TW202028848A - Led light source device having directivity, method for manufacturing led light source device, and projector - Google Patents
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Abstract
Description
本發明係關於具有指向性之LED光源裝置、LED光源裝置之製造方法及投影機。 The present invention relates to an LED light source device with directivity, a manufacturing method of the LED light source device, and a projector.
習知已知設有內周面具反射面機能之反射器的LED光源裝置(例如參照專利文獻1)。
A conventionally known LED light source device is provided with a reflector that functions as a reflecting surface on the inner periphery (see
專利文獻1:國際公開第2016/199804號 Patent Document 1: International Publication No. 2016/199804
習知技術因為設有反射器,因而可某程度增加從LED光源裝置所照射光的光束量,且可某程度縮小光的放射角,但近年期待可照射光束量更多、且放射角更小之光的LED光源裝置與投影機。又,具反射器構成的情況,頗難依光強度分佈呈均勻的方式製作反射器,渴求能照射強度均勻光的LED光源裝置與投影機。 The conventional technology is equipped with a reflector, which can increase the amount of light irradiated from the LED light source device to a certain extent, and can reduce the radiation angle of the light to a certain extent, but in recent years, it is expected that the amount of irradiated light beams will be larger and the radiation angle will be smaller. Zhiguang's LED light source device and projector. Moreover, in the case of a reflector structure, it is quite difficult to fabricate the reflector in a way that the light intensity distribution is uniform, and there is a demand for LED light source devices and projectors that can irradiate light with uniform intensity.
本發明目的在於提供:可照射光束量更多、且放射角小、強度均勻之光的LED光源裝置、LED光源裝置之製造方法及投影機。 The object of the present invention is to provide an LED light source device, a method for manufacturing the LED light source device, and a projector that can irradiate light with a larger amount of light beam, a small emission angle, and uniform intensity.
本發明第1態樣的LED光源裝置,係具備有:LED晶片、包圍上述LED晶片周圍的反射器、以及由透光性材料構成且上表面形成透鏡狀的透光性構件;其中,上述透光性構件係具有第1高折射率層,該第1高折射率層係無空隙地鄰接於上述LED晶片之層,且相對於上述LED晶片的光折射率,具有達90%以上光折射率的層。 The LED light source device according to the first aspect of the present invention includes an LED chip, a reflector surrounding the LED chip, and a light-transmitting member composed of a light-transmitting material and having a lens-like upper surface; The optical member has a first high refractive index layer, which is adjacent to the layer of the LED chip without voids, and has an optical refractive index of 90% or more relative to the optical refractive index of the LED chip的层。 The layer.
上述LED光源裝置中,上述透光性構件係更進一步具備有:光折射率較低於上述第1高折射率層的低折射率層;上述低折射率層係可構成無空隙地積層於上述第1高折射率層的上表面。 In the above LED light source device, the translucent member system further includes: a low refractive index layer having a light refractive index lower than that of the first high refractive index layer; and the low refractive index layer system may be configured to be laminated without voids on the The upper surface of the first high refractive index layer.
上述LED光源裝置中,上述透光性構件係更進一步具備有:光折射率較高於上述低折射率層的第2高折射率層;上述第2高折射率層係可構成無空隙地積層於上述低折射率層的上表面,且上表面形成透鏡狀。 In the above-mentioned LED light source device, the translucent member system further includes: a second high refractive index layer having a higher light refractive index than the low refractive index layer; and the second high refractive index layer system may constitute a laminated layer without voids On the upper surface of the low refractive index layer, the upper surface is formed into a lens shape.
上述LED光源裝置中,上述第1高折射率層係由透光性樹脂或玻璃構成;上述低折射率層係由透光性樹脂構成;上述第2高折射率層係由透光性樹脂或玻璃構成。 In the LED light source device, the first high refractive index layer is made of translucent resin or glass; the low refractive index layer is made of translucent resin; and the second high refractive index layer is made of translucent resin or glass. Composition of glass.
上述LED光源裝置中,上述第2高折射率層係可構成上表面與底面形成透鏡狀。 In the above LED light source device, the second high refractive index layer may be configured to form a lens with an upper surface and a bottom surface.
上述LED光源裝置中,上述第1高折射率層係可構成上表面形成透鏡狀。 In the above LED light source device, the first high refractive index layer may be configured to form a lens on the upper surface.
上述LED光源裝置中,上述第1高折射率層係可構成設有含螢光體之螢光體層。 In the above LED light source device, the first high refractive index layer may be formed with a phosphor layer containing a phosphor.
上述LED光源裝置中,上述透光性構件並未含硫。 In the LED light source device, the light-transmitting member does not contain sulfur.
本發明第2態樣的LED光源裝置,係具備有:LED晶片、包圍上述LED晶片周圍的反射器、以及由透光性材料構成且上表面形成透鏡狀的透光性構件;其中,上述透光性構件係無空隙地鄰接於上述LED晶片,且亦無空隙地鄰接於上述反射器的上表面。 The LED light source device according to the second aspect of the present invention is provided with: an LED chip, a reflector surrounding the LED chip, and a light-transmitting member composed of a light-transmitting material and having a lens-like upper surface; The optical member is adjacent to the LED chip without gaps, and also adjacent to the upper surface of the reflector without gaps.
上述LED裝置中,上述透光性構件係相對於上述LED晶片的光折射率,具有達80%以上的光折射率。 In the LED device, the light-transmitting member has a light refractive index of 80% or more with respect to the light refractive index of the LED chip.
上述LED裝置中,上述透光性構件係一體成形。 In the LED device, the light-transmitting member is integrally formed.
上述LED裝置中,更進一步具備有:防流出部,該防流出部係將上述透光性材料填充於上述反射器內部而一體成形上述透光性構件時,供防止上述透光性材料流出於外部用。 The above-mentioned LED device is further provided with: an outflow prevention portion for preventing the outflow of the light-transmitting material when the light-transmitting member is integrally formed by filling the light-transmitting material inside the reflector External use.
上述LED裝置中,上述透光性構件係未含硫。 In the LED device, the light-transmitting member system does not contain sulfur.
