JP2009529231A - 発光ダイオードモジュール - Google Patents

Abstract

本発明は、光を発する表面１３を持つ少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ１２と、セラミック変換プレート１４とを有するＬＥＤモジュール１０に関する。前記ＬＥＤモジュールは、前記セラミック変換プレートが、前記ＬＥＤチップの前記発光表面の第１の部分を覆っている第１のセグメント１８と、前記第１のセグメントに並んで設けられていると共に前記ＬＥＤチップの前記発光表面の第２の部分を覆っている第２のセグメント２０とを含んでいることを特徴とし、前記セグメントの少なくとも一方は、前記ＬＥＤチップから発せられた光を或る波長に変換する波長変換材料を有している。
本発明は、このようなＬＥＤモジュールの製造のための方法と、ＬＥＤモジュールにおける使用のためのセラミック変換プレートとにも関する。

Description

本発明は、少なくとも１つのＬＥＤチップ及びセラミック変換プレートを有する発光ダイオード（ＬＥＤ）モジュールに関する。本発明は、このようなＬＥＤモジュールの製造方法、並びにＬＥＤモジュールにおける使用のためのセラミック変換プレートにも関する。

従来技術において、第１の（ピーク）波長の光が、発光／蛍光として知られている過程を使用して長い（ピーク）波長の光に変換されることができることがよく知られている。このような蛍光過程は、蛍光体のような、波長変換材料による前記第１の波長を有する光の吸収、より長い波長の光を発する前記蛍光体材料の発光中心の励起を含んでいる。この過程は、例えば、白色光の生成のためにＬＥＤ内で使用され、青色ＬＥＤチップからの放出が、上部蛍光体層によって黄色／オレンジ色に部分的に変換され、これにより変換されなかった青色光と変換された黄色／オレンジ光とが、白色光へと混合する。

このような所謂蛍光体変換ＬＥＤの分野における近年の開発は、米国特許第2005/0569582号に開示されているように、上部蛍光体層としてのセラミック層を含んでいる。米国特許第2005/0569582号において、発光層は、当該発光層によって発せられる光の経路内に配されているセラミック層と組み合わされている。前記セラミック層は、蛍光体のような、波長変換材料から成る又は波長変換材料を含む。前記セラミック層は、他の従来技術の蛍光体層よりも温度に対する感度が低い又は堅牢なものであっても良く、典型的には、波長変換材料を含む透明樹脂、シリコーンゲル又は類似のものである。

米国特許第2005/0569582号は、付加的なセラミック層が前記第１のセラミック層の上部に位置されている、即ち前記２つのセラミック層が前記発光層上に積層されている実施例を更に開示している。この２つのセラミック層は、種々の蛍光体を含み得る。前記２つのセラミック層内の前記種々の蛍光体の装置又は前記２つのセラミック層自体は、前記ＬＥＤモジュール内の複数の蛍光体間の相互作用を制御するように選択されることができ、この結果、或る色点が提供されることができる。

しかしながら、米国特許第2005/0569582号に開示された積層構造による不利な点は、特定の特性（例えば、或る蛍光体の組み合わせ及び／又は前記層の或る厚さ）を有するセラミック層の組み合わせが、各々の所望の全体的な色点に対して生成されなければならないことにある。更に、１つのセラミック層が、他のセラミック層によって覆われている場合、前記発光層からの光のビームの光路長は、前記ビームの方向に依存する。このことは、光の色が、視覚に依存し、勿論、或る用途には好ましくないものであり得ることを意味している。更に、前記セラミック層の順序は、前記発光層に最も近い前記セラミック層からの光が、次の上部セラミック層によって吸収されないように、注意深く選択されなければならない。更に、このような積層構造は、著しい高さ又は厚さを有する装置を生じる。

本発明の目的は、これらの問題を少なくとも部分的に克服し、改善されたＬＥＤモジュールを提供することにある。

以下の記載によって明らかになるこの及び他の目的は、添付の請求項に記載のＬＥＤモジュール、このようなＬＥＤモジュールの製造方法、及びＬＥＤモジュールの使用のためのセラミック変換プレートよって達成される。

