(57)【要約】      （修正有）【課題】発光体と、コロイドと、を備える発光ダイオード素子を提供する。【解決手段】発光体は、対向する出光面及び底面を有する。発光体は、第１の長さ、第１の幅及び発光角度を有する。コロイドは、発光体を被覆する。コロイドは、対向する第１の表面と、第２の表面と、を含む。第２の表面は、第２の長さ及び第２の幅を有する。コロイドは、屈折率を有する。発光体の出光面からコロイドの第２の表面までの距離は、第１の距離より小さく、且つ第２の距離より大きい。2013140926.tif 000008ただし、ｓｉｎα＝１／コロイドの屈折率、であり、νは発光角度の半値全幅角度である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する出光面及び底面を有し、第１の長さ、第１の幅及び発光角度を有する発光体と、
前記発光体を被覆し、対向する第１の表面と、第２の長さ及び第２の幅を有する第２の表面と、を含み、屈折率を有するコロイドと、
を備え、
前記発光体の前記出光面から前記コロイドの前記第２の表面までの距離は、第１の距離より小さく、且つ第２の距離より大きく、
2013140926.tif 000006
ｓｉｎα＝１／前記コロイドの前記屈折率であり、且つνが、前記発光角度の半値全幅角度である、
発光ダイオード素子。
【請求項２】
前記コロイドの材料は、ポリメタクリル酸メチルである請求項１に記載の発光ダイオード素子。
【請求項３】
前記コロイドの前記屈折率は、１．２〜１．６である請求項１に記載の発光ダイオード素子。
【請求項４】
前記発光角度は、９０度〜１６０度である請求項１に記載の発光ダイオード素子。
【請求項５】
前記距離は、第３の距離より大きく、且つ前記第３の距離は、第４の距離より大きく、
2013140926.tif 000007
請求項１に記載の発光ダイオード素子。
【請求項６】
前記発光体は、
発光ダイオード結晶粒と、
前記発光ダイオード結晶粒をカバーするコロイド層と、を含む請求項１に記載の発光ダイオード素子。
【請求項７】
前記コロイド層は、蛍光コロイドを含む請求項６に記載の発光ダイオード素子。
【請求項８】
前記第１の表面は、面積及び形状のいずれも前記第２の表面と同じであり、且つ前記第２の表面に正対し、前記発光体の前記底面、又は前記第１の表面に対する前記底面の正投影は、前記第１の表面の真中にある請求項１に記載の発光ダイオード素子。
【請求項９】
前記第２の表面に対する前記発光体の正投影は、前記第２の表面の真中にある請求項１に記載の発光ダイオード素子。
【請求項１０】
前記コロイドは、前記第１の表面と前記第２の表面との間に係合される側面を有し、且つ前記側面と前記第１の表面との夾角は、３０度〜１５０度である請求項１に記載の発光ダイオード素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子に関し、特に、発光ダイオード（ＬＥＤ）素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の発光ダイオード素子を示す断面模式図である図１を参照する。この発光ダイオード素子１００は、主に、発光体１０２と、コロイド１０４と、コロイド質ハウジング１０６と、を備える。発光体１０２は、コロイド質ハウジング１０６の開孔１０８の底面１１０に、一般的に、その底面１１０の中央領域に設けられる。コロイド１０４は、発光体１０２の全体を被覆するように、コロイド質ハウジング１０６の開孔１０８にぎっしり詰められる。
【０００３】
発光ダイオード素子１００において、コロイド質ハウジング１０６を、ポリカーボネート（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ；ＰＣ）によって構成することは一般的である。且つ、コロイド質ハウジング１０６の開孔１０８の裏側面１１６への発光体１０２からの光１１２を反射することによって、側方向への発光体１０２からの光１１２を、発光ダイオード素子１００の出光面１１４から射出させるように、コロイド質ハウジング１０６の色を白にすることは一般的である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、発光体１０２からの光１１２がコロイド質ハウジング１０６の開孔１０８の裏側面１１６に射す場合、光１１２のエネルギーが衰えることがある。そこで、コロイド質ハウジング１０６により反射された後、光１１２の輝度は低下する。また、このような設計のため、発光ダイオード素子１００の光場がコロイド質ハウジング１０６の開口の設計に限定されることもある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明の一態様は、発光体の出光面から発光ダイオード素子の出光面までの距離及び発光体の幅を設計することによって、発光体からの出射光を、コロイドの側壁に触れずにコロイドの開口から直接に射出させる可能な発光ダイオード素子を提供する。そのため、発光体の光利用効率を向上させることができる。
