JPH05145120A - カプセル封入された発光ダイオード及びカプセル封入方法 - Google Patents

カプセル封入された発光ダイオード及びカプセル封入方法

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JPH05145120A
JPH05145120A JP4115170A JP11517092A JPH05145120A JP H05145120 A JPH05145120 A JP H05145120A JP 4115170 A JP4115170 A JP 4115170A JP 11517092 A JP11517092 A JP 11517092A JP H05145120 A JPH05145120 A JP H05145120A
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JP
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light emitting
emitting diode
light
encapsulated
envelope
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JP4115170A
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Jerry T Pugh
ジエリー・テイー・パフ
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Miles Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 発光ダイオードが発する光線のうちの好まし
くない迷光を減少させることにより、光源ランプとして
好ましい特性を有する発光ダイオードのカプセル封入構
造及びカプセル封入方法を提供する。 【構成】 発光ダイオード１０は、陰極柱１４上に形成
された反射皿１２と、反射皿及び陽極柱１８に電気的に
接続された能動発光素子（ＬＥＤチップ）２２を有し、
エポキシ樹脂の外被２６によってカプセル封入されてい
る。エポキシ樹脂の覆いの側面部分２８は円錐形状であ
り、上部は半球状の丸天井部分３０をなす。その半球状
の丸天井部分３０の下方部分及び円錐形状の側面部分２
８は低反射性の光学的吸収材料のカプセル封入材料３２
で包まれ、迷光が出るのを阻止するようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、迷光（ストレイライ
ト）を減少するため光学的吸収材料でカプセル封入され
た、新規且つ改良された発光ダイオード及びカプセル封
入方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】血糖監視用の器具を設計するに当っての
開発は、より小型に、且つより安くの方向に向ってい
る。これらの目標に適合させるために、単一の構成要素
の中に２つ以上の機能を持たせている。この方法は、部
品のコストを下げ、器具の寸法を減じ、且つ信頼性を高
めている。
【０００３】この傾向の一例は、血糖監視用器具の光学
系中の白熱灯及び干渉フィルタの組合せと置換するた
め、発光ダイオード（ＬＥＤ）を採用したものである。
光源としてＬＥＤを使用した器具の例としては、マイル
ズ社（Miles, Inc. ）製のグルコメータ（GLUCOMETER）
III 、ボーリンガーマンハイム社（BOEHRINGER MANNHEI
MEGMBH）製のアキュチェック（ACCUCHECK ）、及びライ
フスキャン社（LIFESCAN）製のグルコスキャン（GLUCOS
CAN）などがある。読取りヘッドとしてＬＥＤを用いた
デバイスの例が米国特許第４５５２４５８号、第４６７
６６５３号、及び欧州特許出願第８３３０４３０６．６
（１９８３年７月２６日出願）に見られる。ＬＥＤ光源
は米国特許第４７５５０５８号に開示された器具のよう
な他の診断器具にも用いられて来た。血糖監視システム
の読取りヘッドの光源として使用される代表的なＬＥＤ
は、標準品のＴ−１ 3/4 であって、スタンレイ電気製
のＥＳシリーズ、又はヒューレットパッカード社製のＨ
