JP4739805B2 - Optical property control LED device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、光学特性制御ＬＥＤデバイス及びその製造方法に関するものであり、詳しくは、ＬＥＤデバイスの指向特性の調整、色調ムラの改善、光度の適正化等を可能にするＬＥＤ光学特性制御ＬＥＤデバイス及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an optical property control LED device and a manufacturing method thereof, and more specifically, an LED optical property control LED device that enables adjustment of directivity characteristics of an LED device, improvement of uneven color tone, optimization of luminous intensity, and the like. It relates to the manufacturing method.
ＬＥＤチップには、半導体ウエハー内及び半導体ウエハーの組成の個体差、活性層形成工程に於ける安定性及び再現性の限界等によって、発光効率や分光特性のバラツキが存在している。またＬＥＤチップは、一辺の長さが０．５ｍｍ程度の６面体（サイコロ状）の寸法・形状をした極めて小さい半導体素子であり、そのため発光光量が少なく、点光源に近い光学特性を有している。 LED chips have variations in light emission efficiency and spectral characteristics due to individual differences in the composition of semiconductor wafers and semiconductor wafers, stability and reproducibility limitations in the active layer formation process, and the like. The LED chip is a very small semiconductor element having a hexagonal (dice-like) dimension and shape with a side length of about 0.5 mm. Therefore, the LED chip has a small amount of emitted light and has optical characteristics close to a point light source. Yes.
また、ＬＥＤチップが実装されたＬＥＤデバイスは、一般的にはＬＥＤチップを透光性樹脂によって樹脂封止し、ＬＥＤチップから発せられた光を透光性樹脂内を導光させて光出射面から外部（大気中）に出射するようになっている。 Also, an LED device mounted with an LED chip is generally a light emitting surface by sealing the LED chip with a light-transmitting resin and guiding light emitted from the LED chip through the light-transmitting resin. To the outside (in the atmosphere).
ところで、ＬＥＤチップを実装したＬＥＤデバイスを多数個作製した場合、ＬＥＤチップの発光効率の個体差によってＬＥＤデバイスの光出射面からの出射光の光量が夫々異なるものとなり、各ＬＥＤデバイスの相互間に明るさのバラツキが生じることになる。また、ＬＥＤチップの光出射面から出射されてＬＥＤデバイスの光出射面に至る光の光量は、ＬＥＤチップの光出射面からＬＥＤデバイスの光出射面までの光路長によって異なるものとなり、ＬＥＤデバイスの光出射面内に於いて明るさのムラが生じることになる。 By the way, when a large number of LED devices mounted with LED chips are produced, the amount of light emitted from the light emitting surface of the LED devices differs depending on the individual light emission efficiency of the LED chips, and the LED devices are different from each other. Variations in brightness will occur. In addition, the amount of light emitted from the light emitting surface of the LED chip and reaching the light emitting surface of the LED device varies depending on the optical path length from the light emitting surface of the LED chip to the light emitting surface of the LED device. There will be uneven brightness in the light exit surface.
このような、各ＬＥＤデバイス相互間の明るさのバラツキ及びＬＥＤデバイスの光出射面内に於ける明るさのムラを制御して上記不具合を解消する方法として、ＬＥＤデバイスの光出射面に遮光性又は半遮光性の塗料によって多数のドットを形成するか、或いは、遮光性又は半遮光性の塗料によって細幅線を網目状に形成することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。 As a method for solving the above problems by controlling the brightness variation between the LED devices and the brightness unevenness in the light emitting surface of the LED device, the light emitting surface of the LED device has a light shielding property. Alternatively, it has been proposed to form a large number of dots with a semi-light-shielding paint, or to form narrow lines in a mesh shape with a light-shielding or semi-light-shielding paint (for example, see Patent Document 1). .
また、同様にＬＥＤチップを実装したＬＥＤデバイスを多数個作製した場合、ＬＥＤチップの分光特性の個体差によってＬＥＤデバイスの光出射面からの出射光の色調が夫々異なるものとなり、各ＬＥＤデバイスの相互間に色調のバラツキが生じることになる。 Similarly, when a large number of LED devices mounted with LED chips are produced, the color tone of the emitted light from the light emitting surface of the LED device differs depending on the individual differences in the spectral characteristics of the LED chips, and each LED device has a mutual relationship. Variations in color tone will occur between them.
