(57)【要約】      （修正有）【課題】  発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージのプロセスの簡略化、コストの削減、構造の強化、光混合性能の改善を図る。【解決手段】  発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージは、少なくとも一つのＬＥＤチップ、キャリヤ、光反射素子及び少なくとも一つの外部接続電極を含む。該ＬＥＤチップは該キャリヤ及び導電性ライン上に配置されるか、あるいは該ＬＥＤチップの該電極を外部接続電極に接続するためにフリップチップ方法が使用される。該光反射素子及びキャリヤを固定し、レンズを形成するために透明な材料が使用される。【選択図】図４Ｃ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの反射カップを有する反射基板であって、該反射基板が該反射カップを覆うためのシールドを形成するために曲がる反射基板と、
該反射カップ内に配置される少なくとも一個のＬＥＤチップと、
該反射基板全体及び該ＬＥＤチップを覆い、更に該ＬＥＤチップの前にレンズを形成する透明なボディまたはゲル射出外形と、
を備える発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージ。
【請求項２】
該反射基板が金属材料またはセラミック材料から構成される、請求項１に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージ。
【請求項３】
該反射基板が曲線形で曲がる、請求項１に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージ。
【請求項４】
透明なボディまたはゲル射出外形が、透明なエポキシ樹脂、シリカゲル、及び１．３、１．４、１．５または１．６を超える屈折率の透明な材料から構成される１つのグループから選択される、請求項１に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージ。
【請求項５】
反射基板の曲げ表面から反射する光を受け取るための受光器を更に備える、請求項１に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージ。
【請求項６】
少なくとも一個のＬＥＤチップを収容するために少なくとも一つの反射カップを有する反射基板を提供することと、
該反射基板内に開口部を形成するために打ち抜きを使用することと、
該反射カップを覆う該反射基板の表面を有するシールドを形成するために該反射基板を曲げることと、
反射基板全体を覆い、更にＬＥＤチップの前にレンズを形成する透明なボディまたはゲル射出外形を形成することと、
を備える発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージを製造するための製造プロセス。
【請求項７】
該反射基板が金属材料またはセラミック材料から構成される、請求項６に記載の製造プロセス。
【請求項８】
該反射基板が曲線形で曲がる、請求項６に記載の製造プロセス。
【請求項９】
透明なボディまたはゲル射出外形が、透明なエポキシ樹脂、シリカゲル、及び屈折率が１．３、１．４、１．５または１．６を超える透明な材料から構成される一つのグループから選択される、請求項１に記載の製造プロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子及びその製造プロセスに関し、特に発光ダイオードパッケージ及びその製造プロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は半導体材料から構成される素子である。それは、電気を光に変換するための固体光源でもある。発光ダイオードは小型であるだけではなく、長いスパン寿命、低い駆動電圧、高い反応速度、及び衝撃抵抗などの望ましい特性も有し、小さく、薄く、軽いという特性を必要とする用途を満たす。したがって、ＬＥＤはすでに我々の日常生活で一般的な製品となり、成熟産業となっている。
【０００３】
