JP2004006912A

JP2004006912A - Optical medium

Info

Publication number: JP2004006912A
Application number: JP2003163481A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Tamaoki; 玉置　智; Hirao Ota; 太田　平雄
Original assignee: LAB Sphere Corp
Current assignee: LAB Sphere Corp
Priority date: 2003-06-09
Filing date: 2003-06-09
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2020-03-16
Also published as: JP4033300B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical medium or light emitting device which can obtain a required brightness without using a plurality of diode chips such as LEDs. <P>SOLUTION: The optical medium 116 comprises an incident surface, a recessed part for housing a plurality of disc type LEDs 201, 202, 203, 204 and so on, an emitting surface for emitting a light, and a light transmission part for connecting the incident surface to the emitting surface. The recessed part is defined by the incident surface and a sidewall part formed continuously from the incident surface. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体発光素子の応用技術に係り、特にこの半導体発光素子を用いた照明器具に好適な光学媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近ハロゲンランプを用いた細身の懐中電灯が市販されるに至っているが、この種の懐中電灯の電池の寿命は連続点灯では３時間程度であり、また、ハロゲンランプ自身の寿命も短いという欠点を有している。一方、パーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、小型携帯テレビ、車載テレビ等には、液晶表示装置が多用されている。このような液晶表示基板の照明（バックライト）は蛍光放電管（蛍光灯）が用いられている。このバックライト用蛍光灯は、携帯テレビや携帯用パーソナルコンピュータを落下した際には破損したり、特性が劣化し易いという問題がある。また、冬季寒冷地等の低温度環境下で使用する場合、管内の水銀蒸気圧が低下して発光効率が低くなり、充分な輝度を得ることが出来なくなる。更に、長時間動作に対する安定性や信頼性が不十分である。また、最も重要な問題は消費電力が大きいことである。携帯用パーソナルコンピュータを例にすれば、マイクロプロセッサやメモリで消費される電力よりも液晶表示部の消費電力が圧倒的に大きい。このため、蛍光灯をバックライトとして用いた場合は、長時間にわたり電池で携帯テレビや携帯用パーソナルコンピュータを動作させるのは困難である。また、蛍光灯は、電源の周波数に対応したパルス的な発光であるので、個人差はあるが、そのちらつき感から、目の疲労の問題が生じる。即ち、バックライトのような直接照明に近い使用方法の場合、長時間、蛍光灯からの光を直視することによる目の疲労、或いは、目の疲労からくる人体への影響などの問題もある。
【０００３】
発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体発光素子は電気エネルギーを直接光エネルギーに変換するため、ハロゲンランプ等の白熱球や蛍光灯に比し、高効率で、しかも発光に際して発熱を伴わない特徴を有する。白熱球においては、電気エネルギーを一旦熱エネルギーに変換し、その発熱に伴う輻射を利用しているのであり、その変換効率は原理的に低く、その光への変換効率が１％を越えることはない。蛍光灯においては電気エネルギーは、放電エネルギーに変換されており、こちらも同様に、その変換効率は低い。一方、ＬＥＤにおいては、変換効率が２０％以上程度が可能で、白熱球や蛍光灯に比し約１００倍以上の変換効率が容易に達成できる。更に、ＬＥＤ等の半導体発光素子は半永久的とも考え得る長寿命で、且つ蛍光灯の光のようにちらつきの問題もない。
【０００４】
かかる優れた特徴をＬＥＤは有するものの、ＬＥＤの応用は各種機器のコントロールパネルの表示ランプや、電光掲示板等の表示装置等の極く限られた範囲に限定されており、ＬＥＤが照明装置に使用された例は少ない。最近、鍵穴の照明用のＬＥＤ応用製品も一部において知られているが、小さな面積しか照明できないものである。このような特殊な例を除けば、一般に、ＬＥＤが照明用に使用されることはない。
【０００５】
これはＬＥＤの輝度は極めて高いにもかかわらず、ＬＥＤ１個の光の出射面積が１ｍｍ^２程度の小さな面積であるため、照明器具としての充分な光束が得られないことに起因している。
【０００６】
このように、従来の光学系を用いたのでは、１個のＬＥＤの発光では、照明の対象となる面上の照度が、所望の照度に達しない。つまり、光により照らされた面上の単位面積当たりの光束が足りないのである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
所望の照度を得るために、比較的高価なＬＥＤを、単純に多数配列する等の方法により照明装置（照明器具）を組み立てたのでは、あまりにも多数のＬＥＤが必要になり、結果としてあまりにも高価になりすぎるため、現実的ではない。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するためになされたものである。従って、本発明の目的は、複数のダイオードチップを必要最小限の数用いることにより所望の照度を得ることが可能な光学媒体を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、むやみに多数のダイオードチップを必要とすることなく、複数のダイオードチップの潜在的な光エネルギーを効率良く引き出した、小型で明るい発光体に使用可能な光学媒体を提供することである。
【００１０】
本発明の更に他の目的は、安価で充分な照度と長期間にわたる安定性と信頼性を有した発光体に使用可能な光学媒体を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、単一の曲面からなる頂部と、円筒型の側面と、頂部に対向する後面と、この後面から頂部の方向に向かって、円筒型の側面と同心状に形成された円筒型の凹部とを備え、凹部は、頂部に対向した底部と、この底部に連続した円筒型の連続面からなる側壁部とを有し、側面を構成する円筒の外形と、凹部の側壁部を構成する円筒の内径との差で定義される円筒形状部分の肉厚が、内径の２〜３倍、若しくはこれ以上であり、側壁部と底部との双方が、光の入射面として機能し、頂部が出射面として機能する光学媒体であることを要旨とする。ある。ここで、例えば、光学媒体は円筒型の側面と、半球状の頂部（出射面）からなる弾丸型の形状等で構成できる。この光学媒体は、更に複数のダイオードチップを収納する凹部を有している。ここで、凹部は、上記入射面とこの入射面に連続して形成された側壁部とから構成されている。即ち、凹部の底部が、上記入射面として機能している。例えば凹部は円筒型の側面と、半球状の底部からなる弾丸型の形状等で構成できる。
【００１２】
具体的には、入射面及び出射面は光伝送部の端面として存在し得る。「透明の固体」としては、アクリル樹脂等の透明樹脂、石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、鉛ガラス等の種々のガラス材料、透明プラスチック材料等が使用可能である。或いは、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、炭化珪素（ＳｉＣ）等の結晶性材料を用いてもかまわない。
【００１３】
ここで、「ダイオードチップ」とは、ＬＥＤや半導体レーザ等の半導体発光素子として機能する半導体チップが該当する。従って、半導体チップは、所定の半導体基板と、その上に連続エピタキシャル成長された多層の半導体層、及び電極層等から構成されている。当然ながら、この「多層の半導体層」はｐｎ接合若しくはｐｉｎ接合層を含むものである。半導体発光素子は、発光に際して、顕著な発熱作用を伴わないので、本発明の特徴に係る光学媒体の凹部の内部に、「複数のダイオードチップ」を収納しても、その発熱作用によって、光学媒体に熱的影響を与えることがない。
【００１４】
本発明の特徴に係る光学媒体によれば、複数のダイオードチップを用いることが可能で、且つその数を多数必要とすることなく、所望の照度を簡単に得ることが出来る。この照度は従来公知のレンズ等の光学系では達成不可能な照度である。即ち、従来の技術常識では予測できない照度を実現できるものである。なお、入射面及び出射面のいずれか一方は、曲率半径無限大、若しくは無限大に近い平坦な面を含み得ることに留意すべきである。入射面及び出射面のいずれか一方が、無限大ではない所定の（有限の）曲率半径を有していれば、光の収束、発散が制御可能であるからである。また、「所定の発散角」は０°、即ち平行光線をも含み得るということに留意すべきである。また、発散角が９０°であっても、凹部が複数のダイオードチップをほぼ完全に光学的に覆っているため、有効にその光を集光することが可能である。これは、従来のレンズ等の光学系では不可能な作用である。即ち、入射面（底部）以外の凹部の内壁部も、有効な光の入射部として機能し得る。
【００１５】
