JP2017139309A - Ledモジュール、照明装置及びledモジュールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】隣接するLEDで色シフトが起こることを防止でき、且つ光の利用効率を向上させることができるLEDモジュールを提供する。【解決手段】LEDモジュール1は、基板3、LED2及びレンズ4を備える。レンズ4は、LED2の上面2aが向く方向に膨らむ凸部5と、凸部5及び基板3の間に配置された傾斜部6とを備える。凸部5の表面5aは、LED2の中心軸2cに近づくに従って基板3から離れるように湾曲する。傾斜部6の表面6aは、LED2の中心軸2cを含む断面において、中心軸2cに近づくに従って基板3に近づく。【選択図】図2
Description
この発明は、LEDモジュールと照明装置とLEDモジュールの製造方法とに関する。
近年、LED(Light Emitting Diode)のコストを低下させるため、パッケージを無くしたチップ・スケール・パッケージ(Chip Scale Package)のLEDがLEDメーカから提供されている。なお、以下においては、チップ・スケール・パッケージをCSPともいう。
CSPのLEDは、パッケージ化されたものと比較して実装に必要な面積が小さい。また、CSPのLEDは、必要な輝度に応じて基板に実装する個数を簡単に変えることができる。このため、CSPのLEDを利用することにより、設計の自由度が増すという利点がある。
一方、CSPのLEDは、上面からだけでなく、側面からも光を放射する。このため、側面から放射される光を利用できないと、光の利用効率が低下してしまう。また、側面から放射された光が隣接するLEDに入射されると、その隣接するLEDで色シフトが起こってしまう。隣接するLEDでは、入射された光によって発熱し、発光効率が低下するといった問題も生じ得る。
例えば、特許文献1及び2に、LEDモジュールが記載されている。特許文献1及び2に記載されたLEDモジュールでは、LEDダイはウエハ基板と半導体層とからなる。LEDダイは、蛍光樹脂によって覆われる。LEDダイから放射された青色光の一部は、蛍光樹脂において波長変換される。このため、蛍光樹脂から白色光が放射される。
特許文献1に記載されたLEDモジュールでは、蛍光樹脂の一側面が反射層で覆われる。これにより、蛍光樹脂から放射された光が、隣接するLED装置に入射されることを防止する。
特許文献2に記載されたLEDモジュールでは、蛍光樹脂の間に反射部材を充填している。このため、蛍光樹脂の周囲が反射部材で覆われる。これにより、蛍光樹脂から放射された光が、隣接するLED装置に入射されることを防止する。
特許文献1及び2に記載されたLEDモジュールでは、蛍光樹脂から放射される白色光が反射層或いは反射部材で反射される。このため、蛍光樹脂から上方に取り出すことができる光の量、即ち光の利用効率が低下してしまう。
なお、特許文献2に記載されたLEDモジュールでは、蛍光樹脂に斜面が形成されている。励起光となる青色光はLEDダイから放射されるが、他の色の光は、LEDダイからの青色光が波長変換されることによって蛍光樹脂で生成される。即ち、赤色光及び緑色光は、蛍光樹脂内の蛍光体を中心に等方的に発光する。このため、蛍光樹脂に形成された斜面に当たる光の量は、青色光が最も多い。特許文献1に記載されたLEDモジュールでは、蛍光樹脂から放射される光の分光分布に偏りが生じてしまう。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされた。この発明の目的は、隣接するLEDで色シフトが起こることを防止でき、且つ光の利用効率を向上させることができるLEDモジュールを提供することである。この発明の他の目的は、このような機能を有するLEDモジュールを備えた照明装置を提供することである。この発明の他の目的は、このような機能を有するLEDモジュールの製造方法を提供することである。
この発明に係るLEDモジュールは、基板と、基板の表面に設けられたLEDと、基板の表面と同じ方向を向くLEDの第1表面及びLEDの第1表面に直交するLEDの第2表面を覆うレンズと、を備える。レンズは、LEDの第1表面が向く方向に膨らむ凸部と、凸部及び基板の間に配置された傾斜部と、を備える。凸部の表面は、LEDの中心軸に近づくに従って基板から離れるように湾曲する。傾斜部の表面は、LEDの中心軸を含む断面において、中心軸に近づくに従って基板に近づく。
この発明に係る照明装置は、上記LEDモジュールを備える。