ＬＭＰシリーズなどの製造業者から購入できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】血糖監視用器具の光源
として標準品のＬＥＤを用いたた場合の問題の１つは、
ＬＥＤが発する迷光である。診断器具の読取りヘッドと
しては、ＬＥＤ発光がほぼ並行化されて、小さいサンプ
ル領域に向って進むようなものが望ましい。広範な角度
で発射される光源は好ましくない迷光であって、最小化
するか除去するのが望ましい。何故ならば、読取りヘッ
ドの光学系における迷光は、それ自身が背景信号として
現れるからである。ＬＥＤからの迷光を制御するための
器具に於ては、これまでに少なくとも３つの方法が用い
られて来た。第１の方法は、迷光の存在を無視すること
である。しかし、迷光を無視することによって、器具と
器具の間で高レベルの食い違いが生じうる。この食い違
いに起因して、迷光を無視することは実用的な方法とし
て考えられていなかった。
【０００５】迷光を制御するための第２の方法は、ＬＥ
Ｄからの発光のうちの狭い角度の発光のみを受け入れる
ことである。そのような試みは、米国特許第４６７６６
５３号に開示された器具で採用されている。この方法に
よればＬＥＤからの利用可能光のうちのほんの小部分し
か利用しないことを結果としてもたらす。この方法は
又、利用可能な信号の大きさを低下させるばかりか、光
学系をノイズに対してより敏感にすることがありうる。
【０００６】第３の方法は、迷光の検出を防止するため
にシールドを用いることである。そのような方法は欧州
特許出願第８３３０４３０６．６に開示されている。し
かしその方法は、シールドと直接整合した以外の方向に
拡散する迷光をシールドできない。コンピュータでシュ
ミレーションを行ったところ、ＬＥＤから出た後に全方
向に拡散する可成りの量の迷光があることがわかった。
この理由で、シールドすることは好ましい方法ではな
い。
【０００７】
【課題を解決するための手段】概略的にいうと、本発明
は血糖監視用器具に見られるような読取りヘッドに使用
される新規且つ改良された発光ダイオードに向けられて
いる。ＬＥＤはＴ−１3/4 型プラスチックＬＥＤランプ
のような標準品であってもよく、そのＬＥＤはベース
と、ベースからその上方へ延びた陽極リード及び陰極リ
ードとを含んでいる。能動発光素子が、ベースに取付け
られたエポキシ製の外被の中に封入される。そのエポキ
シ製の外被は、円錐状の側面部分と、その側面部分の上
方に延びて外被を完成する半球状丸天井部分、即ちレン
ズとを含む。
【０００８】能動発光素子が発射する迷光の量を減じる
ために、側面部分及び半球状丸天井部分の一部が光吸収
材料によってカプセル封入される。この光吸収材料が半
球状丸天井部分の露出部を残して、外被と直接的に接触
した状態に置かれる。外被のこのカプセル封入は、露出
部分の直径が２ｒ［sin(ｘ＋arcsin( ｒ／ｓ／ｎ））］
に等しくなるようにすることである。ここでｒは半球状
丸天井部分の半径であり、ｘ＜arcsinは半球状丸天井の
露出部分の縁部において外被にぶつかる能動発光素子か
ら発射された光線と表面法線との間の最大角であり、ｓ
は能動発光素子と半球状の丸天井の中心との間の距離で
あり、ｎは外被をなすエポキシ材料の屈折率である。
【０００９】
【実施例】図１は全体的に参照番号１０で示す標準品の
Ｔ−１ 3/4 プラスチックＬＥＤランプを図示してい
る。ＬＥＤ１０の構成要素のうちの本発明を理解するの
に必要な要素のみを示す。ＬＥＤ１０は、陰極柱１４上
に形成された反射皿１２を含む。陰極柱１４はＬＥＤ１
０から下方に延びる陰極リード１６の一部をなす。ＬＥ
Ｄ１０は更に陽極リード２０へ延びる陽極柱１８を含
む。
【００１０】ＬＥＤ１０は反射皿１２及び陽極柱１８へ
電気的に接続されたＬＥＤチップ即ち能動発光素子２２
を含んでいる。能動発光素子２２は、ＬＥＤ１０のベー
ス２４の上方に配置され、参照番号２６で全体的に指示
されたエポキシ樹脂の外被によってカプセル封入または
包囲されている。エポキシ樹脂の外被２６はテーパーの
付された或は円錐形状の側面部分２８と、上部の半球状
丸天井部分３０とを含む。ベース２４がエポキシ樹脂の
外被２６の下端を封止し、半球状丸天井部分３０がエポ
キシ樹脂の外被２６の上端を封止している。それに加え
て、上端の半球状丸天井部分３０は能動発光素子２２か
