JP4754723B2 - 発光ダイオードランプ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、1又は複数の発光ダイオード(以下、LEDという)チップを備えるLEDランプに関する。
【0002】
【従来の技術】
窒化ガリウム系半導体を含み、紫外、青色、青緑色、純緑色等の色を発光する短波長LEDチップ、及び高輝度赤色LEDチップ等、種々の色の光を発光するLEDチップが実用化されており、例えば青、赤、緑の3つのLEDチップを搭載し、各チップの輝度を調整して発色することにより、種々の色を発光するLEDランプが実用化され、フルカラーディスプレイ等に用いられている。そして、複数のLEDチップをひとつのランプに搭載させるか、又はLEDチップと蛍光体とを組み合わせることにより、白色発光するLEDランプが将来の照明用光源として期待されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上述した複数のLEDチップを備えるLEDランプにおいては、一般にLEDチップが樹脂モールドにより覆われているが、樹脂モールドの先端部は凸レンズをなし、LEDチップがレンズ下部の異なる位置に配置されているので、各LEDチップから出射する光の放射パターンが異なり、見る方向によってLEDランプの色が異なるという問題があった。
【0004】
従来、赤色及び黄緑色のLEDチップを組み合わせた3色LEDランプ(赤、橙、黄緑に見える)においては、発光点を同じに見せるために、モールド樹脂部に多量の拡散材を添加し、ランプ全体で発光しているように見せるものがあった。
しかしながら、このLEDランプは、拡散材として白色の微粒子を用いるために、太陽光及び室内の照明光等の外部からの光を反射させ、LEDが点灯していない場合でも白く見え、点灯している場合には光が白っぽくみえて彩度が低下すること、また多量の拡散材をモールド樹脂部全体に添加するため、モールド樹脂部のレンズ効果が失われ、広範囲に光が拡散し、指向性が制御できないこと等、フルカラーディスプレイで画像を表示する用途には不向きであるという問題があった。
【0005】
従って、青色、純緑色のLEDの実用化により可能になったフルカラーディスプレイ向けのLEDランプにおいては、拡散材を用いなかったり、その配合を少なくしたりしているが、見る方向によって各チップからの光の混合比が異なり、意図したものとは異なる色に見えるという問題が生じていた。
【0006】
そして、LEDチップと、LEDチップにより励起されて蛍光を発する蛍光体とを組み合わせた白色等のLEDランプにおいては、良好な発色を得るために、ランプ全体に蛍光体及び拡散材を混合する必要があったが、この蛍光体及び拡散材を混合した部分が厚くなるために、光が反射及び拡散され、LEDランプ前面以外への出射量が多くなり、発光効率が悪くなるという問題があった。
【0007】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、LEDチップを封止し、LEDチップから出射した光をレンズ部に伝送する芯部と、該芯部を包囲し、屈折率が前記芯部の屈折率より低い材料からなる芯部被覆部とを有する導光体部を備えることにより、LEDチップから出射した光が集光されてレンズ部に入射して良好に発色し、同一点から発光しているように見え、どの角度から見ても色が略等しく見えるLEDランプを提供することを目的とする。
【0008】
また、本発明は、導光体部の芯部が先細の形状を有することにより、より効果的に集光された状態で発光することができるLEDランプを提供することを目的とする。
そして、本発明は、レンズ部を、屈折率が芯部被覆部の屈折率と略等しい材料から構成することにより、光が芯部からレンズ部に入射しやすいLEDランプを提供することを目的とする。
さらに、本発明は、レンズ部及び導光体部が、エポキシ樹脂を主成分とすることにより、屈折率の調整が容易であり、取扱いが容易であるLEDランプを提供することを目的とする。
【0009】
また、本発明は、レンズ部と導光体部との境界部の先後に、芯部被覆部の先端部を透過した光がレンズ部に入射するのを防止するための遮光部を備えることにより、指向性が高いLEDランプを提供することを目的とする。
また、本発明は、レンズ部と導光体との境界部の先後に、レンズ部と外部との境界部で反射した光を再度反射させるための反射部を備えることにより、発光効率が良好であるLEDランプを提供することを目的とする。
そして、本発明は、蛍光材及び/又は拡散材を含む端面被覆部を備えることにより、蛍光材及び/又は拡散材を含む領域が小さくても演色及び発色効果が良好であり、発光効率が良好であるLEDランプを提供することを目的とする。
さらに、本発明は、レンズ部が蛍光材及び/又は拡散材を含むことにより、演色及び発色効果が良好であるLEDランプを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
