JP4033300B2

JP4033300B2 - Optical media

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Publication number: JP4033300B2
Application number: JP2003163481A
Authority: JP
Inventors: 智玉置; 平雄太田
Original assignee: LAB Sphere Corp
Current assignee: LAB Sphere Corp
Priority date: 2003-06-09
Filing date: 2003-06-09
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2020-03-16
Also published as: JP2004006912A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）の応用技術に係り、特に一個若しくは複数のＬＥＤチップを光源として用いるに好適な光学媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近ハロゲンランプを用いた細身の懐中電灯が市販されるに至っているが、この種の懐中電灯の電池の寿命は連続点灯では３時間程度であり、また、ハロゲンランプ自身の寿命も短いという欠点を有している。一方、パーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、小型携帯テレビ、車載テレビ等には、液晶表示装置が多用されている。このような液晶表示基板の照明（バックライト）は蛍光放電管（蛍光灯）が用いられている。このバックライト用蛍光灯は、携帯テレビや携帯用パーソナルコンピュータを落下した際には破損したり、特性が劣化し易いという問題がある。また、冬季寒冷地等の低温度環境下で使用する場合、管内の水銀蒸気圧が低下して発光効率が低くなり、充分な輝度を得ることが出来なくなる。更に、長時間動作に対する安定性や信頼性が不十分である。また、最も重要な問題は消費電力が大きいことである。携帯用パーソナルコンピュータを例にすれば、マイクロプロセッサやメモリで消費される電力よりも液晶表示部の消費電力が圧倒的に大きい。このため、蛍光灯をバックライトとして用いた場合は、長時間にわたり電池で携帯テレビや携帯用パーソナルコンピュータを動作させるのは困難である。また、蛍光灯は、電源の周波数に対応したパルス的な発光であるので、個人差はあるが、そのちらつき感から、目の疲労の問題が生じる。即ち、バックライトのような直接照明に近い使用方法の場合、長時間、蛍光灯からの光を直視することによる目の疲労、或いは、目の疲労からくる人体への影響などの問題もある。
【０００３】
発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体発光素子は電気エネルギーを直接光エネルギーに変換するため、ハロゲンランプ等の白熱球や蛍光灯に比し、高効率で、しかも発光に際して発熱を伴わない特徴を有する。白熱球においては、電気エネルギーを一旦熱エネルギーに変換し、その発熱に伴う輻射を利用しているのであり、その変換効率は原理的に低く、その光への変換効率が１％を越えることはない。蛍光灯においては電気エネルギーは、放電エネルギーに変換されており、こちらも同様に、その変換効率は低い。一方、ＬＥＤにおいては、変換効率が２０％以上程度が可能で、白熱球や蛍光灯に比し約１００倍以上の変換効率が容易に達成できる。更に、ＬＥＤ等の半導体発光素子は半永久的とも考え得る長寿命で、且つ蛍光灯の光のようにちらつきの問題もない。
【０００４】
かかる優れた特徴をＬＥＤは有するものの、ＬＥＤの応用は各種機器のコントロールパネルの表示ランプや、電光掲示板等の表示装置等の極く限られた範囲に限定されており、ＬＥＤが照明装置に使用された例は少ない。最近、鍵穴の照明用のＬＥＤ応用製品も一部において知られているが、小さな面積しか照明できないものである。このような特殊な例を除けば、一般に、ＬＥＤが照明用に使用されることはない。
【０００５】
これはＬＥＤの輝度は極めて高いにもかかわらず、ＬＥＤ１個の光の出射面積が１ｍｍ^２程度の小さな面積であるため、照明器具としての充分な光束が得られないことに起因している。
【０００６】
このように、従来の光学系を用いたのでは、１個のＬＥＤの発光では、照明の対象となる面上の照度が、所望の照度に達しない。つまり、光により照らされた面上の単位面積当たりの光束が足りないのである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
所望の照度を得るために、比較的高価なＬＥＤを、単純に多数配列する等の方法により照明装置（照明器具）を組み立てたのでは、あまりにも多数のＬＥＤが必要になり、結果としてあまりにも高価になりすぎるため、現実的ではない。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するためになされたものである。従って、本発明の目的は、複数のＬＥＤチップを必要最小限の数、若しくは一個のＬＥＤチップを用いることにより所望の照度を得ることが可能な光学媒体を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、むやみに多数のＬＥＤチップを必要とすることなく、一個若しくは複数のＬＥＤチップの潜在的な光エネルギーを効率良く引き出した、小型で明るい発光体に使用可能な光学媒体を提供することである。
【００１０】
本発明の更に他の目的は、安価で充分な照度と長期間にわたる安定性と信頼性を有した発光体に使用可能な光学媒体を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、単一の曲面からなる頂部と、円筒型の側面と、頂部に対向する後面と、この後面から頂部の方向に向かって、円筒型の側面と同心状に形成された円筒型の凹部とを備え、凹部は、頂部に対向した底部と、この底部に連続した円筒型の連続面からなる側壁部とを有し、側面を構成する円筒の外形と、凹部の側壁部を構成する円筒の内径との間の円筒形状部分における肉厚が、内径の２〜３倍、若しくはこれ以上であり、側壁部と底部との双方が、光の入射面として機能し、頂部が出射面として機能する光学媒体であることを要旨とする。ここで、例えば、光学媒体は円筒型の側面と、半球状の頂部（出射面）からなる弾丸型の形状等で構成できる。この光学媒体は、更に一個若しくは複数のＬＥＤチップを収納する凹部を有している。ここで、凹部は、上記入射面とこの入射面に連続して形成された側壁部とから構成されている。即ち、凹部の底部が、上記入射面として機能している。例えば凹部は円筒型の側面と、半球状の底部からなる弾丸型の形状等で構成できる。
【００１２】
具体的には、入射面及び出射面は光伝送部の端面として存在し得る。「透明の固体」としては、アクリル樹脂等の透明樹脂、石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、鉛ガラス等の種々のガラス材料、透明プラスチック材料等が使用可能である。或いは、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、炭化珪素（ＳｉＣ）等の結晶性材料を用いてもかまわない。
【００１３】
ＬＥＤチップは、所定の半導体基板と、その上に連続エピタキシャル成長された多層の半導体層、及び電極層等から構成されている。当然ながら、この「多層の半導体層」はｐｎ接合若しくはｐｉｎ接合層を含むものである。半導体発光素子は、発光に際して、顕著な発熱作用を伴わないので、本発明の特徴に係る光学媒体の凹部の内部に、「一個若しくは複数のＬＥＤチップ」を収納しても、その発熱作用によって、光学媒体に熱的影響を与えることがない。
【００１４】
本発明の特徴に係る光学媒体によれば、一個若しくは複数のＬＥＤチップを用いることが可能で、且つその数を多数必要とすることなく、所望の照度を簡単に得ることが出来る。この照度は従来公知のレンズ等の光学系では達成不可能な照度である。即ち、従来の技術常識では予測できない照度を実現できるものである。なお、入射面及び出射面のいずれか一方は、曲率半径無限大、若しくは無限大に近い平坦な面を含み得ることに留意すべきである。入射面及び出射面のいずれか一方が、無限大ではない所定の（有限の）曲率半径を有していれば、光の収束、発散が制御可能であるからである。また、「所定の発散角」は０°、即ち平行光線をも含み得るということに留意すべきである。また、発散角が９０°であっても、凹部が一個若しくは複数のＬＥＤチップをほぼ完全に光学的に覆っているため、有効にその光を集光することが可能である。これは、従来のレンズ等の光学系では不可能な作用である。即ち、入射面（底部）以外の凹部の内壁部も、有効な光の入射部として機能し得る。
【００１５】
具体的には、本発明の特徴に係る複数のＬＥＤチップのそれぞれは、チップの主表面に垂直方向に積層されていることが好ましい。ここで、「主表面」とは平行平板の互いに対向する平面で、端部の側面を除く意である。即ち、「主表面」とは、表面及び裏面のいずれかである。主表面に垂直方向に積層された複数のＬＥＤチップの合成が全体の出力となるので、極めて明るい発光体が実現できる。また、一個若しくは複数のＬＥＤチップのそれぞれは、ディスク形状にモールドされても良い。弾丸型に樹脂モールドされている場合は、弾丸の直径が３ｍｍ乃至６ｍｍあるので、複数のＬＥＤチップを近接配置することが出来ない。ディスク形状にモールドされている場合は、占有面積が小さく、複数のＬＥＤチップを近接配置し、全体としてほぼ点光源と見なすことが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明の第１乃至第４の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る光学媒体を示す模式的な鳥瞰図で、図１（ｂ）は、対応する断面図である。図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る光学媒体を備えた発光体は、所定の波長の光を発する複数のＬＥＤチップ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・と、この複数のＬＥＤチップ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・をほぼ完全に収納する光学媒体１１６とから少なくとも構成されている。具体的には、ＬＥＤチップ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・は、それぞれディスク型のパッケージにモールドされている（以下において、これらディスク型のパッケージにモールドされたＬＥＤチップ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・を「ディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・」と言う。）。そして、この光学媒体１１６は、入射面と、入射面から入射した光を出射する出射面と、入射面と出射面とを接続し、複数のＬＥＤチップから発せられた光の波長に対して透明の固体からなる光伝送部とを有する。図１に示すように、光学媒体１１６は、円筒型の側面と、半球状の頂部からなる弾丸型の形状である。更に、この弾丸型の光学媒体１１６はディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・を収納するための凹部を、底部に有している。この凹部は、上記の入射面とこの入射面に連続して形成された側壁部とから構成されている。即ち、凹部の底部が上記の入射面として機能している。図１においては、凹部は円筒型の側面と、半球状の底部からなる弾丸型の形状で構成されている。凹部の側面を構成する円筒の内径は２ｍｍ〜６．５ｍｍ程度とすることが出来る。一方、光学媒体１１６の側面を構成する円筒の外径は、１０ｍｍ〜５０ｍｍ程度に選ぶことが可能である。
