(57)【要約】本発明は光抽出粗面構造を有する発光ダイオード装置を開示する。当該装置は、リードフレームと、リードフレームに提供されると共にリードフレームに電気接続される１又は複数の発光ダイオードチップと、１又は複数の発光ダイオードチップを封入するように構成されたレンズとを備える。このレンズは微細粗目構造の表面を有する。レンズの微細粗目構造は、０．１μｍから５０μｍの間の粗度を有する。また、本発明は、光抽出粗面構造を有する発光ダイオード装置の製造方法をも開示する。【選択図】図６Ｄ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光抽出粗面構造を有する発光ダイオード装置であって、
リードフレームと、
前記リードフレームに配置されていると共に前記リードフレームに電気的に接続されている１又は複数の発光ダイオードチップと、
前記１又は複数の発光ダイオードチップを封入するように構成されたレンズと、を備え、
前記レンズが微細粗目構造を有する表面を有していることを特徴とする発光ダイオード装置。
【請求項２】
前記レンズの微細粗目構造表面が０．１μｍから５０μｍの間の粗度を有することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード装置。
【請求項３】
前記１又は複数の発光ダイオードを保護するように、透明接着剤から形成されている共に前記レンズと前記１又は複数の発光ダイオードチップとの間に位置する保護層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード装置。
【請求項４】
前記保護層が蛍光体を含むことを特徴とする請求項３に記載の発光ダイオード装置。
【請求項５】
前記透明接着剤がシリコンであることを特徴とする請求項３に記載の発光ダイオード装置。
【請求項６】
前記レンズが接着剤から形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード装置。
【請求項７】
前記接着剤がエポキシ又はシリコンであることを特徴とする請求項６に記載の発光ダイオード装置。
【請求項８】
光抽出粗面構造を有する発光ダイオード装置を製造する方法であって、
リードフレームに１又は複数の発光ダイオードチップを配置し、前記１又は複数の発光ダイオードチップを前記リードフレームに電気的に接続して半仕上げ製品を形成するステップと、
前記半仕上げ製品をモールド内に配置するステップであって、微細粗目構造を内表面に有するように前記モールドが処理されている、ステップと、
前記モールドに接着剤を注入し、熱によって前記接着剤を硬化するステップであって、硬化した後に前記接着剤がレンズを形成し、前記レンズが前記１又は複数の発光ダイオードチップを封入すると共に当該表面に微細粗目構造を有する、ステップと、
前記モールドから前記封入された発光ダイオードチップ及びリードフレームを取り出すステップと、を含む方法。
【請求項９】
前記モールドの内面の微細粗目構造が０．１μｍから５０μｍの間の粗度を有することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記モールドの処理がサンドブラスティング、化学エッチング又は電気化学エッチングを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記レンズの微細粗目構造の表面が０．１μｍから５０μｍの間の粗度を有することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記モールド内に前記半仕上げ製品を配置する前に、前記１又は複数の発光ダイオードチップを保護するように、透明接着剤から形成された保護層を前記１又は複数の発光ダイオードチップにディスペンシングするステップをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記保護層が蛍光体を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記透明接着剤がシリコンであることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記接着剤がエポキシ又はシリコンであることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
光抽出粗面構造を有する発光ダイオード装置を製造する方法であって、
リードフレームに１又は複数の発光ダイオードチップを配置し、前記１又は複数の発光ダイオードチップを前記リードフレームに電気的に接続して、半仕上げ製品を形成するステップと、
