JP2002543594A - レンズ付led光源 - Google Patents

レンズ付led光源

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Abstract

(57)【要約】 本発明の光源において、有利には、表面組立技術用に製造されたLED(2)が、透明材料充填部(3)内に埋め込まれており、透明材料充填部(3)内には、LEDから放射された光の少なくとも部分的な波長変換用のコンバータ材料が含まれており、透明材料製充填部には、レンズ(4)が接着されており、その際、材料充填部は、凸面状表面(3A)を有しており、レンズ(4)は、材料充填部の凹面状上側表面と形状結合する凹面状下側面(4A)を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明は、LED光源であって、少なくとも1つのLEDと、LEDが設けら
れた切欠部を有する基板と、LEDから放射された光の少なくとも部分的な波長
変換用のコンバータ材料が含まれている、LEDが埋め込まれた透明材料製の充
填部と、材料充填部と接触しているレンズとを有するLED光源に関する。
【0002】 最初期の頃、LEDは、青色又は紫外線光を発生することができるGaNベー
スで開発された。このLEDを用いて、光源は、波長変換を基礎にして製造する
ことができる。既に実現された技術概念では、LEDから放射された青色光の一
部分が、適切なコンバータ材料によって黄色光に変換され、その結果、元の青色
光と、変換された黄色光との形成された色混合の結果、白色光が形成される。第
2の技術概念では、適切なLEDの紫外線光を、可視スペクトル領域内に変換す
ることが提案されている。
【0003】 コンバータ材料は、両技術概念で、LEDの半導体材料又はLEDを囲む樹脂
等の埋め込み材料内に含まれるようにすることができる。
【0004】 構成素子の、放射方向でのビーム強度を高めるために、LED構成素子に、光
学レンズを設けて、この光学レンズによって光をフォーカシングし、配向して放
射することができる。
【0005】 その種の構成の例は、図1に示されている。この場合、LED構成が使用され
ており、それは、例えば、論文"SIEMENS SMT-TOPLED fuer die Oberflaechenmon
tage" , F. Moellmer und G. Waitl 著、定期刊行物 Siemens Components 29 (1
991), 4号、147ページに図1と関連して記載されている。このLEDの形式
は、極めて小型であり、場合によっては、多数の、その種のLEDを列−又はマ
トリックス構成に配列することができる。
【0006】 図1の装置構成によるSMT−TOPLEDの場合、LED2は、その電気コ
ンタクト面が、導体バンド5上に取り付けられており、この導体バンド5は、電
圧源の一方の極に接続されており、それと対向している、電圧源の他方の極に接
続された導体バンド5は、ボンド線6を介してLED2の他方の電気コンタクト
面と接続されている。両導体バンド5は、高温で固体の熱可塑性樹脂で射出成型
されている。そうすることによって、基板1は、射出成型材内に成型され、この
基板内に切欠部1Aが設けられており、この切欠部内にLED2が内側に突入さ
れている。熱可塑性プラスチックは、有利には、約90%の高拡散屈折度を有し
ており、その結果、LED2から放射された光が付加的に切欠部1Aの斜め側壁
で、出口開口の方向に反射される。切欠部1Aは、コンバータ材料、例えば、適
切な色素を含むエポキシ樹脂のような透明樹脂材3で充填される。この樹脂材及
び熱可塑性樹脂は、相互に綿密に調整されており、従って、熱負荷ピーク値によ
り、機械的な障害が引き起こされないようになる。
【0007】 作動中、LED2(例えば、GaNベース、又は、II−VI−化合物ベース
で製造してもよい)によって、青色又は紫外線光が放射される。LED2からレ
ンズ4への経路上で、放射された比較的短い波長の光ビームが、コンバータ材を
含む樹脂充填材3中で、部分的に長波光ビームに変換される。殊に、青色LED
を用いる場合、青色光ビームを少なくとも部分的に黄色光ビームに変換するコン
バータ材料を使用することができる。この構成の問題点は、光ビームの種々異な
る波長が、LED2からレンズ4に至る迄コンバータ材料で充填された樹脂充填
部3内に入射されることである。こうすることにより、構成素子の縁領域内で、
黄色成分が光ビーム内で優勢となり、それに対して、中間では、青色成分が光ビ
ーム内で優勢となる。従って、この効果により、放射方向又は観察方向により、
放射光ビームの色位置が変わってしまう。
【0008】 従って、本発明が基づく課題は、ビームの波長をコンバータ材料によってほぼ
同じ大きさにし、光ビームをビーミングした形式で放射することができるLED
光源を提供することである。更に、そのような光源の製造方法を提供することに
ある。
【0009】 本発明によると、この課題は、請求項1及び13記載の要件により解決される
【0010】 以下、本発明について図示の実施例を用いて詳細に説明する。
【0011】 その際、 図1は、レンズが接着されたLED光源の実施例の垂直方向断面図、 図2は、本発明のLED光源の実施例の垂直方向断面図 である。
【0012】 本発明の実施例は、図2に示されており、この図では、同一及び機能上同じ要
素については、図1の光源の場合と同様の参照番号を付けている。図1の構成に
関して挙げた有利な要件の全ては、図2の本発明の構成でも使用可能である。