【００１８】
光学媒体１１６の側面を構成する円筒の外径と、凹部の側面を構成する円筒の内径との間の円筒形状部分における肉厚は、凹部の側面を構成する円筒の内径と同程度、若しくはその２〜３倍程度、若しくはこれ以上に選べば良い。
【００１９】
図１の複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・は、弾丸型に成形されたフィルム基板２３の上に配置されている。図１において、凹部の底部となる入射面と複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・との間にギャップが存在するかのように示されているが、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・は、入射面に密着するように配置するのがより明るい発光を得る上で好ましい。フィルム基板２３は、フレキシブルな有機材料を用いることが可能である。例えば、厚さが、２５μｍ乃至５０μｍ程度の薄いポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）薄膜やポリイミド薄膜等をフィルム基板２３の材料として用いることが可能である。フィルム基板２３の表面には、図２（ａ）及び（ｂ）に示すような、厚さ５μｍ乃至１５μｍ程度のアルミニウム（Ａｌ）配線２２１，２２２，２２３，２２４，２２５，・・・・・がパターニングされている。Ａｌ配線２２１，２２２，２２３，・・・・・は、Ａｌ薄膜を、フィルム基板２３全面に堆積後、エッチング法によりパターニングすれば良い。Ａｌ配線２２１，２２２，２２３，・・・・・は、スクリーン印刷法を用いてパターニングしても良い。このＡｌ配線２２１，２２２，２２３，・・・・・のパターニングにより、フィルム基板２３の表面の所定の箇所に、周期的に、フィルム基板２３が露出した開口部が形成される。この開口部は、ディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，・・・・・搭載用の矩形の窓部である。ディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，・・・・・は、図２（ｂ）に示すように、セラミックパッケージ３１１，３１２，３１３，３１４，・・・・・の内部にそれぞれＬＥＤチップ３０１，３０２，３０３，３０４，・・・・・が配置されている。ディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，・・・・・と、Ａｌ配線２２１，２２２，２２３，・・・・・とは、半田２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａ，２１２ｂ，２１３ａ，２１３ｂ，・・・・・で互いに接続される。そして、Ａｌ配線２２１，２２２，２２３，・・・・・の両端はそれぞれ第１のピン２１及び第２のピン２２に接続されている。図１（ｂ）に示すように、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・は、光学媒体１１６の凹部の内部において、樹脂２４によりモールドされている。
【００２０】
本発明の第１の実施の形態においては、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・が光学媒体１１６の凹部にほぼ完全に閉じこめられているので、迷光成分を含めて半導体チップから発光されるあらゆる出力光成分が有効に照明に寄与できるようになる。即ち、入射面（底部）以外の凹部の内壁部も、有効な光の入射部として機能し得るのである。また、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・と光学媒体１１６の凹部との間にはそれぞれの界面で反射した光の成分が多重反射し、迷光成分となっている。従来公知のレンズ等の光学系では、これらの迷光成分は、照明に寄与できるように取り出すことは出来ない。しかし、これらの迷光成分も、本発明の第１の実施の形態においては、凹部の内部に閉じこめられているので、最終的には、照明に寄与できる成分となり得る。この結果、樹脂モールド（樹脂封止体）２４の形状等の光の取り出し効率や、光学系相互の反射成分等に依存せず、ほぼ、内部量子効率とほぼ等しい効率で、潜在的な複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・の光エネルギーを有効に取り出すことが可能となる。
【００２１】
このようにして、本発明の第１の実施の形態に係る光学媒体を備えた発光体によれば、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・の数を多数必要とすることなく、照明に寄与する光ビームとして所望の照射面積の光束を確保し、且つ所望の照度を簡単に得ることが出来る。この照度は従来公知のレンズ等の光学系では達成不可能な照度である。
【００２２】
なお、本発明の第１の実施の形態に係る光学媒体に用いる複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・としては、種々の色（波長）のＬＥＤが使用可能である。但し、懐中電灯のような照明目的のためには、白色ＬＥＤが人間の目には自然であるので好ましい。即ち、この白色ＬＥＤを、図１に示す複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・として用い、この白色複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・に対して所定電圧が印加出来るように電池ケースとこの電池ケースの中の電池（例えば単３電池）を収納すれば、ペンタイプの細身の懐中電灯（携帯用照明器具）が完成する。この電池の陽極及び陰極にそれぞれ、白色複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・の電極を接続する構造とすれば良いのである。この結果、簡単な構造で、製造単価の低い懐中電灯（携帯用照明器具）が提供できる。この懐中電灯（携帯用照明器具）は、長期間にわたる安定性と信頼性に優れ、特に、電力消費量が少ないため、電池の寿命が長い。
【００２３】
本発明の第１の実施の形態に係る光学媒体１１６としては、アクリル樹脂等の透明樹脂、石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、鉛ガラス等の種々のガラス材料、透明プラスチック材料等が使用可能である。或いは、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、炭化珪素（ＳｉＣ）等の結晶性材料を用いてもかまわない。この内、アクリル樹脂等の透明樹脂や透明プラスチック材料等は、光学媒体１１６を大量生産するのに好適な材料である。即ち、一度金型を作り、この金型により成形加工すれば光学媒体１１６が簡単に大量生産できる。
【００２４】
複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・は、図３に示すように直列接続しても良く、図４に示すように並列接続しても良い。直列接続の場合は、電流制限回路１２を駆動回路１１と共に直列接続し、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・に過剰な電流が流れないようにすれば良い。並列接続の場合は、それぞれのＬＥＤ、即ちＤ_１，Ｄ_２，・・・・・・,Ｄ_ｎ−１,Ｄ_ｎに直列に電流制限抵抗Ｒ_１，Ｒ_２，・・・・・，Ｒ_ｎ−１，Ｒ_ｎに接続し、駆動回路１１を経由して電源電圧を供給すれば良い。
【００２５】
窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体材料のエピタキシャル成長基板として絶縁性の高いサファイア基板が用いられている。このため、通常は青色ＬＥＤのアノード電極及びカソード電極はともにＧａＮ系半導体材料のエピタキシャル成長層の表面側から取り出される。このサファイア基板は青色ＬＥＤの波長に対して透明であるため、青色ＬＥＤを搭載するディスク型パッケージの底部に透明材料を用いる等の所定の光学的設計をすれば、青色ＬＥＤからの発光は基板の裏面方向からも取り出すことが可能である。このような場合、図５に示すように、光学媒体１１６の後面に、背面鏡２６を配置するのが好ましい。図５では、背面鏡２６は、光学媒体１１６の側面のほぼ全面を被覆しているが、光学媒体１１６の側面の一部のみ被覆するように形成してもかまわないし、側面部への形成は省略しても良い。背面鏡２６は、Ａｌ、真鍮、ステンレス等の金属を図５に示す形状に旋盤・フライス盤等を用いて研削加工、若しくはプレス加工機等により成型加工し、その後、その表面を研磨して構成すれば良い。更に、これらの表面にニッケル（Ｎｉ）鍍金や金（Ａｕ）鍍金を施せば反射率が向上するので好ましい。安価、且つ簡便な方法としては、Ａｌ薄膜等の反射率の高い金属薄膜を接着した構造でもかまわない。或いは、熱可塑性樹脂を押出成形若しくは射出成形により図５に示す形状に加工し、この表面にＡｌ箔等の反射率の高い金属薄膜や誘電体多層膜を真空蒸着やスパッタリングで堆積した構造、若しくは高反射性ポリエステル白色フィルム等を接着した構造でもかまわない。更に、光学媒体１１６の後面に反射率の高い金属薄膜や誘電体多層膜を真空蒸着やスパッタリングで直接堆積した構造や、反射率の高い金属薄膜を鍍金により形成した構造やこれらの複合膜でもかまわない。
【００２６】