具体的には、本発明の特徴に係る複数のダイオードチップのそれぞれは、チップの主表面に垂直方向に積層されていることが好ましい。ここで、「主表面」とは平行平板の互いに対向する平面で、端部の側面を除く意である。即ち、「主表面」とは、表面及び裏面のいずれかである。主表面に垂直方向に積層された複数のダイオードチップの合成が全体の出力となるので、極めて明るい発光体が実現できる。また、複数のダイオードチップのそれぞれは、ディスク形状にモールドされても良い。弾丸型に樹脂モールドされている場合は、弾丸の直径が３ｍｍ乃至６ｍｍあるので、複数のダイオードチップを近接配置することが出来ない。ディスク形状にモールドされている場合は、占有面積が小さく、複数のダイオードチップを近接配置し、全体としてほぼ点光源と見なすことが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明の第１乃至第４の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る光学媒体を示す模式的な鳥瞰図で、図１（ｂ）は、対応する断面図である。図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る光学媒体を備えた発光体は、所定の波長の光を発する複数のダイオードチップ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・と、この複数のダイオードチップ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・をほぼ完全に収納する光学媒体１１６とから少なくとも構成されている。具体的には、ダイオードチップ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・は、それぞれディスク型のパッケージにモールドされている（以下において、これらディスク型のパッケージにモールドされたＬＥＤチップ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・を「ディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・」と言う。）。そして、この光学媒体１１６は、入射面と、入射面から入射した光を出射する出射面と、入射面と出射面とを接続し、複数のダイオードチップから発せられた光の波長に対して透明の固体からなる光伝送部とを有する。図１に示すように、光学媒体１１６は、円筒型の側面と、半球状の頂部からなる弾丸型の形状である。更に、この弾丸型の光学媒体１１６はディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・を収納するための凹部を、底部に有している。この凹部は、上記の入射面とこの入射面に連続して形成された側壁部とから構成されている。即ち、凹部の底部が上記の入射面として機能している。図１においては、凹部は円筒型の側面と、半球状の底部からなる弾丸型の形状で構成されている。凹部の側面を構成する円筒の内径は２ｍｍ〜６．５ｍｍ程度とすることが出来る。一方、光学媒体１１６の側面を構成する円筒の外径は、１０ｍｍ〜５０ｍｍ程度に選ぶことが可能である。
【００１８】
光学媒体１１６の側面を構成する円筒の外径と、凹部の側面を構成する円筒の内径との差即ち肉厚は、凹部の側面を構成する円筒の内径と同程度、若しくはその２〜３倍程度、若しくはこれ以上に選べば良い。
【００１９】
図１の複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・は、弾丸型に成形されたフィルム基板２３の上に配置されている。図１において、凹部の底部となる入射面と複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・との間にギャップが存在するかのように示されているが、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・は、入射面に密着するように配置するのがより明るい発光を得る上で好ましい。フィルム基板２３は、フレキシブルな有機材料を用いることが可能である。例えば、厚さが、２５μｍ乃至５０μｍ程度の薄いポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）薄膜やポリイミド薄膜等をフィルム基板２３の材料として用いることが可能である。フィルム基板２３の表面には、図２（ａ）及び（ｂ）に示すような、厚さ５μｍ乃至１５μｍ程度のアルミニウム（Ａｌ）配線２２１，２２２，２２３，２２４，２２５，・・・・・がパターニングされている。Ａｌ配線２２１，２２２，２２３，・・・・・は、Ａｌ薄膜を、フィルム基板２３全面に堆積後、エッチング法によりパターニングすれば良い。Ａｌ配線２２１，２２２，２２３，・・・・・は、スクリーン印刷法を用いてパターニングしても良い。このＡｌ配線２２１，２２２，２２３，・・・・・のパターニングにより、フィルム基板２３の表面の所定の箇所に、周期的に、フィルム基板２３が露出した開口部が形成される。この開口部は、ディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，・・・・・搭載用の矩形の窓部である。ディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，・・・・・は、図２（ｂ）に示すように、セラミックパッケージ３１１，３１２，３１３，３１４，・・・・・の内部にそれぞれＬＥＤチップ３０１，３０２，３０３，３０４，・・・・・が配置されている。ディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，・・・・・と、Ａｌ配線２２１，２２２，２２３，・・・・・とは、半田２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａ，２１２ｂ，２１３ａ，２１３ｂ，・・・・・で互いに接続される。そして、Ａｌ配線２２１，２２２，２２３，・・・・・の両端はそれぞれ第１のピン２１及び第２のピン２２に接続されている。図１（ｂ）に示すように、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・は、光学媒体１１６の凹部の内部において、樹脂２４によりモールドされている。
【００２０】
本発明の第１の実施の形態においては、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・が光学媒体１１６の凹部にほぼ完全に閉じこめられているので、迷光成分を含めて半導体チップから発光されるあらゆる出力光成分が有効に照明に寄与できるようになる。即ち、入射面（底部）以外の凹部の内壁部も、有効な光の入射部として機能し得るのである。また、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・と光学媒体１１６の凹部との間にはそれぞれの界面で反射した光の成分が多重反射し、迷光成分となっている。従来公知のレンズ等の光学系では、これらの迷光成分は、照明に寄与できるように取り出すことは出来ない。しかし、これらの迷光成分も、本発明の第１の実施の形態においては、凹部の内部に閉じこめられているので、最終的には、照明に寄与できる成分となり得る。この結果、樹脂モールド（樹脂封止体）２４の形状等の光の取り出し効率や、光学系相互の反射成分等に依存せず、ほぼ、内部量子効率とほぼ等しい効率で、潜在的な複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・の光エネルギーを有効に取り出すことが可能となる。
【００２１】
このようにして、本発明の第１の実施の形態に係る光学媒体を備えた発光体によれば、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・の数を多数必要とすることなく、照明に寄与する光ビームとして所望の照射面積の光束を確保し、且つ所望の照度を簡単に得ることが出来る。この照度は従来公知のレンズ等の光学系では達成不可能な照度である。
【００２２】
なお、本発明の第１の実施の形態に係る光学媒体に用いる複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・としては、種々の色（波長）のＬＥＤが使用可能である。但し、懐中電灯のような照明目的のためには、白色ＬＥＤが人間の目には自然であるので好ましい。即ち、この白色ＬＥＤを、図１に示す複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・として用い、この白色複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・に対して所定電圧が印加出来るように電池ケースとこの電池ケースの中の電池（例えば単３電池）を収納すれば、ペンタイプの細身の懐中電灯（携帯用照明器具）が完成する。この電池の陽極及び陰極にそれぞれ、白色複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・の電極を接続する構造とすれば良いのである。この結果、簡単な構造で、製造単価の低い懐中電灯（携帯用照明器具）が提供できる。この懐中電灯（携帯用照明器具）は、長期間にわたる安定性と信頼性に優れ、特に、電力消費量が少ないため、電池の寿命が長い。
【００２３】
本発明の第１の実施の形態に係る光学媒体１１６としては、アクリル樹脂等の透明樹脂、石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、鉛ガラス等の種々のガラス材料、透明プラスチック材料等が使用可能である。或いは、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、炭化珪素（ＳｉＣ）等の結晶性材料を用いてもかまわない。この内、アクリル樹脂等の透明樹脂や透明プラスチック材料等は、光学媒体１１６を大量生産するのに好適な材料である。即ち、一度金型を作り、この金型により成形加工すれば光学媒体１１６が簡単に大量生産できる。
【００２４】
複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・は、図３に示すように直列接続しても良く、図４に示すように並列接続しても良い。直列接続の場合は、電流制限回路１２を駆動回路１１と共に直列接続し、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・に過剰な電流が流れないようにすれば良い。並列接続の場合は、それぞれのＬＥＤ、即ちＤ_１，Ｄ_２，・・・・・・，Ｄ_ｎ−１，Ｄ_ｎに直列に電流制限抵抗Ｒ_１，Ｒ_２，・・・・・，Ｒ_ｎ−１，Ｒ_ｎに接続し、駆動回路１１を経由して電源電圧を供給すれば良い。
【００２５】
窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体材料のエピタキシャル成長基板として絶縁性の高いサファイア基板が用いられている。このため、通常は青色ＬＥＤのアノード電極及びカソード電極はともにＧａＮ系半導体材料のエピタキシャル成長層の表面側から取り出される。このサファイア基板は青色ＬＥＤの波長に対して透明であるため、青色ＬＥＤを搭載するディスク型パッケージの底部に透明材料を用いる等の所定の光学的設計をすれば、青色ＬＥＤからの発光は基板の裏面方向からも取り出すことが可能である。このような場合、図５に示すように、光学媒体１１６の後面に、背面鏡２６を配置するのが好ましい。図５では、背面鏡２６は、光学媒体１１６の側面のほぼ全面を被覆しているが、光学媒体１１６の側面の一部のみ被覆するように形成してもかまわないし、側面部への形成は省略しても良い。背面鏡２６は、Ａｌ、真鍮、ステンレス等の金属を図５に示す形状に旋盤・フライス盤等を用いて研削加工、若しくはプレス加工機等により成型加工し、その後、その表面を研磨して構成すれば良い。更に、これらの表面にニッケル（Ｎｉ）鍍金や金（Ａｕ）鍍金を施せば反射率が向上するので好ましい。安価、且つ簡便な方法としては、Ａｌ薄膜等の反射率の高い金属薄膜を接着した構造でもかまわない。或いは、熱可塑性樹脂を押出成形若しくは射出成形により図５に示す形状に加工し、この表面にＡｌ箔等の反射率の高い金属薄膜や誘電体多層膜を真空蒸着やスパッタリングで堆積した構造、若しくは高反射性ポリエステル白色フィルム等を接着した構造でもかまわない。更に、光学媒体１１６の後面に反射率の高い金属薄膜や誘電体多層膜を真空蒸着やスパッタリングで直接堆積した構造や、反射率の高い金属薄膜を鍍金により形成した構造やこれらの複合膜でもかまわない。
【００２６】
