(57)【要約】【課題】隣接するＬＥＤで色シフトが起こることを防止でき、且つ光の利用効率を向上させることができるＬＥＤモジュールを提供する。【解決手段】ＬＥＤモジュール１は、基板３、ＬＥＤ２及びレンズ４を備える。レンズ４は、ＬＥＤ２の上面２ａが向く方向に膨らむ凸部５と、凸部５及び基板３の間に配置された傾斜部６とを備える。凸部５の表面５ａは、ＬＥＤ２の中心軸２ｃに近づくに従って基板３から離れるように湾曲する。傾斜部６の表面６ａは、ＬＥＤ２の中心軸２ｃを含む断面において、中心軸２ｃに近づくに従って基板３に近づく。【選択図】図２
2017139309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の表面に設けられたＬＥＤと、
前記基板の前記表面と同じ方向を向く前記ＬＥＤの第１表面及び前記ＬＥＤの前記第１表面に直交する前記ＬＥＤの第２表面を覆うレンズと、
を備え、
前記レンズは、
前記ＬＥＤの前記第１表面が向く方向に膨らむ凸部と、
前記凸部及び前記基板の間に配置された傾斜部と、
を備え、
前記凸部の表面は、前記ＬＥＤの中心軸に近づくに従って前記基板から離れるように湾曲し、
前記傾斜部の表面は、前記ＬＥＤの前記中心軸を含む断面において、前記中心軸に近づくに従って前記基板に近づく
ＬＥＤモジュール。
【請求項２】
前記凸部の表面は、前記ＬＥＤの中心軸上が最も厚く、前記ＬＥＤの端部に向かうにつれて厚さが薄くなるように湾曲する請求項１に記載のＬＥＤモジュール。
【請求項３】
前記傾斜部は、前記第２表面から離れていくに従って前記基板と離間していく請求項１に記載のＬＥＤモジュール。
【請求項４】
前記ＬＥＤは、前記第１表面及び前記第２表面の双方から赤色光、緑色光及び青色光を放射する請求項１に記載のＬＥＤモジュール。
【請求項５】
前記傾斜部の前記表面と前記凸部の前記表面との境界は、前記ＬＥＤの前記第１表面より前記基板の前記表面から離れた位置にある請求項１から請求項４の何れか一項に記載のＬＥＤモジュール。
【請求項６】
前記傾斜部の前記表面は、前記ＬＥＤの前記中心軸を含む断面において、前記中心軸から遠いものほど前記中心軸とのなす角が小さくなる複数の線分によって表される請求項１から請求項５の何れか一項に記載のＬＥＤモジュール。
【請求項７】
前記傾斜部の前記表面は、前記ＬＥＤの前記中心軸を含む断面において、前記基板の前記表面側に膨らむ曲線で表される請求項１から請求項５の何れか一項に記載のＬＥＤモジュール。
【請求項８】
前記レンズは、前記傾斜部及び前記ＬＥＤの間に配置された支持部を更に備え、
前記支持部は、前記基板の前記表面と前記ＬＥＤの前記第２表面とに固定された
請求項１から請求項７の何れか一項に記載のＬＥＤモジュール。
【請求項９】
請求項１から請求項８の何れか一項に記載のＬＥＤモジュールを備えた照明装置。
【請求項１０】
基板の表面にＬＥＤを固定する工程と、
前記ＬＥＤが固定された前記基板の前記表面を下向きにし、型に入れられた樹脂に前記ＬＥＤを浸す工程と、
前記ＬＥＤが前記樹脂に浸っている状態で前記基板を上方に移動させる工程と、
前記基板を一定距離上方に移動させた後、前記樹脂を硬化させて前記樹脂を前記ＬＥＤに固定する工程と、
を備えたＬＥＤモジュールの製造方法。
【請求項１１】
前記基板の前記表面に前記ＬＥＤを固定する前に、前記基板の前記表面に撥水処理を施す工程を更に備えた請求項１０に記載のＬＥＤモジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＬＥＤモジュールと照明装置とＬＥＤモジュールの製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）のコストを低下させるため、パッケージを無くしたチップ・スケール・パッケージ（Ｃｈｉｐ  Ｓｃａｌｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）のＬＥＤがＬＥＤメーカから提供されている。なお、以下においては、チップ・スケール・パッケージをＣＳＰともいう。
【０００３】
ＣＳＰのＬＥＤは、パッケージ化されたものと比較して実装に必要な面積が小さい。また、ＣＳＰのＬＥＤは、必要な輝度に応じて基板に実装する個数を簡単に変えることができる。このため、ＣＳＰのＬＥＤを利用することにより、設計の自由度が増すという利点がある。
【０００４】
一方、ＣＳＰのＬＥＤは、上面からだけでなく、側面からも光を放射する。このため、側面から放射される光を利用できないと、光の利用効率が低下してしまう。また、側面から放射された光が隣接するＬＥＤに入射されると、その隣接するＬＥＤで色シフトが起こってしまう。隣接するＬＥＤでは、入射された光によって発熱し、発光効率が低下するといった問題も生じ得る。
【０００５】
例えば、特許文献１及び２に、ＬＥＤモジュールが記載されている。特許文献１及び２に記載されたＬＥＤモジュールでは、ＬＥＤダイはウエハ基板と半導体層とからなる。ＬＥＤダイは、蛍光樹脂によって覆われる。ＬＥＤダイから放射された青色光の一部は、蛍光樹脂において波長変換される。このため、蛍光樹脂から白色光が放射される。