図５の複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・は、フィルム基板２３に搭載され、図２と同様に、Ａｌ配線により、第１のピン２１及び第２のピン２２に接続されている。図５において、凹部の底部となる入射面と複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・との間にギャップが存在するかのように示されているが、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・は、入射面に密着するように配置するのが、より明るい発光を得る上で好ましい。背面鏡２６には、第１のピン２１及び第２のピン２２を貫通させる穴があいており、背面鏡２６に第１のピン２１と第２のピン２２とを電気的に短絡しないように考慮している。弾丸型に成形されたフィルム基板２３を透明材料で構成し、弾丸型フィルム基板２３の内部に充填される樹脂２４も透明材料を用いれば、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・からの発光は裏面方向（図５において右方向）にも進む。この複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・から右方向（裏方向）に出力する光は、背面鏡２６で反射され、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・の表面から左方向に出力される。結局、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・の右方向（裏方向）に出力する光も、表面方向（図５において左方向）にも進む光と合成され、出射面により所定の発散角が与えられる。このように、本発明の第１の実施の形態においては、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・が光学媒体１１６の凹部にほぼ完全に閉じこめられ、光学媒体１１６の後面には、背面鏡２６が配置されているので、これらの迷光成分がすべて最終的には発光面となる前面から出力可能である。従って、すべての迷光成分が、有効に照明に寄与できるようになる。即ち、凹部に着目すれば、入射面以外の凹部の内壁部も、有効な光の入射部として機能し、内壁部を透過した迷光成分は、背面鏡２６で反射され、最終的には発光面側から出力可能である。また、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・と光学媒体１１６の凹部との間にはそれぞれの界面で多重反射した成分も、凹部の内部に閉じこめられ、背面鏡２６により内部で反射し、発光面となる前面側に導かれる。この結果、これらの多重反射成分がすべて最終的には発光面から出力される。
【００２７】
このようにして、本発明の第１の実施の形態に係る光学媒体を備えた発光体によれば、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・の数を、極度に多数必要とすることなく、照明に寄与する光ビームとして所望の照射面積の光束を確保し、且つ所望の照度を簡単に得ることが出来る。この照度は従来公知のレンズ等の光学系では達成不可能な照度である。
【００２８】
図５において、光学媒体１１６の前面（出射面）は、凸形状の湾曲面からなる発光面を有している。しかし、図５は例示であり、出射面は、目的に応じて、種々の形状が採用可能であり、凹形状の出射面からなる発光面を有する光学媒体でも良い。凹形状の出射面を発光面に用いると、光は分散する傾向になるので、種々のバックライト（間接照明系）に好適な均一性を得ることが出来る。
【００２９】
（第２の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る光学媒体を備えた発光体では、複数のＬＥＤチップ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・がそれぞれディスク型のパッケージにモールドされた場合を説明したが、ベアチップの状態で、弾丸型に成形されたフィルム基板２３の上に配置してもかまわない。ベアチップの方が、より密接した状態で配置できるので好ましい。即ち、本発明の第２の実施の形態に係る光学媒体を備えた発光体の説明においては、図６及び図７に示すように、複数のベアチップの状態のＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・を弾丸型に成形されたフィルム基板２３の上に配置する場合の具体的構造を示す。光学媒体１１６の構造は、本発明の第１の実施の形態に係る光学媒体と同一で良いので説明を省略する。
【００３０】
ＬＥＤチップは、図６に示すように、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）基板４０１の上にバッファ層（図示省略）を介して積層されたｎ型半導体層４０２、活性層４０３，ｐ型半導体層４０４から構成されている。サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）基板４０１は、接着剤５０２により、フィルム基板２３に固定されている。アノード電極４０５は、ｐ型半導体層４０４の上面のほぼ全面に形成することが出来る。アノード電極４０５とｐ型半導体層４０４とのオーミックコンタクト特性の改善のためには、アノード電極４０５とｐ型半導体層４０４の間にＧａＮ系ｐ型半導体からなるコンタクト層（図示省略）を形成することが好ましい。アノード電極４０５は、活性層４０３の発光に対して透明な電極層で構成すれば良い。具体的には、錫（Ｓｎ）をドープした酸化インジウム（ＩＴＯ）や酸化錫（ＳｎＯ_２）のような金属酸化物等が好ましい。或いは金属を充分薄く形成して透明電極層４０５として用いても良い。もう一方の電極層であるカソード電極４０６は特に透明である必要はない。アノード電極４０５の一部にボンディングパッド部が設けられ、このボンディングパッド部に銅（Ｃｕ）箔からなるビームリード５１２が接続されている。カソード電極４０６も同様に、銅箔からなるビームリード５１１が接続されている。ビームリード５１１，５１２はそれぞれ導電性の接着剤層５０１によりＡｌ配線２２１，２２２に接続されている。
【００３１】
ＬＥＤチップは、図７に示すように、半田ボール４１１，４１２を用いてフリップチップで実装してもかまわない。図７において、アノード電極４０５は、半田ボール４１１を用いてＡｌ配線２２１に接続され、カソード電極４０６は半田ボール４１２を用いてＡｌ配線２２２に接続されている。フィルム基板２３を透明基板としておけば、上面と下面の２方向に発光することが可能である。下面に発光した光は、図５と同様に、背面鏡２６で反射し、上面方向に戻せば良い。
【００３２】
（第３の実施の形態）
本発明の光学媒体１１７の出射面は、図８に示すように複数の曲率を有した面でも良い。他は図５と基本的に同じであるので、重複した説明を省略する。図８に示す光学媒体１１７の出射面は、図９に示すような魚眼レンズ的な構造でも、図１０に示すような同心円状の湾曲面でもかまわない。
【００３３】
図９に示す魚眼レンズを構成する個々のレンズは、凹部の内部に搭載された複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・のそれぞれと１対１に対応している。より具体的には、図１１に示すように、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，・・・・・のそれぞれに対応した高屈折率領域２４９，２５０，２５１，・・・・を設け、対応するそれぞれの出射面に導き出しても良い。図１１の構造はプラスチック製光ファイバーを融合すれば製造できる。前述したように、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・は、凹部の底部となる入射面に密着させて配置するのが好ましい。
【００３４】
（第４の実施の形態）
本発明の第１乃至第３の実施の形態に係る光学媒体を備えた発光体は、複数のＬＥＤチップ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・を弾丸型に成形されたフィルム基板２３の表面に、いわば準平面的（準２次元的）に配列したものである。この場合、現実にはそれぞれのＬＥＤチップに対応した複数の出力光の光軸が存在するので、複数のＬＥＤチップ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・を点光源と見なすのが困難になる場合がある。本発明の第４の実施の形態に係る光学媒体を備えた発光体は、図１２に示すように、複数のＬＥＤチップ６１，６２，６３，・・・・・のそれぞれを、チップの主表面に垂直方向に積層し、それぞれの出力光の光軸を一致させている。上述したように、「主表面」とは平行平板の互いに対向する二つの平面であり、ＬＥＤチップ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・のそれぞれのｐｎ接合面とも平行な面である。図１３は、複数のＬＥＤチップ６１，６２，６３，・・・・・の積層状態を詳細に説明する図である。簡単化のため３層の積層で示しているが、４層以上の多層で良いことは勿論である。図１３において、第１層のＬＥＤチップ（第１層ＬＥＤ）６１は、サファイア基板６１１の上に積層されたｎ型半導体層６１２、活性層６１３，ｐ型半導体層６１４から構成されている。サファイア基板６１１は、接着剤６０２により、支持台６４に固定されている。アノード電極６１５は、ｐ型半導体層６１４の上面のほぼ全面に形成することが出来る。アノード電極６１５の中央部は、活性層６１３の発光に対して透明な電極層で構成すれば良い。アノード電極６１５の額縁状の周辺部は、ボンディング用に０．５μｍ乃至２μｍ程度の比較的厚い金（Ａｕ）薄膜等で構成されている。カソード電極６１６は特に透明である必要はない。アノード電極６１５の額縁状の周辺部に銅（Ｃｕ）箔からなるＴＡＢリード（ビームリード）６１７が接続されている。カソード電極６１６も同様に、銅箔からなるＴＡＢリード（ビームリード）６１８が接続されている。第２層のＬＥＤチップ（第２層ＬＥＤ）６２は、サファイア基板６２１の上に積層されたｎ型半導体層６２２、活性層６２３，ｐ型半導体層６２４から構成されている。サファイア基板６２１は、透明接着剤６０５により、第１層のＬＥＤチップ６１の上に固定されている。アノード電極６２５は、ｐ型半導体層６２４の上面のほぼ全面に形成することが出来る。アノード電極６２５の中央部は、活性層６２３の発光に対して透明な電極層で構成すれば良い。アノード電極６２５の額縁状の周辺部は、ボンディング用に０．５μｍ乃至２μｍ程度の比較的厚い金（Ａｕ）薄膜等で構成されている。カソード電極６２６は特に透明である必要はない。アノード電極６２５の額縁状の周辺部に銅（Ｃｕ）箔からなるＴＡＢリード（ビームリード）６２７が接続されている。カソード電極６２６も同様に、銅箔からなるＴＡＢリード（ビームリード）６２８が接続されている。同様に第３層のＬＥＤチップ（第３層ＬＥＤ）６３は、サファイア基板６３１の上に積層されたｎ型半導体層６３２、活性層６３３，ｐ型半導体層６３４から構成されている。サファイア基板６３１は、透明接着剤６０６により、第２層のＬＥＤチップ６２の上に固定されている。アノード電極６３５は、ｐ型半導体層６３４の上面のほぼ全面に形成することが出来る。アノード電極６３５の中央部は、活性層６３３の発光に対して透明な電極層で構成すれば良い。アノード電極６３５の額縁状の周辺部は、ボンディング用に０．５μｍ乃至２μｍ程度の比較的厚い金（Ａｕ）薄膜等で構成されている。カソード電極６３６は特に透明である必要はない。アノード電極６３５の額縁状の周辺部に銅（Ｃｕ）箔からなるＴＡＢリード（ビームリード）６３７が接続されている。カソード電極６３６も同様に、銅箔からなるＴＡＢリード（ビームリード）６３８が接続されている。ＴＡＢリード（ビームリード）６１７，６２７，６３７，６１８，６２８，６３８とボンディングパッド６１５，６２５，６３５，６１６，６２６，６３６との接続は、熱圧着ボンディング、超音波ボンディング、金（Ａｕ）バンプ、半田等の通常ＴＡＢボンディングで用いられている手法を用いれば良い。また、ＴＡＢリード（ビームリード）６１７，６２７，６３７は、端子６０３に導電性の接着剤や半田等により接続されている。ＴＡＢリード（ビームリード）６１８，６２８，６３８は、端子６０４に導電性の接着剤や半田等により接続されている。複数のＬＥＤチップ６１，６２，６３は樹脂封止体６０８でモールドされている。
