(57)【要約】      （修正有）【課題】光学レンズと台座との位置決めを向上するほか、光学レンズから所定の光パターンを出射でき、さらに、パッケージ加工プロセス時間を短縮し、かつ光学レンズはレンズホルダーより簡単に取り外して交換でき、光パターンの快速交換を実現できる発光ダイオードパッケージ構造を提供する。【解決手段】主に台座、発光ダイオードダイ、光学レンズ及びレンズホルダーより構成される。台座の表面にホルダー位置決め孔を備え、側面に収納溝を備える。レンズホルダーに開口、ホルダー位置決め柱及びウェッジを備え、光学レンズはレンズホルダー及び台座の間に設けて開口を通す。レンズホルダーは、ウェッジにより収納溝に掛けて台座上に取り付け、ホルダー位置決め柱によりホルダー位置決め孔にはめ込み、台座上に取り付けることにより構成される。【選択図】図３
0003144867.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
台座と、
台座上に取付けられ、光源を発生する発光ダイオードダイと、
発光ダイオードダイを覆い、該発光ダイオードダイより出射する光源を集めて必要な光パターンを発生する光学レンズと、
開口、少なくともホルダー位置決め柱及びウェッジを備えるレンズホルダーと、を備え、
前記台座は該台座の一つの表面に少なくとも一つのホルダー位置決め孔を有し、かつ該台座の片側に少なくとも一つの収納溝を有してなり、
前記光学レンズはレンズホルダーと台座との間に設けられて開口を通し、レンズホルダーはウェッジにより、収納溝に掛けて台座に固定され、ホルダー位置決め柱により、ホルダー位置決め孔に嵌め込んで、台座に取り付けるレンズホルダーとを備える発光ダイオードパッケージ構造。
【請求項２】
前記光学レンズはさらにレンズ位置決め柱を備え、該台座表面は合わせてレンズ位置決め孔を設け、該光学レンズは該レンズ位置決め柱により、該レンズ位置決め孔に嵌め込んで該台座上に取り付けることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードパッケージ構造。
【請求項３】
前記光学レンズはさらにレンズアランメントを備え、該レンズホルダーの該開口内壁表面は合わせて、少なくともホルダーアランメントを備え、該レンズホルダーを該台座上に取り付けた後、該レンズホルダーは該ホルダーアランメントを結合して、該光学レンズを固定することを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードパッケージ構造。
【請求項４】
前記レンズホルダーの開口内壁表面は、反射層を備えることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードパッケージ構造。
【請求項５】
前記光学レンズは、ガラス部材又はプラスチック部材を用いて、所定の光パターンを出射するレンズであることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードパッケージ構造。
【請求項６】
前記レンズホルダーに備える反射層は、アルミ又は銀の電気メッキ加工により形成されたフィルム層であることを特徴とする請求項４記載の発光ダイオードパッケージ構造。
【請求項７】
前記レンズホルダーに備える反射層は、アルミベース又は銀ベースの光反射物質塗装加工により形成されたフィルム層であることを特徴とする請求項４記載の発光ダイオードパッケージ構造。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は発光ダイオードパッケージ構造に係わり、特にラッチ方式によりレンズホルダーを台座に取り付け、光学レンズを快速交換する技術分野に係わるものである。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、電気エネルギーを光エネルギーに変換する原理を利用し、半導体の正負極の２端子に電圧を印加し電流を流すことにより、電子と正孔を結合させ、エネルギーを光エネルギーとして放出される。さらに、発光ダイオードは、使用部材により、各エネルギーレベルにおいて、光子エネルギーは様々波長の光源を発生する。発光ダイオードは、体積がコンパクトで、反応が速い、そして汚染を生じないなどの優位性がある。これらの優位性は発光ダイオードを各産業の応用分野に繰り広げられ、ハイパワーの発光ダイオードに進展し、輝度不足の課題も解決されているため、発光ダイオードは照明光源の分野に応用でき、タングステン電球を取り替わるほどの勢いを見せ、今後には従来照明を取り替わるもっとも潜在力をもつ製品となりつつある。
