JP3300778B2

JP3300778B2 - 発光体

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Publication number: JP3300778B2
Application number: JP28444699A
Authority: JP
Inventors: 智玉置
Original assignee: LAB Sphere Corp
Current assignee: LAB Sphere Corp
Priority date: 1999-10-05
Filing date: 1999-10-05
Publication date: 2002-07-08
Anticipated expiration: 2019-10-05
Also published as: JP2001111112A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード
（ＬＥＤ）等の半導体発光素子の応用技術に係り、特に
この半導体発光素子を用いた発光体に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近ハロゲンランプを用いた細身の懐中
電灯が市販されるに至っているが、この種の懐中電灯の
電池の寿命は連続点灯では３時間程度であり、また、ハ
ロゲンランプ自身の寿命も短いという欠点を有してい
る。

【０００３】一方、パーソナルコンピュータ、ワードプ
ロセッサ、小型携帯テレビ、車載テレビ等には、液晶表
示装置が多用されている。このような液晶表示基板の照
明（バックライト）は蛍光放電管（蛍光灯）が用いられ
ている。このバックライト用蛍光灯は、携帯テレビや携
帯用パーソナルコンピュータを落下した際には破損した
り、特性が劣化し易いという問題がある。また、冬季寒
冷地等の低温度環境下で使用する場合、管内の水銀蒸気
圧が低下して発光効率が低くなり、充分な輝度を得るこ
とができなくなる。さらに、長時間動作に対する安定性
や信頼性が不十分である。また、最も重要な問題は消費
電力が大きいことである。携帯用パーソナルコンピュー
タを例にすれば、マイクロプロッセッサやメモリで消費
される電力よりも液晶表示部の消費電力が圧倒的に大き
い。このため、蛍光灯をバックライトとして用いた場合
は、長時間にわたり電池で携帯テレビや携帯用パーソナ
ルコンピュータを動作させるのは困難である。また、蛍
光灯は、電源の周波数に対応したパルス的な発光である
ので、そのちらつき感から、目の疲労の問題が生じる。
即ち、バックライトのような直接照明に近い使用方法の
場合、長時間、蛍光灯からの光を直視することによる目
の疲労、あるいは、目の疲労からくる人体への影響など
の問題もある。

【０００４】発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体発光
素子は電気エネルギーを直接光エネルギーに変換するた
め、ハロゲンランプ等の白熱球や蛍光灯に比し、高効率
で、しかも発光に際して発熱を伴わない特徴を有する。
白熱球においては、電気エネルギーを一旦熱エネルギー
に変換し、その発熱に伴う輻射を利用しているのであ
り、その変換効率は原理的に低く、その光への変換効率
が１％を越えることはない。蛍光灯においては電気エネ
ルギーは、放電エネルギーに変換されており、こちらも
同様に、その変換効率は低い。一方、ＬＥＤにおいて
は、変換効率が２０％以上程度が可能で、白熱球や蛍光
灯に比し約１００倍以上の変換効率が容易に達成出来
る。さらに、ＬＥＤ等の半導体発光素子は半永久的とも
考え得る長寿命で、かつ蛍光灯の光のようにちらつきの
問題もないので、目や人体に悪影響を及ぼさない−人に
やさしい光−ということが言える。

【０００５】かかる優れた特徴をＬＥＤは有するもの
の、ＬＥＤの応用は各種機器のコントロールパネルの表
示ランプや、電光掲示板等の表示装置等の極く限られた
範囲に限定されており、ＬＥＤが照明装置に使用された
例は少ない。最近、鍵穴の照明用のＬＥＤ応用製品も一
部において知られているが、小さな面積しか照明できな
いものである。このような特殊な例を除けば、一般に、
ＬＥＤが照明用に使用されることはない。

【０００６】これはＬＥＤの輝度は極めて高いにもかか
わらず、ＬＥＤ１個の光の発光面積が１ｍｍ^２程度の小
さな面積であるため、照明器具としての十分な光束が得
られないことに起因している。