このような、各ＬＥＤデバイス相互間の色調バラツキを制御して上記不具合を解消する方法として、ＬＥＤチップを樹脂封止する透光性樹脂を該ＬＥＤチップの発光色と同一の色調に着色し、ＬＥＤデバイスの光出射面に前記透光性樹脂と同一の色調に着色した遮光性又は半遮光性の塗料によって多数のドットを形成するか、或いは、前記透光性樹脂と同一の色調に着色した遮光性又は半遮光性の塗料によって細幅線を網目状に形成することが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
しかしながら、上記ＬＥＤデバイスの光出射面を形成する透光性樹脂に、遮光性又は半遮光性の塗料によってドットや細幅線を網目状に形成する手法は、以下のような問題点を含んでいる。 However, the method of forming dots and narrow lines in a mesh shape with a light-shielding or semi-light-shielding paint on the light-transmitting resin that forms the light emitting surface of the LED device includes the following problems. Yes.
まず、遮光性又は半遮光性の塗料によってドットや細幅線を網目状に形成する方法に、例えば、インクジェットによる噴射印刷やスクリーン印刷等が挙げられているが、透光性樹脂表面に塗布された塗料が滲みを生じて遮光精度を低下させるため、高精度で、安定した、再現性の良好な光学特性の制御を実現することは難しい。 First, as a method for forming dots and narrow lines in a mesh shape with a light-shielding or semi-light-shielding paint, for example, jet printing by ink jet or screen printing is mentioned, but it is applied to the surface of a translucent resin. Since the paint bleeds and reduces the light-blocking accuracy, it is difficult to realize high-precision, stable, and reproducible optical property control.
また、塗料の耐熱性が塗料を塗布する透光性樹脂よりも劣っており、ＬＥＤデバイス実装時の半田付け熱に対する耐熱性の不足によって、軟化・溶融流動することになる。同様に、塗料に関しては、塗料の耐侯性も塗料を塗布する透光性樹脂よりも劣っており、大気中の紫外線やＬＥＤチップから発せられる短波長領域の光を受けて劣化し、透光性樹脂面から剥がれ落ちる等の不具合により遮光性が損なわれることになる。 Further, the heat resistance of the paint is inferior to that of the translucent resin to which the paint is applied, and the softening / melting flow occurs due to the lack of heat resistance against the soldering heat when the LED device is mounted. Similarly, with respect to paint, the weather resistance of the paint is also inferior to that of the translucent resin to which the paint is applied, and deteriorates by receiving light in the short wavelength region emitted from ultraviolet rays or LED chips in the atmosphere. The light-shielding property is impaired due to problems such as peeling off from the resin surface.
更に、塗料を使用することによってＬＥＤデバイスを構成する部材点数が多くなり、製造コストを上昇させる要因となる。 Further, the use of paint increases the number of members constituting the LED device, which increases the manufacturing cost.
そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、ＬＥＤデバイスの指向特性の調整、色調ムラの改善、光度の適正化等を良好な精度で且つ高温・紫外線環境下に晒されても特性維持が実現できるＬＥＤデバイスの光学特性制御方法及びＬＥＤデバイスを提供することにある。 Therefore, the present invention was devised in view of the above problems, and its object is to adjust the directivity of LED devices, improve color unevenness, optimize luminous intensity, etc. with high accuracy and high temperature / ultraviolet rays. An object of the present invention is to provide an LED device optical property control method and an LED device capable of maintaining characteristics even when exposed to an environment.
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された本発明は、少なくとも１個以上の青色ＬＥＤチップが少なくとも１種類以上の、前記青色ＬＥＤチップの発光によって励起されて蛍光を発する蛍光体が混入されている直方体形状の透光性部材によって封止されたＬＥＤデバイスであって、前記透光性部材の光出射面周辺領域にはレーザ光によって凹みを形成し、光出射面中央部には凹みを形成しないことを特徴とするものである。
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention described in
また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記透光性部材は樹脂及びガラスのうちの１つであることを特徴とするものである。
The invention described in
また、本発明の請求項３に記載された発明は、ＬＥＤデバイスの色調を測定する工程と、前記ＬＥＤチップを封止した少なくとも１種類以上の蛍光体が混入されている透光性部材の光出射面周辺領域に少なくとも１個以上の凹みをレーザ光によって形成する工程と、前記凹みを形成した後に、色調を測定する工程と、を有することを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a process for measuring a color tone of an LED device, and light of a translucent member in which at least one kind of phosphor sealing the LED chip is mixed. The method includes a step of forming at least one or more dents in the peripheral area of the emission surface with a laser beam, and a step of measuring a color tone after forming the dents.
