JP2004088007A - Light emitting diode - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子の発光面と対向した反射面によって少なくとも発光素子の発光軸と略垂直な二次元方向へ光を反射する小型の発光ダイオード(以下、「発光部」という。)が組み込まれ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】
LEDは単色光源として用いた場合、白熱電球のようにフィルターロスがなく、また発熱はあるものの高温になる箇所はなく、薄型化を図ることができる。しかし、従来のフレネルレンズ併用方式の灯具においては、以下のような問題点があった。
【0004】
従来のフレネルレンズ併用方式の灯具について、図8を参照して説明する。図8は、従来のフレネルレンズ併用方式の灯具の構造を示す断面図である。この灯具40は、凸レンズ形のLED41、フレネルレンズ42、及び前面カバーレンズ43を備えている。そして、LED41から発せられる光は、凸レンズ形の放射面によってある程度集光されてフレネルレンズ42に至り、フレネルレンズ42で配光制御されて平行光として前方へ放射され、前面カバーレンズ43から外部放射される。
【0005】
しかしながら、フレネルレンズ42と光源の距離の制約により図に示されるように灯具40として厚いものとなり、また横方向にレンズ制御できない光が放射されるため光利用効率が低い。そこで、二次元方向放射LEDと、その周囲に設置された二次元方向放射光を略垂直方向に反射する反射部材と、前面カバーレンズとからなる灯具とすることによって、薄型で光利用効率が高い灯具とすることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、二次元方向放射LEDを小型のものにすると、発光素子に対する立体角が小さくなり放射効率が低くなる。また、大型のものにすると、かかるLEDはリードフレームに複数連で形成されるが、その間隔はパッケージ直径程度なので取り数が少なくなりLED封止樹脂硬化時間は一般に1時間以上かかるので、量産性に劣る。さらに、LED封止樹脂の内部応力が大きくなるので、発光素子への応力ダメージ、パッケージのクラックが生じやすくなり、信頼性に劣るものとなる。
【0007】
そこで、本発明は、放射効率が高く、量産性に優れ、信頼性が高い二次元方向放射型の発光ダイオードの提供を課題とするものである。
【0008】
【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、光透過性材料によって埋設された発光素子から放射された光を、少なくとも二次元平面方向へ光を反射する二次元方向反射面を有する発光部と、前記発光部の少なくとも二次元方向の周囲で、光学的に結合され、前記二次元方向反射面を延長してなる反射面を有するリフレクタ部とを具備するものである。
【0009】
このように、このLEDは、二次元方向反射面を備えた発光部とその周囲に少なくとも光学的に結合されたリフレクタ部を備えており、リフレクタ部は二次元方向反射面を延長した反射面を有している。したがって、このLEDはリフレクタ部の大きさの二次元方向放射LEDと同等なものとなり、発光素子に対して大きな立体角を形成できるため、放射効率の高いLEDとなる。
【0010】
また、かかる発光部はリードフレームに複数連で形成されるが小型にできることから、同一立体角を発光素子封止樹脂で形成するのに対して、その間隔はパッケージ直径程度で取り数を増すことができる。そして、LED封止樹脂硬化時間は一般に1時間以上であるため、量産性に優れたLEDとなる。さらに、同一立体角を発光素子封止樹脂で形成するのに対して、LED封止樹脂の内部応力を小さく抑えることができるので、発光素子への応力ダメージ、パッケージのクラックが生じない信頼性の高いものとできる。
【0011】
このようにして、放射効率が高く、量産性に優れ、信頼性が高い二次元方向放射型の発光ダイオードとなる。
【0012】
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、前記リフレクタ部は厚さが薄く形成され、前記発光部から放射された光のうち前記反射面と対向する面に至った光をも二次元方向へ反射するものである。
【0013】
これによって、反射面で反射されて二次元方向へ反射される光に加えて、反射面と対向する面においても発光部からの光が全反射されて二次元方向へ放射されるので、より放射効率の高いLEDとなる。
【0014】
このようにして、放射効率がより高く、量産性に優れ、信頼性が高い二次元方向放射型の発光ダイオードとなる。
【0015】
請求項3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、前記リフレクタ部は前記反射面と対向し前記二次元方向反射面及び反射面によって前記二次元方向へ反射された光を前記二次元方向と略垂直な方向へ反射する階段状反射面を有するものである。
【0016】
これによって、発光ダイオードの周囲に反射部材を設けなくても、リフレクタ部が反射部材の役目をして二次元方向と略垂直な方向へ光を反射する。したがって、小型で放射効率の高い灯具として用いることができる発光ダイオードとなる。
【0017】
このようにして、小型で放射効率の高い灯具として用いることができ、量産性に優れ、信頼性が高い発光ダイオードとなる。
【0018】
請求項4の発明にかかる発光ダイオードは、請求項1乃至請求項3の構成において、前記発光部の二次元方向反射面は、発光素子あるいは発光素子周辺を焦点とし、楕円、放物線、双曲線、あるいはこれらの近似曲線のいずれかの一部を前記発光素子の発光面の中心を通る垂直軸の周りに回転させた形状をしているものである。
【0019】
これによって、発光素子から発せられた光のうち、所定の範囲内の光が二次元方向反射面としての光学面に至り、これらの光は光学面への入射角が臨界角より大きいため全て全反射されて側面に向かう。ここで、光学面は発光素子あるいは発光素子周辺を焦点とし、楕円、放物線、双曲線、あるいはこれらの近似曲線のいずれかの一部を前記発光素子の発光面の中心を通る垂直軸の周りに回転させた形状をしているため、光学面で反射された光は全て水平面に平行に進み、二次元方向に放射される。そして、リフレクタ部の上面はこの光学面と連続した形状をしているため、リフレクタ部の上面で反射された光も全て水平面に平行に進み、二次元方向に放射される。