この発明に係るLEDモジュールの製造方法は、基板の表面にLEDを固定する工程と、LEDが固定された基板の表面を下向きにし、型に入れられた樹脂にLEDを浸す工程と、LEDが樹脂に浸っている状態で基板を上方に移動させる工程と、基板を一定距離上方に移動させた後、樹脂を硬化させて樹脂をLEDに固定する工程と、を備える。
この発明に係るLEDモジュールは、基板、LED及びレンズを備える。レンズは、LEDの第1表面が向く方向に膨らむ凸部と、凸部及び基板の間に配置された傾斜部とを備える。凸部の表面は、LEDの中心軸に近づくに従って基板から離れるように湾曲する。傾斜部の表面は、LEDの中心軸を含む断面において、中心軸に近づくに従って基板に近づく。この発明に係るLEDモジュールであれば、隣接するLEDで色シフトが起こることを防止できる。また、この発明に係るLEDモジュールであれば、光の利用効率を向上させることができる。
添付の図面を参照し、本発明を説明する。重複する説明は、適宜簡略化或いは省略する。各図において、同一の符号は同一の部分又は相当する部分を示す。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1におけるLEDモジュール1を示す斜視図である。LEDモジュール1及び点灯装置は、照明装置に備えられる。LEDモジュール1を備える照明装置は、例えば天井或いは壁に取り付けられる。卓上で使用される照明装置にLEDモジュール1が備えられても良い。照明装置の用途は、これらの例に限定されない。
図1は、この発明の実施の形態1におけるLEDモジュール1を示す斜視図である。LEDモジュール1及び点灯装置は、照明装置に備えられる。LEDモジュール1を備える照明装置は、例えば天井或いは壁に取り付けられる。卓上で使用される照明装置にLEDモジュール1が備えられても良い。照明装置の用途は、これらの例に限定されない。
図2は、この発明の実施の形態1におけるLEDモジュール1の断面を示す図である。図2は、図1のA−A線での断面の一部を示す。LEDモジュール1は、例えばLED(Light Emitting Diode)2、基板3及びレンズ4を備える。図1は、基板3に16個のLED2を搭載した例を示す。LED2は、基板3の表面3aに設けられる。LED2は、はんだ或いは導電性の接着剤によって基板3に固定される。LED2の電極(図示せず)は、基板3の配線パターン(図示せず)に電気的に接続される。LED2は、この配線パターンを介して点灯装置より直流の電力が供給されて点灯する。なお、点灯装置は、例えばインバータ回路及び制御回路を備える。基板3の表面3aに、例えば反射塗料として白色レジストが塗布される。
LED2は、CSP(Chip Scale Package)のLEDである。LED2は、内部に蛍光体を含み、側面2bにパッケージを有していない。このため、LED2は、複数の色を含む光を放射する。例えば、LED2は、上面2aだけでなく側面2bからも赤色光、緑色光及び青色光を放射する。LED2は、白色光以外の光を放射しても良い。LED2の上面2aは、LED2が取り付けられた基板3の表面3aと同じ方向を向く。LED2の側面2bは、上面2aに直交する。LED2の側面2bは、基板3の表面3aに直交する。LED2の上面2aと側面2bとは、レンズ4によって覆われる。
レンズ4は、例えば透明樹脂で形成される。レンズ4の材料として、LEDの封止樹脂に用いられるシリコン樹脂或いはエポキシ樹脂を使用しても良い。レンズ4の材料として、導光板に用いられる環状オレフィンコポリマー等の樹脂を使用しても良い。レンズ4の材料として、ポリカーボネート(PC)系の樹脂或いはポリメチルメタクリレート(PMMA)等の樹脂を使用しても良い。
図2に示す断面は、LED2の中心軸2cを含む断面である。レンズ4は、図2に示す断面において、LED2の中心軸2cを対称軸とする線対称な形状である。中心軸2cは、LED2の中心を通る。また、中心軸2cはLED2の上面2aに直交する
レンズ4は、LED2を覆うように設けられる。レンズ4は、LED2の上面2a及び側面2bのみに固定される。図2は、レンズ4の下端がLED2の下端に一致する例を示す。図2に示す例では、LED2の上面2a全体及び側面2b全体がレンズ4によって覆われる。