本発明の光学特性制御ＬＥＤデバイス及びその製造方法は、ＬＥＤデバイスの光出射面にレーザ光によって凹みを設け、該凹み部分が外部に出射しようとする光を阻止する働きをなすことを利用して光度、指向特性、色調を制御しようとするものである。 The optical property control LED device and the manufacturing method thereof according to the present invention utilize the fact that a recess is provided by a laser beam on the light emission surface of the LED device, and the recess serves to block light that is to be emitted to the outside. It is intended to control light intensity, directivity, and color tone.
よって、高熱や紫外線等の厳しい環境下に於いても、凹みを設けた効果が影響受けるものではなく、光学特性を長期間に亘って維持できる信頼性のあるＬＥＤデバイスを実現するものである。 Therefore, even in a severe environment such as high heat and ultraviolet rays, the effect of providing the dent is not affected, and a reliable LED device capable of maintaining optical characteristics over a long period of time is realized.
また、塗料を塗布する方法とは異なるため、滲みがなく、光学特性の精度及び再現性の高いＬＥＤデバイスを実現することができる。 Moreover, since it is different from the method of applying a paint, it is possible to realize an LED device that does not bleed and has high optical property accuracy and reproducibility.
また、製造工程に於いて新たな部品を必要とするものではなく、材料費の上昇を伴なわない経済的な手法でもある。 In addition, it does not require new parts in the manufacturing process, and is an economical method that does not involve an increase in material costs.
つまり、本発明の光学特性制御ＬＥＤデバイス及びその製造方法は上記効果を奏しながら、ＬＥＤデバイスの指向特性の調整、色調ムラの改善、光度の適正化等を良好な精度で達成できるものである。 That is, the optical property control LED device and the manufacturing method thereof according to the present invention can achieve adjustment of the directivity of the LED device, improvement of uneven color tone, optimization of luminous intensity, and the like with good accuracy while exhibiting the above effects.
以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図８を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. The embodiments described below are preferable specific examples of the present invention, and thus various technically preferable limitations are given. However, the scope of the present invention particularly limits the present invention in the following description. Unless stated to the effect, the present invention is not limited to these embodiments.
図１は本発明に係わる光学特性制御ＬＥＤデバイスの原理図である。ＬＥＤデバイスの光学制御に係わる主な構成要素は、ＬＥＤチップと該ＬＥＤチップを封止する透光性樹脂である。そして、ＬＥＤチップの光出射面と透光性樹脂とは界面を形成し、透光性樹脂の光出射面と外部（大気）も界面を形成している。 FIG. 1 is a principle view of an optical property control LED device according to the present invention. The main components related to the optical control of the LED device are the LED chip and a translucent resin that seals the LED chip. The light emitting surface of the LED chip and the translucent resin form an interface, and the light emitting surface of the translucent resin and the outside (atmosphere) also form an interface.
この構成に於いて、ＬＥＤチップの光出射面から出射されて透光性樹脂との界面を経て透光性樹脂内に入射し、透光性樹脂の光出射面に向かう光は、透光性樹脂内を導光されて透光性樹脂の光出射面に至り、大気との界面である光出射面で屈折されて大気中に出射される（図中では直線1〜３及び点線４、５で示される光線）。
In this configuration, the light emitted from the light emitting surface of the LED chip, enters the light transmitting resin through the interface with the light transmitting resin, and the light traveling toward the light emitting surface of the light transmitting resin is translucent. The light is guided through the resin to the light emitting surface of the translucent resin, refracted by the light emitting surface which is an interface with the atmosphere, and emitted into the atmosphere (in the figure,
ところで、透光性樹脂の光出射面に例えば断面略円弧形状の凹面からなる凹みを設けると、凹面は透光性樹脂と大気との界面となり、透光性樹脂の光出射面となる。従って、透光性樹脂の光出射面は凹面とそれ以外の面とで構成されることになる。 By the way, if the light emitting surface of the translucent resin is provided with, for example, a concave portion having a substantially arc-shaped cross section, the concave surface becomes an interface between the translucent resin and the atmosphere and becomes the light emitting surface of the translucent resin. Therefore, the light emitting surface of the translucent resin is composed of a concave surface and other surfaces.
