JP2021002682A - セルフアライン式プリフォームレンズを有する発光デバイス - Google Patents

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Abstract

【課題】 複数の発光チップとそれらに付随するレンズ構造との正確なアライメントを容易にする方法及びシステムを提供する【解決手段】 レンズ構造が、当該レンズ構造内での発光チップの正確なアライメントを支援する機構を有してプリフォームされる。製造を容易化するため、これらの機構は、レンズ構造内への発光チップの容易な挿入を可能にするテーパー状の壁を含み、このテーパーが、チップが完全に挿入されるときに発光チップを正確にアライメントする働きをする。テーパーは、複合形状を含め、直線状に傾斜された壁又は曲線状の壁を含み得る。発光チップをレンズ構造に固定するために接着剤が使用され得る。複数の発光チップが、レンズ構造のアレイ内にピックアンドプレースされ、又はレンズ構造のアレイを重ね合わされる基板上にピックアンドプレースされ得る。【選択図】 図１Ａ

Description

本発明は、発光デバイスの分野に関し、特に、レンズ内への発光素子の挿入を容易にし且つレンズに発光素子を接着することを容易にする傾斜壁を持ったキャビティを有するプリフォームレンズ内に、自己支持形発光素子を配置することによって形成される発光デバイスに関する。
従来の発光デバイスは、基板上にマウントされ、且つ光学レンズとしての役割を果たすこともある保護エンクロージャに包み込まれた、例えば発光ダイオードチップ（ＬＥＤチップ）などの発光素子を含んでいる。基板は、例えば印刷回路基板上への発光デバイスのマウントなどの後続プロセスにおいて、発光デバイスのハンドリングを容易にするために必要とされる構造的支持を提供する。保護エンクロージャは、発光チップによって発せられた光の少なくとも一部を異なる波長の光に変換する波長変換材料を含むことがある。波長変換材料は、それに代えて、発光チップとエンクロージャ／レンズとの間にディスクリート素子として供されることもある。
上述のような発光デバイスを提供するための一般的な技術は、発光素子への外部電力接続を可能にする働きをするワイヤフレーム基板に発光素子を取り付け、そして、発光素子とそれが取り付けられたワイヤフレームの部分とをシリコーンモールドで封入することを含む。ワイヤフレームは、複数の発光素子をマウントするための複数のフレームを含んだキャリアの一部とすることができ、それにより、それら発光素子の全てに対して、単一の成形プロセスとして封入を実行することができる。
他の一形態において、発光素子は、発光素子がそれに取り付けられる導電体を含んだセラミック基板上にマウントされる。２００８年１１月１８日にＧｒｉｇｏｎｙ Ｂａｓｉｎ、Ｒｏｂｅｒｔ Ｓｃｏｔｔ Ｗｅｓｔ、及びＰａｕｌ Ｓ．Ｍａｒｔｉｎに対して発行された“ＭＯＬＤＥＤ ＬＥＮＳ ＯＶＥＲ ＬＥＤ ＤＩＥ”なるタイトルの米国特許第７，４５２，７３７号（特許文献１）は、複数の発光素子を受け入れるセラミック基板と、それら発光素子の各々を覆うレンズ素子を形成する金型とを開示している。その後、セラミック基板がスライス／ダイシングされて、セラミック基板上の発光素子への外部接続を含む‘個片化された’発光デバイスが提供され得る。
他の一形態において、基板はカップ状のキャビティを含み、そのキャビティ内で、発光素子を電源に結合するための導電体に発光素子が取り付けられる。発光素子は、キャビティを低粘性のシリコーンで充たし、該シリコーンを硬化させることによって封入される。キャビティは、特定の光学効果を提供するような形状にされることができ、且つ／或いは、金型を用いてカップの上に所望のレンズ構造が形成され得る。２００７年５月８日にＡｋｉｒａ Ｔａｋｅｋｕｍａに対して発行された“ＬＩＧＨＴ−ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＩＴＳ ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮ”なるタイトルの米国特許第７，２１４，１１６号（特許文献２）は、カップ内のシリコーンの上に、プリフォームされたレンズを置くことを開示している。シリコーンを硬化させた後、基板がダイシングされて、個片化された発光デバイスが提供される。
