JP2006339641A - Ｌｅｄパッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】複数のＬＥＤから放出される互いに異なる色の光を効果的に混合し所望の領域に集中照明することのできるＬＥＤパッケージを提供すること。
【解決手段】ＬＥＤパッケージは、基板１００と、上記基板上に配置された複数個のＬＥＤ１１０と、上記複数個のＬＥＤが配置された領域の縁に形成された側壁１２０と、上記複数個のＬＥＤ上部に所定間隔離隔するよう配置され上記側壁に固定された拡散板１３０と、上記拡散板の上部に所定間隔離隔するよう配置され上記側壁に固定されたマイクロレンズアレイ１４０とを含むことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＬＥＤパッケージに関するものであって、より詳しくは、複数個の ＬＥＤから放出される互いに異なる色の光を拡散板によって拡散させることで、光の混合に必要な距離を減少させながら効果的に混合することができ、上記拡散板によって拡散された光をマイクロレンズアレイを利用して照明を所望の領域に集中させることができる照明用ＬＥＤパッケージに関する。

現在、ＬＥＤを利用した照明用光源は、低い消費電力、長い寿命及び高信頼性などの特徴を持つことにより次世代照明用光源として注目を浴びている。

一般的に、照明用途の白色光源を製作するための方法としては、青色光を放出する青色ＬＥＤと黄色蛍光体（ｐｈｏｓｐｈｏｒ）を利用する方法、紫外光を放出するＵＶ ＬＥＤと赤色、緑色、青色蛍光体を利用する方法、及び赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ放出する赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤを使用して三種類色の光を混合する方法などが利用される。とりわけ、異なる色の光を混合する方法は、蛍光体を使用しないので蛍光体物質の変形による問題が発生せず、各色の輝度を適切に調節することにより色の自由度を高くするという長所がある。

図１は、従来のＬＥＤパッケージで互いに異なる色の光混合を説明する概念図である。従来のＬＥＤパッケージは、基板１０上に赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ放出する赤色ＬＥＤ１１ａ、緑色ＬＥＤ１１ｂ、青色ＬＥＤ１１ｃを隣接するよう配置し各ＬＥＤから放出される光を光経路上で混合する方式を利用していた。

かかる従来の方式において、一般的にＬＥＤから放出される光は所定の角度以内に存在するようになるため、三種類色の光が全て混合できる領域Ａは非常に狭小となっている。そのため、所定距離内で円滑に光混合が行われないことによって、ＬＥＤパッケージで放出される光から色むらが発生するなどの問題が生じる。

また、三種類の色が混合される領域を増加させるためにＬＥＤから十分な距離が確保するならば、ＬＥＤパッケージのサイズがそれだけ増加するようになる問題が生じる。

従って、当技術分野では小型化が可能で、かつ色混合を均一に行うことのできるＬＥＤパッケージが求められて来た。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するために案出されたものであって、その目的は、白色光を生成するために複数のＬＥＤから放出される互いに異なる色光を均一に混合することができるとともに、小型化が可能なＬＥＤパッケージを提供することである。

上記目的を達成するための技術的構成として、本発明は、基板と、上記基板上に配置された複数個のＬＥＤと、上記複数個のＬＥＤが配置された領域の縁に形成された側壁と、上記複数個のＬＥＤ上部に所定間隔離隔するよう配置され上記側壁に固定された拡散板と、上記拡散板の上部に所定間隔離隔するよう配置され上記側壁に固定されたマイクロレンズアレイとを含むＬＥＤパッケージを提供する。

本発明の一実施形態において、上記複数個のＬＥＤは互いに補色関係にある２色の光を各々放出するＬＥＤを少なくとも一つずつ含む。本発明の他の実施形態において、上記複数個のＬＥＤは、赤色光を放出する少なくとも一つのＬＥＤ、緑色光を放出する少なくとも一つのＬＥＤ及び青色光を放出する少なくとも一つのＬＥＤとを含むことができる。

好ましくは、上記拡散板は、その上面に複数のプリズム構造が形成され、上記プリズム構造は三角柱または四角柱の形状であることができる。

好ましくは、上記基板の上面には反射漠が形成されることができる。また、上記側壁は上記複数個のＬＥＤが配置された領域に形成された傾斜面を有し、上記傾斜面には反射漠が塗布されることが好ましい。