本発明の一つの見地によれば、光を発する表面を持つ少なくとも１つのＬＥＤチップを有するＬＥＤモジュールと、セラミック変換プレートとを有するＬＥＤモジュールにおいて、前記セラミック変換プレートが、前記ＬＥＤチップの発光表面の第１部分を変換する第１のセグメントと、前記ＬＥＤチップの発光表面の第２部分を変換する前記第１のセグメントに並んで設けられた第２のセグメントとを含んでおり、前記セグメントの少なくとも一方は、前記ＬＥＤチップから発せられた光を或る波長に変換する波長変換材料を有していることを特徴とする、ＬＥＤモジュールが提供される。

前記セラミック変換プレートを、互いの上部にセラミック層を位置させる代わりに、並んで位置されている、即ち同じレベルにおけるセグメントに分割することによって、装置の厚さと、視覚における色の変化とが、減少されることができる。更に、前記セグメントが、並んで前記ＬＥＤチップ側に位置されているので、一方のセグメントからの光が、もう一方のセグメントに入る及び場合によっては吸収されるリスクは、殆ど無い又は無い。更に、前記セラミック変換プレートが、固体変換プレートであるという事実によって、前記変換プレートの横方向セグメントへの分割が、可能にされる又は少なくとも容易にされる。

一実施例において、前記第１のセグメントは、前記ＬＥＤチップから発せられた光を第１の波長に変換する第１波長変換材料を有し、前記第２のセグメントは、前記ＬＥＤチップから発せられた光を第２の波長に変換する第２波長変換材料とを有する。更に、前記セラミック変換プレートは、前記第１のセグメント及び/又は前記第２のセグメントに並んで設けられていると共に、前記ＬＥＤチップの発光表面の第３部分を変換する第３のセグメントを更に含んでいても良い。前記第３のセグメントは、例えば、前記ＬＥＤチップから発せられた光を第３の波長に変換する第３の波長変換材料を有していても良い。このようなＬＥＤモジュールの例は、ＵＶ放射を発する少なくとも１つのＬＥＤチップと、ＵＶ放射を赤色光に変換する前記第１のセグメントと、ＵＶ放射を緑色光に変換する前記第２のセグメントと、ＵＶ放射を青色光に変換する前記第３のセグメントとを有しており、これにより、混合された赤色、緑色及び青色光は、白っぽい光を生じる。代替的には、前記第３のセグメントは、非波長変換材料、即ち「透過性」のセグメントを有していても良い。このようなＬＥＤモジュールの一例は、青色光を発する少なくとも１つのＬＥＤチップと、青色光を赤色光に変換する記第１のセグメントと、青色光を緑色光に変換する前記第２のセグメントとを有しており、これにより、（「透過性」の前記第３のセグメントを介して前記ＬＥＤチップから伝達された）混合された青色光と、赤色光と、緑色光とが、白っぽい光を生成する。

他の実施例において、前記第１のセグメントは、前記ＬＥＤチップからの光を第１の波長に変換する第１の波長変換材料を有しているのに対し、前記第２のセグメントは、非波長変換材料を有する。例えば、前記少なくとも１つのＬＥＤチップが、青色光を発することができ、前記第１のセグメントが、青色光を黄色光に変換することができ、これにより、（「透過性」の前記第２のセグメントを介して前記ＬＥＤチップから伝達された）青色光と、黄色光との混合が、白っぽい光を生成する。

更に、前記ＬＥＤチップに対する前記変換プレートの横方向の位置を適切に選択することによって、或る所望の色の混合された光が、生成されることができる。例えば、前記セラミック変換プレートは、前記ＬＥＤチップ上で横方向にシフトされることができ、この結果、青、赤、緑及び／又は黄色の量が変化され、生成される混合された光の色点を変化させる。この場合において、単一の構成を有するセラミック変換プレートが、（所望の色点に対応するセラミック変換プレートの横方向の位置を簡単に選択することによって）種々の色点を有するＬＥＤモジュールの製造において使用されることができ、製造面において非常に有益である。更に、幅広い種類の色点が、この構成によって選択されることができる。