上述のプロセスは各々、発光ダイを個片化し、各ダイを基板上にマウントし、基板上のダイを封入し、そして、基板をスライス／ダイシングして完成された発光デバイスを個片化することを必要とする。発光ダイを基板上にマウントするという中間ステップに関連する二重のハンドリングに付随した、付加的な製造上のコスト及び労力に加えて、この二重のハンドリングプロセスはまた、発光ダイが囲い構造の光学系に対して特定の位置を持つことを要求される用途をチャレンジングなものにする。多くの用途において、囲い構造の光学系に対して発光素子が‘偏心（オフセンター）’である場合、形成された発光デバイスは、製造プロセスにおいて‘失敗’として廃棄され、あるいは、製造試験をパスして製品に組み込まれたときに不良品をもたらし得る。例えば、カメラのフラッシュ用途において、カメラ／携帯電話／タブレットなどが不均一な照明で写真を生み出す場合には、そのカメラ／携帯電話／タブレットの購入者が交換を要求することになりそうである。
成形されたレンズ構造を提供するツールに基板を適切にアライメントすることには、例えば、基板及びツールの各々にアライメントフィーチャを作製するなど、かなり単純な技術が利用可能であるが、それに対応した、基板上の発光素子の適切なアライメントを達成することは、いっそうチャレンジングでコストのかかる作業であり、例えば、各発光素子を基板上の高精度な位置に配置するための高精密‘ピックアンドプレース’機を必要とする。
上述の発光素子の二重ハンドリングを回避するために、自己支持形で直接的に取り扱うことが可能な発光ダイを提供するための技術が考え出されている。２０１３年６月１３日に発行され、Ｓｃｈｉａｆｆｉｏｎ、Ａｋｒａｍ、Ｂａｓｉｎ、Ｍｕｎｋｈｏｌ、Ｌｅｉ、及びＮｉｃｋｅｌの“ＦＯＲＭＩＮＧ ＴＨＩＣＫ ＭＥＴＡＬ ＬＡＹＥＲＳ ＯＮ Ａ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＥＶＩＣＥ”なるタイトルの国際公開第２０１３／０８４１５５号（特許文献３）は、支持基板を不要にした、素子のルーチンハンドリングに必要とされる構造的支持を提供する厚い金属層を持つ発光素子を開示している。この文献をここに援用する。自己支持形のチップは、更なるパッケージングなしで取り扱われることができるので、一般的に“チップスケールパッケージ”（ＣＳＰ）と呼ばれている。
しかしながら、これらの自己支持形チップは構造的基板を必要としないとはいえ、従来の封入プロセスは依然として、複数のチップを同時に封入することを可能にするために、これらのチップが何らかの形態の基板の上に配置されることを必要とし、取り付けられるレンズ構造と発光チップとのアライメントを確実にすることには困難が伴う。
米国特許第７４５２７３７号明細書 米国特許第７２１４１１６号明細書 国際公開第２０１３／０８４１５５号パンフレット
複数の発光チップとそれらに付随するレンズ構造との正確なアライメントを容易にする方法及びシステムを提供することが有利である。また、この方法及びシステムが量産プロセスに適していると有利である。
これらの関心事のうちの１つ以上を、より良く解決するため、本発明の一実施形態において、レンズ構造が、当該レンズ構造内での発光チップの正確なアライメントを支援する機構を有してプリフォームされる。製造を容易化するため、これらの機構は、レンズ構造内への発光チップの容易な挿入を可能にするテーパー状の壁を含み、このテーパーが、チップが完全に挿入されるときに発光チップを正確にアライメントする働きをする。テーパーは、複合形状を含め、直線状に傾斜された壁又は曲線状の壁を含み得る。発光チップをレンズ構造に固定するために接着剤が使用され得る。複数の発光チップが、レンズ構造のアレイ内に‘ピックアンドプレース’され、又はレンズ構造のアレイを重ね合わされる基板上に‘ピックアンドプレース’され得る。
以下の図を含む添付図面を参照して、例として、本発明を更に詳細に説明する。
傾斜壁と気泡及び接着剤が出て行くことを容易にするチャネルとを備えたレンズ構造の断面図の一例を示している。 傾斜壁と気泡及び接着剤が出て行くことを容易にするチャネルとを備えたレンズ構造の底面図の一例を示している。 段差付きの傾斜壁を備えたレンズ構造の断面図の一例を示している。 テーパー状キャビティを備えたレンズ構造のシートの例を示している。 テーパー状キャビティを備えたレンズ構造のシートの例を示している。 複合的なテーパー状キャビティの断面例を示している。 複合的なテーパー状キャビティの断面例を示している。 複合的なテーパー状キャビティの断面例を示している。 複合的なテーパー状キャビティの断面例を示している。 円錐曲線キャビティを備えたレンズ構造の底面図の一例を示している。 代わりの光学素子を例示している。 代わりの光学素子を例示している。 図面全体を通して、同様あるいは対応する機構又は機能は、同じ参照符号で指し示す。図面は、例示目的で含められたものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。