【０００６】
特許文献１に記載されたＬＥＤモジュールでは、蛍光樹脂の一側面が反射層で覆われる。これにより、蛍光樹脂から放射された光が、隣接するＬＥＤ装置に入射されることを防止する。
【０００７】
特許文献２に記載されたＬＥＤモジュールでは、蛍光樹脂の間に反射部材を充填している。このため、蛍光樹脂の周囲が反射部材で覆われる。これにより、蛍光樹脂から放射された光が、隣接するＬＥＤ装置に入射されることを防止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１４−１４３２４６号公報
【特許文献２】特開２０１４−２２５６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１及び２に記載されたＬＥＤモジュールでは、蛍光樹脂から放射される白色光が反射層或いは反射部材で反射される。このため、蛍光樹脂から上方に取り出すことができる光の量、即ち光の利用効率が低下してしまう。
【００１０】
なお、特許文献２に記載されたＬＥＤモジュールでは、蛍光樹脂に斜面が形成されている。励起光となる青色光はＬＥＤダイから放射されるが、他の色の光は、ＬＥＤダイからの青色光が波長変換されることによって蛍光樹脂で生成される。即ち、赤色光及び緑色光は、蛍光樹脂内の蛍光体を中心に等方的に発光する。このため、蛍光樹脂に形成された斜面に当たる光の量は、青色光が最も多い。特許文献１に記載されたＬＥＤモジュールでは、蛍光樹脂から放射される光の分光分布に偏りが生じてしまう。
【００１１】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされた。この発明の目的は、隣接するＬＥＤで色シフトが起こることを防止でき、且つ光の利用効率を向上させることができるＬＥＤモジュールを提供することである。この発明の他の目的は、このような機能を有するＬＥＤモジュールを備えた照明装置を提供することである。この発明の他の目的は、このような機能を有するＬＥＤモジュールの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係るＬＥＤモジュールは、基板と、基板の表面に設けられたＬＥＤと、基板の表面と同じ方向を向くＬＥＤの第１表面及びＬＥＤの第１表面に直交するＬＥＤの第２表面を覆うレンズと、を備える。レンズは、ＬＥＤの第１表面が向く方向に膨らむ凸部と、凸部及び基板の間に配置された傾斜部と、を備える。凸部の表面は、ＬＥＤの中心軸に近づくに従って基板から離れるように湾曲する。傾斜部の表面は、ＬＥＤの中心軸を含む断面において、中心軸に近づくに従って基板に近づく。
【００１３】
この発明に係る照明装置は、上記ＬＥＤモジュールを備える。
【００１４】
この発明に係るＬＥＤモジュールの製造方法は、基板の表面にＬＥＤを固定する工程と、ＬＥＤが固定された基板の表面を下向きにし、型に入れられた樹脂にＬＥＤを浸す工程と、ＬＥＤが樹脂に浸っている状態で基板を上方に移動させる工程と、基板を一定距離上方に移動させた後、樹脂を硬化させて樹脂をＬＥＤに固定する工程と、を備える。
【発明の効果】
【００１５】
この発明に係るＬＥＤモジュールは、基板、ＬＥＤ及びレンズを備える。レンズは、ＬＥＤの第１表面が向く方向に膨らむ凸部と、凸部及び基板の間に配置された傾斜部とを備える。凸部の表面は、ＬＥＤの中心軸に近づくに従って基板から離れるように湾曲する。傾斜部の表面は、ＬＥＤの中心軸を含む断面において、中心軸に近づくに従って基板に近づく。この発明に係るＬＥＤモジュールであれば、隣接するＬＥＤで色シフトが起こることを防止できる。また、この発明に係るＬＥＤモジュールであれば、光の利用効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施の形態１におけるＬＥＤモジュールを示す斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１におけるＬＥＤモジュールの断面を示す図である。
【図３】レンズの機能を説明するために必要な幾何形状を示す図である。
【図４】レンズの機能を説明するために必要な幾何形状を示す図である。
【図５】ＬＥＤの上面の中心から放射された光が凸部の表面に照射される時の放射角度と入射角度との相関を示す図である。
【図６】ＬＥＤの上面の端から放射された光が凸部の表面に照射される時の放射角度と入射角度との相関を示す図である。
【図７】傾斜部の表面で反射される光の放射領域とその光の源となる領域とを示す図である。
【図８】図７に示す光源点で反射された光が凸部の表面に照射される時の放射角度と入射角度との相関を示す図である。
【図９】光源点で反射された光が凸部の表面に照射される時の放射角度と入射角度との相関を示す図である。