【０００３】
【特許文献１】アメリカ合衆国特許ＵＳ２００４／０１２６９１３号
【特許文献２】日本特許ＪＰ３１９１５８０号
【特許文献３】ロシア連邦特許Ｗ０２００６１０９１１３号
【特許文献４】台湾特許ＴＷ２３８５４２号
【特許文献５】日本特許ＪＰ２００７０８０８７９号
【特許文献６】日本特許ＪＰ２０００１５０９６８号
【特許文献７】アメリカ合衆国特許ＵＳ５４４０４６８号
【特許文献８】アメリカ合衆国特許ＵＳ５０６８７７１号
【特許文献９】アメリカ合衆国特許ＵＳ２００７０２３０１号
【特許文献１０】アメリカ合衆国特許ＵＳ２００４１９０３０４号
【特許文献１１】アメリカ合衆国特許ＵＳ２００７１３９９３１号
【特許文献１２】日本特許ＪＰ６０１９８４１２号
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
発光ダイオードは、主に台座、発光ダイオードダイ、光学レンズ及びレンズ固定台より構成される。台座は発光ダイオードダイの搭載及び電極の導通に供する。構造上、一般的に光学レンズはレンズホルダーによって台座上に固定されるか、又は接着剤を用いて光学レンズを台座に固着する方法が使われている。その構造は、アメリカ合衆国特許ＵＳ２００４／０１２６９１３号のように、ＬＥＤをリードフレーム（ｌｅａｄ  ｆｒａｍｅ）に組み込み、光学レンズは台座又は反射マスクにはめ込む。もしくは日本特許ＪＰ３１９１５８０号のように、電気導通クリップ（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｏｎｔａｃｔｓ）を用いて発光ダイオードダイと光学レンズを固定する。もしくはロシア連邦特許Ｗ０２００６１０９１１３号のように、光学レンズを担体（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）に通した後、誘導稈（ｍｅｌｔｅｄ  ｐｌａｓｔｉｃ  ｉｎｄｅｘｉｎｇ  ｍｅａｎｓ）に固定する。もしくは台湾特許ＴＷ２３８５４２号のように、ねじ又はソケット（Ｓｏｃｋｅｔ）を用いて固定する。もしくは日本特許ＪＰ２００７０８０８７９号のように、光学レンズを台座にラッチする形態を用いる。また、そのほかの組み合わせ構造は日本特許ＪＰ２０００１５０９６８号、アメリカ合衆国特許ＵＳ５４４０４６８、ＵＳ５０６８７７１、ＵＳ２００７０２３０１、ＵＳ２００４１９０３０４、ＵＳ２００７１３９９３１などがある。発光ダイオードダイと光学レンズの間に接着剤を充填し固定する方法は、接着剤が熱による劣化又は黄変を生じ、輝度に影響する。一方、レンズホルダーによる光学レンズの固定方法は、もっとも実用的な構造である。その例として、日本特許ＪＰ６０１９８４１２号などがある。図１は、レンズホルダーを用いる発光ダイオードパッケージ構造の側面図である。図面の通り、該パッケージ構造１は台座（ｂａｓｅ）１０、発光ダイオードダイ（ＬＥＤ  ｄｉｅ）１１、光学レンズ１２及びレンズホルダー（ｌｅｎｓ  ｈｏｌｄｅｒ  ）１３より構成される。発光ダイオードダイ１１は台座１０上に設けられ、光学レンズ１２は該発光ダイオードダイを覆い、レンズホルダー１３及び台座１０の間に取り付けて、レンズホルダー１３の開口を通す。台座１０表面に少なくとも一つの貫通孔１０１有し、レンズホルダー１３の支持柱１３１は貫通孔１０１を通した後、支持柱１３１を貫通孔１０１の支持柱貫通孔に露出した部分１９を加熱溶解により変形させ、支持柱１３１を貫通孔に引き留めて、レンズホルダー１３でもって光学レンズ１２を台座に固定する。この主の構造は光学レンズを固定できるほか、熱膨張より生じた光学レンズと台座との分離を防止でき、特に特殊な光パターンを具有するＬＥＤに適合する。ただし、特殊な光パターンのＬＥＤは構造上、光学レンズと台座との安定結合を前提条件とされている。しかし、この種の構造は光学レンズと台座との位置決め効果に達し難い、しかも支持柱３１を熱溶解し変形する必要があるため、快速組み立ての目的が図れない。
