光導波路を照明するための間接照明装置
【課題】均一な光分布を持つＬＣＤ用の照明装置を提供すること。
【解決手段】照明装置を開示する。照明装置の一実施形態は基板と発光素子とを含む。発光素子は基板に結合され、光出口面を通して光を放射する。光出口面は、基板に対して実質的に垂直である。照明装置の光出口面に対して垂直な向きの基板を備えた照明装置を提供することにより、照明装置は、異なるＬＥＤからの光を良好に混合することが可能になる。この照明装置によれば、一般に、拡散パネル上のダークスポットの発生を最小限に抑えることができ、又は抑制することができる。また、この照明装置によれば、拡散パネル上に比較的均一な白色光を生成するための色の混合が可能になる。
【解決手段】照明装置を開示する。照明装置の一実施形態は基板と発光素子とを含む。発光素子は基板に結合され、光出口面を通して光を放射する。光出口面は、基板に対して実質的に垂直である。照明装置の光出口面に対して垂直な向きの基板を備えた照明装置を提供することにより、照明装置は、異なるＬＥＤからの光を良好に混合することが可能になる。この照明装置によれば、一般に、拡散パネル上のダークスポットの発生を最小限に抑えることができ、又は抑制することができる。また、この照明装置によれば、拡散パネル上に比較的均一な白色光を生成するための色の混合が可能になる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光導波路を照明するための間接照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大抵の液晶表示装置（ＬＣＤ）パネルは、バックライトを使用して、明るい画像を見る者に提供している。バックライトは一般に、蛍光光源や複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）から拡散する白色光として生成される。均一な分布のバックライトを可能にするために、ＬＣＤパネルは、ＬＣＤパネルの一方の縁から光を受け取り、その光をパネル面全体にわたって拡散させる拡散パネルを含む。白色光は、蛍光光源やＬＥＤから直接生成することができる。ただし、用途によっては、赤色、緑色、及び青色（ＲＧＢ）のような色を発するカラーＬＥＤが使用される場合もある。カラーＬＥＤを使用する場合、種々の色を混ぜ合わせることによって白色光が生成される。
【０００３】
ＬＥＤを使用した実施形態では通常、複数のＬＥＤが、単一の基板上に取り付けられる。ＬＥＤと基板は、ＬＥＤデバイスと呼ばれる。ＬＥＤデバイスの１つのタイプは、ＬＥＤアレイと呼ばれる。ＬＥＤアレイの中には、各ＬＥＤについて個別のレンズを備えるものがある。その他に、反射壁の間に複数のＬＥＤをまとめて封止したＬＥＤアレイもある。各ＬＥＤが個別のレンズを有する場合も、複数のＬＥＤをまとめて封止する場合も、従来のＬＥＤデバイスは、隣りの拡散パネル上にダークスポット（局所的に暗い個所）、又は暗い領域を発生する。例えば、個別のレンズを備えたＬＥＤデバイスは、隣り合うＬＥＤ間にダークスポットを有する場合がある。複数のＬＥＤをまとめて封止したＬＥＤデバイスは、隣り合うＬＥＤデバイス間にダークスポットを有する場合がある。
【０００４】
このような観点から、拡散パネル上のダークスポットの問題を克服する、光分布の良好なＬＥＤデバイスが必要とされている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
照明装置を開示する。照明装置の一実施形態は、基板と、発光素子とを含む。発光素子は基板に結合され、光出口面を通して光を放射する。光出口面は通常、基板に対して実質的に垂直である。照明装置は、照明装置の光出口面に対して垂直な向きの基板を備えることにより、種々のＬＥＤからの光を良好に混合する。
【０００６】
一実施形態として、照明装置は通常、光の良好な混合が可能であり、拡散パネル上のダークスポットの発生を最小限に抑え、又は抑制する。他の実施形態として、照明装置は、色の混合を良好にすることにより、拡散パネル上に比較的均一な白色光を生成する。そのような良好な光の混合が可能な理由の１つは、光を直接放射するＬＥＤとは違い、放射光のかなりの部分の経路長が延長されるからである。ここで言う経路長とは、ＬＥＤチップから照明装置の光出口面までの距離である。実施形態によっては、照明装置は、実施形態によっては一部の光線を直接放射する場合があるが、反射器表面に入射する光線の経路長は比較的長い。このように経路長を長くすることで、同じ基板上に取り付けられた異なる色のＬＥＤからの光線を大きく重ね合わせるることが可能となる。
【０００７】
また、光導波路の中に光を送出する方法も開示する。この方法は一実施形態として、光出口面に対して実質的に垂直な基板を備えた照明装置を用意するステップと、前記光出口面に対して実質的に平行な方向に光を放射するステップと、前記光を反射器表面で反射させ、前記光出口面へ向けて方向転換するステップとを含む。方法の他の実施形態は、光出口面を通して光を伝搬させるステップと、前記照明装置と前記光導波路の透過境界との間にある光学レンズを通して前記光を伝搬させるステップと、前記照明装置内の複数の封止材を通して、又は蛍光封止材を通して前記光を伝搬させるステップとを更に含む場合がある。
【０００８】
更に、照明装置の製造方法も開示する。製造方法の一実施形態は、基板に結合された発光ダイオード（ＬＥＤ）チップを用意するステップと、前記基板上のＬＥＤチップを第１の封止材によって封止するステップと、前記ＬＥＤチップからの光を前記基板に対して垂直な光出口面へ向けて反射させる反射器を設けるステップとを含む。製造方法の他の実施形態は、前記第１の封止材と前記反射器との間に第２の封止材を設けるステップ、前記基板から熱を除去するための熱結合器を前記基板に結合するステップ、又は、前記熱結合器及び前記基板から熱を除去するためのヒートシンクを前記熱結合器に結合するステップを更に含む。
【０００９】
本発明の他の態様、及び利点は、本発明の原理を例として示す添付の図面を参照し、下記の詳細な説明を読むことで明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、共通の封止材によって封止された複数のＬＥＤを含むＬＥＤデバイス１５を使用した従来の光学系１０を示している。各ＬＥＤデバイス１５は、反射壁、又は側壁（すなわち、隣り合うＬＥＤデバイス上のＬＥＤダイ（ＬＥＤチップ）を分離する構造壁）を有する。隣り合うＬＥＤデバイスのＬＥＤ間の離間距離はピッチ２０と呼ばれる。ＬＥＤデバイス１５間のピッチ２０は、導光板２５内の光パターンを決める１つの要因となる。導光板２５の一例は、液晶表示装置（ＬＣＤ）パネルに使用されるような拡散パネルである。
【００１１】
側壁を備えたＬＥＤデバイス１５を使用して導光板２５を照明すると、導光板２５上にダークスポット３０が発生する。ダークスポット３０は、ＬＥＤデバイス１５の側壁間のピッチによって変わる。なぜなら、側壁は、導光板２５の透過境界３５（すなわち、光が入射する端面）を通して光を混合し、通過させることの妨げになるからである。複数のカラーＬＥＤを使用して白色光を生成する場合、個々の色が他の色と十分に混合しないため、色のばらつきも現れる。理想的には、拡散パネル２５は、ＬＥＤからの光を拡散パネル２５の全面にわたって均一に拡散させ、均一な分布の白色バックライトをＬＣＤパネルに提供することが望ましい。しかしながら、ＬＥＤデバイス１５間のピッチによって生じるそのようなダークスポット３０、及び／又は色のばらつが、現れることもある。
【００１２】
図２は、個別のＬＥＤレンズを備えたＬＥＤデバイス１５を使用した従来の光学系４０を示している。個別のレンズを備えたＬＥＤのアレイ４５を使用したＬＥＤデバイス１５もまた、導光板２５上にダークスポット３０を発生させることがある。特に、ダークスポット３０はＬＥＤ間に現れる場合がある。ＬＣＤパネル上におけるダークスポット３０を目立たなくするために、ＬＣＤパネルを過剰に大きなサイズで作成し、ダークスポット３０が見る者にとって見えない「ブラックアウト」エリアに現れるようにする場合もある。ただし、ＬＣＤパネルを過剰に大きなサイズで作成すると、ＬＣＤパネルのコストやサイズは増大する。あるいは、ＬＣＤパネルの有効面積が減少し、その結果、画面比率が非標準的なもの（すなわち、４：３や１６：９以外の画面比率）になってしまう場合がある。従来のＬＣＤパネルの中には、拡散パネル２５とＬＥＤとの間の距離を拡大し、光が導光板２５に入射する前に混合されるようにすることで、この問題に対処するものがある。しかしながら、このように取り付け距離を拡大した場合もやはり、ＬＣＤパネルのコストやサイズは増大する。
【００１３】