好ましくは、上記マイクロレンズアレイに含まれた一つのマイクロレンズは、その下部が六角形の横断面を有する。

好ましくは、上記拡散板及びマイクロレンズアレイは、光学特性を有するポリマー材質から成ることができる。

本発明によれば、拡散板を使用してＬＥＤから放出された光を側方向に拡散させ短い距離内で互いに異なる色の光が混合できるようにすることによって、ＬＥＤパッケージの小型化及び均一な白色光が生成できるという効果を奏する。さらに、本発明によれば、上記拡散板によって拡散された光をマイクロレンズアレイを利用して屈折させることにより所望の領域に光を集中させて照明することができるという効果が得られる。

以下、添付された図面を参照して本発明の多様な実施形態をより詳しく説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な形態に変形されることができ、本発明の範囲が以下に説明する実施形態に限定されるものではない。本発明の実施形態は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。従って、図面に示された構成要素等の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることができ、図面上において実質的に同一構成および機能を有する構成要素等は同一な参照符号を付す。

図２は、本発明の一実施形態によるＬＥＤパッケージの側断面図である。図２に示しているように、本発明の一実施形態によるＬＥＤパッケージは、基板１００と、上記基板１００上に配置された複数個のＬＥＤ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃと、上記複数個のＬＥＤ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃが配置された領域の縁に形成された側壁１２０と、上記複数個のＬＥＤ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ上部に所定間隔離隔するよう配置され上記側壁１２０に固定された拡散板１３０と、上記拡散板１３０の上部に所定間隔離隔するよう配置され上記側壁１２０に固定されたマイクロレンズアレイ１４０とを含んで構成される。

上記基板１００は、その上面に複数個のＬＥＤ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ及び側壁１２０を配置するためのものであって、一般的に知られている印刷回路基板、セラミック基板、Ｓｉ基板などを使用することができる。特に、Ｓｉ基板を使用する場合、Ｓｉは導電性を有するのでその上面に誘電体薄膜を形成して使用することができる。上記基板１００の上面には、上記複数個のＬＥＤを配置するための領域及び側壁１２０を形成するための領域が備えられる。

また、上記基板１００の上面には、上記複数個のＬＥＤ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃに電力を供給するために上記複数個のＬＥＤ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの電極と電気的に連結されるリードパターン（図示せず）が形成され得る。さらに、上記基板１００の下面、側面または内部には、上記リードパターンに電力を供給する外部端子（図示せず）及び導電性バイアホール（図示せず）などが形成され得る。上記基板１００の上面には反射漠１５０ａが形成され得る。上記反射漠１５０ａは、基板の上面に向ける光をＬＥＤパッケージの上部に反射しＬＥＤパッケージから放出される光量を増加させる役割を果たす。

上記複数個のＬＥＤ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃは、基板１００上に配置され、各ＬＥＤの電極は基板１００上に形成されたリードパターン（図示せず）に電気的に連結される。上記複数個のＬＥＤ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃは、互いに異なる色の光を放出し、ＬＥＤパッケージ内で互いに異なる色の光を混合しパッケージ外部へ所望の色の光を放出するようになる。

例えば、一般的な照明用に好適な白色光を放出するためのＬＥＤパッケージの場合、上記複数個のＬＥＤ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃは、互いに補色関係にある２色の光を各々放出するＬＥＤを少なくとも一つずつ含んだり、赤色光を放出する少なくとも一つのＬＥＤ、緑色光を放出する少なくとも一つのＬＥＤ及び青色光を放出する少なくとも一つのＬＥＤを含んだりすることができる。図２は、白色光を生成するためのＬＥＤパッケージとして赤色光を放出する少なくとも一つのＬＥＤ１１０ａ、緑色光を放出する少なくとも一つのＬＥＤ１１０ｂ及び青色光を放出する少なくとも一つのＬＥＤ１１０ｃとを含む実施形態を示しているが、本発明を限定するわけではない。

上記側壁１２０は、上記基板１００上に複数個のＬＥＤ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃが配置された領域の縁に形成される。上記側壁１２０の内部側面、即ち、ＬＥＤ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃが配置された側の側面は、ＬＥＤ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃが配置された領域に傾斜した傾斜面で形成される。該傾斜面は、上記基板１００の上面と同様に、ＬＥＤパッケージの上部に光を反射することができるよう反射漠１５０ｂが形成されることが好ましい。上記側壁１２０は、上記複数個のＬＥＤ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの上部に所定間隔離隔するよう配置される拡散板１３０と、上記拡散板１３０の上部に所定間隔離隔するよう配置されるマイクロレンズアレイ１４０を固定するための固定手段となる。

