JP5160837B2 - 発光装置及びその製造方法、ライトユニット - Google Patents
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Description
本発明は、発光装置及びその製造方法、ライトユニットに関する。
発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）は、ＧａＡｓ系列、ＡｌＧａＡｓ系列、ＧａＮ系列、ＩｎＧａＮ系列及びＩｎＧａＡｌＰ系列などの化合物半導体材料を用いて発光源を構成することで、様々な色を具現することができる。
かかる発光ダイオードは、パッケージ化して発光装置として使用されており、かかる発光装置は、カラーを表示する点灯表示機、文字表示機及び映像表示機などの様々な分野における光源として用いられている。
本発明は、発光素子の中心光度を向上させることができる発光装置及びその製造方法を提供する。
本発明は、積層された二つ以上の基板のうち、下部の基板に発光素子を搭載し、上部の基板に三面が開放された開口部及び両面の反射フレームを形成することで、中心光度を向上させるようにした発光装置及びその製造方法、ライトユニットを提供する。
本発明は、積層された二つ以上の基板のうち、下部の基板に発光素子を搭載し、上部の基板に三面が開放された開口部を形成し、その両面に反射フレームを形成することで、中心光度を向上させるようにした発光装置及びその製造方法、ライトユニットを提供する。
本発明に係る発光装置は、複数のリードフレームを有する第１基板と、開口部を有し、第１基板の上に形成された第２基板と、前記開口部の下の第１基板に搭載された発光素子と、を含む。
本発明に係るライトユニットは、複数のリードフレームを有する第１基板と、開口部を有し、第１基板の上に形成された第２基板と、前記開口部の下の第１基板のリードフレームに連結された発光素子を含む一つ以上の発光装置と、前記発光装置の光出射経路に配置された光学部材と、を含む。
本発明に係る発光装置の製造方法は、第１基板に複数のリードフレームを形成するステップと、前記第１基板の上に、開口部が形成された第２基板を形成するステップと、前記開口部の下の第１基板のリードフレームに、発光素子を搭載するステップと、を含む。
本発明によれば、発光素子の中心光度を向上させる効果が得られる。
以下、添付図面に基づき、実施例について詳細に説明する。
図１は、実施例に係る発光装置を示す断面図であって、図２は、図１の斜視図である。
図１及び図２に示すように、発光装置１００は、第１基板１１０、第２基板１２０、発光素子１３０及びモールド部材１５０を含む。
前記第１基板１１０上には、第２基板１２０が形成される。前記第１基板１１０及び第２基板１２０は、単面または両面に金属板が形成されたＭＣＰＣＢ（Ｍｅｔａｌ Ｃｏｒｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）やＣＯＢ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｂｏａｒｄ）などを含む。各基板は、ＦＲ−４、プラスティックレジンなどの材質で形成され得る。
前記第１基板１１０の周囲には、電気的に開放された複数のリードフレーム１１１、１１２が形成される。前記リードフレーム１１１、１１２は、第１基板１１０に形成された金属板を、求めるパターンにエッチングする工程で形成され、前記リードフレーム１１１、１１２の表面には、電解メッキまたは無電解メッキ工程でメッキ層が形成され得る。ここで、前記リードフレーム１１１、１１２は、例えば、伝導性金属材質のＡｇ、Ａｕ、Ｃｕなどから何れか一つまたはこれらの組合せで形成され得る。また、リードフレーム１１１、１１２は、第１基板１１０の電気的正（＋）／負（−）の電極であって、外部リードフレーム１１１Ａ、１１２Ａとして機能する。
前記第２基板１２０の中心部には開口部１４０が形成され、前記開口部１４０の左／右側に第２基板１２０が配置される。
前記第２基板１２０の開口部１４０は、三面が開放される形態（例えば、Ｕ字形状）で形成され、発光素子１３０で発生した光の出射経路を提供する。すなわち、開口部１４０は、第２基板１２０の中心部（０）を基準に、水平方向（Ｙ，Ｙ'）及び垂直方向（Ｚ）に開放された構造を有する。前記開口部１４０の高さは、第２基板１２０の高さＨと同一であり、開口部１４０の幅は、第２基板１２０の幅Ｗと同一である。
