(57)【要約】【課題】球形被覆部を備えるＬＥＤモジュールの光出力を改善する。【解決手段】本発明は、プリント回路基板または表面実装部品用の基台と、前記基板または前記基台に載置されている複数のＬＥＤチップとを備えるＬＥＤモジュールを備え、白熱電球として改良したＬＥＤランプに関するものであり、前記ＬＥＤチップ上、および前記ＬＥＤチップの周辺領域となる前記基板または前記基台の表面上に、球形被覆部が配置されており、つまり分注され、または載置されており、少なくとも１つのＬＥＤチップは、蛍光体によって一部が変換されることになる青色光を発光し、少なくとも１つのＬＥＤチップは、前記蛍光体によって大きな悪影響を受けないスペクトル、好ましくは赤色スペクトルに含まれるスペクトルを発光することを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント回路基板または表面実装部品用の基台と、前記基板または前記基台に載置されている複数のＬＥＤチップとを備えるＬＥＤモジュールを備え、白熱電球として改良したＬＥＤランプにおいて、
前記ＬＥＤチップ上、および前記ＬＥＤチップの周辺領域となる前記基板または前記基台の表面上に、球形被覆部が配置されており、つまり分注され、または載置されており、
少なくとも１つのＬＥＤチップは、蛍光体によって一部が変換されることになる青色光を発光し、
少なくとも１つのＬＥＤチップは、前記蛍光体によって大きな悪影響を受けないスペクトル、好ましくは赤色スペクトルに含まれるスペクトルを発光する
ことを特徴とするＬＥＤランプ。
【請求項２】
プリント回路基板または表面実装部品用の基台と、前記基板または前記基台に載置されている少なくとも１つのＬＥＤチップとを備えるＬＥＤモジュールにおいて、
前記ＬＥＤチップ上、および前記ＬＥＤチップの周辺領域となる前記基板または前記基台の表面上に、球形被覆部が配置されており、つまり分注され、または載置されており、
前記球形被覆部が分注されている前記基板または前記基台の表面は、前記ＬＥＤチップの側壁と接触している、白色光の反射材料で被覆されていることが好ましい
ことを特徴とするＬＥＤモジュール。
【請求項３】
前記反射材料は、５μｍ〜２５０μｍの厚さとなる層であり、２０μｍ〜２００μｍとなるのが好ましく、１００μｍ〜１５０μｍとなるのがより好ましい
ことを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤモジュール。
【請求項４】
前記基板または前記基台上の前記ＬＥＤチップを備える前記ＬＥＤモジュールを側方から視たとき、前記反射材料は、その上面が前記ＬＥＤチップの上面よりも低い層である
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のＬＥＤモジュール。
【請求項５】
前記反射材料は、前記ＬＥＤチップの厚さの７５％〜９０％の厚さとなる層である
ことを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤモジュール。
【請求項６】
さらに、前記ＬＥＤチップの側壁は、前記ＬＥＤチップに入射する光を反射するように配置されている材料で被覆されている
ことを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤモジュール。
【請求項７】
前記球形被覆部の内部、および／または前記ＬＥＤチップの上面に、色変換材料を備える
ことを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか一項に記載のＬＥＤモジュール。
【請求項８】
前記反射材料は、少なくとも、前記ＬＥＤチップから発光するスペクトルを反射し、
もし前記色変換材料が存在すれば、前記反射材料は、少なくとも、前記ＬＥＤチップおよび前記色変換材料から発光するスペクトルを反射する
ことを特徴とする請求項２から請求項７のいずれか一項に記載のＬＥＤモジュール。
【請求項９】
前記ＬＥＤモジュールは、前記ＬＥＤチップからのスペクトルと、前記色変換材料の発光スペクトルとの混光となる、実質的には白色光を発光する
ことを特徴とする請求項６または請求項８に記載のＬＥＤモジュール。
【請求項１０】
前記反射材料は、非導電性材料である
ことを特徴とする請求項２から請求項９のいずれか一項に記載のＬＥＤモジュール。