上記拡散板１３０は、上記複数個のＬＥＤ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ上部に所定間隔離隔するよう配置され上記側壁１２０に固定される。上記拡散板１３０は、上記複数個のＬＥＤ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃから放出された光を拡散させる。即ち、複数個のＬＥＤ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃから放出された光は、上記拡散板１３０を通過しながら光進行方向の水平方向に広く拡散される。従って、光の混合される領域がさらに増加することが可能となる。上記拡散板１３０は多様な形態に作製されることができる。

例えば、上記拡散板は、光が透過される透明な材質からなる記載の一面に拡散剤をバインディング樹脂等とともにコーティング処理した形態で作製され得る。さらに他の例として、上記拡散板は、一面に複数のプリズム構造が形成された透明板で製作され得る。上記拡散剤を用いた拡散板は、拡散剤を互いに密着されるように基材にコーティングする工程が厄介であるとの短所がある。従って、本発明では一面に複数のプリズム構造が形成された拡散板を使用することが好ましい。

図３ａ及び図３ｂは、上記拡散板（図２の１３０）に形成されるプリズム構造の複数例を示す。図３ａは、三角柱形状のプリズム構造が互いに密着して配置された例を示しており、図３ｂは四角柱形状のプリズム構造が互いに密着して配置された例を示す。

図３ａ及び図３ｂに示しているように、上記複数のプリズム構造が三角柱または四角柱の形状で形成された場合、各プリズム構造の間にプリズム構造が形成されない領域が発生しなくなり、拡散板の光拡散効果をさらに向上させることができる。このような、複数の三角柱または四角柱の形状のプリズム構造は、透明な材質のポリマー物質を材料として複製技術を適用することにより比較的簡単に多量製作することができる。

再度、図２を参照すれば、上記マイクロレンズアレイ１４０は上記拡散板１３０の上部に所定間隔離隔するよう配置され、上記側壁１２０に固定される。上記マイクロレンズアレイ１４０は、上記拡散板１３０により拡散されながら互いに混合された光を所望の領域に集中させる役割を果たす。上記複数個のＬＥＤ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃから放出された光は、拡散板１３０を通過しながら拡散され短い距離で良好に混合され、所望の色の光を形成することができるが、広く拡散されるため照明が必要な領域に照射される光量は減少するようになる。これに、マイクロレンズアレイ１４０は拡散板１３０によって拡散された光を屈折させ所望の領域に集中させる。

上記マイクロレンズアレイ１４０は、マイクロサイズの半球形レンズを稠密に複数個配置したもので、上記拡散板１３０のプリズム構造のように、光学性の有するポリマー物質を材料として複製技術を利用し作製することができる。図４ａないし４ｅは、マイクロレンズアレイの多様な構造を説明するための図面である。

図４ａはマイクロレンズアレイの部分平面図である。図４ａのように半球形マイクロレンズを互いに隣接して配置するようになれば、レンズとの間にレンズが形成されない領域Ｘが形成される。このようなレンズが形成されない領域Ｘを透過する光にはマイクロレンズを通した屈折が起こらないため、所望の領域に照射できなくなる。したがって、マイクロレンズとの間にレンズが形成されない領域が存在しないことが好ましい。

このために、図４ｂのように、その下部が四角形の横断面を有するマイクロレンズまたは、図４ｄのようにその下部が六角形の横断面を有するマイクロレンズを採用することが好ましい。図４ｂ及び図４ｄに示しているように、マイクロレンズを複数個接するよう形成させたマイクロレンズアレイの平面図がそれぞれ図４ｃ及び図４ｅに示される。図４ｃ及び図４ｅに示しているように、マイクロレンズの下部が四角形及び六角形の場合、互いに密着してレンズが形成されない領域が発生しないため、光を屈折させ所望の領域に集中させる効果を極大化させることができる。

上記拡散板１３０とマイクロレンズアレイ１４０は光学特性を有するポリマー物質から成ることが好ましい。光学特性を有するポリマーは、屈折率、熱による収縮率が光学装置に使用されるのに好適に製作されたポリマー物質を意味する。