一般的には、図１Ａ及び図１Ｂに図示される構造などのＬＥＤパッケージを用いて、ＬＥＤチップは基板上に取り付けられ、光を上下に発するために透明なエポキシ樹脂で囲まれている。該構造の配光曲線は図１Ｃに示されている。
【０００４】
平行な光源に対する需要が拡大しているのにはいくつかの理由がある。一方は、ＬＣＤ素子の盛んな発達が平行な光源に対する需要の拡大を強化している。他方、ヘッドライトまたはテールライト業界で使用される平行な光源は、遮光を使用することにより図２に図示される配光曲線、あるいはダルムシュタット技術大学（Darmstadt University of Technology）（添付書類を参照）によるＰＡＬ２００３年シンポジウム（PAL 2003 Symposium）で開示されるランプ、ランタン及びＬＥＤにより生じる配光曲線を使用することのどちらかによってのみ製造できる。しかしながら、前述された構造により製造される平行な光源は、経済的な要件を満たさない大型の構造を必要とする。したがって、平行な光源に対する需要を満たすために、平行な光を生じさせるＬＥＤ素子に関する研究が行われている。
【０００５】
例えば、基板に平行な光を発するＬＥＤパッケージを示す図３Ａと図３Ｂを参照すること。該技法は米国特許第６６２７９２２号に開示されている。図３Ａに開示される構造は、光反射素子１０、ＬＥＤチップ１４、及び基板１６を含む。光反射素子１０は、ＬＥＤチップ１４によって作り出される反射光を発するために片側に開口を有する。図３Ｂに開示される構造は矩形の絶縁基板１、電極（２と３）、ＬＥＤチップ４、透明な素子６、及び光反射素子７を含む。光反射素子７は透明な素子６の一部だけを覆い、透明な素子６の前面及び２つの側面を露出する。したがって、ＬＥＤチップ４によって作り出される光は透明な素子６の前面から平行な形で発することができる。
【０００６】
従来の技術は、基板上にＬＥＤチップ４を取り付けるステップと、透明な素子６を形成するためにＬＥＤチップ４上の透明な材料を覆うステップと、その後透明な素子６の上に光反射素子７を形成するステップとを含む。このようなＬＥＤ構造を製造するために使用されるプロセスは複雑且つ高価である。そして光反射素子７は基板１に付着されるまたは取り付けられるため、落下し、機能を失う可能性がある。更に、基板１、透明な要素６、及び光反射素子７の間の接続は、構造上の把持なく結束の力に依存するだけである。したがって、その接続は容易に分離され、このことがLEDパッケージの適用を制限する。その脆弱な構造のため、この種のＬＥＤパッケージは、低電力携帯電話などの低電力用途だけに適している。また該構造のサイズの制限のため、光を混合するために複数のＬＥＤチップを使用することには、低性能、低光学特性、及び反射面の設計の難しさなど複数の不利な点がある。
【０００７】
したがって、依然として、プロセスを簡略化し、コストを削減し、構造の強度を増し、光混合性能を改善する、平行な光を発するために使用されるＬＥＤパッケージを改善する必要性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の１つの目的は、発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージ、及び簡略であり、低コスト、高構造強度及び優れた光混合性能という利点のある、その製造プロセスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明の発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージは、反射基板が曲がって反射カップを覆うためのシールドを形成する、少なくとも一つの反射カップを有する反射基板と、反射カップの中に配置される少なくとも一個のＬＥＤチップと、反射基板全体とＬＥＤチップを覆い、更にＬＥＤチップの前にレンズを形成する透明なボディまたはゲル射出外形を含む。
