JP2011044499A - 反射型発光ダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】複数の光源から出射される光の照射像を重ねて出射光の光むらの形成を抑制でき、比較的狭い範囲に対して高出力で光を出射させることが可能な反射型ダイオードが提供できる。
【解決手段】複数のＬＥＤ光源を有する発光素子１０と、発光素子１０を固定し、発光素子１０に電力を供給するリード９と、リード９を支持する支持体６と、支持体６の内部において複数のＬＥＤ光源と対向し、複数のＬＥＤ光源のそれぞれの光軸上にそれぞれの曲面中心Ｏ₁、Ｏ₂が配置されるように、複数のＬＥＤ光源と対応する複数の凹状の曲面Ｃ₁、Ｃ₂がそれぞれ形成された反射面２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、反射型発光ダイオードに関する。

従来より、発光素子と、その発光素子が固定され、内部に凹面形状の反射面を有する支持体とを有し、発光素子から出射された光を反射面で反射して外部に出力する反射型発光ダイオードが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような反射型ダイオードでは、発光素子に電流を流すための１対のリードが、支持体の側面にそれぞれ配置されている。そして、反射面の上方において一方のリード（マウント用リード）上に発光素子が搭載され、支持体の反射面に向いている発光素子の発光面と他方のリード（ワイヤ接続用リード）とが、ボンディングワイヤによって接続されている。

しかしながら、上記反射型ダイオードにおいては、発光素子から出射された光が、発光素子、リード又はワイヤ等によって遮られることによって、反射型ダイオードの出力光がくすむ、或いは、光の放射効率が低くなるという問題がある。そこで、出力光のくすみを抑制し、光線放射効率の向上が可能な反射型ダイオードが求められてきている。

また、近年、反射型ダイオードの出力を高くする要求も高まってきており、大電流駆動型の反射型ダイオードの実現が望まれてきている。大電流駆動型の反射型ダイオードを実現する方法としては、例えば、複数の光源を有する発光素子を利用し、複数の光源から光を出力させることによって、出力光の輝度を向上させる方法が検討されてきている。

しかしながら、複数の光源を有する発光素子を従来型の反射型ダイオードに搭載した場合、照射像が複数に分かれてしまう場合がある。また、複数の光源からの出力光が干渉し合い、照射像の中心付近に縞状の光むらができてしまうという問題もある。更に、光の出射範囲が広範囲に広がってしまうため、比較的狭い範囲に対して高出力で光を出射させることが難しい。

特開２００２−１５１７４６号公報

上記問題点を鑑み、本発明は、複数の光源から出射される光の照射像を重ねて出射光の光むらの形成を抑制でき、比較的狭い範囲に対して高出力で光を出射させることが可能な反射型発光ダイオードを提供する。

本発明の態様によれば、複数のＬＥＤ光源を有する発光素子と、発光素子を固定し、発光素子に電力を供給するリードと、リードを支持する支持体と、支持体の内部において複数のＬＥＤ光源と対向し、複数のＬＥＤ光源それぞれの光軸上にそれぞれの曲面中心が配置されるように、複数の光源と対応する複数の凹状の曲面がそれぞれ形成された反射面とを備える発光ダイオードが提供される。

本発明によれば、複数の光源から出射される光の照射像を重ねて出射光の光むらの形成を抑制でき、比較的狭い範囲に対して高出力で光を出射させることが可能な反射型発光ダイオードが提供できる。

本発明の実施の形態に係る反射型発光ダイオードの構成を示す斜視図である。 図２（ａ）は、本発明の実施の形態に係る反射型発光ダイオードの発光素子の一例を示す側面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す発光素子の側面図、図２（ｃ）は、図２（ａ）に示す発光素子の他の側面図、図２（ｄ）は、本発明の実施の形態に用いられる発光素子に搭載される第１ＬＥＤチップと第２ＬＥＤチップの配置関係の一例を表す平面図である。 本発明の実施の形態に用いられる発光素子の等価回路図である。 本発明の実施の形態に係る反射型発光ダイオードの発光素子搭載部分を下からみた場合の一例を示す底面図である。 図５（ａ）は、本発明の実施の形態に用いられる支持体を上面からみた場合の概略図であり、図５（ｂ）は、支持体を一方の面からみた場合の支持体の側面図、図５（ｃ）は、支持体を他方の面からみた場合の支持体の側面図である。 本発明の実施の形態に用いられる第１ＬＥＤチップを発光させた場合の出射光Ｌの光線イメージ図である。 図７（ａ）は、比較例に係る反射型発光ダイオードの照射イメージ図、図７（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る反射型発光ダイオードの照射イメージ図である。 本発明の実施の形態の変形例に係る反射型発光ダイオードの構成を示す斜視図である。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載においては、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係る反射型発光ダイオード１ａは、複数のＬＥＤ光源を有する発光素子１０と、発光素子１０を固定し、発光素子１０に電力を供給するリード９と、リード９を支持する支持体６と、支持体６の内部に配置され、複数のＬＥＤ光源と対向し、複数のＬＥＤ光源のそれぞれの光軸上にそれぞれの曲面中心Ｏ₁、Ｏ₂が配置されるように、複数の光源と対応する複数の凹状の曲面Ｃ₁、Ｃ₂がそれぞれ形成された反射面２と備える。