【0020】
このようにして、二次元方向への放射効率が高く、量産性に優れ、信頼性が高い発光ダイオードとなる。
【0021】
請求項5の発明にかかる発光ダイオードは、埋設された発光素子の発光面に対向する部分が外側へ突出した円錐形である光源部と、少なくとも前記円錐形部分に結合し、前記光源部から放射された光を、少なくとも二次元平面方向へ光を反射する二次元方向反射面を有する反射部とを具備するものである。
【0022】
したがって、光源部から放射されて反射部で反射された光は、少なくとも二次元平面方向へ放射され、発光ダイオード全体が二次元方向放射光源としての働きをする。このように、少なくとも二次元平面方向へ光を反射する二次元方向反射面を有する発光部とリフレクタ部の組み合わせでなくても、二次元方向へ高い放射効率で光を放射できる発光ダイオードとなる。
【0023】
このようにして、二次元方向への放射効率が高く、量産性に優れ、信頼性が高い発光ダイオードとなる。
【0024】
【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。
【0025】
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乃至図3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二次元方向放射光源としての特性を示す説明図である。図3は本発明の実施の形態1にかかる発光ダイオードを用いた灯具の構成を示す縦断面図である。
【0026】
まず、本実施の形態1のLED2の構造について、図1を参照して説明する。図1に示されるように、LED2は発光部3にリフレクタ部4を取り付けてなる。発光部3は、立設された1対のリード5a,5bのうちリード5aに発光素子8をマウントし、発光素子8とリード5bとは図示しないワイヤで電気的接続をとっている。これらのリード5a,5bの先端、発光素子8、ワイヤが樹脂封止用金型にセットされて、透明エポキシ樹脂によって図に示すような断面形状に樹脂封止されている。
【0027】
ここで、発光部3の上面3aの中心部分には微小な平坦面が形成されている。この中心点に続いて二次元方向放射面としての反射面3aとして発光素子8の発光面の中心を略焦点とし、X軸方向を対称軸とする放物線の一部をZ軸の周りに回転させた傘のような形状をしている。また、発光部3の側面は、発光素子8を中心とする球面の一部をなしている。発光素子8から上方に放射された光は反射面3aで略水平方向に反射されて、360度二次元方向に放射される。また、発光素子8から側方に放射された光は球面の一部をなす側面から二次元方向に放射される。
【0028】
このような径の小さい二次元方向放射の発光部3は量産性に優れ、信頼性が高いが光学的に不利である。そこで、かかる発光部3の外側に、リング状のリフレクタ部4が取り付けられる。リフレクタ部4は発光部3と同等の屈折率のアクリル樹脂で形成され、光学接合剤によって物理的、光学的に接合されている。なお、必ずしも物理的接合は必要ではない。また、発光部3とリフレクタ部4との隙間は僅かであり、それぞれの界面は略平行であるので、光学接合剤を用いなくても光損失は小さく、必ずしも光学接合剤を用いなくても良い。
【0029】
なお、発光部3は発光素子8を封止するとともに反射面3aを形成してあるので、発光素子8に対し反射面3aが近接したものとでき、ワイヤ高さ程度の0.3mmとすることも可能である。近接することで幾何学的に大きな立体角をとることができ、他の部材で反射面3aを形成するよりも光学的に有利である。
【0030】
リフレクタ部4の上面4aは、発光部3の上面3aと連続した曲面になっており、発光素子8から放射されリフレクタ部4の上面4aで反射された光は、略水平に360度二次元方向に放射される。ここで、発光部3の外径はφ5であり、リフレクタ部4の外径はφ20である。リフレクタ部4を取り付けることによる光学的利点について、図2を参照して説明する。図2に示されるように、発光部3のみの場合は発光素子8の中心を通る垂線からθ1の角度内の光しか二次元方向に放射されないのに対して、リフレクタ部4を取り付けることによって垂線からθ2の角度内の光まで二次元方向に放射されるので、θ1〜θ2の角度内に放射される光をも有効に二次元方向に放射することができる。
【0031】
なお、図2では断面による二次元表示であるが、実際にはθ1〜θ2範囲の立体角内の光であるので、顕著な効果を得ることができる。
【0032】
このような本実施の形態1の発光ダイオード2を用いた灯具について、図3を参照して説明する。図3に示されるように、本実施の形態1のLED2を用いた灯具1は、中心に発光素子を内蔵した二次元方向放射光源としてのLED2が載置され、その周囲に設置された反射部材6の階段状の表面のうち略45度の斜めの部分6aが反射面となっている。そして、これらを覆う前面カバーレンズ7を備えている。LED2のリード5に電力を供給すると、LED2の発光部3の周囲に取り付けられたリフレクタ部4の側面から360度の二次元方向に向かって発光素子の光が放射され、これらの光は反射部材6の反射面6aで略垂直方向に反射されて、前面カバーレンズ7から外部放射される。
【0033】
なお、ここで二次元方向とは、LED2に対する、その周辺に設置された反射部材6の反射面6aへの方向を意味する。厳密にLED2からZ軸に対して垂直な平面方向ではなく、LED2からの光が、LED2の周囲に設置された反射面へ効率良く照射されるものであれば良い。
【0034】
このように、本実施の形態1の発光ダイオード2を用いた灯具1は、極めて薄型で、LED2から放射される光の大部分が有効利用され、前面カバーレンズ7から極めて効率良く外部放射される。
【0035】
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4を参照して説明する。図4は本発明の実施の形態2にかかる発光ダイオードの全体構成を示す縦断面図である。
【0036】
図4に示されるように、本実施の形態2のLED12は、発光部3の構造は実施の形態1と同様である。しかし、リフレクタ部14の底面14bが発光素子8のマウント面近くまで上がって、リフレクタ部14が薄くなっている。これによって、発光素子8から上方へ放射される光のみでなく、発光素子8の側面から下方へ放射される光のリフレクタ部14の底面14bに対する入射角も大きくなって臨界角を超えるので、リフレクタ部14の底面14bで全反射されてリフレクタ部14の側面から二次元方向に放射される。