【０００５】
発光ダイオードの普及につれて、その応用分野もますます広くなり、特殊な光パターン（ｌｉｇｈｔ  ｐａｔｔｅｒｎ）を出射する発光ダイオードに対する需要が多くなり、図２は、五角形の光パターンを出射する発光ダイオードである。しかし、この種の特殊な光パターンの発光ダイオードはパッケージ構造において、光学レンズの位置ずれまたは光学レンズの僅かな旋転が発生すると、その光パターンの品質に影響を与えるため、光学レンズの位置決め関係は厳しく要求される。なお、前記した公知技術のパッケージ構造１は単にレンズホルダー１３の支持柱１３１を貫通孔１０１内に制限する方法で、レンズホルダー１３及び光学レンズ１２を台座１０に取り付けるのみである。しかし、長期使用後、パッケージ構造は外力により、揺れや振動を受けたとき、支持柱の貫通孔に露出した部分１９は確実に支持柱１３１を貫通孔１０１内に引き留めることができないため、レンズホルダー１３の緩みにより、光学レンズ１２が移動又は旋転し、発光ダイオードの出射光パターンに影響を与える。
【０００６】
特に、接着剤又は支持柱１３１を加熱溶解し変形させた発光ダイオードを、灯具又はその他の発光体に組み入れるとき、光パターンは光学レンズによって発光ダイオード上に固定されているため、変更できなくなる。光パターンの変更必要であれば、発光ダイオードのセットを交換せざるを得ず、不便で且つコストアップになりかねない。
【０００７】
前記した課題の改善には、本考案人は長年にわたるこの分野における実務経験に基づいて、研究設計を繰り返した結果、一種の発光ダイオードパッケージ構造を考案し、前記した需要の実現方法及び根拠の提供を図る。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
パッケージ加工プロセス時間を短縮し、レンズホルダーを台座上への取り付け並びに光学レンズと台座との間の固定をかねた方法で、光学レンズを快速交換することにより、光パターン変更を実現する、一種の発光ダイオードパッケージ構造を提供することを本考案の主な目的とする。
【０００９】
前記した目的に基づいて、一種の発光ダイオードパッケージ構造は、主に台座（ｂａｓｅ）、発光ダイオードダイ（ＬＥＤ  ｄｉｅ）、光学レンズ（ｏｐｔｉｃａｌ  ｌｅｎｓ）及びレンズホルダー（ｌｅｎｓ  ｈｏｌｄｅｒ  ）より構成される。台座の一つの表面に少なくとも一つのホルダー位置決め孔（ｈｏｌｄｅｒ  ｃａｖｉｔｙ）を有し、かつ台座の片側に少なくとも一つの収納溝（ｃｈａｓｅ）を有する。発光ダイオードダイは、台座上に取り付けられて光源を発生する。光学レンズは、発光ダイオードダイを覆い、発光ダイオードダイより出射する光源を集めて必要な光パターンを発生する。レンズホルダーに開口（ｏｐｅｎｉｎｇ）を有し、一つ以上のホルダー位置決め柱（ｈｏｌｄｅｒ  ｓｔｅｍ）及びウェッジ（Ｗｅｄｇｅ）をレンズホルダーと台座との間に設けて貫通孔を通す。レンズホルダーはウェッジにより、収納溝に掛けて台座に固定される。ホルダー位置決め柱により、ホルダー位置決め孔に嵌め込んで、台座に取り付ける。
【００１０】
さらに、該光学レンズは少なくとも一つのレンズ位置決め柱（ｌｅｎｓ  ｓｔｅｍ）を有し、該台座と釣り合ってレンズ位置決め孔（ｌｅｎｓ  ｃａｖｉｔｙ）を設け、光学レンズはレンズ位置決め柱により、レンズ位置決め孔にはめ込んで、台座上に位置決められる。
【００１１】
また、該光学レンズは必要に応じて、少なくともレンズアランメント（ｌｅｎｓ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を設け、該レンズホルダーの開口内壁表面は、これと合わせてホルダーアランメント（ｈｏｌｄｅｒ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を設け、レンズホルダーを台座上に取り付けた後、レンズホルダーはホルダーアランメントによって、レンズアランメントに結合し、該光学レンズを位置決めする。
