JP2003298117A - 発光ダイオード - Google Patents

発光ダイオード

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 発光ダイオードにおいて、発光素子と蛍光体
層を密接させないことによって、発光素子へ戻って吸収
される発光素子の光及び励起光の量を少なくするととも
に、蛍光体層を反射材料上に形成することによって蛍光
体層で吸収される発光素子の光及び励起光の量を少なく
すること。 【解決手段】 ガラスエポキシ基板３の外周部分には、
銅箔パターン３ａ，３ｂとの間に白色高反射レジスト９
を挟んでアルミ材からなる側面側反射部材７が固定され
ている。この側面側反射部材７の内周には傾斜面７ａか
らなる高反射率の反射面が形成されており、内部は光透
過性材料としての透明エポキシ樹脂８で封止されてい
る。そして発光素子２の発光面と対向する中心部分には
対向反射面としてのアルミ板からなる対向反射鏡５が高
反射率の反射面を下にして配置されており、反射面には
蛍光体層としての蛍光体混入樹脂６が一面に塗布されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光素子の周囲に
反射面を設けてこの反射面に蛍光体層を設けることによ
って、吸収される光を少なくして外部放射効率を大きく
した発光ダイオードに関するものである。
【０００２】なお、本明細書中においては、ＬＥＤチッ
プそのものは「発光素子」と呼び、ＬＥＤチップを搭載
したパッケージ樹脂またはレンズ系等の光学装置を含む
全体を「発光ダイオード」または「ＬＥＤ」と呼ぶこと
とする。
【０００３】
【従来の技術】従来、蛍光体を含有した透明樹脂により
青色発光素子を封止し、青色発光素子が発する青色光と
蛍光体が発する黄色系励起光とを混合することによって
白色光とする白色光源がある。かかる構造では、青色発
光素子による吸収、蛍光体による吸収が大きく、光効率
が低かった。即ち、青色発光素子が発した光のうち、何
割かは蛍光体で反射され青色発光素子に戻る。青色発光
素子内は屈折率が高いため再度外部へ出射されにくく、
光吸収率が高い。また、蛍光体層を通り外部放射される
光は、蛍光体層内で吸収され、減衰されて外部放射され
る。
【０００４】一方、蛍光体層内で青色発光素子に隣接す
る側が青色光の照射密度が高く、黄色系励起光のうち青
色発光素子への戻り光はやはり再度外部へ出射されにく
く、光吸収率が高い。また、蛍光体層を通り外部放射さ
れる光は層内で吸収され、減衰されて外部放射される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように、青色発光
素子と蛍光体層が密接しているために、青色発光素子か
ら発せられて蛍光体で反射された青色光、及び蛍光体で
励起された黄色系励起光は、青色発光素子に戻って高い
吸収率で吸収されてしまう。また、蛍光体層を通過する
青色光及び黄色系励起光は、厚い蛍光体層を通るうちに
層内で吸収減衰される。以上のことから、青色光と黄色
系励起光が混合して生じた白色光の外部放射効率は低く
なっていた。
【０００６】そこで、本発明は、発光素子と蛍光体層を
密接させないことによって、発光素子へ戻って吸収され
る発光素子の光及び励起光の量を少なくするとともに、
蛍光体層を反射材料上に形成することによって蛍光体層
で吸収される発光素子の光及び励起光の量を少なくした
発光ダイオードの提供を課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明にかかる
発光ダイオードは、発光素子と、前記発光素子の発光面
に対向する対向反射面と、反射面が傾斜面からなる側面
側反射部材とを具備し、前記対向反射面と前記側面側反
射部材のうちいずれかは反射面に蛍光体層を有するもの
である。
【０００８】これによって、発光素子から発せられた光
は対向反射面で反射され、側面側反射部材でさらに反射
されて外部放射される。ここで、対向反射面、側面側反
射部材のいずれかの反射面に蛍光体層が設けられている
ため、発光素子の光で蛍光が励起されて両方の光が混ぜ
られて所定の色の光となって外部放射される。発光素子