本發明的投影機,係具備有:紅色光用LED光源裝置、將從上述紅色光用LED光源裝置放射出的光進行調變的紅色光用穿透式液晶面板、綠色光用LED光源裝置;將從上述綠色光用LED光源裝置放射出的光進行調變的綠色光用穿透式液晶面板、藍色光用LED光源裝置、將從上述紅色光用LED光源裝置放射出的光進行調變的紅色光用穿透式液晶面板、將紅色光、綠色光及藍色光進行合成的雙色稜鏡、以及將來自雙色稜鏡的合成光進行投影的投影光學系統;其中,上述紅色光用LED光源裝置、上述綠色光用LED光源裝置及上述藍色光用LED光源裝置,係由上述LED光源裝置構成。 The projector of the present invention includes: an LED light source device for red light, a transmissive liquid crystal panel for red light that modulates the light emitted from the above-mentioned LED light source device for red light, and an LED light source device for green light; A transmissive liquid crystal panel for green light, an LED light source device for blue light that modulates light emitted from the above-mentioned LED light source device for green light, and an LED light source device that modulates light emitted from the above-mentioned LED light source device for red light A transmissive liquid crystal panel for red light, a two-color beam that combines red light, green light, and blue light, and a projection optical system that projects synthesized light from the two-color beam; wherein the above-mentioned LED light source device for red light The LED light source device for green light and the LED light source device for blue light are composed of the LED light source device.
根據本發明可提供:能照射光束量多、放射角小、且 均勻之光的LED光源裝置、LED光源裝置之製造方法及投影機。 According to the present invention, it is possible to provide: a large amount of irradiated beams, a small radiation angle, and Uniform light LED light source device, manufacturing method of LED light source device, and projector.
1、1a、1R、1G、1B‧‧‧LED光源裝置 1, 1a, 1R, 1G, 1B‧‧‧LED light source device
4‧‧‧投影機裝置 4‧‧‧Projector device
11‧‧‧安裝基板 11‧‧‧Mounting board
12、12a‧‧‧佈線層 12, 12a‧‧‧wiring layer
13、13a‧‧‧防焊層 13, 13a‧‧‧Solder mask
14‧‧‧LED晶片 14‧‧‧LED chip
15‧‧‧絕緣層 15‧‧‧Insulation layer
16‧‧‧接著層 16‧‧‧Next layer
17‧‧‧金屬基板 17‧‧‧Metal substrate
18‧‧‧導線 18‧‧‧Wire
20‧‧‧反射器 20‧‧‧Reflector
21‧‧‧上表面 21‧‧‧Upper surface
22‧‧‧開口部 22‧‧‧Opening
23‧‧‧壩部 23‧‧‧Babe
24‧‧‧凹部 24‧‧‧Concave
30、30a、30b‧‧‧透光性構件 30, 30a, 30b‧‧‧Translucent member
31‧‧‧第1高折射率層 31‧‧‧The first high refractive index layer
31a‧‧‧高折射率層 31a‧‧‧High refractive index layer
32‧‧‧低折射率層 32‧‧‧Low refractive index layer
33‧‧‧第2高折射率層 33‧‧‧The second high refractive index layer
41‧‧‧雙色稜鏡 41‧‧‧Two-color 稜鏡
42、42R、42G、42B‧‧‧準直儀透鏡 42, 42R, 42G, 42B‧‧‧Collimator lens
43、43R、43G、43B‧‧‧液晶光閥 43, 43R, 43G, 43B‧‧‧LCD light valve
44‧‧‧投射光學系統 44‧‧‧Projection optical system
311‧‧‧螢光體層 311‧‧‧ Phosphor layer
312‧‧‧非螢光體層 312‧‧‧Non-fluorescent body layer
313‧‧‧底面 313‧‧‧Bottom
L‧‧‧投射光 L‧‧‧Projection light
圖1係本實施形態的投影機概要圖。 Fig. 1 is a schematic diagram of the projector of this embodiment.
圖2係第1實施形態的LED光源裝置平面圖。 Fig. 2 is a plan view of the LED light source device of the first embodiment.
圖3係沿圖2所示LED光源裝置之III-III線的剖視圖。 Fig. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of the LED light source device shown in Fig. 2.
圖4係模擬所使用LED光源裝置與投影機的說明圖。 Fig. 4 is an explanatory diagram of the LED light source device and the projector used in the simulation.
圖5係實施例1,距LED晶片之光軸的距離與光束密度的關係模擬結果圖。 Fig. 5 is a simulation result diagram of the relationship between the distance from the optical axis of the LED chip and the beam density in Example 1.
圖6係實施例2,距LED晶片之光軸的距離與光束密度的關係模擬結果圖。 Fig. 6 is a simulation result diagram of the relationship between the distance from the optical axis of the LED chip and the beam density in Example 2.
圖7係第2實施形態的LED光源裝置剖視圖。 Fig. 7 is a cross-sectional view of an LED light source device according to a second embodiment.
圖8係第3實施形態的LED光源裝置剖視圖。 Fig. 8 is a cross-sectional view of an LED light source device according to a third embodiment.
圖9係第4實施形態的LED光源裝置剖視圖。 Fig. 9 is a cross-sectional view of an LED light source device according to a fourth embodiment.
圖10係使用不同折射率之透光性構件時,光束量的模擬結果圖。 Figure 10 is a graph showing the simulation results of the beam volume when using translucent members with different refractive indices.
圖11係另一實施形態的LED光源裝置剖視圖。 Fig. 11 is a cross-sectional view of an LED light source device according to another embodiment.
以下,根據圖式說明本發明的實施形態。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on the drawings.