【0037】
また、発光素子8が大きさを有するために、リフレクタ部14の上面14aで反射されて図示のように水平方向に放射されずに下方に反射される光もあるが、このような光もリフレクタ部14の底面14bで全反射されてリフレクタ部14の側面から二次元方向に放射される。
【0038】
これによって、LED12から二次元方向に放射される光量が増加し、放射効率のより良い二次元方向放射LEDとなる。
【0039】
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5を参照して説明する。図5は本発明の実施の形態3にかかる発光ダイオードの全体構成を示す縦断面図である。
【0040】
図5に示されるように、本実施の形態3のLED21は、発光部3の構造は実施の形態1と同様である。しかし、リフレクタ部24の底面が階段状に形成されて斜面の部分が反射面24bとなっており、上面3a,24aから二次元方向に反射されてきた光を反射面24bで上方へ反射する。上方へ反射された光はリフレクタ部24の上面24aから外部放射されるが、この際上面24aにおいて屈折が起こるため屈折後の光が略垂直に外部放射されるように反射面24bによる反射方向を制御する。そして、反射面24bの二次元放射光に対する角度が全反射とならない角度になるようであれば、反射面24bに外部から金属蒸着等の鏡面処理を施して高い反射率を確保する必要がある。
【0041】
このようにして、リフレクタ部24の底面に二次元放射光を略垂直方向に反射する反射面24bを形成することによって、小型の灯具としての役目を果たす発光ダイオード21となる。
【0042】
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6を参照して説明する。図6(a)は本発明の実施の形態4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。
【0043】
図6に示されるように、本実施の形態4のLED31は、発光部3の構造は実施の形態1と同様である。しかし、リフレクタ部34の外形が上記各実施の形態においては円形であったが、本実施の形態4においては楕円形になっている。また、リフレクタ部34の底面は実施の形態3と同様に階段状に形成され、斜面の部分が反射面34bとなっており、上面3a,34aから二次元方向に反射されてきた光を反射面34bで上方へ反射する。上方へ反射された光はリフレクタ部34の上面34aから外部放射されるが、この際上面34aにおいて屈折が起こるため屈折後の光が略垂直に外部放射されるように反射面34bによる反射方向を制御する。そして、反射面34bの二次元放射光に対する角度が全反射とならない角度になるようであれば、反射面34bに外部から金属蒸着等の鏡面処理を施して高い反射率を確保する必要がある。
【0044】
さらに、図6(a)に示されるように、リフレクタ部34の底面は8個のセグメントに分かれ、隣り合うセグメント同士の反射面34bが互い違いになるように形成されている。そして、各反射面34bを発光部3からの照射密度に応じて曲率を持たせることによって、発光ダイオード31全体の輝度を均一にすることができる。この結果、上方から見た場合、発光ダイオード31の全体の輝度が均一でキラキラ光る自然なイメージの発光ダイオードとできる。さらに、発光ダイオード31は消灯している際にも外部光が反射して全体が均一にキラキラ光る非常に見栄えの良い発光ダイオードとなる。
【0045】
実施の形態5
次に、本発明の発光ダイオードの実施の形態5について、図7を参照して説明する。図7は本発明の実施の形態5にかかる発光ダイオードの全体構成を示す縦断面図である。
【0046】
図7に示されるように、本実施の形態5のLED51は、上記各実施の形態と異なり、光源部53と反射部54とからなる。即ち、光源部53は、立設された1対のリード55a,55bのうちリード55aに発光素子8をマウントし、発光素子8とリード55bとは図示しないワイヤで電気的接続をとっている。これらのリード55a,55bの先端、発光素子8、ワイヤが樹脂封止用金型にセットされて、透明エポキシ樹脂によって図に示すような円錐形と円柱形とが接続された形状に樹脂封止される。
【0047】
そして、透明エポキシ樹脂と同等の屈折率を有するアクリル樹脂からなり、中央部分に光源部53の円錐部分と対応する凹部を有する反射部54が、円錐部分において光学接合剤によって物理的、光学的に接合されている。なお、必ずしも物理的接合は必要ではない。また、光源部53と反射部54との隙間は僅かであり、それぞれの界面は略平行であるので、光学接合剤を用いなくても光損失は小さく、必ずしも光学接合剤を用いなくても良い。
【0048】
反射部54の上面54aは、発光素子8から放射された光が略二次元平行方向に反射される二次元方向反射面となっている。したがって、1対のリード55a,55bに電力を供給して発光素子8を発光させると、上方へ向かって上面54aで反射された光は略水平に360度二次元方向に反射され、反射部54の側面から外部放射される。
【0049】
このように、二次元平面方向へ光を反射する二次元方向反射面を有する発光部とリフレクタ部の組み合わせでなくても、二次元方向へ高い放射効率で光を放射できる発光ダイオードとなる。なお、反射部54は必ずしも光源部53の円錐部分にのみ結合するものに限られず、その下の光源部53の円柱部分にまで結合するものでも良い。
【0050】
上記各実施の形態においては、発光素子として赤色発光素子を用いた場合を想定しているが、何色の発光素子を用いても構わない。また、発光部及び光源部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。
【0051】
また、発光部の上面の中心部分の平坦面は凹面や凸面でも良く、あるいは中心部分から反射面が形成されたものでも良い。反射面はX軸を対称軸とする放物線の一部をZ軸の周りに回転させた形状に限らず、発光素子あるいは発光素子の周辺を焦点とする楕円、放物線、双曲線、あるいはこれらの近似曲線の一部をZ軸の周りに回転させた形状としても、所定範囲へ光を放射することができる。
【0052】
