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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