レンズ4は、例えば凸部5及び傾斜部6を備える。凸部5は、LED2の上面2aから放射された光を効率よく外部に取り出す機能を有する。凸部5は、LED2の上面2aが向く方向に膨らむ形状である。凸部5の表面5aは、LED2の中心軸2cに近づくに従って基板3から離れるように湾曲していれば良く、中心軸2c上が最も厚く、LED2の端部に向かうにつれて厚さが薄くなるように湾曲していることが好ましい。例えば、凸部5は球体の一部であり、凸部5の表面5aは球面の一部である。本実施の形態では、凸部5が半径rの球体の一部である例を示す。また、本実施の形態では、凸部5の表面5aが、半径rの球体の表面のうち、球体の中心を通る平面から距離hだけ離れた位置でその平面と平行に切断した時の小さい方の表面である例を示す。
傾斜部6は、LED2の側面2bから放射された光を凸部5の表面5aに向けて反射させる機能を有する。傾斜部6は、凸部5と一体的に形成される。傾斜部6は、LED2の周囲に配置される。また、傾斜部6は、基板3と凸部5との間に配置される。傾斜部6の表面6aは、基板3の表面3aに斜めに対向する。傾斜部6の表面6aは、図2に示す断面において、LED2の中心軸2cに近づくに従って基板3に近づく。
図2は、傾斜部6の下端がLED2の下端に一致する例を示す。傾斜部6の高さをdとし、傾斜部6の幅をWとすると、傾斜部6の傾斜角度θは次式で表される。
高さdは、基板3の表面3aから傾斜部6の上端までの距離である。傾斜部6の上端は、傾斜部6の表面6aと凸部5の表面5aとの境界に一致する。傾斜角度θは、基板3の表面3aと傾斜部6の表面6aとの角度である。
LED2には、LED同士が互いに影響し合わないように確保すべき距離として距離WSPACEが定められている。即ち、複数のLED2を使用する場合は、距離WSPACE以上の距離を空けてLED2を配置すれば、一方のLED2の発光が他方のLED2の発光によって実質的な影響を受けることはない。このため、傾斜部6の幅Wが次式を満たさない場合は、LED2にレンズ4を取り付ける効果が半減する。即ち、式(2)が成立しない場合は、レンズ4がなくてもLED2で色シフトは発生しない。
傾斜部6の傾斜角度θが小さいほど、LED2の側面2bから放射された光を効率的に傾斜部6で反射させることができる。しかし、傾斜部6の高さdが同じであれば、傾斜部6の傾斜角度θが小さいほど傾斜部6の幅Wは大きくなる。式(2)の制約だけを考慮すると、傾斜部6の高さdはできるだけ小さいことが好ましい。一方、傾斜部6の高さdがLED2の厚みtより小さいと、LED2の側面2bから放射された光のうちLED2の上面2aに平行に進む光の一部を傾斜部6の表面6aで受けることができなくなってしまう。このため、傾斜部6の高さdに関しては、次式を満たすことが望ましい。
傾斜部6の表面6aと凸部5の表面5aとの境界がLED2の上面2aより基板3の表面3aから離れた位置にあれば、式(3)は成立する。傾斜部6の高さdが式(3)を満たせば、LED2の側面2bから放射された光のうちLED2の上面2aに対して平行に進む全ての光を傾斜部6の表面6aで受けることができる。
次に、LED2から放射される光をレンズ4の外に取り出す機能について詳しく説明する。
LED2から放射された光は、凸部5の表面5aに入射する。表面5aに入射する光の角度が臨界角以上であると、光は表面5aで反射してしまう。このため、表面5aに入射する光の角度は、臨界角より小さい角度である必要がある。レンズ4にポリカーボネート系の樹脂が用いられる場合、レンズ4の屈折率は1.58程度になり、臨界角は39.3°になる。この場合、入射角度を39.3°より小さい角度にすれば、表面5aに入射する光を取り出すことができる。また、レンズ4にポリメチルメタクリレートが用いられる場合、レンズ4の屈折率は1.49程度になり、臨界角は41.8°になる。この場合、入射角度を41.8°より小さい角度にすれば、表面5aに入射する光を取り出すことができる。
図3及び図4は、レンズ4の機能を説明するために必要な幾何形状を示す図である。図3及び図4は、図2に示す断面に相当する図である。実線で示される曲線Bは、半径rの円をその中心を通る直線Lで切断することによって得られた半円を示す。即ち、曲線Bは半径rの半円である。図2に示された凸部5の表面5aは、曲線Bに含まれる。また、直線Lは、図2に示された基板3の表面3a及びLED2の上面2aと平行な直線である。原点Oは、曲線Bを含む半径rの円の中心である。原点Oの座標を(0,0)とする。
破線Cは、凸部5の表面5aに光を照射する光源が存在する位置を示す。LED2の上面2aから放射された光は、凸部5の表面5aに照射される。LED2の側面2bから放射された光の一部は、凸部5の表面5aに照射される。傾斜部6の表面6aで反射した光は、凸部5の表面5aに照射される。このため、破線Cは、図2に示されたLED2の上面2a及び側面2bと傾斜部6の表面6aとに対応する。
