JP2019087715A - Ｌｅｄパッケージ - Google Patents

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Abstract

【課題】波長変換パネルを含むＬＥＤパッケージを提供する。【解決手段】本発明のＬＥＤパッケージは、キャビティが形成されたリフレクタと、リフレクタのキャビティの下側空間に配置されたＬＥＤチップと、下部ガラス、上部ガラス、及び下部ガラスと上部ガラスとの間に介在する波長変換シートを含んでリフレクタのキャビティの上側空間に配置された波長変換パネルと、下部ガラスの側面及び上部ガラスの側面に形成されて波長変換パネルとリフレクタとを連結するシーリング部と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、ＬＥＤパッケージに関し、より詳しくは、波長変換パネルを含むＬＥＤパッケージに関する。
ディスプレイ又は照明などでＬＥＤを多様に応用するために、ＬＥＤから出た光の波長を変換する多様な種類の波長変換材料が用いられている。波長変換材料として蛍光体（ｐｈｏｓｐｈｏｒ）が用いられており、近年は、サイズや形状に応じて多様な波長の光を発することができるＱＤ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔ）の利用が増加している。ＱＤをＬＥＤの波長変換材料として用いるために、通常、樹脂（ｐｏｌｙｍｅｒ）にＱＤを混合し、これをシート状に形成したものをＱＤシートという。ＱＤ又は水分に脆弱な蛍光体を保護するために、シートの表面に多数層の保護層を形成する。しかし、これは、保護層を複数回コーティングする必要があるので、製造単価が高く、ＱＤや蛍光体への湿気から保護するのに限界があった。また、ＱＤシート又は蛍光体シートが、高熱の発生を伴うＬＥＤに隣接して配置されるので、熱に脆弱なＱＤシート又は蛍光体シートが損傷するという問題がある。これに対して、従来は、ＱＤシート又は蛍光体シートを、一対のガラスの板又はフィルム（以下、ガラスと称する）の間に介在させて用いる技術が提案された。しかし、この技術は、一対のガラスの間のギャップを密封するので、ＬＥＤの動作時に発生してＱＤ又は蛍光体に伝達される熱が、一対のガラスの間から外部にうまく放出できず、信頼性が低下するという短所を有する。このため、従来技術は、ＬＥＤの収容空間が完全に密閉されて、熱がうまく放出されないＬＥＤパッケージへの適用が難しいという短所を有する。これにより、以前はＱＤシートを大面積に製作して使用するのにとどまり、局所領域を担当するパッケージへの適用が難しかった。一方、近年、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）タイプのＬＥＤッケージが多く用いられているが、既存のＣＳＰタイプのＬＥＤパッケージは、ＬＥＤチップから出た光のうち外部に抽出できずに損失する量が多いという問題を有する。また、上述したＱＤを適用したＬＥＤパッケージの具現が難しい。
特開２０１１−４０７２４号公報 国際公開第２０１５／０２０２０５号
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、水分や熱に脆弱なＱＤ又は蛍光体を含む波長変換材料をシート形態で含み、波長変換材料をＬＥＤチップの動作時に発生した熱や水分から保護できるように構成されたＬＥＤパッケージを提供することにある。
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様によるＬＥＤパッケージは、キャビティが形成されたリフレクタ（ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）と、前記リフレクタのキャビティの下側空間に配置されたＬＥＤチップと、下部ガラス、上部ガラス、及び前記下部ガラスと上部ガラスとの間に介在する波長変換シートを含んで前記リフレクタのキャビティの上側空間に配置された波長変換パネルと、前記下部ガラスの側面及び前記上部ガラスの側面に形成されて前記波長変換パネルと前記リフレクタとを連結するシーリング部と、を備えることを特徴とする。
前記リフレクタは、内壁面に形成された段差を含み、前記波長変換パネルは、前記段差に接して支持され得る。
前記リフレクタの内壁面は、前記波長変換パネルが載置された第１段差と、前記第１段差につながって前記第１段差の下部に形成され、前記シーリング部が充填された第２段差と、を含み得る。