と蛍光体層が離れているので、蛍光体で反射された発光
素子の光も励起光も発光素子へ戻って吸収される割合は
格段に小さくなる。また、蛍光体層が反射材料上に形成
され、蛍光体層へ光を照射し、照射面から励起光を放射
するため、蛍光体層で吸収される発光素子の光も励起光
も格段に少なくなる。
【０００９】このようにして、発光素子と蛍光体層を密
接させないことによって、発光素子へ戻って吸収される
発光素子の光及び励起光の量を少なくするとともに、蛍
光体層を反射材料上に形成することによって蛍光体層で
吸収される発光素子の光及び励起光の量を少なくした発
光ダイオードとなる。
【００１０】請求項２の発明にかかる発光ダイオード
は、請求項１の構成において、前記発光素子を封止する
光透過性材料を有するものである。
【００１１】これによって、発光素子から放射される光
量は封止されていない場合の約２倍になるので、蛍光体
層で励起される蛍光の量も約２倍になり、発光ダイオー
ドから外部放射される光量も大幅に増加する。また、封
止されることによって発光素子の寿命も向上する。
【００１２】このようにして、放射される光量が多く、
発光素子の寿命も長い優れた発光ダイオードとなる。
【００１３】請求項３の発明にかかる発光ダイオード
は、請求項２の構成において、前記対向反射面は前記光
透過性材料の界面反射を利用したものである。
【００１４】即ち、発光素子の発光面から放射される光
のうち、光透過性材料の界面に垂直に近く入射する光は
そのまま界面から外部放射されるが、光透過性材料の界
面に対して臨界角以上に斜めに入射する光は界面で全反
射されて側面側反射部材へ向かう。また、臨界角以上で
なくても斜めに入射する光の一部は同様に界面で反射さ
れる。このように、対向反射面として光透過性材料の界
面を利用することによって、対向反射面を金属材料等で
新たに作製する必要がなくなるので、作製が容易にな
る。
【００１５】このようにして、対向反射面として光透過
性材料の界面を利用することによって、作製が容易な発
光ダイオードとなる。
【００１６】請求項４の発明にかかる発光ダイオード
は、請求項１または請求項２の構成において、前記対向
反射面は金属反射面であるものである。
【００１７】ここで、金属反射面としては、アルミ板等
の金属板や金属蒸着膜等がある。
【００１８】かかる金属反射面は反射率が高いので、発
光素子の発光面から放射された光を小さな反射損失で側
面側反射部材へ向かわせることができる。したがって、
蛍光体層における励起光の発生も多くなり、外部放射さ
れる発光素子の光及び励起光の光量も大きくなる。
【００１９】このようにして、反射率の高い金属反射面
を用いることによって外部放射効率の一段と高い発光ダ
イオードとなる。
【００２０】請求項５の発明にかかる発光ダイオード
は、請求項１乃至請求項４のいずれか１つの構成におい
て、前記対向反射面の反射面に前記蛍光体層を有するも
のである。
【００２１】対向反射面は発光素子の発光面に対向して
いるので、発光素子の発する光の大部分が照射される。
したがって、照射光が反射面の蛍光体層に当って励起さ
れる蛍光の光量も多くなる。
【００２２】このようにして、励起される蛍光の光量が
多くなる発光ダイオードとなる。
【００２３】請求項６の発明にかかる発光ダイオード
は、請求項１乃至請求項４のいずれか１つの構成におい
て、前記側面側反射部材の反射面に前記蛍光体層を有す
るものである。
【００２４】側面側反射部材の反射面は傾斜面からなっ
ているので、反射面に当った光は対向反射面の周囲から
外部放射される。したがって、側面側反射部材の反射面
に蛍光体層を配置しておけば、発光素子の光が当って励
起された蛍光が最短距離を通って外部放射される。よっ
て、光透過性材料で封止された場合においても吸収減衰
が殆ど起こらずに外部放射されるので、外部放射効率が
高くなる。
【００２５】このようにして、吸収減衰する蛍光の量が
少なくなって、外部放射効率が高くなる発光ダイオード
となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
【００２７】実施の形態１ まず、本発明の発光ダイオードの実施の形態１につい