例えば、光源点Sから曲線B上の点Pに照射される光を考える。光源点Sの座標は(a,b)である。点Pの座標は(p,q)である。図3及び図4では、光源点Sから点Pに照射される光を矢印Dで示している。光源点Sから点Pに照射される光の放射角度をαとし、原点Oから点Pに向かう直線の角度をβとする。放射角度αは、LED2の上面2aによる直線と矢印Dとの角度である。上面2aによる直線は直線Lと平行である。角度βは、直線Lと原点Oから点Pに向かう直線との角度である。原点Oから点Pに向かう直線は、点Pにおける曲線Bの法線である。このため、光源点Sから点Pに照射される光の入射角度γは次式で表される。
図4に示す三角形Eに着目すると、放射角度α及び角度βの関係は次式で表される。
式(4)及び式(5)から、放射角度αと入射角度γとの相関を得ることができる。以下に、具体的な例として、LED2の幅WLED(図2参照)=1.7、厚さt=0.3、幅W=0.55、高さd=0.4、高さh=0.6及び半径r=1.9の場合について説明する。なお、各パラメータの単位は全て[mm]である。
先ず、LED2の上面2aから放射された光が凸部5の表面5aに照射される時の相関について検討する。LED2の上面2aから放射される光に関しては、放射角度αに制約はない。LED2の上面2aからは、放射角度αが±90°の範囲で光が放射される。図5は、LED2の上面2aの中心から放射された光が凸部5の表面5aに照射される時の放射角度αと入射角度γとの相関を示す図である。LED2の上面2aの中心から光が放射される場合、光源点Sの座標はa=0及びb=0.5である。図5から分かるように、LED2の上面2aの中心から光が放射される場合、入射角度γの範囲は±15°になる。
図6は、LED2の上面2aの端から放射された光が凸部5の表面5aに照射される時の放射角度αと入射角度γとの相関を示す図である。LED2の上面2aの端から光が放射される場合、光源点Sの座標は、a=0.85及びb=0.5である。図6から分かるように、LED2の上面2aの端から光が放射される場合、入射角度γの範囲は−32°〜+10°になる。
LED2の上面2aの端から放射される光の入射角度γの最大値は、LED2の上面2aの中心から放射される光の入射角度γの最大値より大きい。しかし、その値は、例えばポリカーボネート系の樹脂を想定した臨界角39.3より小さい。このため、LED2の上面2aの中心から放射される光は、レンズ4を透過する。また、LED2の上面2aの端から放射される光は、レンズ4を透過する。LED2の上面2aの中心から放射される光及び上面2aの端から放射される光が共に透過光となることから、上面2aの中心から端を結ぶ直線上のどの光源点から光が放射されても、その光は透過光になる。即ち、LED2の上面2aから放射される光は、レンズ4を透過する。
次に、傾斜部6の表面6aで反射された光が凸部5の表面5aに照射される時の相関について検討する。傾斜部6の表面6aで反射する光は、LED2の側面2bから放射された光である。このため、傾斜部6の表面6aで反射される光に関しては、放射角度αに制約がある。
図7は、傾斜部6の表面6aで反射される光の放射領域とその光の源となる領域とを示す図である。例えば、図7に示す光源点Sの座標は、破線C上の点であるa=1.16及びb=0.39である。図7では、この光源点Sに照射される側面2bからの光が通過する領域と、光源点Sで反射した側面2bからの光が通過する領域とを塗りつぶして示している。上記光源点Sで反射される光の放射角度αの最小値は、表面6aの角度と同じ25°である。また、その最大値は、LED2の側面2bの上端から放射された光が光源点Sで反射した時の角度である。LED2の側面2bの上端から放射された光は、傾斜部6の表面6aに対して34°の角度で反射する。このため、放射角度αの最大値は59°である。
図8は、図7に示す光源点Sで反射された光が凸部5の表面5aに照射される時の放射角度αと入射角度γとの相関を示す図である。図8から分かるように、図7に示す光源点Sで光が反射される場合、入射角度γの範囲は+4°〜+26°になる。図7に示す光源点Sで反射された光の入射角度γの最大値は、例えばポリカーボネート系の樹脂を想定した臨界角39.3より小さい。このため、上記光源点Sで反射された光は、レンズ4を透過する。