以上のような構成を持つ本発明によるＬＥＤパッケージの作用効果に対して添付された図面を用いて説明する。

図５ａ及び図５ｂは、本発明による拡散板及びマイクロレンズアレイの光拡散及び光集中作用をそれぞれ示した概念図である。

先ず、図５ａのように、拡散板１３０に入射される光は、拡散板１３０に形成された三角柱または四角柱の形状のプリズム構造の表面で反射され側方向に拡散される。このような光拡散効果によって拡張された光混合領域を図６に示す。図６に示しているように、光拡散を通じて三種類色が混合される領域Ｂが増加するようになり、短い距離で円滑な色混合が行われることができる。次に、図５ｂのように、マイクロレンズアレイ１４０のマイクロレンズに入射される光はマイクロレンズの表面で屈折され並行に出力されることにより照明が所望の領域に集中される。

図７は、本発明によるＬＥＤパッケージの光放出状態を全体的に示す。図７に示しているように、基板１００上に配置された複数個のＬＥＤ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃで所定の角度で放出される光は、拡散板１３０を通過しながら側方向に拡散する。拡散された光は、互いに混合し所望の色の光を形成するようになった後、マイクロレンズアレイ１４０に入射される。マイクロレンズアレイ１４０は、光混合のために拡散された光を再び屈折させ互いに平行して出力することにより所望の領域に照明を集中させることが可能となる。本発明は、上記拡散板１３０とマイクロレンズアレイ１４０の間で光混合が起こるので、より円滑、かつ均一な光混合が起こるよう上記拡散板１３０とマイクロレンズアレイ１４０の距離を適切に調節することができる。

従来のＬＥＤパッケージにおいて光混合を説明する概念図である。 本発明の一実施形態によるＬＥＤパッケージの側断面図である。 本発明の一実施形態による拡散板に形成されたプリズム構造の一例を示した斜視図である。 本発明の一実施形態による拡散板に形成されたプリズム構造の他の例を示した斜視図である。 本発明に適用されたマイクロレンズの構造を説明するための平面図である。 本発明に適用されたマイクロレンズの一構造例を説明するための斜視図である。 図４ｂに示されたマイクロレンズを複数個接するように配列して形成されたマイクロレンズアレイの平面図である。 本発明に適用されたマイクロレンズの他の一構造例を説明するための斜視図である。 図４ｄに示されたマイクロレンズを複数個接するように配列して形成されたマイクロレンズアレイの平面図である。 本発明に適用された拡散板の光拡散効果を説明するための概念図である。 本発明に適用されたマイクロレンズアレイの光集中効果を説明するための概念図である。 本発明に適用された拡散板の光拡散効果による光混合領域の拡張を示した概念図である。 本発明によるＬＥＤパッケージの光放出状態を示すための概念図である。

符号の説明

１００ 基板
１０ａ〜１１０ｃ ＬＥＤ
１２０ 側壁
１３０ 拡散板
１４０ マイクロレンズアレイ
１５０ａ、１５０ａｂ 反射漠
Ｂ 光混合領域

Claims (9)

1. 基板と、
   上記基板上に配置された複数個のＬＥＤと、
   上記複数個のＬＥＤが配置された領域の縁に形成された側壁と、
   上記複数個のＬＥＤ上部に所定間隔離隔するよう配置され上記側壁に固定された拡散板と、
   上記拡散板の上部に所定間隔離隔するよう配置され上記側壁に固定されたマイクロレンズアレイと、
   を含むＬＥＤパッケージ。
2. 上記複数個のＬＥＤは、互いに補色関係にある２色の光を各々放出するＬＥＤを少なくとも一つずつ含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
3. 上記複数個のＬＥＤは、赤色光を放出する少なくとも一つのＬＥＤ、緑色光を放出する少なくとも一つのＬＥＤ及び青色光を放出する少なくとも一つのＬＥＤとを含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
4. 上記拡散板は、その上面に複数のプリズム構造が形成されたことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
5. 上記プリズム構造は、三角柱または四角柱の形状であることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤパッケージ。
6. 上記基板の上面には反射漠が形成されたことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
7. 上記側壁は、上記複数個のＬＥＤが配置された領域に形成された傾斜面を有し、上記傾斜面には反射漠が塗布されたことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
8. 上記マイクロレンズアレイに含まれた一つのマイクロレンズは、その下部が六角形の横断面を有することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
9. 上記拡散板及びマイクロレンズアレイは、光学特性を有するポリマー材質から成ることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。

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