て、図１及び図２を参照して説明する。図１（ａ）は本
発明の実施の形態１にかかる発光ダイオードの全体構成
を示す平面図、（ｂ）は縦断面図である。図２は本発明
の実施の形態１にかかる発光ダイオードの光路を示す光
路図である。
【００２８】図１に示されるように、本実施の形態１の
発光ダイオード１は、青色発光素子（以下、単に「発光
素子」ともいう。）２に電力を供給するリードをガラス
エポキシ基板３に銅箔パターン３ａ，３ｂをプリントし
て作製している。このうち銅箔パターン３ａの先端に発
光素子２がマウントされ、発光素子２の上面の２個の電
極がそれぞれワイヤ４によって銅箔パターン３ａ，３ｂ
に接続されている。さらに、ガラスエポキシ基板３の外
周部分には、銅箔パターン３ａ，３ｂとの間に白色高反
射レジスト９を挟んでアルミ材からなる側面側反射部材
７が固定されている。この側面側反射部材７の内周には
傾斜面７ａからなる高反射率の反射面が形成されてお
り、内部は光透過性材料としての透明エポキシ樹脂８で
封止されている。そして、発光素子２の発光面と対向す
る中心部分には対向反射面としてのアルミ板からなる対
向反射鏡５が高反射率の反射面を下にして配置されてお
り、反射面には蛍光体層としての蛍光体混入樹脂６が一
面に塗布されている。
【００２９】かかる構成を有する本実施の形態１の発光
ダイオード１における白色光の発光時の光路について、
図２を参照して説明する。
【００３０】図２に示されるように、発光素子２から対
向反射面５に照射された青色光２ａは、対向反射面５の
表面の蛍光体混入樹脂６に含まれる蛍光体を励起して黄
色系励起光６ａを発生させる。発生した黄色系励起光６
ａのうち側面側反射部材７へ向かった光は、傾斜面７ａ
で上方に反射されて外部へ放射される。また、発光素子
２から透明エポキシ樹脂８の界面に照射された光は全反
射されて側面側反射部材７に至り、傾斜面７ａで上方に
反射されて青色光２ａのまま外部へ放射される。さら
に、発光素子２から直接側面側反射部材７に至り、傾斜
面７ａで反射された青色光２ａの大部分は上方へ反射さ
れて外部放射されるが、一部の青色光２ａは対向反射面
５へ向かい、表面の蛍光体混入樹脂６に当って黄色系励
起光６ａを発生させる。
【００３１】このように、ＬＥＤ１においては蛍光体層
としての蛍光体混入樹脂６が発光素子２に密接していな
いため、発光素子２内へ戻り吸収される青色光２ａ及び
黄色系励起光６ａの割合を極端に減らすことができる。
また、蛍光体層６が対向反射面５上に形成され、この蛍
光体層６に発光素子２から青色光２ａが照射され、照射
面から黄色系励起光６ａを放射するため、蛍光体層６で
吸収される青色光２ａ及び黄色系励起光６ａの量が軽減
される。このようにして、効率良く外部放射された青色
光２ａと黄色系励起光６ａが混合されて白色光となり、
ＬＥＤ１は輝度の高い白色光源となる。
【００３２】青色光２ａは蛍光体層６表面で多く反射さ
れるので、蛍光体層６内での吸収が少ない。また、蛍光
体層６表面で、多くの光が励起されるので、黄色系励起
光６ａは外部へ放射され易く、吸収が少ない。
【００３３】実施の形態２ 次に、本発明の発光ダイオードの実施の形態２につい
て、図３を参照して説明する。図３は本発明の実施の形
態２にかかる発光ダイオードを示す縦断面図である。な
お、実施の形態１の図１と同一の部分には同一の符号を
付して説明を省略する。
【００３４】図３に示されるように、本実施の形態２の
発光ダイオード１１が実施の形態１の発光ダイオード１
と異なるのは、対向反射面を形成する対向反射鏡１５が
下へ凸状に湾曲している点である。これによって、側面
側反射部材７へ向かう青色光及び黄色系励起光の割合が
増加して、傾斜面７ａで上方へ反射されて外部放射され
る青色光と黄色系励起光の光量が多くなるため、ＬＥＤ
１１はより輝度の高い白色光源となる。
【００３５】実施の形態３ 次に、本発明の発光ダイオードの実施の形態３につい
て、図４を参照して説明する。図４は本発明の実施の形
態３にかかる発光ダイオードを示す縦断面図である。な
お、実施の形態１の図１と同一の部分には同一の符号を
付して説明を省略する。
【００３６】図４に示されるように、本実施の形態３の
発光ダイオード１２が実施の形態１の発光ダイオード１