【００３５】
図１２に示すように、端子６０３は、第２のピン２２に、端子６０４は、第１のピン２１に接続されている。端子６０３及び端子６０４は、補強具６５を経由して、背面鏡２６に設けられた貫通穴から外部に引き出されている。光学媒体１１６の凹部に充填される樹脂２４も透明材料を用いれば、複数のＬＥＤチップ６１，６２，６３からの発光は裏面方向（図１２において右方向）にも進む。この複数のＬＥＤチップ６１，６２，６３から右方向（裏方向）に出力する光は、背面鏡２６で反射され、複数のＬＥＤチップ６１，６２，６３の表面から左方向に出力される。結局、複数のＬＥＤチップ６１，６２，６３の右方向（裏方向）に出力する光も、表面方向（図１２において左方向）にも進む光と合成され、出射面により所定の発散角が与えられる。このように、本発明の第４の実施の形態においては、複数のＬＥＤチップ６１，６２，６３が光学媒体１１６の凹部にほぼ完全に閉じこめられ、光学媒体１１６の後面には、背面鏡２６が配置されている。このため、迷光成分となり得る光を含めて、すべての光が、最終的には発光面となる前面から、ほぼ同一の光軸に沿って出力可能である。従って、ＬＥＤチップ６１，６２，６３の各種方向に発せられたすべての発光成分が、有効にコリメートされ、照明に寄与できるようになる。
【００３６】
複数のＬＥＤチップ６１，６２，６３，・・・・・は、必ずしも同一のＬＥＤチップである必要はない。即ち、複数のＬＥＤチップ６１，６２，６３，・・・・・として、種々の種類及び構造のものが使用できる。例えば、複数のＬＥＤチップ６１，６２，６３として、それぞれ赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の３枚のＬＥＤチップを縦に積層すれば、全体として白色の出力光を出力可能である。赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の３枚のＬＥＤチップの場合は、赤（Ｒ）のＬＥＤチップとしてＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓを、緑（Ｇ）のＬＥＤチップとしてＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}ＰやＧａＰを及び青（Ｂ）のＬＥＤチップとしてＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮやＺｎＳｅを用いることが可能である。この場合、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｐ、ＧａＰ等はサファイア基板を用いる必要はない。
【００３７】
或いは、３元系、４元系、５元系、・・・・等の化合物半導体混晶を複数のＬＥＤチップ６１，６２，６３，・・・・・として選び、それぞれの組成を変えても良い。例えばＩｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎからなる複数のＬＥＤチップ６１，６２，６３，・・・・・を選び、それぞれの組成を変えて、緑（Ｇ）乃至青（Ｂ）のスペクトル帯域の光を出力してもかまわない。
【００３８】
更に、光軸が分散する欠点はあるが、図１４に示すように、垂直方向に積層した複数のＬＥＤチップ６１ａ，６２ａ，６３ａ、垂直方向に積層した複数のＬＥＤチップ６１ｂ，６２ｂ，６３ｂ、垂直方向に積層した複数のＬＥＤチップ６１ｃ，６２ｃ，６３ｃを弾丸型の支持台６７の上に準平面的に配列してもかまわない。この場合は３×３＝９倍の明るさを得ることが可能である。３層に積層したＬＥＤチップ・スタックを５個準平面的に配列すれば、３×５＝１５倍の明るさを得ることが可能である。図１４では、弾丸型に成形された透明樹脂からなる支持台６７を用いているが、第１の実施形態のようなフィルム基板でもかまわない。また、図１２のような平面からなるマウント面を有する支持台６４を用いてもかまわない。図１２のような平面からなるマウント面を有する支持台６４に複数のＬＥＤチップ・スタックを近接配置すれば、ほぼ点光源に近い状態で、強力な出力を得ることが可能である。
【００３９】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１乃至第４の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００４０】
例えば、第１乃至第４の実施の形態に係る光学媒体を備えた発光体を複数個配列して照明器具等を構成しても良い。この場合は、２次元的に円盤状に配列した赤、緑及び黄の３色を用意し、交通信号灯に用いても良い。
【００４１】
本発明の光学媒体に用いる透明樹脂やガラス材料等に蛍光物質を混ぜたり、光学媒体の表面に蛍光物質の層を形成し、発光ダイオードの光でこれらの蛍光物質を励起し、所望の蛍光色を得ることも可能である。
【００４２】
なお、高い照度が必要でなければ、ディスク型のパッケージにモールドされたＬＥＤチップを１個のみ、又はベアチップ状態のＬＥＤチップを１個のみ、本発明の光学媒体の凹部に収納してもかまわない。１個のみのＬＥＤチップでも、従来技術に比すれば、充分明るい照度を得ることが可能である。
【００４３】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、一個若しくは複数のＬＥＤチップを用いることが可能で、且つその数を多数必要とすることなく、所望の照度を得ることが可能な発光体に使用可能な光学媒体を提供することが出来る。
【００４５】
また、本発明によれば、一個若しくは複数のＬＥＤチップの潜在的な光エネルギーを効率良く引き出し、従来公知のレンズ等の光学系では達成不可能な照度を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る光学媒体を備えた発光体を示す模式的な鳥瞰図で、図１（ｂ）は、対応する断面図である。
【図２】図２（ａ）は、図１の複数のディスク型ＬＥＤを弾丸型に成形されたフィルム基板の上に配置する場合の詳細を説明する断面図で、図２（ｂ）は対応する平面図である。
【図３】複数のディスク型ＬＥＤを直列接続する場合の回路図である。
【図４】複数のディスク型ＬＥＤを並列接続する場合の回路図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の変形例に係る光学媒体を備えた発光体を示す模式的な断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る光学媒体を備えた発光体において、ベアチップの状態のＬＥＤを弾丸型に成形されたフィルム基板の上に配置する場合の具体的構造を示す模式的な断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る光学媒体を備えた発光体において、ベアチップの状態のＬＥＤを弾丸型に成形されたフィルム基板の上に配置する場合の他の具体的構造を示す模式的な断面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る光学媒体を備えた発光体を示す模式的な断面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る光学媒体を備えた発光体を示す模式的な鳥瞰図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態の変形例（第１の変形例）に係る光学媒体を備えた発光体を示す模式的な鳥瞰図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態の変形例（第２の変形例）に係る光学媒体を備えた発光体を示す模式的な断面図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態に係る光学媒体を備えた発光体を示す模式的な断面図である。
【図１３】図１２の複数のＬＥＤチップの積層状態を詳細に説明する模式的な断面図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態の変形例に係る光学媒体を備えた発光体を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
１１駆動回路
１２電流制限回路
２１第１のピン
２２第２のピン
２３フィルム基板
２４、２５樹脂
２６背面鏡
６１，６２，６３，６１ａ，６２ａ，６３ａ，６１ｂ，６２ｂ，６３ｂ，６１ｃ，６２ｃ，６３ｃＬＥＤチップ
６４、６７支持台
６５補強具
１１６，１１７光学媒体
２０１，２０２，２０３，２０４ディスク型ＬＥＤ
２２１，２２２，２２３，２２４，２２５アルミニウム（Ａｌ）配線
２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａ，２１２ｂ，２１３ａ，２１３ｂ，２１４ａ，２１４ｂ半田
３０１，３０２，３０３，３０４ＬＥＤチップ
３１１，３１２，３１３，３１４セラミックパッケージ
４０１，６１１，６２１，６３１サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）基板
４０２，６１２，６２２，６３２ｎ型半導体層
４０３，６１３，６２３，６３３活性層
４０４，６１４，６２４，６３４ｐ型半導体層
４０５，６１５，６２５，６３５アノード電極
４０６，６４６，６２６，６３６カソード電極
４１１，４１２半田ボール
５０１接着剤層
５０２、６０２接着剤
５１１，５１２ビームリード
６０３，６０４端子
６０５，６０６透明接着剤
６０８樹脂封止体
６１７，６２７，６３７，６１８，６２８，６３８ＴＡＢリード[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a light emitting diode (LED).ofRelated to applied technology, especiallyOne or more LED chips as light sourceforToThe present invention relates to a suitable optical medium.