発光素子１０は、図２（ａ）〜図２（ｄ）に示すように、第１ＬＥＤチップ１１１及び第２ＬＥＤチップ１１２を内部に備える発光部１１と、発光部１１上に積層された蛍光発光部１２とを備える箱型のＬＥＤパッケージが好適である。第１ＬＥＤチップ１１１及び第２ＬＥＤチップ１１２としては、波長４７０ｎｍ程度の青色光を出力する青色光発光体等が用いられる。蛍光発光部１２としては、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）等の黄色蛍光体が利用される。蛍光発光部１２の上面は、第１ＬＥＤチップ１１１及び第２ＬＥＤチップ１１２から発光される光を発光させるための発光面となる。

図２（ｄ）は、図２（ａ）に示す蛍光発光部１２を取り外し、発光部１１の上面からみた場合の一例を示している。第１ＬＥＤチップ１１１及び第２ＬＥＤチップ１１２は、基板１１０の中心Ｏ_aを通る直線に対してほぼ鏡映対称となるように配置されている。第１ＬＥＤチップ１１１の光源は、中心Ｏ_bに設けられている。第２ＬＥＤチップ１１２の光源は、中心Ｏ_cに設けられている。ここで、中心Ｏ_aから矩形の第１ＬＥＤチップ１１１の中心Ｏ_ａ側の１辺までの距離をＬ_１、中心Ｏ_aから第１ＬＥＤチップ１１１の他端側の１辺までの距離をＬ_２とすると、第１ＬＥＤチップ１１１、第２ＬＥＤチップ１１２それぞれの光源から中心Ｏ_aまでの距離は、（Ｌ_１＋Ｌ_２）／２となる。

図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、発光部１１の裏面（電極面）１００には、アノード電極１０１及びカソード電極１０２が配置されている。アノード電極１０１及びカソード電極１０２は、図４に示すように、リード９上に直接搭載される。アノード電極１０１及びカソード電極１０２がリード９上に直接搭載されることにより、発光素子１０とリード９とを電気的に接続するためのボンディングワイヤが不要となるため、発光素子１０を発光させた場合に、ボンディングワイヤの影による光のくすみが抑制される。

アノード電極１０１とカソード電極１０２間に所定の電圧が印加されると、第１ＬＥＤチップ１１１及び第２ＬＥＤチップ１１２の光源からは、青色光が出力される。この青色光が、黄色蛍光体の蛍光発光部１２に入射し、蛍光発光部１２を通過した光が白色光として出射される。

図３に示すように、発光素子１０は、光を出射する発光ダイオード１０Ａ、１０Ｂを直列接続し、発光ダイオード１０Ａ、１０Ｂと保護素子１０Ｃを並列接続した構成を採用し、発光ダイオード１０Ａ、１０Ｂを保護することが有効である。保護素子１０Ｃとしては、発光ダイオード１０Ａ、１０Ｂに逆並列接続されたツェナーダイオード等が使用可能である。

リード９は、図４に示すように、第１電極リード７及び第２電極リード８とから構成される。第１電極リード７は、アノード接続アーム７ａ、広幅リード側面部７１及び広幅リード底面部７２を有する。第２電極リード８は、カソード接続アーム８ａ、広幅リード側面部８１及び広幅リード底面部８２を有する。広幅リード側面部７１及び広幅リード側面部８１は、支持体６の壁面に沿って配置され、広幅リード底面部７２及び広幅リード底面部８２は、支持体６の底面に沿って配置される。つまり、第１電極リード７及び第２電極リード８は、支持体６の外側面に沿ってそれぞれ折り曲げられる。