と異なるのは、蛍光体層としての蛍光体混入樹脂６が側
面側反射部材７の反射面に塗布されている点と、対向反
射面としての対向反射鏡１６の中央部分が下へ凸状に湾
曲している点である。
【００３７】これによって、発光素子２から対向反射鏡
１６に照射される青色光は大部分が側面側反射部材７へ
反射され、対向反射鏡１６の外側に外れた青色光も、透
明エポキシ樹脂８の界面で全反射されて側面側反射部材
７へ向かう。このように、発光素子２から発せられる青
色光の大部分が側面側反射部材７へ向かい、側面側反射
部材７の反射面には蛍光体層としての蛍光体混入樹脂６
が塗布されているので、蛍光体層６へ照射された青色光
によって照射面から黄色系励起光を放射するため、蛍光
体層６で吸収される青色光及び黄色系励起光の量が軽減
される。しかも、側面側反射部材７の反射面で反射され
た青色光及び黄色系励起光の大部分が対向反射鏡１６の
周囲の透明エポキシ樹脂８の界面から外部放射される。
【００３８】このようにして、本実施の形態３のＬＥＤ
１２は、蛍光体混入樹脂６が塗布されている側面側反射
部材７の反射面へ発光素子２の発する青色光の大部分が
照射されることによって、外部放射効率が高く輝度の高
い白色光源となる。
【００３９】実施の形態４ 次に、本発明の発光ダイオードの実施の形態４につい
て、図５を参照して説明する。図５は本発明の実施の形
態４にかかる発光ダイオードを示す縦断面図である。な
お、実施の形態３の図４と同一の部分には同一の符号を
付して説明を省略する。
【００４０】図５に示されるように、本実施の形態４の
発光ダイオード１３が実施の形態３の発光ダイオード１
２と異なるのは、蛍光体層としての蛍光体混入樹脂６が
側面側反射部材７の反射面のみでなく、対向反射面とし
ての対向反射鏡１６の反射面（下面）にも塗布されてい
る点である。
【００４１】これによって、発光素子２から対向反射鏡
１６に照射される青色光は蛍光体層６に照射されて照射
面から黄色系励起光を放射するため、蛍光体層６で吸収
される青色光及び黄色系励起光の量が軽減される。対向
反射鏡１６で反射された青色光は大部分が側面側反射部
材７へ反射され、対向反射鏡１６の外側に外れた青色光
も、透明エポキシ樹脂８の界面で全反射されて側面側反
射部材７へ向かう。側面側反射部材７の反射面には蛍光
体層としての蛍光体混入樹脂６が塗布されているので、
蛍光体層６へ照射された青色光によって照射面から黄色
系励起光を放射するため、蛍光体層６で吸収される青色
光及び黄色系励起光の量が軽減される。しかも、側面側
反射部材７の反射面で反射された青色光及び黄色系励起
光の大部分が対向反射鏡１６の周囲の透明エポキシ樹脂
８の界面から外部放射される。
【００４２】このように、本実施の形態４のＬＥＤ１３
においては、発光素子２から放射される青色光が二度に
わたって蛍光体層６に照射された後、外部放射されるの
で、黄色系励起光の量が増して外部放射光の波長が長波
長側へシフトする。また、二度にわたって蛍光体層６に
照射されることによって、色の再現性が良好になる。さ
らに、側面側反射部材７及び対向反射鏡１６の蛍光体層
６の厚みを加減することによって、側面側反射部材７ま
たは対向反射鏡１６でそのまま反射される青色光の割合
を変えることができ、ＬＥＤ１３から放射される光の色
目を容易に変化させることができる。これによって、白
色のみでなく赤色、緑色、青色を始めとして種々の色の
光を出すことができる発光ダイオードとなる。
【００４３】上記各実施の形態においては、発光素子と
して青色発光素子を用い、蛍光体として青色光によって
黄色系の蛍光を励起する蛍光体を用いた場合について説
明したが、蛍光体を励起できる波長のものであれば、紫
外線発光素子をも含めて何色の発光素子を用いても良
く、何色の蛍光を発する蛍光体を用いても構わない。ま
た、ＬＥＤにおいて発光素子等を封止する光透過性材料
として透明エポキシ樹脂を用いているが、透明シリコン
樹脂を始めとするその他の材料を用いても良い。
【００４４】さらに、金属反射面として高反射率のアル
ミ板を用いた例について説明したが、他の金属板や金属
蒸着膜を用いることもできる。また、対向反射面及び側
面側反射部材の材料としてアルミ材を使用した例につい