【請求項１１】
前記複数のＬＥＤチップは、同一の球形被覆部の下に配置されている
ことを特徴とする請求項２から請求項１０のいずれか一項に記載のＬＥＤモジュール。
【請求項１２】
少なくとも１つのＬＥＤチップは、例えば青色光となるスペクトルを発光し、前記スペクトルの一部は、蛍光体によって低周波数変換されることになり、
少なくとも１つの他のＬＥＤチップは、例えば赤色光となるスペクトルを発光し、前記スペクトルは、蛍光体によって実質的に影響を受けない
ことを特徴とする請求項１０に記載のＬＥＤモジュール。
【請求項１３】
請求項２から請求項１２のいずれか一項に記載のＬＥＤモジュールを少なくとも一つ備える改良ＬＥＤランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤランプに用いるＬＥＤモジュールの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
チップオンボード（ＣＯＢ：Chip-On-Board）技術を用いた「パッケージＬＥＤ」の光出力は、周囲のパッケージ材料の光学的特性によって、特に、蛍光体およびＬＥＤチップの反射率および位置によって影響を受ける。パッケージ材料は、
ａ）高反射率
ｂ）高光安定性
ｃ）高熱安定性
を備えることが重要である。
【０００３】
白色光を発光し、ＬＥＤチップの発光表面上を蛍光体で被覆した蛍光体型白色ＬＥＤから発光した光の典型的な光路を図１に示す。ＬＥＤの一つの構成は、半球の中心に発光体を配置するものであり、これにより、反射損失を最小限にして、ＬＥＤパッケージから光を出力することができる。ごく僅かな光がチップおよびプリント回路基板（ＰＣＢ：Print Curcuit Board）または表面実装部品（ＳＭＤ：Surface Mount Device）用パッケージの周辺領域に向かって反射して戻り、そこで光が吸収されたり、または反射したりする。半球状の球形被覆部が十分大きければ、半球状の材料の屈折率にもよるが、光のおよそ３％〜５％が反射して、外部へ放射されることになる。蛍光体は、全方向に発光するので、光のおよそ半分がＬＥＤ自身によって反射されるにちがいなく、そのような過程を辿ることでさらに幾分かの損失が生じる。高反射率もまた、ＬＥＤチップ自身が備えるべき特性であるが、その主な役割は、効率良く発光することである。ただそのことは、自身の反射率が低下することを意味する。
【０００４】
高光密度を要求しないのであれば、さらに、蛍光体を半球状の球形被覆部の内部に分散させることができる。このことが光の出力および光の経路に関して何ら利益をもたらすものではないことは明らかであるが、色安定性および色再現性はより容易に制御することができる。そして、光の密度が高くなりすぎないため、グレアを無くすことに関してそれほど多くの労力を注ぐ必要性は無いといえる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許第２０２００７００８２５８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発光した光は、非常に多くの割合でプリント回路基板または表面実装部品用パッケージに戻るので、プリント回路基板または表面実装部品用パッケージの反射率が、最終的な光の出力に対して大変大きな影響力を持っている。場合によっては、これらの表面は、金線と接合することでチップに接続していなければならないので、これらの間隔は、回路設計の配線パターンに関する複数の規則に従って空けておくことで、ソルダーレジストマスクの無い表面を確保しておかなければならない。その結果、プリント回路基板または表面実装部品用パッケージの全体的な反射率には限界があり、またはより不安定な材料しか用いることができない。
【０００７】
本発明の目的は、球形被覆部を備えるＬＥＤモジュールの光出力を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、特許請求の範囲に記載した独立項の発明特定事項によって実現される。特許請求の範囲に記載した従属項は、本発明の中心となる考え方をさらに発展させる。
【０００９】
