JP2007042681A - 発光ダイオード装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】光取出し効率と輝度均斉度とを共に向上させることができる発光ダイオード装置を提供する。
【解決手段】基板2と;基板上に配設されて底面開口8aおよびこれに対向する投光開口を有し内側面が反射面8bに形成された凹部8を備え、底面中心Oと投光開口の側端とを結ぶ線と、底面中心の垂直線Vとがなす角度である投光開口8aの開口角θが50°以上65°以下に形成された反射部材9と;カップに配設された導電層と;カップ凹部内にて底面中心に同心状に配設され、導電層に電気的に接続される発光ダイオードチップ6と;を具備している。
【選択図】 図1
【解決手段】基板2と;基板上に配設されて底面開口8aおよびこれに対向する投光開口を有し内側面が反射面8bに形成された凹部8を備え、底面中心Oと投光開口の側端とを結ぶ線と、底面中心の垂直線Vとがなす角度である投光開口8aの開口角θが50°以上65°以下に形成された反射部材9と;カップに配設された導電層と;カップ凹部内にて底面中心に同心状に配設され、導電層に電気的に接続される発光ダイオードチップ6と;を具備している。
【選択図】 図1
Description
本発明は発光ダイオードチップ(LED)チップを具備した発光ダイオード装置に関する。
従来の発光ダイオード装置の一例としては、ケース(カップ)の凹部の内底面上に、発光ダイオードチップを配設し、凹部側面を反射面に形成し、さらに、このケース内に合成樹脂を充填して発光ダイオードチップをケース内に封止する面実装タイプのものが知られている(例えば特許文献1,2参照)。
そして、これら従来の発光ダイオード装置では、ケースの凹部を、発光ダイオードチップを配設する底面から投光開口に向けて漸次拡開する逆円錐台状に形成し、投光開口から外部へ放射される光の放射範囲を拡大させている。このために、投光開口から取り出す光の取出し効率を向上させることができる。
特開2002−43625号公報
特開2002−232017号公報
しかしながら、このような従来の発光ダイオード装置では、光の取出し効率が向上する反面、投光開口から外部へ放射される光が広範囲に拡散されるために、輝度均斉度が低下すると共に、投光開口付近の輪郭が不鮮明になり、視認性が低下するという課題がある。
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、光取出し効率と輝度均斉度とを共に向上させることができる発光ダイオード装置を提供することにある。
請求項1に係る発明は、基板と;直径略2〜3mmの底部開口およびこれに対向する上部開口を有し内側面が反射面に形成された凹部を備え、底部中心と上部開口の側端とを結ぶ線と、底部中心の垂線とがなす角度である開口角が50°以上65°以下に形成され、前記基板上に配設された反射部材と;基板上に配設された導電層と;凹部内の導電層に電気的に接続された発光ダイオードチップと;を具備していることを特徴とする発光ダイオード装置である。
なお、基板は、どのような形状でもよい。反射部材の底部開口直径は略2〜3mmであるが、製造誤差程度(上下限値2または3mmに対して5%程度)は許容する。底部開口直径を略2〜3mmとしたのは、図5に示すように光取出し効率と輝度均斉度が、この径にあまり依存しない範囲である。また、開口角は50°〜65°としているが、上述したように上下限値とも50%程度の誤差は許容される。開口角を50°〜65°としたのは、図6に示すように、光取出し効率を維持しつつ、輝度均斉度の低下を抑制できる範囲だからである。
請求項2に係る発明は、発光ダイオードチップの発光色は青色光であり、青色光により励起されて黄色光に蛍光発光する黄色発光蛍光体層を具備していることを特徴とする請求項1記載の発光ダイオード装置である。
請求項1に係る発明によれば、反射部材内に配設された発光ダイオードチップを中心とした投光開口の開口角が50°以上65°以下であるので、光取出し効率を向上させつつ輝度均斉度の低下を抑制できる。
すなわち、投光開口の開口角が50°以下の場合には、カップ凹部の側面の反射面が垂直方向に次第に起立するようになり、直胴に近くなっていく。このために、発光ダイオードチップからの光は垂直状の反射面に沿って投光開口から外部へ放射される。このために、投光が拡散されずに絞られるので、光の輝度均斉度が向上して行く。
その反面、投光開口の平面積が縮小するので、その分、投光開口から取り出される光の取出し効率は低下する。
一方、投光開口の開口角が65°以上の場合には、投光開口の平面積が拡大するので、その分、光取出し効率が向上する。
その反面、カップ凹部の側面の反射面の傾斜角が次第に水平方向へ傾斜して行くので、投光開口からの光は広範囲に拡散され、輝度均斉度が低下する。