図５の複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・は、フィルム基板２３に搭載され、図２と同様に、Ａｌ配線により、第１のピン２１及び第２のピン２２に接続されている。図５において、凹部の底部となる入射面と複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・との間にギャップが存在するかのように示されているが、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・は、入射面に密着するように配置するのが、より明るい発光を得る上で好ましい。背面鏡２６には、第１のピン２１及び第２のピン２２を貫通させる穴があいており、背面鏡２６に第１のピン２１と第２のピン２２とを電気的に短絡しないように考慮している。弾丸型に成形されたフィルム基板２３を透明材料で構成し、弾丸型フィルム基板２３の内部に充填される樹脂２４も透明材料を用いれば、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・からの発光は裏面方向（図５において右方向）にも進む。この複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・から右方向（裏方向）に出力する光は、背面鏡２６で反射され、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・の表面から左方向に出力される。結局、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・の右方向（裏方向）に出力する光も、表面方向（図５において左方向）にも進む光と合成され、出射面により所定の発散角が与えられる。このように、本発明の第１の実施の形態においては、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・が光学媒体１１６の凹部にほぼ完全に閉じこめられ、光学媒体１１６の後面には、背面鏡２６が配置されているので、これらの迷光成分がすべて最終的には発光面となる前面から出力可能である。従って、すべての迷光成分が、有効に照明に寄与できるようになる。即ち、凹部に着目すれば、入射面以外の凹部の内壁部も、有効な光の入射部として機能し、内壁部を透過した迷光成分は、背面鏡２６で反射され、最終的には発光面側から出力可能である。また、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・と光学媒体１１６の凹部との間にはそれぞれの界面で多重反射した成分も、凹部の内部に閉じこめられ、背面鏡２６により内部で反射し、発光面となる前面側に導かれる。この結果、これらの多重反射成分がすべて最終的には発光面から出力される。
【００２７】
このようにして、本発明の第１の実施の形態に係る光学媒体を備えた発光体によれば、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・の数を、極度に多数必要とすることなく、照明に寄与する光ビームとして所望の照射面積の光束を確保し、且つ所望の照度を簡単に得ることが出来る。この照度は従来公知のレンズ等の光学系では達成不可能な照度である。
【００２８】
図５において、光学媒体１１６の前面（出射面）は、凸形状の湾曲面からなる発光面を有している。しかし、図５は例示であり、出射面は、目的に応じて、種々の形状が採用可能であり、凹形状の出射面からなる発光面を有する光学媒体でも良い。凹形状の出射面を発光面に用いると、光は分散する傾向になるので、種々のバックライト（間接照明系）に好適な均一性を得ることが出来る。
【００２９】
（第２の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る光学媒体を備えた発光体では、複数のダイオードチップ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・がそれぞれディスク型のパッケージにモールドされた場合を説明したが、ベアチップの状態で、弾丸型に成形されたフィルム基板２３の上に配置してもかまわない。ベアチップの方が、より密接した状態で配置できるので好ましい。即ち、本発明の第２の実施の形態に係る光学媒体を備えた発光体の説明においては、図６及び図７に示すように、複数のベアチップの状態のＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・を弾丸型に成形されたフィルム基板２３の上に配置する場合の具体的構造を示す。光学媒体１１６の構造は、本発明の第１の実施の形態に係る光学媒体と同一で良いので説明を省略する。
【００３０】
ＬＥＤチップは、図６に示すように、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）基板４０１の上にバッファ層（図示省略）を介して積層されたｎ型半導体層４０２、活性層４０３，ｐ型半導体層４０４から構成されている。サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）基板４０１は、接着剤５０２により、フィルム基板２３に固定されている。アノード電極４０５は、ｐ型半導体層４０４の上面のほぼ全面に形成することが出来る。アノード電極４０５とｐ型半導体層４０４とのオーミックコンタクト特性の改善のためには、アノード電極４０５とｐ型半導体層４０４の間にＧａＮ系ｐ型半導体からなるコンタクト層（図示省略）を形成することが好ましい。アノード電極４０５は、活性層４０３の発光に対して透明な電極層で構成すれば良い。具体的には、錫（Ｓｎ）をドープした酸化インジウム（ＩＴＯ）や酸化錫（ＳｎＯ_２）のような金属酸化物等が好ましい。或いは金属を充分薄く形成して透明電極層４０５として用いても良い。もう一方の電極層であるカソード電極４０６は特に透明である必要はない。アノード電極４０５の一部にボンディングパッド部が設けられ、このボンディングパッド部に銅（Ｃｕ）箔からなるビームリード５１２が接続されている。カソード電極４０６も同様に、銅箔からなるビームリード５１１が接続されている。ビームリード５１１，５１２はそれぞれ導電性の接着剤層５０１によりＡｌ配線２２１，２２２に接続されている。
【００３１】
ＬＥＤチップは、図７に示すように、半田ボール４１１，４１２を用いてフリップチップで実装してもかまわない。図７において、アノード電極４０５は、半田ボール４１１を用いてＡｌ配線２２１に接続され、カソード電極４０６は半田ボール４１２を用いてＡｌ配線２２２に接続されている。フィルム基板２３を透明基板としておけば、上面と下面の２方向に発光することが可能である。下面に発光した光は、図５と同様に、背面鏡２６で反射し、上面方向に戻せば良い。
【００３２】
（第３の実施の形態）
本発明の光学媒体１１７の出射面は、図８に示すように複数の曲率を有した面でも良い。他は図５と基本的に同じであるので、重複した説明を省略する。図８に示す光学媒体１１７の出射面は、図９に示すような魚眼レンズ的な構造でも、図１０に示すような同心円状の湾曲面でもかまわない。
【００３３】
図９に示す魚眼レンズを構成する個々のレンズは、凹部の内部に搭載された複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・のそれぞれと１対１に対応している。より具体的には、図１１に示すように、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，・・・・・のそれぞれに対応した高屈折率領域２４９，２５０，２５１，・・・・を設け、対応するそれぞれの出射面に導き出しても良い。図１１の構造はプラスチック製光ファイバーを融合すれば製造できる。前述したように、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・は、凹部の底部となる入射面に密着させて配置するのが好ましい。
【００３４】
（第４の実施の形態）
本発明の第１乃至第３の実施の形態に係る光学媒体を備えた発光体は、複数のダイオードチップ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・を弾丸型に成形されたフィルム基板２３の表面に、いわば準平面的（準２次元的）に配列したものである。この場合、現実にはそれぞれのダイオードチップに対応した複数の出力光の光軸が存在するので、複数のダイオードチップ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・を点光源と見なすのが困難になる場合がある。本発明の第４の実施の形態に係る光学媒体を備えた発光体は、図１２に示すように、複数のダイオードチップ６１，６２，６３，・・・・・のそれぞれを、チップの主表面に垂直方向に積層し、それぞれの出力光の光軸を一致させている。上述したように、「主表面」とは平行平板の互いに対向する二つの平面であり、ダイオードチップ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・のそれぞれのｐｎ接合面とも平行な面である。図１３は、複数のダイオードチップ６１，６２，６３，・・・・・の積層状態を詳細に説明する図である。簡単化のため３層の積層で示しているが、４層以上の多層で良いことは勿論である。図１３において、第１層のダイオードチップ（第１層ＬＥＤ）６１は、サファイア基板６１１の上に積層されたｎ型半導体層６１２、活性層６１３，ｐ型半導体層６１４から構成されている。サファイア基板６１１は、接着剤６０２により、支持台６４に固定されている。アノード電極６１５は、ｐ型半導体層６１４の上面のほぼ全面に形成することが出来る。アノード電極６１５の中央部は、活性層６１３の発光に対して透明な電極層で構成すれば良い。アノード電極６１５の額縁状の周辺部は、ボンディング用に０．５μｍ乃至２μｍ程度の比較的厚い金（Ａｕ）薄膜等で構成されている。カソード電極６１６は特に透明である必要はない。アノード電極６１５の額縁状の周辺部に銅（Ｃｕ）箔からなるＴＡＢリード（ビームリード）６１７が接続されている。カソード電極６１６も同様に、銅箔からなるＴＡＢリード（ビームリード）６１８が接続されている。第２層のダイオードチップ（第２層ＬＥＤ）６２は、サファイア基板６２１の上に積層されたｎ型半導体層６２２、活性層６２３，ｐ型半導体層６２４から構成されている。サファイア基板６２１は、透明接着剤６０５により、第１層のダイオードチップ６１の上に固定されている。アノード電極６２５は、ｐ型半導体層６２４の上面のほぼ全面に形成することが出来る。アノード電極６２５の中央部は、活性層６２３の発光に対して透明な電極層で構成すれば良い。アノード電極６２５の額縁状の周辺部は、ボンディング用に０．５μｍ乃至２μｍ程度の比較的厚い金（Ａｕ）薄膜等で構成されている。カソード電極６２６は特に透明である必要はない。アノード電極６２５の額縁状の周辺部に銅（Ｃｕ）箔からなるＴＡＢリード（ビームリード）６２７が接続されている。カソード電極６２６も同様に、銅箔からなるＴＡＢリード（ビームリード）６２８が接続されている。同様に第３層のダイオードチップ（第３層ＬＥＤ）６３は、サファイア基板６３１の上に積層されたｎ型半導体層６３２、活性層６３３，ｐ型半導体層６３４から構成されている。サファイア基板６３１は、透明接着剤６０６により、第２層のダイオードチップ６２の上に固定されている。アノード電極６３５は、ｐ型半導体層６３４の上面のほぼ全面に形成することが出来る。アノード電極６３５の中央部は、活性層６３３の発光に対して透明な電極層で構成すれば良い。アノード電極６３５の額縁状の周辺部は、ボンディング用に０．５μｍ乃至２μｍ程度の比較的厚い金（Ａｕ）薄膜等で構成されている。カソード電極６３６は特に透明である必要はない。アノード電極６３５の額縁状の周辺部に銅（Ｃｕ）箔からなるＴＡＢリード（ビームリード）６３７が接続されている。カソード電極６３６も同様に、銅箔からなるＴＡＢリード（ビームリード）６３８が接続されている。ＴＡＢリード（ビームリード）６１７，６２７，６３７，６１８，６２８，６３８とボンディングパッド６１５，６２５，６３５，６１６，６２６，６３６との接続は、熱圧着ボンディング、超音波ボンディング、金（Ａｕ）バンプ、半田等の通常ＴＡＢボンディングで用いられている手法を用いれば良い。また、ＴＡＢリード（ビームリード）６１７，６２７，６３７は、端子６０３に導電性の接着剤や半田等により接続されている。ＴＡＢリード（ビームリード）６１８，６２８，６３８は、端子６０４に導電性の接着剤や半田等により接続されている。複数のダイオードチップ６１，６２，６３は樹脂封止体６０８でモールドされている。
