(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6609574
(24)【登録日】2019年11月1日
(45)【発行日】2019年11月20日
(54)【発明の名称】湾曲したリードフレーム上にマウントされたLED
(51)【国際特許分類】
H01L 33/62 20100101AFI20191111BHJP
H01L 33/00 20100101ALI20191111BHJP
H01L 33/58 20100101ALI20191111BHJP
F21V 19/00 20060101ALI20191111BHJP
F21Y 115/10 20160101ALN20191111BHJP
【FI】
H01L33/62
H01L33/00 H
H01L33/58
H01L33/00 J
F21V19/00 170
F21Y115:10
【請求項の数】11
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2016-569824(P2016-569824)
(86)(22)【出願日】2015年5月18日
(65)【公表番号】特表2017-522722(P2017-522722A)
(43)【公表日】2017年8月10日
(86)【国際出願番号】EP2015060823
(87)【国際公開番号】WO2015180978
(87)【国際公開日】20151203
【審査請求日】2018年5月10日
(31)【優先権主張番号】PCT/CN2014/000547
(32)【優先日】2014年5月30日
(33)【優先権主張国】CN
(31)【優先権主張番号】14181105.9
(32)【優先日】2014年8月15日
(33)【優先権主張国】EP
(73)【特許権者】
【識別番号】517152128
【氏名又は名称】ルミレッズ ホールディング ベーフェー
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100091214
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 進介
(72)【発明者】
【氏名】パン,ホォイ リン
(72)【発明者】
【氏名】チュウ,シュウ トン
(72)【発明者】
【氏名】マルティン,ポール スコット
(72)【発明者】
【氏名】パン,ジェンチョン
(72)【発明者】
【氏名】ダニエル ユー,ホア シン
【審査官】
高椋 健司
(56)【参考文献】
【文献】
特開平02−192605(JP,A)
【文献】
特開2009−170642(JP,A)
【文献】
特開平07−106634(JP,A)
【文献】
特開2011−023295(JP,A)
【文献】
国際公開第2007/000037(WO,A1)
【文献】
米国特許出願公開第2011/0260179(US,A1)
【文献】
特開2004−055160(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01L 33/00,33/48−33/64
F21K 9/00−9/90
F21S 2/00−45/70
F21V 8/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のベアの発光ダイオード(LED)ダイであり、当該LEDダイは少なくとも1つの底部金属パッドを有し、当該LEDダイは光を放つ頂面を有する、LEDダイと、
金属リードフレームストリップであり、前記LEDダイの各々の前記底部金属パッドが当該リードフレームストリップの第1の表面に熱的に取り付けられ、前記LEDダイの電極が、前記LEDダイが電気的に相互接続されるように、当該リードフレームストリップに電気的に接続される、リードフレームストリップと、
前記LEDダイを覆って形成されたレンズであり、当該レンズはレンズ材料で形成されており、前記レンズ材料が前記LEDダイと前記リードフレームストリップの一部とを封入している、レンズと、
前記金属リードフレームストリップのための事前成形された誘電体サポートと
を有し、
前記複数のLEDダイのうちの少なくとも一部のLEDダイの頂面が相異なる平面内にあるように、前記リードフレームストリップが、前記誘電体サポートによって支持されながら曲げられており、