そこで、ＬＥＤチップの光出射面から出射されて透光性樹脂の光出射面に至った光の一部は光出射面で屈折されて大気中に出射される（図中では直線1〜３で示される光線）。一方、凹面に至った光のうち、凹面の入射点における界面の法線との交角（入射角）が臨界角以内のときは大気との界面である凹面で屈折されて大気中に放出される（図中では一点鎖線６、７で示される光線）。
Therefore, a part of the light emitted from the light emitting surface of the LED chip and reaching the light emitting surface of the translucent resin is refracted by the light emitting surface and emitted into the atmosphere (in the figure,
ところが、凹面に至った光のうち、凹面の入射点における界面の法線との交角（入射角）が臨界角以上のときは大気との界面である凹面で全反射されて再び透光性樹脂内に戻る。（図中では直線８、９で示される光線）。
However, of the light that reaches the concave surface, when the intersection angle (incident angle) with the normal of the interface at the incident point of the concave surface is greater than the critical angle, it is totally reflected by the concave surface that is the interface with the atmosphere and is again a translucent resin. Return inside. (Rays indicated by
従って、透光性樹脂の光出射面に凹みが形成されていないときには大気中に出射していた光線４、５が、凹みが形成されたことによって光線８、９のように内部反射されて大気中に出射されないようになったことになる。つまり、透光性樹脂の光出射面に於いて、凹みを形成することによって凹みを含む凹み近傍から大気中に出射する光量を部分的に抑制することができ、その結果、光出射面から出射される光の指向特性が制御できることになる。
Therefore, when the dent is not formed on the light emitting surface of the translucent resin, the
また、透光性樹脂の光出射面全面に、多数の凹みを略等間隔でマトリックス状に設けることにより、指向特性を変えることなくＬＥＤデバイスの出射光量（明るさ）のみを制御することができる。 Further, by providing a large number of dents in a matrix at substantially equal intervals on the entire light emitting surface of the translucent resin, it is possible to control only the emitted light amount (brightness) of the LED device without changing the directivity. .
更に、ＬＥＤデバイスには、ＬＥＤチップから出射された光で蛍光体を励起して波長変換し、波長変換された光とＬＥＤチップから出射された光とを混合することによってＬＥＤチップから出射される光とは異なる色調の光を出射するようにしたものがある。 Further, in the LED device, the phosphor is excited by the light emitted from the LED chip to convert the wavelength, and the wavelength-converted light and the light emitted from the LED chip are mixed to be emitted from the LED chip. Some of them emit light having a color tone different from that of light.
それは例えば、ＬＥＤチップから出射される光が青色光の場合には、青色光に励起されて青色の補色となる黄色光に波長変換する蛍光体を用いることにより、ＬＥＤチップから出射された青色光が蛍光体を励起することによって波長変換された黄色光と、ＬＥＤチップから出射された青色光との混合によって白色光を作り出すものである。
同様に、ＬＥＤチップから出射される光が青色光であっても、青色光に励起されて緑色光及び赤色光にそれぞれ波長変換する２種類の蛍光体を混合したものを用いることにより、ＬＥＤチップから出射された青色光が蛍光体を励起することによって波長変換された緑色光及び赤色光と、ＬＥＤチップから出射された青色光との混合によって白色光を作り出すものもある。
また、ＬＥＤチップから出射される光が紫外光の場合には、紫外光に励起されて青色光、緑色光及び赤色光にそれぞれ波長変換する３種類の蛍光体を混合したものを用いることにより、ＬＥＤチップから出射された紫外光が蛍光体を励起することによって波長変換された青色光、緑色光及び赤色光の混合によって白色光を作り出すものもある。
つまり、ＬＥＤチップから出射される光の波長と蛍光体とを適宜に組み合わせることによって白色光以外の種々な色調の光を作り出すことができる。
For example, when the light emitted from the LED chip is blue light, the blue light emitted from the LED chip is obtained by using a phosphor that converts the wavelength to yellow light that is excited by the blue light and becomes a complementary color of blue. Produces white light by mixing yellow light wavelength-converted by exciting the phosphor and blue light emitted from the LED chip.
Similarly, even if the light emitted from the LED chip is blue light, the LED chip can be obtained by using a mixture of two types of phosphors that are excited by blue light and wavelength-converted into green light and red light, respectively. In some cases, white light is produced by mixing green light and red light wavelength-converted by exciting the phosphor with blue light emitted from the LED and blue light emitted from the LED chip.
In addition, when the light emitted from the LED chip is ultraviolet light, by using a mixture of three kinds of phosphors that are excited by ultraviolet light and convert the wavelength into blue light, green light, and red light, respectively, In some cases, white light is generated by mixing blue light, green light, and red light, which are wavelength-converted by exciting the phosphor with ultraviolet light emitted from the LED chip.