図３は、光導波路を照明するための間接ＬＥＤデバイス１００の一実施形態を示している。図示のＬＥＤデバイス１００は、基板１０２と、基板１０２に取り付けられた複数のＬＥＤチップ１０４（ＬＥＤ、又はＬＥＤダイとも呼ばれる）とを含む。一実施形態において、基板１０２は、金属被覆されたプラスチック基板である。基板１０２の他の例としては、剛性のプリント回路基板（ＰＣＢ）、可撓性のプリント回路基板、メタルコアＰＣＢ、及びテープ状リードフレームなどがある。ただし、他の実施形態において、基板１０２は、他のタイプの基板であってもよい。ＬＥＤ１０４は、１以上のタイプのＬＥＤを含む場合がある。一実施形態として、ＬＥＤ１０４は、赤色、緑色、及び青色（ＲＧＢ）のＬＥＤを含む。他の実施形態として、ＬＥＤ１０４は、白色、シアン、又は他の色のＬＥＤを含む場合がある。更に他の実施形態として、ＬＥＤ１０４は、「青色変換」白色ＬＥＤ（例えば、蛍光体樹脂と組み合わせた青色ＬＥＤ）であってもよい。更に他の実施形態として、ＬＥＤ１０４は、ＬＥＤの放射光の一部を比較的短い波長から比較的長い波長へと変換し、未変換の光と変換された光の合成を形成することにより、別の色を生成する場合がある。未変換の光と変換された光との合成によって形成される色の例としては、シアン、緑色、黄色、橙色、桃色などがある。また、ＬＥＤ１０４は、上面放射型ＬＥＤであってもよいし、他のタイプのＬＥＤであってもよい。
【００１４】
一実施形態において、反射器ブロック１０６は基板１０２に取り付けられる。反射器ブロック１０６は、熱の伝導が可能なアルミニウムコア、又は他の材料から形成される。他の実施形態では、反射器ブロック１０６は他の材料から形成される場合がある。例えば、反射器ブロック１０６は、ポリカーボネート（ＰＣ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、又は他のプラスチック材料のようなプラスチックであってよい。反射器ブロックの外形は、矩形であってもよいし、曲線であってもよいし、多角形であってもよいし、あるいは他の形状であってもよい。
【００１５】
反射器ブロック１０６は反射器表面１０８を有する。反射器表面１０８がＬＥＤ１０４に対して傾きを有する場合、反射器表面１０８は、ＬＥＤ１０４からの光を開口部へ向けて反射し、ＬＥＤデバイス１００から外へ出す。ＬＥＤデバイス１００の内部で光がどのように伝搬し、ＬＥＤデバイス１００から外へ出てゆくかについては、後で図４、及び図５を参照して詳しく説明する。反射器表面１０８の輪郭は、直線であっても、曲線であっても、角度が付いていてもよく、他の幾何形状であってもよい。一実施形態として、反射器表面１０８の輪郭はほぼ放物線であり、基板１０２の直ぐ隣りの部分は基板１０２に対してほぼ垂直である。この部分は、光出口面に対してほぼ平行であり、光出口面もまた、基板１０２に対して実質的に垂直である。（光出口面の一例については、後で図４、及び図５を参照して詳しく説明する）。他の実施形態として、反射器表面１０８の輪郭は、ＬＥＤデバイス１００から光線をほぼ平行に伝搬させることが可能な形にする場合がある。あるいは、反射器表面１０８の輪郭は、光を１以上の方向に拡散させることが可能な形にする場合がある。
【００１６】
反射器表面１０８は、反射器ブロック１０６に反射コーティングを施すことによって実施され、又は、反射器ブロック１０６自体の仕上げ面として実施される。実施形態によっては、反射器表面１０８は、反射光に様々な形で影響を与える場合がある。例えば、反射器表面１０８は、拡散物質を含む場合があり、又は、反射光を複数の方向に散乱させるような仕上げを施される場合がある。他の実施形態として、反射器表面１０８は、「青色変換」白色光を生成する蛍光体／樹脂の混合物の層、又はコーティングを有する場合がある。
【００１７】
図示のＬＥＤデバイス１００は、基板１０２上のＬＥＤ１０４を保護するための封止材１１０を更に含む。封止材１１０の一例はシリコーンであるが、他の半透明の物質を使用してＬＥＤ１０４を封止してもよい。封止材１１０（又は、複数の封止材１１０）は通常、ＬＥＤ１０４を備えた基板１０２と、反射器ブロック１０６との間の空間を充填するために使用される。一実施形態において、封止材１１０は、ＬＥＤ１０４からの光を散乱させる拡散粒子を含む場合がある。拡散粒子の例には、ナノ粒子、シリカ、チタニア、及び石英などがあるが、他の拡散粒子を使用してもよい。他の実施形態として、封止材１１０は、「青色変換」白色光を生成する蛍光体を含む場合がある。青色変換白色光は、単独で使用される場合もあれば、他の色のＬＥＤ１０４と組み合わせて使用される場合もある。
【００１８】
図４は、間接ＬＥＤデバイス１００の一実施形態を示す断面図である。ＬＥＤデバイス１００は、光導波路１２０に隣接して配置され、光導波路１２０の中に光を伝搬させるような位置、及び向きに配置される。例えば、ＬＥＤ１０４が、光線を反射器表面１０８に向けて放射すると、反射器表面１０８は、その光線を光導波路１２０に向けて反射する。このようにして、光線は光導波路１２０の中へと間接的に伝搬する（すなわち、光線は反射される）。ＬＥＤ１０４からの光を光導波路１０２の中へ反射させることは、従来の照明装置に比べて幾つかの利点がある。例えば、間接ＬＥＤデバイス１００は、実施形態によっては、異なる色の光を良好に混合することができる場合がある。また、実施形態によっては、ＬＥＤデバイス１００の開口部の外形（例えば、光が基板１０２と反射器ブロック１０６の間を伝搬するときに通過する封止材１１０表面の面積）を縮小できる場合がある。例えば、一実施形態において、開口部の外形は、約３ミリメートルである場合がある。間接反射を実施する実施形態は、実施形態によっては、従来の照明装置に比べて製造コストを低減できる場合がある。また、実施形態によっては、間接ＬＥＤデバイス１００は、開口部から出力される光のコリメーション（すなわち、視野角）を改善するだけでなく、光導波路１２０に対する光の結合効率も最大化できる場合がある。
【００１９】
図５は、図４の間接ＬＥＤデバイス１００の他の実施形態の断面図である。図示のＬＥＤデバイス１００は、ＬＥＤ１０４からの光が、光導波路１２０の中へと実質的に平行な状態で伝搬する様子を示している。特に、反射器表面１０８は、光が基板１０２に対して実質的に平行に伝搬するように光を反射させる輪郭を有する。基板１０２は、光出口面１２４（破線で示されている）に対して垂直である。光出口面１２４は、光がＬＥＤデバイス１００から出てゆく際に、そこを通って光が伝搬する面である。一実施形態として、光出口面１２４は、光導波路１２０の透過境界１２２に対して実質的に平行である。
【００２０】
図６は、放熱が可能な間接ＬＥＤデバイス１３０の他の実施形態を示す断面図である。図示のＬＥＤデバイス１３０は、上述のように基板１０２、ＬＥＤ１０４、及び反射器ブロック１０６を含む。ただし、少しだけ構成が違う。ＬＥＤデバイス１３０は、基板１０２に結合されたヒートシンク１３２を更に含む。一実施形態において、ヒートシンク１３２は、基板１０２からの熱を伝導し、その熱を対流によって放散させるか、又は他の材料へと伝導する。例えば、ヒートシンク１３２は、金属板、ＬＣＤパッケージ、又は他の放熱材料に熱を伝導する場合がある。また、放熱を促進するために、反射器ブロック１０６は、アルミニウムのような材料から形成される。ＬＥＤデバイス１３０から熱を放散させることにより、ＬＥＤ１０４、及びＬＥＤデバイス１３０の寿命は、従来の照明装置に比べて延びる場合がある。他の実施形態において、ＬＥＤデバイス１３０は、従来の照明装置に比べて効率も高い場合がある。図面ではヒートシンク１３２は基板１０２に直接結合されているが、ＬＥＤデバイス１３０は、実施形態によっては、基板１０２をヒートシンク１３２に熱的に結合するための中間放熱パッド、接着剤、又はプレートを有する場合がある。また、ヒートシンク１３２（及び／又は放熱パッド）は、その少なくとも一部をＬＥＤデバイス１３０の外側に沿って（すなわち、複数の側に）巻き付けてもよい。放熱に関する他の例、及び詳細については、図１５を参照して後で説明する。
【００２１】
図７Ａは、間接ＬＥＤデバイス１００の一実施形態の一製造工程を示している。この製造工程では、ＬＥＤ１０４を基板１０２に取り付ける。ボンディングワイヤ１４２を使用して、ＬＥＤ１０４を基板１０２に接合する。一実施形態において、基板１０２は、約３ミリメートルの長さを有するが（図７Ａに示すように上から下まで）、基板１０２は他のサイズで実施してもよい。あるいは、使用されるＬＥＤ１０４のタイプに適した他の製造方法を使用してもよい。例えば、図７Ｂは、間接ＬＥＤデバイス１００の他の実施形態、すなわち、サファイア基板１０２上に２ワイヤＩｎＧａＮ ＬＥＤ１０４を使用した場合の、図７Ａと同じ製造工程を示している。更に他の例として、図７Ｃは、別の実施形態の間接ＬＥＤデバイス１００、すなわち、フリップチップＬＥＤ１０４を使用した場合の、図７Ａと同じ製造工程を示している。