【０００６】
本発明のまた他の態様は、発光体の出光面から発光ダイオード素子の出光面までの距離及び発光体の長さを設計することによって、発光体からの横向きの出射光を、コロイドの側壁により屈折されてから射出させる可能な発光ダイオード素子を提供する。そこで、発光ダイオード素子の長手方向の発光角度を向上させることができる。
【０００７】
本発明のまた一つの態様は、コロイドを被覆するためのポリカーボネートのコロイド質ハウジングを設ける必要がないため、工程を簡略化し、材料のアウトレイコストを削減できるだけでなく、更に、発光ダイオード素子の黄化問題を効果的に避けることのできる発光ダイオード素子を提供する。
【０００８】
本発明の前記目的によると、発光ダイオード素子が提案される。この発光ダイオード素子は、発光体と、コロイドと、を備える。発光体は、対向する出光面及び底面を有する。そのうち、発光体は、第１の長さ、第１の幅及び発光角度を有する。コロイドは、発光体を被覆する。そのうち、コロイドは、対向する第１の表面と、第２の長さ及び第２の幅を有する第２の表面と、を含み、且つ屈折率を有する。発光体の出光面からコロイドの第２の表面までの距離は、第１の距離より小さく、且つ第２の距離より大きく、そのうち、
2013140926.tif 000002
ｓｉｎα＝１／コロイドの屈折率であり、且つνは、発光角度の半値全幅角度である。
【０００９】
本発明の一実施例によると、前記コロイドの材料は、ポリメタクリル酸メチル（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ；ＰＭＭＡ）である。
【００１０】
本発明のまた他の実施例によると、前記コロイドの屈折率は、１．２〜１．６である。
【００１１】
本発明のまた一つ実施例によると、前記発光角度は、９０度〜１６０度である。
【００１２】
本発明のもう一つの実施例によると、前記発光体の出光面からコロイドの第２の表面までの距離は、第３の距離より大きく、且つ第３の距離は、第４の距離より大きい。そのうち、
2013140926.tif 000003
【００１３】
本発明のもう一つの実施例によると、前記発光体は、発光ダイオード結晶粒と、コロイド層と、を含む。このコロイド層は、発光ダイオード結晶粒をカバーする。一例において、前記コロイド層は、蛍光コロイドを含む。
【００１４】
本発明のもう一つの実施例によると、前記第１の表面は、面積及び形状のいずれも第２の表面と同じであり、且つ第２の表面に正対し、発光体の底面又は第１の表面に対する底面の正投影は、第１の表面の真中にある。
【００１５】
本発明のもう一つの実施例によると、前記第２の表面に対する発光体の正投影は、第２の表面の真中にある。
【００１６】
本発明のもう一つの実施例によると、前記コロイドは、第１の表面と第２の表面との間に係合される側面を有し、且つ側面と第１の表面との夾角は、３０度〜１５０度である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
下記図面の簡単な説明は、本発明の前記または他の目的、特徴、メリット、実施例をより分かりやすくするためのものである。
【００１８】
【図１】従来の発光ダイオード素子を示す断面模式図である。
【図２】本発明の一実施形態による発光ダイオード素子を示す立体模式図である。
【図３】本発明の一実施形態による発光ダイオード素子を示す正面模式図である。
【図４】図３に示したＡ‐Ａ断面線に沿って得る発光ダイオード素子を示す断面模式図である。
【図５】図３に示したＢ‐Ｂ断面線に沿って得る発光ダイオード素子を示す断面模式図である。
【図６】本発明のまた他の実施形態による発光ダイオード素子を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の一実施形態による発光ダイオード素子を示す立体模式図である図２と、本発明の一実施形態による発光ダイオード素子を示す正面模式図である図３と、を参照する。一実施形態において、発光ダイオード素子２００は、主に、発光体２０２と、コロイド２０４と、を備える。しかしながら、本実施形態の発光ダイオード素子２００は、従来の発光ダイオード素子に含まれる白いコロイド質ハウジングを備えない。
【００２０】
一実施例において、発光体２０２は、主に、発光ダイオード結晶粒２１４と、コロイド層２１６と、を含む。コロイド層２１６は、発光ダイオード結晶粒２１４をカバーする。コロイド層２１６は、発光ダイオード結晶粒２１４からの光２１８を発光体２０２から射出させる可能な光透過性コロイドである。一例示において、発光ダイオード素子２００に必要な色の光によって、コロイド層２１６を、例えば、必要な色の蛍光粉を混ぜた蛍光コロイドにしてよい。
