JP4637668B2 - 発光ダイオードパッケージ構造、冷陰極蛍光ランプおよびその光輝性材料 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）パッケージ構造に関し、特に光輝性拡散材料を特徴とするＬＥＤパッケージ構造に関する。

近年ＬＥＤ発光効率が向上し続けるのに伴い、高速応答スキャナ光源、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）バックライト光源、自動車計器盤照明、信号機、照明装置全般等の分野で、次第に蛍光ランプや白熱灯からＬＥＤへ移行されてきた。従来の電球に比べて、コンパクトなサイズ、耐久性、低電圧／電流駆動、破損耐性、照明中のゼロ熱放射、水銀無使用（したがって環境汚染無し）および高発光効率（省エネルギー）等の特徴のため、ＬＥＤは絶対的な優位性を持つ。今日の生産技術と適用性を考えると、ＬＥＤの種々の照明色の中でも白色ＬＥＤが、最も注目されている。

白色光は複数色の光を混合した光である。人間の目に可視の白色光は少なくとも二色の異なる波長の光を含む。例えば、青色光と黄色光は混合すると二重波長の白色光を形成し、また赤色光、緑色光と青色光は混合すると三重波長の白色光を形成する。現在、白色ＬＥＤ作成には三種類の方法がある。第一の方法は、いわゆる三重波長方法であり、ここではＬＥＤチップセットは赤色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップ、および青色ＬＥＤチップを含む。三つのチップを通過する各電流を調整することで、均一な白色光が形成される。このモードの特徴はより高い生産コストを伴う高発光効率である。第二の方法は、いわゆる二重波長方法であり、ここではＬＥＤチップセットは青色ＬＥＤチップおよび黄色ＬＥＤチップを含む。二つのチップの各電流を調整することで、均一な白色光が形成される。この方法の特徴は良好な発光効率とより安価な生産コストである。更に第三の方法では、青色ＬＥＤで形成した青色光と、励起青色光で形成した黄色光より形成された黄色蛍光体を混合して、白色光を形成する。第三モードの特徴はより簡易な生産工程、より低い発光効率と、より安価なコストである。したがって、現在大部分の白色ＬＥＤは第三の方法で作られる。すなわち、白色光は青色光と青色光で励起された黄色蛍光体を使って形成する。

図１は従来の白色ＬＥＤパッケージ構造の概略図である。図１によると従来の白色ＬＥＤパッケージ構造は、主としてパッケージリードピン１００、青色ＬＥＤチップ１０２、内部カプセルの材料１０４、および外部カプセルの材料１０６を含み、ここでは、青色ＬＥＤチップ１０２はパッケージリードピン１００上に配列され、２本のはんだワイヤ１０８を介してパッケージリードピン１００に電気的に接続される。内部カプセルの材料１０４は黄色蛍光体を含み、青色ＬＥＤチップ１０２を被覆する。外部カプセルの材料１０６は、パッケージリードピン１００、青色ＬＥＤチップ１０２、および内部カプセルの材料１０４の一部を被覆するために使用される。前述の白色ＬＥＤの作成には、青色ＬＥＤチップ１０２により放出された青色光を使用して、内部カプセルの材料１０４を励起し、青色光と黄色光により混合された二重波長の白色光を形成する。

図２はその他の従来の白色ＬＥＤパッケージ構造の概略図である。図１と比較して白色ＬＥＤの主な改善点は、内部カプセルの材料１０４を被覆するために適用した追加拡散層１１０である。拡散層１１０は透明な微粒子または気泡を拡散した透明な接着剤を含む。拡散層１１０内の透明な微粒子または気泡が光線を繰り返し反射するため、混合光の色調をより均一にすることが可能である。

しかしながら、より良好な光混合効果を得るためには、上記の内部カプセルの材料１０４上の蛍光粉末、および拡散層１１０内の透明な微粒子または気泡のサイズと拡散濃度は、良く適合させる必要がある。光混合効果に影響を及ぼす因子が多すぎるため、光混合効果をある程度生成、制御することは事実上困難である。

