JP2016509752A - Ｌｅｄ発光素子 - Google Patents

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Abstract

担体（１１）であって、透明体であり担持面に導体（３０）が提供された担体（１１）と、複数のＬＥＤチップ（１２）であって、共晶接合によって導体（３０）に電気的に接続されて間に電気接続が実現された複数のＬＥＤチップ（１２）と、封入構造部材（１３）であって、透明体であり担体（１１）とＬＥＤチップ（１２）の周囲を封入する封入構造部材（１３）と、１対の電極（２０ａ，２０ｂ）とを含み、１対の電極（２０ａ，２０ｂ）内の正電極／負電極が、複数のＬＥＤチップ（１２）の電流伝送における最も上流／最も下流にあるＬＥＤチップ（１２）に導体（３０）によって電気的に接続され、封入構造部材（１３）の外側に延在する、ＬＥＤ発光技術、特にＬＥＤ発光素子が提供される。提供されたＬＥＤ発光素子は、ＬＥＤ発光素子の発光効率を改善できるだけでなく、熱の発生を減少させることができ、したがって、高発光効率、高信頼性、長寿命などの特性を有する。

Description

本発明は、ＬＥＤ発光技術に関し、詳細にはＬＥＤ発光素子に関する。
ＬＥＤ（発光ダイオード）は、そのエネルギー節約、環境保護、軽量、長寿命、小型、安定性能などの利点により、多くの分野に応用されてきた。特に、照明分野において、ＬＥＤは、ますます幅広く使用されるようになっており、将来には照明の主光源の１つと見なされている。
一般に、先行技術におけるＬＥＤ発光素子の封入は、金属支持体又は金属基材上にポリフタルアミド（ＰＰＡ）又はエンジニアリングプラスチックを注入して光学カップを形成する段階と、光学カップ内に１つ又は複数のＬＥＤチップを固定し、複数のＬＥＤチップを金属線によって直列／並列に接続する段階と、光学カップに蛍光粉末が混合されたゲルを充填する段階とを含む。そのような方法で封入されたＬＥＤ発光素子の発光効率は、比較的低く、その理由は、金属支持体又は金属基材自体が遮光性のため、ＬＥＤチップから放射された光を、支持体又は基材を透過して外部に出力できないからである。更に、出力されない光は、光学カップ内に大量の熱を生成し、ＬＥＤチップ用の個別の熱伝導経路が提供されていないため、ＬＥＤチップによって生成された熱が過度に集まり、その結果、ＬＥＤの信頼性が徐々に低下する。実際には、従来のＬＥＤ発光素子の光出力は、その生成されたエネルギーの２０％〜３０％でしかなく、他の７０％〜８０％のエネルギーは、利用されず、熱を生成する。したがって、ＬＥＤ発光素子の発光効率を改善し、その応用機能を強化し、その寿命を延長する方法が、解決されるべき差し迫った問題になる。
前述の問題を解決するために、本発明は、ＬＥＤ発光素子の発光効率を改善するだけでなく、熱の発生を減少させることもでき、したがって、高発光効率、高信頼性及び長い寿命の特性を有するＬＥＤ発光素子を提供する。
この目的のため、本発明は、担体であって、透明体であり担持面上に導体が配置された担体と、複数のＬＥＤチップであって、共晶接合によって導体に電気的に接続されて間に電気接続が実現される複数のＬＥＤチップと、封入構造部材であって、透明体であり担体と複数のＬＥＤチップの周囲を封入する封入構造部材と、１対の電極とを有し、１対の電極の正／負電極が、導体によって複数のＬＥＤチップのうちの電流伝送の最も上流／最も下流にあるＬＥＤチップに電気的に接続され、封入構造部材の外部に延在する、ＬＥＤ発光素子を提供する。
ＬＥＤチップの数がＮ個であり、導体の数がＮ＋１個であり、ここで、Ｎが１より大きい整数であり、Ｎ個のＬＥＤチップとＮ＋１個の導体が、１対の電極の延長方向に沿って交互に配列され、チップはんだ付けパッドが、各ＬＥＤチップの接合面の両端に提供され、回路はんだ付けパッドが、ＬＥＤチップに隣接した２個の導体の２端に対応して提供され、チップはんだ付けパッドの形状が、回路はんだ付けパッドの形状に対応し、各ＬＥＤチップとそれに隣接した２個の導体が、チップはんだ付けパッドを回路はんだ付けパッドと共晶接合によって接合することによって電気的に接続される。
封入構造部材は、担体の担持面と、担持面に固定されたＬＥＤチップと、担体の担持面から遠い面と、担体の両側面の周縁領域とを封入する。