以下の説明においては、限定ではなく説明の目的で、本発明の概念の完全なる理解を提供するために、例えば特定のアーキテクチャ、インタフェース、技術などの具体的詳細事項を説明する。しかしながら、当業者に明らかなように、本発明は、これらの具体的詳細事項からは逸脱した他の実施形態でも実施され得るものである。同様に、本明細書の文章は、図面に示される実施形態例に向けられたものであり、請求項に係る発明に、請求項に明示的に含められた限定以外の限定を加えるものではない。単純化及び明瞭化の目的のため、不要な詳細事項で本発明の説明を不明瞭にしないよう、周知のデバイス、回路及び方法についての詳細な説明は省略することとする。
図１Ａ−１Ｂは、発光デバイス（ＬＥＤ）１１０を受け入れるキャビティ（穴）１５０と、ＬＥＤ１１０から光が発せられるときに所望の光出力パターンを提供する光学素子１４０と、を含んだレンズ１００の断面図及び底面図の一例を示している。この例において、光学素子１４０は、その視野にわたって実質的に均一な光出力パターンを提供する半球ドームである。
レンズ１００は、シリコーン、シリコーンエポキシ混成物（ミクスチャ）、ガラス、又は適切な屈折率を持つ何らかの透明光学材料を有し得る。ＬＥＤ１１０は、発光面１３０とは反対側の表面にコンタクト１２０を備えた、例えばチップスケールパッケージ（ＣＳＰ）などの自己支持形デバイス、又はセラミック基板上にマウントされた薄膜ダイ（ダイ・オン・セラミック；ＤＯＣ）とし得る。その他のＬＥＤ構造も使用され得る。
図示のように、アセンブリを容易化するため、キャビティ１５０は、テーパー状（先細）にされて、傾斜した壁１６０を含んでいる。キャビティ１５０の底面１７０は、意図する用途の要求に基づいて、発光デバイス１１０をキャビティ１５０内の定位置に所与の精度で置くように、寸法を定められている。この例において、底面１７０は、発光デバイスと実質的に同じ寸法を有しているが、発光デバイスの公差に応じて僅かに大きくてもよい。レンズ構造１００に対する発光デバイス１１０の位置の要求精度が、存在する場合の底面１７０の許容可能な過剰サイズを決定付け得る。
ＬＥＤ１１０若しくはレンズ１００の屈折率に等しい屈折率、又はＬＥＤ１１０の屈折率とレンズ１００の屈折率との間の値に等しい屈折率を持つ接着剤が、ＬＥＤ１１０がキャビティに挿入される前に、キャビティ１５０内にディスペンスされ得る。具体的なアセンブリ技術に応じて、接着剤はまた、あるいは代わりに、キャビティ１５０への挿入に先立ってＬＥＤ１１０上にディスペンスされてもよい。
図１Ａ及び１Ｂに例示するように、アセンブリプロセス中に空気及び余分な接着剤が逃げ出ることを可能にするために、チャネル１８０が設けられ得る。これらのチャネル１８０は、図１Ａ及び１Ｂでは円筒形の掘削穴（ボーリング）として図示されているが、その他の形状が使用されてもよく、例えば、キャビティが成形プロセスによって形成される場合、チャネルは傾斜壁１６０と同じ傾斜を有し得る。
チャネル１８０は、キャビティ１５０の各コーナーに図示されているが、その他の位置の、より少数若しくは多数のチャネルが設けられてもよい。一代替例において、回転方向のアライメント誤差を回避するために、コーナーから離してＬＥＤ１００の側面の位置に配置されたチャネルが使用され得る。チャネルのサイズ、形状、及び位置は、例えば接着剤の粘度やＬＥＤ１１０の全体サイズを含む複数のファクタに応じて変えられ得る。
他の一実施形態において、ＬＥＤ１１０は、発光面１３０とキャビティ１５０の底面１７０との間の接着剤なしで、キャビティに挿入される。ＬＥＤ１１０と底面１７０との間の効率的な光カップリングを提供するために、屈折率整合された液体の薄い膜が使用されてもよい。挿入後に、ＬＥＤ１１０と傾斜壁１６０との間の空間内に接着剤が塗布されてもよい。この接着剤の挿入後塗布は、チャネル１８０の必要性を排除あるいは最小化し得る。