代替的なものとして又は補完的なものとして、セグメントの大きさを適切に選択することにより、混合された光の色に、影響を与えることができる。例えば、上述したような赤、緑又は黄色のセグメントの大きさが、大きくされることができ、これにより前記ＬＥＤチップから発せられた（青色）光の大部分は、変換され、生成された混合された光の減少された色温度を生じる。

本発明の他の見地によれば、光を発する表面を持つ少なくとも１つのＬＥＤチップを有する発光ダイオードモジュールにおける使用のためのセラミック変換プレートであって、前記セラミック変換プレートは、前記ＬＥＤチップの発光表面の第１部分を覆っている第１のセグメントと、前記第１のセグメントに並んで設けられていると共に、前記ＬＥＤチップの前記発光表面の第２部分を覆っている第２のセグメントとを含んでおり、前記セグメントの少なくとも一方は、前記ＬＥＤチップから発せられた光を或る波長に変換する波長変換材料を有している、セラミック変換プレートが提供される。このセラミック変換プレートは、本発明の上述された見地によって得られるべき類似の有利な点を提案する。

本発明の更に他の見地によれば、発光ダイオード（ＬＥＤ）モジュールの製造のための方法であって、光を発する表面を持つ少なくとも１つのＬＥＤチップを設けるステップと、セラミック変換プレートを前記ＬＥＤチップ上に取付けるステップとを有し、前記セラミック変換プレートは、前記ＬＥＤチップの前記発光表面の第１の部分を覆っている第１のセグメントと、前記第１のセグメントに並んで設けられていると共に、前記ＬＥＤチップの前記発光表面の第２の部分を覆っている第２のセグメントとを含んでおり、前記セグメントの少なくとも一方は、前記ＬＥＤチップから発せられた光を或る波長に変換する波長変換材料を有している。好ましくは、前記セラミック変換プレートを取付けるステップは、前記セラミック変換プレートの前記ＬＥＤチップに対する横方向と前記セグメントの大きさとのうちの少なくとも一方を選択するステップを含んでおり、この結果、前記ＬＥＤモジュールは、或る所望の色の混合された光を生成する、方法が、提供される。ＬＥＤモジュールの製造に関するこの方法は、本発明の上述の見地によって得られるものと類似の有利な点を提供する。

本発明のこれら及び他の見地は、今、本発明の現在好適な実施例を示している添付図面を参照して、詳細に記載される。

図１ａ乃至１ｆは、本発明の実施例によるＬＥＤモジュール１０を説明している。図１ａは、ＬＥＤモジュール１０の基本的構成の上面図であり、図１ｂは、ＬＥＤモジュール１０の基本的構成の側面図である。ＬＥＤモジュール１０は、ＬＥＤチップ１２を有している。ＬＥＤチップは、発光表面１３、即ちここではＬＥＤチップ１２の上面を有している。ＬＥＤモジュール１０は、ＬＥＤチップ１２から発せられた光を変換するセラミック変換プレート１４を更に有している。セラミック変換プレート１４は、ＬＥＤチップ１２から発せられた（図１ｂ内に矢印１６で示されている）光の経路内に配されており、即ちセラミック変換プレート１４は、ＬＥＤチップ１２の上部に位置されている。セラミック変換プレート１６の形状は、ＬＥＤチップ１２の正方形の形状に本質的に対応している。セラミック変換プレート１４は、上述の米国特許第2005/0569582号におけるセラミック層のものと類似の材料からできていても良い。