【図１０】凸部の表面で全反射された光の軌跡を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態１におけるＬＥＤモジュールの製造方法の例を説明するための図である。
【図１２】この発明の実施の形態２におけるＬＥＤモジュールの断面を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態２におけるＬＥＤモジュールの他の例を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態３におけるＬＥＤモジュールの断面を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態３におけるＬＥＤモジュールの他の例を示す図である。
【図１６】この発明の実施の形態４におけるＬＥＤモジュールの断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
添付の図面を参照し、本発明を説明する。重複する説明は、適宜簡略化或いは省略する。各図において、同一の符号は同一の部分又は相当する部分を示す。
【００１８】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１におけるＬＥＤモジュール１を示す斜視図である。ＬＥＤモジュール１及び点灯装置は、照明装置に備えられる。ＬＥＤモジュール１を備える照明装置は、例えば天井或いは壁に取り付けられる。卓上で使用される照明装置にＬＥＤモジュール１が備えられても良い。照明装置の用途は、これらの例に限定されない。
【００１９】
図２は、この発明の実施の形態１におけるＬＥＤモジュール１の断面を示す図である。図２は、図１のＡ−Ａ線での断面の一部を示す。ＬＥＤモジュール１は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）２、基板３及びレンズ４を備える。図１は、基板３に１６個のＬＥＤ２を搭載した例を示す。ＬＥＤ２は、基板３の表面３ａに設けられる。ＬＥＤ２は、はんだ或いは導電性の接着剤によって基板３に固定される。ＬＥＤ２の電極（図示せず）は、基板３の配線パターン（図示せず）に電気的に接続される。ＬＥＤ２は、この配線パターンを介して点灯装置より直流の電力が供給されて点灯する。なお、点灯装置は、例えばインバータ回路及び制御回路を備える。基板３の表面３ａに、例えば反射塗料として白色レジストが塗布される。
【００２０】
ＬＥＤ２は、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｃａｌｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）のＬＥＤである。ＬＥＤ２は、内部に蛍光体を含み、側面２ｂにパッケージを有していない。このため、ＬＥＤ２は、複数の色を含む光を放射する。例えば、ＬＥＤ２は、上面２ａだけでなく側面２ｂからも赤色光、緑色光及び青色光を放射する。ＬＥＤ２は、白色光以外の光を放射しても良い。ＬＥＤ２の上面２ａは、ＬＥＤ２が取り付けられた基板３の表面３ａと同じ方向を向く。ＬＥＤ２の側面２ｂは、上面２ａに直交する。ＬＥＤ２の側面２ｂは、基板３の表面３ａに直交する。ＬＥＤ２の上面２ａと側面２ｂとは、レンズ４によって覆われる。
【００２１】
レンズ４は、例えば透明樹脂で形成される。レンズ４の材料として、ＬＥＤの封止樹脂に用いられるシリコン樹脂或いはエポキシ樹脂を使用しても良い。レンズ４の材料として、導光板に用いられる環状オレフィンコポリマー等の樹脂を使用しても良い。レンズ４の材料として、ポリカーボネート（ＰＣ）系の樹脂或いはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等の樹脂を使用しても良い。
【００２２】
図２に示す断面は、ＬＥＤ２の中心軸２ｃを含む断面である。レンズ４は、図２に示す断面において、ＬＥＤ２の中心軸２ｃを対称軸とする線対称な形状である。中心軸２ｃは、ＬＥＤ２の中心を通る。また、中心軸２ｃはＬＥＤ２の上面２ａに直交する
【００２３】
レンズ４は、ＬＥＤ２を覆うように設けられる。レンズ４は、ＬＥＤ２の上面２ａ及び側面２ｂのみに固定される。図２は、レンズ４の下端がＬＥＤ２の下端に一致する例を示す。図２に示す例では、ＬＥＤ２の上面２ａ全体及び側面２ｂ全体がレンズ４によって覆われる。
【００２４】
レンズ４は、例えば凸部５及び傾斜部６を備える。凸部５は、ＬＥＤ２の上面２ａから放射された光を効率よく外部に取り出す機能を有する。凸部５は、ＬＥＤ２の上面２ａが向く方向に膨らむ形状である。凸部５の表面５ａは、ＬＥＤ２の中心軸２ｃに近づくに従って基板３から離れるように湾曲していれば良く、中心軸２ｃ上が最も厚く、ＬＥＤ２の端部に向かうにつれて厚さが薄くなるように湾曲していることが好ましい。例えば、凸部５は球体の一部であり、凸部５の表面５ａは球面の一部である。本実施の形態では、凸部５が半径ｒの球体の一部である例を示す。また、本実施の形態では、凸部５の表面５ａが、半径ｒの球体の表面のうち、球体の中心を通る平面から距離ｈだけ離れた位置でその平面と平行に切断した時の小さい方の表面である例を示す。