第1発明の発光ダイオードランプは、リードフレーム上に配された複数の発光ダイオードチップと、前記発光ダイオードチップから出射した光を集光するための凸状のレンズ部とを備える発光ダイオードランプにおいて、前記発光ダイオードチップをその基端部で封止し、先細であり、前記発光ダイオードチップから出射した光を前記レンズ部に伝送する芯部、及び該芯部を包囲し、屈折率が前記芯部の屈折率より低い材料からなる芯部被覆部を有する導光体部と、拡散材を含み、略半球状をなし、前記芯部の先端面を被覆する芯部端面被覆部とを備えることを特徴とする。
第1発明においては、各LEDチップから出光した光が前記芯部により集光されてレンズ部に入射するので、良好に発色し、同一点から発光しているように見え、どの角度から見てもLEDランプの色が略等しく見える。
【0012】
第2発明の発光ダイオードランプは、第1発明において、前記レンズ部は、屈折率が前記芯部被覆部の屈折率より高い材料からなることを特徴とする。
第2発明においては、光が前記芯部被覆部から前記レンズ部に入射しにくくなる。
【0013】
第3発明の発光ダイオードランプは、第1又は2発明において、前記レンズ部が、屈折率が前記芯部の屈折率と略等しい材料からなることを特徴とする。
第3発明においては、光が前記芯部から前記レンズ部に入射しやすくなる。
【0014】
第4発明の発光ダイオードランプは、第1乃至第3発明のいずれかにおいて、前記レンズ部及び導光体部が、エポキシ樹脂を主成分とすることを特徴とする。
エポキシ樹脂は、通常のLEDランプのモールド樹脂としても使用されており、このエポキシ樹脂に硫黄及びフッ素等の添加量を調整することにより、屈折率n=1.44〜1.72程度の範囲で調整できることが知られている。また、紫外線及び百数十℃の加熱により容易に硬化させることができるので、取扱いが容易である。
第4発明においては、レンズ部及び導光体部をエポキシ樹脂により構成するので、屈折率の調整が容易であり、取扱いが容易である。
【0015】
第5発明の発光ダイオードランプは、第1乃至第4発明のいずれかにおいて、前記レンズ部と導光体部との境界部の先後に、前記芯部被覆部の先端部を透過した光が前記レンズ部に入射するのを防止するための遮光部を備えることを特徴とする。
第5発明においては、指向性が良好である。
第6発明の発光ダイオードランプは、第1乃至第5発明のいずれかにおいて、前記レンズ部と導光体部との境界部の先後に、前記レンズ部と外部との境界部で反射した光を再度反射させ、再度、前記レンズ部を経て外部へ出射させるための反射部を備えることを特徴とする。
第6発明においては、発光効率が良好である。
【0016】
第7発明の発光ダイオードランプは、第1乃至第6発明のいずれかにおいて、蛍光材を含み、前記導光体部の端面を被覆する導光体部端面被覆部を備えることを特徴とする。
第8発明の発光ダイオードランプは、第1乃至第6発明のいずれかにおいて、前記レンズ部が、蛍光材を含むことを特徴とする。
第7及び第8発明においては、蛍光材により良好に演色することができ、拡散材により各方向に良好に発色することができる。
特に、第7発明においては、導光体部により効果的に集光されているので、蛍光材を含む領域が小さくても、良好な演色及び発色効果が得られ、発光効率が良好である。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係るLEDランプを示す断面図であり、図中1はリードフレームである。
リードフレーム1の表面には、青、赤、緑の各色を発光するLEDチップ2,2,2がダイボンディングにより接着固定されており、LEDチップ2,2,2は各々、ワイヤボンディングによりリードフレーム1、3、4、5と接続されている。なお、青,緑のチップ2,2はリードフレーム1とも接続されているが、図1においては省略している(以下、同様)。
【0018】
LEDチップ2,2,2が実装されたリードフレーム1、及び他のリードフレーム3、4、5の上部は、円筒状の導光体部6の基端部6cによって封止されている。導光体部6は、円板状の基端部6cの中央部に円錐台が連設された芯部6aと、この芯部6aを包囲する芯部被覆部6bとからなる。芯部6a及び芯部被覆部6bは各々エポキシ樹脂を主成分とし、芯部6aの屈折率を芯部被覆部6bの屈折率より高く調整してある。
【0019】
導光体部6の先端面には、芯部6aの先端面より少し大きい孔7aを有し、芯部被覆部6bの先端面を覆うための遮光板7が設けられている。孔7aには、拡散材を混ぜたエポキシ樹脂を滴下することにより、芯部端面被覆部8が形成されている。
【0020】
そして、導光体部6、遮光板7及び芯部端面被覆部8は、円筒状で、端部が凸状のレンズ部9aをなし、屈折率が芯部6aの屈折率と略等しいエポキシ樹脂からなる外装部9に収納されている。
【0021】
以下に、このLEDランプの製造方法について説明する。
図2、図3及び図4は、このLEDランプの製造工程を示す断面図である。