(投影機裝置) (Projector device)
圖1所示係本實施形態的投影機裝置4之構成圖。本實施形態的投影機裝置4,係具備有:3個LED光源裝置1、3個準直儀透
鏡42、3個液晶光閥43、雙色稜鏡41、以及投射光學系統44。
Fig. 1 shows a configuration diagram of a
LED光源裝置1、準直儀透鏡42及液晶光閥43,係供將R(紅色)、G(綠色)、B(藍色)光放射於雙色稜鏡41用。來自LED光源裝置1R的紅色光(R光)利用準直儀透鏡42R平行化,再利用液晶光閥43R進行光調變。液晶光閥43R係呈矩陣狀配置的穿透式液晶面板(HTPS液晶面板),將R光配合影像訊號依每個像素進行調變的公知光調變器。來自LED光源裝置1G的綠色光(G光)、與來自LED光源裝置1B的藍色光(B光)亦同,利用準直儀透鏡42G、42B平行化,再利用公知液晶光閥43G、43B進行光調變。
The LED
雙色稜鏡41係具有配置成相互正交的2個雙色膜,其中一個雙色膜係將R光反射,而除R光以外的G光與B光則穿透,另一雙色膜係將B光反射,使除B光以外的R光與G光穿透。投射光學系統44係具備有:將由雙色稜鏡41合成的光入射的複數投影透鏡、以及收容複數投影透鏡的投影透鏡筐體;放射投射光L而將彩色影像放大投影於螢幕上。
The two-
(LED光源裝置) (LED light source device)
其次,針對構成圖1所示投影機裝置4的第1實施形態LED光源裝置1進行說明。
Next, the LED
圖2所示係本實施形態LED光源裝置1的平面圖,圖3所示係沿圖2所示LED光源裝置1的III-III線剖視圖。本實施形態的LED光源裝置1係如圖2、3所示,具備有:安裝基板11、形成於安裝基板11上表面的佈線層12、保護佈線層12的防焊層13、複數LED晶片14、反射器20、以及透光性構件30。另外,圖
2、3所示例中,LED光源裝置1係例示具備有呈串聯3×並聯3的9個LED晶片14構成,LED晶片14的數量並無限定,可為1個、亦可為2~8個、亦可達10個以上。
FIG. 2 shows a plan view of the LED
LED晶片14係表面安裝型配對LED晶片。本實施形態中,LED晶片14係使用放射藍色光之具有藍寶石基板的LED晶片,惟LED晶片14並無特別的限定,亦可使用例如:氮化鎵系(GaN、AlGaN、InGaN)LED晶片、照射紫外線(特別係UVA)的LED晶片。本實施形態中,LED晶片14係利用倒裝晶片安裝焊接於佈線層12,惟並不僅侷限於該構成,例如亦可利用打線接合焊接LED晶片14。
The
本實施形態中,多數個LED晶片14呈串聯n×並m(例如本實施形態為串聯3×並聯3)二維狀配置,所謂COB(Chip On Board,板上晶片)安裝。為實現高輝度,LED晶片14係使用例如最大額定電流300mA以上、較佳係最大額定電流400mA以上、更佳係最大額定電流500mA以上的LED晶片。例如光閥43為0.5~0.7"的情況,就從光展量(Etendue)的態樣,LED晶片14的大小較佳係3~4mm四方以下、更佳係1.5mm四方以下。
In this embodiment, a large number of
例如本實施形態中,LED晶片14係使用最大額定電流2~4A的LED晶片。此情況,由LED晶片14產生的熱量亦多,必需將LED晶片14的熱有效率地散熱。所以,本實施形態中,安裝基板11係使用例如氮化鋁、氮化矽等高散熱性絕緣體。藉此,藉由將LED晶片14的熱有效率地傳導給安裝基板11而進行散熱,便可提升LED光源裝置1的耐久性。例如當在由銅板構成的安裝基板上,為確保絕緣性而積層由玻璃環氧樹脂構成的絕緣層時,由
銅板所構成安裝基板的熱阻(θ jc)係成為晶片每mm2為10~12℃/W,而由氮化鋁所構成安裝基板11的熱阻(θ jc)係2~4℃/W。依此當氮化鋁使用為安裝基板11時,可將由LED晶片14所生成的熱有效率地散熱。
For example, in this embodiment, the
如圖3所示,在安裝基板11上形成佈線層12。佈線層12係銅箔等金屬膜。另外,佈線層12係電氣式耦接於未圖示之電源與控制裝置。佈線層12係藉由對銅箔施行光蝕刻而除去不需要的部分,便可形成佈線層12。另外,圖2中,省略圖示佈線層12。又,佈線層12所使用的素材並未限定於銅箔膜,亦可使用例如:銀膏、銅膏等金屬。該佈線層12係經使用NiCrAu、NiPdAu等,利用電鍍施行表面處理。
As shown in FIG. 3, a
再者,在部分的佈線層12上積層防焊層13。防焊層13的主要成分係聚矽氧樹脂、玻璃環氧樹脂、聚醯胺樹脂,具有保護佈線層12的機能。又,防焊層13係含有例如:氧化鈦(TiO2)、氧化鋅、氧化鋁等白色無機顏料,亦可具反射材的機能。
Furthermore, a solder resist
LED光源裝置1中,如圖2、3所示,依包圍LED晶片14周圍的方式設置反射器20。反射器20係可構成至少在內部表面上,設有會引起正反射的鋁等光反射金屬膜。又,亦可反射器全體均由鋁等形成。本實施形態中,經對LED晶片14施行焊接處理後,便在防焊層13上形成反射器20。又,本實施形態中,由1個反射器20包圍複數LED晶片14,但亦可利用反射器20分別包圍各LED晶片14。
In the LED
其次,針對本實施形態的透光性構件30進行說明。透光性構件30係由例如:玻璃、透光性樹脂材料等透光性材料構
成,上表面形成透鏡狀。透光性構件30係如圖3所示,具備有:第1高折射率層31、低折射率層32、及第2高折射率層33。
Next, the
第1高折射率層31係例如由環氧系、聚矽氧系所構成的透明樹脂、或由玻璃構成的透光性層,相對於LED晶片14的光折射率,具有達90%以上之光折射率的透光性層。例如LED晶片14係藍寶石基板的LED晶片時,因為LED晶片的光折射率n係1.768,因而第1高折射率層31的光折射率n便設為1.591以上。即,尋常使用聚矽氧樹脂的透光性樹脂,光折射率係1.4~1.57左右,但若本實施形態的第1高折射率層係使用光折射率n達1.591以上的高折射樹脂。此種高折射樹脂係可使用例如:光折射率n為1.76的LPL-1150(三菱瓦斯化學)、光折射率n為1.74的MR-174(三井化學)、光折射率n為1.64的OKP(Osaka Gas Chemicals)等。
The first high
再者,第1高折射率層31係如圖3所示,具備有:含螢光體的螢光體層311、及未含螢光體的非螢光體層312。換言之,螢光體層311與非螢光體層312一起構成相對於LED晶片14的光折射率,具有達90%以上光折射率的第1高折射率層31。另外,當LED晶片14本身便會照射紅色光、綠色光、或藍色光的LED晶片時,便不需要供照射紅色光、綠色光、或藍色光的螢光體層311,可僅由非螢光體層312構成第1高折射率層31。本實施形態,因為具備有照射藍色光的LED晶片14,因而為照射紅色或綠色光而設置螢光體層311。
Furthermore, as shown in FIG. 3, the first high