ら発出される光線のための拡大レンズとして機能する。
Ｔ−１ 3/4型ＬＥＤランプについての図示及び説明を行
ったが、他の形状の丸天井、例えば放物線回転面を有す
るＬＥＤであっても、形状の直径ｄが角度ｘをarcsin
（１／ｎ）より小さい値に制限する範囲において、本発
明に含まれることを承知されたい。
【００１１】図１に良好に示されているように、能動発
光素子２２から発射される光線は、光学的表面の各部分
にぶつかり、エポキシ樹脂の外被２６で屈折される。反
射コーンの無いＬＥＤに対するコンピュータシュミレー
ションを利用して、能動発光素子２２から発射される光
が４種類に分類されることを突き止めた。
【００１２】第１類の光線はエポキシ樹脂の外被２６の
半球状丸天井部分３０で屈折される。第１類の光線は全
光線のうちの約２９％を占め、器具の読取りヘッド用と
しては最も有用な光線である。何故ならば、ＬＥＤ１０
から或る距離だけ離れても概して並行化された状態を維
持するからである。
【００１３】第２類の光線は、最初エポキシ樹脂の外被
２６の側部２８で内部反射された後に、エポキシ樹脂の
外被２６の半球状丸天井部分３０で屈折される。第２類
の光線は全光線のうちの約１９％を占める。第２類の光
線は広く発散してリングを形成してＬＥＤ１０から離れ
るので、応用器具の読取りヘッドでは役に立たない。
【００１４】第３類の光線は、エポキシ樹脂の外被２６
の側部２８で屈折されてそこを通り抜ける。第３類の光
線は全光線のうちの２８％を占めるが、これも又ＬＥＤ
１０を離れて広い発散した背景を形成するので有用では
ない。
【００１５】第４類の光線は、エポキシ樹脂の外被２６
で内部反射されるもので、光線の全量のうちの残りの２
４％を占める。第２類及び第３類の光線と同様に、第４
類の光線は応用器具の読取りヘッドには有用でない。何
故なら、第４類の光線はＬＥＤ１０の背面から出るから
である。
【００１６】ＬＥＤ１０の読取りヘッドとしての有用性
を最大化するためには、第２類、第３類及び第４類の光
線がＬＥＤ１０から出ていくのを防止するのが望まし
い。このことは本発明においては、ＬＥＤ１０をカプセ
ル封入材料３２で封入することによって達成される（第
２図乃至第４図参照）。カプセル封入材料３２は、黒色
プラスチック又は黒色に塗られた材料のような低反射性
の光学的吸収材料が望ましく、ＬＥＤ１０上に滑り嵌合
されるスリーブであってもよく、又はＬＥＤ１０上にモ
ールドされてもよい。カプセル封入材料３２は、第１類
の光線が通過しうる露出部分３４を残して取り囲み、半
球状丸天井部分３２の少くとも一部分と直接的に接触し
た状態になっている。好ましい実施例では、カプセル封
入材料３２は器具の光学的読取りヘッドにおいて、封入
されたＬＥＤ１０を保持し易くするためのスナップ又は
ノッチ３６を含んでもよい。
【００１７】カプセル封入材料３２は、ＬＥＤ１０から
第２類、第３類、及び第４類の光線が出ていくのを防止
する。一例を示すと、図２においてカプセル封入材料３
２が第３類の光線を吸収しているが、この光線は若しも
カプセル封入材料３２が存在しなければａ点でエポキシ
樹脂の外被２６の側部２８で屈折して通り抜けた筈であ
る。カプセル封入材料３２は又、図２のｂ点及びｃ点に
おける題２類及び第４類の光線の夫々の全内部反射を阻
止している。これは内部反射率を１００％からカプセル
封入材料３２の反射率まで下げることによって達成され
る。
【００１８】カプセル封入材料３２の使用の結果とし
て、図２に示した通り第１類の光線だけがエポキシ樹脂
の外被２６の露出部分３４を通り抜ける。この通り抜け
た光線がＬＥＤ１０で発生された光線のうち最も有用且
つ効果的な光線である。かくて封入されたＬＥＤ１０
は、そこから出ていく不所望の光線を阻止することによ
り、器具の読取りヘッド用の最良の光源を提供する。
【００１９】カプセル封入されたＬＥＤ１０が組込まれ
る器具の読取りヘッドの照明用光学系では、可成り小さ
い口径しか必要とされない。このように口径が小さいと
沢山の第１類の光線がサンプルを照射することを可能に
する。コンピュータシュミレーションによれば、ＬＥＤ
１０を封入することにより例えば信号レベルで２．５倍
乃至３倍の増加が可能であることが分かった。
【００２０】第２類、第３類、及び第４類の光線がＬＥ
