JP5214795B2 - 発光ダイオードパッケージのレンズ製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、発光ダイオードパッケージのレンズ製造方法に関し、特に、液相樹脂を仮硬化させてゲル状態とした後、それを最終的なレンズ形状に硬化させてレンズを設ける発光ダイオードパッケージのレンズ製造方法に関する。
発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）は、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＧａＩｎＰなどの化合物半導体（ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）材料に変更を加えて発光源を構成することによって、多様な色の光を発することのできる半導体素子を言う。
従来、低輝度の汎用製品であったＬＥＤ素子は、近年の飛躍的な半導体技術の発展に伴い、高輝度で高品質の製品の生産を可能とするまでに発展を遂げた。また、高特性である青色及び白色ＬＥＤが現実化されるにつれて、ＬＥＤはディスプレイ及び次世代照明源等へとその応用価値をますます拡大させている。バックライトユニット（ｂａｃｋ ｌｉｇｈｔ ｕｎｉｔ）用ＬＥＤ及び照明用ＬＥＤの製品は、発光部のレンズを必要とし、そのレンズとは、光を透過し、且つ拡大する役割と、パッケージング作用によって発光チップ及び電極を保護する役割の二つの役割を果たす。
前記レンズの成形時に使われる樹脂は、熱硬化性樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂などが使われる。これらの樹脂を用いた従来のレンズ成形方法としては、レンズアタッチ方法、射出成形（ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍｏｌｄｉｎｇ）方法、圧縮成形（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍｏｌｄｉｎｇ）方法などがある。
しかしながら、前記レンズアタッチ方法によれば、成形されたレンズを封止剤上に結合して光透過率に優れたレンズを得ることができるが、樹脂の損失率が大きい上に、生産単価が高いといった不都合があった。
また、前記射出成形方法によれば、レンズ形状の金型に樹脂を注入した後、それを硬化させてレンズを成形することによって、樹脂の損失率を低くすることができるといった長所を有するが、樹脂の内部に気泡が生じてしまい、それが量産性を低下させるといった不都合があった。
また、前記圧縮成形方法は、レンズ形状に加工された金型に樹脂を注入した後、ＬＥＤの装着された基板を密着させて樹脂を硬化させ、レンズを成形することによって、樹脂の損失率を低減することができるが、薄い樹脂層が基板と共に設けられるため、パッケージのサイズが大きい場合には、集積度が減少して、生産性が低下するといった不都合があった。即ち、樹脂を用いたレンズ成形においては、従来のレンズアタッチ方法、射出成形方法などでは生産性及び歩留まりに限界があり、新たなレンズ成形手法の開発が早急に求められていた。
従って、本発明は上記の問題点に鑑みて成されたものであって、本発明は、液相樹脂を多段階に硬化させ、最終的なレンズの形状を自由に具現することによって、材料の損失を減らして作製単価を低減することができ、また、追加の設備投資を必要としない単純な工程によって生産性を向上させることのできる発光ダイオードパッケージのレンズ製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、発光チップの実装された基板を備えるステップと、前記基板上に前記発光チップを覆う仮硬化樹脂を設けるステップと、前記仮硬化樹脂をレンズ形状に硬化させるステップとを含む発光ダイオードパッケージのレンズ製造方法が提供される。ここで、前記仮硬化樹脂は、液相樹脂が仮硬化してゲル状に変化したものである。
また、前記基板上に前記発光チップを覆う仮硬化樹脂を設ける前記ステップは、前記基板上に、前記発光チップを内部に収容し樹脂注入空間を備えた第１の金型を取り付けるステップと、前記第１の金型の内部に液相樹脂を注入するステップと、前記液相樹脂を仮硬化させ、仮硬化樹脂を設けるステップと、前記第１の金型を前記仮硬化樹脂から分離するステップとを含むことが望ましい。
また、前記第１の金型は、異形材料からなることができる。また、前記第１の金型は、テフロン（登録商標）樹脂からなることができる。また、前記液相樹脂は、熱硬化性樹脂を用いることができ、前記熱硬化性樹脂は、シリコン樹脂またはエポキシ樹脂を用いることができる。また、前記仮硬化樹脂をレンズ形状に硬化させる前記ステップは、前記仮硬化樹脂上にレンズ形状に加工された第２の金型を圧着させるステップと、前記仮硬化樹脂を硬化させ、レンズを設けるステップと、前記第２の金型を該レンズから分離するステップとを含むことが望ましい。
前述のように、本発明による発光ダイオードパッケージのレンズ製造方法によれば、液相樹脂を第１の金型に注入した後、それを完全硬化させずに仮硬化させ、ゲル状態の仮硬化樹脂として形成した後、その仮硬化樹脂を最終的なレンズ形状に加工された第２の金型で圧着してから完全に硬化させることによって、追加の設備の投資なしに、仮硬化された樹脂上に圧着される第２の金型の加工形態によって、レンズを所望の形状に自由に具現することができるという効果を奏する。
また、本発明によれば、第１の金型を用いて樹脂の定量を容易に制御することによって、材料の損失率を最小にして製作単価を削減することができ、樹脂を多段階硬化させてレンズを製造することによって、製造工程を単純化でき、生産性を向上させることができるという効果を奏する。
さらに、本発明によれば、発光チップが設けられる基板の種類などに関わらず、全てのタイプの発光ダイオードパッケージに適用可能であるという長所を有する。