【００２５】
傾斜部６は、ＬＥＤ２の側面２ｂから放射された光を凸部５の表面５ａに向けて反射させる機能を有する。傾斜部６は、凸部５と一体的に形成される。傾斜部６は、ＬＥＤ２の周囲に配置される。また、傾斜部６は、基板３と凸部５との間に配置される。傾斜部６の表面６ａは、基板３の表面３ａに斜めに対向する。傾斜部６の表面６ａは、図２に示す断面において、ＬＥＤ２の中心軸２ｃに近づくに従って基板３に近づく。
【００２６】
図２は、傾斜部６の下端がＬＥＤ２の下端に一致する例を示す。傾斜部６の高さをｄとし、傾斜部６の幅をＷとすると、傾斜部６の傾斜角度θは次式で表される。
【００２７】
【数１】
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【００２８】
高さｄは、基板３の表面３ａから傾斜部６の上端までの距離である。傾斜部６の上端は、傾斜部６の表面６ａと凸部５の表面５ａとの境界に一致する。傾斜角度θは、基板３の表面３ａと傾斜部６の表面６ａとの角度である。
【００２９】
ＬＥＤ２には、ＬＥＤ同士が互いに影響し合わないように確保すべき距離として距離ＷＳＰＡＣＥが定められている。即ち、複数のＬＥＤ２を使用する場合は、距離ＷＳＰＡＣＥ以上の距離を空けてＬＥＤ２を配置すれば、一方のＬＥＤ２の発光が他方のＬＥＤ２の発光によって実質的な影響を受けることはない。このため、傾斜部６の幅Ｗが次式を満たさない場合は、ＬＥＤ２にレンズ４を取り付ける効果が半減する。即ち、式（２）が成立しない場合は、レンズ４がなくてもＬＥＤ２で色シフトは発生しない。
【００３０】
【数２】
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【００３１】
傾斜部６の傾斜角度θが小さいほど、ＬＥＤ２の側面２ｂから放射された光を効率的に傾斜部６で反射させることができる。しかし、傾斜部６の高さｄが同じであれば、傾斜部６の傾斜角度θが小さいほど傾斜部６の幅Ｗは大きくなる。式（２）の制約だけを考慮すると、傾斜部６の高さｄはできるだけ小さいことが好ましい。一方、傾斜部６の高さｄがＬＥＤ２の厚みｔより小さいと、ＬＥＤ２の側面２ｂから放射された光のうちＬＥＤ２の上面２ａに平行に進む光の一部を傾斜部６の表面６ａで受けることができなくなってしまう。このため、傾斜部６の高さｄに関しては、次式を満たすことが望ましい。
【００３２】
【数３】
2017139309.tif 000005
【００３３】
傾斜部６の表面６ａと凸部５の表面５ａとの境界がＬＥＤ２の上面２ａより基板３の表面３ａから離れた位置にあれば、式（３）は成立する。傾斜部６の高さｄが式（３）を満たせば、ＬＥＤ２の側面２ｂから放射された光のうちＬＥＤ２の上面２ａに対して平行に進む全ての光を傾斜部６の表面６ａで受けることができる。
【００３４】
次に、ＬＥＤ２から放射される光をレンズ４の外に取り出す機能について詳しく説明する。
【００３５】
ＬＥＤ２から放射された光は、凸部５の表面５ａに入射する。表面５ａに入射する光の角度が臨界角以上であると、光は表面５ａで反射してしまう。このため、表面５ａに入射する光の角度は、臨界角より小さい角度である必要がある。レンズ４にポリカーボネート系の樹脂が用いられる場合、レンズ４の屈折率は１．５８程度になり、臨界角は３９．３°になる。この場合、入射角度を３９．３°より小さい角度にすれば、表面５ａに入射する光を取り出すことができる。また、レンズ４にポリメチルメタクリレートが用いられる場合、レンズ４の屈折率は１．４９程度になり、臨界角は４１．８°になる。この場合、入射角度を４１．８°より小さい角度にすれば、表面５ａに入射する光を取り出すことができる。
【００３６】
図３及び図４は、レンズ４の機能を説明するために必要な幾何形状を示す図である。図３及び図４は、図２に示す断面に相当する図である。実線で示される曲線Ｂは、半径ｒの円をその中心を通る直線Ｌで切断することによって得られた半円を示す。即ち、曲線Ｂは半径ｒの半円である。図２に示された凸部５の表面５ａは、曲線Ｂに含まれる。また、直線Ｌは、図２に示された基板３の表面３ａ及びＬＥＤ２の上面２ａと平行な直線である。原点Ｏは、曲線Ｂを含む半径ｒの円の中心である。原点Ｏの座標を（０，０）とする。
【００３７】
破線Ｃは、凸部５の表面５ａに光を照射する光源が存在する位置を示す。ＬＥＤ２の上面２ａから放射された光は、凸部５の表面５ａに照射される。ＬＥＤ２の側面２ｂから放射された光の一部は、凸部５の表面５ａに照射される。傾斜部６の表面６ａで反射した光は、凸部５の表面５ａに照射される。このため、破線Ｃは、図２に示されたＬＥＤ２の上面２ａ及び側面２ｂと傾斜部６の表面６ａとに対応する。
【００３８】