前記誘電体サポートは、
前記リードフレームストリップの一端を受け入れる第1のスロットと、
前記リードフレームストリップの反対端を受け入れる第2のスロットと、
前記第1のスロットと前記第2のスロットとの間の、前記リードフレームストリップを支持して前記リードフレームストリップの湾曲を定める領域と
を有し、それにより、前記リードフレームストリップに継続的な力を供給して、前記リードフレームストリップの湾曲を維持し、
前記第1のスロット及び前記第2のスロットの少なくとも一方は、金属表面を有し、
前記誘電体サポートは、電源への接続のための金属リードを含んでおり、前記金属リードは、前記第1のスロット及び前記第2のスロットの前記少なくとも一方の前記金属表面に電気的に結合されている、
発光構造体。
【請求項2】
前記誘電体サポートが前記リードフレームストリップの湾曲を定める、請求項1に記載の構造体。
【請求項3】
前記誘電体サポートは曲げられない、請求項1に記載の構造体。
【請求項4】
前記複数のLEDダイは少なくとも直列に接続されている、請求項1に記載の構造体。
【請求項5】
前記複数のLEDダイは少なくとも4つのLEDダイを有する、請求項1に記載の構造体。
【請求項6】
前記リードフレームストリップは、少なくとも10°の角度で湾曲されている、請求項1に記載の構造体。
【請求項7】
前記LEDダイは、曲げられた前記リードフレームストリップの弧に配置されている、請求項1に記載の構造体。
【請求項8】
前記リードフレームストリップの一部が、前記複数のLEDダイ間の領域で曲げられるよう、前記レンズ材料によって覆われていない、請求項1に記載の構造体。
【請求項9】
自動車のリアのシグナルランプを形成する請求項1に記載の構造体。
【請求項10】
曲げられた前記リードフレームストリップによって支持されながらの前記LEDダイの光放射プロファイルが180°よりも大きい、請求項1に記載の構造体。
【請求項11】
前記複数のLEDダイは直列に接続されており、当該構造体にわたる電圧降下が約12ボルトである、請求項1に記載の構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、発光ダイオード(LED)ランプに関し、特に、湾曲したリードフレーム上に直接マウントされたLEDダイを用いるLEDランプに関する。
【背景技術】
【0002】
LEDは、概してランバーシアン(半球)パターンで発光する。金属パターンを有する平坦な基体上に1つ以上のLEDをマウントし、光取り出しを高めるためにそれらLEDを覆って半球レンズ(一次光学系)を設けるのが慣習である。平坦な基板及びLEDの構成は、斜め下向きの光を本質的に遮り、故に、最も幅広の発光プロファイルは、180°の最大放射プロファイルを持つランバーシアンである。ランバーシアン以外をランプから達成するためには、リフレクタを含む二次光学系が使用される。そのようなリフレクタはサイズ及びコストを追加してしまう。
【0003】
一部の用途では、ランバーシアンプロファイルよりも幅広の放射プロファイルを有する小型のランプを提供することが望ましい。
【発明の概要】
【0004】
一実施形態において、ベアのLEDダイは、良好な熱伝導性のために、底部熱パッド又は電極を金属リードフレームストリップに直に接合させる。用語“ベアのLEDダイ”は、未封入の半導体ダイ、又はLEDダイの単純な取扱いのために小さいサブマウントにマウントされた未封入の半導体ダイを含む。LEDダイは、縦型LEDダイ(電極が反対側にある)、横型LEDダイ(両方の電極が頂部にある)、又はフリップチップLEDダイ(両方の電極が底部にある)とし得る。
【0005】
リードフレームストリップと、該リードフレームストリップへのLEDダイの電気接続とにより、複数のLEDダイが、LEDダイの線形ストリップとして直列に接続されることがもたらされる。リードフレームストリップは好ましくは、より良好にLEDダイから熱を奪い去るために、LEDダイよりも遥かに幅広である。例えば、LEDダイが直列及び/又は並列に接続されるいっそう幅広のアレイなど、リードフレームストリップ上のLEDダイのその他の構成も企図される。
【0006】