上記のＬＥＤパッケージ構造をより詳しく理解するために、ＵＳ（米国）特許ＰＮ５，９９８，９２５とＲＯＣ（台湾）特許ＰＮ３８３５０８を参考として使用する。

このように本発明の目的は、ＬＥＤパッケージ構造を備え、更にその光混合効果を促進することである。

このように本発明は冷陰極蛍光ランプを備え、ここでは、光輝性材料（ＰＬ材料）が従来の蛍光層および拡散層を置き換えるために使用され、その光混合効果を促進する。

このように本発明は、従来の蛍光粉末と異なり、ＬＥＤパッケージ構造と冷陰極蛍光ランプがより良好な光混合効果を生成するのに適切なＰＬ材料を備える。

本発明は、キャリヤ、ＬＥＤチップ、カプセルの材料、およびＰＬ材料を主として含むＬＥＤパッケージ構造を備え、ここでは、ＬＥＤチップは光線を放出するキャリヤ上に配列され、カプセルの材料はＬＥＤチップをキャリヤに包むために使用され、ＰＬ材料はカプセルの材料内に拡散され、ここでは、光輝性材料はＬＥＤチップから放出される光で励起され、光を散乱するために適用される。

本発明の一実施例に示すように、キャリヤは、例えば、ＬＥＤチップ配列用にチップ保持セルを含むプリント基板（ＰＣＢ）である。ＬＥＤチップはＰＣＢに電気的に接続される。

本発明の一実施例に示すように、キャリヤは、例えば、パッケージフレームである。ＬＥＤチップは二つのはんだワイヤを介してパッケージフレームに電気的に接続される。その上、ＬＥＤチップは、例えば、青色ＬＥＤチップである。

本発明の一実施例に示すように、カプセルの材料は内部カプセルの材料と外部カプセルの材料を含み、ここでは、内部カプセルの材料はＬＥＤチップを被包し、ＰＬ材料は内部カプセルの材料内に拡散され、また外部カプセルの材料は内部カプセルの材料とキャリヤの一部を被包する。

本発明の一実施例に示すように、ＰＬ材料は、混合物または焼結物である。更に、最大粒径は３０μより小さく、平均粒径は１０μより小さい。

本発明の一実施例に示すように、ＰＬ材料は蛍光体と拡散材を含む。蛍光材料の粒径は２５μより小さい。

更に本発明は、蛍光ランプを含む代替の冷陰極蛍光ランプ、放電ガス、ＰＬ材料、および電極セットを備え、ここでは、放電ガスは蛍光ランプに充填され、ＰＬ材料はランプ内壁上に拡散され、電極セットは、ライトチューブの一端に陽極を配列し、他端に陰極を配列した陽極と陰極を含む。

本発明では、光変換と光混合効果用に、従来の蛍光層と拡散層に換えてＰＬ材料を使用する。このように、蛍光層と拡散層の材料、粒径と粒子分布密度といった従来技術で存在していた変数間の適合性は問題とはならない。さらに、ＬＥＤパケージ作成用の工程全体は、より安価な生産コストとより良好な光混合効果を伴い効果的に簡略化される。

〔実施例１〕
図３は、本発明の第１の実施例によるＬＥＤパッケージ構造の概略図である。図３によると、本発明の第１の実施例にあるＬＥＤパッケージ構造は、主としてキャリヤ２００、ＬＥＤチップ２１０、カプセルの材料２２０、およびＰＬ材料２３０を含み、ここでは、ＬＥＤチップ２１０はキャリヤ２００上に配列されて発光する。またカプセルの材料２２０は大部分のキャリヤ２００とＬＥＤチップ２１０をその上に被包し、ＰＬ材料２３０はカプセルの材料２２０内に均等に配分される。ＰＬ材料層２３０は、ＬＥＤチップ２１０から放出される光により適切に励起され、光を散乱する。

第１の実施例では、キャリヤ２００は、例えば図３に示すようにパッケージリードピン２００’である。パッケージリードピン２００’は、第一リードピン２０２と第二リードピン２０４を含む。第一リードピン２０２の最上部にあるのは、チップ保持セル２０８を含むキャリヤパッド２０６である。チップ保持セル２０８はＬＥＤチップ２１０を保持するのに適切な凹面形状である。