互いの方に延在する２個の突出部が、連続的に離間された２個の導体上に形成され、２個の突出部が、連続的に離間された２個の導体間でＬＥＤチップの両側に配置されることが好ましい。
１対の電極の延長方向に垂直な断面において、封入構造部材は、担体の担持面と、担持面に固定されたＬＥＤチップと、担体の担持面から遠い面とをそれぞれ、半径角度１８０°の封入角度で周辺方向に封入する。
１対の電極が、１対の金属電極板であり、各金属電極板が、互いに一体的に接続された組立部分と接続部分を有し、組立部分が、導電性接着材によって担体の担持面の両端に接合され、接着材が、共晶接合、リフローはんだ付け又は高温固化によって対応する導体に電気的に接続され、１対の金属電極板の接続部分の、組立部分から遠い端が、異なる形状を有する。
制限溝が、担体の両端に形成され、その担持面上に位置決めされ、組立部分が、接着材によって制限溝に固定され、接着材が、制限溝の内部に組立部分の外側面を封入するか、又は、制限溝が、組立部分の接続部分から遠い端に提供され、担体の両端が、接着材によって制限溝に固定され、接着材が、担体の外側面を制限溝の内部に封入することが好ましい。
組立部分の幅が接続部分より大きいことが好ましい。
ＬＥＤチップと熱を交換するために、担体の担持面とＬＥＤチップの接合面との間に透明で熱伝導性の放熱層が提供され、放熱層の材料が、シリカゲル、エポキシ接着材、ケイ素樹脂及び改質樹脂のうちの１つ又は複数を含む。
導体が、導電性金属材料で作成される。
先行技術と比較して、本発明の有益な効果は、以下の通りである。
本発明によって提供されるＬＥＤ発光素子において、ＬＥＤチップから放射された光は、透明担体と封入構造部材を透過し、次にＬＥＤ発光素子の外部に出力され、したがって、ＬＥＤ素子は、多次元光放射を実現することができる。これにより、ＬＥＤ発光素子の発光効率が改善されるだけでなく、発明の背景で述べたような光出力の減少による大量の熱発生などの不都合が最小になり、それにより、ＬＥＤ発光素子の信頼性が改善され、その実用寿命が延長される。
更に、複数のＬＥＤチップは、担体上に提供された導体に、ワイヤの代わりに共晶接合によって電気的に接続されて、複数のＬＥＤチップ間の電気接続が実現されうる。これにより、ＬＥＤ発光素子の製造コストが削減されるだけでなく、複数のＬＥＤチップ間の比較的複雑なワイヤ接続工程が省略され、それにより、ＬＥＤ発光素子の製造工程が単純化される。
本発明の第１の実施形態によって提供されたＬＥＤ発光素子の正面図である。 図１Ａに示されたＬＥＤ発光素子内の担体の断面図である。 本発明の第１の実施形態によって提供されたＬＥＤ発光素子の側面図である。 本発明の第１の実施形態によって提供されたＬＥＤ発光素子の平面図である。 ＬＥＤチップが取り付けられる前の図１Ｄに示されたＬＥＤ発光素子の平面図である。 図１Ｄに示されたＬＥＤ発光素子のＬＥＤチップの接合面の概略図である。 １対の電極と図１Ｄに示されたＬＥＤ発光素子の担体との接続関係を示す平面図である。 １対の電極と図１Ｄに示されたＬＥＤ発光素子の担体との接続関係を示す前面断面図である。 図１Ｄに示されたＬＥＤ発光素子の１対の電極の構造を示す概略図である。 本発明の第１の実施形態により提供されたＬＥＤ発光素子の光路図である。 本発明の第１の実施形態により提供されたＬＥＤ発光素子の別の封入構造部材の前面図である。 担体とＬＥＤチップと図２Ａに示されたＬＥＤ発光素子の封入構造部材との位置の関係を示す概略図である。 本発明の第２の実施形態により提供されたＬＥＤ発光素子の前面図である。 本発明の第２の実施形態により提供されたＬＥＤ発光素子の平面図である。
当業者が本発明の技術的解決策をよりよく理解できるように、本発明を実施するために使用される好ましい実施形態を更に添付図面と関連して以下に詳細に述べる。しかしながら、以下に示す実施形態は、本発明の技術的概念を限定するためではなく、本発明によって提供されるＬＥＤ発光素子の技術的概念を実施するために使用される。更に、図面に示された部分のサイズと位置関係は、これらの部分の実際の寸法及び位置関係を規定するものではなく、説明を分かりやすくするためにのみ誇張される。