螢光體層311係在供構成第1高折射率層31用的高折射樹脂中混入螢光體,依無空隙地鄰接於LED晶片14之方式,將已混入螢光體的高折射樹脂,在反射器20內填充至超過LED晶
片14上表面位置處而形成。另外,螢光體層311所含的螢光體並無特別的限定,可配合所需的光色再行適當設定。另外,本實施形態例示在高折射樹脂中混入螢光體而形成螢光體層311的構成,惟並不僅侷限於此構成,亦可例如藉由在LED晶片14的上表面貼附螢光體層311之片,而在LED晶片14上表面積層螢光體層311。
For the
在螢光體層311的上表面,積層著由未含螢光體、且高折射材料構成的非螢光體層312。非螢光體層312係上表面形成透鏡狀(曲面)。非螢光體層312的透鏡形狀係利用公知方法,設計成在非螢光體層312與低折射率層32的邊界面幾乎不會發生全反射的形狀。例如本實施形態,非螢光體層312的上表面形成半徑R:0.576mm狀態。非螢光體層312係使用具有對應於非螢光體層312上表面形狀之曲面的模具,將高折射率透光性樹脂填充於模具中,經硬化便可成形。又,亦可預先使用模具另行製作非螢光體層312,再依將所製造非螢光體層312積層於螢光體層311上的狀態下,使螢光體層311硬化,便形成非螢光體層312貼附於螢光體層311上表面(特別係非螢光體層312係由玻璃構成時,最好另行製造)。藉此,密接於LED晶片14,便可在與LED晶片14間沒有空隙狀態下,構成由螢光體層311與非螢光體層312構成的第1高折射率層31。另外,透光性樹脂硬化的方法亦可例如使用金屬模具進行加熱而使硬化的方法,亦可例如使用由透光性玻璃等構成的模具,從外面照射UV光而使硬化的方法。
On the upper surface of the
再者,本實施形態,在第1高折射率層31上表面無空隙地積層著低折射率層32。低折射率層32係由例如環氧系、聚矽氧系透明樹脂構成的透光性樹脂層,在反射器20內將低折射樹
脂填充至反射器20上表面的高度位置處,經使硬化而形成。又,低折射率層32係具有光折射率較低於第1高折射率層31之光折射率的透光性樹脂層。例如第1高折射率層31的光折射率n係1.76時,低折射率層32的折射率n便設為未滿1.74。此種低折射樹脂係可使用例如:光折射率n為1.54的OE6351(Toray‧Dow Corning股份有限公司)、光折射率n為1.51的KER6200(信越化學工業股份有限公司)等。
Furthermore, in this embodiment, the low
再者,本實施形態,在低折射率層32的上表面無空隙地積層著第2高折射率層33。第2高折射率層33係由例如環氧系、聚矽氧系透光性樹脂、玻璃等透光性材料構成的透光性層,如圖3所示,上表面形成透鏡狀。例如將具有對應於第2高折射率層33上表面形狀之曲面的模具,覆蓋在反射器20上,在該模具中填充高折射率透光性樹脂,經硬化,便可在低折射率層32的上表面無空隙地形成第2高折射率層33。另外,相關第2高折射率層33亦是與第1高折射率層31同樣,使用金屬模具,利用加熱便可使硬化,但亦可使用由透光性玻璃等構成的模具,從外面照射UV光而使硬化的方法。又,同第1高折射率層31,亦可預先使用模具另行製造第2高折射率層33,在所製造的第2高折射率層33積層於低折射率層32上的狀態下,使第2高折射率層33硬化,便可形成第2高折射率層33貼附於低折射率層32上表面(特別係第2高折射率層33係由玻璃構成時,最好另行製造)。
Furthermore, in this embodiment, the second high
第2高折射率層33係光折射率較高於低折射率層32之光折射率的透光性層。例如與第1高折射率層31同樣使用透光性樹脂、玻璃便可形成第2高折射率層33。惟,並不僅侷限於此構
成,在光折射率較高於低折射率層32之前提下,亦可使用折射率較低於第1高折射率層31、或高折射率透光性樹脂或玻璃,形成第2高折射率層33。又,本實施形態中,第2高折射率層33係無間隙地鄰接反射器20的上表面21,形成覆蓋著較反射器20之開口部22(從上方觀看反射器20時,較上表面21更靠內側部分的開口)更寬廣範圍。
The second high
如上述,本實施形態,第1高折射率層31係依無空隙地鄰接LED晶片14狀態積層,且低折射率層32與第2高折射率層33亦係依無空隙地分別鄰接第1高折射率層31與低折射率層32的狀態積層,藉此便可依密接於LED晶片14,在與LED晶片14間沒有空隙的狀態下,構成透光性構件30。
As described above, in this embodiment, the first high
其次,針對本實施形態的LED光源裝置1與投影機裝置4之性能進行說明。實施例1,如圖4所示,具有1個寬W為1.0mm的LED晶片14,將反射器20的高度H1設為0.7mm,從LED晶片14的上表面距第2高折射率層33的頂點之高度H2設為2.5mm,第2高折射率層33的寬度L設為5mm,第2高折射率層33的透鏡半徑設為2.78mm,模擬LED光源裝置1的性能。又,實施例1,如圖4所示,亦針對在LED光源裝置1照射方向上安裝準直儀透鏡42的投影機裝置4進行模擬。模擬結果如下述。
Next, the performance of the LED
下述表1所示係以下所說明的(A)~(E)構成中,在距準直儀透鏡42所配置位置離10mm處的受光面,受光時的光束量(lm)。此處,(A)係僅LED晶片14的構成(未設反射器20與透光性構件30的構成),(B)係圖4所示在LED光源裝置1中僅未設第2高折射率層33的構成(透光性構件30僅具有第1高折射率層31與
低折射率層32的構成),(C)係同圖3所示LED光源裝置1,但亦具有第2高折射率層33的構成之LED光源裝置模擬結果。又,(D)係如圖4所示,在LED光源裝置1前配置準直儀透鏡42的構成,(E)係(D)光束中,配光角在12°以下的光束之投影機裝置4模擬結果。
The following Table 1 shows the amount of light beam (lm) when receiving light on the
如上述表1所示,相較於(A)之下,(B)的光束量成為約1.5倍。此現象係藉由將第1高折射率層31依無空隙地鄰接LED晶片14上表面的方式積層,而抑制在LED晶片14內所產生的光,於LED晶片14與第1高折射率層31的邊界面被全反射,便可取出於LED晶片14外面的緣故所致。又,藉由將第1高折射率層31的上表面設為透鏡狀,亦可抑制第1高折射率層31與低折射率層32之邊界面處的全反射,同時實施例1,藉由依被反射器20反射之從低折射率層32入射於外部的光束入射角變小方式,增加反射器20的傾斜角(急遽傾斜),亦能抑制在低折射率層32與外部空氣邊界面的全反射,便可將光束導向於外部。
As shown in Table 1 above, the beam volume of (B) is approximately 1.5 times lower than that of (A). This phenomenon is caused by laminating the first high-