【００２２】
図８は、図７Ａの間接ＬＥＤデバイス１００の次の製造工程を示している。この製造工程では、第１の封止材１４４を使用して、基板１０２上のＬＥＤ１０４、及びボンディングワイヤ１４２を封止する。第１の封止材１４４は、蛍光物質、拡散物質、又は他の添加物を含む場合がある。あるいは、第１の封止材１４４は、添加物を全く含まなくてもよい。
【００２３】
図９は、図７Ａの間接ＬＥＤデバイス１００の更に次の製造工程を示している。この製造工程では、反射器ブロック１０６を基板１０２に結合する。図面では、反射器ブロック１０６は特定の構成で基板１０２に結合されているが、他の構成で実施することも可能である。一実施形態として、反射器ブロック１０６は基板に接着される場合がある。ＬＥＤ１０４に対する反射器表面１０８の向きは、ＬＥＤ１０４からの光が、ＬＥＤデバイス１００の光出口面１２４へ向けて反射されるような向きである。
【００２４】
図１０は、図７Ａの間接ＬＥＤデバイス１００の更に次の製造工程を示している。この製造工程では、基板１０２と反射器ブロック１０６との間に残された空間に、第２の封止材１４６を充填する。一実施形態において、第２の封止材１４６は、基板１０２上の第１の封止材１４４を封止する場合がある。第２の封止材１４６は、添加物を何も含まなくてもよいし、蛍光物質、拡散物質、又は他の添加物を含んでもよい。
【００２５】
図７Ａ〜図１０は、ＬＥＤデバイス１００の製造方法の一例を示したものであるが、上で図示説明した工程に加えて、あるいは代えて、他の製造処理を実施してもよい。特に、ＬＥＤデバイス１００の製造のために実施される処理は、特定のプロセス、材料、又は他の製造上の考慮事項を考慮に入れて、専用にあつらえられる場合がある。
【００２６】
図１１は、間接ＬＥＤデバイス１５０の代替実施形態を示している。図示のＬＥＤデバイス１５０は、基板１０２と、基板１０２に取り付けられたＬＥＤ１０４とを含む。基板１０２は、光出口面１２４に対して実質的に垂直である。また、反射器ブロック１５２は基板１０２に結合され、曲線状の反射器表面１５４を有する。ただし、反射器表面１５４は、必ずしも放物線状である必要はない。更に別の実施形態として、反射器表面１５４は直線状であってもよい。
【００２７】
図１２Ａは、間接ＬＥＤデバイス１６０の更に別の実施形態を示している。図示のＬＥＤデバイス１６０は、基板１０２と、基板１０２に取り付けられたＬＥＤ１０４とを含む。基板１０２は、光出口面１２４に対して実質的に垂直である。また、反射器ブロック１６２は基板１０２に結合され、反射器表面１６４を有する。反射器表面１６４は曲線状であり、凹状曲線の断面を有する凹状の形を有する。ＬＥＤデバイス１６０は、第１の封止材１４４から形成されたレンズを有する。他の実施形態として、ＬＥＤデバイス１６０は、第２の封止材１４６を更に含む場合がある。図１２Ｂは、図１２Ａの間接ＬＥＤデバイス１６０の凹状反射器ブロック１６２を使用した光線経路の例を示している。特に、光線は、複数の個所で反射器表面１６４に入射するものもあれば、一箇所でしか反射器表面１６４に入射するものもあり、また、光出口面１２４まで直接伝搬するものもある。複数回反射された光線は、１回しか反射されない光線に比べて良好に光が混合される。
【００２８】
図１３は、光学レンズ１７２を備えた間接ＬＥＤデバイス１７０の他の実施形態を示している。光学レンズ１７２は、光が光出口面１７４を通ってＬＥＤデバイス１７０から出てゆく際に、所定の光分布パターンの光の形成を可能にする。光学レンズ１７２は、マイクロレンズとも呼ばれる。一実施形態において、光学レンズ１７２は、第２の封止材１４６に一体化される。他の実施形態として、光学レンズ１７２は、第２の封止材１４６とは別に形成され、第２の封止材１４６に結合される場合もある。あるいは、光学レンズ１７０は、反射器ブロック１０６、基板１０２、光導波路１２０（図示せず）、又は、照明システムの他の構成要素に結合される場合もある。
【００２９】
図１４は、蛍光体レンズ１８２を備えたＬＥＤデバイス１８０の他の実施形態を示している。蛍光体レンズ１８２は、青色ＬＥＤ１０４から「青色変換」白色光を生成することができる。この実施形態において、蛍光体レンズ１８２は、基板１０２と反射器ブロック１８４の反射器表面１８６との間に結合される。あるいは、蛍光体レンズ１８２は、反射器ブロック１８４、基板１０２、又はＬＥＤデバイス１８０の他の構成要素に結合される場合がある。
【００３０】
図１５は、間接ＬＥＤデバイス１９０の他の実施形態であり、間接ＬＥＤデバイス１９０からの放熱を示している。図示のＬＥＤデバイス１９０は、基板１９２と、基板１９２に結合されたＬＥＤ１０４とを含む。第１の封止材１４４は、基板１９２上のＬＥＤ１０４を封止している。反射器表面１０８を備えた反射器ブロック１０６は、可撓性の屈曲可能な基板１９２に結合される。基板１９２は、反射器ブロック１０６の縁部の周りに巻きつけられる。第２の封止材１４６が無い場合、第１の封止材１４４と反射器ブロック１０６との間にはエアギャップが存在するが、実施形態によっては、第２の封止材１４６を含む場合もある。
【００３１】
一実施形態において、可撓性基板１９２は、上側熱／電気伝導層１９３（上側電極層とも呼ばれる）と、絶縁性中間コア層１９４と、下側熱伝導層１９５とを含む。上側電極層１９３は、ＬＥＤチップ１０４を１以上の外部端子（図示せず）に電気的に接続する（第１の接続）。１以上の放熱バイア１９６は、中間コア層１９４を通して上側熱伝導層１９３から下側熱伝導層１９５への放熱を可能にする。一実施形態では、下側熱伝導層１９５の露出面にヒートシンク１９７を結合することによって放熱を向上させる場合がある。熱は、ＬＥＤチップ１０４から上側熱伝導層１９３、放熱バイア１９６、及び下側熱伝導層１９５を通して伝導され、除去される。第２の上側電極層１９８は、ＬＥＤチップ１０４を１以上の外部端子（図示せず）に電気的に接続する（第２の接続）。一実施形態において、上側電極層１９３、下側電極層１９５、及び第２の上側電極層１９８は銅（Ｃｕ）であり、中間コア層１９４はポリイミド材料であり、放熱バイア１９６はブラインドバイアである。実施形態によっては、ＬＥＤデバイス１９０は、他の材料、並びに他の構造的変更を有する場合がある。
【００３２】
図１６は、間接ＬＥＤデバイス１００に関連して使用される間接照明方法２００を示すプロセスフロー図である。ブロック２０２において、ＬＥＤデバイス１００を用意する。ＬＥＤデバイス１００は、ＬＥＤデバイス１００の光出口面１２４に対して実質的に垂直な基板１０２を含む。ブロック２０４では、ＬＥＤ１０４から光出口面１２４に対して実質的に平行な方向に光を放射する。一実施形態において、ＬＥＤ１０４は、基板１０２に対して垂直に遠ざかる方向へ光を放射する上面発光型ＬＥＤである。ブロック２０６では、その光を反射器表面１０８で反射させ、ＬＥＤデバイス１００の光出口面１２４に向けて方向転換する。ブロック２０８において、光は、光導波路１２０の透過境界１２２を通過して、光導波路１２０の中へ入射する。
【００３３】
図１７は、間接ＬＥＤデバイス１００の製造に使用される製造方法２２０を示すプロセスフロー図である。ブロック２２２において、基板１０２に結合されたＬＥＤチップ１０４を用意する。ブロック２２４では、第１の封止材１４４を使用して基板１０２上のＬＥＤチップ１０４を封止する。ブロック２２６では、ＬＥＤチップ１０４からの光を基板１０２に対して垂直な光出口面１２４へ向けて反射させるための反射器１０６を設ける。反射器１０６は、光を反射させるための反射器表面１０８を有する。ブロック２２８では、第１の封止材１４４と反射器１０６との間に第２の封止材１４６を配置する。
【００３４】
本明細書では、方法に関する特定の幾つかの処理を特定の順序で図示説明しているが、特定の処理を逆の順序で実施したり、少なくとも一部の処理を他の処理と同時に実施するように、順序を変更することも可能である。実施形態によっては、特徴的な処理に関する命令や付随的処理は、断続的に実施されたり、交互に実施されたりする場合がある。
【００３５】
本発明の例示的実施形態を以下に列挙する。
１．基板と、
前記基板に結合され、前記基板に対して実質的に垂直な光出口面を通して光を放射する発光素子と、
を含む照明装置。
２．前記基板に結合された反射器ブロックを更に含み、前記反射器ブロックは、前記発光素子からの光を前記光出口面に向けて反射させる反射器表面を有する、１に記載の照明装置。
３．前記反射器表面は、前記光を前記光出口面に向けて、前記光出口面に対して実質的に直交する方向に導くように構成された輪郭を有する、２に記載の照明装置。
４．前記光出口面に非平面光学レンズを更に含み、前記非平面光学レンズは、前記発光素子と前記反射器ブロックとの間の封止材に結合され、又は該封止材と一体に形成される、２に記載の照明装置。