【0013】 図2の本発明の光源は、前述の問題点を、光ビームの波長を樹脂充填部3内で
統一するようにして解決する。光ビームの波長を樹脂充填部3内で統一するため
に、樹脂充填部3を製造する際、凸面状表面3Aを有するように形成し、この凸
面状表面が、どの点でもLED2からほぼ同じ距離を有するようにされる。樹脂
充填部内に含まれるコンバータ材料の容積成分は、この統一された波長に沿って
、LED2から樹脂充填部3の凸面状表面3Aに至る迄、青色光ビームの十分に
大きな成分が、黄色ビーム成分に変換されるように調整され、その結果、このビ
ームは、人間の目には白色光ビームとして知覚される。従って、凸面状表面3A
の各点に、成分の等しい青色−黄色の色混合に基づいて、白色光が、その上に位
置しているレンズ4に入射する。
【0014】 例えば、ポリカーボネートから製造されたレンズ4は、それに対して凹面状表
面4Aを有しており、この凹面状表面4Aは、樹脂充填部3の凸面状表面3Aと
形状結合されている。
【0015】 本発明の図2の光源は、以下のように製造することができる。
【0016】 LED2は、既述のように、導体バンド5と導電接続されており、この導体バ
ンド5は、熱可塑性材料によって囲まれるように射出成型されて、基板1が形成
され、LED2が基板1の切欠部1A内に位置するようにされる。その限りで、
この方法は、上述の、Moellmer und Waitl著の論文に記載されている。その際、
しかし、樹脂材料3は、切欠部1Aの縁に至る迄、この切欠部内に充填されては
おらず、正確に決められた充填高さ以下迄しか充填されていない。その際、前も
って作られたレンズ4(図2に示された、凹面状表面4Aの形状を有する)が、
未だ液体状の樹脂材料3内に装着され、その際、樹脂充填部の表面がレンズ4の
凹面状下側表面4Aに当接し、その結果、そうすることによって、樹脂充填部3
の凸面状表面3Aが形成される。レンズ4の装着後、樹脂充填部が硬化される。
【0017】 切欠部1A内に充填される樹脂材料3の充填量は、切欠部1Aの縁に至る迄に
不足する容量は、凹面状下側表面4Aが押し退けた容量に相応するように出来る
限り正確に調整する必要がある。
【0018】 樹脂充填部3の凹面状表面3A及びレンズ4の凸面状下側面4Aの形状は、レ
ンズ4の製造の際に既に決められている。この形状の条件は、本来の光源、即ち
、LEDの活性放射面の、この表面からの間隔が一定であるということにある。
このために、LEDの活性放射面は、点状であるものと仮定されて、活性放射面
の中心点に配置される。
【0019】 しかし、本発明は、図2に示されたSMT構成形式に限定されるものではない
。例えば、基板は、銅ブロックのような金属ブロックによって構成してもよく、
この金属ブロックは、切欠部を有しており、この切欠部の底面上に、LEDが、
その電気コンタクト面と共に取り付けられており、その結果、銅ブロックは、同
時にヒートシンク及び電気端子である。他の電気端子は、その際、銅ブロックの
外側表面上に、それらの間に設けられた絶縁層と共に成型されており、その際、
この電気端子は、LEDの他方のコンタクト面と、樹脂充填前にボンド線によっ
て接続されている。
【図面の簡単な説明】
【図1】 レンズが接着されたLED光源の実施例の垂直方向断面図
【図2】 本発明のLED光源の実施例の垂直方向断面図
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成12年11月17日(2000.11.17)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項10
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項11
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項12
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項13
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項13】 請求項1から12迄の何れか1記載のLED光源の製造方
法において、各方法ステップ、 −基板内に平坦な底面を有する切欠部を形成するステップ、 −LEDを前記底面上に取り付けるステップ、 −コンバータ材料を含む、所定量の透明材料、例えば、樹脂材料を切欠部内に充
填するステップ、 −凸面状上側表面及び凹面状下側表面が予め製造されたレンズを形成するステッ
プ、 −前記レンズの凹面状下側表面を、未だ液状の透明材料内に装着するステップ、
−前記透明材料を硬化するステップ とを有することを特徴とするLED光源の製造方法。
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成13年4月23日(2001.4.23)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0007
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0007】 作動中、LED2(例えば、GaNベース、又は、II−VI−化合物ベース
で製造してもよい)によって、青色又は紫外線光が放射される。LED2からレ
ンズ4への経路上で、放射された比較的短い波長の光ビームが、コンバータ材を
含む樹脂充填材3中で、部分的に長波光ビームに変換される。殊に、青色LED
を用いる場合、青色光ビームを少なくとも部分的に黄色光ビームに変換するコン