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明の発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージを製造するプロセスは、ＬＥＤチップを収容するための少なくとも一つの反射カップを有する反射基板を提供するステップと、該反射基板内に開口部を形成するために打ち抜くステップと、反射基板を曲げ、反射カップを覆うために反射基板の表面があるシールドを形成するステップと、反射基板全体を覆い、更にＬＥＤチップの前にレンズを形成する透明なボディまたはゲル射出外形を形成するステップを備える。
【００１１】
すなわち、本願の第１発明は、少なくとも一つの反射カップを有する反射基板であって、該反射基板が該反射カップを覆うためのシールドを形成するために曲がる反射基板と、該反射カップ内に配置される少なくとも一個のＬＥＤチップと、該反射基板全体及び該ＬＥＤチップを覆い、更に該ＬＥＤチップの前にレンズを形成する透明なボディまたはゲル射出外形と、を備える発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージを提供する。
本願の第２発明は、該反射基板が金属材料またはセラミック材料から構成される、前記第1発明に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージを提供する。
本願の第３発明は、該反射基板が曲線形で曲がる、前記第1発明に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージを提供する。
本願の第４発明は、透明なボディまたはゲル射出外形が、透明なエポキシ樹脂、シリカゲル、及び１．３、１．４、１．５または１．６を超える屈折率の透明な材料から構成される１つのグループから選択される、前記第1発明に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージを提供する。
本願の第５発明は、反射基板の曲げ表面から反射する光を受け取るための受光器を更に備える、前記第1発明に記載の発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージを提供する。
本願の第６発明は、少なくとも一個のＬＥＤチップを収容するために少なくとも一つの反射カップを有する反射基板を提供することと、該反射基板内に開口部を形成するために打ち抜きを使用することと、該反射カップを覆う該反射基板の表面を有するシールドを形成するために該反射基板を曲げることと、反射基板全体を覆い、更にＬＥＤチップの前にレンズを形成する透明なボディまたはゲル射出外形を形成することと、を備える発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージを製造するための製造プロセスを提供する。
本願の第７発明は、該反射基板が金属材料またはセラミック材料から構成される、前記第６発明に記載の製造プロセスを提供する。
本願の第８発明は、該反射基板が曲線形で曲がる、前記第６発明に記載の製造プロセスを提供する。
本願の第９発明は、透明なボディまたはゲル射出外形が、透明なエポキシ樹脂、シリカゲル、及び屈折率が１．３、１．４、１．５または１．６を超える透明な材料から構成される一つのグループから選択される、前記第１発明に記載の製造プロセスを提供する。
【発明の効果】
【００１２】
反射基板は、銅などの優れた延性のある金属材料から構成できる。曲げ反射基板の表面は曲線状となり、透明なボディまたはゲル射出外形が透明なエポキシ樹脂から構成できる。
【００１３】
その用途の方法に従って、シールドは内部に基板の曲げ反射面から反射光を受け取るための受光部を有することができる。
【００１４】
前記簡略な説明に従って、ＬＥＤパッケージは反射面を形成するために反射基板を曲げることによって達成でき、射出及び成形の簡略な従来のプロセスは透明なボディを形成するために使用される。したがって、プロセスは簡略化され、コストは削減できる。加えて、反射面は光を平行に発することができるため、発光方向は追加の遮光なしに特定の角度以下で制限できる。更に、反射面が基板を直接的に曲げることによって形成されるため、反射面から落下する問題はない。この構造が光の混合のため複数のＬＥＤを収容するために使用される場合、良好な光混合性能が得られる。
【００１５】