本発明は、透明な担体と、複数のＬＥＤチップと、透明であり担体とＬＥＤチップの周囲を封入する封入構造部材と、１対の電極とを含むＬＥＤ発光素子を提供する。導体は、担体の担持面上に提供され、複数のＬＥＤチップは、共晶接合によって導体に電気的に接続され、導体によって担体の担持面に固定される。担体のいわゆる担持面は、ＬＥＤチップを乗せるために使用される担体の表面を指す。担体の表面は、凹凸構造を有する粗面化反射層を形成するように粗面化によって処理されることが好ましい。凹凸構造を有する粗面化反射層を有している担体は、外部から見て半透明である。
本発明によって提供されるＬＥＤ発光素子において、複数のＬＥＤチップは、複数のＬＥＤチップ間の電気接続を実現するために、担体上に提供された導体にワイヤの代わりに共晶接合によって電気的に接続されてもよい。これにより、ＬＥＤ発光素子の製造コストを削減できるだけでなく、複数のＬＥＤチップ間の比較的複雑なワイヤ接続工程を省略することもでき、それにより、ＬＥＤ発光素子の製造工程が単純化される。
前述のような複数のＬＥＤチップでは、電流伝送の最も上流にあるＬＥＤチップが、１対の電極の正電極に接続され、電流伝送の最も下流にあるＬＥＤチップが、１対の電極の負電極に接続される。電流伝送の最も上流にあるＬＥＤチップは、そのようなＬＥＤチップのうち電流が最初に流れるＬＥＤチップを指し、電流伝送の最も下流にあるＬＥＤチップは、そのようなＬＥＤチップのうちの電流が最後に流れるＬＥＤチップを指す。実際には、最も上流／最も下流にあるＬＥＤチップは、その物理位置に対応せず、即ち、そのようなＬＥＤチップのなかで、物理的に両端にあるＬＥＤチップが、必ずしも電流伝送の最も上流／最も下流にあるとは限らない。複数のＬＥＤチップのなかで、電流伝送の最も上流／最も下流にあるＬＥＤチップは、ＬＥＤチップがその配置位置に従って導体によって電気的に接続されたときだけ、両端にある２つのＬＥＤチップである。更に、導体は、金、銀、銅などの導電性金属材料で作成されてもよい。導体が、複数のＬＥＤチップ間の電気接続と、電流伝送の最も上流と最も下流にあるＬＥＤチップと１対の電極の正電極と負電極との間の電気接続をそれぞれ実現する限り、担体上の導体の形状と配列方法は限定されない。
本発明によって提供されるＬＥＤ発光素子において、ＬＥＤチップから放射された光は、透明担体と封入構造部材を透過し、次にＬＥＤ発光素子の外部に出力され、その結果、ＬＥＤ素子が、多次元光放射を実現することができる。これにより、ＬＥＤ発光素子の発光効率を改善できるだけなく（実際には、本発明によって提供されるＬＥＤ発光素子の発光効率は、従来のＬＥＤ発光素子より３０％〜５０％高い）、発明の背景で述べたような光出力の減少による大量の熱の発生のような不都合を最小にすることができ、それにより、ＬＥＤ発光素子の信頼性が改善され実用寿命が延長する。
第１の実施形態
図１Ａ〜図１Ｊを参照すると、本発明の第１の実施形態によって提供されたＬＥＤ発光素子の構造が示される。この実施形態のＬＥＤ発光素子１０は、担体１１、複数のＬＥＤチップ１２、封入構造部材１３、及び１対の金属電極板（２０ａ，２０ｂ）を含む。担体１１は、透明体であり、ガラス、セラミック、プラスチックなどのうちの１つ、又はこれらの複数の組み合わせで作成されてもよい。更に、担体１１の表面は、凹凸構造を有する粗面化反射層２８を形成するように粗面化によって処理され、その結果、担体１１は、図１Ｂに示されたように、外部から見て半透明体になる。更に、粗面化反射層２８の縦断面（即ち、紙面に垂直な方向の断面）において、凹凸構造の突出部形状は、半円、楕円、ジグザグ、三角形などでよい。凹凸構造を有する粗面化反射層２８によって、ＬＥＤチップ１２から放射された光を反射させることができ、また光線を互いに結合することができ、それによりＬＥＤ発光素子１０からの光出力が均一で優しくなる。実際の応用例では、様々なＬＥＤチップ１２の発光構造にしたがって、担体１１の外側面を様々な程度に粗面化して、様々な凹凸構造形状、凹部深さ、突出部高さなどを有するようにすることができる。実際の応用例では、担体１１の４つの側面（即ち、図１Ｂの紙面に垂直な４つの面）が、様々な程度に粗面化されてもよい。あるいは、担体１１の担持面及び担持面と反対側の面だけが、様々な程度に粗面化されてもよい。あるいは、担持面及び担持面と反対側の面以外の、担体１１の４つの側面のうちの２つの側面だけが、様々な程度に粗面化されてもよい。