本発明の実施例によれば、前記セラミック変換プレートは、ＬＥＤチップ１２の発光表面１３の第１の部分を覆っている第１のセグメント１８と、第１のセグメント１８に並んで設けられていると共に、ＬＥＤチップ１２の発光表面１３の第２の部分を覆っている第２のセグメント２０と、第１のセグメント１８及び第２のセグメント２０に並んで設けられていると共に、ＬＥＤチップ１２の発光表面１３の第３の部分を覆っている第３のセグメント２２とを有する。図１ａ乃至１ｆにおいて、前記セグメントは、逆さの「Ｙ」の形状を持つ境界が形成されるように、成形されている。しかしながら、前記セグメントは、他の形状を有していても良い。例えば、前記セグメントは、長方形の形状を持っていても良く、「Ｔ」の形状を持つ境界が形成されるように配されていても良い（図示略）。

第１のセグメント１８は、ＬＥＤチップ１２から発せられた光を第１の波長に変換する第１の波長変換材料（例えば、蛍光体）を有しており、第２のセグメント２０は、ＬＥＤチップ１２から発せられた光を第２の波長に変換する第２の波長変換材料を有しており、第３のセグメント２２は、非波長変換材料、即ち「透過性」の材料を有している。例えば、ＬＥＤチップ１２は、青色光を発するものであることができ、第１のセグメント１８は、青色光を赤色光に変換することができ、第２のセグメント２０は、青色光を緑色光に変換することができる。従って、動作の間、第１のセグメント１８からの変換された赤色光と、第２のセグメント２０からの変換された緑色光とは、「透過性」の第３のセグメント２２を介してＬＥＤチップ１２から発せられた変換されていない青色光と混合され、これにより、全体的な白っぽい光が、生成される。

図1ａ及び１ｂにおいて、セグメント１８、２０、２２の大きさは、本質的には等しいものであり、セラミック変換プレート１４は、ＬＥＤチップ１２に中心を合わせて位置決めされており、或る色点を持つ混合された光を与える。しかしながら、異なる色点を提供する、即ちＬＥＤモジュール１０を調整するために、このことは、ＬＥＤチップ１２に対するセラミック変換プレート１４の横方向の位置の少なくとも一方と、セグメント１８、２０、２２の大きさとを変更することによって達成されることができる。

図１ｃにおいて、セラミック変換プレート１４の横方向の位置は、上方及び左側にずらされている。この場合において、大部分のＬＥＤチップ１２が、第１のセグメント１８及び第２のセグメント２０によって覆われており、これにより、前記ＬＥＤチップから発せられた青色光の大部分が、吸収される、及びそれぞれ赤色及び緑色に変換され、混合された光の減少された色温度を生じる。図１ｄにおいては、対照的に、セラミック変換プレート１４の横方向の位置が、下方及び右側にずらされている。この場合において、ＬＥＤチップ１２の大部分は、「透過性の」第３のセグメント２２によって覆われており、これにより、前記ＬＥＤチップから発せられた青色光のより少ないものが、赤及び緑色に変換され、混合された光の増加された色温度を生じる。図１ｃ−１ｄにおいて、セラミック変換プレート１４の面積は、好ましくは、ＬＥＤチップ１２の面積よりも、幾分か大きい。

従って、ＬＥＤモジュール１０の色点は、セラミック変換プレート１４をＬＥＤチップ１２に対して横方向にずらすことによって調整されることができ、青色ＬＥＤチップ１２の放出スペクトルに本質的にかかわらず、青色ＬＥＤチップ１２の放出スペクトルが、セグメント１８、２０の蛍光体の吸収スペクトルと十分な重なりを有している限り、或る白色が、得られる。このことは、図２ａにおけるＣＩＥ色度図を見ることにより説明されることができ、セグメント１８、２０内の蛍光体は、それぞれ、赤及び緑色である色座標２４、２６を有する光を発する。これらの２つの色座標と青色ＬＥＤチップ１２の色座標２８とによって決定される三角形は、例えば、セラミック変換プレート１４をＬＥＤチップ１２に対して横方向にずらすことによって、本発明のこの実施例によるＬＥＤモジュールによって到達されることができる色を示している。更に、図２ｂは、従来技術のＬＥＤモジュールに関するＣＩＥ色度図を示しており、青色ＬＥＤチップからの放出が、上部蛍光体層によって黄／オレンジ色に部分的に変換される。このＬＥＤモジュールによれば、得られることのできる色は、前記青色ＬＥＤチップの色座標２８と、前記黄／オレンジ色蛍光体の色座標３０との間の線上にある。明らかに、本発明のこの実施例によるＬＥＤモジュールは、従来技術のＬＥＤモジュールよりも全体的な色点を選択するのに広い可能性を提供する。