[0002]
[Prior art]
  Recently, slender flashlights using halogen lamps have been put on the market, but the battery life of this type of flashlight is about 3 hours for continuous lighting, and the halogen lamp itself has a short lifespan. Have. On the other hand, liquid crystal display devices are frequently used in personal computers, word processors, small portable televisions, vehicle-mounted televisions, and the like. A fluorescent discharge tube (fluorescent lamp) is used for such illumination (backlight) of the liquid crystal display substrate. This fluorescent lamp for backlight has a problem that it is easily damaged when its portable television or portable personal computer is dropped, and its characteristics are likely to deteriorate. Further, when used in a low temperature environment such as a cold region in winter, the mercury vapor pressure in the tube is lowered, the luminous efficiency is lowered, and sufficient luminance cannot be obtained. Furthermore, stability and reliability with respect to long-time operation are insufficient. The most important problem is that the power consumption is large. Taking a portable personal computer as an example, the power consumption of the liquid crystal display unit is overwhelmingly larger than the power consumed by the microprocessor and memory. For this reason, when a fluorescent lamp is used as a backlight, it is difficult to operate a portable television or a portable personal computer with a battery for a long time. Further, since the fluorescent lamp emits light in pulses corresponding to the frequency of the power source, there is a difference between individuals, but the problem of eye fatigue occurs due to the flickering feeling. That is, in the case of a usage method close to direct illumination such as a backlight, there are problems such as eye fatigue caused by direct viewing of light from a fluorescent lamp for a long time, or effects on the human body caused by eye fatigue.
[0003]
  Semiconductor light-emitting elements such as light-emitting diodes (LEDs) directly convert electrical energy into light energy, and thus have a higher efficiency and do not generate heat during light emission compared to incandescent bulbs such as halogen lamps and fluorescent lamps. Incandescent bulbs convert electrical energy into thermal energy once and use the radiation associated with the heat generation. The conversion efficiency is low in principle, and the conversion efficiency to light exceeds 1%. Absent. In the fluorescent lamp, electric energy is converted into discharge energy, and this also has a low conversion efficiency. On the other hand, in an LED, the conversion efficiency can be about 20% or more, and a conversion efficiency of about 100 times or more can be easily achieved as compared with an incandescent bulb or a fluorescent lamp. Furthermore, semiconductor light emitting devices such as LEDs have a long life that can be considered semi-permanent, and there is no problem of flickering as in the case of fluorescent light.
[0004]
  Although LEDs have such excellent features, the application of LEDs is limited to a very limited range such as display lamps for control panels of various devices and display devices such as electric bulletin boards, and LEDs are used in lighting devices. There have been few examples. Recently, some LED application products for illumination of keyholes are also known, but they can only illuminate a small area. Apart from these special cases, LEDs are generally not used for illumination.
[0005]
  Although the brightness of the LED is extremely high, the light emission area of one LED is 1 mm.²This is due to the fact that a sufficient light beam as a lighting fixture cannot be obtained due to the small area.
[0006]
  As described above, when the conventional optical system is used, the illuminance on the surface to be illuminated does not reach the desired illuminance by light emission of one LED. That is, the luminous flux per unit area on the surface illuminated by light is insufficient.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
  To obtain a desired illuminance, if a lighting device (lighting fixture) is assembled by simply arranging a large number of relatively expensive LEDs, too many LEDs are required, resulting in too much It's too expensive to be realistic.
[0008]
  The present invention has been made to solve the above problems. Accordingly, the object of the present invention is to provide a plurality ofLED chipThe minimum number requiredOr one LED chipIt is to provide an optical medium capable of obtaining a desired illuminance by using.
[0009]
  Other objects of the present invention are unnecessarily numerous.LED chipWithout needingOne orpluralLED chipIt is an object of the present invention to provide an optical medium that can be used for a small and bright light-emitting body that efficiently extracts the potential light energy.
[0010]
  Still another object of the present invention is to provide an optical medium that can be used for a light-emitting body that is inexpensive, has sufficient illuminance, and has stability and reliability over a long period of time.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  A feature of the present invention is that a top portion formed of a single curved surface, a cylindrical side surface, a rear surface facing the top portion, and a cylinder formed concentrically with the cylindrical side surface from the rear surface toward the top portion. A concave portion of the mold, and the concave portion has a bottom portion facing the top portion and a side wall portion formed of a cylindrical continuous surface continuous to the bottom portion, and has a cylindrical outer shape constituting the side surface and a side wall portion of the concave portion. The inner diameter of the cylinderIn the cylindrical part betweenThe gist is that the wall thickness is 2 to 3 times the inner diameter or more, and both the side wall and the bottom function as an optical incident surface and the top functions as an output surface. .here,For example, the optical medium can be constituted by a bullet-shaped shape composed of a cylindrical side surface and a hemispherical apex (outgoing surface). This optical medium further has a recess for accommodating one or a plurality of LED chips. Here, the recessed part is comprised from the said entrance plane and the side wall part formed continuously in this entrance plane. That is, the bottom of the recess functions as the incident surface. For example, the concave portion can be constituted by a bullet-shaped shape having a cylindrical side surface and a hemispherical bottom.
[0012]
  Specifically, the entrance surface and the exit surface may exist as end surfaces of the light transmission unit. As the “transparent solid”, transparent resins such as acrylic resins, various glass materials such as quartz glass, soda-lime glass, borosilicate glass, lead glass, and transparent plastic materials can be used. Alternatively, a crystalline material such as zinc oxide (ZnO), zinc sulfide (ZnS), or silicon carbide (SiC) may be used.
[0013]
  LED chipIs composed of a predetermined semiconductor substrate, a multi-layered semiconductor layer continuously epitaxially grown thereon, an electrode layer, and the like. Naturally, this “multilayer semiconductor layer” includes a pn junction or a pin junction layer. Since the semiconductor light emitting element does not have a remarkable heat generating action in light emission, the inside of the concave portion of the optical medium according to the feature of the present invention is “One orpluralLED chip”Is not thermally affected by the heat generation effect.
[0014]
  According to the optical medium according to the features of the present invention,One orpluralLED chipCan be used, and desired illuminance can be easily obtained without requiring a large number of them. This illuminance is an illuminance that cannot be achieved by a conventionally known optical system such as a lens. That is, illuminance that cannot be predicted by conventional technical common sense can be realized. It should be noted that either one of the entrance surface and the exit surface can include a flat surface with an infinite curvature radius or close to infinity. This is because the convergence and divergence of light can be controlled if either one of the entrance surface and the exit surface has a predetermined (finite) radius of curvature that is not infinite. It should also be noted that the “predetermined divergence angle” may include 0 °, ie, parallel rays. Even if the divergence angle is 90 °, the concave portionOne orpluralLED chipIs almost completely optically covered, so that the light can be effectively collected. This is an operation that is impossible with a conventional optical system such as a lens. That is, the inner wall portion of the concave portion other than the incident surface (bottom portion) can also function as an effective light incident portion.
[0015]
  Specifically, a plurality of features according to features of the present inventionLED chipEach of these is preferably stacked vertically on the main surface of the chip. Here, the “main surface” is a plane of parallel flat plates facing each other and means to exclude side surfaces of end portions. That is, the “main surface” is either the front surface or the back surface. Multiple stacked vertically on the main surfaceLED chipTherefore, an extremely bright light emitter can be realized. Also,One orpluralLED chipEach of these may be molded into a disk shape. If the bullet mold is resin-molded, the diameter of the bullet is 3 mm to 6 mm.LED chipCannot be placed close together. When molded into a disk shape, the occupied area is small and multipleLED chipCan be regarded as a point light source as a whole.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Next, first to fourth embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Accordingly, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
[0017]
(First embodiment)
  FIG. 1A is a schematic bird's-eye view showing an optical medium according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a corresponding cross-sectional view. As shown in FIG. 1, the light emitter including the optical medium according to the first embodiment of the present invention has a plurality of lights that emit light of a predetermined wavelength.LED chip201, 202, 203, 204,...LED chip201, 202, 203, 204,... Is at least composed of an optical medium 116 that accommodates almost completely. In particular,LED chip201, 202, 203, 204,... Are molded into disk-type packages (hereinafter, LED chips 201, 202, 203, 204,. Are referred to as “disk type LEDs 201, 202, 203, 204,...”). The optical medium 116 connects the entrance surface, the exit surface that emits light incident from the entrance surface, the entrance surface and the exit surface,LED chipAnd an optical transmission unit made of a solid transparent to the wavelength of the light emitted from. As shown in FIG. 1, the optical medium 116 has a bullet shape including a cylindrical side surface and a hemispherical top. Further, the bullet type optical medium 116 has a concave portion for accommodating the disk type LEDs 201, 202, 203, 204,. The concave portion is composed of the incident surface and a side wall portion formed continuously with the incident surface. That is, the bottom of the recess functions as the incident surface. In FIG. 1, the recess is formed in a bullet shape having a cylindrical side surface and a hemispherical bottom. The inner diameter of the cylinder constituting the side surface of the recess can be about 2 mm to 6.5 mm. On the other hand, the outer diameter of the cylinder constituting the side surface of the optical medium 116 can be selected from about 10 mm to 50 mm.