そして、前記第２基板１２０の開口部１４０の両側壁には、反射フレーム（ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｆｒａｍｅ）１２１、１２２が形成される。前記反射フレーム１２１、１２２は、発光素子１３０で発生した光を開口部１４０の両側壁で反射する。前記反射フレーム１２１、１２２は、第２基板１２０の金属板に電解メッキまたは無電解メッキ工程を行って、メッキ層として形成されることができる。前記反射フレーム１２１、１２２は、前記リードフレーム１１１、１１２と同一な材質や反射特性の良い材質、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌなどをコーティングまたは塗布して形成されることができる。
前記左／右に分離された第２基板１２０の内壁及び外壁には、反射フレーム１２１、１２２及び外部フレーム１２３、１２４が配置され、前記反射フレーム１２１、１２２及び外部フレーム１２３、１２４の両端は、第２基板１２０の上面及び下面に折曲形成される。
前記第１及び第２基板１１０、１２０の間には、接着部材１６０が形成される。前記接着部材１６０は、第１基板１１０の上に第２基板１２０を一体に固定する。前記接着部材１６０として、基板接着用ボンドシートまたはエポキシなどを用いることができる。
前記発光素子１３０は、前記第２基板１２０の開口部１４０の下に露出された第１基板１１０のリードフレーム１１１、１１２に連結される。
前記発光素子１３０は、前記第１基板１１０に形成された複数のリードフレーム１１１、１１２のうち何れか一つのリードフレーム１１１に搭載され、ワイヤ１３１により各リードフレーム１１１、１１２と電気的に連結される。ここで、発光素子１３０をリードフレーム１１１、１１２に連結するにおいて、ワイヤの個数（例えば、一つ以上）やチップ搭載方式（例えば、フリップチップ方式）は変更可能であって、これに限定されるものではない。
前記発光素子１３０は、少なくとも一つの発光ダイオード（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ、以下、ＬＥＤと称する）を含む。前記発光ダイオードは、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮＡｌＧａＩｎＰなどの化合物半導体（ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）材料を選択的に用いて具現することができる。前記発光ダイオードは、三原色（赤色、青色、緑色）ＬＥＤまたは白色ＬＥＤでパッケージ化されることができる。
また、第１基板１１０に及び、発光素子１３０と前記発光素子１３０を保護する保護素子（例えば、ツェナーダイオード）を一緒に搭載することもできる。
そして、モールド部材１５０は、発光素子周辺の開口部１４０に形成される。前記モールド部材１５０は、エポキシまたは／及びシリコンなどの材質からなり、レンズとして作用する。ここで、前記モールド部材１５０は透明な材質で形成されることができ、それに蛍光体が添加されることもできる。また、前記モールド部材１５０は、第２基板１２０の開口部１４０の上側に一定形状で形成されることができる。例えば、モールド部材１５０は、表面形態によって、凸状、フラット状、凹状のうち一つの形態で形成されることができる。
前記モールド部材１５０は、発光素子１３０の周辺から開口部領域の外側までを埋めることができる。前記モールド部材１５０は、金属材質のリードフレーム１１１、１１２、反射フレーム１２１、１２２、ワイヤ１３１が外部に露出されることを防止する。
ここで、発光装置１００では、第１基板１１０、第２基板１２０、開口部１４０及びモールド部材１５０のが同一な幅Ｗで形成される。
前記発光装置１００の垂直方向（Ｚ軸方向）の中心光度は、反射フレーム１２１、１２２及びモールド部材１５０により向上する。そして、前記反射フレーム１２１、１２２が形成されない開放された水平方向（Ｙ、Ｙ'）に出射される光に関しては、パッケージの外側に配置される反射部材を用いて、光損失を最小化することができる。
図３〜図９は、実施例に係る発光装置の製造過程を説明するための図面である。
図３は、第１及び第２基板の分解断面図であり、図４は、第１基板の上に第２基板が形成された構造を示す図面である。
図３に示すように、第１基板１１０には、パッケージ間隔で第１ビアホール１１４が形成され、エッチング工程により複数のリードフレーム１１１、１１２のパターンが形成される。
前記第２基板１２０には、パッケージ間隔で前記第１ビアホール（via holes）１１４と対応する第２ビアホール１４４が形成され、中心部に開口部１４０がそれぞれ形成される。第２基板１２０には、エッチング工程により反射フレーム１２１、１２２及び外部フレーム１２３、１２４のパターンが形成される。
図４に示すように、前記第１基板１１０上に、所定のパターンを有する接着部材１６０を付着してから、第１基板１１０上に第２基板１２０を接着する。このとき、第１基板１１０及び第２基板１２０は、接着部材１６０により接着され、所定の熱と圧力により一体に結合される。ここで、接着部材１６０としては、基板接着用ボンドシートまたはエポキシなどを用いることができる。
