JP3177113U - 混光効果を向上させる白色ダイオードのパッケージ改良構造 - Google Patents

混光効果を向上させる白色ダイオードのパッケージ改良構造 Download PDF

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Abstract

【課題】混光効果を向上させる白色ダイオードのパッケージ改良構造を提供する。
【解決手段】少なくとも１つの第１発光チップ１０と、少なくとも１つの第２発光チップ１２と、第１収容部１４０、第２収容部１４２、間隔部１４６及び混光区域１４４を備えているフレーム構造と、緑色蛍光体でドーピングされるとともに、該第１収容部１４０に充填されている第１ゲル体１６０と、該第２収容部１４２に充填されるための第２収容部１４２と、該混光区域の内部空間を封止するように充填されている被覆用ゲル体１６４と、を備えている。本考案の設計によれば、発光効率を向上することができるとともに、均一な点光源としての効果を達成することができる。
【選択図】図１

Description

本考案は、発光ダイオード構造に関し、特に、波長が６００ ｎｍ〜７００ｎｍとする発光ダイオードの発光効率に影響しない上に、波長が４００ｎｍ〜５００ｎｍの光源は、波長が４９０ｎｍ〜６００ｎｍとする光線に変換されるとともに、異なる波長を有する光線を均一に混合させることができる混光効果を向上させる白色ダイオードのパッケージ改良構造に関する。
近年、白色ダイオードのバックライト用の光源としては、青色発光ダイオードと黄色蛍光体を組み合わせてパッケージするものが主流であった。しかしながら、黄色蛍光体に関連する特許は日亜化学が権利を独占しているが、その演色性が好ましくないので、青、赤、緑の３色を混合することによって白色光を発する発光ダイオードがだんだん市場の優勢を占有してきた。
現今の技術は、１枚以上のチップを同一の発光ダイオードにパッケージすることも可能となり、例えば、米国特許第ＵＳ６５７７０７３号（特許文献１）には、赤色と青色発光ダイオードを同一のフレーム内に置いて蛍光体を覆うことから、この蛍光体は、青色光で励起され、緑色光を発し、これにより、この緑色光は、赤色光及び青色光と混合して白色光を発する点光源を作りだすことが開示されている。しかし、赤色光の発光効率が比較的に低いである上、出射する光源が蛍光体により遮光されてしまうため、この種の発光ダイオードの出射効率を劣らせた。故に、台湾登録実用新案第Ｍ３８０５８０号（特許文献２）のような発光ダイオード構造の設計が開示されているが、この種のパッケージ構造の作製工程が煩雑なため、大量生産を考慮に入れた場合には不向きである。
米国特許第ＵＳ６５７７０７３号公報 台湾登録実用新案第Ｍ３８０５８０号公報
従って、本考案は、上述した欠点に鑑みなされたもので、構造が簡単で、製造しやすい発光ダイオードのパッケージ構造を提供する。また、混光効果の向上や発光効率の改良などといった効果が図られ、より高い演色性を有する白色点光源を提供することが可能になる。
本考案の目的は、蛍光体を所定区域に塗布して励起させることによって光エネルギーに変換される効果を向上させるとともに、別の波長を有する光線が遮光される確率を低減させることができ、全体の光源の効率を向上させることができる発光ダイオードのパッケージ構造を提供することにある。
上記目的を達成するために、本考案に係る混光効果を向上させる白色ダイオードのパッケージ改良構造は、４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長を有する光源を提供するための少なくとも１つの第１発光チップと、６００ｎｍ〜７００ｎｍの波長を有する光源を提供するための少なくとも１つの第２発光チップと、前記第１発光チップと前記第２発光チップを収容するための、前記第１発光チップと前記第２発光チップとのそれぞれの放出光を混光した後、白色点光源に形成した光出射効果を有させるように、上広下狭のコップ状構造であり、前記第１発光チップを設置するための第１収容部と、上広下狭のコップ状構造であり、前記第２発光チップを設置するための第２収容部と、前記第１収容部と前記第２収容部との間に位置していて前記第１発光チップと前記第２発光チップをワイヤボンディング接続するために設置される間隔部と、前記第１発光チップと前記第２発光チップとの放出光を混光した後、白色点光源に形成するための混光区域と、を備えているフレーム構造と、緑色蛍光体でドーピングされるとともに、前記第１発光チップを覆うために前記第１収容部に充填され、第１発光チップから放出される一部の光源を前記緑色蛍光体が励起されることにより４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長を有する光源から４９０ｎｍ〜６００ｎｍの波長を有する光源に変換させる第１ゲル体と、前記第２発光チップを覆うために前記第２収容部に充填される第２ゲル体と、前記混光区域の内部空間を封止するように充填され、しかも前記第１ゲル体と前記第２ゲル体の上に設置される被覆用ゲル体と、を備える。
