(57)【要約】【課題】樹脂包装部に新たな光学的手段を導入してＬＥＤチップから放出される光を所望の上部方向へ向かってさらに集束して抽出させることにより、発光効率を向上させた発光ダイオードパッケージを提供すること。【解決手段】発光ダイオードパッケージ２０は、第１及び第２電極構造２３ａ、２３ｂを有するパッケージ基板２１ａ、２１ｂと、上記第１及び第２電極構造に電気的に接続するよう上記パッケージ基板上に実装された発光ダイオード２５と、上記発光ダイオードを密封するよう透明樹脂で形成された樹脂包装部２７と、上記樹脂包装部内に分散され、上記透明樹脂の屈折率より高い屈折率を有する多数の透明球形粒子２８とを含む。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２電極構造を有するパッケージ基板と、
前記第１及び第２電極構造に電気的に接続するよう前記パッケージ基板上に実装された発光ダイオードと、
前記発光ダイオードを密封するよう透明樹脂で形成された樹脂包装部と、
前記樹脂包装部内に分散され、前記透明樹脂の屈折率より高い屈折率を有する多数の透明球形粒子と
を含む発光ダイオードパッケージ。
【請求項２】
前記透明球形粒子の屈折率は、発光ダイオードの屈折率より低いことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードパッケージ。
【請求項３】
前記透明球形粒子は、１．５〜２．４の屈折率を有することを特徴とする請求項２に記載の発光ダイオードパッケージ。
【請求項４】
前記透明球形粒子の粒度は、０．５〜８μｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項にに記載の発光ダイオードパッケージ。
【請求項５】
前記透明球形粒子は、ポリスチレンビーズであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の発光ダイオードパッケージ。
【請求項６】
前記樹脂包装部は、蛍光体粉末をさらに含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の発光ダイオードパッケージ。
【請求項７】
前記樹脂包装部は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂またはその混合物で構成されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の発光ダイオードパッケージ。
【請求項８】
前記樹脂包装部は、第１屈折率を有し前記実装された発光ダイオードを密封する第１樹脂包装部と、前記第１屈折率より低い第２屈折率を有し前記第１樹脂包装部上に形成された第２樹脂包装部を含み、
前記透明球形粒子は、前記第２樹脂包装部に配置され、少なくとも前記第２樹脂包装部の屈折率より大きい屈折率を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の発光ダイオードパッケージ。
【請求項９】
前記パッケージ基板は、内部側壁が上部へ向かって傾斜したキャビティを含み、
前記キャビティは、発光ダイオードの実装領域を提供し前記樹脂包装部の形成領域を定義することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の発光ダイオードパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードパッケージに関するものであって、より詳しくは、光抽出効率を改善した新たな発光ダイオードパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、発光ダイオードは、優れた単色性ピーク波長を有し光効率性に優れ、小型化が可能という長所を有するため、様々なディスプレー装置及び光源として広く使われている。通常の発光ダイオードパッケージは、発光ダイオードを透明な樹脂包装部で保護する形態の構造を有する。特に、白色発光ダイオードパッケージの樹脂包装部は、光の波長を変換して白色光を得るため蛍光体粉末が分散された形態で使用される。
【０００３】
図１は、従来の発光ダイオードパッケージを示した断面図である。図１を参照すると、上記発光ダイオードパッケージ１０はパッケージ基板１１を含。このパッケージ基板１１は、第１及び第２電極構造物１３ａ、１３ｂが形成された下部パッケージ基板１１ａと上記キャビティが設けられた上部パッケージ基板１１ｂとを含む。上記キャビティ領域内には発光ダイオードチップ１５が実装される。上記発光ダイオードチップ１５は、チップ基板１５ａとこれにフリップチップボンディングされた発光ダイオード１５ｂとを含むフリップチップ構造にすることができる。上記発光ダイオードチップ１５の陽電極（未図示）は、上記第１及び第２電極構造物１３ａ、１３ｂの上端にワイヤで各々連結することができる。上記上部パッケージ基板１１ｂに設けられたキャビティ内部には、上記ＬＥＤチップ１５の周囲を覆う樹脂包装部１７が形成される。