【０００７】図１２は、従来技術において、レンズ１０
１を用いて、ＬＥＤ１２からの光を平行光線とする場合
の光路を示す模式的な断面図である。単純に考えると、
図１２に示すような光学系を用いれば、ＬＥＤからの光
を所定のビーム径にして平行光線とすことが可能なよう
に思われる。しかし、現実には、小さなＬＥＤチップ２
４の像の影響が出るため、明るく且つ太いビームにする
のは困難である。つまり、ビームを拡大しても、照度は
その分小さくなり、照明器具としての実用には適さな
い。

【０００８】このように、従来の光学系を用いたので
は、１個のＬＥＤの発光では、照明の対象となる面上の
照度が、所望の照度に達しない。つまり、光により照ら
された面上の単位面積当たりの光束が足りないのであ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】単純には、ＬＥＤを多
数マトリクス状に配列した照明器具を構成すれば、一定
の照度は得られるであろう。しかし、現在のところＬＥ
Ｄの主材料は、高価な化合物半導体が用いられており、
なおかつ、エピタキシャル成長や不純物拡散等の高度の
製造技術が要求されるため、ＬＥＤの製造単価（コス
ト）の低減には一定の限界がある。さらに、青色ＬＥＤ
の材料である窒化ガリウム（ＧａＮ）のエピタキシャル
成長の基板には、高価なサファイア基板が用いられてい
る等各半導体材料特有の事情もある。

【００１０】従って、所望の照度を得るために、比較的
高価なＬＥＤを多数配列する等の方法により照明装置
（照明器具）を組み立てたのでは、あまりにも高価にな
りすぎるため、現実的ではない。また、シリコン（Ｓ
ｉ）では直径現在３００ｍｍのウェハが使用され始めて
いるが、ＬＥＤの材料である化合物半導体のエピタキシ
ャル成長用基板としては、このような大口径ウェハは現
状では入手出来ない。さらに、エピタキシャル成長の均
一性等の製造技術上の問題もあり、基本的に大面積の発
光領域を有したＬＥＤを製造するのは困難である。

【００１１】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものである。従って、本発明の目的は、ＬＥＤ等の市
販されている半導体発光素子を用いることが可能で、且
つその数を多数必要とすることなく、所望の照度を得る
ことが可能な発光体を提供することである。なお、本発
明においては、「半導体発光素子」とは、ＬＥＤや半導
体レーザ等の半導体中の光学的遷移を用いて発光する素
子をいう。

【００１２】本発明の他の目的は、特に、両面発光構造
の半導体発光素子を用いた場合において、裏面側への発
光成分を含めて、すべての迷光成分が、有効に照明に寄
与出来る発光体を提供することである。そして、その数
を多数必要とすることなく、所望の照度を得ることが可
能な発光体を提供することである。

【００１３】本発明の更に他の目的は、光軸の中心近傍
に関して所望の照度分布を有した照明が可能な発光体を
提供することである。

【００１４】本発明の更に他の目的は、光強度やビーム
径を自由に変更できる発光体を提供することである。

【００１５】本発明の更に他の目的は、装飾的な照明等
に適用可能な、指向性が弱く、発光体そのもの視認が容
易な発光体を提供することである。

【００１６】本発明の更に他の目的は、所定の表示パタ
ーンを簡単に表示可能な発光体を提供することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の特徴は、
発光面となる前面と、前面に対向した後面と、前面と後
面とを接続する光伝送部と、後面の一部から前面方向に
沿って光伝送部の内部に形成された凹部とを少なくとも
有する光学媒体と、凹部に収納された半導体発光素子
と、光学媒体の後面に配置された背面鏡とからなる発光
体であることである。「光伝送部」を構成する光学材料
としては、透明ガラス材料、透明プラスチック材料等の
半導体発光素子の発光波長に対して透明の物質が使用可
能である。あるいは、半導体単結晶、多結晶、アモルフ
ァス等の結晶性材料を用いてもかまわない。背面鏡は、
光学媒体の側面の一部又は全部にまで延長形成してもか
まわない。背面鏡は、金属を研削加工もしくはプレス加
工し、その表面を研磨して構成すればよい。更に、これ
らの表面に反射率の高い薄膜を形成してもよい。簡便な
方法としては、反射率の高い金属薄膜を光学媒体の後面
に接着した構造でもかまわない。或いは、光学媒体の後
面に反射率の高い金属薄膜や誘電体多層膜を真空蒸着や
スパッタリングで堆積した構造でもかまわない。

