(57)【要約】【課題】一つの基板上に実装される、異なる色の光を発する複数の発光素子からの光が均一に混合されるようにする。【解決手段】透明乃至半透明の材料で形成される基板２０２上に異なる色の光を発する複数の発光素子２１０、２１２、２１４が実装され、その上に透明乃至半透明のカプセル材２１６が設けられ、カプセル材の表面に反射コーティングの層２１８が設けられて発光デバイス２００が形成される。発光素子のそれぞれからは、先ず基板から離れる方向に光が放射される。これらの光はカプセル材中を進んで、反射コーティングで反射されて再度カプセル材中を進み、基板を透過して発光デバイスの外部に出射するまでの間に散乱させられる。その結果、発光デバイスから出射される光は均一に混合される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明乃至半透明の基板と、
前記基板上に実装され、先ず前記基板から離れる方向に光を放射する複数の固体発光素子と、
前記発光素子をカバーする透明乃至半透明のカプセル材と、
前記カプセル材の面に塗布され、前記複数の発光素子が放射した光を前記基板に向けて反射する反射コーティングとを有することを特徴とするデバイス。
【請求項２】
前記基板上に実装され、前記発光素子が放射した光を、前記カプセル材に塗布された前記反射コーティングに向けて反射する少なくとも１つの追加の反射部材をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記少なくとも１つの追加の反射部材は複数のリフレクタカップを有し、各リフレクタカップは、前記発光素子の１つを囲むことを特徴とする請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記発光素子は、赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５】
前記カプセル材は、前記基板に固定された殻状部材であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項６】
前記殻状部材と前記基板の間のスペースを充填する第２のカプセル材をさらに有することを特徴とする請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記反射コーティングを塗布する前記カプセル材の面は、粗面を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項８】
前記反射コーティングを塗布する前記カプセル材の面は、切子面状であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項９】
前記反射コーティングはミラーコーティングであることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１０】
複数の固体発光素子が放射した光を混合する方法であって、
前記複数の固体発光素子が先ず透明乃至半透明の基板から離れる方向に光を放射するように、前記発光素子を前記透明乃至半透明の基板上に実装することと、
前記発光素子を透明乃至半透明のカプセル材でカバーすることと、
前記発光素子が放射した光を前記基板に向けて反射する反射材で前記カプセル材をコーティングすることと、
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の個体発光素子を用いて所望の色の光を生成可能な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体発光素子（たとえば発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイオード）は、一般的には、単一の波長の光を放射する。光の強度は、発光素子の駆動電流を調節すること（たとえば変調）により調節できる。別の色の光を生成するか、または、発光素子の単一の光の波長とは別のものに対応する色の光を生成するために、２つ以上の異なる色の発光素子を、放射された光が混合されて別の色が形成されるような位置に配置することができる。場合によっては、複数の異なる色の発光素子が放射した光を混合して定常状態の色を形成する。たとえば赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子が放射した光はしばしば混合され、白色光を生成する（ディスプレイのバックライトを目的とする場合もある）。他の場合では、複数の異なる色の発光素子が放射した光を混合して一連の色を生成する（ダイナミックディスプレイ用のデータのピクセルを生成することが目的の場合もある）。これはたとえば、異なる発光素子ごとに供給する駆動電流の比を変えることによって行われる。
【０００３】
どちらの場合でも、一般的には、異なる色の発光素子が放射する光が混合され、異なる色の均一な光を形成することが望ましい。しかし、固体発光素子は拡散光源よりも点光源に近いので、光の完全な混合は難しい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、複数の発光部から放射される光が、より均一に混合されることの可能なデバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１実施形態では、複数の固体発光素子が放射した光を混合する方法を提供する。この方法は、発光素子が先ず基板から離れる方向に光を放射するように、複数の固体発光素子を透明乃至半透明の基板上に実装することを含む。ついで、発光素子を透明乃至半透明のカプセル材でカバーする。またカプセル材は、発光素子が放射した光を基板に向けて反射する反射材でコーティングする。