また、上記各実施の形態においては、リフレクタ部及び反射部の外形を円形あるいは楕円形としているが、その他の形状としても構わない。さらに、リフレクタ部及び反射部の素材としてはアクリル樹脂を用いているが、発光部の封止材料と同等の屈折率を有するものであれば、どのような素材を用いても構わない。
【0053】
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。
【0054】
【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、光透過性材料によって埋設された発光素子から放射された光を、少なくとも二次元平面方向へ光を反射する二次元方向反射面を有する発光部と、前記発光部の少なくとも二次元方向の周囲で、光学的に結合され、前記二次元方向反射面を延長してなる反射面を有するリフレクタ部とを具備するものである。
【0055】
このように、このLEDは、二次元方向反射面を備えた発光部とその周囲に少なくとも光学的に結合されたリフレクタ部を備えており、リフレクタ部は二次元方向反射面を延長した反射面を有している。したがって、このLEDはリフレクタ部の大きさの二次元方向放射LEDと同等なものとなり、発光素子に対して大きな立体角を形成できるため、放射効率の高いLEDとなる。
【0056】
また、かかる発光部はリードフレームに複数連で形成されるが小型にできることから、同一立体角を発光素子封止樹脂で形成するのに対して、その間隔はパッケージ直径程度で取り数を増すことができる。そして、LED封止樹脂硬化時間は一般に1時間以上であるため、量産性に優れたLEDとなる。さらに、同一立体角を発光素子封止樹脂で形成するのに対して、LED封止樹脂の内部応力を小さく抑えることができるので、発光素子への応力ダメージ、パッケージのクラックが生じない信頼性の高いものとできる。
【0057】
このようにして、放射効率が高く、量産性に優れ、信頼性が高い二次元方向放射型の発光ダイオードとなる。
【0058】
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、前記リフレクタ部は厚さが薄く形成され、前記発光部から放射された光のうち前記反射面と対向する面に至った光をも二次元方向へ反射するものである。
【0059】
これによって、反射面で反射されて二次元方向へ反射される光に加えて、反射面と対向する面においても発光部からの光が全反射されて二次元方向へ放射されるので、より放射効率の高いLEDとなる。
【0060】
このようにして、放射効率がより高く、量産性に優れ、信頼性が高い二次元方向放射型の発光ダイオードとなる。
【0061】
請求項3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、前記リフレクタ部は前記反射面と対向し前記二次元方向反射面及び反射面によって前記二次元方向へ反射された光を前記二次元方向と略垂直な方向へ反射する階段状反射面を有するものである。
【0062】
これによって、発光ダイオードの周囲に反射部材を設けなくても、リフレクタ部が反射部材の役目をして二次元方向と略垂直な方向へ光を反射する。したがって、小型で放射効率の高い灯具として用いることができる発光ダイオードとなる。
【0063】
このようにして、小型で放射効率の高い灯具として用いることができ、量産性に優れ、信頼性が高い発光ダイオードとなる。
【0064】
請求項4の発明にかかる発光ダイオードは、請求項1乃至請求項3の構成において、前記発光部の二次元方向反射面は、発光素子あるいは発光素子周辺を焦点とし、楕円、放物線、双曲線、あるいはこれらの近似曲線のいずれかの一部を前記発光素子の発光面の中心を通る垂直軸の周りに回転させた形状をしているものである。
【0065】
これによって、発光素子から発せられた光のうち、所定の範囲内の光が二次元方向反射面としての光学面に至り、これらの光は光学面への入射角が臨界角より大きいため全て全反射されて側面に向かう。ここで、光学面は発光素子あるいは発光素子周辺を焦点とし、楕円、放物線、双曲線、あるいはこれらの近似曲線のいずれかの一部を前記発光素子の発光面の中心を通る垂直軸の周りに回転させた形状をしているため、光学面で反射された光は全て水平面に平行に進み、二次元方向に放射される。そして、リフレクタ部の上面はこの光学面と連続した形状をしているため、リフレクタ部の上面で反射された光も全て水平面に平行に進み、二次元方向に放射される。
【0066】
このようにして、二次元方向への放射効率が高く、量産性に優れ、信頼性が高い発光ダイオードとなる。
【0067】
請求項5の発明にかかる発光ダイオードは、埋設された発光素子の発光面に対向する部分が外側へ突出した円錐形である光源部と、少なくとも前記円錐形部分に結合し、前記光源部から放射された光を、少なくとも二次元平面方向へ光を反射する二次元方向反射面を有する反射部とを具備するものである。
【0068】
したがって、光源部から放射されて反射部で反射された光は、少なくとも二次元平面方向へ放射され、発光ダイオード全体が二次元方向放射光源としての働きをする。このように、少なくとも二次元平面方向へ光を反射する二次元方向反射面を有する発光部とリフレクタ部の組み合わせでなくても、二次元方向へ高い放射効率で光を放射できる発光ダイオードとなる。
【0069】
このようにして、二次元方向への放射効率が高く、量産性に優れ、信頼性が高い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二次元方向放射光源としての特性を示す説明図である。
【図3】図3は本発明の実施の形態1にかかる発光ダイオードを用いた灯具の構成を示す縦断面図である。
【図4】図4は本発明の実施の形態2にかかる発光ダイオードの全体構成を示す縦断面図である。
【図5】図5は本発明の実施の形態3にかかる発光ダイオードの全体構成を示す縦断面図である。
【図6】図6(a)は本発明の実施の形態4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7】図7は本発明の実施の形態5にかかる発光ダイオードの全体構成を示す縦断面図である。
【図8】図8は、従来のフレネルレンズ併用方式の灯具の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
2,12,21,31,51 発光ダイオード
3 発光部
3a 二次元方向放射面
