JP5100926B2 - レンズ付led光源 - Google Patents
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Description
本発明は、LED光源であって、少なくとも1つのLEDと、LEDが設けられた切欠部を有する基板と、LEDから放射された光の少なくとも部分的な波長変換用のコンバータ材料が含まれている、LEDが埋め込まれた透明材料製の充填部と、材料充填部と接触しているレンズとを有するLED光源に関する。
【0002】
最初期の頃、LEDは、青色又は紫外線光を発生することができるGaNベースで開発された。このLEDを用いて、光源は、波長変換を基礎にして製造することができる。既に実現された技術概念では、LEDから放射された青色光の一部分が、適切なコンバータ材料によって黄色光に変換され、その結果、元の青色光と、変換された黄色光との形成された色混合の結果、白色光が形成される。第2の技術概念では、適切なLEDの紫外線光を、可視スペクトル領域内に変換することが提案されている。
【0003】
コンバータ材料は、両技術概念で、LEDの半導体材料又はLEDを囲む樹脂等の埋め込み材料内に含まれるようにすることができる。
【0004】
構成素子の、放射方向でのビーム強度を高めるために、LED構成素子に、光学レンズを設けて、この光学レンズによって光をフォーカシングし、配向して放射することができる。
【0005】
その種の構成の例は、図1に示されている。この場合、LED構成が使用されており、それは、例えば、論文"SIEMENS SMT-TOPLED fuer die Oberflaechenmontage" , F. Moellmer und G. Waitl 著、定期刊行物 Siemens Components 29 (1991), 4号、147ページに図1と関連して記載されている。このLEDの形式は、極めて小型であり、場合によっては、多数の、その種のLEDを列−又はマトリックス構成に配列することができる。
【0006】
図1の装置構成によるSMT−TOPLEDの場合、LED2は、その電気コンタクト面が、導体バンド5上に取り付けられており、この導体バンド5は、電圧源の一方の極に接続されており、それと対向している、電圧源の他方の極に接続された導体バンド5は、ボンド線6を介してLED2の他方の電気コンタクト面と接続されている。両導体バンド5は、高温で固体の熱可塑性樹脂で射出成型されている。そうすることによって、基板1は、射出成型材内に成型され、この基板内に切欠部1Aが設けられており、この切欠部内にLED2が内側に突入されている。熱可塑性プラスチックは、有利には、約90%の高拡散屈折度を有しており、その結果、LED2から放射された光が付加的に切欠部1Aの斜め側壁で、出口開口の方向に反射される。切欠部1Aは、コンバータ材料、例えば、適切な色素を含むエポキシ樹脂のような透明樹脂材3で充填される。この樹脂材及び熱可塑性樹脂は、相互に綿密に調整されており、従って、熱負荷ピーク値により、機械的な障害が引き起こされないようになる。
【0007】
作動中、LED2(例えば、GaNベース、又は、II−VI−化合物ベースで製造してもよい)によって、青色又は紫外線光が放射される。LED2からレンズ4への経路上で、放射された比較的短い波長の光ビームが、コンバータ材を含む樹脂充填材3中で、部分的に長波光ビームに変換される。殊に、青色LEDを用いる場合、青色光ビームを少なくとも部分的に黄色光ビームに変換するコンバータ材料を使用することができる。この構成の問題点は、光ビームの種々異なる波長が、LED2からレンズ4に至る迄コンバータ材料で充填された樹脂充填部3内に入射されることである。こうすることにより、構成素子の縁領域内で、黄色成分が光ビーム内で優勢となり、それに対して、中間では、青色成分が光ビーム内で優勢となる。従って、この効果により、放射方向又は観察方向により、放射光ビームの色位置が変わってしまう。
米国特許第3875456号明細書からは、ケーシング又はレフレクタ内に設けられた2つの半導体を有する半導体光源が公知である。この半導体は、散乱層内に埋め込まれており、この散乱層は、レンズ状に成型されたカバーの後ろ側に設けられている。この散乱層及びカバーは、相互に堆積された樹脂層から形成されており、燐光を発する材料を含む。
米国特許第5847507号明細書には、半導体が、例えば、エポキシ樹脂のレンズ状のカバー(蛍光発光物質を含む)によって囲まれている。
ヨーロッパ特許公開第0230336号公報には、リング状体及び光電素子が取り付けられている基板を有する構成素子が示されており、その際、光電素子は、リング開口内に設けられている。このリング開口は、透明材料で充填されており、球面レンズによって閉じられており、この球面レンズは、基板に対向してリング状体上に載置されており、透明材料と接触している。
【0008】
従って、本発明が基づく課題は、ビームの波長をコンバータ材料によってほぼ同じ大きさにし、光ビームをビーミングした形式で放射することができるLED光源を提供することである。更に、そのような光源の製造方法を提供することにある。
【0009】
本発明によると、この課題は、請求項1及び13記載の要件により解決される。
【0010】
以下、本発明について図示の実施例を用いて詳細に説明する。
【0011】
その際、