このように、本実施の形態に示すLEDモジュール1であれば、各パラメータの値を適切に設定することにより、LED2から放射される光を外部に効率よく取り出すことができる。これにより、光の利用効率を向上させることができる。また、LED2の側面2bから放射された光は、傾斜部6の表面6aによって反射される。このため、複数のLED2が並んで配置されている場合であっても、あるLED2から放射された光が、隣接するLED2に入射することを防止できる。即ち、隣接するLED2で色シフトが起こることを防止できる。
本実施の形態に示す例では、LED2に蛍光体が含まれ、LED2から白色光が放射される。また、透明樹脂からなるレンズ4に表面6aが形成される。このため、表面6aで反射する光は白色光であり、外に取り出される光の分光分布に偏りが生じる恐れはない。
なお、LED2の形状は例えば直方体であり、傾斜部6の表面6aと凸部5の表面5aとの境界は円である。このため、LEDモジュール1のA´−A´線での断面(図1参照)は、厳密には図2に示す断面とは異なる。しかし、A´−A´線での断面について検討した結果がA−A線での断面について検討した上記結果と同様の内容になることは容易に理解できる。
以下に、光の利用効率が悪い例を示し、更なる良い条件について説明する。具体的な例として、同じLED2に対し、幅W=0.35、高さd=0.3、高さh=0.3及び半径r=1.35のレンズ4を採用した場合について説明する。なお、幅WLED=1.7及び厚さt=0.3である。また、各パラメータの単位は全て[mm]である。
例えば、光源点Sの座標として、表面6a上の点であるa=1.1及びb=0.19を選択する。この時の放射角度αの範囲は33°〜73°である。図9は、この光源点Sで反射された光が凸部5の表面5aに照射される時の放射角度αと入射角度γとの相関を示す図である。図9から分かるように、上記例での入射角度γの範囲は−19°〜−47°になる。放射角度αが60°を超えると、入射角度γは、例えばポリカーボネート系の樹脂を想定した臨界角39.3より大きくなる。臨界角を超える入射角度γの光は、凸部5の表面5aで全反射してしまい、取り出すことができない。
図10は、凸部5の表面5aで全反射された光の軌跡を示す図である。LED2の一方の側面2bから放射された光の一部は、臨界角を超える角度で凸部5の表面5aに入射し、表面5aでの全反射を繰り返す。レンズ4の内部を伝搬した光は、LED2の反対側の側面2bに入射され、吸収される。
LED2の側面2bから放射された光が凸部5の表面5aで全反射すると、光の利用効率が低下する。上述の幾何光学的な検討より、原点Oから光源点Sまでの距離が半径rの5分の4倍より長い位置に光源点Sが存在すると、表面5aでの全反射が起こることが分かった。即ち、可能な限り次式を満たす光源点Sが多く含まれるように、半径r、幅W及び高さhを選択することが良い。
例えば、図9に相関を示した例では、a2+b2=1.2461である。また、16r2/25=1.1664である。このため、上記式(6)は成立しない。
また、LED2の側面2bから放射される光のうち、LED2の上面2aに平行な光を傾斜部6の表面6aで反射できなければ、光の利用効率を更に向上させることは難しい。このため、屈折率が1.5程度のレンズ4を使用するのであれば、傾斜部6の傾斜角度θは次式を満たすことが望ましい。
傾斜部6の傾斜角度θの下限については、LED2の形状と式(1)及び式(2)とから決定される。
次に、LEDモジュール1を製造する方法について説明する。図11は、この発明の実施の形態1におけるLEDモジュール1の製造方法の例を説明するための図である。
先ず、LED2の回路が形成された基板3を用意する。次に、基板3の表面3aに撥水処理を施す。基板3の表面3aに撥水処理を施した後、基板3の表面3aに配線パターンと接続するようにLED2を固定する。具体的には、基板3の表面3aに複数のLED2を図1に示すような配列に並べ、はんだによるボンディングを行う。基板3にLED2を固定すると、レンズ4を形成する工程を開始する。
先ず、レンズ4を形成するための型7を用意し、型7の窪み7aに、硬化後にレンズ4となる樹脂8を入れておく。型7には、基板3上のLED2の配列に合わせて複数の窪み7aが形成される。次に、LED2が固定された基板3の表面3aを下向きにし、LED2が窪み7aの直上となるように基板3を型7の上方に配置する。図11(a)は、基板3を型7の上方に配置した状態を示す。次に、基板3を下方に移動させ、基板3に固定されているLED2を窪み7aに入れられた樹脂8に浸す。図11(b)はLED2を樹脂8に浸した状態を示す。この時、LED2が完全に樹脂8に浸ることが好ましい。