前記半仕上げ製品をモールド内に配置するステップと、
前記モールドに接着剤を注入し、熱によって前記接着剤を硬化するステップであって、硬化した後に前記接着剤がレンズを形成し、前記レンズが前記１又は複数の発光ダイオードチップを封入する、ステップと、
前記モールドから前記封入された発光ダイオードチップ及びリードフレームを取り出すステップと、
微細粗目構造を形成するように前記レンズ表面を粗面処理するステップと、
を含む方法。
【請求項１７】
前記レンズの微細粗目構造の表面が０．１μｍから５０μｍの間の粗度を有することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記粗面処理するステップは、エッチング又はインプリンティングを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記モールド内に前記半仕上げ製品を配置する前に、前記１又は複数の発光ダイオードチップを保護するように、透明接着剤から形成された保護層を前記１又は複数の発光ダイオードチップにディスペンシングするステップをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記保護層が蛍光体を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記透明接着剤がシリコンであることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記接着剤がエポキシ又はシリコンであることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
前記エッチングが、室温から６０℃で３０秒から１時間、メチルベンゼンで前記レンズ表面をエッチングすることを含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
前記インプリンティングが、前記レンズ表面に選択的にシリコンをプリンティングし、１５０℃で３０分間、シリコンを硬化させることを含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、台湾出願第９８１１５５６７号（２００９年５月１１日出願）の優先権の利益を主張するものである。台湾出願の内容をその本文に援用する。
【０００２】
本発明は、光抽出構造を有する発光ダイオード装置、及び、その製造方法に関し、当該光抽出粗面構造はミクロン単位の粗度を有し、発光ダイオードの光抽出効率及び均一性を改善する。
【背景技術】
【０００３】
従来のＬＥＤ装置には、ＬＥＤに配置されたレンズ構造が存在する。しかしながら、全反射効果がＬＥＤ構造における光抽出効率を減少させる。図１は、従来ＬＥＤを示す概略図である。図１に示すとおり、ＬＥＤ１１０がレンズ１２０で封入されている。光がＬＥＤから放射されたときに２つの現象が存在する。入射角が臨界角よりも小さい場合、光が表面１２５（矢印Ａで示される）を通して伝達される。入射角が臨界角よりも大きい場合、光がレンズに反射して戻る。全反射がＬＥＤ装置の光抽出効率を減少させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、光抽出粗面構造を有するＬＥＤ装置、及び、その製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、光抽出粗面構造を有するＬＥＤ装置を提供する。当該装置は、リードフレームと、該リードフレームに配置されると共に該リードフレームに電気接続された１又は複数の発光ダイオードチップと、１又は複数の発光ダイオードチップを封入するように構成された、微細粗目構造を有するレンズと、を含む。この微細粗目構造は、０．１μｍから５０μｍの間の粗度を有する。当該装置は、１又は複数の発光ダイオードチップを保護するように、透明接着剤から形成されていると共にレンズと１又は複数の発光ダイオードチップとの間に位置する保護層を含んでもよい。
【０００６】