Ｄ１０から出て行くのを阻止することを確実化するため
に、エポキシ樹脂の外被２６の露出部分３４の直径ｄ
（図３及び図４参照）を計算して、封入作業中そのｄが
維持されなければならない。露出部分３４の直径ｄは、
能動発光素子２２で発生されて、この直径ｄの内側でエ
ポキシ樹脂の外被２６の表面にぶつかる光線（例えば、
図３の光線２２−ｂの区間）が内部反射せず、エポキシ
樹脂の外被２６で屈折されるように（例えば、図３で光
線がｂ−ｃと進むように）寸法を決めなければならな
い。光線が内部反射しないことを確実化するためには、
面の法線３８と光線とがなす角度、例えば図３及び図４
の角度ｘを、式sin(ｘ）＜１／ｎで与えられる臨界角よ
りも小さくしなければならない。但しｎは外被２６のエ
ポキシ材料の屈折率である。若しも図４の２２−ｂ−ｃ
と進む最悪ケースの光線について考案すると、三角形ｂ
−０−ｅから式ｄ／２＝ｒ［sin （１８０−ｚ）］が導
かれる。但し１８０−ｚ＝ｘ＋ｙである。
【００２１】従ってｄ＝２ｒ［sin （ｘ＋ｙ）］とな
る。正弦法則から、ｒsin （ｘ）＝ｓ［sin （ｙ）］、
又はｙ＝arcsin［ｒ（sin （ｘ）／ｓ）］を知ることが
出来る。このｙで置換すると、ｄ＝２ｒ［sin （ｘ＋ar
csin（ｒ／ｓ／ｎ））］となる。但しｘ＜arcsin（１／
ｎ）である。代表的な例としてｒ＝０．０７９インチ
（約２mm）、ｓ＝０．１２３インチ（約３．１mm）、ｎ
＝１．５を代入すると、上記の式はｘ＝０．１２３度、
ｄ＝０．１４６インチ（約３．７mm）となる。
【００２２】
【発明の効果】この計算により、カプセル封入されたＬ
ＥＤ１０の露出部分３４の望ましい直径ｄが決定され、
それに合わせて量産することが出来る。かくてこの発光
ダイオード（ＬＥＤ）１０が最良の利用可能な光源を備
えた器具読取りヘッド用に使用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】発光ダイオードの概略的な構造、及び異なった
種類の光線が進む経路を示す図である。
【図２】発光ダイオードをカプセル封止する光学的な吸
収性材料を含んだ図１と同様な発光ダイオードの構造、
及び異なった種類の光線が進む経路を示す図である。
【図３】異なった次元の発光ダイオードを示す、図２と
同様な図である。
【図４】光学的吸収材料によって覆われていない外被２
６の露出部分を算出するために使用される光線の経路及
び角度を発光ダイオードの構造と共に示す図である。
【符号の説明】
１０ 発光ダイオード（ＬＥＤ） １２ 反射皿 １４ 陰極柱 １８ 陽極柱 ２２ 能動発光素子 ２６ 外被 ２８ 側面部分 ３０ 半球状丸天井部分 ３２ カプセル封入材料 ３４ 露出部分 ３６ ノッチ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 能動発光素子と、上記能動発光素子を包
    む側面部及び球面状の端部を有する外被と、上記側面部
    を更に覆うカプセル封入材料と、を含むことを特徴とす
    るカプセル封入された発光ダイオード。
  2. 【請求項２】 上記カプセル封入材料は：ｒが球面状の
    端部の半径であり、ｘがarcsin（1/n ）より小であって
    能動発光素子から出て球面状の端部の露出部分の縁にお
    いて外被にぶつかる光線と表面法線との間の最大角度で
    あり、ｓが上記能動発光素子と球面状の端部の中心との
    間の距離であり、ｎが上記外被の材料の屈折率であると
    き：２ｒ［sin （ｘ＋arcsin（ｒ／ｓ／ｎ））］に等し
    い直径を有する露出部分を残して、上記球面状の端部の
    少くとも一部を更に覆っていることを特徴とする、請求
    項１記載のカプセル封入された発光ダイオード。
  3. 【請求項３】 上記カプセル封入材料が黒色であること
    を特徴とする請求項１記載のカプセル封入された発光ダ
    イオード。
  4. 【請求項４】 上記覆いの側面部分が円錐形状であるこ
    とを特徴とする請求項１記載のカプセル封入された発光
    ダイオード。
  5. 【請求項５】 ベース部分と、 上記ベース部分に取付けられた能動発光素子と、 上記ベース部分に取付けられた、円錐形の側面部分、及
    びその部分から延びた半球状の丸天井部分を含む外被