That is, light of various color tones other than white light can be created by appropriately combining the wavelength of light emitted from the LED chip and the phosphor.
そこで、図２では青色ＬＥＤチップから出射された青色光と、ＬＥＤチップから出射された青色光に励起されて青色の補色となる黄色光に波長変換する蛍光体を用いて白色光を得るＬＥＤデバイスの光学特性制御方法を示している。 Therefore, in FIG. 2, an LED device that obtains white light using a phosphor that converts the wavelength of the blue light emitted from the blue LED chip and the yellow light that is excited by the blue light emitted from the LED chip into a complementary color of blue. The optical characteristic control method is shown.
青色ＬＥＤを封止する透光性樹脂には青色光に励起されて青色の補色となる黄色光に波長変換する蛍光体が混入され、透光性樹脂の光出射面には断面略円弧形状の凹面からなる凹みを設け、凹面が透光性樹脂と大気との界面となり、透光性樹脂の光出射面となるようにしている。従って、透光性樹脂の光出射面は凹面とそれ以外の面とで構成されることになる。 The translucent resin that seals the blue LED is mixed with a phosphor that is excited by blue light and converts the wavelength to yellow light that is a complementary color of blue, and the light exit surface of the translucent resin has a substantially arc-shaped cross section. A recess made of a concave surface is provided so that the concave surface serves as an interface between the translucent resin and the atmosphere and serves as a light exit surface of the translucent resin. Therefore, the light emitting surface of the translucent resin is composed of a concave surface and other surfaces.
そこで、ＬＥＤチップの光出射面から出射されてそのまま透光性樹脂の光出射面に至った光の一部は光出射面で屈折されて大気中に出射される（図中では直線1で示される光線）。一方、ＬＥＤチップの光出射面から出射されて蛍光体に至って蛍光体を励起し、波長変換されて蛍光体から放出された黄色光のうち、透光性樹脂の光出射面に至った光は光出射面で屈折されて大気中に出射される（図中では直線２で示される光線）。また、蛍光体から放出された黄色光のうち、凹みの凹面に至った光は凹面の入射点における界面の法線との交角（入射角）が臨界角以上のときは大気との界面である凹面で全反射されて再び透光性樹脂内に戻る（図中では直線３で示される光線）
Therefore, a part of the light emitted from the light emitting surface of the LED chip and reaching the light emitting surface of the translucent resin as it is is refracted by the light emitting surface and emitted into the atmosphere (indicated by a
従って、透光性樹脂の光出射面に凹みが形成されていないときには大気中に出射していた光線４が、凹みが形成されたことによって光線３のように内部反射されて大気中に出射されないようになったことになる。つまり、凹面で全反射された光が蛍光体から放出された黄色光であるため、凹みを形成することによって凹みを含む凹み近傍から大気中に出射する黄色光の光量を部分的に抑制することができ、その結果、ＬＥＤデバイスから出射される光の色調制御を部分的におこなうことができるものである。
Therefore, when the dent is not formed on the light emitting surface of the translucent resin, the
この場合、ＬＥＤデバイスからは青色光と黄色光の２種類の光が出射され、この２種類の光を混合して白色の色調の光を得るようになっている。従って、ＬＥＤデバイスの光出射面において、青色光の光量が多くて青色みがかった白色の色調を呈しているときは、その部分に凹みを設けることにて青色光の出射を抑制できる。また反対に黄色光の光量が多くて黄色みがかった白色の色調を呈しているときは、その部分に凹みを設けることにて黄色光の出射を抑制できる。つまり、ＬＥＤデバイスの出射面全面に亘って同一な色調の光を放出するような制御を行なうことができるものである。 In this case, two types of light, blue light and yellow light, are emitted from the LED device, and the light of white color tone is obtained by mixing the two types of light. Accordingly, when the light emission surface of the LED device has a blue color tone with a large amount of blue light, emission of the blue light can be suppressed by providing a recess in that portion. On the other hand, when the yellow light has a large amount of yellow light and exhibits a yellowish white color tone, it is possible to suppress the emission of yellow light by providing a recess in that portion. That is, it is possible to perform control such that light of the same color tone is emitted over the entire emission surface of the LED device.