【０００６】
本発明の別の実施形態では、複数の固体発光素子が先ず基板から離れる方向に光を放射するように基板上に実装された、透明乃至半透明の基板を備えたデバイスを用意する。透明乃至半透明のカプセル材は発光素子をカバーする。反射コーティングをカプセル材の面に塗布し、発光素子が放射した光を、この反射コーティングによって基板に向けて反射させる。
【０００７】
他の実施形態も開示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明を例示する現在好ましい実施形態を図面に示す。
【０００９】
図１は、複数の固体発光素子が放射する光を混合する例としての方法１００を示す。方法１００によると、複数の固体発光素子が先ず基板から離れる方向に光を放射するように、これらの発光素子を透明乃至半透明の基板上に実装する（１０２）。本明細書の定義では、「透明乃至半透明な」基板は、光が妨害を受けずに透過するか、または拡散して透過する基板である。
【００１０】
次に、方法１００では、発光素子を透明乃至半透明のカプセル材でカバーする（１０４）。その後カプセル材を、発光素子が放射した光を基板に向けて反射する反射材でコーティングする（１０６）。
【００１１】
方法１００を使用して形成することのできる第１の例としてのデバイス２００を図２と図３に示す。デバイス２００は透明乃至半透明の基板２０２を備え、基板２０２は例として、シリコーンゲル、または、エポキシ、樹脂、ガラスで形成することができる。
【００１２】
複数の固体発光素子２０４、２０６、２０８（たとえばＬＥＤまたはレーザダイオード）が先ず基板２０２から離れる方向に光を放射するように、これらの発光素子を基板２０２上に実装する。本明細書の定義では、「複数の」発光素子２０４から２０８は、任意の色の２つ以上の発光素子を備えていればよい。しかし図２と図３に示す実施形態では、発光素子２０４から２０８は赤色発光素子２０４、緑色発光素子２０６、青色発光素子２０８を備える。
【００１３】
発光素子２０４から２０８は、種々の方法で基板２０２に実装することができる。１実施形態では、複数の導体３００、３０２、３０４、３０６、３０８、３１０を基板２０２上に形成する（たとえば、塗布またはめっきにより）。ついで、各発光素子２０４から２０８を、第１の導体３０６から３１０のうち１つに実装し、ついで、ワイヤボンド２１０、２１２、２１４を介して第２の導体３００から３０４のうち１つに結合する。場合によっては、発光素子２０４から２０８を実装する導体３０６から３１０は、共通のグランドを介して互いに結合されていてもよい。
【００１４】
発光素子２０４から２０８を基板２０２に実装する代替の方法では、発光素子２０４から２０８を基板２０２上に直接実装し、ついで、発光素子２０４から２０８をワイヤボンドを介して各導体対に結合する。
【００１５】
発光素子２０４から２０８を基板２０２に実装した後、これらを透明または半透明のカプセル材２１６でカバーする。１実施形態では、カプセル材２１６は、基板２０２上に固定された（たとえば接着または融解により）透明または半透明のシェルの形状であってもよい。たとえば、シェルはシリコーン、または、エポキシ、樹脂を使用して形成することができる。別の実施形態では、カプセル材２１６は、基板２０２上に分注しついで硬化させた液体、または、ゲル、半固体材料の形状であってもよい。オプションとしては、基板２０２を型とあわせ、カプセル材２１６を型に分注してもよい。この方法では、面の種々の細部（細かい形状）をカプセル材２１６に適用（形成）することができる。これについては後述する。さらに別の実施形態では、発光素子２０４から２０８は上記のカプセル材の両方でカバーしてもよい。たとえば、柔軟なカプセル材を逆向きにしたシェルに入れ、ついでシェルを基板２０２に固定（柔軟なカプセル材を充填したシェルを基板２０２で封止）してもよい。
【００１６】
カプセル材２１６で発光素子２０４から２０８をカバーした後、カプセル材２１６の面に反射コーティング２１８を塗布する。反射コーティング２１８は金属コーティングであってよく、１実施形態はミラーコーティングである。デバイス２００の使用に際しては、反射コーティング２１８は、発光素子２０４から２０８が放射する光２２０を基板２０２の方へ反射する役割を果たす。
【００１７】
基板２０２から反射する前に（発光素子２０４から２０８からの光を直接的に反射して基板２０２から出射させるのではなく、）発光素子２０４から２０８が放射した光２２０をカプセル材２１６に向けることによって、種々の発光素子２０４から２０８からの光２２０は、光を直接ビューワ（または照明する目標）に向けて単に放射する場合より実質的に大幅に混合される。
【００１８】
放射光をさらに良好に混合できるように、デバイス２００は種々の方法で変更してもよい。たとえば、１つまたは複数のリフレクタを基板２０２上に実装し、発光素子２０４から２０８が放射した光をカプセル材２１６上に塗布した反射コーティングに向かうように反射させてもよい。１実施形態では、単一のリフレクタを、複数の発光素子２０４から２０８の近くまたは周囲に配置してもよい。別の実施形態では、図４から図６に示すように（デバイス４００）、リフレクタは、各発光素子２０４から２０８のそれぞれを囲むリフレクタカップ４０２、４０４、４０６の形態をとってもよい。
【００１９】
図２に示すように、反射コーティング２１８を塗布するカプセル材２１６の面は全般にドーム型であってもよい。別法としては、面をテクスチャ状（粗い面）にしてもよいし（たとえばランダムに粗にする）、またはファセット（切子面）状にしてもよい。また図４に示すように、レンズ４０８をカプセル材２１６の上に形成してもよい。このようなレンズを形成する１つの方法は、基板２０２に型をあてて、ついで、カプセル材２１６を型に分注する。上述のように場合によっては、型をシェル型（殻状）のカプセル材によるものとしてもよい。たとえば、図４に示すレンズ４０８はフレネルレンズ状であるが、他のタイプのレンズも有用である。