[0018]
  The outer diameter of the cylinder constituting the side surface of the optical medium 116 and the inner diameter of the cylinder constituting the side surface of the recessIn the cylindrical part betweenThe wall thickness may be selected to be about the same as the inner diameter of the cylinder constituting the side surface of the recess, about 2 to 3 times, or more.
[0019]
  A plurality of disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,... In FIG. 1 are arranged on a film substrate 23 formed into a bullet shape. In FIG. 1, a gap is shown as if there is a gap between the incident surface serving as the bottom of the recess and the plurality of disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,. The type LEDs 201, 202, 203, 204,... Are preferably arranged so as to be in close contact with the incident surface in order to obtain brighter light emission. The film substrate 23 can use a flexible organic material. For example, a thin polyethylene terephthalate (PET) thin film or polyimide thin film having a thickness of about 25 μm to 50 μm can be used as the material of the film substrate 23. As shown in FIGS. 2A and 2B, aluminum (Al) wirings 221, 222, 223, 224, 225,... Having a thickness of about 5 μm to 15 μm are formed on the surface of the film substrate 23. Patterned. The Al wirings 221, 222, 223,... May be patterned by an etching method after an Al thin film is deposited on the entire surface of the film substrate 23. The Al wirings 221, 222, 223,... May be patterned using a screen printing method. By patterning the Al wirings 221, 222, 223,..., Openings at which the film substrate 23 is exposed are periodically formed at predetermined locations on the surface of the film substrate 23. This opening is a rectangular window for mounting the disk-type LEDs 201, 202, 203,. As shown in FIG. 2 (b), the disk type LEDs 201, 202, 203,... Are provided inside the ceramic packages 311, 312, 313, 314,. 303, 304,... Are arranged. The disk type LEDs 201, 202, 203,... And the Al wirings 221, 222, 223,... Are made of solders 211a, 211b, 212a, 212b, 213a, 213b,. Connected to each other. And both ends of the Al wirings 221, 222, 223,... Are connected to the first pin 21 and the second pin 22, respectively. As shown in FIG. 1B, the plurality of disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,... Are molded with a resin 24 inside the concave portion of the optical medium 116.
[0020]
  In the first embodiment of the present invention, since the plurality of disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,... Are almost completely confined in the recesses of the optical medium 116, the stray light component is included. Any output light component emitted from the semiconductor chip can effectively contribute to illumination. That is, the inner wall portion of the recess other than the incident surface (bottom portion) can also function as an effective light incident portion. Further, between the plurality of disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,... And the concave portion of the optical medium 116, light components reflected at the respective interfaces are multiple-reflected to form stray light components. . In a conventionally known optical system such as a lens, these stray light components cannot be extracted so as to contribute to illumination. However, since these stray light components are also confined inside the recesses in the first embodiment of the present invention, they can eventually become components that can contribute to illumination. As a result, it does not depend on the light extraction efficiency such as the shape of the resin mold (resin sealing body) 24, the reflection component between the optical systems, etc. The light energy of the disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,.
[0021]
  Thus, according to the light emitter provided with the optical medium according to the first embodiment of the present invention, a large number of the plurality of disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,. Therefore, it is possible to secure a light beam having a desired irradiation area as a light beam contributing to illumination and easily obtain a desired illuminance. This illuminance is an illuminance that cannot be achieved by a conventionally known optical system such as a lens.
[0022]
  As the plurality of disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,... Used for the optical medium according to the first embodiment of the present invention, LEDs of various colors (wavelengths) can be used. . However, for illumination purposes such as a flashlight, white LEDs are preferred because they are natural to the human eye. That is, this white LED is used as a plurality of disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,... Shown in FIG. If a battery case and a battery (for example, an AA battery) in the battery case are accommodated so that a predetermined voltage can be applied, a pen-type slender flashlight (portable lighting device) is completed. A structure in which a plurality of white disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,... Are connected to the anode and cathode of this battery, respectively. As a result, a flashlight (portable lighting device) with a simple structure and a low manufacturing unit price can be provided. This flashlight (portable lighting device) is excellent in stability and reliability over a long period of time, and particularly has a long battery life because of low power consumption.
[0023]
  As the optical medium 116 according to the first embodiment of the present invention, a transparent resin such as an acrylic resin, various glass materials such as quartz glass, soda lime glass, borosilicate glass, lead glass, and a transparent plastic material are used. Is possible. Alternatively, a crystalline material such as zinc oxide (ZnO), zinc sulfide (ZnS), or silicon carbide (SiC) may be used. Among these, a transparent resin such as an acrylic resin, a transparent plastic material, and the like are suitable materials for mass-producing the optical medium 116. That is, once a mold is made and molded by this mold, the optical medium 116 can be easily mass-produced.
[0024]
  The plurality of disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,... May be connected in series as shown in FIG. 3, or may be connected in parallel as shown in FIG. In the case of series connection, the current limiting circuit 12 may be connected in series with the drive circuit 11 so that excessive current does not flow through the plurality of disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,. In the case of parallel connection, each LED, ie D₁, D₂, ..., D_n-1, D_nCurrent limiting resistor R in series with₁, R₂, ..., R_n-1, R_nAnd a power supply voltage may be supplied via the drive circuit 11.
[0025]
  A highly insulating sapphire substrate is used as an epitaxial growth substrate of a gallium nitride (GaN) -based semiconductor material. For this reason, normally, the anode electrode and the cathode electrode of the blue LED are both taken out from the surface side of the epitaxial growth layer of the GaN-based semiconductor material. Since this sapphire substrate is transparent to the wavelength of the blue LED, if a predetermined optical design is used such as using a transparent material at the bottom of the disk-type package on which the blue LED is mounted, the light emitted from the blue LED is emitted from the substrate. It is also possible to take out from the back direction. In such a case, as shown in FIG. 5, it is preferable to arrange a rear mirror 26 on the rear surface of the optical medium 116. In FIG. 5, the rear mirror 26 covers almost the entire side surface of the optical medium 116, but it may be formed so as to cover only a part of the side surface of the optical medium 116. May be omitted. The rear mirror 26 is formed by grinding a metal such as Al, brass, stainless steel or the like into a shape shown in FIG. 5 using a lathe or a milling machine or by a press machine, and then polishing the surface. It ’s fine. Furthermore, it is preferable to apply nickel (Ni) plating or gold (Au) plating to these surfaces because the reflectance is improved. As an inexpensive and simple method, a structure in which a metal thin film having a high reflectance such as an Al thin film is bonded may be used. Alternatively, a structure in which a thermoplastic resin is processed into the shape shown in FIG. 5 by extrusion molding or injection molding, and a metal thin film or a dielectric multilayer film having a high reflectance such as an Al foil is deposited on the surface by vacuum deposition or sputtering, or A structure in which a highly reflective polyester white film or the like is adhered may be used. Further, a structure in which a metal thin film or dielectric multilayer film having a high reflectance is directly deposited on the rear surface of the optical medium 116 by vacuum deposition or sputtering, a structure in which a metal thin film having a high reflectance is formed by plating, or a composite film of these may be used. Absent.