５．前記発光素子を封止するための第１の封止材を更に含む、２に記載の照明装置。
６．前記第１の封止材の少なくとも一部を封止するための第２の封止材を更に含む、５に記載の照明装置。
７．前記発光素子は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含み、
前記第１の封止材は、前記光の少なくとも一部を第１の波長から第２の波長へと変換する波長変換材料を含む、５に記載の照明装置。
８．前記第１の封止材は、前記第１の封止材の中で前記光を散乱させる拡散粒子を含む、５に記載の照明装置。
９．前記基板に結合され、前記基板から熱を除去するためのヒートシンクを更に含み、前記基板は、折り畳まれた可撓性基板から構成され、該基板は、
上側熱伝導層と、
中間コア層によって前記上側熱伝導層から分離された下側熱伝導層と、
前記上側熱伝導層と前記下側熱伝導層とを熱的に結合するための、前記中間コア層を貫通する複数の放熱バイアと
を含む、１に記載の照明装置。
１０．光導波路の中に光を送出する方法であって、
光出口面に対して実質的に垂直な基板を備えた照明装置を用意するステップと、
前記光出口面に対して実質的に平行な方向に光を放射するステップと、
前記光を反射器表面で光を反射させ、前記光出口面に向けて方向転換させるステップと、
からなる方法。
１１．前記光出口面、及び透過境界を通して前記光を光導波路の中へと伝搬させるステップを更に含み、前記光導波路の透過境界は、前記光出口面に対して実質的に平行である、１０に記載の方法。
１２．前記照明装置と前記光導波路の透過境界との間に設けられた光学レンズを通して前記光を伝搬させるステップを更に含む１０に記載の方法。
１３．前記照明装置内の複数の封止材を通して前記光を伝搬させるステップを更に含む、１０に記載の方法。
１４．前記複数の封止材のうちの少なくとも１つが、該封止材の中で前記光を散乱させるための拡散粒子を含む、１３に記載の方法。
１５．蛍光体封止材を通して前記光を伝搬させるステップを更に含み、前記蛍光体封止材は、青色の光を白色光に変換するように構成される、１０に記載の方法。
１６．前記基板から熱を除去し、ヒートシンクへと移動させるステップを更に含む、１０に記載の方法。
１７．照明装置を製造する方法であって、
基板に結合された発光ダイオード（ＬＥＤ）チップを用意するステップと、
前記基板上のＬＥＤチップを第１の封止材によって封止するステップと、
前記ＬＥＤチップからの光を前記基板に対して垂直な光出口面へと反射させるための反射器を設けるステップと
を含む方法。
１８．前記第１の封止材と前記反射器との間に第２の封止材を設けるステップを更に含む、１７に記載の方法。
１９．前記反射器は、放物線状の反射器からなる、１７に記載の方法。
２０．前記基板から熱を除去するためのヒートシンクを前記基板に結合するステップを更に含み、前記基板は、上側熱伝導層と、中間コア層によって前記上側熱伝導層から分離された下側熱伝導層と、前記上側熱伝導層と前記下側熱伝導層とを熱的に結合するための、前記中間コア層を貫通する複数の放熱バイアとを含む折り畳まれた可撓性基板である、１７に記載の方法。
【００３６】
本発明の特定の幾つかの実施形態について図示説明してきたが、本発明が、図示説明した特定の形態や部品構成に制限されることはない。本発明は、特許請求の範囲の記載、及びその均等によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】共通の封止材によって封止された複数のＬＥＤを有するＬＥＤデバイスを使用した従来の光学系を示す図である。
【図２】個別のＬＥＤレンズを備えたＬＥＤデバイスを使用した従来の光学系を示す図である。
【図３】光導波路を照明するための間接ＬＥＤデバイスの一実施形態を示す図である。
【図４】間接ＬＥＤデバイスの一実施形態を示す断面図である。
【図５】図４の間接ＬＥＤデバイスの別の断面図である。
【図６】放熱を向上させるための間接ＬＥＤデバイスの他の実施形態を示す断面図である。
【図７Ａ】間接ＬＥＤデバイスの一実施形態の一製造工程を示す図である。
【図７Ｂ】間接ＬＥＤデバイスの他の実施形態を使用した場合の、図７Ａの製造工程を示す図である。
【図７Ｃ】間接ＬＥＤデバイスの更に他の実施形態を使用した場合の、図７Ａの製造工程を示す図である。
【図８】図７Ａの間接ＬＥＤデバイスの他の製造工程を示す図である。
【図９】図７Ａの間接ＬＥＤデバイスの更に他の製造工程を示す図である。
【図１０】図７Ａの間接ＬＥＤデバイスの更に他の製造工程を示す図である。
【図１１】間接ＬＥＤデバイスの代替実施形態を示す図である。
【図１２Ａ】間接ＬＥＤデバイスのいたの実施形態を示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａの間接ＬＥＤデバイスの凹形反射器ブロックを使用した光線経路の例を示す図である。
【図１３】光学レンズを備えた間接ＬＥＤデバイスの他の実施形態を示す図である。
【図１４】蛍光体レンズを備えたＬＥＤデバイスの他の実施形態を示す図である。
【図１５】間接ＬＥＤデバイスからの放熱を示すための、間接ＬＥＤデバイスの他の実施形態を示す図である。
【図１６】間接ＬＥＤデバイスに関連して使用される間接照明方法のプロセスフロー図である。
【図１７】間接ＬＥＤデバイスの製造に使用される製造方法のプロセスフロー図である。
【符号の説明】
【００３８】
１００ 間接ＬＥＤデバイス
１０２ 基板
１０４ ＬＥＤチップ
１０６ 反射器ブロック
１０８ 反射器表面
１２０ 光導波路
１２４ 光出口面
１７２ 光学レンズ
１４４、１４６ 封止材
【技術分野】
【０００１】
本発明は光導波路を照明するための間接照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大抵の液晶表示装置（ＬＣＤ）パネルは、バックライトを使用して、明るい画像を見る者に提供している。バックライトは一般に、蛍光光源や複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）から拡散する白色光として生成される。均一な分布のバックライトを可能にするために、ＬＣＤパネルは、ＬＣＤパネルの一方の縁から光を受け取り、その光をパネル面全体にわたって拡散させる拡散パネルを含む。白色光は、蛍光光源やＬＥＤから直接生成することができる。ただし、用途によっては、赤色、緑色、及び青色（ＲＧＢ）のような色を発するカラーＬＥＤが使用される場合もある。カラーＬＥＤを使用する場合、種々の色を混ぜ合わせることによって白色光が生成される。
【０００３】
ＬＥＤを使用した実施形態では通常、複数のＬＥＤが、単一の基板上に取り付けられる。ＬＥＤと基板は、ＬＥＤデバイスと呼ばれる。ＬＥＤデバイスの１つのタイプは、ＬＥＤアレイと呼ばれる。ＬＥＤアレイの中には、各ＬＥＤについて個別のレンズを備えるものがある。その他に、反射壁の間に複数のＬＥＤをまとめて封止したＬＥＤアレイもある。各ＬＥＤが個別のレンズを有する場合も、複数のＬＥＤをまとめて封止する場合も、従来のＬＥＤデバイスは、隣りの拡散パネル上にダークスポット（局所的に暗い個所）、又は暗い領域を発生する。例えば、個別のレンズを備えたＬＥＤデバイスは、隣り合うＬＥＤ間にダークスポットを有する場合がある。複数のＬＥＤをまとめて封止したＬＥＤデバイスは、隣り合うＬＥＤデバイス間にダークスポットを有する場合がある。
【０００４】
このような観点から、拡散パネル上のダークスポットの問題を克服する、光分布の良好なＬＥＤデバイスが必要とされている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
照明装置を開示する。照明装置の一実施形態は、基板と、発光素子とを含む。発光素子は基板に結合され、光出口面を通して光を放射する。光出口面は通常、基板に対して実質的に垂直である。照明装置は、照明装置の光出口面に対して垂直な向きの基板を備えることにより、種々のＬＥＤからの光を良好に混合する。
【０００６】
一実施形態として、照明装置は通常、光の良好な混合が可能であり、拡散パネル上のダークスポットの発生を最小限に抑え、又は抑制する。他の実施形態として、照明装置は、色の混合を良好にすることにより、拡散パネル上に比較的均一な白色光を生成する。そのような良好な光の混合が可能な理由の１つは、光を直接放射するＬＥＤとは違い、放射光のかなりの部分の経路長が延長されるからである。ここで言う経路長とは、ＬＥＤチップから照明装置の光出口面までの距離である。実施形態によっては、照明装置は、実施形態によっては一部の光線を直接放射する場合があるが、反射器表面に入射する光線の経路長は比較的長い。このように経路長を長くすることで、同じ基板上に取り付けられた異なる色のＬＥＤからの光線を大きく重ね合わせるることが可能となる。