図1は、レンズが接着されたLED光源の実施例の垂直方向断面図、
図2は、本発明のLED光源の実施例の垂直方向断面図
である。
【0012】
本発明の実施例は、図2に示されており、この図では、同一及び機能上同じ要素については、図1の光源の場合と同様の参照番号を付けている。図1の構成に関して挙げた有利な要件の全ては、図2の本発明の構成でも使用可能である。
【0013】
図2の本発明の光源は、前述の問題点を、光ビームの波長を樹脂充填部3内で統一するようにして解決する。光ビームの波長を樹脂充填部3内で統一するために、樹脂充填部3を製造する際、凸面状表面3Aを有するように形成し、この凸面状表面が、どの点でもLED2からほぼ同じ距離を有するようにされる。樹脂充填部内に含まれるコンバータ材料の容積成分は、この統一された波長に沿って、LED2から樹脂充填部3の凸面状表面3Aに至る迄、青色光ビームの十分に大きな成分が、黄色ビーム成分に変換されるように調整され、その結果、このビームは、人間の目には白色光ビームとして知覚される。従って、凸面状表面3Aの各点に、成分の等しい青色−黄色の色混合に基づいて、白色光が、その上に位置しているレンズ4に入射する。
【0014】
例えば、ポリカーボネートから製造されたレンズ4は、それに対して凹面状表面4Aを有しており、この凹面状表面4Aは、樹脂充填部3の凸面状表面3Aと形状結合されている。
【0015】
本発明の図2の光源は、以下のように製造することができる。
【0016】
LED2は、既述のように、導体バンド5と導電接続されており、この導体バンド5は、熱可塑性材料によって囲まれるように射出成型されて、基板1が形成され、LED2が基板1の切欠部1A内に位置するようにされる。その限りで、この方法は、上述の、Moellmer und Waitl著の論文に記載されている。その際、しかし、樹脂材料3は、切欠部1Aの縁に至る迄、この切欠部内に充填されてはおらず、正確に決められた充填高さ以下迄しか充填されていない。その際、前もって作られたレンズ4(図2に示された、凹面状表面4Aの形状を有する)が、未だ液体状の樹脂材料3内に装着され、その際、樹脂充填部の表面がレンズ4の凹面状下側表面4Aに当接し、その結果、そうすることによって、樹脂充填部3の凸面状表面3Aが形成される。レンズ4の装着後、樹脂充填部が硬化される。
【0017】
切欠部1A内に充填される樹脂材料3の充填量は、切欠部1Aの縁に至る迄に不足する容量は、凹面状下側表面4Aが押し退けた容量に相応するように出来る限り正確に調整する必要がある。
【0018】
樹脂充填部3の凹面状表面3A及びレンズ4の凸面状下側面4Aの形状は、レンズ4の製造の際に既に決められている。この形状の条件は、本来の光源、即ち、LEDの活性放射面の、この表面からの間隔が一定であるということにある。このために、LEDの活性放射面は、点状であるものと仮定されて、活性放射面の中心点に配置される。
【0019】
しかし、本発明は、図2に示されたSMT構成形式に限定されるものではない。例えば、基板は、銅ブロックのような金属ブロックによって構成してもよく、この金属ブロックは、切欠部を有しており、この切欠部の底面上に、LEDが、その電気コンタクト面と共に取り付けられており、その結果、銅ブロックは、同時にヒートシンク及び電気端子である。他の電気端子は、その際、銅ブロックの外側表面上に、それらの間に設けられた絶縁層と共に成型されており、その際、この電気端子は、LEDの他方のコンタクト面と、樹脂充填前にボンド線によって接続されている。
【図面の簡単な説明】
【図1】 レンズが接着されたLED光源の実施例の垂直方向断面図
【図2】 本発明のLED光源の実施例の垂直方向断面図
Claims (1)
- LED光源の製造方法において、各方法ステップ、
‐基板(1)内に底面を有する切欠部を形成するステップ、
‐GaNベースの青色放射LEDである少なくとも1つのLED(2)を前記底面上に取り付けるステップ、
‐前記LED(2)から放出される光を部分的に、黄色スペクトル領域内の光ビームに波長変換することにより青色と黄色との混色によって白色光を生成するためのコンバータ材料を含む所定量の透明材料を材料充填部として切欠部内に充填して、該透明材料に該LED(2)が埋め込まれるようにするステップ、
‐凹面状の下側面(4A)が予め製造されたレンズを形成するステップ、
‐前記レンズ(4)の凹面状の下側面(4A)を、未だ液状の前記透明材料内に挿入し、該レンズ(4)が該透明材料に接触して前記材料充填部(3)の表面(3A)が該レンズ(4)の凹面状の下側面(4A)に形状結合されるようにすることにより、該材料充填部(3)の凸面状表面(3A)を該レンズ(4)の凹面状の下側面(4A)によって成形するステップ、
‐前記透明材料を硬化して、前記材料充填部(3)の凸面状表面(3A)および前記レンズ(4)の凹面状の下側面(4A)が、前記LED(2)の活性放射面の幾何学的な中心点との間の距離が等しくなり、前記白色光が前記凸面状の表面(3A)のすべての点において前記レンズ(4)に入射し、前記凸面状の表面(3A)のすべての各点において、前記白色光に含まれる青色光の成分および前記コンバータ材料の黄色光の成分が等しくなるように該透明材料を成形するステップ
とを有することを特徴とするLED光源の製造方法。
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