[0026]
  A plurality of disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,... In FIG. 5 are mounted on the film substrate 23, and the first pin 21 and the second pin 22 are formed by Al wiring as in FIG. It is connected to the. In FIG. 5, the gap is shown as if there is a gap between the incident surface serving as the bottom of the recess and the plurality of disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,. It is preferable to arrange the type LEDs 201, 202, 203, 204,... In close contact with the incident surface in order to obtain brighter light emission. The rear mirror 26 has a hole through which the first pin 21 and the second pin 22 penetrate, so that the first pin 21 and the second pin 22 are not electrically short-circuited to the rear mirror 26. We are considering. If the film substrate 23 formed into a bullet shape is made of a transparent material and the resin 24 filled in the bullet type film substrate 23 is also made of a transparent material, a plurality of disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,. The light emission from... Also proceeds in the reverse direction (right direction in FIG. 5). The light output in the right direction (back direction) from the plurality of disk type LEDs 201, 202, 203, 204,... Is reflected by the rear mirror 26, and the plurality of disk type LEDs 201, 202, 203, 204,. Output from the surface to the left. Eventually, the light output in the right direction (back direction) of the plurality of disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,... Is also combined with the light traveling in the surface direction (left direction in FIG. 5) and emitted. A given angle of divergence is given by the surface. As described above, in the first embodiment of the present invention, the plurality of disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,... Are almost completely confined in the recesses of the optical medium 116. Since the rear mirror 26 is disposed on the rear surface, all of these stray light components can be output from the front surface which finally becomes the light emitting surface. Therefore, all stray light components can contribute to illumination effectively. That is, when attention is paid to the concave portion, the inner wall portion of the concave portion other than the incident surface also functions as an effective light incident portion, and the stray light component transmitted through the inner wall portion is reflected by the rear mirror 26 and finally the light emitting surface. Can be output from the side. In addition, components reflected multiple times at the respective interfaces between the plurality of disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,... And the recesses of the optical medium 116 are also confined within the recesses, and the rear mirror 26 Is reflected inside and led to the front side which becomes the light emitting surface. As a result, all these multiple reflection components are finally output from the light emitting surface.
[0027]
  Thus, according to the light emitter provided with the optical medium according to the first embodiment of the present invention, the number of the plurality of disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,. Without requiring a large number, a light beam having a desired irradiation area can be secured as a light beam contributing to illumination, and a desired illuminance can be easily obtained. This illuminance is an illuminance that cannot be achieved by a conventionally known optical system such as a lens.
[0028]
  In FIG. 5, the front surface (outgoing surface) of the optical medium 116 has a light emitting surface formed of a convex curved surface. However, FIG. 5 is an example, and various shapes can be adopted as the exit surface according to the purpose, and an optical medium having a light emitting surface composed of a concave exit surface may be used. When a concave emitting surface is used as the light emitting surface, the light tends to be dispersed, so that uniformity suitable for various backlights (indirect illumination systems) can be obtained.
[0029]
(Second Embodiment)
  In the light emitter provided with the optical medium according to the first embodiment of the present invention,LED chipAlthough 201, 202, 203, 204,... Have been described as being molded into a disk-type package, they may be placed on a film substrate 23 formed into a bullet shape in a bare chip state. It doesn't matter. The bare chip is preferable because it can be arranged in a closer state. That is, in the description of the light emitter provided with the optical medium according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 6 and 7, the LEDs 201, 202, 203, 204,. ... shows a specific structure in the case of arranging on the film substrate 23 formed into a bullet shape. Since the structure of the optical medium 116 may be the same as that of the optical medium according to the first embodiment of the present invention, description thereof is omitted.
[0030]
  The LED chip is made of sapphire (Al₂O₃) An n-type semiconductor layer 402, an active layer 403, and a p-type semiconductor layer 404 stacked on a substrate 401 via a buffer layer (not shown). Sapphire (Al₂O₃The substrate 401 is fixed to the film substrate 23 with an adhesive 502. The anode electrode 405 can be formed on almost the entire top surface of the p-type semiconductor layer 404. In order to improve ohmic contact characteristics between the anode electrode 405 and the p-type semiconductor layer 404, a contact layer (not shown) made of a GaN-based p-type semiconductor is formed between the anode electrode 405 and the p-type semiconductor layer 404. Is preferred. The anode electrode 405 may be composed of an electrode layer that is transparent to the light emission of the active layer 403. Specifically, tin (Sn) -doped indium oxide (ITO) or tin oxide (SnO)₂Metal oxides such as are preferred. Alternatively, the metal may be formed to be sufficiently thin and used as the transparent electrode layer 405. The cathode electrode 406, which is the other electrode layer, does not have to be particularly transparent. A bonding pad portion is provided on a part of the anode electrode 405, and a beam lead 512 made of a copper (Cu) foil is connected to the bonding pad portion. Similarly, the cathode electrode 406 is connected to a beam lead 511 made of copper foil. The beam leads 511 and 512 are respectively connected to the Al wirings 221 and 222 by a conductive adhesive layer 501.
[0031]
  The LED chip may be mounted by flip chip using solder balls 411 and 412 as shown in FIG. In FIG. 7, the anode electrode 405 is connected to the Al wiring 221 using a solder ball 411, and the cathode electrode 406 is connected to the Al wiring 222 using a solder ball 412. If the film substrate 23 is a transparent substrate, light can be emitted in two directions, the upper surface and the lower surface. The light emitted on the lower surface may be reflected by the rear mirror 26 and returned to the upper surface direction as in FIG.
[0032]
(Third embodiment)
  The exit surface of the optical medium 117 of the present invention may be a surface having a plurality of curvatures as shown in FIG. Others are basically the same as those in FIG. The exit surface of the optical medium 117 shown in FIG. 8 may be a fish-eye lens structure as shown in FIG. 9 or a concentric curved surface as shown in FIG.
[0033]
  Each of the lenses constituting the fisheye lens shown in FIG. 9 has a one-to-one correspondence with each of the plurality of disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,. More specifically, as shown in FIG. 11, high refractive index regions 249, 250, 251,... Corresponding to the plurality of disk-type LEDs 201, 202, 203,. You may guide | lead to each corresponding output surface. The structure of FIG. 11 can be manufactured by fusing plastic optical fibers. As described above, it is preferable that the plurality of disk-type LEDs 201, 202, 203, 204,... Be disposed in close contact with the incident surface serving as the bottom of the recess.
[0034]
(Fourth embodiment)
  A light emitter including the optical medium according to the first to third embodiments of the present invention includes a plurality of light emitters.LED chip201, 202, 203, 204,... Are arranged in a so-called quasi-planar (quasi-two-dimensional) manner on the surface of the film substrate 23 formed into a bullet shape. In this case, the reality is that eachLED chipSince there are multiple optical axes of output light corresponding toLED chip201, 202, 203, 204,... May be difficult to consider as point light sources. As shown in FIG. 12, a light emitter including an optical medium according to the fourth embodiment of the present invention includes a plurality of light emitters.LED chip61, 62, 63,... Are stacked in the vertical direction on the main surface of the chip, and the optical axes of the respective output lights are aligned. As described above, the “main surface” is two planes of parallel plates facing each other,LED chipEach of pn junction surfaces 201, 202, 203, 204,... FIG. 13 shows a plurality ofLED chipIt is a figure explaining the lamination | stacking state of 61,62,63, ... in detail. For simplicity, a three-layered structure is shown, but it is needless to say that a multilayer of four or more layers may be used. In FIG. 13, the first layerLED chipThe (first layer LED) 61 includes an n-type semiconductor layer 612, an active layer 613, and a p-type semiconductor layer 614 stacked on a sapphire substrate 611. The sapphire substrate 611 is fixed to the support base 64 with an adhesive 602. The anode electrode 615 can be formed on almost the entire top surface of the p-type semiconductor layer 614. The central portion of the anode electrode 615 may be formed of an electrode layer that is transparent to the light emission of the active layer 613. The frame-shaped peripheral portion of the anode electrode 615 is made of a relatively thick gold (Au) thin film of about 0.5 μm to 2 μm for bonding. The cathode electrode 616 does not have to be particularly transparent. A TAB lead (beam lead) 617 made of copper (Cu) foil is connected to the frame-shaped peripheral portion of the anode electrode 615. Similarly, the cathode electrode 616 is connected to a TAB lead (beam lead) 618 made of copper foil. Second layerLED chipThe (second layer LED) 62 includes an n-type semiconductor layer 622, an active layer 623, and a p-type semiconductor layer 624 stacked on the sapphire substrate 621. The sapphire substrate 621 is made of a first layer by a transparent adhesive 605.LED chipIt is fixed on 61. The anode electrode 625 can be formed on almost the entire upper surface of the p-type semiconductor layer 624. The central portion of the anode electrode 625 may be configured with an electrode layer that is transparent to the light emission of the active layer 623. The frame-like peripheral portion of the anode electrode 625 is made of a relatively thick gold (Au) thin film of about 0.5 μm to 2 μm for bonding. The cathode electrode 626 need not be particularly transparent. A TAB lead (beam lead) 627 made of a copper (Cu) foil is connected to the frame-shaped peripheral portion of the anode electrode 625. Similarly, the cathode electrode 626 is connected to a TAB lead (beam lead) 628 made of copper foil. Similarly, the third layerLED chipThe (third layer LED) 63 includes an n-type semiconductor layer 632, an active layer 633, and a p-type semiconductor layer 634 stacked on the sapphire substrate 631. The sapphire substrate 631 is made of the second layer by the transparent adhesive 606.LED chipIt is fixed on 62. The anode electrode 635 can be formed on substantially the entire top surface of the p-type semiconductor layer 634. The central part of the anode electrode 635 may be formed of an electrode layer that is transparent to the light emission of the active layer 633. The frame-shaped peripheral portion of the anode electrode 635 is made of a relatively thick gold (Au) thin film of about 0.5 μm to 2 μm for bonding. The cathode electrode 636 need not be particularly transparent. A TAB lead (beam lead) 637 made of a copper (Cu) foil is connected to the frame-shaped peripheral portion of the anode electrode 635. Similarly, the cathode electrode 636 is connected with a TAB lead (beam lead) 638 made of copper foil. TAB leads (beam leads) 617, 627, 637, 618, 628, 638 and bonding pads 615, 625, 635, 616, 626, 636 are connected by thermocompression bonding, ultrasonic bonding, gold (Au) bump, A technique used in normal TAB bonding such as solder may be used. The TAB leads (beam leads) 617, 627, and 637 are connected to the terminal 603 by a conductive adhesive, solder, or the like. The TAB leads (beam leads) 618, 628, and 638 are connected to the terminal 604 by a conductive adhesive, solder, or the like. pluralLED chip61, 62, 63 are molded with a resin sealing body 608.