セラミック変換プレート１４をＬＥＤチップ１２に対して横方向にずらすことへの代替的なもの又は補完的なものとして、セグメント１８、２０、２２の大きさが、変更されることができる。図１ｅにおいて、赤及び緑色セグメント１８、２０の大きさが増大されている一方で、透明セグメント２２の大きさが減少されており、これにより前記ＬＥＤチップから発せられる青色光の大部分が、それぞれ、赤及び緑色に吸収される及び変換され、混合された光の色温度が減少される。対照的に、図１ｆにおいて、赤及び緑色セグメント１８、２０の大きさが減少されている一方で、透明セグメント２２の大きさが増大されており、これにより前記ＬＥＤチップから発せられたより多くの青色光が、変換を伴うことなく、発せられ、混合された光の増加された色温度を得る。

セラミックプレート１４のＬＥＤチップ１２に対する横方向の位置を選択する及び／又はセグメント１８、２０、２２の大きさを変更することは、ＬＥＤモジュール１０の製造中に実施されるのが好ましい。前者の選択肢は、上述で説明したように、前記セラミック変換プレートを所望の色点に依存して前記ＬＥＤチップに対して横方向に簡単にずらすことにより、全てが同じ構成を持つセラミック変換プレートが、全体的に混合された放射の異なる色点を有するＬＥＤモジュールの製造の間に使用されることができるという著しく有利な点を提案する。

本発明によるＬＥＤモジュールの製造の例示的な方法は、図３のフローチャートに要約されている。当該方法は、青色ＬＥＤチップ１２を設けるステップ（Ｓ１）と、セラミック変換プレート１４をＬＥＤチップ１２上に取り付けるステップ（Ｓ２）とを有し、セラミック変換プレート１４のＬＥＤチップ１２に対する横方向の位置が選択され、この結果、ＬＥＤモジュール１０は、或る所望の色の混合された光を生成する。

本発明によるＬＥＤモジュールのアプリケーションは、ＬＣＤモニタ又はＬＣＤテレビジョン装置、汎用照明アプリケーション、プロジェクタ（beamers）、直視型のアプリケーション等を含む。

当業者であれば、本発明が、上述の好適な実施例に限定されるものではないことを理解するであろう。対照的に、多くの変形及び変更が、
添付請求項の範囲内で実現可能である。例えば、２つの色変換セグメントを持っているセラミック変換プレートが議論されたが、前記セラミック変換プレートは、ただ１つの色変換セグメント又は３つ以上の色変換セグメントを有していても良い。例えば、シアンセグメントの黄色が、追加されることもできる。更に、ただ１つのＬＥＤチップが図１ａ−１ｆに示されているが、本発明のＬＥＤモジュールは、互いに隣接して位置された幾つかのＬＥＤチップを有していても良く、この場合、前記セラミック変換プレートは、幾つかの隣接するＬＥＤチップを覆うように適応化される。更に、前記セラミック変換プレートは、色（例えば、青、赤及び緑色）の量、従って、全体的な混合された光の色点を変化させるように更に回転させられることもできる。

本発明の実施例によるＬＥＤモジュールを示している。 本発明の実施例によるＬＥＤモジュールを示している。 本発明の実施例によるＬＥＤモジュールを示している。 本発明の実施例によるＬＥＤモジュールを示している。 本発明の実施例によるＬＥＤモジュールを示している。 本発明の実施例によるＬＥＤモジュールを示している。 図１ａ−ｆに示されているＬＥＤモジュールに関するＣＩＥ色度図である。 従来技術のＬＥＤモジュールに関するＣＩＥ色度図である。 本発明によるＬＥＤモジュールの製造に関する方法のフローチャートである。