【０００４】
上記ＬＥＤチップ１５の光（矢印）は全方位に放射されるため、多くの光Ｓは、所望の方向へ直接向かうことが出来ず、側方向へ向かう。側方向へ向かった光Ｓは、キャビティの側面などに吸収されることがあるが、別途の反射手段を設けて上部へ向かうようにすることができる。その場合、光の経路が長くなり樹脂包装部１７の内部で相当部分が損失されてしまうことになりがちである。
【０００５】
また、上記樹脂包装部１７を構成する材料の屈折率が外部大気より高いため、外部と樹脂包装部１７との境面から抽出される光は、その屈折率の差による臨界角によって制限される。このような光抽出臨界角条件により、実際に傾斜した経路を通じて光が樹脂包装部１７の境面まで到達しても、光が効率的に抽出され難いという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の技術的課題を解決するためのものであって、その目的は、樹脂包装部に新たな光学的手段を導入してＬＥＤチップから放出される光を所望の上部方向へ向かってさらに集束して抽出させることにより、発光効率を向上させた発光ダイオードパッケージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の技術的課題を解決すべく、本発明は、第１及び第２電極構造を有するパッケージ基板と、上記第１及び第２電極構造に電気的に接続されるよう上記パッケージ基板上に実装された発光ダイオードと、上記発光ダイオードを密封するよう透明樹脂で形成された樹脂包装部と、上記樹脂包装部内に分散され、上記透明樹脂の屈折率より高い屈折率を有する多数の透明球形粒子とを含む発光ダイオードパッケージを提供する。
【０００８】
好ましくは、上記透明球形粒子の屈折率は、発光ダイオードの屈折率より低く、通常の窒化物発光ダイオードを考慮したときに、上記透明球形粒子は１．５〜２．４の屈折率を有することがさらに好ましい。
【０００９】
好ましくは、上記透明球形粒子の粒度は、０．５ 〜 ８μｍである。この粒度が０．５μｍ未満の場合には光集束効果が弱く、８μｍを超過する場合には光散乱問題で光効率が低下されることがある。
【００１０】
好ましくは、上記透明球形粒子は、１．５９の屈折率を有する微細なポリスチレンビーズであることができる。また、上記樹脂包装部は蛍光体粉末をさらに含み、波長変換型発光ダイオードパッケージを構成することができる。上記樹脂包装部の構成物質としてはシリコーン樹脂、エポキシ樹脂またはその混合物が使用することができる。
【００１１】
本発明の特定の実施形態において、上記樹脂包装部は、第１屈折率を有し上記実装された発光ダイオードを密封する第１樹脂包装部と、上記第１屈折率より低い第２屈折率を有し上記第１樹脂包装部上に形成された第２樹脂包装部とを含むことができる。この場合に、上記透明球形粒子は上記第２樹脂包装部に配置され、少なくとも上記第２樹脂包装部の屈折率より大きい屈折率を有する。
【００１２】
本発明に採用可能なパッケージ基板は様々な構造を有するものであってもよいが、好ましくは、反射面として使用可能な内部側壁を有するキャビティを含む構造にすることができる。この場合に、上記キャビティは発光ダイオードの実装領域を提供し上記樹脂包装部の形成領域を定義する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、樹脂包装部の内部に新たな光学的手段として周囲の樹脂より高い屈折率を有する透明球形粒子を分散させることにより、ＬＥＤチップから放出される光が所望の上部方向へ向かってさらに集束して進行するようにすることができる。従って、他の反射面を経由しないより多くの光を上部方向へ直接進行させることにより、光学的経路を短縮させると同時に、樹脂包装部の表面に進行する光の入射角をより高くすることができるため、光抽出効率を大きく向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付の図面を参照に本発明をより詳しく説明する。図２は、本発明の一実施形態による発光ダイオードパッケージの製造工程を説明するための各工程断面図である。
【００１５】
図２を参照すると、上記発光ダイオードパッケージ２０は、発光ダイオードチップ２５が実装されたパッケージ基板２１を含む。上記発光ダイオードチップ２５とパッケージ基板２１はこれに限定されないが、上記発光ダイオードチップ２５は、サブマウント基板２５ａと上記サブマウント基板２５ａにフリップチップボンディングされた発光ダイオード２５ｂとを含むことができる。上記パッケージ基板２１は、第１及び第２電極構造物２３ａ、２３ｂが形成された下部パッケージ基板２１ａと上記キャビティが設けられた上部パッケージ基板２１ｂとを含む。上記第１及び第２電極構造物２３ａ、２３ｂは、下部パッケージ基板の上面に限って図示されているが、当業者に自明な通り、パッケージの外部連結のため下面の電極パッドとビアホール等を通じて連結された構造とすることができる。