再者,相較於(B)之下,(C)的光束量更增加約1.5倍。此現象係(B)在低折射率層32與外部空氣的邊界面發生全反射,部分光束未被放射至LED光源裝置1的外部,相對於此,(C)係因為低折射率層32上,因為上表面形成透鏡狀第2高折射率層33,因
而抑制第2高折射率層33與外部空氣邊界面的全反射,便可將更多的光束放射至LED光源裝置1的外部之緣故所致。
Furthermore, compared to (B), the beam volume of (C) is increased by about 1.5 times. This phenomenon is caused by (B) that total reflection occurs on the boundary surface between the low
依此,藉由將第1高折射率層31依無空隙地鄰接LED晶片14的方式積層,針對LED晶片14所產生的光,可抑制在LED晶片14與第1高折射率層31邊界面處的全反射,便能從LED晶片14取出。又,藉由將第1高折射率層31的上表面設為透鏡狀,便可抑制第1高折射率層31與低折射率層32邊界面的全反射,俾能將光束放射至LED光源裝置1的外部。又,藉由將第2高折射率層33的上表面設為透鏡狀,便可抑制第2高折射率層33與外部空氣邊界面的全反射,俾能將更多光束放射至LED光源裝置1的外部。另外,得知(D)、(E)受準直儀透鏡42的影響,光束量較低於(C),但光束量則較(B)增加。
Accordingly, by laminating the first high
再者,圖5所示係距LED晶片14之光軸O的距離L、與光束密度(lm/mm2)的關係圖。如圖5所示,相較於(A)與(B)之下,(C)係無關距LED晶片14之光軸O的距離L,光束密度(lm/mm2)均有變大。由此現象得知藉由設置上表面形成透鏡狀的第2高折射率層33,被射出於LED光源裝置1外部的光之光束密度(lm/mm2)會變大。又,有設置準直儀透鏡42的投影機(D)、(E),因為從LED光源裝置1所照射的光束可利用準直儀透鏡42收束,因而相較於(A)~(C)之下,得知在LED晶片14的光軸O附近(距LED晶片14之光軸在3~4mm範圍內)的光束密度(lm/mm2)較高,若遠離LED晶片14的光軸O,則光束密度(lm/mm2)便急遽降低。即,得知可縮小LED晶片14的配光角。又,如圖5所示,得知(D)、(E)係即便利用準直儀透鏡42收束的情況,在LED晶片14的光軸O附近之
光束密度(lm/mm2)仍較穩定,可放射沒有不均情形的強度均勻光。
Furthermore, FIG. 5 shows the relationship between the distance L from the optical axis O of the
再者,實施例2,設有1個寬W為1.0mm之LED晶片14,並將反射器20之高度H1設為0.75mm、LED晶片14上表面距第2高折射率層33頂點的高度H2設為2.45mm、第2高折射率層33的寬度D設為3.64mm、第2高折射率層33的透鏡曲率半徑R設為1.85mm,模擬LED光源裝置1的性能。又,實施例2亦是如圖4所示,亦針對在LED光源裝置1的照射方向上有安裝準直儀透鏡42的投影機裝置4施行模擬。模擬結果如下述。
Furthermore, in Example 2, an
下述表2所示係實施例2,針對以下所說明(F)~(J)的構成,在距準直儀透鏡42所配置位置離10mm處的受光面,受光時的光束量(lm)。此處,(F)係僅LED晶片14的構成(未設反射器20與透光性構件30的構成),(G)係圖4所示在LED光源裝置1中僅未設第2高折射率層33的構成(透光性構件30僅具有第1高折射率層31與低折射率層32的構成),(H)係同圖3所示LED光源裝置1,但亦具有第2高折射率層33的構成之LED光源裝置模擬結果。又,(I)係如圖4所示,在LED光源裝置1前配置準直儀透鏡42的構成,(J)係(I)光束中,配光角在15°以下的光束之投影機裝置4模擬結果。
The following Table 2 shows the second embodiment. For the configurations (F) to (J) described below, the light-receiving surface at a position 10mm away from the
如上述表2所示,未設有第2高折射率層33的構成
(G),係與僅設有LED晶片14的(F)幾乎相同程度的光束量。理由係(G)藉由第1高折射率層31依無空隙地鄰接LED晶片14的上表面方式積層,便可將LED晶片14內所產生的光取出於LED晶片14外,但實施例2,因為反射器20形成較小的傾斜角(傾斜緩和),因而由反射器20反射並從低折射率層32入射於外部空氣的光束,入射角將大於臨界角,導致在低折射率層32與外部空氣邊界面發生全反射,造成光束未被放射至LED光源裝置1外部的緣故所致。
As shown in Table 2 above, the structure without the second high refractive index layer 33
(G) is almost the same amount of light beam as (F) in which only the
另一方面,相較於(G)之下,(H)的光束量成為約2倍。理由係(H)係在低折射率層32上,形成由上表面呈透鏡狀的第2高折射率層33,覆蓋著反射器20之開口部22(從上方觀看反射器20時,較上表面21更靠內側部分處的開口)狀態,因而抑制第2高折射率層33與外部空氣邊界面處的全反射,俾能將更多光束放射至LED光源裝置1外部的緣故所致。
On the other hand, compared to (G), the beam volume of (H) is approximately doubled. The reason is that (H) is on the low-
依此,藉由將第1高折射率層31依無空隙地鄰接LED晶片14的方式積層,針對LED晶片14所產生的光,可抑制在LED晶片14與第1高折射率層31邊界面處的全反射,便能從LED晶片14取出。又,藉由將第1高折射率層31的上表面設為透鏡狀,便可抑制第1高折射率層31與低折射率層32邊界面的全反射,俾能將光束放射至LED光源裝置1的外部。又,藉由將第2高折射率層33的上表面設為透鏡狀,便可抑制第2高折射率層33與外部空氣邊界面的全反射,俾能將更多光束放射至LED光源裝置1的外部。另外,得知(I)、(J)受準直儀透鏡42的影響,光束量較低於(H),但光束量較(G)增加。
Accordingly, by laminating the first high
再者,圖6所示係距LED晶片14之光軸O的距離L、