次に、LED2が樹脂8に浸っている状態を保持したまま、基板3を上方に移動させる。基板3を一定距離上方に移動させると基板3の移動を停止させ、その状態を保持する。基板3の表面3aには、予め撥水処理が施されている。このため、基板3を上方に移動させることにより、樹脂8が基板3の表面3aから離れる。LED2の側面2bに付着した樹脂8は、重力に反発して基板3とともに上方に持ち上げられ、基板3に近づくほど細くなる。これにより、傾斜部6となる部分が形成される。
基板3を上方に移動させた後、樹脂8を硬化させて樹脂8をLED2に固定する。樹脂8が硬化することにより、レンズ4が形成される。樹脂8が熱硬化性のシリコン樹脂であれば、例えば樹脂8を80℃で90分間加熱した後、更に150℃で60分間加熱することによって樹脂8を硬化させる。樹脂8がUV硬化樹脂であれば、UV照射を行うことによって樹脂8を硬化させる。樹脂8がUV硬化樹脂である場合は、例えば型7の材料として、ガラス等の透明な材料を用いることが好ましい。
なお、表面3aへの撥水処理は、必要に応じて行えば良い。基板3から剥がれ易い樹脂8を使用するのであれば、表面3aに撥水処理を施す必要はない。
この実施例では、基板3上に配置したLED2を覆うようにレンズ4を形成し、LED2の側面2b近傍のレンズ部分にLED2の側面2bから離れていくに従って基板3と離間していく傾斜部6を設ける場合について説明したが、傾斜部6としては、以下の実施例のような態様を採っても良い。
実施の形態2.
図12は、この発明の実施の形態2におけるLEDモジュール1の断面を示す図である。図12は、図1のA−A線での断面の一部を示す。LEDモジュール1は、レンズ4の傾斜部6の形状が実施の形態1で開示した形状と異なる。LEDモジュール1の他の構成は、実施の形態1で開示した構成と同様である。
図12は、この発明の実施の形態2におけるLEDモジュール1の断面を示す図である。図12は、図1のA−A線での断面の一部を示す。LEDモジュール1は、レンズ4の傾斜部6の形状が実施の形態1で開示した形状と異なる。LEDモジュール1の他の構成は、実施の形態1で開示した構成と同様である。
傾斜部6の表面6b及び表面6cは、基板3の表面3aに斜めに対向する。表面6bは、表面6cよりLED2から離れた位置にある。傾斜部6の表面6bは、図12に示す断面において、LED2の中心軸2cに近づくに従って基板3に近づく。同様に、傾斜部6の表面6cは、図12に示す断面において、LED2の中心軸2cに近づくに従って基板3に近づく。表面6bの傾斜角度は、表面6cの傾斜角度より小さい。表面6b及び表面6cからなる傾斜部6の表面は、図12に示す断面において、LED2の中心軸2cから遠いものほど中心軸2cとのなす角が小さくなる複数の線分によって表される。図11に示す方法でLEDモジュール1を製造すると、傾斜部6が図12に示す形状になり易い。LED2の側面2bから遠い側の表面6bの傾斜角度を小さくできるので、光の利用効率を向上できる。また、LED2の側面2bから近い側の表面6cの傾斜角度を大きくできるので、傾斜部6の高さをLED2の厚みより大きくできる。これにより、LED2の側面2bからの光を傾斜部6で確実に受けることができる。
図13は、この発明の実施の形態2におけるLEDモジュール1の他の例を示す図である。図13は、図1のA−A線での断面の一部を示す。図13に示すLEDモジュール1は、表面6bの傾斜角度が表面6cの傾斜角度より大きい点で図12に示すLEDモジュール1と相違する。即ち、表面6b及び表面6cからなる傾斜部6の表面は、図13に示す断面において、LED2の中心軸2cから遠いものほど中心軸2cとのなす角が大きくなる複数の線分によって表される。図13に示すLEDモジュール1であれば、LED2に近い表面6cの傾斜角度を小さくすることができる。これにより、光の利用効率を更に向上させることができる。図2の構成では、表面6aの傾斜角度を小さくすると、傾斜部6の高さがLED2の厚みより小さくなり、LED2の側面2bからの光を傾斜部6で受けることができなくなる。図13の構成によれば、LED2に近い側の表面6cの傾斜角度を小さく保ったまま、LED2に遠い側の表面6bの傾斜角度を大きくすれば、傾斜部6の高さをLED2の厚みより大きくできるので、LED2の側面2bからの光を傾斜部6で受けることができる。
本実施の形態に示すLEDモジュール1では、表面6b及び表面6cからなる傾斜部6の表面全体で式(6)を満たせば良い。また、表面6b及び表面6cのうち、傾斜角度が大きい方が式(7)を満たせば良い。本実施の形態で開示しない傾斜部6の形状及び機能は、実施の形態1で開示した傾斜部6の形状及び機能と同様である。
実施の形態3.
