JP5722297B2 - 発光ダイオードパッケージ及びそれに用いられるレンズモジュール - Google Patents
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Description
本発明は、発光ダイオードパッケージ及びそれに用いられるレンズモジュールに関するものである。
発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、ＬＥＤ）は、電流を特定の波長の光に転換できる半導体素子からできており、高輝度、低電圧、低消費電力、長寿命である等の利点を有することから、新しいタイプの光源として、現在広く利用されている。
バックライトモジュールにおいて、一般的には、複数の発光ダイオードが導光板の側辺或いは底部に設置され、該発光ダイオードによって導光板の照明が実現される。しかし、発光ダイオードの光出射範囲は約１２０°までであり且つ発光ダイオードの中心の光強度は周囲の光強度より高いため不均一な分布を呈する。これにより、隣接する発光ダイオード間には暗い帯域ができる。そのため、隣接する発光ダイオード間にできる暗い帯域を防止するために、発光ダイオードの数量を増加させて、隣接する発光ダイオード間の距離を縮小させる必要があるが、この場合はコストが増加する。
前記課題を解決するために、本発明は、照明角度が大きく且つ中心と周囲との光強度差が小さい発光ダイオードパッケージ及びそれに用いられるレンズモジュールを提供する。
本発明に係る発光ダイオードパッケージは、発光ダイオードチップと、該発光ダイオードチップの上方に覆設されるレンズモジュールとを備え、該レンズモジュールは、発光ダイオードチップの上方に覆設される凹レンズと、該凹レンズの発光ダイオードチップから離れる表面に貼設され且つ半径方向に沿うサイズが該凹レンズの半径方向に沿うサイズより小さい凸レンズと、を備え、前記凹レンズ及び凸レンズの光軸は、前記発光ダイオードチップの中心軸と同一直線上にある。
本発明に係るレンズモジュールは、凹レンズ及び凸レンズを備え、該凸レンズは、該凹レンズの表面に貼設され且つ半径方向に沿うサイズが該凹レンズの半径方向に沿うサイズより小さく、前記凹レンズ及び凸レンズの光軸は、同一直線上にある。
従来の技術と比べ、本発明に係る発光ダイオードパッケージにおいて、発光ダイオードチップから出射した光は、先ず、凹レンズによって一度屈折し、より多くの光を発光ダイオードパッケージの周囲に屈折させる。これにより、発光ダイオードパッケージの周囲の光強度が向上され、発光ダイオードパッケージの照明角度は大きくなる。次に、凹レンズの中心から出射した光は、凸レンズによって再度屈折を行い、凸レンズの焦点に集中された後、凸レンズの焦点から様々な方向に向かって放射状に発散される。凸レンズの曲率半径は小さいので、凸レンズの焦点距離は短い。従って、凸レンズの焦点から周囲に向かって発散する光の角度は比較的大きい。このように、発光ダイオードパッケージの中心の一部の光は周囲にさらに屈折され、発光ダイオードパッケージの中心の光強度はさらに弱められ、発光ダイオードパッケージの周囲の光強度はさらに向上される。これにより、発光ダイオードパッケージの中心と周囲との間の光強度差を縮小することができるため、均一で且つ大きな照明角度を実現することができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１を参照すると、本発明の第一実施形態に係る発光ダイオードパッケージ１００は、基板１０と、回路構造２０と、基板１０に固定され且つ回路構造２０に電気的に接続される発光ダイオードチップ３０と、レンズモジュール４０と、基板１０とレンズモジュール４０との間に充填され且つ発光ダイオードチップ３０を覆う封止体５０と、を備える。