【０００７】
また、光導波路の中に光を送出する方法も開示する。この方法は一実施形態として、光出口面に対して実質的に垂直な基板を備えた照明装置を用意するステップと、前記光出口面に対して実質的に平行な方向に光を放射するステップと、前記光を反射器表面で反射させ、前記光出口面へ向けて方向転換するステップとを含む。方法の他の実施形態は、光出口面を通して光を伝搬させるステップと、前記照明装置と前記光導波路の透過境界との間にある光学レンズを通して前記光を伝搬させるステップと、前記照明装置内の複数の封止材を通して、又は蛍光封止材を通して前記光を伝搬させるステップとを更に含む場合がある。
【０００８】
更に、照明装置の製造方法も開示する。製造方法の一実施形態は、基板に結合された発光ダイオード（ＬＥＤ）チップを用意するステップと、前記基板上のＬＥＤチップを第１の封止材によって封止するステップと、前記ＬＥＤチップからの光を前記基板に対して垂直な光出口面へ向けて反射させる反射器を設けるステップとを含む。製造方法の他の実施形態は、前記第１の封止材と前記反射器との間に第２の封止材を設けるステップ、前記基板から熱を除去するための熱結合器を前記基板に結合するステップ、又は、前記熱結合器及び前記基板から熱を除去するためのヒートシンクを前記熱結合器に結合するステップを更に含む。
【０００９】
本発明の他の態様、及び利点は、本発明の原理を例として示す添付の図面を参照し、下記の詳細な説明を読むことで明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、共通の封止材によって封止された複数のＬＥＤを含むＬＥＤデバイス１５を使用した従来の光学系１０を示している。各ＬＥＤデバイス１５は、反射壁、又は側壁（すなわち、隣り合うＬＥＤデバイス上のＬＥＤダイ（ＬＥＤチップ）を分離する構造壁）を有する。隣り合うＬＥＤデバイスのＬＥＤ間の離間距離はピッチ２０と呼ばれる。ＬＥＤデバイス１５間のピッチ２０は、導光板２５内の光パターンを決める１つの要因となる。導光板２５の一例は、液晶表示装置（ＬＣＤ）パネルに使用されるような拡散パネルである。
【００１１】
側壁を備えたＬＥＤデバイス１５を使用して導光板２５を照明すると、導光板２５上にダークスポット３０が発生する。ダークスポット３０は、ＬＥＤデバイス１５の側壁間のピッチによって変わる。なぜなら、側壁は、導光板２５の透過境界３５（すなわち、光が入射する端面）を通して光を混合し、通過させることの妨げになるからである。複数のカラーＬＥＤを使用して白色光を生成する場合、個々の色が他の色と十分に混合しないため、色のばらつきも現れる。理想的には、拡散パネル２５は、ＬＥＤからの光を拡散パネル２５の全面にわたって均一に拡散させ、均一な分布の白色バックライトをＬＣＤパネルに提供することが望ましい。しかしながら、ＬＥＤデバイス１５間のピッチによって生じるそのようなダークスポット３０、及び／又は色のばらつが、現れることもある。
【００１２】
図２は、個別のＬＥＤレンズを備えたＬＥＤデバイス１５を使用した従来の光学系４０を示している。個別のレンズを備えたＬＥＤのアレイ４５を使用したＬＥＤデバイス１５もまた、導光板２５上にダークスポット３０を発生させることがある。特に、ダークスポット３０はＬＥＤ間に現れる場合がある。ＬＣＤパネル上におけるダークスポット３０を目立たなくするために、ＬＣＤパネルを過剰に大きなサイズで作成し、ダークスポット３０が見る者にとって見えない「ブラックアウト」エリアに現れるようにする場合もある。ただし、ＬＣＤパネルを過剰に大きなサイズで作成すると、ＬＣＤパネルのコストやサイズは増大する。あるいは、ＬＣＤパネルの有効面積が減少し、その結果、画面比率が非標準的なもの（すなわち、４：３や１６：９以外の画面比率）になってしまう場合がある。従来のＬＣＤパネルの中には、拡散パネル２５とＬＥＤとの間の距離を拡大し、光が導光板２５に入射する前に混合されるようにすることで、この問題に対処するものがある。しかしながら、このように取り付け距離を拡大した場合もやはり、ＬＣＤパネルのコストやサイズは増大する。
【００１３】
図３は、光導波路を照明するための間接ＬＥＤデバイス１００の一実施形態を示している。図示のＬＥＤデバイス１００は、基板１０２と、基板１０２に取り付けられた複数のＬＥＤチップ１０４（ＬＥＤ、又はＬＥＤダイとも呼ばれる）とを含む。一実施形態において、基板１０２は、金属被覆されたプラスチック基板である。基板１０２の他の例としては、剛性のプリント回路基板（ＰＣＢ）、可撓性のプリント回路基板、メタルコアＰＣＢ、及びテープ状リードフレームなどがある。ただし、他の実施形態において、基板１０２は、他のタイプの基板であってもよい。ＬＥＤ１０４は、１以上のタイプのＬＥＤを含む場合がある。一実施形態として、ＬＥＤ１０４は、赤色、緑色、及び青色（ＲＧＢ）のＬＥＤを含む。他の実施形態として、ＬＥＤ１０４は、白色、シアン、又は他の色のＬＥＤを含む場合がある。更に他の実施形態として、ＬＥＤ１０４は、「青色変換」白色ＬＥＤ（例えば、蛍光体樹脂と組み合わせた青色ＬＥＤ）であってもよい。更に他の実施形態として、ＬＥＤ１０４は、ＬＥＤの放射光の一部を比較的短い波長から比較的長い波長へと変換し、未変換の光と変換された光の合成を形成することにより、別の色を生成する場合がある。未変換の光と変換された光との合成によって形成される色の例としては、シアン、緑色、黄色、橙色、桃色などがある。また、ＬＥＤ１０４は、上面放射型ＬＥＤであってもよいし、他のタイプのＬＥＤであってもよい。
【００１４】
一実施形態において、反射器ブロック１０６は基板１０２に取り付けられる。反射器ブロック１０６は、熱の伝導が可能なアルミニウムコア、又は他の材料から形成される。他の実施形態では、反射器ブロック１０６は他の材料から形成される場合がある。例えば、反射器ブロック１０６は、ポリカーボネート（ＰＣ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、又は他のプラスチック材料のようなプラスチックであってよい。反射器ブロックの外形は、矩形であってもよいし、曲線であってもよいし、多角形であってもよいし、あるいは他の形状であってもよい。
【００１５】
反射器ブロック１０６は反射器表面１０８を有する。反射器表面１０８がＬＥＤ１０４に対して傾きを有する場合、反射器表面１０８は、ＬＥＤ１０４からの光を開口部へ向けて反射し、ＬＥＤデバイス１００から外へ出す。ＬＥＤデバイス１００の内部で光がどのように伝搬し、ＬＥＤデバイス１００から外へ出てゆくかについては、後で図４、及び図５を参照して詳しく説明する。反射器表面１０８の輪郭は、直線であっても、曲線であっても、角度が付いていてもよく、他の幾何形状であってもよい。一実施形態として、反射器表面１０８の輪郭はほぼ放物線であり、基板１０２の直ぐ隣りの部分は基板１０２に対してほぼ垂直である。この部分は、光出口面に対してほぼ平行であり、光出口面もまた、基板１０２に対して実質的に垂直である。（光出口面の一例については、後で図４、及び図５を参照して詳しく説明する）。他の実施形態として、反射器表面１０８の輪郭は、ＬＥＤデバイス１００から光線をほぼ平行に伝搬させることが可能な形にする場合がある。あるいは、反射器表面１０８の輪郭は、光を１以上の方向に拡散させることが可能な形にする場合がある。
【００１６】
反射器表面１０８は、反射器ブロック１０６に反射コーティングを施すことによって実施され、又は、反射器ブロック１０６自体の仕上げ面として実施される。実施形態によっては、反射器表面１０８は、反射光に様々な形で影響を与える場合がある。例えば、反射器表面１０８は、拡散物質を含む場合があり、又は、反射光を複数の方向に散乱させるような仕上げを施される場合がある。他の実施形態として、反射器表面１０８は、「青色変換」白色光を生成する蛍光体／樹脂の混合物の層、又はコーティングを有する場合がある。
【００１７】
図示のＬＥＤデバイス１００は、基板１０２上のＬＥＤ１０４を保護するための封止材１１０を更に含む。封止材１１０の一例はシリコーンであるが、他の半透明の物質を使用してＬＥＤ１０４を封止してもよい。封止材１１０（又は、複数の封止材１１０）は通常、ＬＥＤ１０４を備えた基板１０２と、反射器ブロック１０６との間の空間を充填するために使用される。一実施形態において、封止材１１０は、ＬＥＤ１０４からの光を散乱させる拡散粒子を含む場合がある。拡散粒子の例には、ナノ粒子、シリカ、チタニア、及び石英などがあるが、他の拡散粒子を使用してもよい。他の実施形態として、封止材１１０は、「青色変換」白色光を生成する蛍光体を含む場合がある。青色変換白色光は、単独で使用される場合もあれば、他の色のＬＥＤ１０４と組み合わせて使用される場合もある。
【００１８】