まず、低い屈折率(n=1.44程度)を有し、円筒状のエポキシ樹脂からなる導光体部6の中央部に、芯部6aに対応する凹部6dを形成する(図2(a))。このとき導光体部6の凹部6d以外の部分は芯部被覆部6bとなる。
次に、凹部6dに、高い屈折率(n=1.72程度)を有するエポキシ樹脂を未硬化の状態で流し込み、凹部6dの基端部に、リードフレーム1に青、赤、緑の各色を各々発光するLEDチップ2,2,2をダイボンディングし、該LEDチップ2,2,2をワイヤボンディングによりリードフレーム1、3、4、5と接続させたものを逆向きに挿入した状態で硬化させる(図2(b))。これにより、基端部6cを有する芯部6aが形成される。なお、エポキシ樹脂の屈折率は、硫黄及びフッ素等の添加量を調整することにより、容易に調整することができる。
【0022】
そして、芯部6aの端面が露出するように、導光体部6の端部を切断し、研磨する(図3(c))。
この切断面に、芯部6aの前記端面より少し大きい孔7aを有し、芯部被覆部6bの端面を覆う遮光板7を設ける。そして、孔7aに、芯部6aと同一の屈折率を有するエポキシ樹脂に拡散材を混合して滴下し、硬化させて芯部端面被覆部8を形成する(図3(d))。
【0023】
さらに、外装部9に対応する形状を有する外装部形成用型10に、芯部6aと同一の屈折率を有するエポキシ樹脂を未硬化の状態で充填し、この中に、遮光板7及び芯部端面被覆部8が設けられた導光体部6を逆向きに挿入した後、硬化させて外装部9を形成する(図4(e))。
最後に、外装部形成用型10から抜いて、リードフレーム1、3、4、5を切断して、LEDランプを個別に分離する(図4(f))。
【0024】
以上のようにして製造された実施の形態1に係るLEDランプにおいては、レンズ部9a及び芯部6aの屈折率が芯部被覆部6bの屈折率より高く、各LEDランプ2から出射した光は芯部6aと芯部被覆部6bとの境界面では全反射し、芯部6aで集光された状態で、光が芯部6aの端面からレンズ部9aに入射する。また、この実施の形態においては、遮光板7により芯部被覆部6bからレンズ部9aに光が入射するのが防止されている。そして、拡散材は芯部端面被覆部8にのみ含まれているので、LEDランプは白っぽく見えることはなく、芯部6aが先細の形状を有することと相まって、指向性が良好である。従って、このLEDランプの各LEDチップ2を同時に点灯させた場合、良好に発色し、同一点から発光しているように見え、どの角度から見ても光の色が略等しく見え、発光効率が良好である。
【0025】
実施の形態2.
図5は、本発明の実施の形態2に係るLEDランプを示す断面図であり、図1と同一部分は同一符号を付してある。
このLEDランプのリードフレーム1には、青緑色及び赤色の光を発光するLEDチップ2,2が設けられており、混色によって白色に発光すべくなしてある。このLEDランプにおいては、芯部被覆部6bの端面を覆う、白色の反射板11が設けられている。
【0026】
以下に、このLEDランプの製造方法について説明する。
図6、図7及び図8は、このLEDランプの製造工程を示す断面図である。
まず、芯部6aに対応する形状を有する芯部形成用型12に、高い屈折率(n=1.72程度)を有するエポキシ樹脂を未硬化の状態で充填し、芯部形成用型12の基端部に、リードフレーム1に青緑、赤色を各々発光するLEDチップ2,2をダイボンディングし、該LEDチップ2,2をワイヤボンディングによりリードフレーム1、3、5と接続させたものを逆向きに挿入した状態で硬化させ、芯部6aを形成する(図6(a))。
【0027】
次に、芯部6aを芯部形成用型12から抜き、円筒状の芯部被覆部6bに対応する形状を有する芯部被覆部形成型13に、低い屈折率(n=1.44程度)を有するエポキシ樹脂を未硬化の状態で充填した中に挿入して硬化させる(図6(b))。これにより芯部被覆部6bが形成される。
【0028】
芯部被覆部6bを型から抜いて、芯部6aの端面が露出するように、その端部を切断し、研磨する(図7(c))。
この切断面に、芯部6aの端面より少し大きい孔11aを有し、芯部被覆部6bの端面を覆う反射板11を設ける。そして、孔11aに、芯部6aと同一の屈折率を有するエポキシ樹脂に拡散材を混合して滴下し、硬化させて芯部端面被覆部8を形成する(図7(d))。
その後の図8(e)及び(f)に示す製造工程は、図4(e)及び(f)に示す製造工程と同一である。
【0029】
以上のようにして製造された実施の形態2に係るLEDランプにおいては、反射板11により、芯部6aから出射してレンズ部9aに入射し、レンズ部9aの壁面で反射した光を再度反射させ、外部へ出射させることができるので、発光効率が良好である。
そして、導光体部6により光が集光されるので、各LEDチップ2の動作電流を調整することにより、光がレンズ部9aにおいて良好に白色に発色し、同一点から発光しているように見え、どの角度から見ても白色に見え、発光効率が良好である。
【0030】
実施の形態3.