基板１０は発光ダイオードチップ３０を支持するために用いられ、第一表面１１及び該第一表面１１に対向する第二表面１２を備える。本実施形態において、基板１０の断面の形状は矩形であり、基板１０は、ＰＰＡ或いはセラミックなどの優れた熱伝導性と電気絶縁性を有する材料からなる。
回路構造２０は、互いに離間して設置された第一電極２１及び第二電極２２を備える。第一電極２１及び第二電極２２は、基板１０の第一表面１１から基板１０の２つの側面を各々経由して、基板１０の第二表面１２までそれぞれ延伸する。回路構造２０は、金、銀、銅、白金、アルミニウム、ニッケル、スズ、マグネシウム又はこれらの合金などの優れた電気伝導性を有する金属からなる。
発光ダイオードチップ３０は基板１０の第一表面１１に設置される。本実施形態において、発光ダイオードチップ３０は、第一電極２１に固定され且つ金属線３１を介して第一電極２１及び第二電極２２と電気的に接続される。他の実施形態において、発光ダイオードチップ３０は、フリップチップや共晶接合の方法によって第一電極２１及び第二電極２２に接続しても良い。
レンズモジュール４０は、発光ダイオードチップ３０上に覆設され、発光ダイオードチップ３０から出射した光は、該レンズモジュール４０によって発光ダイオードパッケージ１００の外部へ出射する。レンズモジュール４０は、凹レンズ４１及び該凹レンズ４１の発光ダイオードチップ３０から離れる表面に設置される凸レンズ４２を備える。
凹レンズ４１はその両面が内部へそれぞれ凹んだレンズであり、第一凹面４１１と、該第一凹面４１１に対向する第二凹面４１２と、第一凹面４１１と第二凹面４１２を連接する側面４１３と、を備える。凹レンズ４１は基板１０を完全に覆い且つその側面４１３と基板１０の側面とは、同じ平面上にある。第一凹面４１１は基板１０から離れる方向へ凹む。従って、第一凹面４１１と基板１０の第一表面１１との間には、発光ダイオードチップ３０及び金属線３１を収容する収容空間４３が形成される。第一凹面４１１は、発光ダイオードチップ３０の中心軸に対して対称（即ち、凹レンズ４１の光軸と発光ダイオードチップ３０の中心軸とは同じ）である。従って、第一凹面４１１を通過する光は、発光ダイオードチップ３０の中心軸に対して対称的に発散されることができる。第二凹面４１２は基板１０の方向へ凹む。つまり、第一凹面４１１と第二凹面４１２とは互いに向かって凹む。本実施形態において、第一凹面４１１と第二凹面４１２とは、第一凹面４１１と第二凹面４１２との間の水平面に対して対称であるため、第一凹面４１１と第二凹面４１２との曲率は同じである。他の実施形態において、第一凹面４１１と第二凹面４１２との曲率は異なっても良い。
凸レンズ４２は、凹レンズ４１の第二凹面４１２の中央部に設置される。凸レンズ４２の半径方向に沿うサイズは、凹レンズ４１の半径方向に沿うサイズより小さい。凸レンズ４２は、凹レンズ４１の第二凹面４１２に貼付される第一凸面４２１及び該第一凸面４２１に対向する第二凸面４２２を備え、凸レンズ４２の光軸と凹レンズ４１の光軸とは、同一直線上にある。第二凸面４２２は、第一凸面４２１の上方に位置し且つ第一凸面４２１から離れる方向へ突出する。第二凸面４２２の周縁部は、凸レンズ４２の側面に滑らかに連接される。本実施形態において、凹レンズ４１と凸レンズ４２との光軸は、発光ダイオードチップ３０の中心軸と同一直線上にある。第二凸面４２２の曲率半径は小さいので、凸レンズ４２の焦点と第二凸面４２２との距離は比較的短い。つまり、凸レンズ４２の焦点距離は短い。