Claims (9)

1. 発光表面を持つ少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）チップと、
   セラミック変換プレートと、
   を有するＬＥＤモジュールにおいて、
   前記セラミック変換プレートが、前記ＬＥＤチップの前記発光表面の第１部分を覆っている第１のセグメントと、前記第１のセグメントに並んで設けられていると共に、前記ＬＥＤチップの前記発光表面の第２部分を覆っている第２のセグメントとを含んでおり、前記セグメントの少なくとも一方が、前記ＬＥＤチップから発せられた光を或る波長に変換する波長変換材料を有している、ＬＥＤモジュール。
2. 前記第１のセグメントが、前記ＬＥＤチップから発せられた光を第１波長に変換する第１波長変換材料を有しており、前記第２のセグメントが、前記ＬＥＤチップから発せられた光を第２波長に変換する第２波長変換材料を有している、請求項１に記載のＬＥＤモジュール。
3. 前記セラミック変換プレートは、前記第１のセグメント及び／又は前記第２のセグメントに並んで設けられていると共に前記ＬＥＤチップの発光面の第３部分を覆っている第３のセグメントを更に含んでおり、前記第３のセグメントは、前記ＬＥＤチップから発せられた光を第３波長に変換する第３波長変換材料又は非波長変換材料を有している、請求項２に記載のＬＥＤモジュール。
4. 前記第１のセグメントは、前記ＬＥＤチップから発せられた光を第１波長に変換する第１波長変換材料を有しており、前記第２のセグメントは、非波長変換材料を有している、請求項１に記載のＬＥＤモジュール。
5. 前記セラミック変換プレートの前記ＬＥＤチップに対する横位置と前記セグメントの大きさとの少なくとも一方は、前記ＬＥＤモジュールが或る所望の色の混合された光を生成するように、選択されている請求項１乃至４の何れか一項に記載のＬＥＤモジュール。
6. 発光表面を持つ少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）チップを有するＬＥＤモジュールにおける使用のためのセラミック変換プレートであって、
   − 前記ＬＥＤチップの前記発光表面の第１部分を覆う第１のセグメントと、
   − 前記第１のセグメントに並んで設けられていると共に、前記ＬＥＤチップの前記発光表面の第２部分を覆っている第２のセグメントと、
   を有しており、前記セグメントの少なくとも一方が、前記ＬＥＤチップから発せられた光を或る波長に変換する波長変換材料を有している、セラミック変換プレート。
7. 前記第１のセグメント及び／又は前記第２のセグメントに並んで設けられていると共に、前記ＬＥＤチップの前記発光表面の第３部分を覆っている第３のセグメントを更に含んでおり、前記第３のセグメントが、前記ＬＥＤチップから発せられた光を第３波長に変換する第３波長変換材料又は非波長変換材料を有している、請求項６に記載のセラミック変換プレート。
8. 発光ダイオード（ＬＥＤ）モジュールの製造のための方法であって、
   − 発光表面を持つ少なくとも１つのＬＥＤチップを設けるステップと、
   − 前記ＬＥＤチップ上にセラミック変換プレートを設けるステップであって、前記セラミック変換プレートは、前記ＬＥＤチップの前記発光表面の第１部分を覆っている第１のセグメントと、前記第１のセグメントに並んで設けられていると共に前記ＬＥＤチップの前記発光表面の第２部分を覆っている第２のセグメントとを有しており、前記セグメントの少なくとも一方は、前記ＬＥＤチップから発せられた光を或る波長に変換する波長変換材料を有している、ステップと、
   を有する方法。
9. 前記セラミック変換プレートを取り付けるステップが、前記セラミック変換プレートの前記ＬＥＤチップに対する横方向の位置と前記セグメントの大きさとの少なくとも一方を、前記ＬＥＤモジュールが或る所望の色の混合された光を生成するように、選択するステップを含んでいる、請求項８に記載の方法。

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