本発明は、プリント回路基板または表面実装部品用の基台と、前記基板または前記基台に載置されている複数のＬＥＤチップとを備えるＬＥＤモジュールを備え、白熱電球として改良したＬＥＤランプにおいて、前記ＬＥＤチップ上、および前記ＬＥＤチップの周辺領域となる前記基板または前記基台の表面上に、球形被覆部が配置されている、つまり分注され、または載置されていることを特徴とする。少なくとも１つのＬＥＤチップは、蛍光体によって一部が変換されることになる青色光を発光し、少なくとも１つのＬＥＤチップは、前記蛍光体によって大きな悪影響を受けないスペクトル、好ましくは赤色スペクトルに含まれるスペクトルを発光する。
【００１０】
また、本発明は、プリント回路基板または表面実装部品用の基台と、前記基板または前記基台に載置されている少なくとも１つのＬＥＤチップとを備えるＬＥＤモジュールに関するものである。前記ＬＥＤチップ上、および前記ＬＥＤチップの周辺領域となる前記基板または前記基台の表面上に、球形被覆部が配置されている、つまり分注され、または載置されていることを特徴とする。また、前記球形被覆部が分注されている前記基板または前記基台の表面は、前記ＬＥＤチップの側壁と接触している、白色光の反射材料で被覆されていることが好ましい。
【００１１】
前記反射材料は、５μｍ〜２５０μｍの厚さとなる層であり、２０μｍ〜２００μｍとなるのが好ましく、１００μｍ〜１５０μｍとなるのがより好ましい。
【００１２】
前記基板または前記基台上の前記ＬＥＤチップを備える前記ＬＥＤモジュールを側方から視たとき、前記反射材料は、その上面が前記ＬＥＤチップの上面よりも低い層であるとよい。
【００１３】
前記反射材料は、前記ＬＥＤチップの厚さの７５％〜９０％の厚さとなる層であるとよい。
【００１４】
さらに、前記ＬＥＤチップの側壁は、前記ＬＥＤチップに入射する光を反射するように配置されている材料で被覆されているとよい（「ホワイトコーティング部」）。
【００１５】
前記球形被覆部の内部、および／または前記ＬＥＤチップの上面に、色変換材料を備えるとよい。
【００１６】
前記反射材料は、少なくとも、前記ＬＥＤチップから発光するスペクトルを反射し、もし前記色変換材料が存在すれば、前記反射材料は、少なくとも、前記ＬＥＤチップおよび前記色変換材料から発光するスペクトルを反射する（したがって、「ホワイト」コーティング部は、ＬＥＤチップから発光するスペクトル、およびその発光後変換した各スペクトルの可視光領域を少なくとも反射するといえる）。
【００１７】
前記ＬＥＤモジュールは、前記ＬＥＤチップからのスペクトルと、前記色変換材料の発光スペクトルとの混光となる、実質的には白色光を発光するとよい。
【００１８】
前記反射材料は、絶縁性材料であるとよい。
【００１９】
前記複数のＬＥＤチップは、同一の球形被覆部の下に配置されているとよい。
【００２０】
少なくとも１つのＬＥＤチップは、例えば青色光となるスペクトルを発光し、前記スペクトルの一部は、蛍光体によって低周波数変換されることになり、少なくとも１つの他のＬＥＤチップは、例えば赤色光となるスペクトルを発光し、前記スペクトルは、蛍光体によって実質的に影響を受けないようにするとよい。
【００２１】
さらに、本発明は、これまでに説明したＬＥＤモジュールを少なくとも一つ備える改良ＬＥＤランプに関するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
添付した図面に記された図形と併せて検討すれば、本発明の他の効果、特徴、および目的は、本発明の一実施形態に関する以下の詳細な説明を読む当業者にとって今後明らかになるであろう。
【００２３】
【図１】従来技術の、蛍光体層を備えるチップパッケージを示す。
【図２】従来技術の、分散蛍光体を備えるチップパッケージを示す。
【図３】本発明の好適な一実施形態によるホワイトコーティング部を備えるチップパッケージを示す。
【図４】ホワイトコーティング部の外側の形状を画定する堰堤部をさらに備えるＬＥＤチップパッケージを示す。
【図５】側方発光を行うＬＥＤチップを備えるＬＥＤチップパッケージに塗布されたホワイトコーティング部を示す。
【図６】側方発光を行うＬＥＤチップを備える表面実装部品用パッケージに塗布されたホワイトコーティング部を示す。
【図７】特許文献１により公知であり、本発明を用いることができる、改良ＬＥＤモジュールを示す。