図9は、実施の形態3に係るLEDランプを示す断面図であり、図1と同一部分は同一符号を付してある。
このLEDランプにおいては、リードフレーム1に紫外域で発光するLEDチップ2が1つ接着固定されており、外装部9には、紫外線を受けて青、赤、緑の蛍光を発する蛍光体及び拡散材が含まれている。
【0031】
図10及び図11は、このLEDランプの製造工程を示す断面図である。
まず、低い屈折率(n=1.44程度)を有し、円筒状のエポキシ樹脂からなる導光体部6の中央部に、芯部6aに対応する凹部6dを形成する(図10(a))。このとき導光体部6の凹部6d以外の部分は芯部被覆部6bとなる。
次に、凹部6dに、高い屈折率(n=1.72程度)を有するエポキシ樹脂を未硬化の状態で流し込み、凹部6dの基端部に、リードフレーム1にLEDチップ2をダイボンディングし、該LEDチップ2をワイヤボンディングによりリードフレーム1、4と接続させたものを逆向きに挿入した状態で硬化させる(図10(b))。これにより、基端部6cを有する芯部6aが形成される。
そして、芯部6aの端面が露出するように、導光体部6の端部を切断し、研磨する(図10(c))。
【0032】
さらに、外装部9に対応する形状を有する外装部形成用型10に、芯部6aと同一の屈折率を有するエポキシ樹脂に、前記3種の蛍光体と拡散材とを混合したものを充填し、この中に、導光体部6を逆向きに挿入した後、硬化させて外装部9を形成する(図11(d))。
最後に、外装部形成用型10から抜いて、リードフレーム1及び4を切断して、LEDランプを個別に分離する(図11(e))。
【0033】
以上のようにして製造された実施の形態3に係るLEDランプにおいては、LEDチップ2から出射し、芯部6aにより集光された光がレンズ部9aで蛍光体により波長変換され、効率良く、演色性高く白色に混色した状態で発光する。また、LEDランプ全体には拡散剤を添加しないので、発光効率は良好である。
【0034】
実施の形態4.
図12は、実施の形態4に係るLEDランプを示す断面図であり、図1と同一部分は同一符号を付してある。
このLEDランプにおいては、リードフレーム1の表面に、青、赤、緑の各色を発光するLEDチップ2,2,2がダイボンディングにより接着固定されており、導光体部6の端面には、拡散材を含み、前記端面を被覆する導光体部端面被覆板14が設けられている。
【0035】
以上のように構成された実施の形態3に係るLEDランプにおいては、LEDチップ2から出射し、芯部6aにより集光された光が、導光体部端面被覆板14で拡散材により拡散された状態でレンズ部9aに入射し、レンズ部9aから効率良く発光する。このとき、光が集光された状態でレンズ部9aに入射するので、同一点から発光しているように見え、どの角度から見ても同じ色に見える。
【0036】
以上、詳述したように、本実施の形態のLEDランプにおいては、LEDチップ2から出射した光が導光体部6により集光されてレンズ部9aに入射するので、効率良く、良好に発色し、どの角度から見てもLEDランプの色が略等しく見える。そして、光を集光させるので蛍光体及び拡散材を含む領域を小さくすることができ、LEDランプは演色性高く発色し、しかも白っぽく見えることがない。
【0037】
なお、前記実施の形態においては、導光体部6をエポキシ樹脂により構成した場合につき説明しているがこれに限定されるものではなく、透明で吸収が少なく、芯部6aと芯部被覆部6bとの屈折率の差を大きく採れるものであればよい。但し、エポキシ樹脂を用いた場合、屈折率の調整が容易であり、取扱いが容易である。
また、前記実施の形態においては、芯部端面被覆部8が拡散材を含む場合につき説明しているがこれに限定されるものではなく、蛍光体を含むことにしてもよい。
そして、LEDチップ2の個数及び導光体部6の形状等は前記実施の形態において説明したものに限定されない。但し、芯部6aは先細の形状を有する方が、効果的に集光することができ、指向性が良好になる。
【0038】
【発明の効果】
第1発明による場合は、LEDチップから出光した光が導光体部により集光されてレンズ部に入射するので、良好に発色し、同一点から発光しているように見え、どの角度から見てもLEDランプの色が略等しく見える。