前記波長変換パネルは、前記波長変換シートの側面が前記下部ガラスの側面及び前記上部ガラスの側面よりも内側に陥没して形成されたリセスを含み、前記シーリング部の一部は、前記リセス内に充填され得る。
前記シーリング部は、前記リフレクタの内壁面と前記波長変換パネルとの間のギャップにパウダー状、液状、又はゲル状に充填された熱伝導性メタルが固相化されて形成され得る。
前記ＬＥＤパッケージは、前記リフレクタ及び前記シーリング部を覆うように形成されて、前記リフレクタと前記シーリング部とを一体化するめっき層をさらに含み得る。
前記波長変換パネルは、前記波長変換シートの側面が前記下部ガラスの側面及び前記上部ガラスの側面よりも内側に陥没して形成されたリセスと、前記リセスにおいて前記波長変換シートの側面と前記シーリング部との間に位置する側面密封部とをさらに含み得る。
前記ＬＥＤチップは、前記リフレクタのキャビティの下側空間に配置された状態で前記ＬＥＤチップの上面及び側面を覆う樹脂材反射壁によって前記リフレクタと一体化され得る。
前記ＬＥＤチップは、前記リフレクタの下端の開放部を介して下部に露出した一対の電極パッドを含み得る。
前記樹脂材反射壁は、非結晶性球状シリカ材料と樹脂とを混合した材料が前記リフレクタのキャビティの下側空間に注入された後に硬化させて形成されていることが好ましい。
前記リフレクタの下部壁は、内側面が上方から下方に向かって収斂する傾斜面を成すように形成され得る。
前記波長変換シートに含まれる波長変換材料は、ＱＤ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔ）を含み得る。
前記シーリング部は、前記波長変換パネルが前記リフレクタの高さの中間の位置に水平に配置されるときに、前記波長変換パネルの側面と前記リフレクタの上部壁の内側面との間に生じたギャップに液状、ゲル状、又はパウダー状に充填されたメタルが固相化されて形成され得る。
前記シーリング部は、金属又は金属性質を含む材質で形成されていることが好ましい。
本発明によるＬＥＤパッケージは、ＱＤのように水分や熱に脆弱な波長変換材料を含む波長変換シートが放熱特性の悪い一対のガラス間に配置されるのにもかかわらず、水分から波長変換材料を保護することはもちろん、ＬＥＤチップの動作時に発生した熱から波長変換材料が保護されるという長所を有する。また、本発明によるＬＥＤパッケージは、既存のＣＳＰ型ＬＥＤパッケージに比べて１５％以上に光抽出効率が向上するという効果を奏する。
本発明の一実施形態によるＬＥＤパッケージを示す平面図である。 図１のＬＥＤパッケージを示す底面図である。 図１及び図２のＬＥＤパッケージを示す断面図である。 本発明の他の実施形態によるＬＥＤパッケージを示す断面図である。 本発明の更に他の実施形態によるＬＥＤパッケージを示す断面図である。
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
図１〜図３は、本発明の一実施形態によるＬＥＤパッケージを説明するための図である。図１は、本発明の一実施形態によるＬＥＤパッケージを示す平面図であり、図２は、図１のＬＥＤパッケージを示す底面図であり、図３は、図１及び図２のＬＥＤパッケージを示す断面図である。
図１〜図３を参照すると、本発明の一実施形態によるＬＥＤパッケージは、キャビティが形成され、その内壁面に沿って内壁面の高さの中間の位置に段差１２（以下、「第１段差」という）がリング状に形成されたメタルから成るリフレクタ１０と、第１段差１２に支持されるようにリフレクタ１０の内側上部空間、即ち、キャビティの上側空間に配置された波長変換パネル２０と、リフレクタ１０の内側下部空間、即ち、キャビティの下側空間に収容され、波長変換パネル２０の下部に置かれたＬＥＤチップ３０と、リフレクタ１０の内側下部空間に形成された状態でＬＥＤチップ３０の上面及び側面を覆う樹脂材反射壁４０と、を含む。
また、本発明の一実施形態によるＬＥＤパッケージは、波長変換パネル２０の縁部を覆うように形成されて、内部波長変換材料側への水分浸透を防止し、波長変換パネル２０とメタルのリフレクタ１０とを熱的に連結するメタルのシーリング部（以下、「メタルシーリング部」という）６０を含む。
メタルのリフレクタ１０は、熱伝導性及び反射性の良いメタル材料、好ましくは、ニッケル、クロム、銀、アルミニウム、金、銅、亜鉛、スズ、白金、又は鉛などのメタル材料、又はこれらのうちの少なくとも一つを含むメタル材料で形成される。また、メタルのリフレクタ１０は、第１段差１２を基準にしてキャビティが、上側空間と下側空間とに区分される。上側空間は、第１段差１２の外側コーナーから上方に垂直に延長された上部壁１３によって取り囲まれた空間であり、下側空間は、第１段差１２の内側コーナーから下方に傾斜するように延長された下部壁１４によって取り囲まれた空間である。