支持体６は、図１に示すように、反射面２を囲む周囲の壁部３のうち、第１の壁面６１の上部に溝３１が形成され、第１の壁面６１に対向する第２の壁面６２の上部に溝３２が形成されている。支持体６はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂のような材料で一体物として形成されている。第１電極リード７のアノード接続アーム７ａは溝３１に嵌合され、第２電極リード８のカソード接続アーム８ａは溝３２に嵌合されている。また、支持体６の溝３１において、第１電極リード７の嵌合部分の上面から支持体６の上縁面までの段差を塞ぐように、堰止め３０１が形成されている。同様に、支持体６の溝３２において、第２電極リード８の嵌合部分の上面から支持体６の上縁面までの段差を塞ぐように、堰止め３０２が形成されている。堰止め３０１〜３０２は、例えばＵＶ硬化性樹脂を段差部分に詰めて硬化させることにより形成される。これにより、アノード接続アーム７ａ及びカソード接続アーム８ａの基部が固定される。

図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、反射面２は、発光素子１０の２つのＬＥＤ光源にそれぞれ対応するように、それぞれ同一の曲率を有する２つの曲面Ｃ₁、Ｃ₂が形成されている。発光素子１０は、図２（ｄ）に示す基板１１０の中心Ｏ_aが、図５（ｃ）に示す支持体６の中心Ｏ_x上に重なるように配置される。また、図２（ｄ）に示す第１ＬＥＤチップ１１１の中心Ｏ_ｂを通るＬＥＤ光源の光軸と、図５（ｃ）に示す曲面Ｃ₁の曲面中心Ｏ₁とが重なるように、第１ＬＥＤチップ１１１が支持体６の曲面中心軸Ｏ_y上に配置され、第２ＬＥＤチップ１１２の中心Ｏ_ｃを通るＬＥＤ光源の光軸と、図５（ｃ）に示す曲面Ｃ₂の曲面中心Ｏ₂が重なるように、第２ＬＥＤチップ１１２が支持体６の曲面中心軸Ｏ_z上に配置される。図５（ｃ）において、中心Ｏ_xから曲面中心軸Ｏ_x、Ｏ_yまでの距離（中心Ｏ_xから曲面中心Ｏ₁、Ｏ₂までの距離）ｄ₁、ｄ₂はそれぞれ等しく、図２（ｄ）に示す長さ（Ｌ_１＋Ｌ_２）／２に相当する。

曲面Ｃ₁は、曲面中心Ｏ₁を中心とする放物凹曲面状を有している。曲面Ｃ₂は、曲面中心Ｏ₂を中心とする放物凹曲面をなしている。実施の形態に係る反射型発光ダイオードにおいては、リード９の下に対応する反射面２の中央に、曲面Ｃ₁と曲面Ｃ₂の境界部分となる凸部２１が形成されている。

図６に、発光素子１０に搭載された第１ＬＥＤチップ１１１の光源から光を照射した場合の光線イメージ図を示す。第１ＬＥＤチップ１１１から出射される光Ｌは、図６に示すように、大部分が下方に向かい、第１ＬＥＤチップ１１１と対向する反射面２の曲面Ｃ₁又は曲面Ｃ₂で反射される。曲面Ｃ₁、Ｃ₂で反射した後、光Ｌはほぼ平行光線となって支持体６の上面からこの上面に垂直な方向に出射される。このとき、蛍光発光部１２上の第１ＬＥＤチップ１１１の光軸に近い領域Ｂから発せられる光（一点鎖線）は、曲面Ｃ１で反射して中心付近を照らすとともに白く発光する。一方、蛍光発光部１２上の第１ＬＥＤチップ１１１の光軸から離れた領域Ａ、Ｃから発せられる光（点線）は、曲面Ｃ₁又は曲面Ｃ₂で反射して、支持体６の上面の周辺付近を照らすとともに黄色く発光する。

図７（ａ）及び図７（ｂ）に、反射型発光ダイオードの１ｍ先の照射イメージ図を示す。従来の反射型発光ダイオードを用いた場合は、図７（ａ）に示すように照射エリアがＹ方向に広くなるとともに、白く光る部分が２箇所現れ、出射光の光むらが現れていることが分かる。一方、図７（ｂ）に示すように、実施の形態に係る反射型発光ダイオードによれば、光の照射範囲は、従来の反射型ダイオードと比べて狭角になっており、比較的狭い範囲に対して高出力で光を出射させることが可能であることが理解できる。光度も、従来の反射型発光ダイオードに比べて約１．３９倍ほど高くでき、光線放射効率も向上している。

なお、反射面２の表面上には、銀蒸着若しくはアルミニウム蒸着されていてもよい。例えば、ＰＥＥＫ樹脂が採用された支持体６の場合、曲面Ｃ₁、Ｃ₂の底面を高度の平滑面に仕上げることができ、それ自体で十分な鏡面として利用できるが、ここに銀を蒸着することで、反射率の良好な反射面２が得られる。