また、本発明は、光抽出粗面構造を有する発光ダイオード装置を生成するための製造方法をも提供する。当該製造方法は、リードフレームに１又は複数の発光ダイオードチップを配置し、１又は複数の発光ダイオードをリードフレームに電気的に接続して、半仕上げ製品を形成するステップと、半仕上げ製品をモールド内に配置するステップであって、微細粗目構造を内表面に有するようにモールドが処理されている、ステップと、モールドに接着剤（ｇｌｕｅ）を注入し、熱によって接着剤を硬化させるステップであって、硬化した後に接着剤がレンズを形成し、レンズが１又は複数の発光ダイオードチップを封入すると共に当該表面に微細粗目構造を有する、ステップと、モールドから封入された発光ダイオードチップ及びリードフレームを取り出すステップと、を含む。この微細粗目構造は、０．１μｍから５０μｍの間の粗度を有する。さらに、モールド内に半仕上げ製品を配置する前に、１又は複数の発光ダイオードチップを保護するように、保護層を１又は複数の発光ダイオードチップにディスペンシング（ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ）することができる。当該保護層は透明接着剤又は蛍光体と混合した接着剤から形成可能である。
【０００７】
また、本発明は、光抽出粗面構造を有する発光ダイオード装置を生成するための製造方法をも提供する。当該製造方法は、リードフレームに１又は複数の発光ダイオードチップを配置し、１又は複数の発光ダイオードをリードフレームに電気的に接続して、半仕上げ製品を形成するステップと、半仕上げ製品をモールド内に配置するステップと、モールドに接着剤を注入し、熱によって接着剤を硬化するステップであって、硬化した後に接着剤がレンズを形成し、レンズが１又は複数の発光ダイオードチップを封入する、ステップと、モールドから封入された発光ダイオードチップ及びリードフレームを取り出すステップと、微細粗目構造を形成するようにレンズ表面を粗面加工するステップと、を含む。この微細粗目構造は、０．１μｍから５０μｍの間の粗度を有する。さらに、モールド内に半仕上げ製品を配置する前に、１又は複数の発光ダイオードチップを保護するように、保護層を１又は複数の発光ダイオードチップにディスペンシングすることができる。当該保護層は透明接着剤又は蛍光体と混合した接着剤から形成可能である。
【０００８】
本発明の利点及び特徴が、添付した図面に対応して以下に説明される複数の実施形態及び実施例によって明らかにされる。実施形態及び図面は、限定するためではなく説明のためにここに開示される。さらに、参照番号が図における構造的要素を指定する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来のＬＥＤ装置の概略図。
【図２】本発明の実施形態に従う光抽出粗面構造を有するＬＥＤ装置の概略図。
【図３】本発明の別実施形態に従う光抽出粗面構造を有するＬＥＤ装置の概略図。
【図４Ａ】図２の粗面の一部の拡大図。
【図４Ｂ】図３の粗面の一部の拡大図
【図５】本発明の実施形態に従うＬＥＤ装置の製造フローチャート。
【図６Ａ】図５の製造プロセスにおける個別ステップを示す概略図。
【図６Ｂ】図５の製造プロセスにおける個別ステップを示す概略図。
【図６Ｃ】図５の製造プロセスにおける個別ステップを示す概略図。
【図６Ｄ】図５の製造プロセスにおける個別ステップを示す概略図。
【図７】本発明の別実施形態に従うＬＥＤ装置の製造フローチャート。
【図８Ａ】図７の製造プロセスにおける個別ステップを示す概略図。
【図８Ｂ】図７の製造プロセスにおける個別ステップを示す概略図。
【図９】本発明のさらなる別実施形態に従うＬＥＤ装置の製造フローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図２は、本発明の実施形態にしたがった光抽出粗面構造を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）装置２００を示す。図２に示すとおり、ＬＥＤ装置２００は、リードフレーム２１０と、リードフレーム２１０に電気的に接続されたＬＥＤチップ２２０と、ＬＥＤチップ２２０を封入すると共に粗面２４０を有するように構成された半球レンズ２３０とを含む。図３は、本発明の別実施形態に従った光抽出粗面構造を有するＬＥＤ装置３００を示す概略図である。図３に示すとおり、ＬＥＤ装置３００は図２のＬＥＤ装置２００の構造と同様の構造を有するが、図２のＬＥＤ装置２００のレンズ２３０が半球であるのに対し、図３のＬＥＤ装置３００のレンズ３１０が矩形である。同様に、図３のレンズ３１０もまた粗面３２０を有する。粗面２４０及び３２０は、０．１μｍから５０μｍまでの間の粗度を有する微細凹凸構造を有する。粗面２４０及び３２０は、ＬＥＤ装置２００及び３００の光抽出効率及び均一性をそれぞれ改善可能である。特には、図２に示すとおり、光がＬＥＤチップ２２０から放射されたとき、光が半球レンズ２３０の粗面２４０によってＬＥＤ装置２００の外に導かれる（図２の矢印Ｅ参照）。同様に、図３に示すとおり、光がＬＥＤチップ２２０から放射されたとき、光が半球レンズ３１０の粗面３２０によってＬＥＤ装置３００の外に導かれる（図３の矢印Ｅ’参照）。さらに、図２及び図３において、ＬＥＤチップ２２０をリードフレーム２１０にワイヤ（図示せず）を介して電気的に接続可能であるが、当該接続はワイヤに限定されない。別実施形態では、ＬＥＤチップ２２０を、フリップチップパッケージを使用してリードフレーム２１０に電気接続可能である。さらに、図２又は３に示したＬＥＤチップ２２０は１つだけ存在するが、本発明のＬＥＤ装置２００及び３００の各々が１又は複数のＬＥＤチップ２２０を実際に含むことも可能であることは明らかである。