【図８】図５および図６に示す実施形態をさらに発展させたものである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図２に示したいくつかの問題点を解消するために、ＬＥＤチップが載置される（表面実装部品用の）基台または（プリント回路）基板のうち、ＬＥＤチップの周辺となる領域に反射コーティング部を塗布することができる。反射コーティング部は、反射能力に限界があるすべての部品、そして特に、球形被覆部に被覆される部品を被覆してよい。
【００２５】
複数のＬＥＤチップを、同一の球形被覆部の下に配置してよい（この場合、球形被覆部は、蛍光体を含有し、複数のＬＥＤチップの上方に配置されている素子の一例でしかない）。したがって、「球形被覆部」は、単に、１つまたは複数のＬＥＤチップ上に配置されている素子を表している。
【００２６】
これらの１つまたは複数のＬＥＤは、青色スペクトルの光を発してよく、その青色スペクトルの光の一部は、蛍光体によって低周波数変換されることになる。
【００２７】
また、１つまたは複数のＬＥＤが、蛍光体によって実質的に低周波数変換されることのないスペクトルを発光してよい。このような事例としては、例えば、赤色光を発光し、あえて青色光を低周波数変換する蛍光体により被覆した少なくとも１つのＬＥＤチップが挙げられる。
【００２８】
このような装置は、改良ＬＥＤモジュール、つまり白熱電球やハロゲンランプと同等の電気的な接続部を備えるＬＥＤモジュールに用いることができる。この改良ＬＥＤモジュールは、特許文献１に開示されており、この開示内容は、参照することによって本願に含まれる。特に、特許文献１の図１を参照しており、この図面は、本明細書の図７として添付されている。（特許文献１の）図４に示す基板４および複数のＬＥＤ７もまた、本発明によるそれらとなる。
【００２９】
球形被覆部は、分注された球形被覆部であってよいし、または、予め形成した、一般的には半球状のレンズ素子であってもよい。
【００３０】
さらに、ＬＥＤチップの側壁は、被覆するとよい。なぜなら、ＬＥＤチップの側壁は一般的に、反射率が小さいことで知られる半導体であるシリコンを主原料として作成されるからである。このような設計によって、光の反射に関するすべての制限を最小限に抑え、最適な光出力を実現することができる。
【００３１】
さらに、図１に図示したパッケージによれば、色度座標上の公差をより小さく抑えることができるという効果を奏する。
【００３２】
標準的に使用される、プリント基板上のソルダーレジストの層は、一般的には９０％の反射率を示すが、たったの６０％にしかならないこともある。さらに、製造の加熱工程中に反射率が変化する種類もある。金被覆部の反射率は、青色光の吸収が顕著であるため、さらに小さい。このことは、例えば、銀被覆部を用いるという手法によって回避することができる。しかし、銀のマイグレーション速度は、金のそれよりもずっと大きいので、このような手法は、製品の信頼性を損ねることになる。光の出力を最大にするためには、反射率を高めることを目標にすべきであり、このことは、反射コーティング部を用いることによって実現することができる。
【００３３】
反射材料でできたコーティング部（ホワイトコーティング部）は、標準的な分注技術を用いて塗布することができる。そして、前記コーティング部は、５μｍ〜２５０μｍの厚さを有するのがよく、２０μｍ〜２００μｍとなるのが好ましく、１００μｍ〜１５０μｍとなるのがより好ましい。
【００３４】
ＬＥＤチップは、接着促進剤または接着剤を用いて、その基台構造物に接着することができる。これらの材料は、ＬＥＤチップの側壁を伝って這い上がってくる、という望ましくない性質を有している。そこで、本発明のホワイトコーティング部を十分に厚くすることで、接着促進剤または接着剤の這い上がり位置がどれほど高くなったとしても、ホワイトコーティング部がその位置よりも上方の位置で、ＬＥＤチップと実際に接触できることを確実にするのが好ましい。このような事情を踏まえ、ホワイトコーティング部の厚さは、予想される這い上がり位置の高さよりも高くなるように選択される。
【００３５】
基板または基台の表面から測定して、ホワイトコーティング部の厚さは、ＬＥＤチップの厚さの約７５％〜９０％であることが好ましい。したがって、反射材料の層の上面は、ＬＥＤチップの上面（発光面）よりも低い位置にあるが、実質的に平行である。例えば、昼白色光を発する白色ＬＥＤの光出力は、可視光領域の範囲内で約１５％向上した。
【００３６】