4,14,24,34 リフレクタ部
4a,14a,24a,34a 反射面
8 発光素子
14b 反射面と対向する面
24b,34b 階段状反射面
53 光源部
54 反射部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention incorporates a small-sized light-emitting diode (hereinafter, referred to as a “light-emitting portion”) that reflects light at least in a two-dimensional direction substantially perpendicular to the light-emitting axis of the light-emitting element by a reflecting surface facing the light-emitting surface of the light-emitting element. And a light emitting diode.
[0002]
In this specification, the LED chip itself is referred to as a “light emitting element”, and the entirety including an optical device such as a package resin or a lens system on which the LED chip is mounted is referred to as a “light emitting diode” or “LED”. I do.
[0003]
[Prior art]
When an LED is used as a monochromatic light source, there is no filter loss unlike an incandescent light bulb, and although there is heat generation, there are no hot spots, and thinning can be achieved. However, the following problems have been encountered in a conventional lighting device using a Fresnel lens.
[0004]
A conventional lamp with a Fresnel lens combination will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional lamp using a Fresnel lens. The
[0005]
However, as shown in the figure, the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the two-dimensional directional LED is reduced in size, the solid angle with respect to the light emitting element is reduced and the radiation efficiency is reduced. In addition, when the LED is made large, such LEDs are formed in a plurality of rows on the lead frame. However, since the interval is about the package diameter, the number of LEDs is small, and the curing time of the LED sealing resin generally takes one hour or more. Inferior. Furthermore, since the internal stress of the LED sealing resin increases, stress damage to the light emitting element and cracks in the package are likely to occur, resulting in poor reliability.
[0007]
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a two-dimensional directional light emitting diode having high radiation efficiency, excellent mass productivity, and high reliability.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The light emitting diode according to the first aspect of the present invention is a light emitting unit having a two-dimensional direction reflecting surface that reflects light emitted from a light emitting element embedded with a light transmissive material in at least a two-dimensional plane direction, And a reflector portion having a reflecting surface that is optically coupled at least around the light emitting portion in the two-dimensional direction and is formed by extending the reflecting surface in the two-dimensional direction.