【００３５】
図１２に示すように、端子６０３は、第２のピン２２に、端子６０４は、第１のピン２１に接続されている。端子６０３及び端子６０４は、補強具６５を経由して、背面鏡２６に設けられた貫通穴から外部に引き出されている。光学媒体１１６の凹部に充填される樹脂２４も透明材料を用いれば、複数のダイオードチップ６１，６２，６３からの発光は裏面方向（図１２において右方向）にも進む。この複数のダイオードチップ６１，６２，６３から右方向（裏方向）に出力する光は、背面鏡２６で反射され、複数のダイオードチップ６１，６２，６３の表面から左方向に出力される。結局、複数のダイオードチップ６１，６２，６３の右方向（裏方向）に出力する光も、表面方向（図１２において左方向）にも進む光と合成され、出射面により所定の発散角が与えられる。このように、本発明の第４の実施の形態においては、複数のダイオードチップ６１，６２，６３が光学媒体１１６の凹部にほぼ完全に閉じこめられ、光学媒体１１６の後面には、背面鏡２６が配置されている。このため、迷光成分となり得る光を含めて、すべての光が、最終的には発光面となる前面から、ほぼ同一の光軸に沿って出力可能である。従って、ダイオードチップ６１，６２，６３の各種方向に発せられたすべての発光成分が、有効にコリメートされ、照明に寄与できるようになる。
【００３６】
複数のダイオードチップ６１，６２，６３，・・・・・は、必ずしも同一のＬＥＤチップである必要はない。即ち、複数のダイオードチップ６１，６２，６３，・・・・・として、種々の種類及び構造のものが使用できる。例えば、複数のダイオードチップ６１，６２，６３として、それぞれ赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の３枚のＬＥＤチップを縦に積層すれば、全体として白色の出力光を出力可能である。赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の３枚のＬＥＤチップの場合は、赤（Ｒ）のＬＥＤチップとしてＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓを、緑（Ｇ）のＬＥＤチップとしてＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}ＰやＧａＰを及び青（Ｂ）のＬＥＤチップとしてＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮやＺｎＳｅを用いることが可能である。この場合、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｐ、ＧａＰ等はサファイア基板を用いる必要はない。
【００３７】
或いは、３元系、４元系、５元系、・・・・等の化合物半導体混晶を複数のダイオードチップ６１，６２，６３，・・・・・として選び、それぞれの組成を変えても良い。例えばＩｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎからなる複数のダイオードチップ６１，６２，６３，・・・・・を選び、それぞれの組成を変えて、緑（Ｇ）乃至青（Ｂ）のスペクトル帯域の光を出力してもかまわない。
【００３８】
更に、光軸が分散する欠点はあるが、図１４に示すように、垂直方向に積層した複数のダイオードチップ６１ａ，６２ａ，６３ａ、垂直方向に積層した複数のダイオードチップ６１ｂ，６２ｂ，６３ｂ、垂直方向に積層した複数のダイオードチップ６１ｃ，６２ｃ，６３ｃを弾丸型の支持台６７の上に準平面的に配列してもかまわない。この場合は３×３＝９倍の明るさを得ることが可能である。３層に積層したダイオードチップ・スタックを５個準平面的に配列すれば、３×５＝１５倍の明るさを得ることが可能である。図１４では、弾丸型に成形された透明樹脂からなる支持台６７を用いているが、第１の実施形態のようなフィルム基板でもかまわない。また、図１２のような平面からなるマウント面を有する支持台６４を用いてもかまわない。図１２のような平面からなるマウント面を有する支持台６４に複数のダイオードチップ・スタックを近接配置すれば、ほぼ点光源に近い状態で、強力な出力を得ることが可能である。
【００３９】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１乃至第４の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００４０】
例えば、第１乃至第４の実施の形態に係る光学媒体を備えた発光体を複数個配列して照明器具等を構成しても良い。この場合は、２次元的に円盤状に配列した赤、緑及び黄の３色を用意し、交通信号灯に用いても良い。
【００４１】
本発明の光学媒体に用いる透明樹脂やガラス材料等に蛍光物質を混ぜたり、光学媒体の表面に蛍光物質の層を形成し、発光ダイオードの光でこれらの蛍光物質を励起し、所望の蛍光色を得ることも可能である。
【００４２】
なお、高い照度が必要でなければ、ディスク型のパッケージにモールドされたＬＥＤチップを１個のみ、又はベアチップ状態のＬＥＤチップを１個のみ、本発明の光学媒体の凹部に収納してもかまわない。１個のみのＬＥＤチップでも、従来技術に比すれば、充分明るい照度を得ることが可能である。
【００４３】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、複数のダイオードチップを用いることが可能で、且つその数を多数必要とすることなく、所望の照度を得ることが可能な発光体に使用可能な光学媒体を提供することが出来る。
【００４５】
また、本発明によれば、複数のダイオードチップの潜在的な光エネルギーを効率良く引き出し、従来公知のレンズ等の光学系では達成不可能な照度を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る光学媒体を備えた発光体を示す模式的な鳥瞰図で、図１（ｂ）は、対応する断面図である。
【図２】図２（ａ）は、図１の複数のディスク型ＬＥＤを弾丸型に成形されたフィルム基板の上に配置する場合の詳細を説明する断面図で、図２（ｂ）は対応する平面図である。
【図３】複数のディスク型ＬＥＤを直列接続する場合の回路図である。
【図４】複数のディスク型ＬＥＤを並列接続する場合の回路図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の変形例に係る光学媒体を備えた発光体を示す模式的な断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る光学媒体を備えた発光体において、ベアチップの状態のＬＥＤを弾丸型に成形されたフィルム基板の上に配置する場合の具体的構造を示す模式的な断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る光学媒体を備えた発光体において、ベアチップの状態のＬＥＤを弾丸型に成形されたフィルム基板の上に配置する場合の他の具体的構造を示す模式的な断面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る光学媒体を備えた発光体を示す模式的な断面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る光学媒体を備えた発光体を示す模式的な鳥瞰図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態の変形例（第１の変形例）に係る光学媒体を備えた発光体を示す模式的な鳥瞰図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態の変形例（第２の変形例）に係る光学媒体を備えた発光体を示す模式的な断面図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態に係る光学媒体を備えた発光体を示す模式的な断面図である。
【図１３】図１２の複数のダイオードチップの積層状態を詳細に説明する模式的な断面図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態の変形例に係る光学媒体を備えた発光体を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
１１　駆動回路
１２　電流制限回路
２１　第１のピン
２２　第２のピン
２３　フィルム基板
２４、２５　樹脂
２６　背面鏡
６１，６２，６３，６１ａ，６２ａ，６３ａ，６１ｂ，６２ｂ，６３ｂ，６１ｃ，６２ｃ，６３ｃ　ダイオードチップ
６４、６７　支持台
６５　補強具
１１６，１１７　光学媒体
２０１，２０２，２０３，２０４　ディスク型ＬＥＤ
２２１，２２２，２２３，２２４，２２５　アルミニウム（Ａｌ）配線
２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａ，２１２ｂ，２１３ａ，２１３ｂ，２１４ａ，２１４ｂ　半田
３０１，３０２，３０３，３０４　ＬＥＤチップ
３１１，３１２，３１３，３１４　セラミックパッケージ
４０１，６１１，６２１，６３１　サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）基板
４０２，６１２，６２２，６３２　ｎ型半導体層
４０３，６１３，６２３，６３３　活性層
４０４，６１４，６２４，６３４　ｐ型半導体層
４０５，６１５，６２５，６３５　アノード電極
４０６，６４６，６２６，６３６　カソード電極
４１１，４１２　半田ボール
５０１　接着剤層
５０２、６０２　接着剤
５１１，５１２　ビームリード
６０３，６０４　端子
６０５，６０６　透明接着剤
６０８　樹脂封止体
６１７，６２７，６３７，６１８，６２８，６３８　ＴＡＢリード[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an application technology of a semiconductor light emitting device such as a light emitting diode (LED), and more particularly to an optical medium suitable for lighting equipment using the semiconductor light emitting device.