例えば、光源点Ｓから曲線Ｂ上の点Ｐに照射される光を考える。光源点Ｓの座標は（ａ，ｂ）である。点Ｐの座標は（ｐ，ｑ）である。図３及び図４では、光源点Ｓから点Ｐに照射される光を矢印Ｄで示している。光源点Ｓから点Ｐに照射される光の放射角度をαとし、原点Ｏから点Ｐに向かう直線の角度をβとする。放射角度αは、ＬＥＤ２の上面２ａによる直線と矢印Ｄとの角度である。上面２ａによる直線は直線Ｌと平行である。角度βは、直線Ｌと原点Ｏから点Ｐに向かう直線との角度である。原点Ｏから点Ｐに向かう直線は、点Ｐにおける曲線Ｂの法線である。このため、光源点Ｓから点Ｐに照射される光の入射角度γは次式で表される。
【００３９】
【数４】
2017139309.tif 000006
【００４０】
図４に示す三角形Ｅに着目すると、放射角度α及び角度βの関係は次式で表される。
【００４１】
【数５】
2017139309.tif 000007
【００４２】
式（４）及び式（５）から、放射角度αと入射角度γとの相関を得ることができる。以下に、具体的な例として、ＬＥＤ２の幅ＷＬＥＤ（図２参照）＝１．７、厚さｔ＝０．３、幅Ｗ＝０．５５、高さｄ＝０．４、高さｈ＝０．６及び半径ｒ＝１．９の場合について説明する。なお、各パラメータの単位は全て［ｍｍ］である。
【００４３】
先ず、ＬＥＤ２の上面２ａから放射された光が凸部５の表面５ａに照射される時の相関について検討する。ＬＥＤ２の上面２ａから放射される光に関しては、放射角度αに制約はない。ＬＥＤ２の上面２ａからは、放射角度αが±９０°の範囲で光が放射される。図５は、ＬＥＤ２の上面２ａの中心から放射された光が凸部５の表面５ａに照射される時の放射角度αと入射角度γとの相関を示す図である。ＬＥＤ２の上面２ａの中心から光が放射される場合、光源点Ｓの座標はａ＝０及びｂ＝０．５である。図５から分かるように、ＬＥＤ２の上面２ａの中心から光が放射される場合、入射角度γの範囲は±１５°になる。
【００４４】
図６は、ＬＥＤ２の上面２ａの端から放射された光が凸部５の表面５ａに照射される時の放射角度αと入射角度γとの相関を示す図である。ＬＥＤ２の上面２ａの端から光が放射される場合、光源点Ｓの座標は、ａ＝０．８５及びｂ＝０．５である。図６から分かるように、ＬＥＤ２の上面２ａの端から光が放射される場合、入射角度γの範囲は−３２°〜＋１０°になる。
【００４５】
ＬＥＤ２の上面２ａの端から放射される光の入射角度γの最大値は、ＬＥＤ２の上面２ａの中心から放射される光の入射角度γの最大値より大きい。しかし、その値は、例えばポリカーボネート系の樹脂を想定した臨界角３９．３より小さい。このため、ＬＥＤ２の上面２ａの中心から放射される光は、レンズ４を透過する。また、ＬＥＤ２の上面２ａの端から放射される光は、レンズ４を透過する。ＬＥＤ２の上面２ａの中心から放射される光及び上面２ａの端から放射される光が共に透過光となることから、上面２ａの中心から端を結ぶ直線上のどの光源点から光が放射されても、その光は透過光になる。即ち、ＬＥＤ２の上面２ａから放射される光は、レンズ４を透過する。
【００４６】
次に、傾斜部６の表面６ａで反射された光が凸部５の表面５ａに照射される時の相関について検討する。傾斜部６の表面６ａで反射する光は、ＬＥＤ２の側面２ｂから放射された光である。このため、傾斜部６の表面６ａで反射される光に関しては、放射角度αに制約がある。
【００４７】
図７は、傾斜部６の表面６ａで反射される光の放射領域とその光の源となる領域とを示す図である。例えば、図７に示す光源点Ｓの座標は、破線Ｃ上の点であるａ＝１．１６及びｂ＝０．３９である。図７では、この光源点Ｓに照射される側面２ｂからの光が通過する領域と、光源点Ｓで反射した側面２ｂからの光が通過する領域とを塗りつぶして示している。上記光源点Ｓで反射される光の放射角度αの最小値は、表面６ａの角度と同じ２５°である。また、その最大値は、ＬＥＤ２の側面２ｂの上端から放射された光が光源点Ｓで反射した時の角度である。ＬＥＤ２の側面２ｂの上端から放射された光は、傾斜部６の表面６ａに対して３４°の角度で反射する。このため、放射角度αの最大値は５９°である。
【００４８】
図８は、図７に示す光源点Ｓで反射された光が凸部５の表面５ａに照射される時の放射角度αと入射角度γとの相関を示す図である。図８から分かるように、図７に示す光源点Ｓで光が反射される場合、入射角度γの範囲は＋４°〜＋２６°になる。図７に示す光源点Ｓで反射された光の入射角度γの最大値は、例えばポリカーボネート系の樹脂を想定した臨界角３９．３より小さい。このため、上記光源点Ｓで反射された光は、レンズ４を透過する。
【００４９】
このように、本実施の形態に示すＬＥＤモジュール１であれば、各パラメータの値を適切に設定することにより、ＬＥＤ２から放射される光を外部に効率よく取り出すことができる。これにより、光の利用効率を向上させることができる。また、ＬＥＤ２の側面２ｂから放射された光は、傾斜部６の表面６ａによって反射される。このため、複数のＬＥＤ２が並んで配置されている場合であっても、あるＬＥＤ２から放射された光が、隣接するＬＥＤ２に入射することを防止できる。即ち、隣接するＬＥＤ２で色シフトが起こることを防止できる。
【００５０】