図14は、この発明の実施の形態3におけるLEDモジュール1の断面を示す図である。図14は、図1のA−A線での断面の一部を示す。本実施の形態に示すLEDモジュール1は、レンズ4の傾斜部6の形状が実施の形態1で開示した形状と異なる。LEDモジュール1の他の構成は、実施の形態1で開示した構成と同様である。
図14は、この発明の実施の形態3におけるLEDモジュール1の断面を示す図である。図14は、図1のA−A線での断面の一部を示す。本実施の形態に示すLEDモジュール1は、レンズ4の傾斜部6の形状が実施の形態1で開示した形状と異なる。LEDモジュール1の他の構成は、実施の形態1で開示した構成と同様である。
傾斜部6の表面6dは、基板3の表面3aに対向する。傾斜部6の表面6dは、図14に示す断面において、LED2の中心軸2cに近づくに従って基板3に近づく。また、傾斜部6の傾斜角度θは連続的に変化する。傾斜部6の表面6dは、図14に示す断面において、基板3の表面3a側から見て凹んだ曲線で表される。粘度の低い液体の樹脂8を用いて図11に示す方法でLEDモジュール1を製造すると、樹脂8の表面張力によって傾斜部6が図14に示す形状になり易い。図14では、LED2の側面2bに近い側で傾斜角度を大きく取れ、側面2bから遠くなる程傾斜角度を小さくできる。これにより、LED2の側面2bに近い側で、傾斜部6の高さを高くでき、遠い側で光の利用効率の点で寄与できる。
図15は、この発明の実施の形態3におけるLEDモジュール1の他の例を示す図である。図15は、図1のA−A線での断面の一部を示す。図15に示すLEDモジュール1は、表面6dの湾曲する方向が異なる点で図14に示すLEDモジュール1と相違する。即ち、傾斜部6の表面6dは、図15示す断面において、基板3の表面3a側に膨らむ曲線で表される。図15に示すLEDモジュール1であれば、傾斜部6のうちLED2に近い部分の傾斜角度を小さくすることができる。これにより、光の利用効率を更に向上させることができる。図15では、LED2の側面2bに近い側で傾斜角度を小さく取れ、側面2bから遠くなる程傾斜角度を大きくできる。これにより、LED2の側面2bに近い側で光の利用効率の点で寄与でき、遠い側で傾斜部6の高さを高くできる。
本実施の形態に示すLEDモジュール1では、傾斜部6の表面6d全体で式(6)を満たせば良い。また、傾斜部6のうち、傾斜角度が大きい部分が式(7)を満たせば良い。本実施の形態で開示しない傾斜部6の形状及び機能は、実施の形態1で開示した傾斜部6の形状及び機能と同様である。
実施の形態4.
図16は、この発明の実施の形態4におけるLEDモジュール1の断面を示す図である。図16は、図1のA−A線での断面の一部を示す。本実施の形態に示すLEDモジュール1では、レンズ4が凸部5、傾斜部6及び支持部9を備える。凸部5の形状及び機能は、実施の形態1で開示した形状及び機能と同様である。
図16は、この発明の実施の形態4におけるLEDモジュール1の断面を示す図である。図16は、図1のA−A線での断面の一部を示す。本実施の形態に示すLEDモジュール1では、レンズ4が凸部5、傾斜部6及び支持部9を備える。凸部5の形状及び機能は、実施の形態1で開示した形状及び機能と同様である。
支持部9は、凸部5及び傾斜部6と一体的に形成される。支持部9は、基板3と凸部5との間に配置される。また、支持部9は、傾斜部6とLED2との間に配置される。支持部9は、LED2の側面2bと基板3の表面3aとに固定される。即ち、レンズ4は、LED2の上面2a及び側面2bのみだけでなく基板3の表面3aにも固定される。
支持部9はLED2の側面2bを覆い、LED2の側面2b近くの基板3の表面3aまで覆う。このため、傾斜部6の立ち上がりは、LED2の側面2bの下端部ではなく、表面3aを覆っている基板3からとなる。傾斜部6の表面6eは、基板3の表面3aに斜めに対向する。傾斜部6の表面6eは、図16に示す断面において、LED2の中心軸2cに近づくに従って基板3に近づく。傾斜部6の表面6eは、図12及び図13に開示された表面6b及び表面6cのように多段に形成されても良い。傾斜部6の表面6eは、図14及び図15に開示された表面6dのように湾曲していても良い。
CSPのLED2は、p層、n層からなる発光層上にp電極、n電極が設けられ、この電極が基板3にはんだ付けされる。したがって、図11に示す方法でLEDモジュール1を製造すると、樹脂8が硬化することによって形成されたレンズ4を型7から外す際に、引っ張り応力が電極を介して発光層に作用してしまう。離型剤による表面処理を型7に予め施しておいても、LED2に作用する応力が許容応力以上になる可能性がある。