ＬＥＤチップ２１０はキャリヤパッド２０６のチップ保持セル２０８内に配列して発光する。第１の実施例では、ＬＥＤチップ２１０は、例えば、青色ＬＥＤチップである。ＬＥＤチップ２１０の表面は、陰極と陽極を含む電極２１２を備え、ここでは、陰極は第一リードピン２０２に、陽極は第二リードピン２０４に、はんだワイヤ２０９ａおよび２０９ｂを介してそれぞれ電気的に接続される。

カプセルの材料２２０は、パッケージリードピン２００’、ＬＥＤチッ
プ２１０、ＰＬ材料２３０およびはんだワイヤ２０９ａおよび２０９ｂの一部をカプセルに包むために使用される。第一リードピン２０２と第二リードピン２０４は、カプセルの材料２２０の底部より突出する。カプセルの材料２２０は内部カプセルの材料２２２および外部カプセルの材料２２４を含み、ここでは、内部カプセルの材料２２２はＬＥＤチップ２１０を被包し、外部カプセルの材料２２４は内部カプセルの材料２２２およびキャリヤ２００の一部を被包する。

本発明のＰＬ材料２３０は内部カプセルの材料２２２内に均等に配分されることは注目に値する。ＰＬ材料２３０は従来技術の蛍光層と拡散層の両方の役割を果す。すなわち、ＰＬ材料はＬＥＤチップ２１０から放出される光により励起されるだけでなく、光を散乱できる。結果として、ＬＥＤチップ２１０から放出される光、および励起されたＰＬ材料２３０で形成される光は、より均等に混合されることで、より良好な光混合効果を達成する。ＰＬ材料２３０は第１の実施例の内部カプセルの材料２２２への適用に限定されることなく、他のパッケージ構造、または光を生成する励起蛍光体を使用した照明に適用できる。これら適用例全てにおいて、良好な光混合効果が達成される。

図４Ａおよび図４ＢはＰＬ材料の粒子を表す概略図である。図４Ａおよび図４Ｂにおいて、ＰＬ材料２３０の粒子は拡散材料２３０ｂ内に配分される蛍光体２３０ａおよび蛍光体２３０ａに接着する拡散材料２３０ｂを含む。ＬＥＤチップ２１０から放出される入射光がＰＬ材料２３０に入ると、ＰＬ材料２３０の内側にある蛍光体２３０ａは励起され、他の波長光を生成する。さらに、拡散材料２３０ｂはＰＬ材料２３０の他の粒子に光を散乱して、ＬＥＤパッケージ構造により良好な光混合効果を発揮する。図４Ｂにおいて、蛍光材料２３０ａを包含する過渡段階２３０ｃがある。過渡段階２３０ｃはＰＬ材料２３０の作成時の任意の状況下で生成される。

図５Ａおよび図５Ｂは代替のＰＬ材料２３０の粒子を表す概略図である。図５Ａおよび図５Ｂにおいて、ＰＬ材料２３０の粒子は蛍光体２３０ａおよび拡散材料２３０ｂを含む。図５Ａと図５Ｂ間の差異は、ＰＬ材料２３０の拡散材料２３０ｂが蛍光体２３０ａ内に配分されることである。代替のＰＬ材料２３０もまた同一の光混合効果を達成する。

当業者には既知であるが、開示されるＰＬ材料２３０は前述のパッケージ構造に限定されない。実際、開示されるＰＬ材料２３０も、光を生成する励起−蛍光体モードに基づくあらゆるパッケージ構造に適用できる。目的を達成するために、内部カプセルの材料２２２およびその配分ＰＬ材料２３０により元の蛍光層を置換える必要がある。
〔実施例２〕

図６および図７は、本発明の第２の実施例による白色ＬＥＤパッケージ構造の概要図である。図６において、第２の実施例の構造は第１の実施例の構造と同様である。第２の実施例における差異は、そのキャリヤ３００がパッケージを配列するプリント基板（ＰＣＢ）３００’であることである。