この実施形態では、ＬＥＤチップ１２の数はＮ個であり、担体１１の担持面にはＮ＋１個の導体３０が提供され、ここで、Ｎは１より大きい整数であり、Ｎ個のＬＥＤチップ１２とＮ＋１個の導体３０が、金属電極板（２０ａ，２０ｂ）の延長方向に沿って交互に配列され、即ち、図１Ｄに示されたように、連続的に離間された２つの導体３０間にＬＥＤチップ１２が１個づつ配置される。更に、図１Ｆに示されたように、チップはんだ付けパッド４１が、各ＬＥＤチップ１２の両端に提供され、その接合面に配置される。これに対応して、図１Ｅに示されたように、回路はんだ付けパッド３１は、ＬＥＤチップ１２に隣接した２個の導体３０の２端に提供され、チップはんだ付けパッド４１の形状は、回路はんだ付けパッド３１の形状に対応する。ＬＥＤチップ１２の接合面は、担体１１の担持面との接合に使用されるＬＥＤチップ１２の面を指す。ＬＥＤチップ１２とそれに隣接する２個の導体３０はそれぞれ、チップはんだ付けパッド４１を回路はんだ付けパッド３１と共晶接合によってはんだ付けすることによって電気的に接続され、それにより、Ｎ個のＬＥＤチップ１２が、例えば直列、並列、またはその組み合せで電気的に接続される。
更に、チップはんだ付けパッド４１と回路はんだ付けパッド３１をはんだ付けすることによって、ＬＥＤチップ１２が担体１１に固定され、即ち、担体１１上にＬＥＤチップ１２を支持する支持点が導体３０上にあり、その結果、ＬＥＤチップ１２の接合面と担体１１の担持面との間に隙間ができる。換言すると、ＬＥＤチップ１２は、担体１１の担持面の上に吊り下げられ、ＬＥＤチップ１２の熱放散に悪影響を及ぼす。この理由で、ＬＥＤチップ１２と熱を交換するために、担体１１の担持面とＬＥＤチップ１２の接合面との間に透明で熱伝導性の放熱層１５が形成され、それにより、ＬＥＤチップ１２によって生成された熱が、放熱層１５と担体１１を介して外部に伝えられる。放熱層１５の材料は、シリカゲル、エポキシ接着材、ケイ素樹脂及び改質樹脂のうちの１つ以上を含むことができる。
実際の応用例では、ＬＥＤ発光素子が、通常単色光の発光素子であるとき、複数のＬＥＤチップ１２はすべて、それに対応する通常単色光のＬＥＤチップ１２であり、例えば、複数のＬＥＤチップ１２はすべて、青色光のチップか、青色光以外の任意の可視光のチップである。ＬＥＤ発光素子が、高い発光効率と高い演色評価数を有する発光素子であるとき、複数のＬＥＤチップ１２は、青色光のＬＥＤチップと赤色（又は黄色）光のＬＥＤチップを含み、十分な光混合を実現できるように、連続的に離間された２個の青色光のＬＥＤチップ１２ごとの後に、赤色（又は黄色）光の１個のＬＥＤチップ１２が提供される。ここで、均一分布とは、系統的分布を指し、例えば、連続的に離間された２個の青色光のＬＥＤチップの後に１個の赤色（又は黄色）光のＬＥＤチップが提供され、系統的分布は、上記の分布及び配列方法に限定されず、実際の必要に応じて調整され構成されうる。
この実施形態では、１対の金属電極板（２０ａ，２０ｂ）は、ＬＥＤ発光素子１０の正／負電極として使用され、担体１１の両端で、担体１１の両端に提供されたＬＥＤチップ１２から少なくとも０．５ｍｍ離れた距離に提供される。具体的には、金属電極板（２０ａ，２０ｂ）は、互いに一体的に接続された組立部分２０１と接続部分（２０２ａ，２０２ｂ）とを有する。組立部分２０１の接続部分（２０２ａ，２０２ｂ）から遠い端には、制限溝が提供され、担体１１の両端が、導電性接着材（２６ａ，２６ｂ）によって組立部分２０１の制限溝内に固定され、共晶接合、リフローはんだ付け又は高温固化によって、対応する導体３０（即ち、担体１１の両端に提供された導体３０）に電気的に接続される。接着材（２６ａ，２６ｂ）は、すずペーストなどの導電材料、又は銀ゾルのような高熱電導率と高接着力を有する材料で作成されてもよい。組立部分２０１の制限溝によって、金属電極板（２０ａ，２０ｂ）をより正確かつ迅速に位置合わせし組み立てることができるだけでなく、制限溝内に配置された担体１１の外側面（即ち、図１Ｈの紙面に垂直な担体１１の４つの面）を接着材２６で封入することができ、これにより、金属電極板（２０ａ，２０ｂ）と担体１１の接続の信頼性を改善することができる。