[0035]
  As shown in FIG. 12, the terminal 603 is connected to the second pin 22, and the terminal 604 is connected to the first pin 21. The terminal 603 and the terminal 604 are drawn out through a through hole provided in the rear mirror 26 via the reinforcing tool 65. If the resin 24 filled in the concave portion of the optical medium 116 is also made of a transparent material, a plurality ofLED chipLight emission from 61, 62, 63 also proceeds in the rear surface direction (right direction in FIG. 12). This multipleLED chipThe light that is output in the right direction (back direction) from 61, 62, 63 is reflected by the rear mirror 26, and a plurality of light beams are output.LED chipFrom the surface of 61,62,63, it outputs to the left direction. After all, multipleLED chipThe light output in the right direction (back direction) of 61, 62, 63 is also combined with the light traveling in the surface direction (left direction in FIG. 12), and a predetermined divergence angle is given by the emission surface. Thus, in the fourth embodiment of the present invention, a plurality ofLED chip61, 62, and 63 are almost completely confined in the recess of the optical medium 116, and a rear mirror 26 is disposed on the rear surface of the optical medium 116. For this reason, all light including light that can be a stray light component can be output along the almost same optical axis from the front surface that eventually becomes the light emitting surface. Therefore,LED chipAll the luminescent components emitted in various directions 61, 62, and 63 are effectively collimated and can contribute to illumination.
[0036]
  pluralLED chip61, 62, 63, ... are not necessarily the same LED chip. That is, multipleLED chipVarious types and structures can be used as 61, 62, 63,. For example, multipleLED chipIf three LED chips of red (R), green (G), and blue (B) are vertically stacked as 61, 62, and 63, white output light can be output as a whole. In the case of three LED chips of red (R), green (G) and blue (B), as a red (R) LED chipAl_xGa_1-xAs as the green (G) LED chip, Al_xGa_yIn_1-xyIn as P and GaP and blue (B) LED chips_xGa_1-xN or ZnSe can be used. In this case, Al_xGa_1-xAs, Al_xGa_yIn_1-xyP, GaP, etc. need not use a sapphire substrate.
[0037]
  Or a compound semiconductor mixed crystal such as a ternary system, a quaternary system, a quaternary system,.LED chip61, 62, 63,... May be selected and the respective compositions may be changed. For example, In_xAl_yGa_1-xyA plurality of NLED chip61, 62, 63,... May be selected and light in the spectral band of green (G) to blue (B) may be output by changing the respective compositions.
[0038]
  Furthermore, although there is a defect that the optical axis is dispersed, as shown in FIG.LED chip61a, 62a, 63a, a plurality of stacked verticallyLED chip61b, 62b, 63b, a plurality of stacked verticallyLED chip61c, 62c, and 63c may be arranged on the bullet-shaped support base 67 in a quasi-planar manner. In this case, 3 × 3 = 9 times the brightness can be obtained. Laminated in 3 layersLED chipIf 5 stacks are arranged in a quasi-planar manner, it is possible to obtain 3 × 5 = 15 times the brightness. In FIG. 14, the support base 67 made of a transparent resin formed into a bullet shape is used, but a film substrate as in the first embodiment may be used. Moreover, you may use the support stand 64 which has a mount surface which consists of a plane like FIG. A plurality of support bases 64 having a mounting surface having a flat surface as shown in FIG.LED chip-If the stacks are arranged close to each other, it is possible to obtain a powerful output almost in a state close to a point light source.
[0039]
(Other embodiments)
  As described above, the present invention has been described according to the first to fourth embodiments. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
[0040]
  For example, a lighting fixture or the like may be configured by arranging a plurality of light emitters including the optical media according to the first to fourth embodiments. In this case, three colors of red, green and yellow arranged two-dimensionally in a disk shape may be prepared and used for a traffic light.
[0041]
  The fluorescent material is mixed with the transparent resin or glass material used in the optical medium of the present invention, or a fluorescent material layer is formed on the surface of the optical medium. It is also possible to obtain
[0042]
  If high illuminance is not required, only one LED chip molded in a disk-type package or only one LED chip in a bare chip state may be stored in the recess of the optical medium of the present invention. . Even with only one LED chip, a sufficiently bright illuminance can be obtained as compared with the prior art.
[0043]
  As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.
[0044]
【The invention's effect】
  According to the present invention,One orpluralLED chipIt is possible to provide an optical medium that can be used for a light-emitting body that can obtain a desired illuminance without using a large number of them.
[0045]
  Moreover, according to the present invention,One orpluralLED chipIt is possible to efficiently extract the potential light energy and to achieve an illuminance that cannot be achieved by a conventionally known optical system such as a lens.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic bird's-eye view showing a light emitter provided with an optical medium according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a corresponding cross-sectional view. .
2 (a) is a cross-sectional view for explaining details when the plurality of disk-type LEDs of FIG. 1 are arranged on a bullet-shaped film substrate. FIG. 2 (b) corresponds to FIG. FIG.
FIG. 3 is a circuit diagram when a plurality of disk-type LEDs are connected in series.
FIG. 4 is a circuit diagram when a plurality of disk-type LEDs are connected in parallel.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a light emitter provided with an optical medium according to a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 shows a specific structure in a case where a bare chip LED is arranged on a bullet-shaped film substrate in a light emitter including an optical medium according to a second embodiment of the present invention. It is typical sectional drawing.
FIG. 7 shows another specific structure in the case where an LED in a bare chip state is disposed on a bullet-shaped film substrate in a light emitter including an optical medium according to the second embodiment of the present invention. It is a typical sectional view showing.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a light emitter provided with an optical medium according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic bird's-eye view showing a light emitter including an optical medium according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic bird's-eye view showing a light emitter including an optical medium according to a modification (first modification) of the third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a light emitter provided with an optical medium according to a modification (second modification) of the third embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a light emitter provided with an optical medium according to a fourth embodiment of the present invention.
13 shows a plurality of FIG.LED chipIt is typical sectional drawing explaining the lamination state of this in detail.
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing a light emitter including an optical medium according to a modification of the fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
  11 Drive circuit
  12 Current limit circuit
  21 First pin
  22 Second pin
  23 Film substrate
  24, 25 resin
  26 Rear view mirror
  61, 62, 63, 61a, 62a, 63a, 61b, 62b, 63b, 61c, 62c, 63cLED chip
  64, 67 Support stand
  65 Reinforcing tool
  116,117 Optical media
  201, 202, 203, 204 Disc LED
  221, 222, 223, 224, 225 Aluminum (Al) wiring
  211a, 211b, 212a, 212b, 213a, 213b, 214a, 214b Solder
  301, 302, 303, 304 LED chip
  311, 312, 313, 314 Ceramic package
  401, 611, 621, 631 Sapphire (Al₂O₃)substrate
  402,612,622,632 n-type semiconductor layer
  403, 613, 623, 633 Active layer
  404, 614, 624, 634 p-type semiconductor layer
  405, 615, 625, 635 Anode electrode
  406, 646, 626, 636 Cathode electrode
  411, 412 solder balls
  501 Adhesive layer
  502,602 Adhesive
  511, 512 Beam lead
  603 and 604 terminals
  605,606 Transparent adhesive
  608 Resin encapsulant
  617, 627, 637, 618, 628, 638 TAB lead

Claims

A top of a single curved surface,
A cylindrical side surface;
A rear surface facing the top,
A cylindrical recess formed concentrically with the cylindrical side surface from the rear surface in the direction of the top portion, and accommodating one or a plurality of LED chips as a light source. Between the outer shape of the cylinder forming the side surface and the inner diameter of the cylinder forming the side wall portion of the recess. The thickness of the cylindrical portion is 2 to 3 times or more than the inner diameter, and both the side wall portion and the bottom portion function as an incident surface for light from the light source, and the top portion is the An optical medium that functions as a light exit surface.

The optical medium according to claim 1, wherein the top portion forms a surface having a plurality of curvatures.

The optical medium according to claim 1, wherein a fluorescent substance is mixed in the optical medium.

The optical medium according to claim 1, wherein a layer of a fluorescent material is formed on a surface of the optical medium.