なお、凹みは、ＬＥＤデバイスの光出射面の大きさ、透光性樹脂の厚みを考慮して、形状（例えば、ドーム形状、筒形状）、大きさ、深さ、配置する間隔、数量等を適宜設定することによって最良の結果を得ることができる。 In addition, considering the size of the light emitting surface of the LED device and the thickness of the light-transmitting resin, the dent is shaped (for example, dome shape, cylindrical shape), size, depth, arrangement interval, quantity, etc. The best result can be obtained by setting appropriately.
ＬＥＤデバイスの光出射面に設ける凹みは、図３で示すようにＬＥＤデバイス１の透光性樹脂の光出射面２にレーザ光３を照射することによって形成するものである。凹み４を形成するレーザの種類はＣＯ２レーザやエキシマレーザ等の気体レーザ、ＹＡＧレーザ等の固体レーザなどが使用されるが、特にこれらに限定されるものではない。またレーザの出力、照射時間、ビーム径等の照射条件は凹みの大きさ、深さ、作業性等を考慮して適宜設定される。
The depression provided on the light emitting surface of the LED device is formed by irradiating the
次に、図４〜図８に於いて具体的な実施形態について説明する。図４及び図５はＬＥＤデバイスの光学特性のうち、指向特性を制御する場合を示しており、図４はＬＥＤデバイスの部分斜視図、図５はＬＥＤデバイスの指向特性である。図４に於いて、ＬＥＤデバイス１の下方には図示しないが複数個の同一発光色のＬＥＤチップを所定の間隔をもってマトリックス状に実装している。そして、光出射面２の一部の領域に複数の凹み４を設けている。
Next, a specific embodiment will be described with reference to FIGS. 4 and 5 show a case where the directivity of the optical characteristics of the LED device is controlled. FIG. 4 is a partial perspective view of the LED device, and FIG. 5 shows the directivity of the LED device. In FIG. 4, although not shown below the
この場合、凹みが設けられた領域は、ＬＥＤチップから出射された光の一部が凹みによって内部反射され、外部に出射されるのを阻害されている。従って、この領域は他の光出射面に比べて出射光量が少ない。図５はこのときの指向特性（実線）を，凹みを設けないときの指向特性（点線）と重ねて示したものである。凹みを設けないときの指向特性は、ＬＥＤチップの光軸Ｘ（指向角０°）に対して対称な指向特性を示しており、明るさも対称的に分布している。それに対し、凹みを設けたときの指向特性は、凹みを設けた方向が凹んだ特性を示しており、明るさの分布が歪んだ特性を有している。このことから、光出射面の適当な部分に凹みを設けることによりＬＥＤデバイスの配向特性を制御できることが検証できた。
In this case, in the region where the recess is provided, a part of the light emitted from the LED chip is prevented from being internally reflected by the recess and emitted to the outside. Therefore, this region has a smaller amount of emitted light than other light emitting surfaces. FIG. 5 shows the directivity (solid line) at this time superimposed on the directivity (dotted line) when no dent is provided. The directivity when no dent is provided shows directivity that is symmetric with respect to the optical axis X (
図６及び図７はＬＥＤデバイスの光学特性のうち、光度を制御する場合を示しており、図６はＬＥＤデバイスの部分斜視図、図７は光度ランクの最適化を示すものである。図６に於いて、ＬＥＤデバイス１の光出射面２に略均等に凹み４を設けている。
6 and 7 show a case where the luminous intensity is controlled among the optical characteristics of the LED device. FIG. 6 is a partial perspective view of the LED device, and FIG. 7 shows optimization of the luminous intensity rank. In FIG. 6, the
この場合も上記同様に、ＬＥＤチップから出射された光の一部が凹みによって内部反射され、外部に出射されるのを阻害されている。従って、光出射面から出射される光量は光出射面全面に亘って均等に低減されるため、指向特性を変えないで明るさ（光度）のみを制御することができる。 Also in this case, as described above, a part of the light emitted from the LED chip is internally reflected by the dent and is prevented from being emitted to the outside. Accordingly, the amount of light emitted from the light emitting surface is uniformly reduced over the entire surface of the light emitting surface, so that only brightness (luminance) can be controlled without changing the directivity.