したがって、上述したように、請求項1に係る発明のようにカップの投光開口の開口角を50°以上65°以下にすることにより、光取出し効率と輝度均斉度を共に向上させることができる。
請求項2に係る発明によれば、発光ダイオードチップからの青色光の一部が黄色発光蛍光体層を透過する一方、残りの青色光が黄色発光蛍光体層の黄色発光蛍光体を励起して黄色光を蛍光発光するので、光取出し側ではこの青色光と黄色光との加法混色である白色光を取り出すことができる。
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお、複数の添付図面中、同一または相当部分には同一符号を付している。
図1は本発明の一実施形態に係る発光ダイオード装置の要部拡大模式図、図2はこの発光ダイオード装置を複数具備した発光ダイオードモジュール1の平面図、図3は図2のIII−III線断面図、図4は図3のIV部拡大図である。
図2〜図4に示すように発光ダイオードモジュール1は、基板2上に、複数の発光ダイオード装置3,3,…を例えば3行3列のマトリクス状に配設し、かつ一体に連成している。
基板2は放熱性と剛性を有するアルミニウム(Al)やニッケル(Ni)、ガラスエポキシ等の平板からなり、複数の発光ダイオード装置3,3,…の各基板を一体に連成してなる一体基板であり、この基板2上には、電気絶縁層4を介して回転パターン5が配設されている。
図4に示すように回転パターン5は、各発光ダイオード装置3毎に、CuとNiの合金やAu等により、陰極側と陽極側の回路パターン(配線パターン)5a,5bを形成しており、この回転パターン5上には、各発光ダイオード装置3毎に、青色発光の発光ダイオードチップ6をそれぞれ搭載している。各青色発光の発光ダイオードチップ6は、青色の光を発光する例えば窒化ガリウム(GaN)系半導体等からなる。各ダイオードチップ6は、その底面電極を回路パターン5a,5bの一方上に載置して電気的に接続する一方、上面電極を回路パターン5a,5bの他方にボンディングワイヤ7により接続している。
そして、基板2上には、各発光ダイオードチップ6の周囲を所要の間隔を置いて取り囲み、基板2の反対側(図3,図4では上方)に向けて漸次拡開する逆円錐台状の凹部8をそれぞれ同心状に形成した反射部材9を各発光ダイオード装置3毎に形成すると共に、これら反射部材9を一体に連結形成している。反射部材9は例えばPBT(ポリブチレンテレフタレート)やPPA(ポリフタルアミド)、PC(ポリカーボネート)等の合成樹脂よりなり、各凹部8は外部に開口する上部開口の一例である投光開口8aと底部開口の一例である底面開口8cとをそれぞれ有する。
各凹部8は、その内部側面を反射面8bに形成し、凹部8内には封止樹脂層10を形成している。封止樹脂層10は、透光性を有するシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性透明樹脂を発光ダイオードチップ6よりも高い投光開口8a端まで注入充填して熱硬化させることにより形成され、発光ダイオードチップ6を凹部8内に封止している。
そして、図1に示すように、各反射部材9は発光ダイオードチップ6を中心とした投光開口8aの開口角θを50°〜65°に形成している。すなわち、反射部材9は上部開口である投光開口8aに垂直方向下方で対向する内底面中央部に、底面開口8cを形成し、図4に示すようにこの底面開口8cに一部が露出するように配設された回転パターン5の該当露出部上に、発光ダイオードチップ6を底面開口8cの中心Oと同心状に配設している。
そして、この底面中心Oを垂直方向に通る垂直線Vと、底面中心Oと投光開口8aの一端とを結ぶ線とでなす角度を、投光開口8aの開口角θとして50°〜65°に形成している。この開口角θは次の実験により求めた。
すなわち、反射部材9の底面開口径をa、高さ(厚さ)をb、投光開口8aの開口径をcとし、これらa,b,cをパラメータとしたときの光取出し効率(全光束)と輝度均斉度について実験を行なった。
その結果は次の通りである。
(1)投光開口8aの開口径cと高さbを一定とし、底面開口径aの寸法のみを順次増大させていくと、逆円錐台状の凹部8の側面反射面8bが漸次垂直に近くなっていくので、光取出し効率は若干低下するが、輝度均斉度は殆ど変化がなかった。図5はこのときの実験データを示す。なお、ここで輝度均斉度(均一性)とは光出力分布の平均値と最大値の比(すなわち、平均値/最大値)をいう。
(2)底面開口径aと投光開口径cを一定とし、高さbの寸法のみを変えると、発光ダイオードチップ6と投光開口8aとの距離が縮小するので、輝度均斉度が上がるが、光取出し効率は低下した。