放出光の指向性範囲に基づいて、前記第１収容部と前記第２収容部との断面形状はいずれも上広下狭の台形状である。また、光学の混光及び光出射効果を得るために、前記第１収容部と前記第２収容部の断面形状はいずれも上広下狭の台形状であり、かつ前記台形状が間隔部と隣接していない底角が直角になるように設置されている。
また、前記第１ゲル体の前記緑色蛍光体が前記第１発光チップの表面にドーピングされることにより、前記第１発光チップを完全に覆うように形成されることから、光エネルギー変換の効果を達成し、異なる波長を有する放出光を提供し、演色性の表現を向上させることができる。
さらに、発光効率と混光効果の向上や製造容易性などといった目的を達成するためには、本考案に係る混光効果を向上させる白色ダイオードのパッケージ改良構造は、４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長を有する光源を提供するための少なくとも１つの第１発光チップと、６００ｎｍ〜７００ｎｍの波長を有する光源を提供するための少なくとも１つの第２発光チップと、前記第１発光チップと前記第２発光チップを収容するための、前記第１発光チップと前記第２発光チップとのそれぞれの放出光を混光した後、白色点光源に形成した光出射効果を有させるように、上広下狭のコップ状構造であり、かつ当該コップ状構造の断面形状が円弧状であり、前記第１発光チップを設置するための第１収容部と、前記第１収容部と隣接するように設置され、上広下狭のコップ状構造であり、かつ当該コップ状構造の断面形状が円弧状であり、前記第２発光チップを設置するための第２収容部と、前記第１発光チップと前記第２発光チップとの放出光を内部に混光した後、白色点光源に形成するための混光区域と、を備えているフレーム構造と、緑色蛍光体でドーピングされるとともに、前記第１発光チップを覆うために前記第１収容部に充填され、前記第１発光チップから放出される一部の光源を前記緑色蛍光体が励起されることにより４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長を有する光源から４９０ｎｍ〜６００ｎｍの波長を有する光源に変換させる第１ゲル体と、前記第２発光チップを覆うために前記第２収容部に充填される第２ゲル体と、前記混光区域の内部空間を封止するように充填され、しかも前記第１ゲル体と前記第２ゲル体の上に設置される被覆用ゲル体と、を備える。
本考案の設計によれば、４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長を有する光源の上方のみに蛍光体をドーピングさせ、蛍光体が光エネルギーを吸収して４９０ｎｍ〜６００ｎｍの波長を有する光線に変換させることにより、放出光に含まれる波長範囲を増大させる。これにより、白色ダイオードの演色性を向上させ、かつ別の波長を有する放出光の方では、蛍光体により遮光されて発光効率低下を引き起こすことを抑制できるため、従来の欠点が改良される。そして、本考案は、フレーム形状の設計によって波長の異なる２つの発光ダイオードチップをそれぞれ配置し、接着剤のディスペンスや蛍光体の塗布などの工程をそれぞれ行い、大量生産を容易にすることができるので、その産業上の有益は実質的に有している。
本考案の好適な実施例の断面状態図である（その一）。 本考案の好適な実施例の断面状態図である（その二）。 本考案の好適な実施例の断面状態図である（その三）。 本考案の別の好適な実施例の断面状態図である。
本考案の内容については、添付図面と以下の説明によって完全な理解が得られるであろう。