    と、 カプセル封入材料であって、この材料で覆われないよう
    にして上記半球状の丸天井部分の露出部分の一部分及び
    上記円錐形の側面部分を包むカプセル封入材料と、 を含むことを特徴とする、迷光を減少するためカプセル
    封入された発光ダイオード。
  6. 【請求項６】 ｒが半球状の丸天井端の半径であり、ｘ
    がarcsin(1/n) より小であって能動発光素子から出て半
    球状の丸天井端の露出部分の縁において外被にぶつかる
    光線と表面法線との間の最大角度であり、ｓが上記能動
    発光素子と上記半球状の丸天井端の中心との間の距離で
    あり、ｎが上記外被の材料の屈折率であるとき：上記半
    球状の丸天井の露出部分の直径が２ｒ［sin(ｘ＋arcsin
    （ｒ／ｓ／ｎ））］に等しいことを特徴とする、請求項
    ５記載の迷光を減少するためカプセル封入された発光ダ
    イオード。
  7. 【請求項７】 上記カプセル封入材料は低反射率の材料
    であることを特徴とする、請求項５記載の迷光を減少す
    るためカプセル封入された発光ダイオ−ド。
  8. 【請求項８】 上記カプセル封入材料は光学的吸収材料
    であることを特徴とする、請求項５記載の迷光を減少す
    るためカプセル封入された発光ダイオード。
  9. 【請求項９】 側面部分及び球面状の端部を有する外被
    の内部に能動発光素子が取付けられて成る発光ダイオー
    ドにおいて、そこから発射される迷光を減少するための
    方法であって：上記外被の上記側面部分を低反射率の材
    料でカプセル封入するステップと、 上記外被の上記球面状の端部の一部分に対し、露出部分
    を残して上記低反射率の材料でカプセル封入するステッ
    プと、を含む方法。
  10. 【請求項１０】 側面部分及び丸天井部分を有する外被
    の内部に能動発光ダイオードが取付けられて成る発光ダ
    イオードにおいて、そこから発射される迷光を減少する
    ための方法であって：上記能動発光素子から発射されて
    上記発光ダイオードの外被の上記側面部分によって屈折
    される光線を吸収させるステップと、 上記外被の内部反射を低下させるステップと、を含む方
    法。
JP4115170A 1991-04-15 1992-04-09 カプセル封入された発光ダイオード及びカプセル封入方法 Pending JPH05145120A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US684833 1991-04-15
US07/684,833 US5122943A (en) 1991-04-15 1991-04-15 Encapsulated light emitting diode and method for encapsulation

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JPH05145120A true JPH05145120A (ja) 1993-06-11

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ID=24749780

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4115170A Pending JPH05145120A (ja) 1991-04-15 1992-04-09 カプセル封入された発光ダイオード及びカプセル封入方法

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US (1) US5122943A (ja)
EP (1) EP0509389B1 (ja)
JP (1) JPH05145120A (ja)
KR (1) KR100299720B1 (ja)
AT (1) ATE147547T1 (ja)
AU (1) AU634117B1 (ja)
CA (1) CA2065577C (ja)
DE (1) DE69216456T2 (ja)
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