本実施の形態に示す例では、ＬＥＤ２に蛍光体が含まれ、ＬＥＤ２から白色光が放射される。また、透明樹脂からなるレンズ４に表面６ａが形成される。このため、表面６ａで反射する光は白色光であり、外に取り出される光の分光分布に偏りが生じる恐れはない。
【００５１】
なお、ＬＥＤ２の形状は例えば直方体であり、傾斜部６の表面６ａと凸部５の表面５ａとの境界は円である。このため、ＬＥＤモジュール１のＡ´−Ａ´線での断面（図１参照）は、厳密には図２に示す断面とは異なる。しかし、Ａ´−Ａ´線での断面について検討した結果がＡ−Ａ線での断面について検討した上記結果と同様の内容になることは容易に理解できる。
【００５２】
以下に、光の利用効率が悪い例を示し、更なる良い条件について説明する。具体的な例として、同じＬＥＤ２に対し、幅Ｗ＝０．３５、高さｄ＝０．３、高さｈ＝０．３及び半径ｒ＝１．３５のレンズ４を採用した場合について説明する。なお、幅ＷＬＥＤ＝１．７及び厚さｔ＝０．３である。また、各パラメータの単位は全て［ｍｍ］である。
【００５３】
例えば、光源点Ｓの座標として、表面６ａ上の点であるａ＝１．１及びｂ＝０．１９を選択する。この時の放射角度αの範囲は３３°〜７３°である。図９は、この光源点Ｓで反射された光が凸部５の表面５ａに照射される時の放射角度αと入射角度γとの相関を示す図である。図９から分かるように、上記例での入射角度γの範囲は−１９°〜−４７°になる。放射角度αが６０°を超えると、入射角度γは、例えばポリカーボネート系の樹脂を想定した臨界角３９．３より大きくなる。臨界角を超える入射角度γの光は、凸部５の表面５ａで全反射してしまい、取り出すことができない。
【００５４】
図１０は、凸部５の表面５ａで全反射された光の軌跡を示す図である。ＬＥＤ２の一方の側面２ｂから放射された光の一部は、臨界角を超える角度で凸部５の表面５ａに入射し、表面５ａでの全反射を繰り返す。レンズ４の内部を伝搬した光は、ＬＥＤ２の反対側の側面２ｂに入射され、吸収される。
【００５５】
ＬＥＤ２の側面２ｂから放射された光が凸部５の表面５ａで全反射すると、光の利用効率が低下する。上述の幾何光学的な検討より、原点Ｏから光源点Ｓまでの距離が半径ｒの５分の４倍より長い位置に光源点Ｓが存在すると、表面５ａでの全反射が起こることが分かった。即ち、可能な限り次式を満たす光源点Ｓが多く含まれるように、半径ｒ、幅Ｗ及び高さｈを選択することが良い。
【００５６】
【数６】
2017139309.tif 000008
【００５７】
例えば、図９に相関を示した例では、ａ２＋ｂ２＝１．２４６１である。また、１６ｒ２／２５＝１．１６６４である。このため、上記式（６）は成立しない。
【００５８】
また、ＬＥＤ２の側面２ｂから放射される光のうち、ＬＥＤ２の上面２ａに平行な光を傾斜部６の表面６ａで反射できなければ、光の利用効率を更に向上させることは難しい。このため、屈折率が１．５程度のレンズ４を使用するのであれば、傾斜部６の傾斜角度θは次式を満たすことが望ましい。
【００５９】
【数７】
2017139309.tif 000009
【００６０】
傾斜部６の傾斜角度θの下限については、ＬＥＤ２の形状と式（１）及び式（２）とから決定される。
【００６１】
次に、ＬＥＤモジュール１を製造する方法について説明する。図１１は、この発明の実施の形態１におけるＬＥＤモジュール１の製造方法の例を説明するための図である。
【００６２】
先ず、ＬＥＤ２の回路が形成された基板３を用意する。次に、基板３の表面３ａに撥水処理を施す。基板３の表面３ａに撥水処理を施した後、基板３の表面３ａに配線パターンと接続するようにＬＥＤ２を固定する。具体的には、基板３の表面３ａに複数のＬＥＤ２を図１に示すような配列に並べ、はんだによるボンディングを行う。基板３にＬＥＤ２を固定すると、レンズ４を形成する工程を開始する。
【００６３】
先ず、レンズ４を形成するための型７を用意し、型７の窪み７ａに、硬化後にレンズ４となる樹脂８を入れておく。型７には、基板３上のＬＥＤ２の配列に合わせて複数の窪み７ａが形成される。次に、ＬＥＤ２が固定された基板３の表面３ａを下向きにし、ＬＥＤ２が窪み７ａの直上となるように基板３を型７の上方に配置する。図１１（ａ）は、基板３を型７の上方に配置した状態を示す。次に、基板３を下方に移動させ、基板３に固定されているＬＥＤ２を窪み７ａに入れられた樹脂８に浸す。図１１（ｂ）はＬＥＤ２を樹脂８に浸した状態を示す。この時、ＬＥＤ２が完全に樹脂８に浸ることが好ましい。
【００６４】
次に、ＬＥＤ２が樹脂８に浸っている状態を保持したまま、基板３を上方に移動させる。基板３を一定距離上方に移動させると基板３の移動を停止させ、その状態を保持する。基板３の表面３ａには、予め撥水処理が施されている。このため、基板３を上方に移動させることにより、樹脂８が基板３の表面３ａから離れる。ＬＥＤ２の側面２ｂに付着した樹脂８は、重力に反発して基板３とともに上方に持ち上げられ、基板３に近づくほど細くなる。これにより、傾斜部６となる部分が形成される。