ここで、第１基板及び第２基板について、図７及び図８を参照して説明する。
図７に示すように、前記第１基板１１０には、一定の長さ及び幅を有する多数の第１ビアホール１１４が、ドリル工程によりパッケージ間隔で形成され、前記リードフレーム１１１、１１２は、前記第１ビアホール１１４の側面リードフレーム１１１Ａ、１１２Ａから延長され、電気的に開放された構造で形成される。前記リードフレーム１１１、１１２は、第１ビアホール１１４に沿って、パッケージの幅単位で多数形成される。
前記リードフレーム１１１、１１２の所定位置には放熱孔１１５が形成される。前記放熱孔１１５は、発光素子から発生する熱を放出する。
図８に示すように、前記第２基板１２０には、一定の長さ及び幅を有する多数の第２ビアホール１４４が、ドリル工程によりパッケージ間隔で形成される。ここで、前記第２ビアホール１４４は、図７に図示された第１基板１１０の第１ビアホール１１４と対応する領域に形成される。
前記第２基板１２０の第２ビアホール１４４の間には、開口部１４０がそれぞれ形成される。前記開口部１４０は、前記第２ビアホール１４４と同一な長さ及び幅で形成されることができる。
また、前記第２基板１２０の外側には、外側の第２ビアホール１４４に沿って多数のカッティングライン１４６が形成される。前記カッティングライン１４６は、一つの発光素子を有するパッケージ単位や、二つまたはそれ以上の発光素子を有するパッケージ単位で設定できる。例えば、一つの発光素子（例えば、Ｒｅｄ、Ｇｒｅｅｅｎ、Ｂｌｕｅ ＬＥＤ）を有するパッケージである場合、一つのパッケージ単位でカッティングすることができ、三つの発光素子を有するパッケージである場合、三つ単位（例えば、Ｒｅｄ／Ｇｒｅｅｎ／Ｂｌｕｅ ＬＥＤ）でカッティングすることもできる。このようなカッティングサイズは、パッケージによって変更することができる。
図５は、図４の第１基板の上に、発光素子が搭載された構造を示す断面図である。
図５に示すように、発光素子１３０は、第２基板１２０の開口部１４０の下側に露出される第１基板１１０のリードフレーム１１１に搭載される。ここで、発光素子１３０と複数のリードフレーム１１１、１１２は、ワイヤ１３１により電気的に連結される。
図６は、図５の開口部領域にモールド部材１５０が形成された構造を示す図面であり、図９は、モールド部材が形成された第２基板の平面図である。
図６に示すように、モールド部材１５０は、発光素子１３０が実装される第１基板１１０の上に開口部１４０領域にモールディングされる。この点において、開口部領域にモールディングされるモールド部材１５０は、透明エポキシまたはシリコンを使用して、一定形状にモールディングされてから硬化され、必要によって蛍光体が添加されることもできる。このように第１基板１１０の上に発光素子１３０をそれぞれ搭載し、その上にモールド部材１５０がモールディングされることで、発光素子１３０がアレイされた構造に完成される。
図９に示すように、第２基板１２０の下部には第１基板１１０が形成され、開口部領域には、モールド部材１５０が形成される。前記第２基板１２０の外側に形成されるカッティングライン１４６に沿って、パッケージ単位でそれぞれカッティングすることができる。ここで、カッティングライン１４６に沿って、一つまたは複数の発光素子を有するパッケージ単位でカッティングすることもできる。
図１０は、実施例に係る発光装置の光分布図である。
図１０に示すように、発光素子１３０から出射された光は、直接モールド部材１５０を通して外部に出射されたり、反射フレーム１２１、１２２により反射されてから出射される。
図１１は、実施例に係る発光装置の他の構造を示す断面図であって、図１と同一な部分には同一符号を付け、重複した説明は省略する。
図１１に示すように、発光装置１００Ａには、第２基板１２０の反射フレーム１２１Ａ、１２２Ａが傾いて形成される。すなわち、反射フレーム１２１Ａ、１２２Ａが、外側に所定角度（θ）傾いて形成されることで、反射フレーム１２１Ａ、１２２Ａ間の距離は、開口部１４０下部から上部に向かうほど遠くなる。このような反射フレーム１２１Ａ、１２２Ａの傾斜構造により、光が出射される方向を調節することができる。
図１２は、実施例に係る発光装置のまた他の構造を示す断面図であって、図１の構造と同一な部分には同一符号を付け、重複した説明は省略する。
図１２に示すように、発光装置１００Ｂは、第１基板１１０の上に複数の基板１２０Ａ、１２０Ｂが積層された構造を有する。