【００１６】
上記発光ダイオードチップ２５の陽電極（未図示）は、上記第１及び第２電極構造物２３ａ、２３ｂにワイヤで各々連結することができる。上記上部パッケージ基板２１ｂに設けられたキャビティ内部には、上記ＬＥＤチップ２５の周囲を覆う樹脂包装部２７が形成される。上記樹脂包装部２７は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂またはその混合物のような透明樹脂からなるものとすることができる。
【００１７】
本実施形態に採用された樹脂包装部２７は、その内部に分散された多数の蛍光体粒子２８及び透明な球形粒子２９を含む。上記蛍光体粒子２８は、発光ダイオードの波長光を他の波長光に変換させる作用をし、主に白色光を得ようとする場合に使用することができる。
【００１８】
本発明で採用された透明球形粒子２９は、周囲の樹脂包装部２７の屈折率より高い屈折率を有する。このように、相対的に高い屈折率を有する透明球形粒子２９は、光を集束させて光経路が上部へ向かうように制御する光学的手段として作用し得る。
【００１９】
より具体的には、周囲の樹脂より高い屈折率を有する透明球形粒子２９は、凸レンズと類似に作用して、直進して入射する光だけでなく、斜めに入射された光に対しても集束させる。従って、光が上部へ直接向かう割合を増加することができる。
【００２０】
図３には、本実施形態に採用された透明球形粒子２９において、斜めに入射される光の経路が図示されている。
【００２１】
図３に図示された通り、傾斜して入射された光１、２は、周囲より高い屈折率を有する透明球形粒子２９により集束され、球の中心軸にさらに近い経路１’、２’へ出射される。このように、本発明に採用された透明球形粒子の光集束機能により全方位へ均一に進行しようとする光を発光源である発光ダイオードチップ２５の反対側の上部方向へさらに効果的に集束して進行するようにすることができる。
【００２２】
結果的に、本発明の発光ダイオードパッケージでは、内部側壁構造などに到達する光を減らし、上部に向いて進行する光を増加させることができると同時に、上部に向いて進行する光もより高い入射角で樹脂包装部２７の境面に到達することができるため、光抽出効率を大きく改善することができる。
【００２３】
このような光集束作用は、透明粒子２９が球形でありながら、その屈折率が周囲の樹脂包装部２７の屈折率より高いという条件を有するため、実現されることができる。上記透明球形粒子２９は、その下部に位置することができる発光ダイオード２５ｂの屈折率より低いことが好ましい。通常の窒化物発光ダイオードを考慮したときに、上記透明球形粒子は、ＧａＮの屈折率である２．４より低いことが好ましい。
【００２４】
上記透明球形粒子２９の粒度は、０．５〜８μｍであることが好ましい。これは、粒度が０．５μｍ未満の場合には光集束効果が弱く、８μｍを超過する場合には光散乱問題により実質的な光抽出効率が低下されることがあるからである。
【００２５】
本発明で採用された透明球形粒子は、光集束効果を通じて光経路を変更する原理によるものであるため、透明球形粒子の配置位置によって光経路の変更の程度は異なる。例えば、発光ダイオードの上部に配置された透明球形粒子は、入射される光がより効果的に所望の上部方向へ光経路を変更させることができる。
【００２６】
このような原理に基づいて、樹脂包装部を複数の層構造で形成し上部領域に限って配置することができる。特に、複数の層構造で具現する時に各樹脂層の屈折率を上部へ行くほど低い屈折率を有するよう形成して全反射臨界角を段階別に上げることにより、光抽出効率をさらに向上させることができる。このような実施形態は図４に図示されている。
【００２７】
図４を参照すると、上記発光ダイオードパッケージ４０は、発光ダイオードチップ４５が実装されたパッケージ基板４１を含む。図３に図示された構造と類似して、上記発光ダイオードチップ４５は、サブマウント基板４５ａと上記サブマウント基板４５ａにフリップチップボンディングされた発光ダイオード４５ｂとを含むものとすることができる。上記パッケージ基板４１は、第１及び第２電極構造物４３ａ、４３ｂが形成された下部パッケージ基板４１ａと上記キャビティが設けられた上部パッケージ基板４１ｂとを含む。上記発光ダイオードチップ４５の陽電極（未図示）は、上記第１及び第２電極構造物４３ａ、４３ｂにワイヤで各々連結することができる。
【００２８】
上記上部パッケージ基板４１ｂに設けられたキャビティ内部には、上記ＬＥＤチップ４５の周囲を覆う樹脂包装部４７が形成される。上記樹脂包装部４７は、屈折率が異なる樹脂からなる第１及び第２樹脂包装部４７ａ、４７ｂで構成することができる。第１樹脂包装部４７ａは、発光ダイオード４５ｂの屈折率よりは低く、第２樹脂包装部４７ｂの屈折率より高い屈折率を有する透明樹脂で形成される。