【００６５】
基板３を上方に移動させた後、樹脂８を硬化させて樹脂８をＬＥＤ２に固定する。樹脂８が硬化することにより、レンズ４が形成される。樹脂８が熱硬化性のシリコン樹脂であれば、例えば樹脂８を８０℃で９０分間加熱した後、更に１５０℃で６０分間加熱することによって樹脂８を硬化させる。樹脂８がＵＶ硬化樹脂であれば、ＵＶ照射を行うことによって樹脂８を硬化させる。樹脂８がＵＶ硬化樹脂である場合は、例えば型７の材料として、ガラス等の透明な材料を用いることが好ましい。
【００６６】
なお、表面３ａへの撥水処理は、必要に応じて行えば良い。基板３から剥がれ易い樹脂８を使用するのであれば、表面３ａに撥水処理を施す必要はない。
【００６７】
この実施例では、基板３上に配置したＬＥＤ２を覆うようにレンズ４を形成し、ＬＥＤ２の側面２ｂ近傍のレンズ部分にＬＥＤ２の側面２ｂから離れていくに従って基板３と離間していく傾斜部６を設ける場合について説明したが、傾斜部６としては、以下の実施例のような態様を採っても良い。
【００６８】
実施の形態２．
図１２は、この発明の実施の形態２におけるＬＥＤモジュール１の断面を示す図である。図１２は、図１のＡ−Ａ線での断面の一部を示す。ＬＥＤモジュール１は、レンズ４の傾斜部６の形状が実施の形態１で開示した形状と異なる。ＬＥＤモジュール１の他の構成は、実施の形態１で開示した構成と同様である。
【００６９】
傾斜部６の表面６ｂ及び表面６ｃは、基板３の表面３ａに斜めに対向する。表面６ｂは、表面６ｃよりＬＥＤ２から離れた位置にある。傾斜部６の表面６ｂは、図１２に示す断面において、ＬＥＤ２の中心軸２ｃに近づくに従って基板３に近づく。同様に、傾斜部６の表面６ｃは、図１２に示す断面において、ＬＥＤ２の中心軸２ｃに近づくに従って基板３に近づく。表面６ｂの傾斜角度は、表面６ｃの傾斜角度より小さい。表面６ｂ及び表面６ｃからなる傾斜部６の表面は、図１２に示す断面において、ＬＥＤ２の中心軸２ｃから遠いものほど中心軸２ｃとのなす角が小さくなる複数の線分によって表される。図１１に示す方法でＬＥＤモジュール１を製造すると、傾斜部６が図１２に示す形状になり易い。ＬＥＤ２の側面２ｂから遠い側の表面６ｂの傾斜角度を小さくできるので、光の利用効率を向上できる。また、ＬＥＤ２の側面２ｂから近い側の表面６ｃの傾斜角度を大きくできるので、傾斜部６の高さをＬＥＤ２の厚みより大きくできる。これにより、ＬＥＤ２の側面２ｂからの光を傾斜部６で確実に受けることができる。
【００７０】
図１３は、この発明の実施の形態２におけるＬＥＤモジュール１の他の例を示す図である。図１３は、図１のＡ−Ａ線での断面の一部を示す。図１３に示すＬＥＤモジュール１は、表面６ｂの傾斜角度が表面６ｃの傾斜角度より大きい点で図１２に示すＬＥＤモジュール１と相違する。即ち、表面６ｂ及び表面６ｃからなる傾斜部６の表面は、図１３に示す断面において、ＬＥＤ２の中心軸２ｃから遠いものほど中心軸２ｃとのなす角が大きくなる複数の線分によって表される。図１３に示すＬＥＤモジュール１であれば、ＬＥＤ２に近い表面６ｃの傾斜角度を小さくすることができる。これにより、光の利用効率を更に向上させることができる。図２の構成では、表面６ａの傾斜角度を小さくすると、傾斜部６の高さがＬＥＤ２の厚みより小さくなり、ＬＥＤ２の側面２ｂからの光を傾斜部６で受けることができなくなる。図１３の構成によれば、ＬＥＤ２に近い側の表面６ｃの傾斜角度を小さく保ったまま、ＬＥＤ２に遠い側の表面６ｂの傾斜角度を大きくすれば、傾斜部６の高さをＬＥＤ２の厚みより大きくできるので、ＬＥＤ２の側面２ｂからの光を傾斜部６で受けることができる。
【００７１】
本実施の形態に示すＬＥＤモジュール１では、表面６ｂ及び表面６ｃからなる傾斜部６の表面全体で式（６）を満たせば良い。また、表面６ｂ及び表面６ｃのうち、傾斜角度が大きい方が式（７）を満たせば良い。本実施の形態で開示しない傾斜部６の形状及び機能は、実施の形態１で開示した傾斜部６の形状及び機能と同様である。
【００７２】
実施の形態３．
図１４は、この発明の実施の形態３におけるＬＥＤモジュール１の断面を示す図である。図１４は、図１のＡ−Ａ線での断面の一部を示す。本実施の形態に示すＬＥＤモジュール１は、レンズ４の傾斜部６の形状が実施の形態１で開示した形状と異なる。ＬＥＤモジュール１の他の構成は、実施の形態１で開示した構成と同様である。
【００７３】
傾斜部６の表面６ｄは、基板３の表面３ａに対向する。傾斜部６の表面６ｄは、図１４に示す断面において、ＬＥＤ２の中心軸２ｃに近づくに従って基板３に近づく。また、傾斜部６の傾斜角度θは連続的に変化する。傾斜部６の表面６ｄは、図１４に示す断面において、基板３の表面３ａ側から見て凹んだ曲線で表される。粘度の低い液体の樹脂８を用いて図１１に示す方法でＬＥＤモジュール１を製造すると、樹脂８の表面張力によって傾斜部６が図１４に示す形状になり易い。図１４では、ＬＥＤ２の側面２ｂに近い側で傾斜角度を大きく取れ、側面２ｂから遠くなる程傾斜角度を小さくできる。これにより、ＬＥＤ２の側面２ｂに近い側で、傾斜部６の高さを高くでき、遠い側で光の利用効率の点で寄与できる。