[0002]
[Prior art]
Recently, slender flashlights using halogen lamps have become commercially available. However, the battery life of this type of flashlight is about 3 hours in continuous lighting, and the life of the halogen lamp itself is short. Have. On the other hand, liquid crystal display devices are frequently used in personal computers, word processors, small portable televisions, in-vehicle televisions, and the like. As the illumination (backlight) of such a liquid crystal display substrate, a fluorescent discharge tube (fluorescent lamp) is used. The fluorescent lamp for backlight has a problem that it is easily broken or its characteristics are deteriorated when a portable television or a portable personal computer is dropped. Further, when the device is used in a low temperature environment such as a cold region in winter, the mercury vapor pressure in the tube is reduced, the luminous efficiency is reduced, and sufficient luminance cannot be obtained. Furthermore, stability and reliability for long-time operation are insufficient. The most important problem is that the power consumption is large. Taking a portable personal computer as an example, the power consumption of the liquid crystal display unit is overwhelmingly greater than the power consumed by the microprocessor and the memory. Therefore, when a fluorescent lamp is used as a backlight, it is difficult to operate a portable television or a portable personal computer with a battery for a long time. Further, since the fluorescent lamp emits light in a pulsed manner corresponding to the frequency of the power source, there is an individual difference, but the flickering causes a problem of eye fatigue. That is, in the case of a usage method close to direct illumination such as a backlight, there are problems such as eye fatigue due to directly viewing the light from the fluorescent lamp for a long time, or the effect of eye fatigue on the human body.
[0003]
Semiconductor light-emitting elements such as light-emitting diodes (LEDs) convert electric energy directly into light energy, and therefore have higher efficiency than light emitting bulbs such as halogen lamps and fluorescent lamps, and do not generate heat when emitting light. In an incandescent bulb, electrical energy is temporarily converted to thermal energy, and radiation accompanying the heat generation is used. The conversion efficiency is low in principle, and the conversion efficiency to light cannot exceed 1%. Absent. In a fluorescent lamp, electric energy is converted to discharge energy, and the conversion efficiency is similarly low. On the other hand, the conversion efficiency of the LED can be about 20% or more, and the conversion efficiency of about 100 times or more as compared with the incandescent bulb or the fluorescent lamp can be easily achieved. Further, a semiconductor light emitting element such as an LED has a long life which can be considered to be semi-permanent, and has no problem of flickering like light of a fluorescent lamp.
[0004]
Although the LED has such excellent features, the application of the LED is limited to a very limited range such as a display lamp of a control panel of various devices and a display device such as an electric bulletin board. There have been few examples. Recently, some LED application products for illumination of keyholes are known, but they can only illuminate a small area. Apart from these special cases, LEDs are generally not used for lighting.
[0005]
This is because, despite the extremely high brightness of the LED, the light emission area of one LED is 1 mm.²This is due to the fact that a sufficient light flux as a lighting fixture cannot be obtained due to the small area.
[0006]
As described above, when the conventional optical system is used, the illuminance on the surface to be illuminated does not reach the desired illuminance by the light emission of one LED. That is, the light flux per unit area on the surface illuminated by the light is insufficient.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
If a lighting device (lighting fixture) is assembled by simply arranging a large number of relatively expensive LEDs to obtain a desired illuminance, too many LEDs are required, and as a result, too many LEDs are required. It is not realistic because it is too expensive.
[0008]
The present invention has been made to solve the above problems. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an optical medium that can obtain a desired illuminance by using a required minimum number of a plurality of diode chips.
[0009]
Another object of the present invention is to provide an optical medium which can efficiently use the potential light energy of a plurality of diode chips without using a large number of diode chips, and which can be used for a small and bright light emitter. It is to be.
[0010]
Still another object of the present invention is to provide an optical medium which can be used for a luminous body which is inexpensive, has sufficient illuminance, and has long-term stability and reliability.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A feature of the present invention is a top formed of a single curved surface, a cylindrical side surface, a rear surface facing the top, and a cylinder formed concentrically with the cylindrical side surface from the rear surface toward the top. A concave portion of the mold, the concave portion has a bottom portion facing the top portion, and a side wall portion formed of a continuous surface of a cylindrical shape continuous with the bottom portion, the outer shape of the cylinder constituting the side surface, and the side wall portion of the concave portion. The thickness of the cylindrical portion defined by the difference between the inner diameter of the constituting cylinder is two to three times the inner diameter or more, and both the side wall and the bottom function as a light incident surface, The gist is that the top is an optical medium that functions as an emission surface. is there. Here, for example, the optical medium can be configured in a bullet-shaped shape having a cylindrical side surface and a hemispherical top (output surface). This optical medium further has a recess for accommodating a plurality of diode chips. Here, the concave portion is constituted by the incident surface and a side wall portion formed continuously with the incident surface. That is, the bottom of the recess functions as the incident surface. For example, the concave portion can be formed in a bullet-like shape having a cylindrical side surface and a hemispherical bottom.
[0012]
Specifically, the entrance surface and the exit surface may exist as end surfaces of the optical transmission unit. As the "transparent solid", a transparent resin such as an acrylic resin, various glass materials such as quartz glass, soda-lime glass, borosilicate glass, and lead glass, and a transparent plastic material can be used. Alternatively, a crystalline material such as zinc oxide (ZnO), zinc sulfide (ZnS), or silicon carbide (SiC) may be used.
[0013]
Here, the “diode chip” corresponds to a semiconductor chip that functions as a semiconductor light emitting element such as an LED or a semiconductor laser. Therefore, the semiconductor chip includes a predetermined semiconductor substrate, a multilayer semiconductor layer continuously and epitaxially grown thereon, an electrode layer, and the like. Naturally, the “multi-layer semiconductor layer” includes a pn junction or a pin junction layer. Since the semiconductor light emitting element does not have a remarkable heat generation effect when emitting light, even if “a plurality of diode chips” is housed inside the concave portion of the optical medium according to the feature of the present invention, the heat generation effect is caused by the heat generation effect. Has no thermal effect.
[0014]
According to the optical medium according to the features of the present invention, a plurality of diode chips can be used, and a desired illuminance can be easily obtained without requiring a large number of diode chips. This illuminance is an illuminance that cannot be achieved by a conventionally known optical system such as a lens. That is, it is possible to realize an illuminance that cannot be predicted by the conventional technical common sense. It should be noted that either one of the entrance surface and the exit surface may include a flat surface with an infinite radius of curvature or near infinity. If either one of the entrance surface and the exit surface has a predetermined (finite) radius of curvature that is not infinite, the convergence and divergence of light can be controlled. It should also be noted that the “predetermined divergence angle” may include 0 °, ie, parallel rays. Even if the divergence angle is 90 °, the light can be effectively condensed because the recess almost completely covers the plurality of diode chips. This is an operation that is impossible with a conventional optical system such as a lens. That is, the inner wall portion of the concave portion other than the incident surface (bottom portion) can also function as an effective light incident portion.
[0015]
Specifically, it is preferable that each of the plurality of diode chips according to the features of the present invention be vertically stacked on the main surface of the chip. Here, the “main surface” is a plane of the parallel plate facing each other, and excludes side surfaces at the ends. That is, the “main surface” is either the front surface or the back surface. Since the total output is a combination of a plurality of diode chips stacked vertically on the main surface, an extremely bright luminous body can be realized. Further, each of the plurality of diode chips may be molded into a disk shape. When the resin is molded in a bullet shape, a plurality of diode chips cannot be arranged close to each other because the diameter of the bullet is 3 mm to 6 mm. When molded in a disk shape, the occupied area is small, a plurality of diode chips are arranged close to each other, and it can be regarded as a point light source as a whole.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, first to fourth embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the plane dimension, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. In addition, it goes without saying that parts having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
[0017]
(First Embodiment)
FIG. 1A is a schematic bird's-eye view showing an optical medium according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a corresponding sectional view. As shown in FIG. 1, a luminous body including an optical medium according to a first embodiment of the present invention includes a plurality of diode chips 201, 202, 203, 204,... , And an optical medium 116 that almost completely accommodates the plurality of diode chips 201, 202, 203, 204,... Specifically, the diode chips 201, 202, 203, 204,... Are respectively molded in disk-type packages (hereinafter, LED chips 201, 202 molded in these disk-type packages). , 203, 204,... Are referred to as “disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,. The optical medium 116 connects the incident surface, an exit surface for emitting light incident from the incident surface, the incident surface and the exit surface, and is transparent to the wavelength of light emitted from the plurality of diode chips. And a light transmission section made of a solid. As shown in FIG. 1, the optical medium 116 has a bullet-like shape having a cylindrical side surface and a hemispherical top. Further, the bullet-shaped optical medium 116 has a concave portion for accommodating the disc-shaped LEDs 201, 202, 203, 204,. The recess is composed of the incident surface and the side wall formed continuously from the incident surface. That is, the bottom of the concave portion functions as the incident surface. In FIG. 1, the concave portion has a bullet-like shape having a cylindrical side surface and a hemispherical bottom. The inner diameter of the cylinder constituting the side surface of the recess can be about 2 mm to 6.5 mm. On the other hand, the outer diameter of the cylinder constituting the side surface of the optical medium 116 can be selected to be about 10 mm to 50 mm.