バータ材料を使用することができる。この構成の問題点は、光ビームの種々異な
る波長が、LED2からレンズ4に至る迄コンバータ材料で充填された樹脂充填
部3内に入射されることである。こうすることにより、構成素子の縁領域内で、
黄色成分が光ビーム内で優勢となり、それに対して、中間では、青色成分が光ビ
ーム内で優勢となる。従って、この効果により、放射方向又は観察方向により、
放射光ビームの色位置が変わってしまう。 米国特許第3875456号明細書からは、ケーシング又はレフレクタ内に設
けられた2つの半導体を有する半導体光源が公知である。この半導体は、散乱層
内に埋め込まれており、この散乱層は、レンズ状に成型されたカバーの後ろ側に
設けられている。この散乱層及びカバーは、相互に堆積された樹脂層から形成さ
れており、燐光を発する材料を含む。 米国特許第5847507号明細書には、半導体が、例えば、エポキシ樹脂の
レンズ状のカバー(蛍光発光物質を含む)によって囲まれている。 ヨーロッパ特許公開第0230336号公報には、リング状体及び光電素子が
取り付けられている基板を有する構成素子が示されており、その際、光電素子は
、リング開口内に設けられている。このリング開口は、透明材料で充填されてお
り、球面レンズによって閉じられており、この球面レンズは、基板に対向してリ
ング状体上に載置されており、透明材料と接触している。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 LED光源であって、 −少なくとも1つのLED(2)と、 −前記LED(2)が設けられた切欠部(1A)を有する基板(1)と、 −前記LED(2)から放射された光の少なくとも部分的な波長変換用のコンバ
    ータ材料が含まれている、前記LED(2)が埋め込まれた透明材料製の充填部
    (3)と、 −前記材料充填部(3)と接触しているレンズ(4)と を有するLED光源において、 −レンズ(4)は、凹面状下側面(4A)を有していて、前記材料充填部(3)
    上に取り付けられており、 −前記充填部(3)は、当該材料充填部(3)の上側表面が前記レンズの凹面状
    下側面と形状結合するように、当該凸面状表面(3A)を有する ことを特徴とするLED光源。
  2. 【請求項2】 材料充填部(3)の容積は、中にLED(2)が配設された
    切欠部(1A)の空き容積よりも小さい請求項1記載のLED光源。
  3. 【請求項3】 材料充填部(3)の凸面状表面(3A)及びレンズ(4)の
    下側面(4A)は、当該両面がLED(2)からほぼ同じ距離を有するように成
    型されている請求項1又は2記載のLED光源。
  4. 【請求項4】 材料充填部(3)の凸面状表面(3A)及びレンズ(4)の
    下側面(4A)は、当該両面が活性放射面の幾何学的中心点からほぼ同じ距離を
    有するように成型されている請求項1又は2記載のLED光源。
  5. 【請求項5】 LED(2)は、GaNベース上の青色放射LEDであり、
    青色スペクトル領域内の光ビームを黄色スペクトル領域内の光ビームに変換する
    ためのコンバータ材料が形成されている請求項1から4迄の何れか1記載のLE
    D光源。
  6. 【請求項6】 LED(2)は、UV放射LEDであり、コンバータ材料は
    、UV光を可視スペクトル領域内に変換する請求項1から4迄の何れか1記載の
    LED光源。
  7. 【請求項7】 凸面状表面(3A)の、LED(2)からの距離、殊に、L
    EDの活性放射面の幾何学的中心点からの距離が、光ビームの光路長に沿って、
    変換度がほぼ50%であるように選定される請求項1から6迄の何れか1記載の
    LED光源。
  8. 【請求項8】 光源は、表面組立技術用に製造されている請求項1から7迄
    の何れか1記載のLED光源。
  9. 【請求項9】 材料充填部(3)は、樹脂材料、殊に、エポキシ樹脂を含む
    請求項1から8迄の何れか1記載のLED光源。
  10. 【請求項10】 基板(1)は、熱可塑性材料を含む請求項1から9迄の何
    れか1記載のLED光源。
  11. 【請求項11】 LED(2)は、当該LED(2)の電気的コンタクト面
    が第1の導体路(5)上に取り付けられており、 前記LED(2)の他方の電気的コンタクト面は、ボンド線(6)によって第2
    の導体路(5)と接続されており、 基板(1)は、導体路(5)の周囲に射出成型することによって製造されている
    請求項1から10迄の何れか1記載のLED光源。
  12. 【請求項12】 切欠部(1A)の側壁は、斜めに形成されており、反射す
    るようにされている請求項1から11迄の何れか1記載のLED光源。
  13. 【請求項13】 請求項1から12迄の何れか1記載のLED光源の製造方
    法において、各方法ステップ、 −基板内に平坦な底面を有する切欠部を形成するステップ、 −LEDを前記底面上に取り付けるステップ、 −コンバータ材料を含む、所定量の透明材料、例えば、樹脂材料を切欠部内に充
    填するステップ、 −凸面状上側表面及び凹面状下側表面が予め製造されたレンズを形成するステッ
    プ、 −前記レンズの凹面状下側表面を、未だ液状の透明材料内に装着するステップ、
    −前記透明材料を硬化するステップ とを有することを特徴とするLED光源の製造方法。
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