本発明のさらに他の目的、本発明によって得られる利点は、以下において図面を参照して説明される実施の形態によってより一層明らかにされるであろう。
以下、図１〜図８を参照して、本発明の実施の形態による発光ダイオードパッケージのレンズ製造方法について詳細に説明する。図１〜図８は各々、本発明の実施の形態による発光ダイオードパッケージのレンズ製造方法を説明するために順に示した工程断面図である。
本発明の実施の形態による発光ダイオードパッケージのレンズ製造方法においては、まず、図１に示すように、発光チップ１３０が実装された基板１１０を備える。発光チップ１３０が設けられる基板１１０は、リードフレームタイプなどで構成することができ、これは、パッケージモールド１２０内にその一部分が挿入モールドされて固定されることができる。ここで、発光チップ１３０は、ＧａＮ系列の発光チップなどが用いられてもよく、その構成は、Ｐ型電極及びＮ型電極の両方が上面に設けられた水平型構造、またはＰ型電極及びＮ型電極が上下両面にそれぞれ設けられた垂直型構造などであってもよい。
発光チップ１３０が水平型構造である場合、図１に示すように、発光チップ１３０の上面に備えられる各々の電極（図示せず）は、ボンディングワイヤ１４０を介して基板１１０と電気的に接続されることができる。ボンディングワイヤ１４０は、金（Ａｕ）から成るものが一般的である。続いて図２に示すように、発光チップ１３０が内部に収容され、樹脂注入空間２００ａの設けられた第１の金型２００を基板１１０上に取り付ける。この時、第１の金型２００は、液相樹脂１５０を注入するため、上部が一定の大きさで開口されていることが望ましい。
第１の金型２００の樹脂注入空間２００ａは、最終的に求めるレンズ（図７の符号１５０ｂ参照）の体積と同一体積を有することが望ましい。第１の金型２００は、異形性に優れた材料、例えばテフロン（登録商標）樹脂などから形成することができる。
次に、図３に示すように、第１の金型２００の内部、即ち樹脂注入空間２００ａに液相樹脂１５０を注入し、発光チップ１３０を覆う。ここで、液相樹脂１５０には、シリコン樹脂またはエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることができる。
本発明の実施の形態による発光ダイオードパッケージのレンズ製造方法では、前述のように、レンズ１５０ｂの体積と同一の樹脂注入空間２００ａを有する第１の金型２００内に液相樹脂１５０を注入することによって、注入される液相樹脂１５０の定量制御を容易に行うことができる。従って、本発明の実施の形態によれば、樹脂などの材料の損失を最小化でき、発光ダイオードパッケージの作製単価を下げることができるという長所がある。
次に、図４に示すように、液相樹脂１５０を仮硬化させ、仮硬化樹脂１５０ａを設ける。その仮硬化樹脂１５０ａは、液相樹脂１５０が完全硬化しないで仮硬化され、ゲル状態に変化したものである。続いて、図５に示すように、仮硬化樹脂１５０ａから第１の金型２００を分離させる。前述のように、ゲル状に変化した仮硬化樹脂１５０ａは、ハンドリング（ｈａｎｄｌｉｎｇ）が容易であり、異形性にも優れるため、仮硬化樹脂１５０ａから第１の金型２００を分離しても、その形状が変わることなくそのまま保持されるようになる。
次に、図６に示すように、仮硬化樹脂１５０ａの上部に、具現したいレンズ形状に加工された第２の金型３００を備える。それを図７に示すように、仮硬化樹脂１５０ａ上に第２の金型３００を圧着させて仮硬化樹脂１５０ａを硬化させ、レンズ１５０ｂを設ける。仮硬化樹脂１５０ａをレンズ１５０ｂの形状に完全硬化させた後で、図８に示すように、レンズ１５０ｂから第２の金型３００を分離する。
前述のように、本発明の実施の形態による発光ダイオードパッケージのレンズ製造方法によれば、液相樹脂１５０を第１の金型２００に注入し、それを仮硬化させてゲル状態とした後、それを最終レンズ形状の第２の金型３００で圧着してから、それを完全硬化させ、レンズ１５０ｂを設けることができる。これによって、設備投資を追加することなしに、仮硬化した樹脂１５０ａ上に圧着される第２の金型３００の加工形態によって、所望の形状のレンズ１５０ｂを自由に具現することができる。
さらに、液相樹脂１５０の硬化の程度を調節する多段階硬化によりレンズ１５０ｂを所望の形状に作製することによって、製造工程を単純化でき、生産性を向上させることができるというメリットがある。
今回開示された実施の形態は例示に過ぎず、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、前記した実施の形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１１０ 基板
１２０ パッケージモールド
１３０ 発光チップ
１４０ ボンディングワイヤ
１５０ 液相樹脂
１５０ａ 仮硬化樹脂
１５０ｂ レンズ
２００ 第１の金型
２００ａ 樹脂注入空間
３００ 第２の金型
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- 発光チップの実装された基板を備えるステップと、
前記基板上に、前記発光チップを内部に収容し、樹脂注入空間が備えられた第１の金型を取り付けるステップと、
前記第１の金型の内部に液相樹脂を注入するステップと、
前記液相樹脂を仮硬化させ、仮硬化樹脂を設けるステップと、
前記第１の金型を前記仮硬化樹脂から分離するステップと、
前記仮硬化樹脂上に、レンズ形状の第２の金型を圧着するステップと、
前記仮硬化樹脂をレンズ形状に硬化させるステップと、
前記第２の金型を前記仮硬化樹脂から分離するステップと、
を含むことを特徴とする発光ダイオードパッケージのレンズ製造方法。 - 前記第１の金型が、異形材料からなる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のレンズ製造方法。
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