ＬＥＤ１１０を備えたレンズ１００の、例えば印刷回路基板などの後続基板上への、後のマウントを容易化するため、発光デバイスがキャビティ内に完全に据えられたときにコンタクト１２０がレンズ１００の下面１０１より上に僅かに延在するように、キャビティ１５０の深さが決定され得る。コンタクト１２０を含めたＬＥＤ１１０の全高よりも約５０−５００ｕｍ小さい深さが概して、レンズ１００の下面１０１を超えてのコンタクトの十分な延在をもたらすが、用途の公差要求に応じて、その他の深さも使用され得る。例えば、ＬＥＤ１１０が、精緻な公差を持つ自己支持形チップスケールパッケージである場合、名目上５ｕｍほどの小ささの延在が使用されてもよい。
キャビティ１５０の開口部がＬＥＤ１１０の寸法よりも大きいようにテーパーの形状を定めることにより、キャビティ１５０へのＬＥＤ１１０の挿入が単純化される。キャビティ１５０の断面が底面１７０に向かう方向で狭くなるようにテーパーの形状を定めることにより、レンズ１００の中でのＬＥＤ１１０の位置の変動が実質的に制御され、ＬＥＤ１１０がレンズ１００に挿入されるときのＬＥＤ１１０のセルフアライメント（自己位置整合）が提供される。このテーパーはまた、ＬＥＤ１１０をキャビティ１５０に挿入するのに使用される手段とは無関係な、このセルフアライメントを提供する。キャビティ１５０へのＬＥＤ１１０の手作業での挿入であっても、高度に正確で精密なピックアンドプレース機を用いる自動挿入と同じ正確さ及び精密さをもたらすことになる。同様に、同じ高水準の正確さ及び精密さをなおも維持しながら、最低限の正確さ及び精密さのピックアンドプレース機が使用され得る。
図２に例示するように、レンズ２００のキャビティ２５０の断面は、発光デバイス２１０の形状に適合するように調節され得る。この例において、発光デバイス２１０は、例えば発光デバイス２１０上に成形された蛍光体埋込シリコーンなどの、波長変換層２３０を含んでいる。この例では波長変換層２３０によって形成されたヘリ（リップ）２３５を収容するように、キャビティ２５０の入り口に凹部（リセス）２６５が形づくられている。
凹部２６５の下方で、キャビティ２５０は、発光デバイス２１０の挿入を容易にする傾斜壁２６０と、レンズ１００の表面１７０に関して上述したように、レンズ２００の中で発光デバイスを所与の精度で位置付ける働きをする底面２７０とを含んでいる。
図３Ａ及び３Ｂは、キャビティ１５０を備えたレンズ１００、１００’のシート３００、３００’の例を示している。少数のレンズ１００、１００’のみを図示しているが、当業者が認識するように、シート３００、３００’は何百というレンズ１００、１００’を含み得る。図示の容易さのため、図１Ａ−１Ｂの各キャビティ１５０の排出チャネル１８０は図示していないが、存在していてもよい。
図３Ａの例では、シート３００は、各々が単一のキャビティ１５０を有する１６個のレンズを含んでいる。このシートは、例えば、シリコーン、シリコーンエポキシ混成物、ガラス、又は規定のキャビティを備えるように形成されることが可能なその他の透明光学材料を有し得る。
一製造プロセス例において、ピックアンドプレース機を用いて、各キャビティ１５０に各ＬＥＤ１１０（図示せず）が挿入され得る。ピックアンドプレース機は、各キャビティ１５０の中心に各ＬＥＤ１１０を配置するように構成され得るが、挿入中に、キャビティ１５０の壁によってＬＥＤ１１０が所望位置へと案内されることを可能にするのに十分な従順性が存在する。他の例では、ピックアンドプレース機が各キャビティ１５０内に部分的に各ＬＥＤ１１０を配置し、例えばプレート式プレスなどの後続プロセスを用いて、キャビティ１５０へのＬＥＤ１１０の挿入が完了され得る。
他の一プロセスにおいて、ＬＥＤが、適切な位置で、例えば従来からの“ダイシングテープ”などの一時的な基板上に配列され、そして、シート３００が、基板上のこれらのＬＥＤと、シート３００をＬＥＤ上に重ね合わせることによって、又はＬＥＤを取り付けたダイシングテープをシート３００上に重ね合わせることによって、の何れかで結合される。
一実施形態例において、シート３００は、各キャビティ１５０にＬＥＤ１１０が挿入された後に硬化される部分的に硬化されたシリコーンである。この後の硬化は、各ＬＥＤ１１０を各レンズ１００に接着する働きをし、それにより接着剤接合を含むことが不要にされ得る。
他の一実施形態において、シート３００は完全に形成されており、各ＬＥＤ１１０を各レンズ１００に固定するために、接着剤が各キャビティ１５０又は各ＬＥＤ１１０に塗布され得る。一部の実施形態において、接着剤は、ＬＥＤ１１０がキャビティ１５０に挿入された後に塗布され、ＬＥＤ１１０のエッジがキャビティ１５０の壁に接着される。