LEDモジュール1では、レンズ4がLED2と基板3とに固定される。このため、製造時に作用する上記引っ張り応力を基板3に分散させることができる。このようなLEDモジュール1を製造する場合は、例えば、LED2の周囲に撥水処理が施されていない領域を形成すれば良い。必要に応じて、LED2の周囲に密着剤による表面処理を施しても良い。本実施の形態で開示しないLEDモジュール1の構成については、実施の形態1で開示した構成と同様である。
1 LEDモジュール
2 LED
2a 上面
2b 側面
2c 中心軸
3 基板
3a 表面
4 レンズ
5 凸部
5a 表面
6 傾斜部
6a 表面
7 型
7a 窪み
8 樹脂
9 支持部
2 LED
2a 上面
2b 側面
2c 中心軸
3 基板
3a 表面
4 レンズ
5 凸部
5a 表面
6 傾斜部
6a 表面
7 型
7a 窪み
8 樹脂
9 支持部
Claims (11)
- 基板と、
前記基板の表面に設けられたLEDと、
前記基板の前記表面と同じ方向を向く前記LEDの第1表面及び前記LEDの前記第1表面に直交する前記LEDの第2表面を覆うレンズと、
を備え、
前記レンズは、
前記LEDの前記第1表面が向く方向に膨らむ凸部と、
前記凸部及び前記基板の間に配置された傾斜部と、
を備え、
前記凸部の表面は、前記LEDの中心軸に近づくに従って前記基板から離れるように湾曲し、
前記傾斜部の表面は、前記LEDの前記中心軸を含む断面において、前記中心軸に近づくに従って前記基板に近づく
LEDモジュール。 - 前記凸部の表面は、前記LEDの中心軸上が最も厚く、前記LEDの端部に向かうにつれて厚さが薄くなるように湾曲する請求項1に記載のLEDモジュール。
- 前記傾斜部は、前記第2表面から離れていくに従って前記基板と離間していく請求項1に記載のLEDモジュール。
- 前記LEDは、前記第1表面及び前記第2表面の双方から赤色光、緑色光及び青色光を放射する請求項1に記載のLEDモジュール。
- 前記傾斜部の前記表面と前記凸部の前記表面との境界は、前記LEDの前記第1表面より前記基板の前記表面から離れた位置にある請求項1から請求項4の何れか一項に記載のLEDモジュール。
- 前記傾斜部の前記表面は、前記LEDの前記中心軸を含む断面において、前記中心軸から遠いものほど前記中心軸とのなす角が小さくなる複数の線分によって表される請求項1から請求項5の何れか一項に記載のLEDモジュール。
- 前記傾斜部の前記表面は、前記LEDの前記中心軸を含む断面において、前記基板の前記表面側に膨らむ曲線で表される請求項1から請求項5の何れか一項に記載のLEDモジュール。
- 前記レンズは、前記傾斜部及び前記LEDの間に配置された支持部を更に備え、
前記支持部は、前記基板の前記表面と前記LEDの前記第2表面とに固定された
請求項1から請求項7の何れか一項に記載のLEDモジュール。 - 請求項1から請求項8の何れか一項に記載のLEDモジュールを備えた照明装置。
- 基板の表面にLEDを固定する工程と、
前記LEDが固定された前記基板の前記表面を下向きにし、型に入れられた樹脂に前記LEDを浸す工程と、
前記LEDが前記樹脂に浸っている状態で前記基板を上方に移動させる工程と、
前記基板を一定距離上方に移動させた後、前記樹脂を硬化させて前記樹脂を前記LEDに固定する工程と、
を備えたLEDモジュールの製造方法。 - 前記基板の前記表面に前記LEDを固定する前に、前記基板の前記表面に撥水処理を施す工程を更に備えた請求項10に記載のLEDモジュールの製造方法。
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JP2016018591A JP2017139309A (ja) | 2016-02-03 | 2016-02-03 | Ledモジュール、照明装置及びledモジュールの製造方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2016
- 2016-02-03 JP JP2016018591A patent/JP2017139309A/ja active Pending
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