そして、光取り出しを改善するとともにLEDダイ及びボンドワイヤを保護するために、LEDダイの各々及び付随するリードフレームストリップ部分を覆ってレンズが成形される。リードフレームストリップが曲げられるままであるよう、レンズ同士の間に空間が残される。
【0007】
次いで、全体的な光放射が180°よりも大きいプロファイルを作り出すよう、リードフレームストリップが弧状に曲げられる。リードフレームストリップは一般に弾力性があり、故に、リードフレームストリップの湾曲を維持するには継続的な力が必要である。
【0008】
そして、曲げられたリードフレームストリップを覆ってプラスチックボディが成形され、この曲げられないボディは、リードフレームストリップの形状を固定するとともに、レンズのための開口を有する。ボディは、例えば1つ以上の電流制限抵抗など、直列のLEDダイを駆動するための回路を収容し得る。ボディは、例えばソケットへの差し込みなどのために、リードフレームストリップに接続されるアノードリード及びカソードリードを支持する。
【0009】
LEDダイからの熱が、リードフレームストリップ及びプラスチックボディに直接的に結合される。プラスチックが、熱伝導率を高めるために金属を含有することによって導電性である場合、リードフレームストリップは誘電体膜で選択的に被覆され得る。
【0010】
LEDダイ又はレンズは、何らかの色の発光を作り出すために蛍光体を含み得る。
【0011】
他の一実施形態において、リードフレームストリップは、曲げられない事前成形されたプラスチックサポート(支持体)の湾曲面上に添えられ、故に、リードフレームの周りに成形されたプラスチックボディは存在しない。リードフレームの両端がプラスチックサポートのスロットに挿入され、リードフレームストリップが上記湾曲面上で曲げられる。故に、リードフレームストリップは湾曲したままである。スロットは、LEDダイに電力供給するためにプラスチックサポート上のコネクタに電気的に結合されるものである金属導体を収容し得る。リードフレームをプラスチックサポートに固定するのに先立ち、LEDを保護し、リードフレームストリップを機械的に支持し、光取り出しを増大させ、そして光放射を整形するものである透明レンズ材料によって、LEDが封入される。プラスチックサポートは、LEDをその位置に保持する助けとなるとともにLED光を方向付ける助けとなる窪みを含み得る。
【0012】
様々な実施形態において、得られるランプは、故に、例えば270°に至るなどの非常に広い角度で光を放つ。得られる小型ランプの1つの用途は、オートバイ又は自動車用のリア又はフロントの方向指示器又は停止灯としてであり、その場合、ランプの照射が、そのオートバイ又は自動車の後方、側方、及び/又は前方の他のドライバー達に対して同時に視認可能である。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【
図1】
図2及び3のストリップの二等分した側面図であり、リードフレームストリップへのLEDダイの熱的及び電気的な接続、及びリードフレームストリップの曲げを例示している。
【
図3】リードフレームストリップ上にマウントされ且つ直列となるようにストリップに電気的に接続されたLEDダイのうちの2つの側面図であり、LEDダイを覆ってレンズが成形されている。
【
図4】曲げリードフレームストリップを覆ってプラスチックボディが成形された、完成したランプの二等分した側面図である。
【
図5】
図4のランプの放射プロファイルであり、広い角度で見えるように光が180°を超えてどのように放射されるかを例示している。
【
図6】ランプの断面図であり、湾曲したリードフレームストリップがプラスチックサポートの湾曲面上で支持され、封入体の底部がプラスチックサポートの窪み内に位置付けられている。
【
図7】
図6の構造の上面図である。 同じ又は同様の要素には同じ参照符号を付している。
【発明を実施するための形態】
【0014】
図1及び2は同じ構造体を示している。
【0015】
最初に、ベアのLEDダイ(すなわち、パッケージングされていない)が製造される。用語“ベアのLEDダイ”は、未封入の半導体ダイ、又はLEDダイの単純な取扱いのために小さいサブマウントにマウントされた未封入の半導体ダイを含む。一実施形態において、LEDダイは、両方の電極が頂部にある横型LEDダイである。他の一実施形態において、LEDダイは、1つの頂部電極と大きい底部電極とを有する縦型LEDダイである。他の一実施形態において、LEDダイは、両方の電極が底部にあるフリップチップLEDダイである。