図１に示されている本考案の好適な実施例の断面状態図（その一）を参照する。図に示すように、本考案の混光効果を向上させる白色ダイオードのパッケージ改良構造１は、少なくとも１つの発光チップ１０及び少なく１つの第２発光チップ１２を備え、これら２種の発光チップはフレーム構造１４内の第１収容部１４０と第２収容部１４２の底部にそれぞれ設置され、該第１収容部１４０と該第２収容部１４２とも上広下狭のコップ状構造であり、かつこれらの収容部１４０，１４２の断面形状はいずれも上広下狭の台形状であり、これらの収容部１４０，１４２のぞれぞれには、該第１発光チップ１０と該第２発光チップ１２を設置するように供し、該第１発光チップ１０と該第２発光チップ１２の放出光を反射して出射させることによって、白色ダイオード全体の出射効率を向上させることができる。
また、該第１収容部１４０と該第２収容部１４２との間には、該第１発光チップ１０と該第２発光チップ１２をワイヤボンディング接続するための間隔部１４６が設置されている。また、該第１収容部１４０内には、該第１発光チップ１０を覆うために第１ゲル体１６０が充填されており、該第１ゲル体１６０は、緑色蛍光体１８０でドーピングされ、該第１発光チップ１０から提供される４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長を有する第１光線Ｌ１が該第１ゲル体１６０に入射する場合には、該緑色蛍光体１８０が励起されることにより４９０ｎｍ〜６００ｎｍの波長を有する第３光線Ｌ３に変換して放出する。また、該第２収容部１４２内には、該第２発光チップ１２を覆うために第２ゲル体１６２が充填されている。
該第１収容部１４０と該第２収容部１４２の上方は混光区域１４４とし、この混光区域１４４の内部空間には、被覆用ゲル体１６４が封止充填されており、しかも第１ゲル体１６０と第２ゲル体１６２の上に設置されている。該緑色蛍光体１８０が第１ゲル体１６０におけるドーピング密度を光学設計、調整することによって、該第１収容部１４０から該混光区域１４４に入射する光線は、４００ｎｍ〜５００ｎｍ及び４９０ｎｍ〜６００ｎｍといった２種の波長域を持つ第１光線Ｌ１及び第３光線Ｌ３を含むと同時に、該第２発光チップ１２から提供される６００ｎｍ〜７００ｎｍの波長を有する第２光線Ｌ２も同様に該第２収容部１４２から該混光区域１４４に入射し、これにより、波長域の異なる３つの光線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が、該混光区域１４４内で混光された後、白色光に形成した光出射効果が得られる。混光効果をより一層向上させるために、該被覆用ゲル体１６４には拡散剤１８２がドーピングされ、光線が該混光区域１４４に入射する時には、乱反射や光散乱などの光学反応を生じさせることにより、混合した光をより均一化させ、提供される白色光源は、一般照明用途だけでなく、バックライト用の光源としても応用されるようになっている。
本考案の混光効果を向上させる白色ダイオードのパッケージ改良構造１は、さらに現今、蛍光体を塗布する別の２種類の方式も適用可能である。即ち、該第１ゲル体１６０内に均一にドーピングする均一分布方式（Ｕｎｉｆｏｒｍ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）のほかに、該緑色蛍光体１８０を該第１ゲル体１６０内にドーピングするには、さらにリモート・フォスファー（Ｒｅｍｏｔｅ Ｐｈｏｓｐｈｏｒ）方式やコンフォーマル・コーティング（Ｃｏｎｆｏｒｍａｌ ｃｏａｔｉｎｇ）方式などの技術で蛍光体の塗布に運用することも可能である。図２に示されている本考案の好適な実施例の断面状態図（その二）を参照し、該緑色蛍光体１８０はリモート・フォスファー方式を利用して蛍光体を塗布することによって該第１ゲル体１６０内にドーピングされ、該緑色蛍光体１８０を該第１収容部１４０のコップ口部に位置する薄膜層に形成させ、該第１発光チップ１０から放出される光線は該緑色蛍光体１８０の薄膜層を経由する時、該緑色蛍光体１８０が励起されることにより、波長の異なる２つの光線が形成され、白色光発光ダイオードの光出力を増加させる。
図３に示されている本考案の好適な実施例の断面状態図（その三）を参照し、図に示されるように、該緑色蛍光体１８０はコンフォーマル・コーティング技術を利用して該緑色蛍光体１８０を該第１発光チップ１０の表面に均一な厚さを有するコンフォーマル・コーティング構造に形成させることにより、該第１発光チップ１０を完全に覆うようにし、また、光を該第１発光チップ１０から放出したすぐあとに、該緑色蛍光体１８０が励起されることにより、波長の異なる光線が形成される。そのため、形成された波長の異なる２つの光線を屈折させるとともに光散乱光路を長くすることで、混光を均一にさせることができる。