反射材料の樹脂マトリックス内に用いられる色素などの典型的な色素は、非導電性材料であって、例えば、ＴｉＯ２、ＢａＳＯ３、ＺｒＯ２、ＢａＴｉＯ３である。さらに、例えば、ホワイトコーティング部の層を含むＬＥＤの製造方法が開示されている。
【００３７】
図３に見られるように、反射材料の層は、傾斜した側壁、つまり垂直でない側壁を備えてよい。
【００３８】
球形被覆部は、半球形状であってよい。
【００３９】
色変換材料は、例えば、球形被覆部のシリコンマトリックス内に、および／またはＬＥＤチップ上に備えてよい（図１参照）。
【００４０】
図４は、堰堤部をさらに備えるＬＥＤチップパッケージを示すものであり、堰堤部は、ホワイトコーティング部の外側の形状を画定する。堰堤部は、ホワイトコーティング部を塗布する前に形成するのが好ましい。堰堤部は、例えば、シリコンを主原料とした材料で、したがってホワイトコーティング部の材料とは同一でない材料で作成するのが好ましい。
【００４１】
図５は、側方発光（サファイアまたはＳｉＣなどの透明基板が用いられたときの発光チップの側壁からの発光）を行うＬＥＤチップを用いるチップオンボードパッケージに関する実施形態を示す。この場合、ホワイトコーティング部の厚さは、ＬＥＤチップの高さの５０％よりも低いことが好ましく、２５％よりも低いことがより好ましく、１０％よりも低いことが最も好ましい。
【００４２】
図５に示す実施形態はさらに発展することができ、そのように発展させたものを図８に示す。図８では、上方から視たとき、少なくとも一方向の寸法に関してはＬＥＤチップの輪郭と同じかそれよりも短い輪郭を有する基台上にＬＥＤチップを載置するという方法が用いられる。したがって、ホワイトコーティング部を選択的に流して、ＬＥＤチップの底面の下方に塗設することができる。この基台は、ホワイトコーティング部の厚さよりも厚くするとよい。
【００４３】
もう一つの方法として、ＬＥＤチップの周辺領域となる基台の表面を、例えばエッチングによって切り欠くことができる。たとえ、ホワイトコーティング部がＬＥＤチップの側壁と接触していても、ホワイトコーティング部は、横方向の光を発するＬＥＤチップの表面を実質的には被覆しないことを、これらの２つの特徴（方法）は保証する。
【００４４】
図６は、側方発光を行うＬＥＤチップを備える表面実装部品用パッケージの例を示す。ホワイトコーティング部の厚さは、ＬＥＤチップの高さの５０％未満であることが好ましく、２５％未満であることがより好ましく、１０％未満であることが最も好ましい。
【００４５】
図６のＬＥＤチップは、例えばプリント基板に対してはんだ付けされているＬＥＤパッケージの基台に搭載されている。
【符号の説明】
【００４６】
１０１      ＬＥＤチップ
１０１ａ    ＬＥＤチップ（側方発光なし）
１０１ｂ    ＬＥＤチップ（側方発光なし）
１０１ｃ    ＬＥＤチップ（側方発光あり）
１０２ａ    半球状のシリコン（透明）
１０２ｂ    半球状のシリコン（蛍光体充填）
１０３ａ    プリント回路基板、表面実装部品用パッケージ
１０３ｂ    表面実装部品用パッケージの基台
１０３ｃ    プリント回路基板
１０４      蛍光体コーティング部
１０５      高反射率のホワイトコーティング部
１０６      コーティング材料用の堰堤部
１０７      はんだ付け用物質
１０８      基台
【図１】
2012519976.tif 000003
【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】
2012519976.tif 000009
【図８】
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【国際調査報告】
2012519976.tif 000011
2012519976.tif 000012
2012519976.tif 000013
2012519976.tif 000014
2012519976.tif 000015
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2012519976.tif 000017
2012519976.tif 000018
2012519976.tif 000019
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