図４は、間接ＬＥＤデバイス１００の一実施形態を示す断面図である。ＬＥＤデバイス１００は、光導波路１２０に隣接して配置され、光導波路１２０の中に光を伝搬させるような位置、及び向きに配置される。例えば、ＬＥＤ１０４が、光線を反射器表面１０８に向けて放射すると、反射器表面１０８は、その光線を光導波路１２０に向けて反射する。このようにして、光線は光導波路１２０の中へと間接的に伝搬する（すなわち、光線は反射される）。ＬＥＤ１０４からの光を光導波路１０２の中へ反射させることは、従来の照明装置に比べて幾つかの利点がある。例えば、間接ＬＥＤデバイス１００は、実施形態によっては、異なる色の光を良好に混合することができる場合がある。また、実施形態によっては、ＬＥＤデバイス１００の開口部の外形（例えば、光が基板１０２と反射器ブロック１０６の間を伝搬するときに通過する封止材１１０表面の面積）を縮小できる場合がある。例えば、一実施形態において、開口部の外形は、約３ミリメートルである場合がある。間接反射を実施する実施形態は、実施形態によっては、従来の照明装置に比べて製造コストを低減できる場合がある。また、実施形態によっては、間接ＬＥＤデバイス１００は、開口部から出力される光のコリメーション（すなわち、視野角）を改善するだけでなく、光導波路１２０に対する光の結合効率も最大化できる場合がある。
【００１９】
図５は、図４の間接ＬＥＤデバイス１００の他の実施形態の断面図である。図示のＬＥＤデバイス１００は、ＬＥＤ１０４からの光が、光導波路１２０の中へと実質的に平行な状態で伝搬する様子を示している。特に、反射器表面１０８は、光が基板１０２に対して実質的に平行に伝搬するように光を反射させる輪郭を有する。基板１０２は、光出口面１２４（破線で示されている）に対して垂直である。光出口面１２４は、光がＬＥＤデバイス１００から出てゆく際に、そこを通って光が伝搬する面である。一実施形態として、光出口面１２４は、光導波路１２０の透過境界１２２に対して実質的に平行である。
【００２０】
図６は、放熱が可能な間接ＬＥＤデバイス１３０の他の実施形態を示す断面図である。図示のＬＥＤデバイス１３０は、上述のように基板１０２、ＬＥＤ１０４、及び反射器ブロック１０６を含む。ただし、少しだけ構成が違う。ＬＥＤデバイス１３０は、基板１０２に結合されたヒートシンク１３２を更に含む。一実施形態において、ヒートシンク１３２は、基板１０２からの熱を伝導し、その熱を対流によって放散させるか、又は他の材料へと伝導する。例えば、ヒートシンク１３２は、金属板、ＬＣＤパッケージ、又は他の放熱材料に熱を伝導する場合がある。また、放熱を促進するために、反射器ブロック１０６は、アルミニウムのような材料から形成される。ＬＥＤデバイス１３０から熱を放散させることにより、ＬＥＤ１０４、及びＬＥＤデバイス１３０の寿命は、従来の照明装置に比べて延びる場合がある。他の実施形態において、ＬＥＤデバイス１３０は、従来の照明装置に比べて効率も高い場合がある。図面ではヒートシンク１３２は基板１０２に直接結合されているが、ＬＥＤデバイス１３０は、実施形態によっては、基板１０２をヒートシンク１３２に熱的に結合するための中間放熱パッド、接着剤、又はプレートを有する場合がある。また、ヒートシンク１３２（及び／又は放熱パッド）は、その少なくとも一部をＬＥＤデバイス１３０の外側に沿って（すなわち、複数の側に）巻き付けてもよい。放熱に関する他の例、及び詳細については、図１５を参照して後で説明する。
【００２１】
図７Ａは、間接ＬＥＤデバイス１００の一実施形態の一製造工程を示している。この製造工程では、ＬＥＤ１０４を基板１０２に取り付ける。ボンディングワイヤ１４２を使用して、ＬＥＤ１０４を基板１０２に接合する。一実施形態において、基板１０２は、約３ミリメートルの長さを有するが（図７Ａに示すように上から下まで）、基板１０２は他のサイズで実施してもよい。あるいは、使用されるＬＥＤ１０４のタイプに適した他の製造方法を使用してもよい。例えば、図７Ｂは、間接ＬＥＤデバイス１００の他の実施形態、すなわち、サファイア基板１０２上に２ワイヤＩｎＧａＮ ＬＥＤ１０４を使用した場合の、図７Ａと同じ製造工程を示している。更に他の例として、図７Ｃは、別の実施形態の間接ＬＥＤデバイス１００、すなわち、フリップチップＬＥＤ１０４を使用した場合の、図７Ａと同じ製造工程を示している。
【００２２】
図８は、図７Ａの間接ＬＥＤデバイス１００の次の製造工程を示している。この製造工程では、第１の封止材１４４を使用して、基板１０２上のＬＥＤ１０４、及びボンディングワイヤ１４２を封止する。第１の封止材１４４は、蛍光物質、拡散物質、又は他の添加物を含む場合がある。あるいは、第１の封止材１４４は、添加物を全く含まなくてもよい。
【００２３】
図９は、図７Ａの間接ＬＥＤデバイス１００の更に次の製造工程を示している。この製造工程では、反射器ブロック１０６を基板１０２に結合する。図面では、反射器ブロック１０６は特定の構成で基板１０２に結合されているが、他の構成で実施することも可能である。一実施形態として、反射器ブロック１０６は基板に接着される場合がある。ＬＥＤ１０４に対する反射器表面１０８の向きは、ＬＥＤ１０４からの光が、ＬＥＤデバイス１００の光出口面１２４へ向けて反射されるような向きである。
【００２４】
図１０は、図７Ａの間接ＬＥＤデバイス１００の更に次の製造工程を示している。この製造工程では、基板１０２と反射器ブロック１０６との間に残された空間に、第２の封止材１４６を充填する。一実施形態において、第２の封止材１４６は、基板１０２上の第１の封止材１４４を封止する場合がある。第２の封止材１４６は、添加物を何も含まなくてもよいし、蛍光物質、拡散物質、又は他の添加物を含んでもよい。
【００２５】
図７Ａ〜図１０は、ＬＥＤデバイス１００の製造方法の一例を示したものであるが、上で図示説明した工程に加えて、あるいは代えて、他の製造処理を実施してもよい。特に、ＬＥＤデバイス１００の製造のために実施される処理は、特定のプロセス、材料、又は他の製造上の考慮事項を考慮に入れて、専用にあつらえられる場合がある。
【００２６】
図１１は、間接ＬＥＤデバイス１５０の代替実施形態を示している。図示のＬＥＤデバイス１５０は、基板１０２と、基板１０２に取り付けられたＬＥＤ１０４とを含む。基板１０２は、光出口面１２４に対して実質的に垂直である。また、反射器ブロック１５２は基板１０２に結合され、曲線状の反射器表面１５４を有する。ただし、反射器表面１５４は、必ずしも放物線状である必要はない。更に別の実施形態として、反射器表面１５４は直線状であってもよい。
【００２７】
図１２Ａは、間接ＬＥＤデバイス１６０の更に別の実施形態を示している。図示のＬＥＤデバイス１６０は、基板１０２と、基板１０２に取り付けられたＬＥＤ１０４とを含む。基板１０２は、光出口面１２４に対して実質的に垂直である。また、反射器ブロック１６２は基板１０２に結合され、反射器表面１６４を有する。反射器表面１６４は曲線状であり、凹状曲線の断面を有する凹状の形を有する。ＬＥＤデバイス１６０は、第１の封止材１４４から形成されたレンズを有する。他の実施形態として、ＬＥＤデバイス１６０は、第２の封止材１４６を更に含む場合がある。図１２Ｂは、図１２Ａの間接ＬＥＤデバイス１６０の凹状反射器ブロック１６２を使用した光線経路の例を示している。特に、光線は、複数の個所で反射器表面１６４に入射するものもあれば、一箇所でしか反射器表面１６４に入射するものもあり、また、光出口面１２４まで直接伝搬するものもある。複数回反射された光線は、１回しか反射されない光線に比べて良好に光が混合される。
【００２８】
図１３は、光学レンズ１７２を備えた間接ＬＥＤデバイス１７０の他の実施形態を示している。光学レンズ１７２は、光が光出口面１７４を通ってＬＥＤデバイス１７０から出てゆく際に、所定の光分布パターンの光の形成を可能にする。光学レンズ１７２は、マイクロレンズとも呼ばれる。一実施形態において、光学レンズ１７２は、第２の封止材１４６に一体化される。他の実施形態として、光学レンズ１７２は、第２の封止材１４６とは別に形成され、第２の封止材１４６に結合される場合もある。あるいは、光学レンズ１７０は、反射器ブロック１０６、基板１０２、光導波路１２０（図示せず）、又は、照明システムの他の構成要素に結合される場合もある。
【００２９】
図１４は、蛍光体レンズ１８２を備えたＬＥＤデバイス１８０の他の実施形態を示している。蛍光体レンズ１８２は、青色ＬＥＤ１０４から「青色変換」白色光を生成することができる。この実施形態において、蛍光体レンズ１８２は、基板１０２と反射器ブロック１８４の反射器表面１８６との間に結合される。あるいは、蛍光体レンズ１８２は、反射器ブロック１８４、基板１０２、又はＬＥＤデバイス１８０の他の構成要素に結合される場合がある。
【００３０】