発光ダイオードチップ３０の中心軸と凹レンズ４１の光軸とが同一直線上にあるので、発光ダイオードチップ３０から出射された光は、凹レンズ４１によって屈折された後、凹レンズ４１の光軸に対して対称的に発散される。これにより、広い照明範囲を形成することができる。また、凹レンズ４１を通過する光が対称的に周囲に発散されるので、より多くの光が発光ダイオードパッケージ１００の周囲に屈折されて、発光ダイオードパッケージ１００の周囲の光強度を向上させることができる。また、凹レンズ４１の中心を通過した光は、凸レンズ４２の内部に入射した後、凸レンズ４２によって再度屈折する。次いで、該光は凸レンズ４２の焦点に集中した後、凸レンズ４２の焦点から様々な方向に向かって放射状に発散される。このように、発光ダイオードチップ３０の中心の光強度はさらに弱められ、発光ダイオードチップ３０の周囲の光強度は向上される。
封止体５０は、レンズモジュール４０と基板１０との間の収容空間４３の内部に充填され且つ発光ダイオードチップ３０を覆って、防水及び防塵の役目を果たす。封止体５０の材料は、シリカゲル、エポキシ又は二種の組み合わせであっても良い。また、発光ダイオードチップ３０からの光に所望の色変換を行うために、封止体５０の内部に蛍光物質を含んでも良い。
本発明の発光ダイオードパッケージ１００において、レンズモジュール４０は、基板１０及び発光ダイオードチップ３０を覆って設置され、且つ凹レンズ４１及び該凹レンズ４１と同じ光軸を有する凸レンズ４２を備える。従って、発光ダイオードチップ３０から出射した光は、先ず、凹レンズ４１によって一度屈折し、より多くの光を発光ダイオードパッケージ１００の周囲に屈折させる。これにより、発光ダイオードパッケージ１００の周囲の光強度が向上され、発光ダイオードパッケージ１００の照明角度は大きくなる。次に、凹レンズ４１の中心から出射した光は、凸レンズ４２によって再度屈折を行い、凸レンズ４２の焦点に集中された後、凸レンズ４２の焦点から様々な方向に向かって放射状に発散される。凸レンズ４２の曲率半径は小さいので、凸レンズ４２の焦点距離は短い。従って、凸レンズ４２の焦点から周囲に向かって発散する光の角度は比較的に大きい。このように、発光ダイオードパッケージ１００の中心の一部の光は周囲にさらに屈折され、発光ダイオードパッケージ１００の中心の光強度はさらに弱められ、発光ダイオードパッケージ１００の周囲の光強度はさらに向上される。これにより、発光ダイオードパッケージ１００の中心と周囲との間の光強度差を縮小することができる。
図２を参照すると、図２は、発光ダイオードチップ３０からの光が再度屈折を行った後の光の角度（Ｘ軸）と光強度（Ｙ軸）を示す曲線グラフである。図２からわかるように、発光ダイオードチップ３０の中心軸は０°に位置し、ここで、中心軸の光強度は低い。しかし該光は中心軸を対称に、７０°及び−７０°の位置で高い光強度を持つ。このことから、本発明の発光ダイオードパッケージ１００の周囲の光強度は向上されていることがわかる。従って、発光ダイオードパッケージ１００がバックライトモジュールに装着される場合、該発光ダイオードパッケージ１００は大きい照明角度を持つので、多くの発光ダイオードパッケージ１００を採用せずとも、バックライトモジュールの配光要求を満たすことができる。また、発光ダイオードパッケージ１００の中心と周囲との光強度差は小さいので、２つの隣接する発光ダイオードパッケージ１００間にできる暗い帯域を防止することができ、さらに優れたバックライトモジュールの表示効果を実現することができる。
また、本実施形態において、レンズモジュール４０は、上記の形状に限定されるものではない。例えば、凹レンズ４１は、第一凹面４１１のみを備え、第一凹面４１１に対向する表面は平面であり、凸レンズ４２において、その一つの表面は平面であり、且つ凸レンズ４２は前記凹レンズ４１の平面に貼付される。この際、凸レンズ４２の他の表面は第二凸面４２２である。また、凹レンズ４１は第二凹面４１２のみを含み、他の表面は平面であっても良い。