【００１８】本発明の第１の特徴に係る発光体において
は、基板の表面方向と共に裏面方向からの発光が伴う構
造の半導体発光素子において、特に有効にその光を利用
することが可能である。一般の封止ＬＥＤ等の半導体発
光素子においては、半導体発光素子の前面（頂部）以外
の所から出るいわゆる迷光成分となり、照明には寄与し
ない発光成分が多く含まれている。本発明の第１の特徴
に係る発光体においては、半導体発光素子が光学媒体の
凹部にほぼ完全に閉じこめられ、光学媒体の後面には、
背面鏡が配置されているので、これらの迷光成分がすべ
て最終的には発光面となる前面から出力可能である。従
って、すべての迷光成分が、有効に照明に寄与出来るよ
うになる。底部以外の凹部の内壁部も、有効な光の入射
部として機能し、内壁部を透過した迷光成分は、背面鏡
で反射され、最終的には発光面側から出力可能である。
また、半導体発光素子と凹部との間にはそれぞれの界面
で反射した光の成分が、種々の方向に多重反射し、迷光
成分となっている。これらの迷光成分も、本発明の第１
の特徴に係る発光体においては、凹部の内部に閉じこめ
られ、背面鏡により反射し、発光面となる前面側に導か
れる。この結果、これらの迷光成分がすべて最終的には
発光面から出力される。このように、本発明の第１の特
徴に係る発光体によれば、市販されている半導体発光素
子をそのまま用いることが可能で、且つその数を多数必
要とすることなく、所望の照度を簡単に得ることが出来
る。この照度は従来公知のレンズ等の光学系では達成不
可能な照度である。即ち、従来の技術常識では予測でき
ない照度を実現出来るものである。例えば、半導体発光
素子には内部量子効率と外部量子効率があるが、通常外
部量子効率は内部量子効率よりも低い。本発明の第１の
特徴に係る発光体により、半導体発光素子を凹部の内部
に収納することにより、内部量子効率とほぼ等しい効率
で、潜在的な半導体発光素子の光エネルギーをほぼ完全
に近く、有効に取り出すことが可能となる。

【００１９】なお、ＬＥＤや半導体レーザ等の、半導体
発光素子は、発光に際して、顕著な発熱作用を伴わない
ので、本発明の第１の特徴に係る発光体の光学媒体の凹
部の内部に、これらの半導体発光素子を収納しても、そ
の発熱作用によって、光学媒体に熱的影響を与えること
がない。

【００２０】本発明の第１の特徴に係る発光体において
は、発光面となる前面、この前面に対向した後面及び凹
部の底面のそれぞれの湾曲面のいずれか一方は、曲率半
径無限大、若しくは無限大に近い平坦な面を含みうるこ
とに留意すべきである。前面、後面及び凹部の底面の湾
曲面のいずれか一方が、無限大ではない所定の（有限
の）曲率半径を有していれば、光の収束、発散が制御可
能であるからである。また、「所定の発散角」は０°、
即ち平行光線をも含み得るということに留意すべきであ
る。また、発散角が９０°であっても、凹部が半導体発
光素子をほぼ完全に光学的に覆っているため、有効にそ
の光を集光することが可能である。これは、従来のレン
ズ等の光学系では不可能な作用である。

【００２１】本発明の第２の特徴は、発光面となる前面
と、前面に対向した後面と、前面と後面とを接続する第
１屈折率を有する光伝送部と、後面の一部から前面方向
に沿って光伝送部の内部に形成された凹部と、前面と凹
部との間の光伝送部の内部に形成された第１屈折率とは
異なる第２屈折率を有する光路変更部とを少なくとも有
する光学媒体と、凹部に収納された半導体発光素子とか
らなる発光体であることである。ここで、光路変更部
は、少なくともその一部が、前面と凹部との間の光伝送
部の内部に形成されていれば良く、場合によっては、一
部が光学媒体の表面からはみ出した構造でもかまわな
い。もちろん、光路変更部の全部が、前面と凹部との間
の光伝送部の内部に形成されていてもよい。