更に詳述する他の実施形態において、シート３００は、幾らかの弾力性を持つ材料を有していてもよく、キャビティ１５０へのＬＥＤ１１０の挿入が、レンズ１００内の適切な位置にＬＥＤ１１０を維持するのに十分な摩擦力を提供し得る。
ＬＥＤ１１０の発光面とシート３００のレンズ１００との間での光カップリングを容易にする材料が、キャビティ１５０又はＬＥＤ１１０の何れかに設けられてもよい。
同様に、ＬＥＤ１１０のエッジに当たる光を反射する働きをする材料が、例えば、ＬＥＤ１１０とキャビティ１５０の傾斜壁との間の隙間を当該材料で充填することによって、ＬＥＤ１１０のエッジに設けられてもよい。
レンズ１００のキャビティ１５０内へのＬＥＤ１１０の挿入及び接着の完了後、レンズアセンブリを有する個片化されたＬＥＤが提供するために、シート３００が切断ライン３２０−３７０に沿ってスライス／ダイシングされ得る。一部の実施形態において、例えば、ライン３３０及び３６０に沿ってのみダイシングすることによって、レンズを有する複数のＬＥＤが単一のアセンブリとして提供され、個々のレンズを有する４つのＬＥＤを各アセンブリが含んだ、４つのアセンブリが提供され得る。
当業者が認識するように、これまでの図のＬＥＤとレンズとの間の一対一関係の例は、数多くの構成のうちの単なる１つである。例えば、図３Ｂは、各レンズ１００’の複数のキャビティ１５０に複数のＬＥＤが挿入されることが意図される一実施形態を例示している。このような一実施形態において、各レンズ１００’のキャビティ１５０は、図３Ａの各レンズ１００のキャビティ１５０よりもいっそう近くに位置付けられ得る。
一部の実施形態において、キャビティ１５０のうちの１つ以上が、単一の基板上に配列されるとし得る複数のＬＥＤダイを収容するように構成されてもよい。他の実施形態において、各レンズ１００’内のキャビティ１５０は、例えば異なる色のＬＥＤの組み合わせなどの異なるタイプの混ぜ合わせを該レンズ１００’内に収容するために、異なるサイズのものであってもよい。
図３Ａの例においてのように、ＬＥＤ１１０（図示せず）は各キャビティに、手作業で、又はピックアンドプレースプロセスによって挿入され得る。あるいは、ＬＥＤ１１０は、シート３００’上のキャビティ１５０に対応する位置で一時的な基板上に配列されてもよく、その後に、シート３００’とＬＥＤ１１０を含む基板とが結合され得る。同様に、ＬＥＤ１１０は、上述の技術又はその他の実行可能で信頼できる技術のうちの何れかを用いて、レンズ１００’に接着されてもよい。
各レンズ１００’のキャビティ１５０内へのＬＥＤ１１０の挿入及び接着の完了後、シート３００’を切断ライン３８０、３９０に沿ってスライス／ダイシングすることによって、レンズ１００’が個片化され得る。
本開示に鑑みて当業者が認識するように、本発明は、直線的に傾斜された壁１６０を持つキャビティ１５０の使用例に限定されるものではない。
図４Ａ−４Ｄは、他のキャビティ断面を例示している。図３Ａ−３Ｂにおいてのように、図１の排出チャネル１８０は、図示の容易さのためにこれらの図に示していないが、各実施形態例に含まれ得るものである。
図４Ａは、異なる傾斜を持つ壁セグメント４１０、４２０を有する断面を例示している。上側の壁セグメント４１０が、ＬＥＤ（図示せず）を挿入するための広い開口部を提供するように比較的浅い傾斜を有する一方で、壁セグメント４２０は、比較的急な傾斜を有し（表面４７０に直交していてもよい）、キャビティ内でＬＥＤの適切な位置を維持するようにＬＥＤのエッジを締め付けるための大きめの表面積を提供している。
その中にキャビティが形成される材料、ＬＥＤのサイズと表面４７０のサイズとの間の一致の近さ、下側の壁セグメント４２０の傾斜、及び排出チャネル１８０（図示せず）のサイズに応じて、この実施形態は、各キャビティに各ＬＥＤを挿入するために相当な力を必要とし得る。図４Ｂ−４Ｄは、より小さい挿入力のみを必要とし得る他の断面を例示している。
図４Ｂでは、上側の壁セグメント４３０は、意図するＬＥＤのサイズよりも大きい開口部を提供するように傾斜され、下側の壁セグメント４４０は、キャビティ内でＬＥＤの適切な位置を維持する働きをする突出部４３５を作り出すように、反対方向に傾斜されている。しかしながら、図４Ａと比較して、ＬＥＤのエッジは、下側の壁セグメント４４０の表面全体とは接触せず、これらの突出部４３５のみと接触することになる。壁セグメント４４０の逆傾斜は、突出部４３５間に収容するＬＥＤよりも幅広の下面４７０を提供し、移動される空気又は接着剤のための幾らかの余地を提供し、排出チャネル１８０を頼りにすることを低減あるいは排除する。