第２の実施例におけるＬＥＤパッケージ構造は、主として、ＰＣＢ３００’、ＬＥＤチップ３１０、カプセルの材料３２０およびＰＬ材料３３０を含む。同様に、カプセルの材料３２０は、内部カプセルの材料３２２と外部カプセルの材料３２４を含み、ここでは、内部カプセルの材料３２２はＬＥＤチップ３１０を被包し、外部カプセルの材料３２４はＰＣＢ３００’の一部、ＬＥＤチップ３１０、内部カプセルの材料３２２、ＰＬ材料３３０、およびはんだワイヤ３１４を被包する。カプセルの材料３２０が内部カプセルの材料３２２を含まず外部カプセルの材料３２４のみを含む場合、外部カプセルの材料３２４はＰＬ材料３３０のみを含む。

ＬＥＤチップ３１０はＰＣＢ３００’上に配列される。接続パッド３０２と電極３１２は、ＰＣＢ３００’とＬＥＤチップ３１０上に、それぞれ配列される。電極３１２は、ＰＣＢ３００’がＬＥＤチップ３１０に電気的に接続されるように、二つのはんだワイヤ３１４を介してＰＣＢ３００’上の接続パッド３０２に接続される。

内部カプセルの材料３２２はＰＣＢ３００'上に配列され、前述のＬＥＤチップ３１０を被覆する。ＰＬ材料３３０は、内部カプセルの材料３２２内に均等に分布され、蛍光体と蛍光体に接着した拡散材料を含む。ＬＥＤチップ３１０からの入射光がＰＬ材料３３０に入ると、そこにある蛍光体は励起され、異なる波長を持つ光を生成する。拡散材料はＰＬ材料の他の微粒子に光を散乱し、より良好な光混合効果を生成する。第２の実施例で、より良好な光混合効果を達成するために、ＰＬ材料３３０の最大粒径Ｄｍａｘは、同様に３０μより小さく、その平均粒径は１０μより小さく、蛍光体の粒径Ｄｉは２５μより小さい。更に、ＰＬ材料は、混合物または焼結物である。

図７において、ＬＥＤパッケージ構造の光凝集効果を促進するために、チップ保持セル３０４はＰＣＢ３００’内に配列される。チップ保持セル３０４はＬＥＤチップ３１０を保持するのに適切な凹面−カップ形状である。更に、反射フィルム層は、光−反射効果の増加の選択肢としてチップ保持セル３０４の側壁にメッキされる。
〔実施例３〕

本発明の第１の実施例および第２の実施例において、ＰＬ材料はＬＥＤパッケージ構造内に使用される。更にＰＬ材料は、より良好な光混合効果を達成するために冷陰極蛍光ランプに一般的に使用される。

図８は、本発明の第３の実施例による冷陰極蛍光ランプの概略図である。図８において、冷陰極蛍光ランプ４００は、ライトチューブ４１０、放電ガス（図示せず）、ＰＬ材料４２０および電極セット４３０を含み、ここでは、ライトチューブ４１０は水銀蒸気および不活性ガス等の放電ガスで適切に充填される。ＰＬ材料４２０はライトチューブ４１０の内壁に加えられる。更に電極セット４３０は、ライトチューブ４１０の両端部で、それぞれ配列する陽極と陰極の両方を含む。電極セット４３０は電源（図示せず）に電気的に接続される。

バイアス電圧が電極セット４３０に加えられると、水銀蒸気と不活性ガス等のライトチューブ内の放電ガスは、励起状態まで励起され、その後定常状態に戻る。放電ガスが定常状態に戻る間に、気体は紫外光を放射してエネルギーを放出する。前述の機構により、放電ガスにより放出される紫外光がライトチューブ４１０の壁面にあるＰＬ材料４２０に達すると、蛍光体と蛍光材料に接着する拡散材料を含むＰＬ材料は、可視光線を放出して照明効果を達成する。その間に、蛍光体に接着する拡散材料は、より良好な光混合効果を生成する光を散乱する。ＰＬ材料分子式と粒子サイズの制限は第１の実施例および第２の実施例に記述したものと同一であるため省略する。

総括すると、本発明のＬＥＤパッケージ構造で、前述のＰＬ材料は蛍光層と従来技術の拡散層を置き換えるために使用される。ＰＬ材料３３０は前述のＬＥＤチップから放出される光により励起されるだけでなく、光を散乱する。こうして、ＬＥＤチップから放出される光とＰＬ材料で励起される光は、より均等に混合され、より良好な光注入効果を達成する。