與光束密度(lm/mm2)的關係圖。如圖6所示,相較於(F)與(G)之下,(H)係無關距LED晶片14之光軸O的距離L,光束密度(lm/mm2)均有變大。由此現象得知藉由設置上表面形成透鏡狀的第2高折射率層33,被射出於LED光源裝置1外部的光之光束密度(lm/mm2)會變大。又,有設置準直儀透鏡42的投影機(I)、(J),因為從LED光源裝置1所照射的光束可利用準直儀透鏡42收束,因而相較於(F)~(H)之下,得知在LED晶片14的光軸O附近(距LED晶片14之光軸在3~4mm範圍內)的光束密度(lm/mm2)較高,若遠離LED晶片14的光軸O,則光束密度(lm/mm2)便急遽降低。即,得知可縮小LED晶片14的配光角。又,如圖6所示,得知(I)、(J)係即便利用準直儀透鏡42收束的情況,在LED晶片14的光軸O附近之光束密度(lm/mm2)仍較穩定,可放射沒有不均情形的強度均勻光。
Furthermore, FIG. 6 shows the relationship between the distance L from the optical axis O of the
如上述,本實施形態的LED光源裝置1,透光性構件30係在與LED晶片14間無空隙地密接積層於LED晶片14上。特別係本實施形態的透光性構件30,具有相對於LED晶片14之光折射率,達90%以上折射率的第1高折射率層31,係依無空隙地鄰接LED晶片14的方式形成。藉此,可抑制LED晶片14與第1高折射率層31邊界面的全反射,便可從LED晶片14中取出更多由LED晶片14所產生的光,結果可更增加由LED光源裝置1放射的光束量。又,本實施形態的LED光源裝置1,因為具有反射器20,且透光性構件30的上表面(第2高折射率層33的上表面)形成透鏡狀(曲面),因而從LED晶片14取出的光束便可在反射器20與透光性構件30的透鏡面處收束,便可照射放射角小且強度均勻的光。
As described above, in the LED
再者,本實施形態的透光性構件30,具有光折射率
較低於第1高折射率層31的低折射率層32,且低折射率層32係依無空隙地鄰接方式積層於第1高折射率層31的上表面。一般因為高折射樹脂相較於低折射樹脂之下屬高價位,因而利用在由透光性樹脂所構成第1高折射率層31的上表面,積層著低折射率層32,而減少高折射樹脂的使用量,便可降低LED光源裝置1的製造成本。另外,在第1高折射率層31的上表面積層低折射率層32的情況,亦是因為第1高折射率層31的上表面形成透鏡狀,因而在第1高折射率層31與低折射率層32的邊界面處,可有效地抑制光束全反射。結果,相較於透光性構件30僅由高折射率透光性樹脂、透鏡構成的情況,不會使LED光源裝置1的光束量大幅降低。
Furthermore, the
又,本實施形態的LED光源裝置1係在低折射率層32的上表面依無空隙地鄰接方式積層第2高折射率層33,且第2高折射率層33的上表面亦形成透鏡狀(曲面)。藉此,可抑制第2高折射率層33與外部(空氣)間之邊界面的全反射,亦可增加照射於LED光源裝置1外部的光束之光束量。又,本實施形態的LED光源裝置1,如圖3所示,第2高折射率層33係無間隙地鄰接於反射器20的上表面21,形成依較反射器20之開口部22更廣範圍覆蓋狀態。依此,藉由第2高折射率層33形成無間隙地鄰接於反射器20的上表面21,便可由第2高折射率層33覆蓋反射器20的全體開口部22,便可消除低折射率層32會接觸到外部空氣的部分。藉此,可有效防止因低折射率層32與外部空氣間之邊界面處的全反射,導致光束量降低情形,可使LED光源裝置1全體提高光束量。
In the LED
其次,針對第2實施形態的LED光源裝置1a進行說明。圖7所示係第2實施形態的LED光源裝置1a之剖視圖。第2實施形態的LED光源裝置1a係如圖7所示,由第1實施形態的LED光源裝置1積層於金屬製金屬基板17的上表面,除以下所說明之外,其餘均與第1實施形態的LED光源裝置1同樣構成且產生動作。
Next, the LED
第2實施形態,金屬基板17之導熱性與電氣特性均優異的表面係由金屬構成的板材,例如表面係由銅、鋁所構成水冷構造的均熱片(由上板、中板、下板等3種銅板構成的積層構造體)、或者由銅、鋁所構成金屬板(例如厚0.5~2.00mm)構成。如玻璃環氧樹脂之類導熱性較低的材料,因為會發生散熱性差的發光中心部之光量,出現特別降低的甜甜圈化現象,故最好避免。
In the second embodiment, the surface of the
在金屬基板17上形成絕緣層15。絕緣層15係為將金屬基板17與佈線層12予以電氣絕緣的層,主要成分為玻璃環氧樹脂、聚醯亞胺樹脂構成。
An insulating
第2實施形態,藉由將公知具銅箔絕緣樹脂片(例如預先將成為絕緣層15的玻璃環氧樹脂、與成為佈線層12a的銅箔進行積層之薄片),積層於金屬基板17上,便可在金屬基板17上積層絕緣層15與佈線層12a。另外,因為玻璃環氧樹脂的導熱性低(例如1W/mk程度),因而藉由添加填料便可提高導熱性(例如10~20W/mk程度)。
In the second embodiment, a known insulating resin sheet with copper foil (for example, a sheet in which glass epoxy resin used as the insulating
再者,第2實施形態,如圖7所示,在反射器20的下側設計凹部24,在凹部24中,將靠安裝基板11側的佈線層12、與靠金屬基板17側的佈線層12a之間,利用導線18予以電氣式耦接。又,為能配設導線18,防焊層亦是在靠安裝基板11側的防焊
層13、與靠金屬基板17側的防焊層13a上開設間隙,分別積層於各佈線層12、12a上。
Furthermore, in the second embodiment, as shown in FIG. 7, a recessed
再者,第2實施形態,隔著接著層16,在金屬基板17上積層高散熱性安裝基板11。為將安裝基板11接著於金屬基板17用的接著層16,亦是使用高熱導率接著劑。接著層16係在屬於高熱導率前提下,其餘並無特別的限定,可使用例如熱導率200W/mk銀膏之CT2700R7S(京瓷股份有限公司)。
Furthermore, in the second embodiment, the mounting
如上述,第2實施形態的LED光源裝置1a,相較於第1實施形態的LED光源裝置1,雖基板部的構成不同,但與第1實施形態的LED光源裝置1同樣,均由反射器20與透光性構件30構成。所以,如同第1實施形態,可照射光束量多、放射角小、且強度均勻的光。
As described above, the LED
其次,針對第3實施形態的LED光源裝置1b進行說明。圖8所示係第3實施形態的LED光源裝置1b之剖視圖。第3實施形態的LED光源裝置1b,如圖8所示,除透光性構件30a僅由第1高折射率層31構成之外,其餘均與第1實施形態的LED光源裝置1同樣構成且進行動作。
Next, the LED
第3實施形態的LED光源裝置1b中,透光性構件30a係僅設有第1高折射率層31。此情況,僅在螢光體層311的上表面填充非螢光體層312並使硬化,便可形成透光性構件30a。故,相較於第1實施形態的LED光源裝置1之下,可較輕易且簡單地製造LED光源裝置。
In the LED