【００２１】
図３に示したＡ‐Ａ断面線に沿って得る発光ダイオード素子を示す断面模式図である図４と、図３に示したＢ‐Ｂ断面線に沿って得る発光ダイオード素子を示す断面模式図である図５と、を合わせて参照する。発光体２０２は、それぞれ発光体２０２の対向する両側にある出光面２２０及び底面２１２を有する。図４及び図５に示すように、発光体２０２の出光面２２０は、コロイド層２１６の上表面であり、発光体２０２の底面２１２は、発光ダイオード結晶粒２１４の底面である。また、発光体２０２は、長さＸC及び幅ｔCを有する。図４に示すように、発光体２０２は、発光角度θを更に有する。一実施例において、発光体２０２の発光角度θの範囲は、例えば、９０度〜１６０度であってよい。
【００２２】
コロイド２０４は、発光体２０２を被覆する。また、図４及び図５を参照し、コロイド２０４は、それぞれコロイド２０４の対向する両側にある表面２０６及び２０８を有する。コロイド２０４の表面２０６は、発光ダイオード素子２００の出光面である。また、コロイド２０４は、側面２１０を更に含む。そのうち、コロイド２０４の側面２１０は、対向する2つの表面である２０６と２０８との間に係合される。
【００２３】
本実施形態において、発光体２０２は、コロイド２０４の表面２０８に嵌設される。一実施例において、図４及び図５に示すように、発光体２０２の底面２１２とコロイド２０４の表面２０８とは、共平面にある。また他の実施例において、発光体２０２の底面２１２は、コロイド２０４の表面２０８から突き出している。また他の実施形態において、発光体２０２の全体は、コロイド２０４に埋設されてよい。コロイド２０４は、光透過性材質であり、その材料としては、例えば、ポリメタクリル酸メチルであってよい。コロイド２０４の屈折率は、材料によって異なる。一実施例において、コロイド２０４の屈折率の範囲は、例えば、１．２〜１．６であってよい。
【００２４】
図３に示すように、コロイド２０４の表面２０６は、長さＸ及び幅ｔを有する。また、図２及び図５を参照し、本実施形態において、コロイド２０４の表面２０６と２０８は、同様な面積及び形状を有し、且つ表面２０８は、表面２０６に正対する。なお、正対とは、表面２０６と表面２０８が対向し、且つ表面２０６の表面２０８に対する正投影の中心点と表面２０８の中心点が重なることを意味する。一実施例において、この場合、発光体２０２の底面２１２、又はコロイド２０４の表面２０８に対する底面２１２の正投影は、コロイド２０４の表面２０８の真中にあってよい。このようにして、発光体２０２からコロイド２０４の表面２０６の任意の対向する２つの辺までの距離は、同じである。一例示において、図２〜図５に示すように、コロイド２０４の表面２０６と２０８のいずれの形状も矩形であり、且つ側面２１０が、表面２０６及び２０８のいずれに対しても垂直である。
【００２５】
本実施形態の発光ダイオード素子２００において、発光体２０２の出光面２２０から発光ダイオード素子２００の出光面、即ち、コロイド２０４の表面２０６までの距離ｄが、第１の距離Ｚ１より小さく、且つ第２の距離Ｚ２より大きく、即ち、Ｚ２＜距離ｄ＜Ｚ１であるように要求される。そのうち、
2013140926.tif 000004
そのうち、ｓｉｎα＝１／コロイド２０４の屈折率であり、且つνは、発光体２０２の発光角度θの半値全幅角度（Ｆｕｌｌ  Ｗｉｄｔｈ  ａｔ  Ｈａｌｆ  Ｍａｘｉｍｕｍ；ＦＷＨＭ）である。ｓｉｎα＝１／コロイド２０４の屈折率であるため、ｓｉｎαの数値は、採用されたコロイド２０４の材料次第である。本実施形態において、αは、空気におけるコロイド２０４の全反射角であり、νは、発光体２０２の発光角度θの半値全幅角度である。
【００２６】
そこで、図４に示すように、本実施形態は、コロイド２０４の全反射角及び発光体２０２による発光角度θの特性を利用して、発光体２０２の出光面２２０から発光ダイオード素子２００の出光面までの距離ｄの範囲を設計することによって、発光体２０２からの縦向きの光２１８を、コロイド２０４の側壁２２２に触れずに、発光ダイオード素子２００のコロイド２０４の表面２０６から直接に射出させる。このようにして、発光体２０２の光利用効率を大幅に向上させ、更に、発光ダイオード素子２００の輝度を向上させることができる。
【００２７】
また、発光ダイオード素子２００のコロイド２０４の外側に、発光体２０２からの縦向きの光２１８を反射するためのコロイド質ハウジングを別に設ける必要もなく、即ち、発光体の光利用効率を向上させることができる。そこで、工程を簡略化し、材料のアウトレイコストを削減できるだけでなく、更に、発光ダイオード素子２００の黄化問題を効果的に避けることができる。
【００２８】
一実施例において、発光ダイオード素子２００では、発光体２０２の出光面２２０から発光ダイオード素子２００の出光面、即ち、コロイド２０４の表面２０６までの距離ｄが、Ｚ２＜距離ｄ＜Ｚ１である関係式だけでなく、距離ｄ＞第３の距離Ｚ３＞第４の距離Ｚ４である関係式も満たすように要求される。そのうち、