[0009]
As described above, the LED includes the light emitting unit having the two-dimensional reflecting surface and the reflector unit that is at least optically coupled around the light emitting unit, and the reflector unit includes a reflecting surface obtained by extending the two-dimensional reflecting surface. Have. Therefore, this LED is equivalent to a two-dimensional radiating LED having the size of the reflector portion, and can form a large solid angle with respect to the light emitting element, so that the LED has high radiation efficiency.
[0010]
In addition, since such light emitting portions are formed in a plurality on the lead frame but can be miniaturized, the same solid angle is formed by the light emitting element encapsulating resin, but the interval is about the package diameter and the number of the light emitting portions is increased. Can be. In addition, since the LED encapsulating resin curing time is generally one hour or longer, the LED is excellent in mass productivity. Furthermore, while the same solid angle is formed by the light-emitting element sealing resin, the internal stress of the LED sealing resin can be suppressed to a small value, so that stress damage to the light-emitting element and cracking of the package do not occur. Can be expensive.
[0011]
Thus, a two-dimensional directional light emitting diode having high radiation efficiency, excellent mass productivity, and high reliability is obtained.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, in the light emitting diode according to the first aspect, the reflector portion is formed to have a small thickness, and light emitted from the light emitting portion reaches a surface facing the reflection surface. Is also reflected in the two-dimensional direction.
[0013]
As a result, in addition to the light reflected on the reflecting surface and reflected in the two-dimensional direction, the light from the light emitting portion is totally reflected and emitted in the two-dimensional direction on the surface facing the reflecting surface, so that more light is emitted. A highly efficient LED is obtained.
[0014]
In this way, a two-dimensional directional light emitting diode having higher radiation efficiency, excellent mass productivity, and high reliability is obtained.
[0015]
According to a third aspect of the present invention, in the light emitting diode according to the first aspect, the reflector portion faces the reflecting surface, and reflects the light reflected in the two-dimensional direction by the two-dimensional reflecting surface and the reflecting surface. It has a step-like reflecting surface that reflects in a direction substantially perpendicular to the dimensional direction.
[0016]
Thus, even without providing a reflection member around the light emitting diode, the reflector portion serves as a reflection member and reflects light in a direction substantially perpendicular to the two-dimensional direction. Therefore, a light emitting diode which is small and can be used as a lamp having high radiation efficiency is obtained.
[0017]
In this manner, a light emitting diode that can be used as a small-sized lamp with high radiation efficiency, has excellent mass productivity, and has high reliability.
[0018]
According to a fourth aspect of the present invention, in the light emitting diode according to any one of the first to third aspects, the two-dimensional reflecting surface of the light emitting portion focuses on the light emitting element or the periphery of the light emitting element, and has an ellipse, a parabola, a hyperbola, or Any one of these approximation curves has a shape rotated around a vertical axis passing through the center of the light emitting surface of the light emitting element.
[0019]
As a result, of the light emitted from the light emitting element, light within a predetermined range reaches the optical surface as a two-dimensional reflecting surface, and all of these lights have an incident angle to the optical surface larger than the critical angle, so that all of the light is totally reflected. Reflected toward the side. Here, the optical surface is focused on the light emitting element or the periphery of the light emitting element, and rotates an ellipse, a parabola, a hyperbola, or a part of any of these approximate curves around a vertical axis passing through the center of the light emitting surface of the light emitting element. Due to this shape, all light reflected on the optical surface travels parallel to the horizontal plane and is emitted in a two-dimensional direction. Since the upper surface of the reflector section has a shape that is continuous with the optical surface, all the light reflected on the upper surface of the reflector section also travels parallel to the horizontal plane and is emitted in the two-dimensional direction.
[0020]
In this manner, a highly reliable light emitting diode having high radiation efficiency in two-dimensional directions, excellent mass productivity, and high reliability can be obtained.
[0021]
A light-emitting diode according to a fifth aspect of the present invention is a light-emitting diode in which a portion facing a light-emitting surface of a buried light-emitting element has a conical shape protruding outward, and is coupled to at least the conical portion and emits light from the light-source portion. And a reflector having a two-dimensional reflecting surface that reflects the light in at least a two-dimensional plane direction.
[0022]
Therefore, the light emitted from the light source unit and reflected by the reflection unit is emitted at least in a two-dimensional plane direction, and the entire light emitting diode functions as a two-dimensional emission light source. As described above, a light emitting diode that can emit light in a two-dimensional direction with high radiation efficiency without using a combination of a light emitting unit having a two-dimensional reflecting surface that reflects light at least in a two-dimensional plane direction and a reflector unit.