さらに、該拡散剤１８２を該第１ゲル体１６０と該第２ゲル体１６２にドーピングしてもよく、光線を該第１収容部１４０、該第２収容部１４２及び混光区域１４４における該拡散剤１８２がドーピングされている該第１ゲル体１６０、第２ゲル体１６２や被覆用ゲル体１６４などを経由して乱反射させることによって、発光ダイオードの色の均一性を改善して白光をより一層均一にさせることができる。その他に、光線を集光させるために、該第１収容部１４０と該第２収容部１４２の形状について設計変更を行うことができ、これらの収容部１４０，１４２の断面形状が上広下狭の台形になるように形成され、かつ該台形が該間隔部１４６と隣接していない底角が直角であり、該第１発光チップ１０と該第２発光チップ１２から発出される光線を屈折現象を生じることによってより一層中間区域に向けて集光させて、光の使用率を向上させることができるとともに、光出射効能を増加させることができるなどの効果を奏する。
図４に示されている本考案の別の好適な実施例の断面状態図を参照する。図に示すように、本考案の混光効果を向上させる白色ダイオードのパッケージ改良構造１は、異なる幾何形状の設計により均一な混光を達成することができるので、光出射効能を増加させることができるなどの効果を奏する。該フレーム構造１４は円弧状になるように設計し、備えている該第１収容部１４０及びそれと接続する該第２収容部１４２のいずれも上広下狭のコップ状構造であり、かつ当該コップ状構造の断面形状が円弧状であり、該第１発光チップ１０と該第２発光チップ１２を設置するように供し、円弧状の設計によって２つの発光チップ１０，１２の光出射角度を調整する。
該第１発光チップ１０から提供される４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長を有する光源を該第１収容部１４０に充填されている該第１ゲル体１６０に入射した後、該第１発光チップ１０から放出される一部の光源を該緑色蛍光体１８０が励起されることにより４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長を有する光源から４９０ｎｍ〜６００ｎｍの波長を有する光源に変換させ、そして該第２発光チップ１２から提供される６００ｎｍ〜７００ｎｍの波長を有する光源を該第２収容部１４２に充填されている該第２ゲル体１６２に入射するとともに、該第２収容部１４２にドーピングされている該拡散剤１８２により光散乱を生じる。
波長の異なる３つの光線を該第１収容部１４０及び該第２収容部１４２から該混光区域１４４にそれぞれ入射し、それから該混光区域１４４内に混光した後、白色点光源に形成する。該混光区域１４４に充填されている該被覆用ゲル体１６４には、さらに該拡散剤１８２をドーピングしてもよく、その場合には、より均一な白色光を提供するために混光効果をより優れたものにすることができる。
以上に述べたように、本考案を実施する場合には、下記の利点を有する。
１、蛍光体を励起することができる光源の上方のみに蛍光体を設置することによって、光エネルギーを異なる波長を有する光線に変換する効果を奏することができるだけでなく、さらに別の光源の光線が遮光されてしまうのを防止することができる。そのため、本考案は、白色光の演色性を増加することができると同時に、その発光効率も兼ね備えることから、消費電力を抑えることもできる。
２、それぞれ設置された収容槽に発光チップを配置して、各収容槽ごとに個別に接着剤のディスペンスや蛍光体の塗布などの工程を行うことによって、大量生産を容易にすることができるので、その産業上の有益は実質的に有している。従って、従来の大量生産工程が困難かつ煩雑なため、歩留まりが低下するという欠点が改善される。
３、フレームの外形について光学設計を行い、混光効果を向上させることによって、演色性、均一性、低消費電力などの特性に優れた白光発光ダイオードを提供することができる。
１：白色ダイオードのパッケージ改良構造
１０：第１発光チップ
１２：第２発光チップ
１４：フレーム構造
１４０：第１収容部
１４２：第２収容部
１４４：混光区域
１４６：間隔部
１６０：第１ゲル体
１６２：第２ゲル体
１６４：被覆用ゲル体
１８０：緑色蛍光体
１８２：拡散剤
Ｌ１：第１光線
Ｌ２：第２光線
Ｌ３：第３光線

Claims (5)

  1. 混光効果を向上させる白色ダイオードのパッケージ改良構造において、