2013140926.tif 000005
【００２９】
図５に示すように、本実施形態は、コロイド２０４の全反射角及び発光体２０２による発光角度θの特性を利用して、発光体２０２の出光面２２０から発光ダイオード素子２００の出光面までの距離ｄの範囲を設計することによって、発光体２０２からの横向きの光２１８を、コロイド２０４の側壁２２２に触れてから、コロイド２０４により屈折されて発光ダイオード素子２００のコロイド２０４の側面２１０から射出させる。このようにして、長さＸの方向における発光ダイオード素子２００の発光角度を大きくすることができる。
【００３０】
そこで、発光ダイオード素子２００を導光板を持つ光源モジュールに適用する場合、長さＸの方向の発光角度を向上させることで、光源モジュールが導光板の入光側で暗領域を発生することを避けることができる。
【００３１】
本発明のコロイドの出光面と底面は、面積及び形状が異なってよい。本発明のまた他の実施形態による発光ダイオード素子を示す断面模式図である図６を参照する。本実施形態の発光ダイオード素子２００ａの構造は、前記実施形態の発光ダイオード素子２００の構造と大体同じであり、発光ダイオード素子２００ａと２００は、発光ダイオード素子２００ａのコロイド２０４ａの表面２０６ａと２０８ａの面積が同じでないことで異なる。
【００３２】
発光ダイオード素子２００ａにおいて、コロイド２０４ａの表面２０６ａと２０８ａの形状は、例えば、いずれも矩形であるが、表面２０６ａの面積が表面２０８ａの面積より大きくてよい。一実施例において、発光体２０２の底面２１２、又はコロイド２０４の表面２０８ａに対する底面２１２の正投影は、表面２０８ａの真中にあってよい。しかしながら、また他の実施例において、発光体２０２の底面２１２、又はコロイド２０４の表面２０８ａに対する底面２１２の正投影は、表面２０８ａの真中になくてもよい。この実施形態において、コロイド２０４ａの表面２０６ａに対する発光体２０２の正投影は、表面２０６ａの真中にある。
【００３３】
また、発光ダイオード素子２００ａにおいて、２つの表面である２０６ａ及び２０８ａに係合されるコロイド２０４ａの側面２１０ａは、表面２０６ａ及び／又は２０８ａに垂直でなくてよい。一実施例において、コロイド２０４ａの側面２１０ａと表面２０８ａとの間に、例えば、３０度〜１５０度の範囲にあってよい夾角ψがある。
【００３４】
前記実施形態より、本発明の一つのメリットは、本発明が、発光ダイオード素子の発光体の出光面から発光ダイオード素子の出光面までの距離及び発光体の幅を設計することによって、発光体からの出射光を、コロイドの側壁に触れずにコロイドの開口から直接に射出させるため、発光体の光利用効率を向上させることができることであることが判明できる。
【００３５】
前記実施形態より、本発明のまた他のメリットは、本発明が、発光体の出光面から発光ダイオード素子の出光面までの距離及び発光体の長さを設計することによって、発光体からの横向きの出射光をコロイドの側壁により屈折されてから射出させるため、発光ダイオード素子の長手方向の発光角度を向上させることができることであることが判明できる。
【００３６】
前記実施形態より、本発明のまた一つのメリットは、本発明の発光ダイオード素子に、コロイドを被覆するためのポリカーボネートのコロイド質ハウジングを設ける必要がないため、工程を簡略化し、材料のアウトレイコストを削減できるだけでなく、更に、発光ダイオード素子の黄化問題を効果的に避けることができることであることが判明できる。
【００３７】
本発明では好適な実施例を前述の通り開示したが、これは本発明を限定するものではなく、当業者であれば、本発明の精神と領域から逸脱しない限り、多様の変動や修正を加えることができる。従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
【符号の説明】
【００３８】
１００、２００、２００ａ  発光ダイオード素子、１０２、２０２  発光体、１０４、２０４、２０４ａ  コロイド、１０６  コロイド質ハウジング、１０８  開孔、１１０、２１２  底面、１１２、２１８  光、１１４、２２０  出光面、１１６  裏側面、２０６、２０６ａ、２０８、２０８ａ  表面、２１０、２１０ａ  側面、２１４  発光ダイオード結晶粒、２１６  コロイド層、２２２  側壁、ｄ  距離、ｔ、ｔC  幅、Ｘ、ＸC  長さ、ψ  夾角、θ  発光角度
【図１】
2013140926.tif 000009
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2013140926.tif 000013
【図６】
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