【0016】
全ての場合において、LEDダイ12は、大きい底部金属パッド13を有しており、これが、リードフレームストリップ14の表面にはんだ付け又は溶接される。リードフレームストリップ14は典型的に銅又は鋼であり、故に、LEDダイ12からリードフレームストリップ14への優れた熱結合が存在する。
図1では、LEDダイ12とリードフレームストリップ14との間の電気接続を例示するために、相対的にLEDダイ12が実際よりも遥かに大きく示されている。サブマウントが使用されない場合、LEDダイ12は典型的に、一辺当たり1mm未満、高さ1mm未満である。
【0017】
リードフレームストリップ14は当初、平坦なシートから打ち抜かれた多数の他のリードフレームに接続されている。それらリードフレームストリップ間の金属接続が、後に、個片化中に切断されることになる。これは、アレイ内の全てのリードフレームストリップが同時に処理されることを可能にし、また、取扱いが単純化される。さらに、当初において全てのリードフレームストリップを一緒に接続することにより、個々のリードフレームストリップ各々が、リードフレームアレイの残りの部分によってなおも一緒に機械的に保持されたまま、間隙(LEDダイが直列に接続されることを可能にする)を有し得る。
【0018】
この例においては、LEDダイ12が横型LEDダイであると仮定しており、LEDダイ12は頂部のアノード電極及びカソード電極を有している。ベアLEDダイ12の底部金属パッド13がリードフレームストリップ14にはんだ付け又は溶接された後、従来からのワイヤボンディングツールを用いて、頂部電極がワイヤ15及び16でリードフレームストリップ14に接続される。なお、リードフレームストリップ14は、LEDダイ12が直列に接続されることを可能にするように不連続である。しかし、これら複数のリードフレームストリップ14部分は、当初、個片化前には、リードフレームアレイによって一緒に保持され、そして後に、個片化後には、成形されたエポキシ又はシリコーンのレンズによって一緒に保持される。
【0019】
他の一実施形態において、LEDダイは、1つの電極を頂部に、そして1つの電極を底部に有する縦型LEDである。底部電極はリードフレームストリップ14に直接的に接合され、リードフレームストリップ14が、頂部電極に接合されたワイヤとともに、LEDダイを直列に接続する。LEDダイはまた、ワイヤボンディングを必要としないフリップチップであってもよく、リードフレームストリップ14がLEDダイを直列に接続する。
【0020】
次いで、リードフレームストリップのアレイ全体が、LEDダイ12の各々及びその下に位置するリードフレーム部分の周りにレンズを画成する金型の中に配置される。そして、金型に透明エポキシが投入される。あるいは、金型は、リードフレームが当該金型内に置かれる前から金型窪み内に既に液体エポキシが存在している圧縮型であってもよい。そして、エポキシが硬化され、リードフレームアレイが金型から取り外される。単一のリードフレームストリップ14上の様々なLEDダイ12がどのようにして異なる放射パターンを有し得るかの一例として、2つの異なるエポキシレンズ22及び24を
図3に示す。円錐レンズ22は、半球レンズ24よりも多くの側方光を生じさせる。
図1及び2では、レンズ24のみが使用されている。レンズ材料は、透明又は拡散性のシリコーンほかの材料であってもよい。
【0021】
LED光が異なる色に変換される必要がある場合、各LEDダイ12は蛍光体コーティング又は蛍光体プレートを有し得る。あるいは、成形前のレンズ材料に蛍光体が注入されてもよい。
【0022】
レンズ24がリードフレームストリップ14の周りに成形され、もはやリードフレームストリップ14の間隙を橋渡ししているので、リードフレームストリップ14の周りの金属を切断することによって、リードフレームストリップ14がリードフレームアレイから個片化され得る。LEDダイ12はこの段階で、ワイヤ15/16とリードフレームストリップ14とによって直列に電気接続されている。
