる２つのＬＥＤを含むパッケージ構造を提供する。以下の実施例では、黄色ＬＥＤ１０と青色ＬＥＤ２０が陰極に包装されて、黄色光と青色光を混合し、多様な光を得るために採用されている。
【００１８】
図３に本発明の実施例１の断面図を示す。本実施例において、パッケージ・セットには陽極パッケージ・レッグ４１とリセス４２１を有する陰極パッケージ・レッグ４２が含まれている。
【００１９】
黄色ＬＥＤ１０は、前記のとおりＧａＡｓ又はＧａＰの基板１３と前記基板１３上のＩｎＧａＡｌＰエキタピシャル層１４を含む。黄色ＬＥＤ１０はＰ側電極１１とＮ側電極１２を有する。Ｐ側電極１１はボンディング・ワイヤ６１１によってレジスタ５０に接続されている。ボンディング・ワイヤは非透明材料でシールされているワイヤ・チャンネル４２２を通過している。さらにレジスタ５０は陽極パッケージ・レッグ４１に接続されている。Ｎ側電極１２は陰極パッケージ・レッグ４２のリセス４２１上にダイ接続されている。
【００２０】
青色ＬＥＤ２０には前記のとおりサファイヤ基板２３と前記基板上に形成されたＰＮ接合層が含まれる。さらにＰＮ接合層には、Ｎ型ＩｎＧａＮエキタピシャル層２４とＰ型ＩｎＧａＮエキタピシャル層２５が含まれる。青色ＬＥＤ２０はＰ側電極２１とＮ側電極２２を有する。Ｐ側電極２１はボンディング・ワイヤ６２１で陽極パッケージ・レッグ４１に、Ｎ側電極２２はボンディング・ワイヤ６２２で陰極パッケージ・レッグ４２にそれぞれ接続されている。
【００２１】
同実施例において、黄色ＬＥＤ１０はより小さく、面積は３６〜４００ｍｍ２（１００ｍｍ２が好ましい）、厚みは６〜８ｍｍ。一方、青色ＬＥＤ２０はより大きく、面積は４００〜９００ｍｍ２、厚みは２〜３ｍｍとなっている。
【００２２】
図４に本発明の実施例２の断面図を示す。本実施例において、黄色ＬＥＤ１０が青色ＬＥＤ２０の上部に包装されている。実施例１と比べると、本実施例には以下の相違点がある。（ａ）レジスタ５０が陽極パッケージ・レッグ４１の上部に移動しており、黄色ＬＥＤ１０のＰ側電極１１に容易に接続できる、（ｂ）黄色ＬＥＤ１０は透明なサファイヤ・サポート上に接続又はエキタピシャル成長しているため、黄色ＬＥＤ１０のＮ側電極１２がボンディング・ワイヤ６１２で陰極パッケージ・レッグ４２に接続されている、（ｃ）青色ＬＥＤのＮ側電極がボンディング・ワイヤ６２２で陰極パッケージ・レッグ４２のリセス４２１に接続され、ボンディング・ワイヤ６２２は別のワイヤ・チャンネル４２３を通過している、（ｄ）黄色ＬＥＤ１０はより大きく、面積は４００〜９００ｍｍ２、厚みは４〜１３ｍｍ。一方、青色ＬＥＤ２０はより小さく、面積は３６〜４００ｍｍ２、厚み２〜７ｍｍとなっている。
【００２３】
図５に実施例１と実施例２の等価回路を示す。これらの実施例において駆動電圧２Ｖの黄色ＬＥＤ１０と駆動電圧３．５Ｖの青色ＬＥＤ２０は同じ電源で駆動される。つまり、単陽極−単陰極構造が形成され、レジスタ５０は黄色ＬＥＤ１０の電圧を下げるために使用されている。さらに、レジスタ５０の抵抗を調整することで、黄色ＬＥＤの発光が変更できる。
【００２４】
図６に実施例３の断面図を示す。本実施例は実施例１に似ている。しかし、本実施例において、２つの陽極パッケージ・レッグ４１，４１’がそれぞれ黄色ＬＥＤ１０のＰ側電極１１と青色ＬＥＤ２０のＰ側電極２１に接続されている。つまり、ここではレジスタが必要ない。
【００２５】
図７に実施例４の断面図を示す。本実施例は実施例２に似ている。本実施例において、２つの陽極パッケージ・レッグ４１，４１’がそれぞれ青色ＬＥＤ２０のＰ側電極２１と黄色ＬＥＤ１０のＰ側電極１１に接続されている。つまり、ここでもレジスタが必要ない。
【００２６】
図８に実施例３と実施例４の等価回路を示す。黄色ＬＥＤ１０と青色ＬＥＤ２０は並行に接続されている。黄色ＬＥＤ１０と青色ＬＥＤ２０は異なる電源で駆動されている。つまり、双陽極−単陰極構造が形成され、２．０Ｖと３．５Ｖがそれぞれ供給されている。この場合、電力を節減できるという長所を持つ。
【００２７】
図９に色彩図が示されている。図中のＡ点とＢ点は波長５７０ｎｍの黄色と波長４６０ｎｍの青色である。つまり、陽極パッケージ・レッグ４１，４１’の入力電圧を調整することで、混合された光はＡ−Ｂラインに沿って変化する。つまり、非飽和青色−白−非飽和黄色と継続的に得られる。同様に、６５０ｎｍの赤色光と５３０ｎｍの緑色光が混合されると、２つの陽極パッケージ・レッグの電圧を調整することで、光の色彩はＣ−Ｄラインに沿って変化する。
【００２８】
本発明において、包装されたＬＥＤは制約を受けず、それらのＬＥＤは異なる色で、異なる材質から作られている。前記実施例は本発明を説明するための例に過ぎない。本発明の応用に係る類似の製品は本発明の範囲に含まれるものである。
【発明の効果】
本発明の２つのＬＥＤを含むパッケージ構造により、従来の製品が持つ問題を解決することができた。
【図の説明】
図１      従来の黄色ＬＥＤの断面図
図２      従来の青色ＬＥＤの説明図
図３      本発明のパッケージ構造（実施例１）
図４      本発明のパッケージ構造（実施例２）
図５      実施例１と２の等価回路
図６      本発明のパッケージ構造（実施例３）
図７      本発明のパッケージ構造（実施例４）
図８      実施例３と４の等価回路
図９      色彩図
【記号の説明】
（１０）      黄色ＬＥＤ
（１１）Ｐ側電極
（１２）Ｎ側電極
（１３）基板（Ｎ層）
（１４）エピタキシャル層（  Ｐ層）
（２０）青色ＬＥＤ
（２１）Ｐ側電極
（２２）Ｎ側電極
（２３）基板
（２４）Ｎ型エピタキシャル層
（２５）Ｐ型エピタキシャル層
（３０）      サファイヤサポート
（４１）（４１’）          陽極パッケージ・レッグ
（４２）陰極パッケージ・レッグ
（４２１）リセス
（４２２）ワイヤ・チャンネル
（４２３）ワイヤ・チャンネル
（５０）レジスタ
（６１１）ボンディング・ワイヤ
（６１２）ボンディング・ワイヤ
（６１３）ボンディング・ワイヤ
（６２２）ボンディング・ワイヤ
【図１】
0003593658.tif 000002
【図２】
0003593658.tif 000003
【図３】
0003593658.tif 000004
【図４】
0003593658.tif 000005
【図５】
0003593658.tif 000006
【図６】
0003593658.tif 000007
【図７】
0003593658.tif 000008
【図８】
0003593658.tif 000009
【図９】
0003593658.tif 000010