【００７４】
図１５は、この発明の実施の形態３におけるＬＥＤモジュール１の他の例を示す図である。図１５は、図１のＡ−Ａ線での断面の一部を示す。図１５に示すＬＥＤモジュール１は、表面６ｄの湾曲する方向が異なる点で図１４に示すＬＥＤモジュール１と相違する。即ち、傾斜部６の表面６ｄは、図１５示す断面において、基板３の表面３ａ側に膨らむ曲線で表される。図１５に示すＬＥＤモジュール１であれば、傾斜部６のうちＬＥＤ２に近い部分の傾斜角度を小さくすることができる。これにより、光の利用効率を更に向上させることができる。図１５では、ＬＥＤ２の側面２ｂに近い側で傾斜角度を小さく取れ、側面２ｂから遠くなる程傾斜角度を大きくできる。これにより、ＬＥＤ２の側面２ｂに近い側で光の利用効率の点で寄与でき、遠い側で傾斜部６の高さを高くできる。
【００７５】
本実施の形態に示すＬＥＤモジュール１では、傾斜部６の表面６ｄ全体で式（６）を満たせば良い。また、傾斜部６のうち、傾斜角度が大きい部分が式（７）を満たせば良い。本実施の形態で開示しない傾斜部６の形状及び機能は、実施の形態１で開示した傾斜部６の形状及び機能と同様である。
【００７６】
実施の形態４．
図１６は、この発明の実施の形態４におけるＬＥＤモジュール１の断面を示す図である。図１６は、図１のＡ−Ａ線での断面の一部を示す。本実施の形態に示すＬＥＤモジュール１では、レンズ４が凸部５、傾斜部６及び支持部９を備える。凸部５の形状及び機能は、実施の形態１で開示した形状及び機能と同様である。
【００７７】
支持部９は、凸部５及び傾斜部６と一体的に形成される。支持部９は、基板３と凸部５との間に配置される。また、支持部９は、傾斜部６とＬＥＤ２との間に配置される。支持部９は、ＬＥＤ２の側面２ｂと基板３の表面３ａとに固定される。即ち、レンズ４は、ＬＥＤ２の上面２ａ及び側面２ｂのみだけでなく基板３の表面３ａにも固定される。
【００７８】
支持部９はＬＥＤ２の側面２ｂを覆い、ＬＥＤ２の側面２ｂ近くの基板３の表面３ａまで覆う。このため、傾斜部６の立ち上がりは、ＬＥＤ２の側面２ｂの下端部ではなく、表面３ａを覆っている基板３からとなる。傾斜部６の表面６ｅは、基板３の表面３ａに斜めに対向する。傾斜部６の表面６ｅは、図１６に示す断面において、ＬＥＤ２の中心軸２ｃに近づくに従って基板３に近づく。傾斜部６の表面６ｅは、図１２及び図１３に開示された表面６ｂ及び表面６ｃのように多段に形成されても良い。傾斜部６の表面６ｅは、図１４及び図１５に開示された表面６ｄのように湾曲していても良い。
【００７９】
ＣＳＰのＬＥＤ２は、ｐ層、ｎ層からなる発光層上にｐ電極、ｎ電極が設けられ、この電極が基板３にはんだ付けされる。したがって、図１１に示す方法でＬＥＤモジュール１を製造すると、樹脂８が硬化することによって形成されたレンズ４を型７から外す際に、引っ張り応力が電極を介して発光層に作用してしまう。離型剤による表面処理を型７に予め施しておいても、ＬＥＤ２に作用する応力が許容応力以上になる可能性がある。
【００８０】
ＬＥＤモジュール１では、レンズ４がＬＥＤ２と基板３とに固定される。このため、製造時に作用する上記引っ張り応力を基板３に分散させることができる。このようなＬＥＤモジュール１を製造する場合は、例えば、ＬＥＤ２の周囲に撥水処理が施されていない領域を形成すれば良い。必要に応じて、ＬＥＤ２の周囲に密着剤による表面処理を施しても良い。本実施の形態で開示しないＬＥＤモジュール１の構成については、実施の形態１で開示した構成と同様である。
【符号の説明】
【００８１】
１  ＬＥＤモジュール
２  ＬＥＤ
２ａ  上面
２ｂ  側面
２ｃ  中心軸
３  基板
３ａ  表面
４  レンズ
５  凸部
５ａ  表面
６  傾斜部
６ａ  表面
７  型
７ａ  窪み
８  樹脂
９  支持部
【図１】
2017139309.tif 000010
【図２】
2017139309.tif 000011
【図３】
2017139309.tif 000012
【図４】
2017139309.tif 000013
【図５】
2017139309.tif 000014
【図６】
2017139309.tif 000015
【図７】
2017139309.tif 000016
【図８】
2017139309.tif 000017
【図９】
2017139309.tif 000018
【図１０】
2017139309.tif 000019
【図１１】
2017139309.tif 000020
【図１２】
2017139309.tif 000021
【図１３】
2017139309.tif 000022
【図１４】
2017139309.tif 000023
【図１５】
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【図１６】
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