また、第２段差１２１が、第１段差１２につながって第１段差１２の下部に形成される。より具体的に、第２段差１２１は、第１段差１２の内側コーナーと下部壁１４の上端との間の境界に沿って形成される。第１段差１２の上部表面及び第２段差１２１の上部表面は水平面であることが好ましい。なお、第２段差は省略されることもあり得る。
波長変換パネル２０は、透光性を有する下部ガラス２１ａ及び上部ガラス２１ｂと、下部ガラス２１ａと上部ガラス２１ｂとの間にサンドイッチ式で介在する波長変換シート２２とを含む。このとき、波長変換シート２２は、粒子のサイズや形状に応じて異なる波長の光を放出する特性を有するＱＤを樹脂と混合して成形されたＱＤシートである。代替的に、波長変換シート２２として、蛍光体シート又は他の波長変換材料を含む他の任意のシートが用いられてもよい。
下部ガラス２１ａの上面と波長変換シート２２の底面との間、及び上部ガラス２１ｂの底面と波長変換シート２２の上面との間に１次固形分ポリマーが適用された後に溶融されて、下部ガラス２１ａと上部ガラス２１ｂとの間に波長変換シート２２が一体化された波長変換パネル２０が製作される。１次固形分には、ガラス封止材、エポキシ、又はシリコーンを含む材料が利用可能である。
また、波長変換シート２２は、下部ガラス２１ａの面積及び上部ガラス２１ｂの面積よりも小さい面積を有するので、波長変換シート２２の側面が下部ガラス２１ａの側面及び上部ガラス２１ｂの側面よりも内側に陥没した形状に形成されたリセス２０１が波長変換パネル２０の縁部に沿って形成される。
波長変換パネル２０は、第１段差１２によって水平に配置される。このとき、波長変換パネル２０、より具体的には、下部ガラス２１ａの下部面の縁部領域が第１段差１２に接しており、波長変換パネル２０の側面とメタルのリフレクタ１０の上部壁１３との間にはギャップが存在する。
このとき、波長変換パネル２０の波長変換シート２２の側面は、リフレクタ１０の上部壁１３とギャップを介して向き合っている。また、第１段差１２に形成された第２段差１２１により、波長変換パネル２０の下部面の一部領域と第１段差１２との間にもギャップが形成される。
上述したように、ＬＥＤチップ３０は、リフレクタ１０の下部が開放された内側下部空間に収容され、波長変換パネル２０の下部に置かれる。また、ＬＥＤチップ３０は、リフレクタ１０の内側下部空間に形成された状態でＬＥＤチップ３０の上面及び側面を覆う樹脂材反射壁４０によってリフレクタ１０と一体化されている。樹脂材反射壁４０は、非結晶性球状シリカ材料と樹脂とを混合して形成された白色樹脂をリフレクタ１０の内側下部空間に注入した後に硬化させて形成されたホワイトウォール（ｗｈｉｔｅ ｗａｌｌ）である。ＬＥＤチップ３０は、例えば、青色ＬＥＤチップ又は紫外線ＬＥＤチップのように短波長の光を発するＬＥＤチップである。また、ＬＥＤチップ３０は、下部に互いに異なる極性を有する一対の電極パッド（３１ａ、３１ｂ）を有するフリップチップ型ＬＥＤチップであることが好ましい。一対の電極パッド（３１ａ、３１ｂ）は、リフレクタ１０の下端の開放部を介して外部に露出し、従って、本実施形態によるＬＥＤパッケージをＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）上に実装するとき、一対の電極パッド（３１ａ、３１ｂ）はＰＣＢ上の各電極にボンディングされる。一対の電極パッド（３１ａ、３１ｂ）の底面と、リフレクタ１０の底面及び樹脂材反射壁４０の底面とが同一の高さにあり、これは、ＬＥＤチップ３０から出た光がリフレクタ１０の底側を介して外部に漏れる現象を防止する。
波長変換シート２２に含まれるＱＤ又は蛍光体は、ＬＥＤチップから放出された光を波長変換して放出する。リフレクタ１０の下部壁１４は、樹脂材反射壁４０が容易に抜け出さない下側空間を形成するために、内側面が上方から下方に向かって収斂する傾斜面を成すように形成される。