当業者には自明のことだが、本発明の範囲または精神から逸脱せずに種々の修正と変更が本発明の構造になされる。前述の観点から、明細書と実施例は典型的なものとしてのみ考慮すべきもので、本発明の真の範囲と精神は、特許請求の範囲およびその同等物で提示される。

添付図は、本発明を更に理解する目的で含まれ、本明細書の一部に組み込まれ、構成要素となる。図は説明と共に本発明の具体例を示し、本発明の原理を説明する。

従来の白色ＬＥＤパッケージ構造の概略図である。 他の従来の白色ＬＥＤパッケージ構造の概略図である。 本発明の第１の実施例による白色ＬＥＤパッケージ構造の概略図である。 ＰＬ材料を表す概要図である。 ＰＬ材料を表す概要図である。 代替のＰＬ材料を表す概略図である。 代替のＰＬ材料を表す概略図である。 本発明の第２の実施例による白色ＬＥＤパケージ構造の概要図である。 本発明の第２の実施例による白色ＬＥＤパケージ構造の概要図である。 本発明の第３の実施例による冷陰極蛍光ランプの概略図である。

符号の説明

１００ パッケージリードピン
１０２ チップ
１０４ 内部カプセルの材料
１０６ 外部カプセルの材料
１０８ ワイヤ
１１０ 追加拡散層
２００ キャリヤ
２００’ パッケージリードピン
２０２ 第一リードピン
２０４ 第二リードピン
２０６ キャリヤパッド
２０８ チップ保持セル
２０９ａ、２０９ｂ ワイヤ
２１０ チップ
２１２ 電極
２２０ カプセルの材料
２２２ 内部カプセルの材料
２２４ 外部カプセルの材料
２３０ ＰＬ材料層
２３０ａ 蛍光材料
２３０ｂ 拡散材料
２３０ｃ 過渡段階
３００ キャリヤ
３０２ 接続パッド
３０４ チップ保持セル
３１０ チップ
３１２ 電極
３１４ ワイヤ
３２０ カプセルの材料
３２２ 内部カプセルの材料
３２４ 外部カプセルの材料
３３０ ＰＬ材料
４００ 冷陰極蛍光ランプ
４１０ ライトチューブ
４２０ ＰＬ材料
４３０ 電極セット

Claims (10)

1. キャリヤと、
   前記キャリヤ上に配列した光の放射に適切なＬＥＤチップと、
   前記キャリヤ上の前記ＬＥＤチップを被包するためのカプセルの材料と、
   前記カプセルの材料内に配分される光輝性材料とを有し、
   前記光輝性材料は微粒子状であって、それぞれの微粒子の中に蛍光体材料と拡散材料を含み、
   前記ＬＥＤチップから放出された前記光により励起され、前記光を散乱するように、前記光輝性材料を適合させることを特徴とする発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージ構造。
2. 前記キャリヤがプリント基板（ＰＣＢ）であり、前記ＬＥＤチップが前記ＰＣＢに電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ構造。
3. チップ保持セルが、前記ＬＥＤチップ保持に適切な前記ＰＣＢ上にあることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤパッケージ構造。
4. 前記キャリヤが、前記ＬＥＤチップに電気的に接続されるパッケージフレームであることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ構造。
5. 請求項４に記載のＬＥＤパッケージ構造において、さらに、前記ＬＥＤチップと前記パッケージフレーム間に電気的に接続される二つのはんだワイヤを有することを特徴とするＬＥＤパッケージ構造。
6. 前記ＬＥＤチップが、青色ＬＥＤチップであることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ構造。
7. 前記カプセルの材料が、
   前記ＬＥＤチップを被包するための前記光輝性材料を分布した内部カプセルの材料と、
   前記内部カプセルの材料と前記キャリヤの一部を被包するための外部カプセルの材料とを有することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ構造。
8. 前記光輝性材料の最大粒径が３０ミクロンより小さく、その平均粒径が１０ミクロンより小さいことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ構造。
9. 前記光輝性材料が、蛍光体と前記蛍光体に接着する拡散材料を含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ構造。
10. 前記蛍光体の前記粒径が、２５ミクロンより小さいことを特徴とする請求項９に記載のＬＥＤパッケージ構造。

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