更に、ＬＥＤ発光素子１０の両端の極性を区別するために、２つの接続部分（２０２ａ，２０２ｂ）の、１対の金属電極板（２０ａ，２０ｂ）の組立部分２０１から遠い端は、図１Ｉに示されたように、異なる形状を有し、ＬＥＤ発光素子１０の両端の極性識別子として働くように設計される。実際の応用例では、２つの接続部分（２０２ａ，２０２ｂ）の組立部分２０１から遠い端は、本明細書では特に限定されない異なる形状を任意に有することができる。更に、好ましくは、組立部分２０１の幅は、接続部分（２０２ａ，２０２ｂ）の幅より大きく、それにより金属電極板（２０ａ，２０ｂ）の組立が容易になる。
この実施形態の制限溝は、組立部分２０１の接続部分（２０２ａ，２０２ｂ）から遠い端に提供されるが、本発明がそれに限定されないことに注意されたい。実際の応用例では、制限溝は、担体１１の両端に提供され、担体１１の担持面上に位置決めされてもよく、そのような場合、組立部分２０１の接続部分（２０２ａ，２０２ｂ）から遠い端は、前述の接着材によって制限溝内に固定され、制限溝内にある組立部分２０１の外側面が、接着材で封入される。このようにして、金属電極板（２０ａ，２０ｂ）をより正確かつ迅速に位置合わせし組み立てることができ、金属電極板（２０ａ，２０ｂ）と担体１１の接続の信頼性を改善することもできる。
更に、実際の応用例では、制限溝を担体１１の担持面の両端又は組立部分２０１の接続部分（２０２ａ，２０２ｂ）から遠い端に提供する代わりに、金属電極板（２０ａ，２０ｂ）が、導電性接着材（２６ａ，２６ｂ）によって担体１１の担持面上に固定され、対応する導体に、共晶接合、リフローはんだ付け又は高温固化によって電気的に接続される。あるいは、金属電極板（２０ａ，２０ｂ）をより正確かつ迅速に位置合わせするために、正方形段や台形段などの制限構造が、担体１１の担持面の両端に提供されてもよい。
この実施形態では、封入構造部材１３は、透明体であり、透明接着材と蛍光粉末の混合物で作成され、担体１１の担持面、担持面に固定されたＬＥＤチップ１２、担体１１の担持面から遠い面、担体１１の両側面の周縁領域をそれぞれ封入する。具体的には、封入構造部材１３は、２つの部分から成り、それらの断面は、ほぼ半円形状を有する。第１の部分１３１は、担体１１の担持面から遠い面と担体１１の両側面の周縁領域（即ち、図１Ａでは、担体１１の上面、及びその上面に隣接する両側面の上側領域）とを封入するために使用され、第２の部分１３２は、担体１１の担持面、担持面上に固定されたＬＥＤチップ１２、及び担体１１の両側面の周縁領域（即ち、図１Ａの担体１１の下面、およびその下面に隣接した両側面の下側領域）を封入するために使用される。実際の応用例では、金属電極板（２０ａ，２０ｂ）の延長方向に垂直な方向の封入構造部材１３の断面形状は、半円形、楕円形、正方形などでよい。
封入構造部材１３が、図１Ｊに示されたような透明接着材と蛍光粉末の混合物で作成されるので、ＬＥＤチップ１２から放射された光５０ｂの一部分は、透明放熱層１５、担体１１及び封入構造部材１３を透過し、次にＬＥＤ発光素子１０の外部に出力することができ、一方、ＬＥＤチップ１２から放射された光５０ａの他の部分は、透明な封入構造部材１３を透過し、ＬＥＤ発光素子１０の外部に出力されて、多次元光放射を実現することができ、ＬＥＤチップ１２が、青色光のＬＥＤチップの場合、ＬＥＤチップから放射される光５０ｂの一部分は、放熱層１５、担体１１及び封入構造部材１３を通り、封入構造部材１３内の蛍光粉末を励起して、外部に白色光を出力し、ＬＥＤチップから放射される光５０ａの他の部分は、封入構造部材１３を通り、封入構造部材１３内の蛍光粉末を励起して、白色光を外部に出力し、それにより、均質な白色光を外部に出力することができる。
更に、この実施形態によって提供されるＬＥＤ発光素子１０において、担体１１の両側面の周縁領域は、透明接着材と蛍光粉末の混合物で作成された封入構造部材１３によって封入され、それにより、担体１１の両側面の周縁領域で起こる色ずれ（ＬＥＤチップ１２から放射された光のその部分が周縁領域から直接出力されることによって引き起こされる）を防ぐことができ、これにより、更に、ＬＥＤ発光素子１０が均質の白色光を全方向に出力できることが保証される。更に、この実施形態によって提供されたＬＥＤ発光素子１０では、担体の全面が、封入構造部材１３によって完全には封入されず、担体１１の両側面の中央領域が、封入構造部材１３の外部に露出するので、ＬＥＤチップ１２の熱放散が容易になり、したがって、ＬＥＤチップ１２が、大きい駆動電流に適切になる。これは、個別のＬＥＤチップ１２の光出力を改善できるだけでなく、ＬＥＤ発光素子の製造コストを削減することができる。