図４Ｃでは、表面４７０の方向に断面積を非線形的に徐々に縮小するように湾曲した壁セグメント４５０が使用され、それにより、壁セグメント４５０の下側部分が、図１の直線状の傾斜壁１６０と比較するとＬＥＤをいっそう拘束し得るが、図４Ａの直線状の壁セグメント４２０（特に、セグメント４２０が表面４７０と直交する場合）と比較するとあまり拘束的でないものとなり得る。壁セグメント４５０の連続的な湾曲はまた、図４Ａの壁セグメント４１０と４２０との間の推移部における切り立ったエッジと比較して、ＬＥＤの挿入を容易化し得る。
図４Ｄは、曲線状の壁セグメント４６０と直線状の壁セグメント４９０との組み合わせと、最小の挿入抵抗のみを導入しながらＬＥＤを固定し得る機構４８０の付加とを例示している。機構４８０は、キャビティ内の連続した隆起、又は壁セグメント４９０からの複数の個別のビーズのような突出部とし得る。個別の突出部が使用される場合、挿入抵抗が低減されるとともに、突出部同士間の空間が、移動される空気及び接着剤が逃げることを可能にし、図１の排出チャネル１８０の必要性が潜在的に回避される。
本開示を受けて当業者が認識するように、実用的な挿入力をも可能にしながら、レンズ内のＬＥＤの位置を所与の公差内で与えることには、多様なその他の断面のうちの何れかが使用されてもよい。
当業者がやはり認識することには、キャビティの形状、又はキャビティの表面の形状は、ＬＥＤの形状に一致する必要はない。レンズを作製するために使用されるプロセス及び材料に応じて、例えば図１Ｂに例示したような矩形のキャビティを作り出すことは、経済的に実行可能でないことがある。例えば、レンズが剛体材料である場合、円形のキャビティを掘削又は研削することの方が、矩形のキャビティを作り出すことよりも、実質的に高価でないことがある。
図５は、円形の底面５７０を形成する傾斜壁５６０を有した円錐状のキャビティ５５０を含むレンズ５００の一例を示している。面５７０の直径は、それがＬＥＤ１１０に外接するようにされており、ＬＥＤ１１０を面５７０の中心に置くキャビティの壁上の接触点群５９０が提供されている。ＬＥＤ１１０の周りの半円形の隙間群５７５が、移動される空気及び接着剤が逃げることを可能にし、図１の排出チャネル１８０の必要性が潜在的に回避される。
図１Ｂの矩形表面１７０とは対照的に、円錐状キャビティ５５０及び円形表面５７０は、挿入プロセス中にＬＥＤ１１０が回転することを許し得るが、レンズ５００の光学特性が中心軸に関して対称的である場合には、この中心軸の周りのＬＥＤ１１０の回転は、その中心軸にＬＥＤ１１０を位置付けることの正確さ及び精度に対して影響を持たないことになる。レンズ５００が部分的に硬化されたシリコーンである場合、部分的に硬化されたシリコーンの弾性コンプライアンスが、ＬＥＤ１１０がコーナー５９０でシリコーンに“食い込む”ことを可能にし、それにより回転が制御あるいは制限され得る。
なお、図４Ｂ及び４Ｄの断面は、掘削又は研削プロセスというより、成形プロセスによって形成される傾向にあり、また、成形プロセスによって矩形キャビティを達成することが比較的簡単であるが、以上の断面図例は全て、円錐状キャビティの判断面の断面図ともし得る。
当業者がやはり認識するように、レンズの光学素子は、図１Ａ−１Ｂの半球ドーム１４０に限定されない。図６Ａ及び６Ｂは、それぞれ、側方放射用の光学素子６００の一例、及びコリメート用光学素子６５０の一例を示している。所望の光出力パターンを達成するために、その他の光学素子も使用され得る。
図面及び以上の記載にて本発明を詳細に図示して説明してきたが、これらの図示及び説明は、限定的なものではなく、例示的あるいは典型的なものとみなされるべきであり、本発明は、開示した実施形態に限定されるものではない。
例えば、更なる素子がキャビティ内に含められ得る実施形態で、本発明を処理することが可能である。例えば、発光デバイスが挿入される前に、波長変換材料がキャビティ内に挿入されてもよい。それに代えて、あるいは加えて、レンズが波長変換材料を含んでいてもよく、あるいは、発光デバイスが波長変換材料を含んでいてもよい。一部の実施形態において、波長変換材料は、発光デバイスとレンズとの間の接着層としての役割を果たし得る。