[0018]
The difference between the outer diameter of the cylinder that forms the side surface of the optical medium 116 and the inner diameter of the cylinder that forms the side surface of the recess, that is, the wall thickness, is approximately the same as the inner diameter of the cylinder that forms the side surface of the recess, or 2-3 times. A degree or more may be selected.
[0019]
The plurality of disk-shaped LEDs 201, 202, 203, 204,... Of FIG. 1 are arranged on a bullet-shaped film substrate 23. In FIG. 1, it is shown as if there is a gap between the incident surface serving as the bottom of the concave portion and the plurality of disk-shaped LEDs 201, 202, 203, 204,... It is preferable to arrange the type LEDs 201, 202, 203, 204,... So as to be in close contact with the incident surface in order to obtain brighter light emission. For the film substrate 23, a flexible organic material can be used. For example, a thin polyethylene terephthalate (PET) thin film or a polyimide thin film having a thickness of about 25 μm to about 50 μm can be used as the material of the film substrate 23. As shown in FIGS. 2A and 2B, aluminum (Al) wirings 221, 222, 223, 224, 225,... Having a thickness of about 5 μm to 15 μm are formed on the surface of the film substrate 23. It is patterned. .. May be patterned by etching after depositing an Al thin film on the entire surface of the film substrate 23. .. May be patterned using a screen printing method. By the patterning of the Al wirings 221, 222, 223,..., Openings where the film substrate 23 is exposed are periodically formed at predetermined positions on the surface of the film substrate 23. This opening is a rectangular window for mounting the disk-type LEDs 201, 202, 203,.... As shown in FIG. 2B, the disc-type LEDs 201, 202, 203,... Are respectively provided in LED packages 301, 302,. , 303, 304,... Are arranged. , And the Al wirings 221, 222, 223,... Are solders 211a, 211b, 212a, 212b, 213a, 213b,. Connected to each other. .. Are connected to the first pin 21 and the second pin 22, respectively. As shown in FIG. 1B, the plurality of disk-shaped LEDs 201, 202, 203, 204,... Are molded with the resin 24 inside the concave portion of the optical medium 116.
[0020]
In the first embodiment of the present invention, since the plurality of disc-shaped LEDs 201, 202, 203, 204,... All output light components emitted from the semiconductor chip can effectively contribute to illumination. That is, the inner wall portion of the concave portion other than the incident surface (bottom portion) can also function as an effective light incident portion. Further, between the plurality of disk-shaped LEDs 201, 202, 203, 204,... And the concave portion of the optical medium 116, the light components reflected at the respective interfaces are multiple-reflected and become stray light components. . In a conventionally known optical system such as a lens, these stray light components cannot be extracted so as to contribute to illumination. However, in the first embodiment of the present invention, these stray light components are also confined inside the concave portions, and may eventually be components that can contribute to illumination. As a result, a plurality of potential light sources can be obtained at an efficiency substantially equal to the internal quantum efficiency without depending on the light extraction efficiency such as the shape of the resin mold (resin sealing body) 24 and the reflection component between the optical systems. The light energy of the disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,... Can be effectively extracted.
[0021]
As described above, according to the illuminator provided with the optical medium according to the first embodiment of the present invention, a large number of disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,. Therefore, a light beam having a desired irradiation area can be secured as a light beam contributing to illumination, and a desired illuminance can be easily obtained. This illuminance is an illuminance that cannot be achieved by a conventionally known optical system such as a lens.
[0022]
Incidentally, as the plurality of disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,... Used for the optical medium according to the first embodiment of the present invention, LEDs of various colors (wavelengths) can be used. . However, for lighting purposes such as flashlights, white LEDs are preferred because they are natural to the human eye. That is, the white LEDs are used as a plurality of disk-shaped LEDs 201, 202, 203, 204,... Shown in FIG. When a battery case and batteries (eg, AA batteries) in the battery case are housed so that a predetermined voltage can be applied to the battery, a pen-type slender flashlight (portable lighting device) is completed. What is necessary is just to have the structure which connects the electrode of several white disk-shaped LED201,202,203,204 ... to the anode and cathode of this battery, respectively. As a result, a flashlight (portable lighting device) with a simple structure and low manufacturing cost can be provided. This flashlight (portable lighting device) has excellent long-term stability and reliability, and particularly has a long battery life due to low power consumption.
[0023]
As the optical medium 116 according to the first embodiment of the present invention, a transparent resin such as an acrylic resin, various glass materials such as quartz glass, soda-lime glass, borosilicate glass, and lead glass, and a transparent plastic material are used. It is possible. Alternatively, a crystalline material such as zinc oxide (ZnO), zinc sulfide (ZnS), or silicon carbide (SiC) may be used. Among them, a transparent resin such as an acrylic resin or a transparent plastic material is a material suitable for mass-producing the optical medium 116. That is, once a mold is formed and molded using the mold, the optical medium 116 can be easily mass-produced.
[0024]
The plurality of disk type LEDs 201, 202, 203, 204,... May be connected in series as shown in FIG. 3 or may be connected in parallel as shown in FIG. In the case of serial connection, the current limiting circuit 12 may be connected in series with the drive circuit 11 so that an excessive current does not flow through the plurality of disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,. In the case of a parallel connection, each LED, ie, D₁, D₂, ........., D_n-1, D_nCurrent limiting resistor R in series with₁, R₂, ........., R_n-1, R_n, And supply the power supply voltage via the drive circuit 11.
[0025]
A sapphire substrate having a high insulating property is used as an epitaxial growth substrate of a gallium nitride (GaN) -based semiconductor material. Therefore, usually, both the anode electrode and the cathode electrode of the blue LED are taken out from the surface side of the epitaxial growth layer of the GaN-based semiconductor material. Since this sapphire substrate is transparent to the wavelength of the blue LED, if a predetermined optical design such as using a transparent material at the bottom of the disk type package on which the blue LED is mounted, light emission from the blue LED is It can be taken out from the back side. In such a case, as shown in FIG. 5, it is preferable to arrange the rear mirror 26 on the rear surface of the optical medium 116. In FIG. 5, the rear mirror 26 covers almost the entire side surface of the optical medium 116. However, the rear mirror 26 may be formed so as to cover only a part of the side surface of the optical medium 116. It may be omitted. The rear mirror 26 is formed by grinding a metal such as Al, brass, stainless steel, or the like into a shape shown in FIG. 5 using a lathe, a milling machine, or the like, or molding a metal using a press machine, and then polishing the surface thereof. Good. Furthermore, it is preferable to apply nickel (Ni) plating or gold (Au) plating on these surfaces because the reflectance is improved. As an inexpensive and simple method, a structure in which a metal thin film having a high reflectance such as an Al thin film is bonded may be used. Alternatively, a structure in which a thermoplastic resin is processed into a shape shown in FIG. 5 by extrusion molding or injection molding, and a metal thin film or a dielectric multilayer film having a high reflectance such as an Al foil is deposited on the surface by vacuum evaporation or sputtering, or A structure in which a highly reflective polyester white film or the like is adhered may be used. Further, a structure in which a metal thin film having a high reflectivity or a dielectric multilayer film is directly deposited on the rear surface of the optical medium 116 by vacuum evaporation or sputtering, a structure in which a metal thin film having a high reflectivity is formed by plating, or a composite film thereof may be used. Absent.