支持体６の凹部内には、図１に示すように、例えばカチオン重合型透明エポキシ樹脂等の透明エポキシ樹脂若しくは透明シリコン樹脂のような透明樹脂１４が、支持体６の上縁面に達する深さに充填されている。透明樹脂１４により、発光素子１０、アノード接続アーム７ａ、及びカソード接続アーム８ａを透明樹脂１４の中に埋没させた状態で固定される。

実施の形態に係る反射型発光ダイオードによれば、複数のＬＥＤチップを搭載した発光素子１０を用いているため、大電流駆動型の反射型ダイオードが実現できる。また、複数のＬＥＤチップから出射される光は、砲弾型の発光面の発光ダイオード等に比べて向きが揃った指向性の強い光であるため、光が照射された位置における輝度の高い光を得ることもできる。また、複数のＬＥＤ光源と対応する複数の放物凹曲面が形成された反射面２を備えるため、出力光を狭い範囲（狭角）且つ高出力で出射させることができる。

（変形例）
反射面２の曲面Ｃ₁、Ｃ₂の配置は、搭載する発光素子１９のＬＥＤ光源の光軸の位置によって適宜変更可能である。即ち、実施の形態の変形例に係る反射型発光ダイオードは、図８に示すように、アノード接続アーム７ａの端部に複数のＬＥＤ光源（図示省略）を有する発光素子１９が搭載されており、ボンディングワイヤ９１を介してカソード接続アーム８ａに電気的に接続されている。図８に示す例においては、反射面２の上方中央部において、第１ＬＥＤチップ、第２ＬＥＤチップがそれぞれリード９の延伸方向に沿って並んで配置されている。

図８に示す反射型発光型ダイオードにおいても、複数の光源から出射される光の照射像を重ねて出射光の光むらの形成を抑制でき、比較的狭い範囲に対して高出力で光を出射させることが可能である。

（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

既に述べた実施形態の説明においては、青色光を出力するＬＥＤチップと黄色蛍光体を用いた蛍光発光部を積層した箱形ＬＥＤパッケージにより白色光を出力する例を示したがこれに限定されず、他にも公知のＬＥＤを適用可能であることは勿論である。また、種々のＬＥＤチップと蛍光発光部とを組み合わせることにより、発光素子１０の光の色は任意に設定可能である。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明は、例えば、プリント回路基板等の表面に実装される発光ダイオード等に利用される。

１ａ…反射型発光ダイオード
２…反射面
３…壁部
６…支持体
７…第１電極リード
７ａ…アノード接続アーム
８…第２電極リード
８ａ…カソード接続アーム
９…リード
１０…発光素子
１０Ａ…発光ダイオード
１０Ｃ…保護素子
１１…発光部
１２…蛍光発光部
１４…透明樹脂
２１…凸部
３１…溝
３２…溝
６１…第１の壁面
６２…第２の壁面
７１…広幅リード側面部
７２…広幅リード底面部
８１…広幅リード側面部
８２…広幅リード底面部
９１…ボンディングワイヤ
１００…裏面
１０１…アノード電極
１０２…カソード電極
１１０…基板
１１１…第１ＬＥＤチップ
１１２…第２ＬＥＤチップ

Claims (2)

1. 複数のＬＥＤ光源を有する発光素子と、
   前記発光素子を固定し、前記発光素子に電力を供給するリードと、
   前記リードを支持する支持体と、
   前記支持体の内部において前記複数のＬＥＤ光源と対向し、前記複数のＬＥＤ光源それぞれの光軸上にそれぞれの曲面中心が配置されるように、前記複数の光源と対応する複数の凹状の曲面がそれぞれ形成された反射面と
   を備えることを特徴とする反射型発光ダイオード。
2. 前記リードは、
   前記反射面の上方中央部から前記支持体の第１の壁面に向けて略水平に延伸するアノード接続アームを含む第１電極リードと、
   前記反射面の上方中央部から前記第１の壁面と対向する前記支持体の第２の壁面に向けて略水平に延伸するカソード接続アームを有する第２電極リードとを有し、
   前記発光素子は、
   第１のＬＥＤ光源及び第２のＬＥＤ光源からの光を発光させる発光面と、
   前記発光面と対向し、前記アノード接続アームの先端部と接続されるアノード電極及び前記カソード接続アームの先端部と接続されるカソード電極とを備える電極面と
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の反射型発光ダイオード。