図３を参照すると、本発明の第二実施形態に係る発光ダイオードパッケージ２００において、レンズモジュール４０の第一凹面４１１及び基板１０が共に形成する収容空間４３には、発光ダイオードチップ３０を覆設するインナーレンズ６０が設けられる。インナーレンズ６０は、基板１０から離れる方向へ突出している。本実施形態において、インナーレンズ６０の曲率半径は、第一凹面４１１の曲率半径より小さい。このインナーレンズ６０により、発光ダイオードチップ３０からの光をより多く発光ダイオードパッケージ２００の周囲に屈折させることができる。
１００、２００ 発光ダイオードパッケージ
１０ 基板
１１ 第一表面
１２ 第二表面
２０ 回路構造
２１ 第一電極
２２ 第二電極
３０ 発光ダイオードチップ
３１ 金属線
４０ レンズモジュール
４１ 凹レンズ
４１１ 第一凹面
４１２ 第二凹面
４１３ 側面
４２ 凸レンズ
４２１ 第一凸面
４２２ 第二凸面
４３ 収容空間
５０ 封止体
６０ インナーレンズ
１０ 基板
１１ 第一表面
１２ 第二表面
２０ 回路構造
２１ 第一電極
２２ 第二電極
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３１ 金属線
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４１ 凹レンズ
４１１ 第一凹面
４１２ 第二凹面
４１３ 側面
４２ 凸レンズ
４２１ 第一凸面
４２２ 第二凸面
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５０ 封止体
６０ インナーレンズ
Claims (4)
- 発光ダイオードチップと、該発光ダイオードチップの上方に覆設されるレンズモジュールとを備える発光ダイオードパッケージにおいて、該レンズモジュールは、発光ダイオードチップの上方に覆設される凹レンズと、該凹レンズの発光ダイオードチップから離れる表面に貼設され且つ半径方向に沿うサイズが該凹レンズの半径方向に沿うサイズより小さい凸レンズとを備え、前記凹レンズ及び凸レンズの光軸は、前記発光ダイオードチップの中心軸と同一直線上にあり、
前記凹レンズは、発光ダイオードチップに近い第一凹面と、該第一凹面に対向する第二凹面とを備え、第一凹面は、発光ダイオードチップから離れる方向へ凹み、且つ収容空間を形成し、発光ダイオードチップは、該収容空間に収容され、第二凹面は、発光ダイオードチップの方向へ凹み、
前記第一凹面の曲率半径と前記第二凹面の曲率半径とが等しいことを特徴とする発光ダイオードパッケージ。 - 前記凸レンズは、前記凹レンズの第二凹面の中央部に設置され、第一凸面と、該第一凸面に対向する第二凸面とを備え、該第一凸面は、凹レンズの第二凹面に貼設され且つ該第二凹面と同じ曲率半径を有し、該第二凸面は、発光ダイオードチップから離れる方向へ突出することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードパッケージ。
- 前記発光ダイオードパッケージは、発光ダイオードチップの上方に覆設されるインナーレンズをさらに備え、該インナーレンズは、凹レンズと発光ダイオードチップとの間に設置され、且つ発光ダイオードチップから離れる方向へ突出していることを特徴とする請求項２に記載の発光ダイオードパッケージ。
- 凹レンズ及び凸レンズを備えるレンズモジュールにおいて、該凸レンズは、該凹レンズの表面に貼設され且つ半径方向に沿うサイズが該凹レンズの半径方向に沿うサイズより小さく、前記凹レンズ及び凸レンズの光軸は、同一直線上にあり、
前記凹レンズは、第一凹面と、該第一凹面に対向し前記凸レンズが設けられた第二凹面とを備え、
前記第一凹面の曲率半径と前記第二凹面の曲率半径とが等しいことを特徴とするレンズモジュール。
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