この実施形態では、封入構造部材１３が、担体１１の担持面、その担持面に固定されたＬＥＤチップ１２、担体１１の担持面から遠い面、および担体１１の両側面の周縁領域をそれぞれ封入するが、本発明はこれらに限定されないことに注意されたい。実際の応用例では、封入構造部材１３は、図２Ａに示されたように、担体１１、ＬＥＤチップ１２及び金属電極板（２０ａ，２０ｂ）の組立部分２０１を、金属電極板（２０ａ，２０ｂ）の延長方向に垂直な平面内の半径角度３６０°の被覆領域で全体的に封入してもよい。更に、封入構造部材１３内の蛍光粉末が、ＬＥＤチップ１２の様々な発光面から放射される様々な強度の光によって励起されたときに様々な色の光を放射するのを防ぐために、封入構造部材１３の封入位置（即ち、ＬＥＤチップ１２と担体１１が配列される位置）は、図２Ｂに示されたように、ＬＥＤチップ１２と担体１１を封入構造部材１３の１／２偏位に位置決めし、即ち、ＬＥＤチップ１２の上部発光面を封入構造部材１３の中心位置に位置決めするように定義されてもよい。放射される光の色が変更されるとき、封入構造部材１３の封入位置は、実際の必要に応じて細かく調整されてもよいが、それは本明細書では特に限定されないことは明らかである。更に、封入構造部材１３の断面形状（金属電極板（２０ａ，２０ｂ）の延長方向に垂直な方向の）は、封入構造部材１３が、担体１１、ＬＥＤチップ１２及び金属電極板（２０ａ，２０ｂ）の組立部分２０１を、金属電極板（２０ａ，２０ｂ）の延長方向に垂直な平面内の半径角度３６０°の被覆領域で完全に封入することができる限り、円形、正方形、楕円、菱形などでよい。
また、この実施形態では、１列のＬＥＤチップ１２だけが担体１１上に配列されているが、本発明はそれに限定されないことに注意されたい。実際の応用例では、担体の幅はもっと大きくてもよく、また複数列のＬＥＤチップが、担体上に提供されてもよく、各列のＬＥＤチップの配列形態が、上記の実施形態のものと類似しており、ＬＥＤチップの列間の電気接続は、対応する導体に共晶接合によって電気的に接続することによって実現されてもよく、その場合、担体の両端に提供されるＬＥＤチップは、導体によって金属電極板（２０ａ，２０ｂ）に接続され、外部への電気接続を実現する。実際の応用例では、ＬＥＤ発光素子内の担体の長さと幅が限定されず、担体上のＬＥＤチップの列数も限定されない。
第２の実施形態
図３Ａと図３Ｂに示されたように、本発明の第２の実施形態によって提供されたＬＥＤ発光素子の構造が示される。第１の実施形態と同様に、第２の実施形態によって提供されるＬＥＤ発光素子１０は、担体１１、複数のＬＥＤチップ１２、１対の金属電極板（２０ａ，２０ｂ）及び封入構造部材１３を含み、封入構造部材１３は、担体１１、複数のＬＥＤチップ１２及び１対の金属電極板（２０ａ，２０ｂ）を封入するために使用される。
担体１１の材料、担体１１の表面に提供された粗面化反射層２８の形成形態と外観、複数のＬＥＤチップ１２間およびＬＥＤチップ１２と金属電極板（２０ａ，２０ｂ）間の電気接続形態、および封入構造部材１３の断面形状は、第１の実施形態のものと類似しており、ここでは繰り返されない。
第１の実施形態とは異なる第２の実施形態の部分を以下に詳細に述べる。
第２の実施形態では、互いの方に延在する２個の突出部３２が、連続的に離間された２個の導体３０上に形成され、図３Ｂに示されたように、２個の突出部３２が、連続的に離間された２個の導体３０間のＬＥＤチップ１２の両面に配置される。突出部３２によって、ＬＥＤチップ１２から放射された光の一部が、担体１１の両側面の周縁領域から直接出力されるのを防ぐことができるが、突出部３２によって阻止された後で反射されて、他の方向に出力されることがあり、これにより、担体１１の両側面の周縁領域で起こるＬＥＤ発光素子の色ずれを防ぐことができ、それにより、ＬＥＤ発光素子１０が、それぞれの方向に単色光を出力できることが保証される。連続的に離間された２個の導体３０間の２個の突出部３０の長さは、対応する導体３０と接触しないという前提で、できるだけより長くてもよく、それにより、ＬＥＤチップ１２によって放射され担体１１の両側面の周縁領域から出力される光を最大の程度に阻止できることが好ましい。更に、ＬＥＤチップ１２が、青色光又は青色光と赤色光の混合物のチップであるとき、ＬＥＤチップ１２によって放射され担体１１の両側面の周縁領域から出力される光が白色光になるようにるために、放熱層１５を透明接着材と蛍光粉末の混合物で作成しなければならず、それにより、ＬＥＤ発光素子１０が、均質の白色光をそれぞれの方向に出力することができる。