【００２０】
またレンズを基板の上で形成（たとえば基板上に成型する）することができる。たとえば、レンズは凹レンズであってもよいし凸レンズであってもよい。
【００２１】
テクスチャ状またはファセット状のカプセル材の面、またはレンズ４０８が上に形成されたカプセル材２１６または基板２０２は特に、カプセル材２１６と基板２０２が透明であるときには光の混合を促進するのに有用である。カプセル材料２１６または基板２０２が半透明の場合、カプセル材２１６または基板２０２自体が十分に光を混合させることができる。
【００２２】
基板２０２またはカプセル材２１６の材料を変更し、光の混合を促進することができる。たとえば、拡散剤などの不純物または反射パウダを基板２０２またはカプセル材２１６に導入することができる。また、基板２０２またはカプセル材２１６に色をつけてもよいし、または、偏光子を中または上に形成してもよい。
【００２３】
図３と図５に示すように、複数の発光素子２０２から２０６を、円形の周囲に等間隔で配置することができる。しかし、発光素子２０２から２０６は別の方法で配置してもよい。たとえば図７は、発光素子７０２、７０４、７０６を一列に実装したデバイス７００の平面図である。たとえば、図７に示す発光素子７０２から７０６は、基板７２０上に形成された第１および第２の導体７０８、７１０、７１２、７１４、７１６、７１８に実装される。デバイス２００と同様に、発光素子７０２から７０６は、第１の導体７０８から７１２に実装し、ついで、第２の導体７１４から７１８にワイヤボンドすることができる（ワイヤボンド７２２、７２４、７２６を介する）。
【００２４】
図３と図５に示す基板２０２の幾何形状は円形であるが、図７に示す基板７２０の幾何形状は四角形である。別法としては、透明または半透明な基板の幾何形状は、好み、製造要件、特定の用途のニーズに応じて他の形態であってもよい。
【００２５】
図２に示すカプセル材２１６の断面図は全般にドーム型であるが、カプセル材の断面は他の形状であってもよい。たとえば、図８は台形（またはファセット状）のプロファイル８００を示す。
【００２６】
図９は、方法１００を使用して形成することのできるさらに別のデバイス９００を示す。デバイス９００は、透明乃至不透明な基板９１２に実装された複数の発光素子９０８、９１０が放射した光９０６の方向を変えるように配置された、複数の透明乃至不透明な光パイプ９０２、９０４を備える。光パイプ９０２、９０４は光を単に混合するだけではなく、より制御された方法で光を混合する。光パイプ９０２、９０４は発光素子９０８、９１０が放射する光９０６の大部分を運ぶが、光パイプ９０２、９０４は、反射コーティング９１６を上に有するカプセル材９１４によって封入される。好ましくは、光パイプ９０２、９０４はカプセル材９１４より高い屈折率を有する。１実施形態では、光パイプ９０２、９０４は第２のカプセル材から形成される。別の実施形態では、光パイプ９０２、９０４は光ファイバストランド、または、反射材をプリントしたガラス構造を備える。これらは第１のカプセル材９１４を周囲で成型するときに発光素子９０８と９１０の上に懸架する。
【００２７】
光パイプ９０２、９０４がベンド（屈曲部）を含む場合、リフレクタ９１８、９２０は各ベンドに配置し、ベンドにおいて光９０６が光パイプ９０２、９０４から漏れるのを抑制する。また、リフレクタ９２２、９２４は各発光素子９０８、９１０の周囲に備えてもよい。上記のように、光パイプ９０２、９０４から漏れる光はカプセル材９１４上のコーティング９１６によって反射される。
【００２８】
本明細書に開示するデバイス２００、４００、９００は、種々の用途に使用することができる。一部の用途では、プリント基板内の孔の上に設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】複数の固体発光素子が放射する光を混合する例としての方法を示す図である。
【図２】図１の方法を使用して形成することのできる第１の例としてのデバイスの立面図である。
【図３】図２のデバイスの平面図である。
【図４】図１の方法を使用して形成することのできる第２の例としてのデバイスの立面図である。
【図５】図４のデバイスの平面図である。
【図６】図４のデバイスの一部の組立図である。
【図７】長方形の透明乃至半透明の基板上に発光素子を実装する例を示す図である。
【図８】図７のデバイスのカプセル材の例としての、台形のプロファイルを示す図である。
【図９】図１の方法を使用して形成することのできる第３の例としてのデバイスの等角図である。
【符号の説明】
【００３０】
２００、４００、７００、９００  デバイス
２０２、７２０、９１２  基板
２０４、２０６、２０８  固体発光素子
２１６、９１４  カプセル材
２１８、９１６  反射コーティング
２２０、９０６  光
３００、３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、７０８、７１０、７１２、７１４、７１６、７１８  導体
４０２、４０４、４０６  リフレクタカップ
７０２、７０４、７０６、９０８、９１０  発光素子
７２２、７２４、７２６  ワイヤボンド
９０２、９０４  光パイプ
９１８、９２０、９２２、９２４  リフレクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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