(3)底面開口径aと高さbを一定とし、投光開口径cを大きくしていくと、投光開口8aの平面積が拡大していくので、投光範囲が拡大し光取出し効率が向上するが輝度均斉度は殆ど変化しなかった。
以上の実験から光取出し効率と輝度均斉度については、底面開口径aがこれらに殆ど影響を与えず、高さbと投光開口径cがこれらに影響を与えることが判明した。そこで、底面開口径aを一定とし、高さbと投光開口径cとを1つのパラメータとして考え、このパラメータとして上記開口角θを採用した。すなわち、1つの開口角θを変えることにより、高さbと投光開口径cとを同時に変えることができる。
図6はこの開口角θと、光取出し効率および輝度均斉度との相対関係を示す実験データである。この実験データから開口角θの最適値として50°〜65°を求めることができた。
すなわち、投光開口の開口角が50°以下の場合には、カップ凹部8の側面の反射面8bが垂直方向に次第に起立するようになり、直胴に近くなっていく。このために、発光ダイオードチップからの光は垂直状の反射面に沿って投光開口8aから外部へ放射される。このために、投光が拡散されずに絞られるので、光の輝度均斉度が向上して行く。
その反面、投光開口8aの平面積が縮小するので、その分、投光開口8aから取り出される光の取出し効率は低下する。
一方、投光開口8aの開口角が65°以上の場合には、投光開口8aの平面積が拡大するので、その分、光取出し効率が向上する。
その反面、カップ凹部8の側面の反射面8bの傾斜角が次第に水平方向へ傾斜して行くので、投光開口8aからの光は広範囲に拡散され、投光開口8a付近の輪郭が不鮮明になり視認性が低下する等、輝度均斉度が低下する。
したがって、上述したように、反射部材9の投光開口8aの開口角θを50°以上65°以下(50°〜65°)にすることにより、光取出し効率と輝度均斉度を共に向上させることができる。
次に、この発光ダイオードモジュール装置1の作用を説明する。
まず、各陰極側と陽極側の回路パターン5a,5b間に、外部から所定の直流電圧が印加されると、各発光ダイオードチップ6が青色発光される。この青色発光は、透明の封止樹脂10を透過して投光開口8aから取り出される。この投光開口8aの開口角θが50°〜65°であるので、上述したように光取出し効率と輝度均斉度を共に向上させることができる。
なお、上記封止樹脂10を、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の透明樹脂内に、例えば青色発光により黄色に蛍光発光する黄色蛍光体を含有させてなる黄色蛍光体層に置換してもよい。
これによれば、発光ダイオードチップ6からの青色発光の一部が黄色蛍光体層を透過する一方、残りの青色発光が黄色蛍光体層を励起して黄色光に発光し、これら青色光と黄色光の加法混色の白色系光を得ることができる。
また、反射部材9の凹部側面8bの反射面を金属めっき層により構成してもよい。これによれば、反射効率を向上させることができる。
さらに、前記各実施形態では、各発光ダイオード装置3の複数個をそれぞれマトリックス状に配設した発光ダイオードモジュールについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば各発光ダイオード装置3の複数個をそれぞれ1列状等所要形状に配設してもよい。また、発光ダイオード装置3は単数でもよい。
1…発光ダイオードモジュール、3…発光ダイオード装置、5a,5b…回路パターン、6…青色発光のダイオードチップ、8…凹部、8a…投光開口、8b…反射面、8c…底面開口、9…反射部材、10…封止樹脂、a…底面開口径、b…カップの高さ、c…投光開口径、θ…投光開口の開口角。
Claims (2)
- 基板と;
直径略2〜3mmの底部開口およびこれに対向する上部開口を有し内側面が反射面に形成された凹部を備え、底部中心と上部開口の側端とを結ぶ線と、底部中心の垂線とがなす角度である開口角が50°以上65°以下に形成され、前記基板上に配設された反射部材と;
基板上に配設された導電層と;
凹部内の導電層に電気的に接続された発光ダイオードチップと;
を具備していることを特徴とする発光ダイオード装置。 - 発光ダイオードチップの発光色は青色光であり、
青色光により励起されて黄色光に蛍光発光する黄色発光蛍光体層を具備していることを特徴とする請求項1記載の発光ダイオード装置。
Priority Applications (1)
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- 2005-07-29 JP JP2005222086A patent/JP2007042681A/ja active Pending
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