て説明しているが、他の金属を始めとして、反射率の高
い材料であれば如何なる材料を使用しても良い。
【００４５】さらに、上記各実施の形態に特有の効果と
して、ガラスエポキシ基板３に銅箔３ａ，３ｂをプリン
トしてリード部分を構成しているために、表面実装が容
易に行えるという利点がある。
【００４６】発光ダイオードのその他の部分の構成、形
状、数量、材質、大きさ、接続関係等についても、上記
各実施の形態に限定されるものではない。
【００４７】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
かかる発光ダイオードは、発光素子と、前記発光素子の
発光面に対向する対向反射面と、反射面が傾斜面からな
る側面側反射部材とを具備し、前記対向反射面と前記側
面側反射部材のうちいずれかは反射面に蛍光体層を有す
るものである。
【００４８】これによって、発光素子から発せられた光
は対向反射面で反射され、側面側反射部材でさらに反射
されて外部放射される。ここで、対向反射面、側面側反
射部材のいずれかの反射面に蛍光体層が設けられている
ため、発光素子の光で蛍光が励起されて両方の光が混ぜ
られて所定の色の光となって外部放射される。発光素子
と蛍光体層が離れているので、蛍光体で反射された発光
素子の光も励起光も発光素子へ戻って吸収される割合は
格段に小さくなる。また、蛍光体層が反射材料上に形成
され、蛍光体層へ光を照射し、照射面から励起光を放射
するため、蛍光体層で吸収される発光素子の光も励起光
も格段に少なくなる。
【００４９】このようにして、発光素子と蛍光体層を密
接させないことによって、発光素子へ戻って吸収される
発光素子の光及び励起光の量を少なくするとともに、蛍
光体層を反射材料上に形成することによって蛍光体層で
吸収される発光素子の光及び励起光の量を少なくした発
光ダイオードとなる。
【００５０】請求項２の発明にかかる発光ダイオード
は、請求項１の構成において、前記発光素子を封止する
光透過性材料を有するものである。
【００５１】これによって、請求項１に記載の効果に加
えて、発光素子から放射される光量は封止されていない
場合の約２倍になるので、蛍光体層で励起される蛍光の
量も約２倍になり、発光ダイオードから外部放射される
光量も大幅に増加する。また、封止されることによって
発光素子の寿命も向上する。
【００５２】このようにして、放射される光量が多く、
発光素子の寿命も長い優れた発光ダイオードとなる。
【００５３】請求項３の発明にかかる発光ダイオード
は、請求項２の構成において、前記対向反射面は前記光
透過性材料の界面反射を利用したものである。
【００５４】即ち、発光素子の発光面から放射される光
のうち、光透過性材料の界面に垂直に近く入射する光は
そのまま界面から外部放射されるが、光透過性材料の界
面に対して臨界角以上に斜めに入射する光は界面で全反
射されて側面側反射部材へ向かう。また、臨界角以上で
なくても斜めに入射する光の一部は同様に界面で反射さ
れる。このように、対向反射面として光透過性材料の界
面を利用することによって、請求項２に記載の効果に加
えて、対向反射面を金属材料等で新たに作製する必要が
なくなるので、作製が容易になる。
【００５５】このようにして、対向反射面として光透過
性材料の界面を利用することによって、作製が容易な発
光ダイオードとなる。
【００５６】請求項４の発明にかかる発光ダイオード
は、請求項１または請求項２の構成において、前記対向
反射面は金属反射面であるものである。
【００５７】ここで、金属反射面としては、アルミ板等
の金属板や金属蒸着膜等がある。
【００５８】請求項１または請求項２に記載の効果に加
えて、かかる金属反射面は反射率が高いので、発光素子
の発光面から放射された光を小さな反射損失で側面側反
射部材へ向かわせることができる。したがって、蛍光体
層における励起光の発生も多くなり、外部放射される発
光素子の光及び励起光の光量も大きくなる。
【００５９】このようにして、反射率の高い金属反射面
を用いることによって外部放射効率の一段と高い発光ダ
イオードとなる。
【００６０】請求項５の発明にかかる発光ダイオード
は、請求項１乃至請求項４のいずれか１つの構成におい