【0023】
図2は、上面図であり、リードフレームストリップ14が薄化及び/又は幅狭化の何れかをされた領域26を有することを例示している。この領域26は、容易に曲げられ、レンズ24を備えたリードフレームストリップ14の領域への曲げ応力を最小化する。
【0024】
図4に示すように、リードフレームストリップ14の一端はカソードリード28にはんだ付け又は溶接される。ここで、カソードリード28は、その反対側の端部で、ソケットに挿入されるための突起30を形成している。リードフレームストリップ14の他端は、アノードリード32にはんだ付け又は溶接される。ここで、アノードリード32は、その反対側の端部で、上記ソケットに挿入されるための突起34を形成している。LEDダイ12のカソードとアノードとが逆にされてもよい。
【0025】
図4の例では、アノードリード32に沿って電流制限抵抗36が接続されている。
【0026】
次いで、リードフレームストリップ14が、具体的な用途に合った半径に曲げられる。
図1は、特定の曲げ角度37でのストリップ14の曲げを例示している。この例では角度37は約10°であるが、この角度は、例えば270°に至るまでの、遥かに大きいものであってもよい。リードフレームストリップ14は、その曲げ形状を自然に保持し得る。他の一実施形態において、曲げるための力が、プラスチックボディ成形工程中に継続してリードフレームストリップ14に印加されなければならない。
図4の例では、カソードリード28が、所望の曲げを作り出すようにリードフレームストリップ14をそれより硬いカソードリード28から遠のかせる隆起部40を含んでいる。ストリップ14が金型内にある間にリードフレームストリップ14の曲げを作り出して維持するその他の手段(例えば、ピン、フランジ、又はその他の手段)が使用されてもよい。他の一実施形態において、成形プロセスが、成形材料の圧力がリードフレームストリップ14を曲げるように設計される。
【0027】
次いで、熱伝導性プラスチックが金型に投入されて、リードフレームストリップ14を保護及び機械的安定性のために封入する。圧縮成形も使用され得る。金型形状は、成形されるプラスチックボディ38がレンズ24の頂部を覆わないように画成され、故に、プラスチックボディ38による光吸収は存在しない。ボディ(本体)38は、用途に応じて不透明又は透明とし得る。
【0028】
LEDダイ12が長期間にわたってオンであるべき場合、プラスチックが高度に熱伝導性であることが重要である。非常に高い熱伝導性のプラスチックはまた、金属を含有しているので、導電性でもある。そのようなプラスチックが使用される場合には、リードフレームストリップ14の露出部が先ず、ボディ成形工程に先立って誘電体層で被覆される。そのような誘電体層は、プラスチックボディ38によって接触され得るリードフレームストリップ14の領域全てを当該誘電体層が覆うことを確実にするため、レンズ24のエッジによって覆われるように、レンズ24を形成する工程に先立って形成されてもよい。
【0029】
より良い空冷のためのフィン42をボディ38が有することが図示されている。
【0030】
そして、
図4のランプがソケットに差し込まれ得る。LEDダイ12がターンオンされるとき、LEDダイ12の組み合わせからの全体の光放射プロファイルは、180°よりも大きいものである
図5のプロファイル44に似たものとなり得る。対照的に、リードフレームストリップ14が曲げられなかった場合には、プロファイルは最大で180°となる。この例において、各LEDダイ12の平坦な頂面から大部分の光が放たれる場合、各LEDダイ12のレンズ24からの放射プロファイルはランバーシアンである。
【0031】
他の実施形態において、ランプで270°の放射プロファイルを達成するために、両端のLEDダイ12が互いに対して90°であるように、リードフレームストリップ14が曲げられる。
【0032】
他の一実施形態において、
図6及び7に示すように、リードフレームストリップ14は、曲げられない(リジッドな)事前成形された誘電体プラスチックサポート(支持体)46の湾曲面に添えられ、故に、リードフレームストリップ14の周りに成形されたプラスチックボディは存在しない。LEDダイ12(