したがって、本発明はヘッドライト業界、テールライト業界、バックライト業界、及びＤＶＤ光学読み取りヘッド業界に応用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の該第１の好適な実施形態の三次元フローチャートである図４Ａから図４Ｃを参照すること。
【００１７】
プロセスは以下のステップを含む。少なくとも一個のＬＥＤチップ（図面には図示せず）が、反射基板９の反射カップ１８ａ、１８ｂ、及び１８ｃの中に配置されている。反射基板９は、Ｃｕ、Ｆｅ、またはＣｕ−Ｆｅ合金などの金属材料から作られ、反射基板９に反射カップ１８ａ、１８ｂ、及び１８ｃ、及び反射面２０を形成させるために射出技法または打ち抜き技法が使用されている。反射面２０は前方へ、基板近くに曲げられ、反射カップ１８ａ、１８ｂ及び１８ｃを覆うための開口部付きのシールドになる。次に射出成形または射出ゲル成形プロセスが実行され、反射基板９全体及びＬＥＤチップを覆う透明なボディまたはゲル射出外形１５を形成し、更に開口部の前部に単一のレンズを形成する。
【００１８】
ＬＥＤチップのワイヤボンディングが、外部への電気接続のために４本の電気バーに接続する。４本の電気バー２７の半分は他の半分の方向と対向する方向に向けられる。
【００１９】
本発明の第２の好適な実施形態の三次元フローチャートである図５Ａから図５Ｄを参照すること。
【００２０】
プロセスは以下のステップを含む。少なくとも一個のＬＥＤチップ（図面には図示せず）が、反射基板９の反射カップ１８ａ、１８ｂ、及び１８ｃの中に配置されている。反射基板９は、Ｃｕ、Ｆｅ、またはＣｕ−Ｆｅ合金などの金属材料から作られ、反射基板９に反射カップ１８ａ、１８ｂ、及び１８ｃ、反射面２０及び開口部２３を形成させるために射出技法または打ち抜き技法が使用されている。反射面２０及び開口部２３は、反射基板９の前面に形成される。次に、反射面２０は後方へ、基板近くに曲げられ、反射カップ１８ａ、１８ｂ及び１８ｃを覆うためのシールドとなる。次に射出成形または射出ゲル成形プロセスが進められ、反射基板９全体及びＬＥＤチップを覆う透明なボディまたはゲル射出外形１５を形成し、更に開口部の前部に単一のレンズを形成する。
【００２１】
ＬＥＤチップのワイヤボンディングは外部への電気接続のために４本の電気バーに接続する。該４本の電気バー２７は同じ方向に向けられている。
【００２２】
本発明の第３の好適な実施形態の三次元フローチャートである図６Ａから図６Ｃを参照すること。
【００２３】
プロセスは以下のステップを含む。少なくとも一つのＬＥＤチップ（図面では図示せず）が、反射基板９の反射カップ１８ａ、１８ｂ、及び１８ｃの中に配置されている。反射基板９は、Ｃｕ、ＦｅまたはＣｕ−Ｆｅ合金などの金属材料から作られ、反射基板９に反射カップ１８ａ、１８ｂ及び１８ｃ、反射面２０、及び反射面２０と基板９を結合する接合部を形成させるために射出技法または打ち抜き技法が使用される。反射面２０及び基板９の表面はともに反射カップ１８ａ、１８ｂ、及び１８ｃを覆うシールドを形成する。次に射出成形または射出ゲル成形プロセスが実行され、反射基板９全体及びＬＥＤチップを覆う透明なボディまたはゲル射出外形１５を形成し、更に開口部の前部に単一のレンズを形成する。
【００２４】
ＬＥＤチップのワイヤボンディングは外部への電気接続のための４本の電気バーに接続する。該４本の電気バー２７は同じ方向に向けられている。
【００２５】
加えて、４本の電気バーは前記実施形態では例として使用されているが、実際にはそれらは使用できる電気バーの数を制限しない。例えば、図７と図８を参照すること。第２の好適な実施形態に従って、ＬＥＤパッケージは２本の電気バー２７または６本の電気バー２７を有することもできる。
【００２６】
同様に、第２の好適な実施形態は前記段落では例として使用されているが、２本の電気バー及び６本の電気バーが第１の好適な実施形態及び第３の好適な実施形態にも適用できる。
【００２７】
前記説明に従って、本発明には特徴付けられた２つの技術的なステップがあることが分かる。一方は、基板を直接的に曲げることによってＬＥＤチップの反射面を形成することである。他方は、基板を覆うための透明なボディまたはゲル射出外形を形成するために、及び更に開口部の前部に単一のレンズを形成するためにゲル射出プロセスまたは射出成形プロセスを使用することである。したがって、ＬＥＤパッケージを製造するプロセスはより簡略で、より便利で且つより安価である。