如上述,第3實施形態的LED光源裝置1b,因為透光性構件30a係僅由第1高折射率層31構成,因而如第1實施形態的LED光源裝置1,沒有第1高折射率層31與低折射率層32的邊界面、及低折射率層32與第2高折射率層33的邊界面,除第1實施形態的LED光源裝置1之效果外,尚可將更多的光照射於外部。又,亦可輕易且簡單地製造LED光源裝置。
As described above, in the LED
其次,針對第4實施形態的LED光源裝置1c進行說明。圖9所示係第4實施形態的LED光源裝置1c之剖視圖。第4實施形態的LED光源裝置1c係除以下所說明事項外,其餘均與第3實施形態的LED光源裝置1b同樣構成。
Next, the LED
即,第4實施形態的LED光源裝置1c中,透光性構件30b僅由高折射率層31a單層構成。高折射率層31a係例如由環氧系、聚矽氧系樹脂構成的透明樹脂、或由玻璃構成的透光性層,但不同於第1~第3實施形態的第1高折射率層31,只要相對於LED晶片14的光折射率,具有達80%以上的光折射率便可。例如LED晶片14係藍寶石基板的LED晶片時,因為LED晶片的光折射率n係1.768,因而高折射率層31a的光折射率n便成為1.414以上。
That is, in the LED
此處,圖10所示係使用不同折射率之透光性構件時,光束量的模擬結果圖。圖10所示例,如下示,針對(K)~(M)等3個LED光源裝置,模擬距光軸O的距離L(mm)之各距離光束密度(lm/mm2)。具體而言,(K)係如圖8所示,使用屬於第3實施形態的透光性構件30a,對LED晶片14的折射率為93%、光折射率
n為1.65的透光性構件之模擬結果。又,(L)係使用屬於第4實施形態的透光性構件30b,對LED晶片14的折射率為89%、光折射率n為1.57的透光性構件之模擬結果。又,(M)係使用屬於第4實施形態的透光性構件30b,對LED晶片14的折射率為81%、光折射率n為1.44的透光性構件之模擬結果。
Here, FIG. 10 shows a simulation result diagram of the beam volume when using translucent members with different refractive indexes. As shown in the example of FIG. 10, the beam density (lm/mm 2 ) of each distance L (mm) from the optical axis O is simulated for three LED light source devices (K) to (M) as shown below. Specifically, (K) is one of the translucent members having a refractive index of 93% for the
如圖10所示,使用第4實施形態透光性構件30b的(L)、(M),相較於折射率高於其之透光性構件的(K),雖光束量降低,但使用第4實施形態透光性構件30b的(L),光束量積分值成為0.81流明,且就連(M)的光束量積分值亦達0.67流明,得知具有當作投影機使用的充分亮度與指向性。
As shown in Fig. 10, (L) and (M) of the
再者,第4實施形態的LED光源裝置1c,如圖9所示,在反射器20上表面21的周緣部形成壩部23。此處,當透光性構件30b係形成無空隙地鄰接反射器20上表面21的情況,便必需將屬於透光性材料的透光性樹脂填充至反射器20的上表面21,但此情況會有透光性材料流出於反射器20外側的可能性。本實施形態,藉由在反射器20的上表面21形成壩部23,即便透光性材料填充至反射器20上表面21的情況,便可在防止透光性材料流出於外部情況下,將透光性構件30b形成無空隙地鄰接反射器20上表面21的狀態。而,如圖9所示,依埋藏反射器20內側空間、與反射器20上表面21因壩部23所形成空間的方式,形成透光性構件30b(高折射率層31a)。
Furthermore, in the LED
其次,針對第4實施形態的LED光源裝置1c之製造方法進行說明。LED光源裝置1c係首先在已描繪佈線層12的安裝基板11上配置LED晶片14,並與佈線層12耦接。又,在佈線層
12上形成防焊層13,依包圍LED晶片14周圍的方式,在該防焊層13上形成反射器20。又,第4實施形態係在反射器20的上表面21形成壩部23。
Next, a method of manufacturing the LED
再者,第4實施形態,透光性構件30b並未如第1實施形態般,分開形成第1高折射率層31與低折射率層32的不同雙層,而是一體成形。所以,第4實施形態,例如藉由在反射器20內側、與反射器20的壩部23內側空間內,填充屬於透光性材料的透光性樹脂,便如圖9所示,可依覆蓋反射器20的開口部22方式,一體成形透光性構件30b。另外,透光性構件30b係在可一體成形之前提下,就成形方法並無限定,例如可利用轉移鑄模、樹脂注入、壓縮成形等方法進行成形。又,第4實施形態亦是依透光性構件30b無間隙地鄰接反射器20上表面21的方式,形成透光性構件30b。
In addition, in the fourth embodiment, the light-transmitting
如上述,第4實施形態的LED光源裝置1c,因為透光性構件30b亦係無空隙地鄰接於反射器20的上表面21,因而可提高透光性構件30b的接黏性。又,因為透光性構件30b具有相對於LED晶片14之光折射率達80%以上的光折射率,因而藉由與反射器20組合便可抑制全反射,可將更多的光束放射至LED光源裝置1c的外部,便能提供具有當作投影機使用時的充分亮度與指向性之LED光源裝置1c。
As described above, in the LED
再者,第4實施形態的透光性構件30b,相較於第3實施形態的透光性構件30a之下,因為可使用較低折射率原料形成,因而可將較廣範圍的透光性材料使用為原料,亦能達降低成本與提升設計性。又,第4實施形態的LED光源裝置1c,因為與第3實施形態的LED光源裝置1b同樣,透光性構件30b均僅由單一
層構成,因而可防止因將第1高折射率層31與低折射率層32等不同的二層接著時所造成的問題,且亦可輕易地製造LED光源裝置1c。
Furthermore, the
以上,針對本揭示簡單例示數個實施形態並詳細說明,惟在不致實質脫逸本發明新穎揭示與有利效果之範疇內,該實施形態亦可進行多種變化例。 Above, several embodiments are simply exemplified and explained in detail for the present disclosure. However, within the scope of the novel disclosure and advantageous effects of the present invention, this embodiment can be modified in many ways.