図１５は、間接ＬＥＤデバイス１９０の他の実施形態であり、間接ＬＥＤデバイス１９０からの放熱を示している。図示のＬＥＤデバイス１９０は、基板１９２と、基板１９２に結合されたＬＥＤ１０４とを含む。第１の封止材１４４は、基板１９２上のＬＥＤ１０４を封止している。反射器表面１０８を備えた反射器ブロック１０６は、可撓性の屈曲可能な基板１９２に結合される。基板１９２は、反射器ブロック１０６の縁部の周りに巻きつけられる。第２の封止材１４６が無い場合、第１の封止材１４４と反射器ブロック１０６との間にはエアギャップが存在するが、実施形態によっては、第２の封止材１４６を含む場合もある。
【００３１】
一実施形態において、可撓性基板１９２は、上側熱／電気伝導層１９３（上側電極層とも呼ばれる）と、絶縁性中間コア層１９４と、下側熱伝導層１９５とを含む。上側電極層１９３は、ＬＥＤチップ１０４を１以上の外部端子（図示せず）に電気的に接続する（第１の接続）。１以上の放熱バイア１９６は、中間コア層１９４を通して上側熱伝導層１９３から下側熱伝導層１９５への放熱を可能にする。一実施形態では、下側熱伝導層１９５の露出面にヒートシンク１９７を結合することによって放熱を向上させる場合がある。熱は、ＬＥＤチップ１０４から上側熱伝導層１９３、放熱バイア１９６、及び下側熱伝導層１９５を通して伝導され、除去される。第２の上側電極層１９８は、ＬＥＤチップ１０４を１以上の外部端子（図示せず）に電気的に接続する（第２の接続）。一実施形態において、上側電極層１９３、下側電極層１９５、及び第２の上側電極層１９８は銅（Ｃｕ）であり、中間コア層１９４はポリイミド材料であり、放熱バイア１９６はブラインドバイアである。実施形態によっては、ＬＥＤデバイス１９０は、他の材料、並びに他の構造的変更を有する場合がある。
【００３２】
図１６は、間接ＬＥＤデバイス１００に関連して使用される間接照明方法２００を示すプロセスフロー図である。ブロック２０２において、ＬＥＤデバイス１００を用意する。ＬＥＤデバイス１００は、ＬＥＤデバイス１００の光出口面１２４に対して実質的に垂直な基板１０２を含む。ブロック２０４では、ＬＥＤ１０４から光出口面１２４に対して実質的に平行な方向に光を放射する。一実施形態において、ＬＥＤ１０４は、基板１０２に対して垂直に遠ざかる方向へ光を放射する上面発光型ＬＥＤである。ブロック２０６では、その光を反射器表面１０８で反射させ、ＬＥＤデバイス１００の光出口面１２４に向けて方向転換する。ブロック２０８において、光は、光導波路１２０の透過境界１２２を通過して、光導波路１２０の中へ入射する。
【００３３】
図１７は、間接ＬＥＤデバイス１００の製造に使用される製造方法２２０を示すプロセスフロー図である。ブロック２２２において、基板１０２に結合されたＬＥＤチップ１０４を用意する。ブロック２２４では、第１の封止材１４４を使用して基板１０２上のＬＥＤチップ１０４を封止する。ブロック２２６では、ＬＥＤチップ１０４からの光を基板１０２に対して垂直な光出口面１２４へ向けて反射させるための反射器１０６を設ける。反射器１０６は、光を反射させるための反射器表面１０８を有する。ブロック２２８では、第１の封止材１４４と反射器１０６との間に第２の封止材１４６を配置する。
【００３４】
本明細書では、方法に関する特定の幾つかの処理を特定の順序で図示説明しているが、特定の処理を逆の順序で実施したり、少なくとも一部の処理を他の処理と同時に実施するように、順序を変更することも可能である。実施形態によっては、特徴的な処理に関する命令や付随的処理は、断続的に実施されたり、交互に実施されたりする場合がある。
【００３５】
本発明の例示的実施形態を以下に列挙する。
１．基板と、
前記基板に結合され、前記基板に対して実質的に垂直な光出口面を通して光を放射する発光素子と、
を含む照明装置。
２．前記基板に結合された反射器ブロックを更に含み、前記反射器ブロックは、前記発光素子からの光を前記光出口面に向けて反射させる反射器表面を有する、１に記載の照明装置。
３．前記反射器表面は、前記光を前記光出口面に向けて、前記光出口面に対して実質的に直交する方向に導くように構成された輪郭を有する、２に記載の照明装置。
４．前記光出口面に非平面光学レンズを更に含み、前記非平面光学レンズは、前記発光素子と前記反射器ブロックとの間の封止材に結合され、又は該封止材と一体に形成される、２に記載の照明装置。
５．前記発光素子を封止するための第１の封止材を更に含む、２に記載の照明装置。
６．前記第１の封止材の少なくとも一部を封止するための第２の封止材を更に含む、５に記載の照明装置。
７．前記発光素子は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含み、
前記第１の封止材は、前記光の少なくとも一部を第１の波長から第２の波長へと変換する波長変換材料を含む、５に記載の照明装置。
８．前記第１の封止材は、前記第１の封止材の中で前記光を散乱させる拡散粒子を含む、５に記載の照明装置。
９．前記基板に結合され、前記基板から熱を除去するためのヒートシンクを更に含み、前記基板は、折り畳まれた可撓性基板から構成され、該基板は、
上側熱伝導層と、
中間コア層によって前記上側熱伝導層から分離された下側熱伝導層と、
前記上側熱伝導層と前記下側熱伝導層とを熱的に結合するための、前記中間コア層を貫通する複数の放熱バイアと
を含む、１に記載の照明装置。
１０．光導波路の中に光を送出する方法であって、
光出口面に対して実質的に垂直な基板を備えた照明装置を用意するステップと、
前記光出口面に対して実質的に平行な方向に光を放射するステップと、
前記光を反射器表面で光を反射させ、前記光出口面に向けて方向転換させるステップと、
からなる方法。
１１．前記光出口面、及び透過境界を通して前記光を光導波路の中へと伝搬させるステップを更に含み、前記光導波路の透過境界は、前記光出口面に対して実質的に平行である、１０に記載の方法。
１２．前記照明装置と前記光導波路の透過境界との間に設けられた光学レンズを通して前記光を伝搬させるステップを更に含む１０に記載の方法。
１３．前記照明装置内の複数の封止材を通して前記光を伝搬させるステップを更に含む、１０に記載の方法。
１４．前記複数の封止材のうちの少なくとも１つが、該封止材の中で前記光を散乱させるための拡散粒子を含む、１３に記載の方法。
１５．蛍光体封止材を通して前記光を伝搬させるステップを更に含み、前記蛍光体封止材は、青色の光を白色光に変換するように構成される、１０に記載の方法。
１６．前記基板から熱を除去し、ヒートシンクへと移動させるステップを更に含む、１０に記載の方法。
１７．照明装置を製造する方法であって、
基板に結合された発光ダイオード（ＬＥＤ）チップを用意するステップと、
前記基板上のＬＥＤチップを第１の封止材によって封止するステップと、
前記ＬＥＤチップからの光を前記基板に対して垂直な光出口面へと反射させるための反射器を設けるステップと
を含む方法。
１８．前記第１の封止材と前記反射器との間に第２の封止材を設けるステップを更に含む、１７に記載の方法。
１９．前記反射器は、放物線状の反射器からなる、１７に記載の方法。
２０．前記基板から熱を除去するためのヒートシンクを前記基板に結合するステップを更に含み、前記基板は、上側熱伝導層と、中間コア層によって前記上側熱伝導層から分離された下側熱伝導層と、前記上側熱伝導層と前記下側熱伝導層とを熱的に結合するための、前記中間コア層を貫通する複数の放熱バイアとを含む折り畳まれた可撓性基板である、１７に記載の方法。
【００３６】
本発明の特定の幾つかの実施形態について図示説明してきたが、本発明が、図示説明した特定の形態や部品構成に制限されることはない。本発明は、特許請求の範囲の記載、及びその均等によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】共通の封止材によって封止された複数のＬＥＤを有するＬＥＤデバイスを使用した従来の光学系を示す図である。
【図２】個別のＬＥＤレンズを備えたＬＥＤデバイスを使用した従来の光学系を示す図である。
【図３】光導波路を照明するための間接ＬＥＤデバイスの一実施形態を示す図である。
【図４】間接ＬＥＤデバイスの一実施形態を示す断面図である。
【図５】図４の間接ＬＥＤデバイスの別の断面図である。
【図６】放熱を向上させるための間接ＬＥＤデバイスの他の実施形態を示す断面図である。
【図７Ａ】間接ＬＥＤデバイスの一実施形態の一製造工程を示す図である。
【図７Ｂ】間接ＬＥＤデバイスの他の実施形態を使用した場合の、図７Ａの製造工程を示す図である。
【図７Ｃ】間接ＬＥＤデバイスの更に他の実施形態を使用した場合の、図７Ａの製造工程を示す図である。
【図８】図７Ａの間接ＬＥＤデバイスの他の製造工程を示す図である。
【図９】図７Ａの間接ＬＥＤデバイスの更に他の製造工程を示す図である。
【図１０】図７Ａの間接ＬＥＤデバイスの更に他の製造工程を示す図である。