【００２２】本発明の第２の特徴に係る発光体において
は、前面と凹部との間の光伝送部の内部に第２屈折率を
有する光路変更部を配置することにより、凹部の底部よ
り入射した半導体発光素子からの光は、光路変更部によ
りその進行方向を変えられる。第１屈折率と第２屈折率
の相対的な大きさにも依存するが、光路変更部の存在に
より、発光面の中央近傍の光束密度を調整し、光軸の中
心近傍の照度を変更し、光強度分布の調整が可能とな
る。

【００２３】本発明の第２の特徴に係る発光体において
は、第１の特徴と同様に、発熱作用が少ない半導体発光
素子を用いているので、光学媒体に熱的影響を与えるこ
とがなく、長期動作においても、信頼性と安定性を維持
出来る。さらに、少ない数の半導体発光素子で、所望の
照度及び光強度分布を簡単に調整することが出来る。

【００２４】本発明の第３の特徴は、発光面となる前面
と、前面に対向した後面と、前面と後面とを接続する光
伝送部と、後面の一部から前面方向に沿って光伝送部の
内部に形成された凹部と、前面と凹部の間において光伝
送部の内部に形成された透過率変更手段とを少なくとも
有する光学媒体と、凹部に収納された半導体発光素子と
からなる発光体であることである。透過率変更手段とし
ては機械的なシャッター、絞りでも良く、液晶等の電気
的な手段でもかまわない。

【００２５】本発明の第３の特徴に係る発光体によれ
ば、光強度やビーム径を自由に変更できる発光体を提供
することが出来る。

【００２６】本発明の第４の特徴は、発光面となる前面
と、前面に対向した後面と、前面と後面とを接続する光
伝送部と、後面の一部から前面方向に沿って光伝送部の
内部に形成された凹部と、前面と凹部との間の光伝送部
の内部に形成された複数個の散乱体とを少なくとも有す
る光学媒体と、凹部に収納された半導体発光素子とから
なる発光体であることである。散乱体としては、例え
ば、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、タングステン
（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）等の金属
の粉末を透明プラスチック材料、ガラス材料等からなる
光学媒体に混在させればよい。

【００２７】本発明の第４の特徴に係る発光体は、光学
媒体中の散乱体により、半導体発光素子からの光が散乱
するため、指向性が弱くなる。そして、発光体そのもの
の全体が微光を放つ特徴を有する。従って、非常灯、ベ
ットサイドの照明器具或いは装飾的照明器具等に好適で
ある。

【００２８】本発明の第５の特徴は、発光面となる前面
と、前面に対向した後面と、前面と後面とを接続する光
伝送部と、後面の一部から前面方向に沿って光伝送部の
内部に形成された凹部と、前面の一部から凹部方向に沿
って光伝送部の内部に形成された溝部とを少なくとも有
する光学媒体と、凹部に収納された半導体発光素子とか
らなる発光体であることである。溝部は、Ｖ字型、Ｕ字
型、Ｗ字型等種々の断面形状が可能で、溝の形成方向や
形成位置も表示する情報の内容に応じて選択可能であ
る。表示する情報の内容に応じ、光学媒体の前面の全部
を削除するような大きな溝も、本発明の第５の特徴に係
る発光体においては含みうることに留意すべきである。

【００２９】光学媒体の表面に溝部を設ければ、この部
分で光路の変更や光強度の変更が発生するので、溝部の
位置や構造を設計することにより、所定の情報を表示可
能である。

【００３０】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して、本発明の
基礎技術に係る発光体を説明し、続いて本発明の第１乃
至第５の実施の形態に係る発光体を説明する。以下の図
面の記載において、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。ただし、図面は模式的なもので
あり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は
現実のものとは異なることに留意すべきである。