例如上述實施形態,LED晶片14係例示具備藍寶石基板的LED晶片,惟並不僅侷限於該構成,亦可使用例如:氮化鎵系(GaN、AlGaN、InGaN)的LED晶片、照射紫外線(特別係UVA)LED晶片。此情況,透光性構件30中,第1高折射率層31係使用相對於該等LED晶片14之光折射率,具有達90%或80%以上之折射率者。另外,使用具有達80%以上折射率的透光性構件時,為能獲得較多的光束量,最好適當設定反射器20、透鏡形狀。又,因為LED晶片14係在藍寶石SiC、GaN基板等上沉積磊晶層而製造,因而所使用第1高折射率層31的折射率便配合該等基板材料的折射率。例如因為GaN系LED晶片的折射率n係2.6,因而若相對於LED晶片14的光折射率設為90%以上時,第1高折射率層31便使用折射率達2.34以上的樹脂層。
For example, in the above embodiment, the
再者,上述實施形態例示第1高折射率層31係由螢光體層311與非螢光體層312構成、或僅由非螢光體層312構成,惟並不僅侷限於該構成,例如第1高折射率層31亦可僅由螢光體層311構成。但,若第1高折射率層31僅由螢光體層311構成時,因為螢光體會被激發並朝全方向再發光、或因再發光所生成的熱不易散熱,因而第1高折射率層31最好由螢光體層311與非螢光體
層312構成,或僅由非螢光體層312構成。
Furthermore, the above-mentioned embodiment exemplifies that the first high
再者,上述第1實施形態中,透光性構件30係可設為由未含硫的透光性材料形成。具高折射率的透光性材料多數均含有硫,當併用聚矽氧樹脂時,會有阻礙聚矽氧樹脂硬化的情況。所以,藉由透光性構件30係由未硫的透光性材料形成,設為未硫的構成,便可解決此種問題,可提供更高品質的LED光源裝置1。另外,未含硫的透光性構件30係可使用例如OKP(Osaka Gas Chemicals)。又,為提高第1高折射率層31與低折射率層32的接黏性,亦可如圖11所示,將第1高折射率層31的底面313形成透鏡狀。藉此,將第2高折射率層33接著於低折射率層32上之時,可使第2高折射率層33與低折射率層32的界面不會有空氣殘留。
In addition, in the first embodiment described above, the
除此之外,上述第1實施形態與第2實施形態例示由高折射率層31、33、與低折射率層32等不同的2以上層積層之構成,但依此將不同層積層時,最好烘烤至透光性材料(透光性樹脂材料)呈液狀的溫度(50℃左右)為止、或經施行真空脫泡後才施行硬化烘烤。藉此,可抑制樹脂內部產生氣泡。又,如第3實施形態或第4實施形態的LED光源裝置1a、1b,當透光性構件30a、30b係僅由同一透光性材料形成的情況,亦可設為將由同一透光性材料構成的層施行雙層重疊的構成。此情況亦是為能抑制樹脂內部生成氣泡,最好烘烤至透光性材料呈液狀的溫度(50℃左右)為止、或經施行真空脫泡後才施行硬化烘烤。
In addition, the above-mentioned first embodiment and the second embodiment exemplified the configuration of two or more laminated layers different from the low
再者,上述第4實施形態例示為在透光性材料填充至反射器20的上表面21為止時,防止透光性材料流出於反射器20的外部,便在反射器20的上表面21設置壩部23(防流出部),惟並
不僅侷限於該構成,例如藉由在反射器20的上表面21設置當作防流出部之溝或凹部,藉由該溝或凹部,即便透光性材料填充至反射器20的上表面21為止時,仍可有效地防止透光性材料流出於反射器20的外部。又,藉由使用模具,亦可未在反射器20的上部設置防流出部情況下,一體成形透光性構件30b。另外,第1~3實施形態的LED光源裝置1~1b亦同樣地可設置壩部23等防流出部。
Furthermore, in the fourth embodiment described above, when the translucent material is filled to the
4‧‧‧投影機裝置 4‧‧‧Projector device
1R、1G、1B‧‧‧LED光源裝置 1R, 1G, 1B‧‧‧LED light source device
41‧‧‧雙色稜鏡 41‧‧‧Two-color 稜鏡
42R、42G、42B‧‧‧準直儀透鏡 42R, 42G, 42B‧‧‧Collimator lens
43R、43G、43B‧‧‧液晶光閥 43R, 43G, 43B‧‧‧LCD light valve
44‧‧‧投射光學系統 44‧‧‧Projection optical system
L‧‧‧投射光 L‧‧‧Projection light
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