第１基板１１０の上には、第２基板１２０Ａ及び第３基板１２０Ｂが順に積層され、第２及び第３基板１２０Ａ、１２０Ｂの開口部１４０は、互いに同じ大きさまたは互いに異なる大きさで形成され得る。例えば、第２基板１２０Ａの反射フレーム１２１、１２２間の距離ｄ１が第３基板１２０Ｂの反射フレーム１２１Ｂ、１２２Ｂ間の距離ｄ２より狭いことができる。それにより、第２基板１２０Ａと第３基板１２０Ｂの開口部が段差を形成して、出射光の中心分布を拡張することができる。
ここで、第１基板１１０の上に積層される基板の数またはモールド部材の形状は、変更され得る。また、第１基板の開口部領域をグルーブ状に形成し、その領域にリードフレームを形成してから発光素子を実装することもできる。また、第２基板１２０Ａの高さＨ１は、第３基板１２０Ｂの高さＨ２とは異なることもできる。
上述のような実施例に係る発光装置１００、１００Ａ、１００Ｂは、映像表示装置（例えば、ＬＣＤ）のバックライトユニットまたはフロントライトユニット（以下、「ライトユニット」と称する）に適用することができる。すなわち、文字または図形などが表示される、液晶表示装置（以下、ＬＣＤと称する）の液晶パネルは非発光性素子であるので、液晶パネルの背面または下部から光を照射するライトユニット（ｌｉｇｈｔ ｕｎｉｔ）として使用することもできる。
かかる映像表示装置に使用されるライトユニットは、液晶パネルの側面から光を提供するエッジ方式（または側面型）ライトユニットと、液晶パネルの下部から光を直接提供する直下方式ライトユニットとの２種類に大別される。このような区分は、光を提供する光源の位置によって決定される。
図１３は、実施例に係る発光装置を備えるエッジ方式ライトユニットを示す断面図である。
図１３に示すように、エッジ方式のライトユニット２００は、発光装置１００、制御基板２１０、反射シート２３０、導光板２４０、光学シート２５０を含む。
前記制御基板２１０には複数の発光装置１００が電気的に連結されるが、このとき、制御基板２１０には第１基板１１０のリードフレームが電気的に連結される。前記制御基板２１０は、フレキシブル材質で具現することもできる。
前記発光装置１００は、三面が開放された開口部を有しているので、導光板２４０の入光部に形成された挿入溝２４１に挿入されることができる。ここで、導光板２４０の挿入溝２４１には発光装置１００の第２基板１２０まで挿入されることができる。
前記反射シート２３０は、導光板２４０及び発光装置１００の下部に配置されて、下部に漏れる光を反射する。
前記光学シート２５０は導光板２４０の上に配置される。前記光学シート２５０は、拡散シート、水平プリズムシート、垂直プリズムシートのうち少なくとも一つを含むことができ、これに限定されない。
前記ライトユニット２００の発光装置１００で発生した光は、導光板２４０に入射され、反射シート２３０に反射されてから、面光源として出射される。ここで、光学シート２５０により輝度均一度が改善される。
発光素子１３０から出射された光は、垂直方向（Ｚ軸）に対して直進性を有して出射され、水平方向（Ｙ、Ｙ'）に対して側方に出射される。このとき、水平下方（Ｙ'）に出射される一部光は、導光板２４０下部に位置した反射シート２３０により反射されて、進行経路がパネル方向に変更される。
このように、発光装置１００の光出射経路に、光学部材である導光板、拡散シート、プリズムシートのうち少なくとも一つを配置し、発光装置１００の一側に漏れる光を、反射シートまたは反射板を利用して反射することができる。
図１４は、実施例に係る発光装置を備える直下方式ライトユニットを用いる液晶表示装置３００を示す断面図である。
図１４に示すように、液晶表示装置３００は、直下方式のライトユニット３１０及び液晶パネル３６０を含む。
前記ライトユニット３１０は、発光装置１００、制御基板３０１、反射板３３０、光学シート３５０を含む。
ここで、反射板３３０は、発光装置１００の両側に凹凸形態に形成されることができる。それによって、発光装置１００の側方に漏れる光は、発光装置１００の両側方向（Ｙ、Ｙ'）に配置された凹凸形態の反射板３３０により液晶パネル３６０方向に反射されて、全体的に輝度を改善することができる。
前記発光装置１００で発生した光が、光学シート３５０を通して液晶パネル３６０に照射されることで、液晶パネルに映像が表示される。
１００ 発光装置、 １１０ 第１基板、 １１１，１１２ リードフレーム、 １１１Ａ，１１２Ａ 外部リードフレーム、 １２０ 第２基板、 １２１，１２２ 反射フレーム、 １２３，１２４ 外部フレーム、 １３０ 発光素子、 １３１ ワイヤ、 １４０ 開口部、 １５０ モールド部材。
Claims (19)
- 複数のリードフレームを有する第１基板と、
前記第１基板の上で分離して配置される第２基板であって、分離して配置される当該第２基板と前記第１基板とによって三面が開放された開口部を形成する第２基板と、