【考案の効果】
【００１２】
該レンズホルダーの開口内壁表面は必要に応じて、反射層（ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒ）を設けても良い。
前記した通り、本考案による発光ダイオードパッケージ構造は以下の長所を有する。
（１）本考案による発光ダイオードパッケージ構造はパッケージ工程時間を短縮できる。
（２）本考案による発光ダイオードパッケージ構造はレンズホルダーを台座へより確実に取付け及び位置決めをすることができる。
（３）本考案による発光ダイオードパッケージ構造は光学レンズを台座へのより良い取付け及び位置決めをすることができる。
（４）本考案による発光ダイオードパッケージ構造は光学レンズを簡単に交換し、光パターンの快速交換を実現できる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１３】
本考案をより明確に説明するため、好ましい実施例と図式と併せて、以下の通りで詳細に説明する。なお、下記に掲げる実施例は本考案による発光ダイオードパッケージ構造の主な構成部品の説明を目的とする。しかし、本考案によるパッケージ構造以外の通常の発光ダイオードパッケージ構造は公知技術である。よって、当該技術分野に詳しい者は、本考案による発光ダイオードパッケージ構造の構成部品は下記実施例に掲げたものに拘束されない。つまり、該発光ダイオードの構成部品は様々な変更、修正、ないし等効果変更が可能である。例えば、該発光ダイオードパッケージ構造の光学レンズ形状、光パターン、台座とレンズホルダーの外観、厚み、材質、位置決め柱と固定孔との組み合わせ方式とも制限されない。
【実施例１】
【００１４】
図３と図４は、それぞれ本考案による発光ダイオードパッケージ構造実施例１の外観分解図と側面図である。図面の通り、該パッケージ構造２は台座２０、発光ダイオードダイ２１、光学レンズ２２及びレンズホルダー２３より構成される。光学レンズ２２は発光ダイオードダイ２１を覆い、発光ダイオードダイ２１より出射される光源を集めた上、必要な光パターンを出射する。レンズホルダー２３は光学レンズ２２を台座２０への固定に用いられる。
【００１５】
台座２０の一つの表面に少なくとも一つのホルダー位置決め孔（ｈｏｌｄｅｒ  ｃａｖｉｔｙ）を有し、かつ台座２０の片側に少なくとも一つの収納溝（ｃｈａｓｅ）を有する。発光ダイオードダイ２１は、台座２０上に取付けて、光源を発生する。そのうち、光学レンズ２２はガラス又はプラスチック製で、所定の光パターンを出射可能なレンズが好ましい。台座２０の表面は必要に応じて凹み面を設け、発光ダイオードダイ２１を収納する。
【００１６】
レンズホルダー２３に開口２３１を設け、少なくともホルダー位置決め柱（ｈｏｌｄｅｒ  ｓｔｅｍ）２３２とウェッジ（ｗｅｄｇｅ）２３３を有し、ホルダー位置決め柱２３２とウェッジ２３３はホルダー位置決め孔２０１と収納溝２０２の位置に合わせて設ける。光学レンズ２２はレンズホルダー２３と台座２０の間に設け、かつ開口２３１を通す。一方、レンズホルダー２３はウェッジ２３３により収納溝２０２に掛けて、台座２０に取り付けた後、該ホルダー位置決め柱２３２により、ホルダー位置決め孔２０１にはめ込んで、台座２０に取り付ける。該パッケージ構造により、レンズホルダー２３を用いて、光学レンズ２２を台座上に取り付ける。
【００１７】
パッケージ加工プロセスにおいて、ウェッジ２３３は収納溝２０２の位置、ホルダー位置決め柱２３２はホルダー位置決め孔２０１の位置それぞれ合わせた後、レンズホルダー２３を下方の台座２０に押さえ込み、ウェッジ２３３が台座２０に当たり引き続き圧下されると、ウェッジ２３３は変形を引き起して、台座２０側面から外部に拡張する。ウェッジ２３３は収納溝槽２０２に押さえ込んだ後、ウェッジ２３３の弾性により、ウェッジ２３３が元来の形状に戻り、収納溝２０２と掛け合う。一方、レンズホルダー２３を台座２０に押し込むことにより、ホルダー位置決め柱２３２をホルダー位置決め孔２０１に嵌め込み、レンズホルダー２３を台座２０上への固定を強化できる。