【００２８】
前述されたプロセスは構造の設計によって達成される。言い換えると、プロセスをより簡略且つより安価にするのは構造の変型である。以下は本発明の特徴付けられた構造に関する図面を伴う詳細な説明である。
【００２９】
本発明の第２の好適な実施形態の側面図を示す図９を参照すること。
【００３０】
ＬＥＤパッケージは、反射カップ１８を有する反射基板９、ＬＥＤチップ１７、及び透明なボディまたはゲル射出外形１５を含む。
【００３１】
反射基板９は、良好な反射率、良好な延性、及び良好な熱伝導率のある導電性材料または非導電性材料である金属材料または非金属材料から構成できる。反射基板９は開口部及び少なくとも１つの反射カップ１８を備え、曲げることができ、光を反射する反射面２０を広げる。反射基板９は延性金属から作られるため、後方に曲げて、開口部２３のあるシールド、及びＬＥＤチップの反射カップ１８を収容するための基板９の表面を形成することができる。開口部２３の目的とは反射光を発することであり、したがって開口部２３の設計は反射光の角度に依存している。開口部２３及び反射カップ１８は打ち抜きまたは射出成形によって形成できる。
【００３２】
加えて、反射基板９は、ＬＥＤチップ１７のワイヤボンディングに電気的に接続する、あるいはＬＥＤチップ１７を電気的に接続するためにその上に電気的なパターンを形成することできる。
【００３３】
一個または複数個のＬＥＤチップ１７が反射基板９の反射カップ１８の中に配置でき、チップはＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＰまたはＧａＮらから構成される半導体基板上でｐ−ｎ接合形式を備えることができる。
【００３４】
半導体の選択は発せられる光の所望される波長に次第である。
【００３５】
前記に開示された例を除き、当業者により認識される任意の適切なＬＥＤチップも使用できる。言い換えると、本発明は前述されたＬＥＤチップに制限されない。
【００３６】
透明なボディまたはゲル射出外形１５は、反射カップ及び反射基板９の上面と下面を含む反射基板９全体を覆うために形成され得る。透明なボディまたはゲル射出外形１５は透明なエポキシ樹脂、シリカゲルまたは同等物から作ることができる。透明なボディまたはゲル射出外形１５は光透過性であり、開口部の前部にレンズを形成するために使用されるため、材料及び曲率はＬＥＤパッケージ内の所望される光量に応じて修正できる。例えば、図１０は構造の光シミュレーション図を示す。
【００３７】
本発明に従って、反射基板の曲げ弧度はＬＥＤチップ及び所望される平行な光の位置に依存する。すなわち、反射基板を曲げるための弧度のパラメータ及びＬＥＤチップを設置するパラメータは、所望される平行な光に従って設計され、修正される。
【００３８】
本発明に従ってＬＥＤパッケージの別の好適な実施形態の側面図を示す図１１を参照すること。
【００３９】
ＬＥＤパッケージは、ＬＥＤチップ（一個または複数個）の三つのグループ１７ａ、１７ｂ及び１７ｃを構成する。すなわち、反射基板の曲げ反射面２０及び反射基板の面から構成されるシールド内の反射カップ１８ａ、１８ｂ及び１８ｃには三個のＬＥＤチップ１７ａ、１７ｂ、及び１７ｃがある。該三つのＬＥＤチップグループ１７ａ、１７ｂ及び１７ｃは、例えば、赤、青、及び緑の光を別個に発し、構造内で光を反射および混合するために曲げ反射面２０を使用することにより白色光の良好な色合いを生じることができる。
【００４０】
この好適な実施形態は一例としてパッケージ内の三個のＬＥＤチップまたはチップグループを使用するが、実際には、ＬＥＤチップの数は必要に応じて増やしたり減らしたりすることができる。
【００４１】
本発明に従ってＬＥＤパッケージの別の好適な実施形態の側面図を示す図１２を参照すること。
【００４２】