[0026]
The plurality of disk-shaped LEDs 201, 202, 203, 204,... Of FIG. 5 are mounted on a film substrate 23, and the first pin 21 and the second It is connected to the. In FIG. 5, it is shown as if there is a gap between the incident surface serving as the bottom of the concave portion and the plurality of disk-shaped LEDs 201, 202, 203, 204,... It is preferable to arrange the type LEDs 201, 202, 203, 204,... So as to be in close contact with the incident surface in order to obtain brighter light emission. The rear mirror 26 has a hole through which the first pin 21 and the second pin 22 penetrate, so that the rear mirror 26 does not short-circuit the first pin 21 and the second pin 22 electrically. Take into account. If the bullet-shaped film substrate 23 is made of a transparent material, and the resin 24 filled in the bullet-shaped film substrate 23 is also made of a transparent material, a plurality of disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,. The light emission from... Also proceeds toward the rear surface (rightward in FIG. 5). The light output from the plurality of disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,... To the right (backward) is reflected by the rear mirror 26, and the plurality of disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,.・・・・・ Output to the left from the surface. As a result, the light output from the plurality of disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,... In the right direction (back direction) is also combined with the light traveling in the surface direction (left direction in FIG. 5) and emitted. The surface gives a predetermined divergence angle. As described above, in the first embodiment of the present invention, the plurality of disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,... Since the rear mirror 26 is arranged on the rear surface, all of these stray light components can be output from the front surface which eventually becomes the light emitting surface. Therefore, all stray light components can effectively contribute to illumination. That is, focusing on the concave portion, the inner wall portion of the concave portion other than the incident surface also functions as an effective light incident portion, and the stray light component transmitted through the inner wall portion is reflected by the rear mirror 26, and finally, the light emitting surface Can be output from the side. Further, between the plurality of disk-shaped LEDs 201, 202, 203, 204,... And the concave portion of the optical medium 116, the components that are multiply reflected at the respective interfaces are also trapped inside the concave portion, and the rear mirror 26 , And is guided inside to the front side, which is a light emitting surface. As a result, all of these multiple reflection components are finally output from the light emitting surface.
[0027]
Thus, according to the illuminator provided with the optical medium according to the first embodiment of the present invention, the number of the plurality of disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,. It is possible to secure a light beam of a desired irradiation area as a light beam contributing to illumination and to easily obtain a desired illuminance without requiring many light beams. This illuminance is an illuminance that cannot be achieved by a conventionally known optical system such as a lens.
[0028]
In FIG. 5, the front surface (output surface) of the optical medium 116 has a light emitting surface formed of a convex curved surface. However, FIG. 5 is an exemplification, and various shapes can be adopted for the exit surface depending on the purpose, and an optical medium having a light emitting surface having a concave exit surface may be used. When a concave emission surface is used for the light-emitting surface, light tends to be dispersed, so that uniformity suitable for various backlights (indirect illumination systems) can be obtained.
[0029]
(Second embodiment)
In the luminous body including the optical medium according to the first embodiment of the present invention, a case where a plurality of diode chips 201, 202, 203, 204,... However, a bare chip may be placed on the bullet-shaped film substrate 23. Bare chips are preferred because they can be arranged in closer contact. That is, in the description of the luminous body including the optical medium according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 6 and 7, a plurality of LEDs 201, 202, 203, 204,. .. Are shown on a film substrate 23 formed in a bullet shape. Since the structure of the optical medium 116 may be the same as that of the optical medium according to the first embodiment of the present invention, the description is omitted.
[0030]
As shown in FIG. 6, the LED chip is made of sapphire (Al₂O₃) An n-type semiconductor layer 402, an active layer 403, and a p-type semiconductor layer 404 laminated on a substrate 401 via a buffer layer (not shown). Sapphire (Al₂O₃) The substrate 401 is fixed to the film substrate 23 by an adhesive 502. The anode electrode 405 can be formed on almost the entire upper surface of the p-type semiconductor layer 404. In order to improve the ohmic contact characteristics between the anode electrode 405 and the p-type semiconductor layer 404, a contact layer (not shown) made of a GaN-based p-type semiconductor is formed between the anode electrode 405 and the p-type semiconductor layer 404. Is preferred. The anode electrode 405 may be formed of an electrode layer that is transparent to light emission of the active layer 403. Specifically, tin (Sn) -doped indium oxide (ITO) or tin oxide (SnO)₂And the like. Alternatively, a sufficiently thin metal may be used as the transparent electrode layer 405. The cathode electrode 406, which is the other electrode layer, does not need to be particularly transparent. A bonding pad portion is provided on a part of the anode electrode 405, and a beam lead 512 made of copper (Cu) foil is connected to the bonding pad portion. Similarly, a beam lead 511 made of copper foil is connected to the cathode electrode 406. The beam leads 511 and 512 are connected to Al wirings 221 and 222 by a conductive adhesive layer 501, respectively.
[0031]
As shown in FIG. 7, the LED chip may be mounted by flip chips using solder balls 411 and 412. In FIG. 7, the anode electrode 405 is connected to the Al wiring 221 using a solder ball 411, and the cathode electrode 406 is connected to the Al wiring 222 using a solder ball 412. If the film substrate 23 is a transparent substrate, it is possible to emit light in two directions, the upper surface and the lower surface. The light emitted on the lower surface may be reflected by the rear mirror 26 and returned toward the upper surface as in FIG.
[0032]
(Third embodiment)
The exit surface of the optical medium 117 of the present invention may be a surface having a plurality of curvatures as shown in FIG. Others are basically the same as those in FIG. 5, and thus redundant description will be omitted. The exit surface of the optical medium 117 shown in FIG. 8 may have a fisheye lens-like structure as shown in FIG. 9 or a concentric curved surface as shown in FIG.
[0033]
Each lens constituting the fisheye lens shown in FIG. 9 has a one-to-one correspondence with each of the plurality of disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,... More specifically, as shown in FIG. 11, high-refractive-index regions 249, 250, 251,... Corresponding to a plurality of disk-shaped LEDs 201, 202, 203,. The light may be led out to the corresponding output surfaces. The structure shown in FIG. 11 can be manufactured by fusing plastic optical fibers. As described above, it is preferable that the plurality of disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,... Be arranged in close contact with the incident surface serving as the bottom of the concave portion.
[0034]
(Fourth embodiment)
The luminous body provided with the optical medium according to the first to third embodiments of the present invention is a film substrate 23 in which a plurality of diode chips 201, 202, 203, 204,... Are arranged in a so-called quasi-planar (quasi-two-dimensional) manner. In this case, since there are actually a plurality of optical axes of output light corresponding to the respective diode chips, it is difficult to regard the plurality of diode chips 201, 202, 203, 204, ... as point light sources. In some cases. As shown in FIG. 12, the light-emitting body including the optical medium according to the fourth embodiment of the present invention includes a plurality of diode chips 61, 62, 63,. And the optical axes of the respective output lights are aligned. As described above, the “principal surface” is two planes of a parallel plate that face each other, and is a plane that is also parallel to the respective pn junction surfaces of the diode chips 201, 202, 203, 204,. . FIG. 13 is a diagram for explaining in detail a stacked state of a plurality of diode chips 61, 62, 63,... Although three layers are shown for simplicity, it is needless to say that four or more layers may be used. In FIG. 13, a first-layer diode chip (first-layer LED) 61 includes an n-type semiconductor layer 612, an active layer 613, and a p-type semiconductor layer 614 stacked on a sapphire substrate 611. The sapphire substrate 611 is fixed to the support base 64 by an adhesive 602. The anode electrode 615 can be formed on almost the entire upper surface of the p-type semiconductor layer 614. The central portion of the anode electrode 615 may be formed of an electrode layer that is transparent to light emission of the active layer 613. The frame-shaped peripheral portion of the anode electrode 615 is made of a relatively thick gold (Au) thin film of about 0.5 μm to 2 μm for bonding. The cathode electrode 616 does not need to be particularly transparent. A TAB lead (beam lead) 617 made of copper (Cu) foil is connected to a frame-shaped peripheral portion of the anode electrode 615. Similarly, a TAB lead (beam lead) 618 made of copper foil is connected to the cathode electrode 616. The second-layer diode chip (second-layer LED) 62 includes an n-type semiconductor layer 622, an active layer 623, and a p-type semiconductor layer 624 stacked on a sapphire substrate 621. The sapphire substrate 621 is fixed on the diode chip 61 of the first layer by a transparent adhesive 605. The anode electrode 625 can be formed on almost the entire upper surface of the p-type semiconductor layer 624. The central portion of the anode electrode 625 may be formed of an electrode layer that is transparent to light emission of the active layer 623. The frame-shaped peripheral portion of the anode electrode 625 is made of a relatively thick gold (Au) thin film of about 0.5 μm to 2 μm or the like for bonding. The cathode electrode 626 does not need to be particularly transparent. A TAB lead (beam lead) 627 made of copper (Cu) foil is connected to a frame-shaped peripheral portion of the anode electrode 625. Similarly, a TAB lead (beam lead) 628 made of copper foil is connected to the cathode electrode 626. Similarly, the third-layer diode chip (third-layer LED) 63 includes an n-type semiconductor layer 632, an active layer 633, and a p-type semiconductor layer 634 stacked on a sapphire substrate 631. The sapphire substrate 631 is fixed on the diode chip 62 of the second layer by a transparent adhesive 606. The anode electrode 635 can be formed on almost the entire upper surface of the p-type semiconductor layer 634. The central portion of the anode electrode 635 may be formed of an electrode layer that is transparent to light emission of the active layer 633. The frame-shaped peripheral portion of the anode electrode 635 is made of a relatively thick gold (Au) thin film of about 0.5 μm to 2 μm for bonding. The cathode electrode 636 does not need to be particularly transparent. A TAB lead (beam lead) 637 made of a copper (Cu) foil is connected to a frame-shaped peripheral portion of the anode electrode 635. Similarly, a TAB lead (beam lead) 638 made of copper foil is connected to the cathode electrode 636. The connection between the TAB leads (beam leads) 617, 627, 637, 618, 628, 638 and the bonding pads 615, 625, 635, 616, 626, 636 is performed by thermocompression bonding, ultrasonic bonding, gold (Au) bump, It is sufficient to use a technique commonly used in TAB bonding such as soldering. The TAB leads (beam leads) 617, 627, and 637 are connected to the terminals 603 by a conductive adhesive, solder, or the like. TAB leads (beam leads) 618, 628, and 638 are connected to the terminals 604 by a conductive adhesive, solder, or the like. The plurality of diode chips 61, 62, 63 are molded with a resin sealing body 608.