【００２９】
また、上記第２樹脂包装部４７ｂは、その内部に分散された多数の透明な球形粒子４９を含む。上記透明球形粒子４９は、周囲の第２樹脂包装部４７ｂの屈折率より高い屈折率を有する。また、その屈折率及び粒度条件は、図２に説明された事項を参照して適宜調整して同様に適用することができる。
【００３０】
本実施形態で採用された透明球形粒子４９は、光を集束して光経路が上部へ向かうよう制御する。このような透明球形粒子は、上部に位置した第２樹脂包装部４７ｂに限って配置され、入射される光の経路をより効果的に所望の上部方向へ変更させることができる。また、本実施形態において、樹脂包装部４７の構造は先に説明した通り、屈折率が上部へ行くほど減少するよう第１及び第２樹脂包装部４７ａ、４７ｂの屈折率を設定することにより、出射される光に対する全反射臨界角を段階別に上げることができる。従って、さらに光抽出効率を向上させることができる。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明による実施例を参照してその作用と効果をより具体的に説明する。
【００３２】
（実施例１）
本実施例においては、図２に図示された発光ダイオードパッケージと同様に７個のサイドビュー（ｓｉｄｅ  ｖｉｅｗ）発光ダイオードパッケージを製造した。各々樹脂包装部の主材料は、シリコーン樹脂（屈折率：１．５６）を使用した。シリコーン樹脂に１０ｗｔ％ポリスチレンビーズ液（図５参照）を約１０ｖｏｌ％添加して混合した後、樹脂包装部を形成した。
【００３３】
本実施例において使用されたポリスチレンビーズは、約６．４μｍの粒度を有し、約１．５９の屈折率を有する。
【００３４】
（実施例２）
上記の第１実施例と同じ条件で、７個の発光ダイオードパッケージを製造するが、シリコーン樹脂に添加されたポリスチレンビーズ液の量を約２０ｖｏｌ％にして各々のパッケージの樹脂包装部を形成した。
【００３５】
（比較例）
上記の第１実施例と同じ条件で、７個の発光ダイオードパッケージを製造したが、各々の樹脂包装部はポリスチレンビーズ液を添加せず、シリコーン樹脂のみで形成した。
【００３６】
このように、各条件で製造された７個の発光ダイオードパッケージ（計２１個）に対して輝度を測定した。その結果、表１に示す結果を得た（単位：ｍＣｄ）。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
上記の表１を参照すると、比較例の場合に平均輝度が約１８０ｍＣｄであったが、第１及び第２実施例による発光ダイオードパッケージの輝度の平均値は約２１０ｍＣｄ、約２１４ｍＣｄと高い値となった。全体からみて第１及び第２実施例は、ポリスチレンビーズにより約１５％、１７％と相当の輝度向上の効果が確認された。これは先に説明した通り、球形のビーズの光集束により光抽出効率が向上された結果として理解することができる。
【００３９】
本発明は、上述の実施形態及び添付の図面により限定されず、添付の請求範囲によって限定するものである。従って、請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で当技術分野の通常の知識を有している者により様々な形態の置換、変形及び変更が可能であり、これらもまた本発明の範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】従来の発光ダイオードパッケージを示した断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による発光ダイオードパッケージの製造工程を説明するための各工程断面図である。
【図３】本発明において使用される透明球形粒子の光集束原理を説明するための概略図である。
【図４】本発明の他の実施形態による発光ダイオードパッケージを示した断面図である。
【図５】本発明に好ましく使用できるポリスチレンビーズを示した走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【符号の説明】
【００４１】
１１ａ、２１ａ、４１ａ  下部パッケージ基板
１１ｂ、２１ｂ、４１ｂ  上部パッケージ基板
１３ａ、１３ｂ、２３ａ、２３ｂ、４３ａ、４３ｂ  電極構造物
１５、２５、４５  発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ
１７、２７、４７  透明樹脂包装部
１８、２８、４８  透明球形粒子
２５ａ、４５ａ  サブマウント基板
２５ｂ、４５ｂ  発光ダイオード
２９、４９  蛍光体粉末
４７ａ  第１樹脂包装部
４７ｂ  第２樹脂包装部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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