開示した実施形態へのその他の変形が、図面、本開示及び添付の請求項の検討から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解されて実現され得る。請求項において、用語“有する”はその他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞“ａ”又は“ａｎ”は複数であることを排除するものではない。複数の特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、それらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないということを指し示すものではない。請求項中の如何なる参照符号も、範囲を限定するものとして解されるべきでない。

Claims (20)

  1. レンズを有する照明システムであって、
    前記レンズは、光を受けて該光を実質的に前記レンズ内へと導くように構成された第１の表面を持ち、
    前記レンズは、前記第１の表面とは反対側の、前記光を実質的に前記レンズ外へと導くように構成された第２の表面を持ち、
    前記第１の表面は、キャビティ開口からキャビティ底まで前記レンズ内に延在するキャビティを画成するように整形されており、
    前記キャビティは、前記キャビティ開口と前記キャビティ底との間を延在する少なくとも１つのキャビティ壁によって境界付けられた内部を持ち、
    前記少なくとも１つのキャビティ壁は、前記キャビティ内への少なくとも１つの深さにおいて、前記キャビティ底に実質的に平行にとられる前記少なくとも１つのキャビティ壁の断面積が、前記キャビティ底に実質的に平行にとられる前記キャビティ開口の断面積よりも小さいように、内側に向かってテーパー付けられており、
    前記少なくとも１つのキャビティ壁は、前記キャビティ内の材料の退出を可能にするように構成された少なくとも１つの排出チャネルを含み、
    前記少なくとも１つのキャビティ壁は、前記キャビティ開口に隣接する第１の部分を含み、該第１の部分は、前記キャビティ底に垂直な面に対して角度付けられており、
    前記少なくとも１つのキャビティ壁は、前記第１の部分と前記キャビティ底との間の第２の部分を含み、該第２の部分は、前記キャビティ底に対して実質的に直交している、
    照明システム。
  2. 前記少なくとも１つの排出チャネルは、少なくとも１つの円筒形の掘削穴を含む、請求項１に記載の照明システム。
  3. 前記少なくとも１つのキャビティ壁は、各々が前記キャビティ開口と前記キャビティ底との間を延在する複数のキャビティ壁を含む、請求項１に記載の照明システム。
  4. 前記キャビティ底は前記キャビティ開口よりも小さい、請求項３に記載の照明システム。
  5. 前記複数のキャビティ壁は４つの壁を含む、請求項３に記載の照明システム。
  6. 前記キャビティ開口は正方形である、請求項５に記載の照明システム。
  7. 前記キャビティ開口は第１の平面内を延在し、前記キャビティ底は第２の平面内を延在している、請求項３に記載の照明システム。
  8. 前記第２の平面は、前記第１の平面に対して平行である、請求項７に記載の照明システム。
  9. 前記レンズの前記第１の表面は、前記第１の平面内を延在している、請求項７に記載の照明システム。
  10. 前記少なくとも１つの排出チャネルは、前記複数のキャビティ壁のうちの隣接するキャビティ壁の間のエッジに沿って位置する複数の排出チャネルを含む、請求項３に記載の照明システム。
  11. 各キャビティ壁が、前記キャビティ開口に隣接するそれぞれの第１の部分を含み、該それぞれの第１の部分は、前記キャビティ底に垂直な面に対して角度付けられており、
    各キャビティ壁が、前記それぞれの第１の部分と前記キャビティ底との間のそれぞれの第２の部分を含み、該それぞれの第２の部分は、前記キャビティ底に対して実質的に直交している、
    請求項３に記載の照明システム。
  12. 前記少なくとも１つの排出チャネルは、前記キャビティ壁の隣接する第２の部分の間に位置する円筒形の掘削穴として形成された複数の排出チャネルを含み、各円筒形の掘削穴が、前記キャビティ底に対して実質的に直交している、請求項１１に記載の照明システム。
  13. 各キャビティ壁が、前記キャビティ開口に隣接するそれぞれの第１の部分を含み、該それぞれの第１の部分は、前記キャビティ底に垂直な面に対して角度付けられており、