この結果を踏まえ、ＬＥＤデバイス光度制御を行なうことによって、光度選別の同一ランク内に含まれるＬＥＤデバイスの数量を増やし、単ランク指定の出荷に対して出荷数量の確保が容易にできるようになる。例えば、図７に示すように、ＬＥＤデバイスが光度の低い方から順にＡ〜Ｆで表される所定の光度範囲内にランク分けされている場合、例えばＢランクの明るいＬＥＤデバイスに凹みを設けることによって光度をＡランクまで落とし、従来のＡランクのＬＥＤデバイスと混合することによってＡランクのＬＥＤデバイスの数量を増加させることができる。その結果、ＡランクのＬＥＤデバイスの大量の要求に対しても対応することができる。また、Ｅ、ＦランクのＬＥＤデバイスをＤランクの光度まで下げてＤランクのＬＥＤデバイスを多量に確保することも可能である。このように、ＬＥＤデバイスの光度を制御することによって必要なランクの数量を容易に確保することができる。 Based on this result, by performing the LED device luminous intensity control, the quantity of LED devices included in the same rank of the luminous intensity selection can be increased, and the shipment quantity can be easily secured for the shipment of the single rank designation. For example, as shown in FIG. 7, when LED devices are ranked in a predetermined light intensity range represented by A to F in order from the lowest light intensity, for example, a recess is provided in a bright LED device of B rank. The number of A rank LED devices can be increased by reducing the luminous intensity to A rank and mixing with conventional A rank LED devices. As a result, it is possible to cope with a large amount of requests for LED devices of A rank. It is also possible to secure a large number of D rank LED devices by lowering the E and F rank LED devices to the D rank luminous intensity. Thus, the required number of ranks can be easily secured by controlling the luminous intensity of the LED device.
このように、明るさの制御が容易にできるために在庫の数を減らすことができ、効率的な生産計画の下に無駄の少ない生産が可能となり、製造コストの低減に寄与するものである。 In this way, since the brightness can be easily controlled, the number of stocks can be reduced, and production with less waste is possible under an efficient production plan, which contributes to a reduction in manufacturing costs.
図８はＬＥＤデバイスの光学特性のうち、色調を制御する場合を示しており、ＬＥＤデバイスの部分斜視図である。図８に於いて、ＬＥＤデバイス１は白色ＬＥＤデバイスであり、ＬＥＤデバイス１の下方には図示しないが複数個の青色発光ＬＥＤチップが所定の間隔をもってマトリックス状に実装され、ＬＥＤデバイス１の光出射面２を形成する透光性樹脂には蛍光体が混入されている。
FIG. 8 is a partial perspective view of the LED device, showing a case where the color tone is controlled among the optical characteristics of the LED device. In FIG. 8, the
上記白色ＬＥＤデバイス１の光出射面２の中央部は良好な色調の白色光が出射しているが、周辺領域の白色光は黄色みがかった白色光が出射しており、白色ＬＥＤデバイスとしては光出射面内において色調ムラのあるＬＥＤデバイスとなっている。
Although the white part of the
そこで、ＬＥＤデバイスの光出射面の黄色みがかった白色の色調の光を出射する領域にのみ凹みを設ける。すると、その領域は蛍光体から放出された黄色光が多いため、図２に示すようなメカニズムによって、黄色光の出射を阻害することによって中央部の白色光領域と同様の色調を出射するように色調制御を行なうことができる。 Therefore, the depression is provided only in the region where the light emitting surface of the LED device emits light of yellowish white color. Then, since there is a lot of yellow light emitted from the phosphor in the area, the same color tone as that of the white light area in the center is emitted by inhibiting the emission of yellow light by the mechanism shown in FIG. Color tone control can be performed.
よって、光出射面の全面に亘って色調ムラのない光を出射するＬＥＤデバイスを実現することができる。なお、蛍光体は一種類に限られるものではなく、ＬＥＤチップの発光色やＬＥＤデバイスとして求められる色調等を考慮して２種類以上の蛍光体を使用することも可能である。その場合も、色調を変えたい領域のみに凹みを設けることによってＬＥＤデバイスの色調を制御することができる。 Therefore, it is possible to realize an LED device that emits light without uneven color tone over the entire surface of the light emitting surface. The phosphor is not limited to one type, and two or more types of phosphors can be used in consideration of the emission color of the LED chip, the color tone required for the LED device, and the like. Even in that case, the color tone of the LED device can be controlled by providing a recess only in the region where the color tone is desired to be changed.
なお、ここまでは、ＬＥＤデバイスの光出射面に凹みを設けることによって、指向特性、光度、色調を個別に制御する方法を説明してきたが、これらは上記のように単独で制御される場合と、任意に組み合わせた複数の光学特性を同時に制御する場合とが考えられる。 Up to this point, the method of individually controlling the directivity, light intensity, and color tone by providing a recess on the light emitting surface of the LED device has been described. However, these are controlled individually as described above. It is conceivable that a plurality of optical characteristics arbitrarily combined are controlled simultaneously.