この実施形態では、金属電極板（２０ａ，２０ｂ）の延長方向に垂直な断面において、封入構造部材１３は、担体１１の担持面、その担持面に固定されたＬＥＤチップ１２、および担体１１の担持面から遠い面をそれぞれ、半径角度１８０°の封入角度で、円周方向で封入し、即ち、封入構造部材１３は、断面が半円形状を有する２つの部分からなる。第１の部分１３１は、担体１１の担持面から遠い面を封入するために使用され、第２の部分１３２は、担体１１の担持面とその担持面に固定されたＬＥＤチップ１２を封入するために使用される。この実施形態の封入構造部材１３と第１の実施形態の封入構造部材との差は、担体１１の両側面の中心領域だけが、封入構造部材１３の外部の露出されるのではなく、担体１１の両側面の周縁領域も封入構造部材１３の外部に露出し、即ち、担体１１の両側面が、封入構造部材１３の外部に完全に露出される点にあることが分かる。更に、前述の突出部３２によって、ＬＥＤチップ１２から放射された光の一部が、担体１１の両側面の周縁領域から直接出力されるのが防止されるので、ＬＥＤチップ１２の放熱効率を更に改善することができ、同時にＬＥＤ発光素子１０が、それぞれの方向に単色光を出力できるようになる。更に、封入構造部材１３が、担体の担持面と、担持面に固定されたＬＥＤチップ１２と、担体１１の担持面から遠い面とを封入するだけでよいので、これにより、封入構造部材１３の構造がある程度単純化され、それにより、封入構造部材１３の製造工程を単純化でき、それにより、ＬＥＤ発光素子１０の製造コストがある程度削減される。
実際の応用例では、放熱層、封入構造部材及び／又は担体が蛍光粉末を含むかどうかを、実際の必要に応じて決定できることが分かる。さらに、本出願において、放熱層、封入構造部材及び／又は担体が透明であることは、ＬＥＤチップから放射された光が、放熱層、封入構造部材及び／又は担体を透過できることを意味する。
また、前述の実施態様は、本発明の原理を説明するための単なる例示的実施態様であり、本発明はこれらに限定されない。当業者は、本発明の趣旨及び本質から逸脱することなく様々な修正及び改良を行うことができ、そのような修正と改良も本発明の保護範囲内にある。
１１ 担体
１２ ＬＥＤチップ
１３ 封入構造部材
２０ａ，２０ｂ 電極
３０ 導体
一般に、先行技術におけるＬＥＤ発光素子の封入は、金属支持体又は金属基材上にポリフタルアミド（ＰＰＡ）又はエンジニアリングプラスチックを注入して光学カップを形成する段階と、光学カップ内に１つ又は複数のＬＥＤチップを固定し、複数のＬＥＤチップを金属線によって直列／並列に接続する段階と、光学カップに蛍光粉末が混合されたゲルを充填する段階とを含む。そのような方法で封入されたＬＥＤ発光素子の発光効率は、比較的低く、その理由は、金属支持体又は金属基材自体が遮光性のため、ＬＥＤチップから放射された光を、支持体又は基材を透過して外部に出力できないからである。更に、出力されない光は、光学カップ内に大量の熱を生成し、ＬＥＤチップ用の個別の熱伝導経路が提供されていないため、ＬＥＤチップによって生成された熱が過度に集まり、その結果、ＬＥＤ発光素子の信頼性が徐々に低下する。実際には、従来のＬＥＤ発光素子の光出力は、その生成されたエネルギーの２０％〜３０％でしかなく、他の７０％〜８０％のエネルギーは、利用されず、熱を生成する。したがって、ＬＥＤ発光素子の発光効率を改善し、その応用機能を強化し、その寿命を延長する方法が、解決されるべき差し迫った問題になる。
実際の応用例では、ＬＥＤ発光素子が、通常単色光の発光素子であるとき、複数のＬＥＤチップ１２はすべて、それに対応する通常単色光のＬＥＤチップ１２であり、例えば、複数のＬＥＤチップ１２はすべて、青色光のチップか、青色光以外の任意の可視光のチップである。ＬＥＤ発光素子が、高い発光効率と高い演色評価数を有する発光素子であるとき、複数のＬＥＤチップ１２は、青色光のＬＥＤチップと赤色（又は黄色）光のＬＥＤチップを含み、均一な分布による十分な光混合を実現できるように、連続的に離間された２個の青色光のＬＥＤチップ１２ごとの後に、赤色（又は黄色）光の１個のＬＥＤチップ１２が提供される。ここで、均一分布とは、系統的分布を指し、例えば、連続的に離間された２個の青色光のＬＥＤチップの後に１個の赤色（又は黄色）光のＬＥＤチップが提供され、系統的分布は、上記の分布及び配列方法に限定されず、実際の必要に応じて調整され構成されうる。