本発明による場合は、導光体部の芯部が先細の形状を有するので、より効果的に集光され、指向性が良好である。
【0039】
第2発明及び第3発明による場合は、レンズ部の屈折率が芯部被覆部の屈折率より高く、芯部と略等しい材料からなるので、光が芯部被覆部からレンズ部に入射しにくく、光が芯部からレンズ部に入射しやすい。
【0040】
第4発明による場合は、レンズ部及び導光体部がエポキシ樹脂を主成分とするので、屈折率の調整が容易であり、取扱いが容易である。
第5発明による場合は、レンズ部と導光体部との境界部の先後に、遮光部を備えるので、指向性が良好である。
第6発明による場合は、レンズ部と導光体部との境界部の先後に、反射部を備えるので、発光効率が良好である。
【0041】
第7発明においては、蛍光材,拡散材を含む、導光体部端面被覆部,芯部端面被覆部を備えており、導光体部により効果的に集光されているので、蛍光材及び拡散材を含む領域が小さくても、良好に演色及び発色効果が得られ、発光効率が良好である。
第8発明による場合は、レンズ部が蛍光材を含むので、蛍光材により良好に演色することができ、拡散材により各方向に良好に発色することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1に係るLEDランプを示す断面図である。
【図2】 本発明の実施の形態1に係るLEDランプの製造工程を示す断面図である。
【図3】 本発明の実施の形態1に係るLEDランプの製造工程を示す断面図である。
【図4】 本発明の実施の形態1に係るLEDランプの製造工程を示す断面図である。
【図5】 本発明の実施の形態2に係るLEDランプを示す断面図である。
【図6】 本発明の実施の形態2に係るLEDランプの製造工程を示す断面図である。
【図7】 本発明の実施の形態2に係るLEDランプの製造工程を示す断面図である。
【図8】 本発明の実施の形態2に係るLEDランプの製造工程を示す断面図である。
【図9】 実施の形態3に係るLEDランプを示す断面図である。
【図10】 実施の形態3に係るLEDランプの製造工程を示す断面図である。
【図11】 実施の形態3に係るLEDランプの製造工程を示す断面図である。
【図12】 実施の形態4に係るLEDランプを示す断面図である。
Claims (8)
- リードフレーム上に配された複数の発光ダイオードチップと、前記発光ダイオードチップから出射した光を集光するための凸状のレンズ部とを備える発光ダイオードランプにおいて、
前記発光ダイオードチップをその基端部で封止し、先細であり、前記発光ダイオードチップから出射した光を前記レンズ部に伝送する芯部、及び
該芯部を包囲し、屈折率が前記芯部の屈折率より低い材料からなる芯部被覆部
を有する導光体部と、
拡散材を含み、略半球状をなし、前記芯部の先端面を被覆する芯部端面被覆部と
を備えることを特徴とする発光ダイオードランプ。 - 前記レンズ部は、屈折率が前記芯部被覆部の屈折率より高い材料からなる請求項1記載の発光ダイオードランプ。
- 前記レンズ部は、屈折率が前記芯部の屈折率と略等しい材料からなる請求項1又は2記載の発光ダイオードランプ。
- 前記レンズ部及び導光体部は、エポキシ樹脂を主成分とする請求項1乃至3のいずれかに記載の発光ダイオードランプ。
- 前記レンズ部と導光体部との境界部の先後に、前記芯部被覆部の先端部を透過した光が前記レンズ部に入射するのを防止するための遮光部を備える請求項1乃至4のいずれかに記載の発光ダイオードランプ。
- 前記レンズ部と導光体部との境界部の先後に、前記レンズ部と外部との境界部で反射した光を再度反射させ、再度、前記レンズ部を経て外部へ出射させるための反射部を備える請求項1乃至5のいずれかに記載の発光ダイオードランプ。
- 蛍光材を含み、前記導光体部の端面を被覆する導光体部端面被覆部を備える請求項1乃至6のいずれかに記載の発光ダイオードランプ。
- 前記レンズ部は、蛍光材を含む請求項1乃至6のいずれかに記載の発光ダイオードランプ。
Priority Applications (1)
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