一方、メタルシーリング部６０は、メタルのリフレクタ１０の内壁面と、メタルのリフレクタ１０の第１段差１２に支持された波長変換パネル２０との間のギャップに液状（又はペースト状）又はパウダー状で充填された熱伝導性メタルが固相に固まって形成されるシーリング部材であって、波長変換パネル２０の縁部のリセス２０１を埋めるように下部ガラス２１ａ及び上部ガラス２１ｂの各側面に接して形成され、波長変換パネル２０の縁部を覆う一方、メタルのリフレクタ１０の上部壁１３の内側面に接するように形成される。このように形成されたメタルシーリング部６０により、波長変換パネル２０に伝達された熱がメタルシーリング部６０及びメタルのリフレクタ１０を経て外部に速く放出される。Ｐｔペーストがメタルシーリング部６０を形成するための材料として有利に利用可能である。代替的に、メタルシーリング部６０を形成するためのメタル材料としては、ニッケル、クロム、銀、アルミニウム、金、銅、亜鉛、スズ、白金、又は鉛などのメタル材料、又はこれらのうちの少なくとも一つを含むメタル材料が利用可能である。
また、メタルシーリング部６０は、第１段差１２の内側コーナーと下部壁１４の上端との間の境界に形成された第２段差１２１に充填されて形成された充填部６２を含むので、より放熱性能に優れ、リフレクタ１０に対する結合性能に優れている。
本実施形態によるＬＥＤパッケージは、上述したように、下部ガラス２１ａと上部ガラス２１ｂとの間のギャップを埋めるように波長変換パネル２０の縁部を覆い、波長変換パネル２０とメタルリフレクタ１０とを熱的に連結するメタルシーリング部６０によって、波長変換パネル２０内の波長変換シート２２に含まれるＱＤなどの波長変換材料の熱的損傷を防止することができ、また、透水分率（ＷＶＴＲ）をゼロ化することができる。また、反射性の良いメタルのリフレクタ１０及び樹脂材反射壁４０によって光抽出効率を大きく（１５％以上）高めることができる。
図４は、本発明の他の実施形態によるＬＥＤパッケージを示す断面図である。
図４を参照すると、本発明の他の実施形態によるＬＥＤパッケージは、キャビティが形成され、キャビティの内壁面に沿って内壁面の高さの中間の位置に第１段差１２がリング状に形成されたメタルのリフレクタ１０と、第１段差１２に支持されるようにリフレクタ１０の内側上部空間に配置された波長変換パネル２０と、リフレクタ１０の内側下部空間に収容され、波長変換パネル２０の下部に置かれたＬＥＤチップ３０と、リフレクタ１０の内側下部空間に形成された状態でＬＥＤチップ３０の上面及び側面を覆う樹脂材反射壁４０と、を含み、メタルのリフレクタ１０及びメタルシーリング部６０を全て覆うように形成されて、メタルのリフレクタ１０とメタルシーリング部６０とを一体化するメタルめっき層７０をさらに含む。
メタルのリフレクタ１０及びメタルシーリング部６０はいずれもめっき性の良いメタル材料からなるので、メタルのリフレクタ１０及びメタルシーリング部６０を共に覆うようにメタルめっき層７０が容易に形成される。メタルめっき層７０がメタルのリフレクタ１０及びメタルシーリング部６０上で一つの層をなして形成されるので、メタルのリフレクタ１０とメタルシーリング部６０とがより確実に一体化されて結合される。
図５は、本発明の更に他の実施形態によるＬＥＤパッケージを示す断面図である。
本実施形態によると、波長変換パネル２０は、上述した各実施形態と同様に、透光性を有する下部ガラス２１ａ及び上部ガラス２１ｂと、下部ガラス２１ａと上部ガラス２１ｂとの間にサンドイッチ式で介在する波長変換シート２２とを含む。また、波長変換シート２２が下部ガラス２１ａの面積及び上部ガラス２１ｂの面積よりも小さい面積を有するので、波長変換シート２２の側面が下部ガラス２１ａの側面及び上部ガラス２１ｂの側面よりも内側に陥没した形状に形成されたリセス２０１が波長変換パネル２０の縁部に沿って形成される。
また、下部ガラス２１ａの上面と波長変換シート２２の底面との間、及び上部ガラス２１ｂの底面と波長変換シート２２の上面との間に１次固形分ポリマーのみが適用された後に溶融されて、下部ガラス２１ａと上部ガラス２１ｂとの間に波長変換シート２２が一体化される一方、２次固形分ポリマーを上述したリセス２０１に予め注入した後で溶融及び硬化させて形成された樹脂材側面密封部８０が波長変換シート２２の側面に向き合うように形成される。リセス２０１内で波長変換シート２２の側面に向き合うように形成された樹脂材側面密封部８０は、メタルシーリング部６０と波長変換シート２２の側面との間でメタルシーリング部６０に伝達された熱が再び波長変換シート２２に流れることを防止するのに寄与する。
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
１０ リフレクタ
１２ （第１）段差
１３ 上部壁
１４ 下部壁
２０ 波長変換パネル
２１ａ 下部ガラス
２１ｂ 上部ガラス
２２ 波長変換シート
３０ ＬＥＤチップ
３１ａ、３１ｂ 電極パッド
４０ 樹脂材反射壁