Claims (10)

  1. ＬＥＤ発光素子において、
    担体であって、透明体であり担持面に導体が設けられた担体と、
    複数のＬＥＤチップであって、共晶接合によって前記導体に電気的に接続され、それによりお互いに電気接続が実現された複数のＬＥＤチップと、
    透明体であって、前記担体と前記複数のＬＥＤチップの周囲を封入する封入構造部材と、
    １対の電極であって、前記１対の電極の正／負電極が、前記導体によって、前記複数のＬＥＤチップにおける電流伝送の最も上流／最も下流にある前記ＬＥＤチップに電気的に接続され、前記封入構造部材の外部に延在した１対の電極と、
    を有するＬＥＤ発光素子。
  2. 前記ＬＥＤチップの数がＮ個であり、前記導体の数がＮ＋１個であり、ここで、Ｎが１より大きい整数であり、前記Ｎ個のＬＥＤチップと前記Ｎ＋１個の導体が、前記１対の電極の延長方向に交互に配列され、
    各ＬＥＤチップの接合面の両端にチップはんだ付けパッドが設けられており、それに対応して前記ＬＥＤチップに隣接した２個の導体の２端に回路はんだ付けパッドが設けられており、前記チップはんだ付けパッドの形状が、前記回路はんだ付けパッドの形状に対応しており、
    前記チップはんだ付けパッドと前記回路はんだ付けパッドとの共晶接合によるはんだ付けによって、各ＬＥＤチップとそれに隣接した２個の導体が、電気的に接続されている、請求項１に記載のＬＥＤ発光素子。
  3. 前記封入構造部材が、前記担体の前記担持面と、前記担持面に固定された前記ＬＥＤチップと、前記担体の前記担持面から遠い面と、前記担体の両側面の周縁領域とを封入している、請求項２に記載のＬＥＤ発光素子。
  4. 互いの方に延在する２つの突出部が、連続的に離間された２個の導体上に形成され、前記２つの突出部が、前記連続的に離間された２個の導体間で前記ＬＥＤチップの両側に配置されている、請求項２に記載のＬＥＤ発光素子。
  5. 前記１対の電極の前記延長方向に垂直な断面において、前記封入構造部材が、前記担体の前記担持面と、前記担持面に固定されたＬＥＤチップと、前記担体の前記担持面から遠い面とをそれぞれ、半径角度１８０°の封入角度で円周方向に封入する、請求項４に記載のＬＥＤ発光素子。
  6. 前記１対の電極が、１対の金属電極板であり、前記金属電極板がそれぞれ、互いに一体的に接続された組立部分と接続部分を含み、
    前記組立部分が、導電性接着材によって前記担体の前記担持面の両端に接合されており、前記接着材が、対応する前記導体に、共晶接合、リフローはんだ付け、又は高温固化によって電気的に接続されており、
    前記１対の金属電極板の前記接続部分の前記組立部分から遠い端が、異なる形状を有する、請求項１に記載のＬＥＤ発光素子。
  7. 制限溝が、前記担体の両端に形成され、前記担持面上に位置決めされており、前記組立部分が、前記制限溝内に前記接着材によって固定されており、前記接着材が、前記制限溝内で前記組立部分の外側面を封入しており、
    制限溝が、前記組立部分の前記接続部分から遠い端に設けられており、前記担体の両端が、前記接着材によって前記制限溝内に固定されており、前記接着材が、前記担体の外側面を前記制限溝の内部に封入している、請求項６に記載のＬＥＤ発光素子。
  8. 前記組立部分の幅が、前記接続部分の幅より大きい、請求項６に記載のＬＥＤ発光素子。
  9. 透明であり熱伝導性の放熱層が前記ＬＥＤチップと熱を交換するために前記担体の前記担持面と前記ＬＥＤチップの接合面との間に設けられており、前記放熱層の材料が、シリカゲル、エポキシ接着材、ケイ素樹脂及び改質樹脂のうちの１つ又は複数を含む、請求項１に記載のＬＥＤ発光素子。
  10. 前記導体が、導電性金属材料で作成された、請求項１に記載のＬＥＤ発光素子。
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