前記開口部を形成する前記第１基板上に搭載された発光素子と、
前記開口部を形成する前記第２基板の相対する壁面に形成された反射フレームと、
前記開口部の領域に形成されたモールド部材と、
を含むことを特徴とする発光装置。 - 前記開口部は、２つの前記第２基板の間に形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
- 前記反射フレームの両端は前記第２基板の上面および下面に形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光装置。
- 前記反射フレームは、垂直にまたは傾いて形成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の発光装置。
- 前記モールド部材は、凸状、凹状、フラット状のうち何れか一つの形態に形成されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の発光装置。
- 前記モールド部材は、透明な材質または蛍光体が添加された透明な材質で形成されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の発光装置。
- 前記リードフレームに形成された一つ以上の放熱孔をさらに含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の発光装置。
- 前記発光素子は、少なくとも一つのカラーＬＥＤチップを含み、前記第１基板の複数のリードフレームに連結されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の発光装置。
- 前記第１基板と前記第２基板とを接着する接着部材をさらに含むことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の発光装置。
- 前記第２基板の上に配置され、開口部を形成する第３基板をさらに含むことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の発光装置。
- 前記第３基板で形成される開口部は、前記第２基板で形成される開口部の直径より大きい直径を有することを特徴とする請求項１０に記載の発光装置。
- 前記第１基板、前記第２基板及び前記開口部は同一な幅を有することを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の発光装置。
- 前記モールド部材の幅は前記開口部の幅と同一に形成されることを特徴とする請求項１２に記載の発光装置。
- 複数のリードフレームを有する第１基板と、
前記第１基板の上で分離して配置される第２基板であって、分離して配置される当該第２基板と前記第１基板とによって三面が開放された開口部を形成する第２基板と、
前記開口部を形成する前記第１基板のリードフレームに連結された発光素子と、
前記開口部を形成する前記第２基板の相対する壁面に形成された反射フレームと、
前記開口部の領域に形成されたモールド部材と、を含む一つ以上の発光装置と、
前記発光装置の光出射経路に配置された光学部材と、
を含むことを特徴とするライトユニット。 - 前記光学部材は、導光板、拡散シート、プリズムシートのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１４に記載のライトユニット。
- 前記発光装置は、直下方式またはエッジ方式で利用されることを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載のライトユニット。
- 前記発光装置の外側には、前記開口部から漏れる光の経路を変更する反射板または反射シートを含むことを特徴とする請求項１４から請求項１６のいずれか１項に記載のライトユニット。
- 前記第１基板、前記第２基板、前記開口部および前記モールド部材の幅は同一に形成されることを特徴とする請求項１４から請求項１７のいずれか１項に記載のライトユニット。
- 第１基板に複数のリードフレームを形成するステップと、
前記第１基板の上で分離して配置される第２基板であって、分離して配置される当該第２基板と前記第１基板とによって三面が開放された開口部を形成する第２基板を配置するステップと、
前記開口部を形成する前記第１基板のリードフレームに、発光素子を搭載するステップと、
前記第２基板で形成される開口部にモールド部材を配置するステップと、を含み、
前記開口部を形成する前記第２基板の相対する壁面には反射フレームが形成されることを特徴とする発光装置の製造方法。
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