【００１８】
他の光パターンのレンズに交換するとき、レンズホルダー２３のウェッジ２３３を簡単な工具を用いて変形させ、収納溝２０２と引き離し、レンズホルダー２３、台座２０及び光学レンズ２２を外すことができる。他の光パターンの光学レンズ２２に交換した後、前記した組み立て方法に従い、素子を壊すことなく光学レンズ２２を交換できる。
【００１９】
前記した説明から、公知技術のパッケージ構造はレンズホルダーの支持柱を加熱溶融により変形させる方法に対して、本考案による発光ダイオードパッケージ構造と公知技術に比べて、パッケージ加工プロセス時間を短縮できるほか、レンズホルダーを破壊することなく光学レンズの快速交換を実現できる。
【００２０】
このほか、レンズホルダー２３開口内壁表面２３４は必要により、反射層（ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒ）を設けても良い。一例として、開口内壁表面２３４にアルミ、銀又はアルミベース、銀ベースを電気メッキ加工して、フィルム層を形成し、内壁表面２３４の反射効果を向上する。このほか、台座２０の外観は図３に示す四方形に限らず、必要に応じて改変できる。ただし、その他の台座外観もなお本考案の出願範囲に含まれるものとする。
【実施例２】
【００２１】
図５は、本考案による発光ダイオードパッケージ構造実施例２外観の分解図である。図面の通り、パッケージ構造３とパッケージ構造２との相違点は、パッケージ構造３に備える光学レンズ３２は少なくともレンズ位置決め柱（ｌｅｎｓ  ｓｔｅｍ）３２２を有し、台座３０表面の釣り合い場所は少なくともレンズ位置決め孔（ｌｅｎｓ  ｃａｖｉｔｙ）３０１を有する。光学レンズ３２はレンジ位置決め柱３２２により、レンジ固定孔３０１にはめ込み、台座３０上に固定する。この構造により、光学レンズ３２は台座３０上が移動又は旋転し、パッケージ構造３が外力による揺れ又は振動により、光学レンズ３２の移動又は旋転の恐れを軽減できる。
【実施例３】
【００２２】
図６は、本考案による発光ダイオードパッケージ構造実施例３外観の分解図である。図面の通り、該パッケージ構造４は前記のパッケージ構造２との相違点は、パッケージ構造４に備える光学レンズ４２はプラスチック射出成型によるもので、少なくともレンズアランメント（ｌｅｎｓ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）４２３を有し、該レンズアランメント４２３はプラスチック射出金型より成型されたもので、光学レンズ４２と一体化に成型する。さらに、レンズホルダー４３開口内壁表面２３４は少なくとも一つのホルダーアランメント（ｈｏｌｄｅｒ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）４３９を合わせて設ける。レンズホルダー４３を台座２０上に取付るとき、レンズホルダー４３はホルダーアランメント４３９により、レンズアランメント４２３と結合し光学レンズ４２を固定する。この構造により、光学レンズ４２は台座２０上に取り付けて固定して置き、パッケージ構造４は、外力による揺れ又は振動により光学レンズ４２の移動又は旋転の恐れを軽減できる。
【００２３】
前記のレンズ位置決め孔、レンズ位置決め柱、レンズアランメントは必要に応じて組み合わせて使用でき、前記の実施例に制限されない。一例として、該光学レンズはレンズ位置決め柱とレンズアランメントを同時に設け、又はレンズホルダーと台座はホルダーアランメントとレンズ位置決め孔を同時に設けて、より良い丈夫な取付けと位置決めを図る。
【実施例４】
【００２４】