この例のＬＥＤパッケージは、ＤＶＤ読み取りヘッド用途で使用される。ＬＥＤパッケージはＬＥＤチップ１７及び受光部２１を含む。すなわち、反射カップ１８ａ及び１８ｂの中にＬＥＤチップ１７及び受光部２１がある。ＬＥＤチップ１７によって作り出される光は、平行な光を生じさせる反射基板の曲げ表面２０によって反射できる。更に、入射する平行な光は、受光部２１によって受け取られる反射基板の曲げ表面２０によって反射できる。
【００４３】
本発明によるＬＥＤパッケージの配光のシミュレーション図を示す、図１３を参照すること。
【００４４】
シミュレーション図に従って、本発明により作り出される光は０℃以下で分散される。したがって、配光領域を制限するための従来のヘッドライトまたはテールライト技法で必要である遮光の必要性はない。したがって、追加の遮光のコストは必要なく、更に優れた性能または等しい性能をより効率的に達成できる。
【００４５】
前述から、ＬＥＤパッケージは反射面を形成するために基板を直接的に曲げるプロセス、及び従来のゲル射出のプロセスによって容易に得られる。したがって、それは簡略なプロセス及びコスト削減という利点を有する。加えて、反射面はＬＥＤチップが平行な光を発することができるようにするため、追加の遮光は必要ではない。反射素子が落下する問題は、基板を直接的に曲げて反射面を形成することによって解決でき、したがって構造の強度を改善する。更にこの構造が光を混合する複数のＬＥＤを収納するために使用される場合、良好な光混合性能を達成できる。
【００４６】
したがって、本発明はヘッドライト業界、テールライト業界、バックライト業界またはＤＶＤ読み取りヘッド業界に応用できる。
【００４７】
本発明を特定の実施形態に関して説明してきたが、この説明は制限する意味で解釈されることを意図していない。代替実施形態だけではなく、開示された実施形態の多様な変型も当業者にとって明らかとなるであろう。しかしながら、添付請求項が本発明の範囲内に含まれるすべての変型をカバーすることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１Ａ】それぞれ光を上方へ発する従来のＬＥＤパッケージ、及び光を下方へ発する従来のＬＥＤパッケージを示す図である。
【図１Ｂ】それぞれ光を上方へ発する従来のＬＥＤパッケージ、及び光を下方へ発する従来のＬＥＤパッケージを示す図である。
【図１Ｃ】光を上方または下方へ発する従来のＬＥＤパッケージの配光曲線である。
【図２】平行な光を生じさせるためのヘッドライト業界またはテールライト業界の素晴らしい配光曲線である。
【図３Ａ】米国特許第６６２７９２２号に開示される従来の技術である。
【図３Ｂ】米国特許第６６２７９２２号に開示される従来の技術である。
【図４Ａ】本発明の第１の好適な実施形態の三次元フローチャートである。
【図４Ｂ】本発明の第１の好適な実施形態の三次元フローチャートである。
【図４Ｃ】本発明の第１の好適な実施形態の三次元フローチャートである。
【図５Ａ】本発明の第２の好適な実施形態の三次元フローチャートである。
【図５Ｂ】本発明の第２の好適な実施形態の三次元フローチャートである。
【図５Ｃ】本発明の第２の好適な実施形態の三次元フローチャートである。
【図５Ｄ】本発明の第２の好適な実施形態の三次元フローチャートである。
【図６Ａ】本発明の第３の好適な実施形態の三次元フローチャートである。
【図６Ｂ】本発明の第３の好適な実施形態の三次元フローチャートである。
【図６Ｃ】本発明の第３の好適な実施形態の三次元フローチャートである。
【図７】該第２の好適な実施形態にしたがって、それぞれ２本の電気バーを有するＬＥＤパッケージである。
【図８】該第２の好適な実施形態にしたがって、それぞれ６本の電気バーを有するＬＥＤパッケージである。
【図９】本発明の該第２の好適な実施形態の側面図である。
【図１０】本発明の第２の好適な実施形態の光シミュレーション図である。
【図１１】本発明によるＬＥＤパッケージの別の好適な実施形態の側面図である。
【図１２】本発明によるＬＥＤパッケージの別の好適な実施形態の側面図である。
【図１３】本発明のＬＥＤパッケージの配光のシミュレーション図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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