ところで、光学特性制御ＬＥＤデバイスの製造工程に於いて、該ＬＥＤデバイスの光出射面に凹みを設ける工程は、まず、ＬＥＤデバイスの光学特性（例えば、光度、指向特性、色調等）を測定し、制御する必要のある項目及びその制御仕様を設定する。次に、制御仕様に基づいてレーザ光で光出射面に凹みを形成する。その後、再度測定して光学特性制御結果を検証する。結果が不十分の場合は再度レーザ光で光出射面に凹みを形成して測定し、光学特性制御結果を検証する。このような過程を繰り返すことによって理想とする特性を得ることができる。なお、多量のＬＥＤデバイスに対して同様の制御仕様が適応できる場合は、レーザ加工の条件出しができれば１つのＬＥＤデバイス対して１回のレーザ加工で求める光学制御が可能となる。 By the way, in the manufacturing process of the optical property control LED device, the step of providing the depression on the light emitting surface of the LED device first measures the optical properties (for example, luminous intensity, directivity, color tone, etc.) of the LED device, Set the items that need to be controlled and their control specifications. Next, a dent is formed in the light emitting surface with laser light based on the control specifications. Thereafter, measurement is performed again to verify the optical property control result. If the result is insufficient, the laser beam is again measured by forming a dent on the light exit surface, and the optical property control result is verified. By repeating such a process, ideal characteristics can be obtained. When the same control specification can be applied to a large number of LED devices, if laser processing conditions can be determined, optical control obtained by one laser processing can be performed for one LED device.
なお、上述の透光性樹脂の替わりに透明ガラスを使用しても同様の作用、効果を齎すものである。 In addition, even if it uses transparent glass instead of the above translucent resin, the same effect | action and effect are shown.
以上説明したように、本発明の光学特性制御ＬＥＤデバイス及びその製造方法は、ＬＥＤデバイスの光出射面の一部または全面にレーザ光による凹みを設けることによって、凹みを含む凹み近傍から出射する光が外部に出射されるのを阻害するようにしたものである。 As described above, the optical characteristic control LED device and the manufacturing method thereof according to the present invention provide light emitted from the vicinity of the recess including the recess by providing a recess by laser light on a part or the entire surface of the light emission surface of the LED device. Is prevented from being emitted to the outside.
よって、高熱や紫外線等の厳しい環境下に於いても、凹みを設けた効果が影響受けるものではなく、光学特性を長期間に亘って維持できる信頼性のあるＬＥＤデバイスを実現するものである。 Therefore, even in a severe environment such as high heat and ultraviolet rays, the effect of providing the dent is not affected, and a reliable LED device capable of maintaining optical characteristics over a long period of time is realized.
また、塗料を塗布する方法とは異なるため、滲みがなく、光学特性の精度及び再現性の高いＬＥＤデバイスを実現することができる。 Moreover, since it is different from the method of applying a paint, it is possible to realize an LED device that does not bleed and has high optical property accuracy and reproducibility.
また、製造工程に於いて新たな部品を必要とするものではなく、材料費の上昇を伴なわない経済的な手法でもある。 In addition, it does not require new parts in the manufacturing process, and is an economical method that does not involve an increase in material costs.
つまり、上記効果を奏しながら、ＬＥＤデバイスの指向特性の調整、色調ムラの改善、光度の適正化等を良好な精度で達成できる光学特性制御ＬＥＤデバイス及びその製造方法を実現することができるものである。 In other words, while exhibiting the above effects, it is possible to realize an optical property control LED device and a method for manufacturing the same that can achieve adjustment of directivity of LED devices, improvement of uneven color tone, optimization of luminous intensity, etc. with good accuracy. is there.
１ ＬＥＤデバイス
２ 光出射面
３ レーザ光
４ 凹み
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記ＬＥＤチップを封止した少なくとも１種類以上の蛍光体が混入されている透光性部材の光出射面周辺領域に少なくとも１個以上の凹みをレーザ光によって形成する工程と、
前記凹みを形成した後に、色調を測定する工程と、
を有する請求項１または２に記載のＬＥＤデバイスの製造方法。 Measuring the color tone of the LED device;
Forming at least one or more dents by laser light in a region around the light emitting surface of the translucent member in which at least one kind of phosphor sealing the LED chip is mixed; and
Measuring the color tone after forming the recess;
The manufacturing method of the LED device of Claim 1 or 2 which has these.
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