[0035]
As shown in FIG. 12, the terminal 603 is connected to the second pin 22, and the terminal 604 is connected to the first pin 21. The terminal 603 and the terminal 604 are drawn out through a through hole provided in the rear mirror 26 via the reinforcing member 65. If the resin 24 filled in the concave portion of the optical medium 116 is also made of a transparent material, the light emission from the plurality of diode chips 61, 62, 63 also proceeds toward the back surface (to the right in FIG. 12). Light output from the plurality of diode chips 61, 62, 63 in the right direction (backward direction) is reflected by the rear mirror 26, and is output leftward from the surfaces of the plurality of diode chips 61, 62, 63. As a result, the light output in the right direction (back direction) of the plurality of diode chips 61, 62, and 63 is also combined with the light traveling in the surface direction (left direction in FIG. 12), and a predetermined divergence angle is given by the emission surface. Can be As described above, in the fourth embodiment of the present invention, the plurality of diode chips 61, 62, and 63 are almost completely enclosed in the concave portions of the optical medium 116, and the rear mirror 26 is provided on the rear surface of the optical medium 116. Are located. For this reason, all the light including the light that can be a stray light component can be output from the front surface that eventually becomes the light emitting surface along substantially the same optical axis. Therefore, all the light-emitting components emitted from the diode chips 61, 62, 63 in various directions are effectively collimated and can contribute to illumination.
[0036]
The plurality of diode chips 61, 62, 63, ... need not necessarily be the same LED chip. That is, various types and structures of the diode chips 61, 62, 63,... Can be used. For example, when three LED chips of red (R), green (G), and blue (B) are vertically stacked as the plurality of diode chips 61, 62, and 63, white output light can be output as a whole. It is. In the case of three LED chips of red (R), green (G) and blue (B), the red (R) LED chipAl_xGa_1-xAs is used as a green (G) LED chip for Al._xGa_yIn_1-xyP and GaP and blue (B) LED chips In_xGa_1-xN or ZnSe can be used. In this case, Al_xGa_1-xAs, Al_xGa_yIn_1-xyIt is not necessary to use a sapphire substrate for P, GaP and the like.
[0037]
Alternatively, a compound semiconductor mixed crystal such as a ternary system, a quaternary system, a ternary system,... Is selected as a plurality of diode chips 61, 62, 63,. good. For example, In_xAl_yGa_1-xyA plurality of diode chips 61, 62, 63,... Made of N may be selected and the composition of each may be changed to output light in the green (G) to blue (B) spectral bands.
[0038]
Further, although there is a disadvantage that the optical axis is dispersed, as shown in FIG. 14, a plurality of diode chips 61a, 62a, 63a stacked vertically, a plurality of diode chips 61b, 62b, 63b stacked vertically, and A plurality of diode chips 61c, 62c, 63c stacked in the directions may be arranged in a quasi-plane on a bullet-shaped support 67. In this case, 3 × 3 = 9 times the brightness can be obtained. If five diode chip stacks stacked in three layers are arranged in a quasi-plane, it is possible to obtain 3 × 5 = 15 times the brightness. In FIG. 14, a support 67 made of a transparent resin molded into a bullet shape is used, but a film substrate as in the first embodiment may be used. In addition, a support base 64 having a flat mounting surface as shown in FIG. 12 may be used. By arranging a plurality of diode chip stacks close to each other on a support 64 having a flat mounting surface as shown in FIG. 12, it is possible to obtain a strong output almost in the state close to a point light source.
[0039]
(Other embodiments)
As described above, the present invention has been described with reference to the first to fourth embodiments. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples, and operation techniques will be apparent to those skilled in the art.
[0040]
For example, a lighting fixture or the like may be configured by arranging a plurality of light emitters each including the optical medium according to the first to fourth embodiments. In this case, three colors of red, green and yellow two-dimensionally arranged in a disk shape may be prepared and used for a traffic light.
[0041]
A fluorescent substance is mixed with a transparent resin or a glass material used for the optical medium of the present invention, or a layer of a fluorescent substance is formed on the surface of the optical medium, and these fluorescent substances are excited by light from a light emitting diode to obtain a desired fluorescent color. It is also possible to get
[0042]
If high illuminance is not required, only one LED chip molded in a disk type package or only one LED chip in a bare chip state may be stored in the concave portion of the optical medium of the present invention. . Even with only one LED chip, a sufficiently bright illuminance can be obtained as compared with the related art.
[0043]
As described above, the present invention naturally includes various embodiments and the like not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is determined only by the invention specifying matters according to the claims that are appropriate from the above description.
[0044]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide an optical medium that can be used for a light emitting body that can use a plurality of diode chips and can obtain a desired illuminance without requiring a large number of the diode chips. I can do it.
[0045]
Further, according to the present invention, the potential light energy of a plurality of diode chips can be efficiently extracted, and illuminance that cannot be achieved with a conventionally known optical system such as a lens can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic bird's-eye view showing a luminous body provided with an optical medium according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a corresponding sectional view. .
FIG. 2A is a cross-sectional view illustrating details of a case where a plurality of disc-type LEDs of FIG. 1 are arranged on a bullet-shaped film substrate, and FIG. FIG.
FIG. 3 is a circuit diagram when a plurality of disk-type LEDs are connected in series.
FIG. 4 is a circuit diagram when a plurality of disk-type LEDs are connected in parallel.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a light-emitting body provided with an optical medium according to a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 shows a specific structure in a case where an LED in a bare chip state is arranged on a bullet-shaped film substrate in a light-emitting body provided with an optical medium according to a second embodiment of the present invention. It is a typical sectional view.
FIG. 7 shows another specific structure of the light-emitting body provided with the optical medium according to the second embodiment of the present invention, in which the LED in a bare chip state is disposed on a bullet-shaped film substrate. FIG.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a light-emitting body including an optical medium according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic bird's-eye view showing a light emitter provided with an optical medium according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic bird's-eye view showing a light-emitting body including an optical medium according to a modification (first modification) of the third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a light-emitting body including an optical medium according to a modification (second modification) of the third embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view illustrating a light-emitting body including an optical medium according to a fourth embodiment of the present invention.
13 is a schematic cross-sectional view for explaining in detail a stacked state of a plurality of diode chips of FIG.
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view illustrating a light-emitting body including an optical medium according to a modification of the fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
11 drive circuit
12 current limiting circuit
21 first pin
22 Second pin
23 film substrate
24, 25 resin
26mm rear mirror
61, 62, 63, 61a, 62a, 63a, 61b, 62b, 63b, 61c, 62c, 63c Diode chip
64, 67 support base
65 reinforcement
116,117 optical media
201,202,203,204 disk type LED
221, 222, 223, 224, 225 aluminum (Al) wiring
211a, 211b, 212a, 212b, 213a, 213b, 214a, 214b solder
301, 302, 303, 304 LED chips
311, 312, 313, 314 ceramic package
401, 611, 621, 631 Sapphire (Al₂O₃)substrate
402, 612, 622, 632 n-type semiconductor layer
403,613,623,633 active layer
404, 614, 624, 634 p-type semiconductor layer
405, 615, 625, 635 Anode electrode
406, 646, 626, 636 cathode electrode
411,412 solder ball
501 adhesive layer
502, 602 adhesive
511, 512 beam lead
603, 604 terminal
605,606 transparent adhesive
608 Resin sealed body
617,627,637,618,628,638 TAB lead

Claims

A top composed of a single curved surface,
Cylindrical side,
A rear surface facing the top,
A cylindrical concave portion formed concentrically with the cylindrical side surface from the rear surface toward the top portion, wherein the concave portion has a bottom portion facing the top portion, and the cylindrical portion connected to the bottom portion. Having a side wall portion formed of a continuous surface of the mold, the thickness of the cylindrical portion defined by the difference between the outer shape of the cylinder forming the side surface and the inner diameter of the cylinder forming the side wall portion of the concave portion, An optical medium having an inner diameter of two to three times or more, wherein both the side wall and the bottom function as a light incident surface and the top functions as an output surface.