て、前記対向反射面の反射面に前記蛍光体層を有するも
のである。
【００６１】請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記
載の効果に加えて、対向反射面は発光素子の発光面に対
向しているので、発光素子の発する光の大部分が照射さ
れる。したがって、照射光が反射面の蛍光体層に当って
励起される蛍光の光量も多くなる。
【００６２】このようにして、励起される蛍光の光量が
多くなる発光ダイオードとなる。
【００６３】請求項６の発明にかかる発光ダイオード
は、請求項１乃至請求項４のいずれか１つの構成におい
て、前記側面側反射部材の反射面に前記蛍光体層を有す
るものである。
【００６４】請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記
載の効果に加えて、側面側反射部材の反射面は傾斜面か
らなっているので、反射面に当った光は対向反射面の周
囲から外部放射される。したがって、側面側反射部材の
反射面に蛍光体層を配置しておけば、発光素子の光が当
って励起された蛍光が最短距離を通って外部放射され
る。よって、光透過性材料で封止された場合においても
吸収減衰が殆ど起こらずに外部放射されるので、外部放
射効率が高くなる。
【００６５】このようにして、吸収減衰する蛍光の量が
少なくなって、外部放射効率が高くなる発光ダイオード
となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１（ａ）は本発明の実施の形態１にかかる
発光ダイオードの全体構成を示す平面図、（ｂ）は縦断
面図である。
【図２】 図２は本発明の実施の形態１にかかる発光ダ
イオードの光路を示す光路図である。
【図３】 図３は本発明の実施の形態２にかかる発光ダ
イオードを示す縦断面図である。
【図４】 図４は本発明の実施の形態３にかかる発光ダ
イオードを示す縦断面図である。
【図５】 図５は本発明の実施の形態４にかかる発光ダ
イオードを示す縦断面図である。
【符号の説明】
１，１１，１２，１３ 発光ダイオード ２ 発光素子 ５，１５，１６ 対向反射面 ６ 蛍光体層 ７ 側面側反射部材 ７ａ 傾斜面 ８ 光透過性材料
フロントページの続き (72)発明者 高島 達哉 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 Ｆターム(参考） 4M109 AA01 CA02 EA02 EC11 EE12 GA01 5F041 AA03 AA11 AA44 DA12 DA20 DA43 DA57 DB09 EE25

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 発光素子と、 前記発光素子の発光面に対向する対向反射面と、 反射面が傾斜面からなる側面側反射部材とを具備し、 前記対向反射面と前記側面側反射部材のうちいずれかは
    反射面に蛍光体層を有することを特徴とする発光ダイオ
    ード。
  2. 【請求項２】 前記発光素子を封止する光透過性材料を
    有する請求項１に記載の発光ダイオード。
  3. 【請求項３】 前記対向反射面は前記光透過性材料の界
    面反射を利用したことを特徴とする請求項２に記載の発
    光ダイオード。
  4. 【請求項４】 前記対向反射面は金属反射面であること
    を特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光ダイ
    オード。
  5. 【請求項５】 前記対向反射面の反射面に前記蛍光体層
    を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいず
    れか１つに記載の発光ダイオード。
  6. 【請求項６】 前記側面側反射部材の反射面に前記蛍光
    体層を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４の
    いずれか１つに記載の発光ダイオード。
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