    ４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長を有する光源を提供するための少なくとも１つの第１発光チップと、
    ６００ｎｍ〜７００ｎｍの波長を有する光源を提供するための少なくとも１つの第２発光チップと、
    前記第１発光チップと前記第２発光チップを収容するための、前記第１発光チップと前記第２発光チップとのそれぞれの放出光を混光した後、白色点光源に形成した光出射効果を有させるように、上広下狭のコップ状構造であり、前記第１発光チップを設置するための第１収容部と、上広下狭のコップ状構造であり、前記第２発光チップを設置するための第２収容部と、前記第１収容部と前記第２収容部との間に位置していて前記第１発光チップと前記第２発光チップをワイヤボンディング接続するために設置される間隔部と、前記第１発光チップと前記第２発光チップとの放出光を混光した後、白色点光源に形成するための混光区域と、を備えているフレーム構造と、
    緑色蛍光体でドーピングされるとともに、前記第１発光チップを覆うために前記第１収容部に充填され、前記第１発光チップから放出される一部の光源を前記緑色蛍光体が励起されることにより４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長を有する光源から４９０ｎｍ〜６００ｎｍの波長を有する光源に変換させる第１ゲル体と、
    前記第２発光チップを覆うために前記第２収容部に充填される第２ゲル体と、
    前記混光区域の内部空間を封止するように充填され、しかも前記第１ゲル体と前記第２ゲル体の上に設置される被覆用ゲル体と、を備えることを特徴とする、混光効果を向上させる白色ダイオードのパッケージ改良構造。
  2. 前記第１収容部と前記第２収容部の断面形状はいずれも上広下狭の台形状であることを特徴とする、請求項１記載の混光効果を向上させる白色ダイオードのパッケージ改良構造。
  3. 前記第１収容部と前記第２収容部の断面形状はいずれも上広下狭の台形状であり、かつ前記台形状が間隔部と隣接していない底角が直角になるように設置されていることを特徴とする、請求項１記載の混光効果を向上させる白色ダイオードのパッケージ改良構造。
  4. 前記第１ゲル体の前記緑色蛍光体が前記第１発光チップの表面にドーピングされることにより、前記第１発光チップを完全に覆うように形成されることを特徴とする、請求項３記載の混光効果を向上させる白色ダイオードのパッケージ改良構造。
  5. 混光効果を向上させる白色ダイオードのパッケージ改良構造において、
    ４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長を有する光源を提供するための少なくとも１つの第１発光チップと、
    ６００ｎｍ〜７００ｎｍの波長を有する光源を提供するための少なくとも１つの第２発光チップと、
    前記第１発光チップと前記第２発光チップを収容するための、前記第１発光チップと前記第２発光チップとのそれぞれの放出光を混光した後、白色点光源に形成した光出射効果を有させるように、上広下狭のコップ状構造であり、かつ当該コップ状構造の断面形状が円弧状であり、前記第１発光チップを設置するための第１収容部と、前記第１収容部と隣接するように設置され、上広下狭のコップ状構造であり、かつ当該コップ状構造の断面形状が円弧状であり、前記第２発光チップを設置するための第２収容部と、前記第１発光チップと前記第２発光チップとの放出光を内部に混光した後、白色点光源に形成するための混光区域と、を備えているフレーム構造と、
    緑色蛍光体でドーピングされるとともに、前記第１発光チップを覆うために前記第１収容部に充填され、前記第１発光チップから放出される一部の光源を前記緑色蛍光体が励起されることにより４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長を有する光源から４９０ｎｍ〜６００ｎｍの波長を有する光源に変換させる第１ゲル体と、
    前記第２発光チップを覆うために前記第２収容部に充填される第２ゲル体と、
    前記混光区域の内部空間を封止するように充填され、しかも前記第１ゲル体と前記第２ゲル体の上に設置される被覆用ゲル体と、を備えることを特徴とする、混光効果を向上させる白色ダイオードのパッケージ改良構造。
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