図７は、本考案による発光ダイオードパッケージ構造実施例４外観の分解図である。図面の通り、該パッケージ構造５と前記実施例のパッケージ構造との相違点は、該パッケージ構造５に備える台座５０及びレンズホルダー５３の外観は円形を形成し、様々な応用に備える。本実施例において、光学レンズ２２はガラス精密金型成型（ｇｌａｓｓ  ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ）技術により、成型品に近いガラス母材（ｇｌａｓｓ  ｐｒｅｆｏｒｍ）又はガラス部材を成型金型に置いた後、升温鋳造（ｈｅａｔｉｎｇ  ａｎｄ  ｃａｓｔｉｎｇ）プロセスにより作り上げる。もし、白色ＬＥＤに用いるとき、蛍光パウダー混入ガラス（Ｐｈｏｓｐｈｏｒ  Ｐｏｗｄｅｒ  Ｉｎｓｅｒｔｅｄ  Ｇｌａｓｓ  Ｓｕｒｆａｃｅ，  ＰＩＧＳ）製造技術より作り上げた光学レンズ２２は、レンズの表層に蛍光粉を混入することにより、ＬＥＤの出射光源の波長を白光に転換することができる。本実施例において、円形台座５０の表面にホルダー位置決め孔２０１を有し、側面に収納溝２０２を有するほか、レンズホルダー５３もホルダー位置決め柱２３２及びウェッジ２３３を合わせて設けられているため、レンズホルダー５３はウェッジ２３３により、収納溝２０２に掛け合い、台座５０上に取り付けた後、ホルダー位置決め柱２３２により、ホルダー位置決め孔２０１に嵌め込んで、台座５０に取り付ける。よって、レンズホルダー５３は台座及びレンズホルダー外観形状に制限されることなく、単独に光学レンズ２２を台座５０に上に取り付けることができる。本考案の構造は単純で、レンズホルダー５３により、剛性のガラス製の光学レンズ２２に取り付けて固定でき、作り上げた円形ＬＥＤは灯具又は自動車の室内灯など簡単に応用できる。
【００２５】
以上は本考案の好ましい実施例の説明である。これらは本考案を説明するものであり、なんらの制限を加えるものではない。当該技術を熟知する者は、本考案の請求範囲による改変、修正、ないし等効果変更が可能である。そのため、本考案の請求範囲による改変、修正、ないし等効果変更は、本考案の請求範囲に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】公知技術の発光ダイオードパッケージ構造の側面図である。
【図２】五角形光パターンの発光ダイオードの概略図である。
【図３】本考案による発光ダイオードパッケージ構造実施例１外観の分解図である。
【図４】本考案による発光ダイオードパッケージ構造実施例１の側面図である。
【図５】本考案による発光ダイオードパッケージ構造実施例２外観の分解図である。
【図６】本考案による発光ダイオードパッケージ構造実施例３外観の分解図である。
【図７】本考案による発光ダイオードパッケージ構造実施例４外観の分解図である。
【符号の説明】
【００２７】
１、２、３、４、５        発光ダイオードパッケージ構造
１０、２０、３０、５０    台座
１０１                    貫通孔
１１、２１                発光ダイオードダイ
１２、２２、３２、４２    光学レンズ
１３、２３、４３、５３    レンズホルダー
１３１                    支持柱
１９                      支持柱の貫通孔に露出した部分
２０１                    ホルダー位置決め孔
２０２                    収納溝
２３１                    開口
２３２                    ホルダー位置決め柱
２３３                    ウェッジ
２３４                    開口内壁表面
３０１                    レンズ位置決め孔
３２２                    レンズ位置決め柱
４２３                    レンズアランメント
４３９                    ホルダーアランメント
【図１】
0003144867.tif 000003
【図２】
0003144867.tif 000004
【図３】
0003144867.tif 000005
【図４】
0003144867.tif 000006
【図５】
0003144867.tif 000007
【図６】
0003144867.tif 000008
【図７】
0003144867.tif 000009