【００１１】
図４Ａは、図２（すなわち、Ｃとして丸く囲んだ部分）の粗面２４０の一部を示す拡大図である。図４Ｂは、図３（すなわち、Ｄとして丸く囲んだ部分）の粗面３２０の一部を示す拡大図である。図４Ａ及び４Ｂから明らかに分かるように、粗面２４０及び３２０が複数の不規則にギザギザな（鋸歯）形状を有する。ＬＥＤチップ２２０が光を放射するとき、これら粗面上の不規則なギザギザ形状が、レンズ内に起こる全反射を減少させることを補助可能である。
【００１２】
図５は、本発明の実施形態に従ったＬＥＤ装置の製造フローチャートである。図５に示すとおり、ステップ５１０（チップ結合ステップ）において、ＬＥＤチップがリードフレーム上に配置される。ステップ５２０（ワイヤ結合ステップ）において、ＬＥＤチップが例えば金（Ａｕ）からなるワイヤを介してリードフレームに電気接続されてＬＥＤ装置の半仕上げ製品を形成する。ステップ５３０（接着剤注入及び封入ステップ）、半仕上げ製品が処理（粗面加工）されたモールド（金型）又はテンプレート内に配置された後、接着剤（ｇｌｕｅ）がモールド又はテンプレート内に注入されて熱硬化され、そして、最終製品がモールド又はテンプレートから取り出される。
【００１３】
図６Ａから６Ｄは、図５における製造プロセスの個別ステップを示す概略図である。図６Ａは、図５の個別ステップ５１０及び５２０を示す。図６Ａに示すとおり、ＬＥＤチップ６２０がリードフレーム６１０に配置され、ワイヤ６３０を介してリードフレーム６１０に電気接続されてＬＥＤ半仕上げ製品を形成する。図６Ｂから６Ｄは図５の個別ステップ５３０を示す。図６Ｂから６Ｄに示すとおり、図６Ａの（リードフレーム６１０、ＬＥＤチップ６２０及びワイヤ６３０から構成された）半仕上げ製品が、処理（粗面加工）されたモールド又はテンプレート６４０内部に配置される。モールド又はテンプレートは、不規則なギザギザ形状の内面６５０を有する（図６Ｂの丸く囲まれた拡大部分参照）。モールド又はテンプレート５４０が粗面加工された後、ギザギザ内面６５０が０．１μｍから５０μｍまでの間の粗度を有する微細粗目構造を有しうる。次に、図６Ｃに示すとおり、エポキシ又はシリコンのような接着剤がモールド又はテンプレート６４０内に注入され、そして、当該接着剤が加熱され硬化される。最後に、図６Ｄに示すとおり、最終製品がモールド又はテンプレート６４０から分離される。最終製品は、リードフレーム６１０、ＬＥＤチップ６２０、ワイヤ６３０及びレンズ６６０から構成され、レンズ６６０が接着剤の加熱によって硬化される。レンズは、モールド又はテンプレート６４０のギザギザ内面６５０から形成された不規則なギザギザ面６７０を有する（図６Ｄの丸く囲まれた拡大部参照）。また、ギザギザ面６７０は０．１μｍから５０μｍまでの間の微細粗目構造を有する。ギザギザ内面６５０が０．１μｍから５０μｍまでの間の粗度を有する微細粗目構造を有するように、モールド又はテンプレート６４０のギザギザ内面６５０はサンドブラスト、化学エッチング及び電気化学エッチングを使用して形成される。
【００１４】
図７は、本発明の別実施形態に従うＬＥＤ装置の製造フローチャートである。図７に示すとおり、ステップ７１０（チップ結合ステップ）において、ＬＥＤチップがリードフレームに配置される。ステップ７２０（ワイヤ結合ステップ）において、ＬＥＤチップが、例えば金（Ａｕ）からなるワイヤを介してリードフレームに電気接続される。ステップ７３０（接着剤ディスペンシング（散布）ステップ）において、接着剤ディスペンシングプロセスが実行される。ここでは、選択的に蛍光体を含む透明接着剤が完全にＬＥＤチップを封入すると共に部分的にワイヤを封入するようにＬＥＤチップ及びワイヤ上に被覆されて、ＬＥＤ装置の半仕上げ製品を形成する。ステップ７３０で使用される透明接着剤は、ＬＥＤチップ及びワイヤの保護層として構成可能である。また、ＬＥＤ装置が様々な波長で光を放射するように様々なタイプの蛍光体を必要とするとき、透明接着剤は蛍光体のキャリア層を固定するように構成可能である。透明接着剤をシリコンとすることができる。ステップ７４０（接着剤注入及び封入ステップ）では、半仕上げ製品が処理（粗面加工）されたモールド又はテンプレート内に配置された後、接着剤がモールド又はテンプレートに注入されて加熱される。そして、接着剤が加熱後に硬化すると、モールド又はテンプレートから最終製品が取り出される。図７においてＬＥＤチップ及びワイヤが選択的に蛍光体を含む透明接着剤で被覆される（すなわち、接着剤ディスペンシングステップ）以外は、図７の製造フローチャートは図５の製造フローチャートと近似している。