図1に示す)は、これらLEDダイ12がフリップチップではないと仮定して、リードフレームストリップ14とワイヤとによって直列に接続される。良好な熱伝導のために、LEDダイ12の底部パッドがリードフレームストリップ14に直に接合される。LEDダイを保護し、リードフレームストリップ14を機械的に支持し、光取り出しを増大させ、そして光放射を整形するために、透明又は拡散性のレンズ24材料(例えば、エポキシ又はシリコーン)によってLEDダイが封入される。
【0033】
リードフレームストリップ14を適所に固定するために、リードフレームストリップ14の両端がプラスチックサポート46のスロット48に挿入されており、また、プラスチックサポート46は湾曲した表面を有し、その周りでリードフレームストリップ14が、プラスチックサポート46に従うように曲がっている。故に、リードフレームストリップ14は湾曲したままである。スロット48は、一連のLEDを光らせるためにリードフレームストリップ14の端部に電力を供給するメス金属コネクタを形成するよう、1つ以上の金属表面を有し得る。例えばワイヤ又は金属ストリップなどの電力導体が、プラスチックサポート46内に成形され得るとともに、例えばリード54及び56を持つプラグ(
図7)又はソケットなどの規格化されたコネクタとして、プラスチックサポート46の端部で終端し得る。この手法を用いることにより、リードフレームストリップ14は、異なるプラスチックサポート46を必要とすることなく置き換え可能である。例えば、自動車の方向指示器又は停止灯などの用途に応じて、同型のプラスチックサポート46が、黄色LEDを有するリードフレームストリップ又は赤色LEDを有するリードフレームストリップを支持し得る。複数の異なるランプが自動車の同じリフレクタに収容され得る。
【0034】
プラスチックサポート46は窪み50を含んでおり、封入体(レンズ24材料で形成されている)の底部が、付随する窪み50に挿入されている。これは、LEDをその位置に固定する助けとなるとともに、LED光を方向付ける助けとなる。プラスチックサポート46は、例えば白色プラスチックなどの反射材料で形成され得る。窪み50間のメサ領域52によってリードフレームストリップ14が支持されることが示されている。窪み50は、
図7に示すように、封入体の正方形又は長方形の形状の部分とし得る。
【0035】
図6及び7のランプからの光放射は、少なくとも縦方向にランプを二等分する平面に沿って、180°よりも大きい。リードフレームストリップ14は、例えばリードフレームストリップ14の両端間で270°に至るなど、
図6に示したものよりも遥かに大きく曲げられてもよい。従って、プラスチックサポート46は、もっと円形の外表面のものであってもよい。
【0036】
LEDダイの平坦な頂部発光面が、例えば弧を形成するなど、異なる平面内にあるように、曲げられたリードフレームストリップ上でLEDダイが直列に接続されるという本発明の概念を用いて、数多くの他の形状のランプが形成され得る。
【0037】
他の一実施形態において、LEDダイ12は、並列に接続されてもよいし、あるいは直列と並列との組み合わせで接続されてもよい。これは、リードフレームと、リードフレームをLEDダイ電極に接続するワイヤとの構成によって、容易に遂行され得る。所望の輝度、所望の光放射形状、及び所望の電圧降下に応じて、4つよりも多いLEDダイがリードフレームストリップに接続され得る。例えば、例えば自動車バッテリなどの12ボルト電源の場合、12ボルト降下するのに必要な直列接続されたLEDダイの個数は、所望の発光色に依存するものである使用されるLEDダイの種類に依存する。LEDダイ当たりの電圧降下は、約2ボルト(赤色で)から約3.8ボルト(青色で)までの範囲である。青色光は、より長い波長の光へと蛍光体変換され得る。故に、12ボルト降下するのに必要な直列接続されたLEDダイの数は、3個から6個までの範囲となり得る。より高い輝度が望まれる場合、追加的に複数のLEDダイが並列に接続され得る。
【0038】
本発明の特定の実施形態を図示して説明してきたが、当業者に自明であるように、より広い態様での本発明から逸脱することなく変形及び変更が為され得るのであり、故に、添付の請求項は、それらの範囲内に、本発明の真の精神及び範囲に入る全ての変形及び変更を包含すべきものである。