【図１１】間接ＬＥＤデバイスの代替実施形態を示す図である。
【図１２Ａ】間接ＬＥＤデバイスのいたの実施形態を示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａの間接ＬＥＤデバイスの凹形反射器ブロックを使用した光線経路の例を示す図である。
【図１３】光学レンズを備えた間接ＬＥＤデバイスの他の実施形態を示す図である。
【図１４】蛍光体レンズを備えたＬＥＤデバイスの他の実施形態を示す図である。
【図１５】間接ＬＥＤデバイスからの放熱を示すための、間接ＬＥＤデバイスの他の実施形態を示す図である。
【図１６】間接ＬＥＤデバイスに関連して使用される間接照明方法のプロセスフロー図である。
【図１７】間接ＬＥＤデバイスの製造に使用される製造方法のプロセスフロー図である。
【符号の説明】
【００３８】
１００ 間接ＬＥＤデバイス
１０２ 基板
１０４ ＬＥＤチップ
１０６ 反射器ブロック
１０８ 反射器表面
１２０ 光導波路
１２４ 光出口面
１７２ 光学レンズ
１４４、１４６ 封止材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板(102)と、
前記基板(102)に結合され、前記基板(102)に対して実質的に垂直な光出口面(124)を通して光を放射する発光素子(104)と
を含む照明装置(100)。
【請求項２】
前記基板(102)に結合された反射器ブロック(106)を更に含み、前記反射器ブロック(106)は、前記発光素子(104)からの光を前記光出口面(124)へ向けて反射する反射器表面(108)を有し、前記反射器表面(108)は、前記光出口面(124)へ向かう光を前記光出口面(124)に対して実質的に直交する方向に導くように構成された輪郭を有する、請求項１に記載の照明装置(100)。
【請求項３】
前記光出口面(124)に非平面レンズ(172)を更に含み、前記非平面レンズ(174)は、前記発光素子(104)と前記反射器ブロック(106)との間に配置された封止材(146)に結合され、又は、該封止材(146)と一体に形成される、請求項２に記載の照明装置(100)。
【請求項４】
前記発光素子(104)を封止するための第１の封止材(144)であって、該第１の封止材(144)の内部で光を散乱させる拡散粒子を含む第１の封止材(144)と、
前記第１の封止材(144)の少なくとも一部を封止するための第２の封止材(146)と
を更に含む、請求項２に記載の照明装置(100)。
【請求項５】
前記発光素子(104)は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含み、
前記第１の封止材(144)は、前記光の少なくとも一部を第１の波長から第２の波長へと変換するための波長変換材料を含む、請求項４に記載の照明装置(100)。
【請求項６】
光導波路(120)の中に光を送出する方法(200)であって、
光出口面(124)に対して実質的に垂直な基板(102)を備えた照明装置(100)を用意するステップ(202)と、
前記光出口面(124)に対して実質的に平行な方向に光を放射するステップ(204)と、
前記光を反射器表面(108)で反射させ、前記光出口面(124)へ向けて方向転換させるステップ(206)と
を含む方法。
【請求項７】
前記光を前記光出口面(124)、及び透過境界(122)を通して光導波路(120)の中へ伝搬させるステップ(208)を更に含み、前記光導波路(120)の透過境界(122)は、前記光出口面(124)に対して実質的に平行である、請求項６に記載の方法(200)。
【請求項８】
前記照明装置(100)と、前記光導波路(120)の透過境界(122)との間に設けられた光学レンズ(172)を通して前記光を伝搬させるステップと、
蛍光体封止材(144)を通して前記光を伝搬させるステップと
を更に含み、前記蛍光体封止材(144)は、青色の光を白色光に変換するように構成される、請求項６に記載の方法(200)。
【請求項９】
前記照明装置(100)の中の複数の封止材(144,146)を通して前記光を伝搬させるステップを更に含み、前記複数の封止材(144,146)のうちの少なくとも１つは、該封止材(144,146)の中で前記光を散乱させる拡散粒子を含む、請求項６に記載の方法(200)。
【請求項１０】
前記基板(102)から熱を除去し、ヒートシンク(132)へと移動させるステップを更に含む、請求項６に記載の方法(200)。
【請求項１】
基板(102)と、
前記基板(102)に結合され、前記基板(102)に対して実質的に垂直な光出口面(124)を通して光を放射する発光素子(104)と
を含む照明装置(100)。
【請求項２】
前記基板(102)に結合された反射器ブロック(106)を更に含み、前記反射器ブロック(106)は、前記発光素子(104)からの光を前記光出口面(124)へ向けて反射する反射器表面(108)を有し、前記反射器表面(108)は、前記光出口面(124)へ向かう光を前記光出口面(124)に対して実質的に直交する方向に導くように構成された輪郭を有する、請求項１に記載の照明装置(100)。
【請求項３】
前記光出口面(124)に非平面レンズ(172)を更に含み、前記非平面レンズ(174)は、前記発光素子(104)と前記反射器ブロック(106)との間に配置された封止材(146)に結合され、又は、該封止材(146)と一体に形成される、請求項２に記載の照明装置(100)。
【請求項４】
前記発光素子(104)を封止するための第１の封止材(144)であって、該第１の封止材(144)の内部で光を散乱させる拡散粒子を含む第１の封止材(144)と、
前記第１の封止材(144)の少なくとも一部を封止するための第２の封止材(146)と
を更に含む、請求項２に記載の照明装置(100)。
【請求項５】
前記発光素子(104)は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含み、
前記第１の封止材(144)は、前記光の少なくとも一部を第１の波長から第２の波長へと変換するための波長変換材料を含む、請求項４に記載の照明装置(100)。
【請求項６】
光導波路(120)の中に光を送出する方法(200)であって、
光出口面(124)に対して実質的に垂直な基板(102)を備えた照明装置(100)を用意するステップ(202)と、
前記光出口面(124)に対して実質的に平行な方向に光を放射するステップ(204)と、
前記光を反射器表面(108)で反射させ、前記光出口面(124)へ向けて方向転換させるステップ(206)と
を含む方法。
【請求項７】
前記光を前記光出口面(124)、及び透過境界(122)を通して光導波路(120)の中へ伝搬させるステップ(208)を更に含み、前記光導波路(120)の透過境界(122)は、前記光出口面(124)に対して実質的に平行である、請求項６に記載の方法(200)。
【請求項８】
前記照明装置(100)と、前記光導波路(120)の透過境界(122)との間に設けられた光学レンズ(172)を通して前記光を伝搬させるステップと、
蛍光体封止材(144)を通して前記光を伝搬させるステップと
を更に含み、前記蛍光体封止材(144)は、青色の光を白色光に変換するように構成される、請求項６に記載の方法(200)。
【請求項９】
前記照明装置(100)の中の複数の封止材(144,146)を通して前記光を伝搬させるステップを更に含み、前記複数の封止材(144,146)のうちの少なくとも１つは、該封止材(144,146)の中で前記光を散乱させる拡散粒子を含む、請求項６に記載の方法(200)。
【請求項１０】
前記基板(102)から熱を除去し、ヒートシンク(132)へと移動させるステップを更に含む、請求項６に記載の方法(200)。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００７−３１７６５９（Ｐ２００７−３１７６５９Ａ）
【公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１２９２５７（Ｐ２００７−１２９２５７）
【出願日】平成１９年５月１５日（２００７．５．１５）
【出願人】（５０６０７６６０６）アバゴ・テクノロジーズ・ジェネラル・アイピー（シンガポール）プライベート・リミテッド (129)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月１５日（２００７．５．１５）
【出願人】（５０６０７６６０６）アバゴ・テクノロジーズ・ジェネラル・アイピー（シンガポール）プライベート・リミテッド (129)
【Ｆターム（参考）】
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