６０ メタルシーリング部
６２ 充填部
７０ メタルめっき層
８０ 樹脂材側面密封部
１２１ 第２段差
２０１ リセス

Claims (14)

  1. キャビティが形成されたリフレクタと、
    前記リフレクタのキャビティの下側空間に配置されたＬＥＤチップと、
    下部ガラス、上部ガラス、及び前記下部ガラスと上部ガラスとの間に介在する波長変換シートを含んで前記リフレクタのキャビティの上側空間に配置された波長変換パネルと、
    前記下部ガラスの側面及び前記上部ガラスの側面に形成されて前記波長変換パネルと前記リフレクタとを連結するシーリング部と、を備えることを特徴とするＬＥＤパッケージ。
  2. 前記リフレクタは、内壁面に形成された段差を含み、
    前記波長変換パネルは、前記段差に接して支持されることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
  3. 前記リフレクタの内壁面は、前記波長変換パネルが載置された第１段差と、前記第１段差につながって前記第１段差の下部に形成され、前記シーリング部が充填された第２段差と、を含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
  4. 前記波長変換パネルは、前記波長変換シートの側面が前記下部ガラスの側面及び前記上部ガラスの側面よりも内側に陥没して形成されたリセスを含み、
    前記シーリング部の一部は、前記リセス内に充填されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
  5. 前記シーリング部は、前記リフレクタの内壁面と前記波長変換パネルとの間のギャップにパウダー状、液状、又はゲル状に充填された熱伝導性メタルが固相化されて形成されたことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
  6. 前記リフレクタ及び前記シーリング部を覆うように形成されて、前記リフレクタと前記シーリング部とを一体化するめっき層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
  7. 前記波長変換パネルは、前記波長変換シートの側面が前記下部ガラスの側面及び前記上部ガラスの側面よりも内側に陥没して形成されたリセスと、前記リセスにおいて前記波長変換シートの側面と前記シーリング部との間に位置する側面密封部と、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
  8. 前記ＬＥＤチップは、前記リフレクタのキャビティの下側空間に配置された状態で前記ＬＥＤチップの上面及び側面を覆う樹脂材反射壁によって前記リフレクタと一体化されたことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
  9. 前記ＬＥＤチップは、前記リフレクタの下端の開放部を介して下部に露出した一対の電極パッドを含むことを特徴とする請求項８に記載のＬＥＤパッケージ。
  10. 前記樹脂材反射壁は、非結晶性球状シリカ材料と樹脂とを混合した材料が前記リフレクタのキャビティの下側空間に注入された後に硬化させて形成されたことを特徴とする請求項８に記載のＬＥＤパッケージ。
  11. 前記リフレクタの下部壁は、内側面が上方から下方に向かって収斂する傾斜面を成すように形成されていることを特徴とする請求項８に記載のＬＥＤパッケージ。
  12. 前記波長変換シートに含まれる波長変換材料は、ＱＤ（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔ）を含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
  13. 前記シーリング部は、前記波長変換パネルが前記リフレクタの高さの中間の位置に水平に配置されるときに前記波長変換パネルの側面と前記リフレクタの上部壁の内側面との間に生じたギャップに、液状、ゲル状、又はパウダー状に充填されたメタルが固相化されて形成されたことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
  14. 前記シーリング部は、金属又は金属性質を含む材質で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
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