【００１５】
図８Ａは、図７の個別ステップ７１０から７３０を示す概略図である。図８Ｂは、図６Ｂの半仕上げ製品が同じモールド又はテンプレート６４０内に配置されていることを示す。図６Ａと比較すると、図８ＡのＬＥＤ装置の半仕上げ製品は、リードフレーム６１０、ＬＥＤチップ６３０チップ６２０、ワイヤ６３０、及び、選択的に蛍光体を含有する保護層８１０（及び／又はキャリア層）から構成可能である。図７では、ステップ７３０以外の全ステップが図５のステップと同じである。つまり、ステップ７１０がステップ５１０に対応し、ステップ７２０がステップ５２０に対応し、且つ、ステップ７４０がステップ５３０に対応する（図６Ｃ及び６Ｄ参照）。したがって、簡潔にするためにこれらステップをここに説明しない。図６Ａ及び８Ａが、１つのＬＥＤチップ６２０だけを有する各ＬＥＤ装置を示しているが、本発明のＬＥＤ装置が実際に１又は複数のＬＥＤチップ６２０を含むことができることが理解されよう。
【００１６】
本発明の他の実施形態では、処理（粗面加工）されたモールド又はテンプレートを必要としない。図９は本発明の別実施形態に従うＬＥＤ装置の製造フローチャートである。図９に示すとおり、ステップ９１０（チップ結合ステップ）において、ＬＥＤチップがリードフレームに配置される。ステップ９２０（ワイヤ結合ステップ）において、ＬＥＤチップが例えば金（Ａｕ）からなるワイヤを介してリードフレームに電気接続されてＬＥＤ装置の半仕上げ製品を形成する。ステップ９３０（接着剤ディスペンシングステップ）において、接着剤ディスペンシングプロセスが実行される。完全にＬＥＤチップを封入すると共に部分的にワイヤを封入するように、選択的に蛍光体を含む透明接着剤がＬＥＤチップ及びワイヤ上に被覆される。しかしながら、ステップ９３０は必須でなく、他の実施形態では省略可能である。ステップ９４０（接着剤注入及び封入ステップ）では、処理されていない内面を有するモールド又はテンプレート内に半仕上げ製品が配置された後、ギザギザ面を有さないレンズが上述した熱硬化ステップを使用することによって形成される。そして、最終製品がモールド又はテンプレートから取り出される。最終的に、ステップ９５０（表面粗加工ステップ）において、レンズの表面がエッチング又はインプリンティングのような手段で粗面加工され、これによって、不規則にギザギザな形状を有するレンズ面を形成する。粗面加工された後、レンズ表面は０．１μｍから５０μｍまでの粗度を有する微細粗目構造を有する。例えば、室温から約６０℃で約３０秒から約１時間の間、メチルベンゼンでレンズ表面のエッチングすることにより、所望の粗度を達成するようにエッチング手段を実行可能である。他方、例えば、レンズ表面にシリコンを選択的にプリンティング（印刷）し、約１５０℃で約３０分間それを硬化させることにより、所望の粗度を達成するようにインプリンティング手段を実行可能である。
【００１７】
本発明の方法にしたがって、同じ粗度の光抽出粗面構造を有するＬＥＤ装置を同時に量産可能である。
【００１８】
理解の目的のために図面に対応する好適な実施形態において本発明を説明したが、添付した特許請求の範囲内で、当該技術分野の当業者が任意の改変、置換、付加、及びこれらの組み合わせを実施可能であることは明らかである。すなわち、本実施形態は、限定でなく説明のために解釈されるべきであり、本発明はここに与えられた詳細に限定されないが、添付したクレームの範囲及び均等内で改変可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
2012527110.tif 000009
【図６Ｂ】
2012527110.tif 000010
【図６Ｃ】
2012527110.tif 000011
【図６Ｄ】
2012527110.tif 000012
【図７】
2012527110.tif 000013
【図８Ａ】
2012527110.tif 000014
【図８Ｂ】
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【図９】
2012527110.tif 000016
【国際調査報告】
2012527110.tif 000017
2012527110.tif 000018
2012527110.tif 000019
2012527110.tif 000020