[0023]
In this manner, a highly reliable light emitting diode having high radiation efficiency in two-dimensional directions, excellent mass productivity, and high reliability can be obtained.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0025]
Embodiment 1
First, a light emitting diode according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1A is a plan view showing the entire configuration of the light emitting diode according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a longitudinal sectional view. FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating characteristics of the light emitting diode according to the first embodiment of the present invention as a two-dimensional directional light source. FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a lamp using the light emitting diode according to the first embodiment of the present invention.
[0026]
First, the structure of the
[0027]
Here, a minute flat surface is formed at the center of the
[0028]
Such a
[0029]
In addition, since the
[0030]
The
[0031]
Although FIG. 2 shows a two-dimensional display by a cross section, a remarkable effect can be obtained because the light is actually within a solid angle in the range of θ1 to θ2.
[0032]
Such a lamp using the
[0033]
Here, the two-dimensional direction means the direction of the
[0034]
As described above, the lamp 1 using the
[0035]
Next, a light emitting diode according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing the entire configuration of the light emitting diode according to the second embodiment of the present invention.
[0036]
As shown in FIG. 4, the
[0037]
Further, since the
[0038]
As a result, the amount of light radiated in the two-dimensional direction from the
[0039]
Next, a light emitting diode according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing the entire configuration of the light emitting diode according to the third embodiment of the present invention.
[0040]
As shown in FIG. 5, the
[0041]
By forming the reflecting
[0042]
Embodiment 4
Next, a fourth embodiment of the light emitting diode of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6A is a plan view showing the entire configuration of the light emitting diode according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a longitudinal sectional view.
[0043]
As shown in FIG. 6, the
[0044]
Further, as shown in FIG. 6A, the bottom surface of the
[0045]
Embodiment 5
Next, a fifth embodiment of the light emitting diode of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing the entire configuration of the light emitting diode according to the fifth embodiment of the present invention.
[0046]
As shown in FIG. 7, unlike the above embodiments, the
[0047]
A reflecting
[0048]
The
[0049]
As described above, a light emitting diode that can emit light in a two-dimensional direction with high radiation efficiency without using a combination of a light emitting unit having a two-dimensional direction reflecting surface that reflects light in a two-dimensional plane direction and a reflector unit. The reflecting
[0050]
In each of the above embodiments, it is assumed that a red light emitting element is used as the light emitting element, but any color light emitting element may be used. Although a transparent epoxy resin is used as a light transmitting material for sealing a light emitting element and the like in the light emitting portion and the light source portion, other materials such as a transparent silicon resin may be used.
[0051]
In addition, the flat surface at the center of the upper surface of the light emitting unit may be concave or convex, or may have a reflective surface formed from the center. The reflecting surface is not limited to a shape in which a part of a parabola having the X axis as a symmetric axis is rotated around the Z axis, but may be an ellipse, a parabola, a hyperbola, or an approximate curve thereof focusing on the light emitting element or the periphery of the light emitting element. Can be radiated to a predetermined range even when a part of is rotated around the Z axis.
[0052]
Further, in each of the above embodiments, the outer shape of the reflector portion and the reflecting portion is circular or elliptical, but may be other shapes. Further, acrylic resin is used as a material of the reflector portion and the reflection portion, but any material having a refractive index equivalent to that of the sealing material of the light emitting portion may be used.
[0053]
The configuration, shape, quantity, material, size, connection relationship, and the like of other portions of the light emitting diode are not limited to the above embodiments.
[0054]
【The invention's effect】
As described above, the light-emitting diode according to the first aspect of the present invention has a two-dimensional reflecting surface that reflects light emitted from a light-emitting element embedded with a light-transmitting material in at least a two-dimensional plane direction. And a reflector unit having a reflecting surface that is optically coupled around at least the two-dimensional direction of the light emitting unit and extends the reflecting surface in the two-dimensional direction.
[0055]
As described above, the LED includes the light emitting unit having the two-dimensional reflecting surface and the reflector unit that is at least optically coupled around the light emitting unit, and the reflector unit includes a reflecting surface obtained by extending the two-dimensional reflecting surface. Have. Therefore, this LED is equivalent to a two-dimensional radiating LED having the size of the reflector portion, and can form a large solid angle with respect to the light emitting element, so that the LED has high radiation efficiency.
[0056]
In addition, since such light emitting portions are formed in a plurality on the lead frame but can be miniaturized, the same solid angle is formed by the light emitting element encapsulating resin, but the interval is about the package diameter and the number of the light emitting portions is increased. Can be. In addition, since the LED encapsulating resin curing time is generally one hour or longer, the LED is excellent in mass productivity. Furthermore, while the same solid angle is formed by the light-emitting element sealing resin, the internal stress of the LED sealing resin can be suppressed to a small value, so that stress damage to the light-emitting element and cracking of the package do not occur. Can be expensive.
[0057]
Thus, a two-dimensional directional light emitting diode having high radiation efficiency, excellent mass productivity, and high reliability is obtained.
[0058]
According to a second aspect of the present invention, in the light emitting diode according to the first aspect, the reflector portion is formed to have a small thickness, and light emitted from the light emitting portion reaches a surface facing the reflection surface. Is also reflected in the two-dimensional direction.