    各キャビティ壁が、前記それぞれの第１の部分と前記キャビティ底との間の第２の部分を含み、該第２の部分は、前記キャビティ底に垂直な面に対して角度付けられており、
    各キャビティ壁で、前記第２の部分と前記それぞれの第１の部分とがエッジで隣接し、
    前記エッジは、前記キャビティ底に対して実質的に平行であり、
    前記エッジは、前記キャビティの前記内部で多角形を形成し、
    前記キャビティ内への前記少なくとも１つの深さにおいて、前記多角形は前記キャビティ底よりも小さい、
    請求項３に記載の照明システム。
  14. 前記キャビティ底に対して実質的に直交する断面において、各キャビティ壁が、凸状である湾曲断面を持つ、請求項３に記載の照明システム。
  15. 前記キャビティ底に接合された発光ダイオード、を更に有する請求項３に記載の照明システム。
  16. レンズを有する照明システムであって、
    前記レンズは、光を受けて該光を実質的に前記レンズ内へと導くように構成された第１の表面を持ち、
    前記レンズは、前記第１の表面とは反対側の、前記光を実質的に前記レンズ外へと導くように構成された第２の表面を持ち、
    前記第１の表面は、キャビティ開口からキャビティ底まで前記レンズ内に延在するキャビティを画成するように整形されており、
    前記キャビティ開口は、第１の平面内を延在し且つ該第１の平面内で第１の断面積を持ち、
    前記キャビティ底は、第２の平面内を延在し且つ該第２の平面内で第２の断面積を持ち、該第２の断面積は前記第１の断面積よりも小さく、
    前記キャビティは、各々が内側に向かってテーパー付けられ且つ前記キャビティ開口と前記キャビティ底との間を延在する複数のキャビティ壁によって境界付けられた内部を持ち、
    各キャビティ壁が、前記キャビティ開口に隣接する第１の部分を含み、該第１の部分は、前記キャビティ底に垂直な面に対して角度付けられており、
    各キャビティ壁が、前記第１の部分と前記キャビティ底との間の第２の部分を含み、該第２の部分は、前記キャビティ底に対して実質的に直交しており、
    前記複数のキャビティ壁は、前記キャビティ内の材料の退出を可能にするように構成された少なくとも１つの排出チャネルを含む、
    照明システム。
  17. 前記少なくとも１つの排出チャネルは、円筒形の掘削穴として形成された複数の排出チャネルを含む、請求項１６に記載の照明システム。
  18. 前記第２の平面は、前記第１の平面に対して実質的に平行である、請求項１６に記載の照明システム。
  19. 各排出チャネルが、前記複数のキャビティ壁のうちの隣接するキャビティ壁の間のそれぞれのエッジに沿って位置する、請求項１６に記載の照明システム。
  20. レンズを有する照明システムであって、
    前記レンズは、光を受けて該光を実質的に前記レンズ内へと導くように構成された第１の表面を持ち、
    前記レンズは、前記第１の表面とは反対側の、前記光を実質的に前記レンズ外へと導くように構成された第２の表面を持ち、
    前記第１の表面は、キャビティ開口からキャビティ底まで前記レンズ内に延在するキャビティを画成するように整形されており、
    前記キャビティ開口は、第１の平面内を延在し且つ該第１の平面内で第１の断面積を持ち、
    前記キャビティ底は、前記第１の平面に実質的に平行な第２の平面内を延在し且つ該第２の平面内で第２の断面積を持ち、該第２の断面積は前記第１の断面積よりも小さく、
    前記キャビティは、各々が内側に向かってテーパー付けられ且つ前記キャビティ開口と前記キャビティ底との間を延在する複数のキャビティ壁によって境界付けられた内部を持ち、
    各キャビティ壁が、前記キャビティ開口に隣接する第１の部分を含み、該第１の部分は、前記キャビティ底に垂直な面に対して角度付けられており、
    各キャビティ壁が、前記第１の部分と前記キャビティ底との間の第２の部分を含み、該第２の部分は、前記キャビティ底に対して実質的に直交しており、
    前記複数のキャビティ壁は、前記複数のキャビティ壁のうちの隣接するキャビティ壁の間のそれぞれのエッジに沿って位置する複数の排出チャネルを含み、該複数の排出チャネルは、前記キャビティ内の材料の退出を可能にするように構成されている、
    照明システム。
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