[0059]
As a result, in addition to the light reflected on the reflecting surface and reflected in the two-dimensional direction, the light from the light emitting portion is totally reflected and emitted in the two-dimensional direction on the surface facing the reflecting surface, so that more light is emitted. A highly efficient LED is obtained.
[0060]
In this way, a two-dimensional directional light emitting diode having higher radiation efficiency, excellent mass productivity, and high reliability is obtained.
[0061]
According to a third aspect of the present invention, in the light emitting diode according to the first aspect, the reflector portion faces the reflecting surface, and reflects the light reflected in the two-dimensional direction by the two-dimensional reflecting surface and the reflecting surface. It has a step-like reflecting surface that reflects in a direction substantially perpendicular to the dimensional direction.
[0062]
Thus, even without providing a reflection member around the light emitting diode, the reflector portion serves as a reflection member and reflects light in a direction substantially perpendicular to the two-dimensional direction. Therefore, a light emitting diode which is small and can be used as a lamp having high radiation efficiency is obtained.
[0063]
In this manner, a light emitting diode that can be used as a small-sized lamp with high radiation efficiency, has excellent mass productivity, and has high reliability.
[0064]
According to a fourth aspect of the present invention, in the light emitting diode according to any one of the first to third aspects, the two-dimensional reflecting surface of the light emitting portion focuses on the light emitting element or the periphery of the light emitting element, and has an ellipse, a parabola, a hyperbola, or Any one of these approximation curves has a shape rotated around a vertical axis passing through the center of the light emitting surface of the light emitting element.
[0065]
As a result, of the light emitted from the light emitting element, light within a predetermined range reaches the optical surface as a two-dimensional reflecting surface, and all of these lights have an incident angle to the optical surface larger than the critical angle, so that all of the light is totally reflected. Reflected toward the side. Here, the optical surface is focused on the light emitting element or the periphery of the light emitting element, and rotates an ellipse, a parabola, a hyperbola, or a part of any of these approximate curves around a vertical axis passing through the center of the light emitting surface of the light emitting element. Due to this shape, all light reflected on the optical surface travels parallel to the horizontal plane and is emitted in a two-dimensional direction. Since the upper surface of the reflector section has a shape that is continuous with the optical surface, all the light reflected on the upper surface of the reflector section also travels parallel to the horizontal plane and is emitted in the two-dimensional direction.
[0066]
In this manner, a highly reliable light emitting diode having high radiation efficiency in two-dimensional directions, excellent mass productivity, and high reliability can be obtained.
[0067]
A light emitting diode according to a fifth aspect of the present invention is configured such that a portion facing a light emitting surface of a buried light emitting element has a conical shape protruding outward, and is coupled to at least the conical portion and emits light from the light source portion. And a reflector having a two-dimensional reflecting surface that reflects the light in at least a two-dimensional plane direction.
[0068]
Therefore, the light emitted from the light source unit and reflected by the reflection unit is emitted at least in a two-dimensional plane direction, and the entire light emitting diode functions as a two-dimensional emission light source. Thus, a light emitting diode that can emit light in two-dimensional directions with high radiation efficiency without using a combination of a light-emitting unit having a two-dimensional reflecting surface that reflects light in at least a two-dimensional plane direction and a reflector unit.
[0069]
In this manner, a highly reliable light emitting diode having high radiation efficiency in two-dimensional directions, excellent mass productivity, and high reliability can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a plan view showing the entire configuration of a light emitting diode according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a longitudinal sectional view.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing characteristics of the light-emitting diode according to the first embodiment of the present invention as a two-dimensional directional light source;
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a lamp using the light emitting diode according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view illustrating an entire configuration of a light emitting diode according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing the entire configuration of the light emitting diode according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 6A is a plan view showing an entire configuration of a light emitting diode according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a longitudinal sectional view.
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing the entire configuration of a light emitting diode according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional lamp using a Fresnel lens.
[Explanation of symbols]
2,12,21,31,51
Claims (5)
前記発光部の少なくとも二次元方向の周囲で、光学的に結合され、前記二次元方向反射面を延長してなる反射面を有するリフレクタ部と
を具備することを特徴とする発光ダイオード。Light emitted from the light-emitting element embedded by the light-transmitting material, a light-emitting unit having a two-dimensional direction reflecting surface that reflects light in at least a two-dimensional plane direction,
A light emitting diode, comprising: a reflector portion having a reflecting surface that is optically coupled around at least a two-dimensional direction of the light emitting portion and extends the two-dimensional reflecting surface.
少なくとも前記円錐形部分に結合し、前記光源部から放射された光を、少なくとも二次元平面方向へ光を反射する二次元方向反射面を有する反射部と
を具備することを特徴とする発光ダイオード。A light source section in which a portion facing the light emitting surface of the embedded light emitting element has a conical shape protruding outward,
A light-emitting diode, comprising: a reflecting portion coupled to at least the conical portion and having a two-dimensional reflecting surface for reflecting light emitted from the light source portion in at least a two-dimensional plane direction.
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