【００３１】（本発明の基礎技術）図１３に示すよう
に、本発明の基礎技術に係る発光体は、発光面となる前
面と、前面に対向した後面と、前面と後面とを接続する
光伝送部と、後面の一部から前面方向に沿って光伝送部
の内部に形成された凹部とを少なくとも有する光学媒体
１１６と、凹部に収納された半導体発光素子１２とから
構成されている。

【００３２】図１３の半導体発光素子１は、第１のピン
２１に接続された少なくとも一部に透明部を有する基台
の上に配置されたＬＥＤチップ２４と、このＬＥＤチッ
プ２４を被覆する樹脂モールド２３と、第１のピン２１
と対をなす第２のピン２２とから少なくとも構成された
封止ＬＥＤ１２である。この封止ＬＥＤ１２の頂部は、
図１３に示すように、凸形状の湾曲面を有しており、Ｌ
ＥＤチップ２４からの光は、所定の発散角で図１３の左
方向に出力する。

【００３３】一般には、樹脂モールド２３の凸形状の湾
曲面以外の所から出る光は、いわゆる迷光成分となり、
照明には寄与しない。しかし、本発明の基礎技術に係る
発光体においては、封止ＬＥＤ１２が光学媒体１１６の
凹部にほぼ完全に閉じこめられているので、これらの迷
光成分が有効に照明に寄与出来るようになる。即ち、湾
曲面からなる底部以外の凹部の内壁部も、有効な光の入
射部として機能しうるのである。また、封止ＬＥＤ１２
と光学媒体１１６の凹部との間にはそれぞれの界面で反
射した光の成分が多重反射し、迷光成分となっている。
従来公知のレンズ等の光学系では、これらの迷光成分
は、照明に寄与できるように取り出すことは出来ない。
しかし、これらの迷光成分も、本発明の基礎技術におい
ては、凹部の内部に閉じこめられているので、最終的に
は、照明に寄与できる成分となりうる。

【００３４】ここで、従来の光学系として示した図１２
と図１３とを比較してみる。図１３と図１２において、
光軸方向は同一の距離であるが、図１３に示す本発明の
基礎技術に係る光学媒体１１６の方が遙かに、光のビー
ム径を広く出来ることが分かる。また、図１２に示した
従来の光学系では、図示した器具以外に、レンズホルダ
等や駆動装置等の付加的な器具が必要で、調整が煩雑で
あるが、図１３に示す本発明の基礎技術に係る光学媒体
１１６では、簡単な構成で光路の拡大、収束等が実現で
きる。

【００３５】（第１の実施の形態）ところで、青色ＬＥ
Ｄの材料として周知のＧａＮのエピタキシャル成長基板
として絶縁性の高いサファイア基板が用いられている。
このため、通常はＧａＮ青色ＬＥＤのアノード電極及び
カソード電極はともにＧａＮエピタキシャル成長層の表
面側から取り出される。このサファイア基板は青色ＬＥ
Ｄの波長に対して透明であるため、青色ＬＥＤのパッケ
ージの構造によっては、青色ＬＥＤからの発光は基板の
裏面方向（図１３において右方向）からも取り出すこと
が可能である。しかし、図１３に示した本発明の基礎技
術に係る発光体においては、基板の裏面方向（右方向）
からの発光を積極的に利用する構造の配慮がない。

【００３６】図１に示すように、本発明の第１の実施の
形態に係る発光体は、発光面となる前面と、前面に対向
した後面と、前面と後面とを接続する光伝送部と、後面
の一部から前面方向に沿って光伝送部の内部に形成され
た凹部とを少なくとも有する光学媒体１４と、凹部に収
納された半導体発光素子１２と、光学媒体１４の後面に
配置された背面鏡３１とからなる。背面鏡３１は、光学
媒体１４の側面の一部にまで延長されて形成されてい
る。図１では、背面鏡３１は、光学媒体１４の側面の一
部を被覆しているが、光学媒体１４の側面のほぼ全面を
被覆するように形成してもかまわない。背面鏡３１は、
Ａｌ、真鍮、ステンレス等の金属を図１に示す形状に旋
盤・フライス盤等を用いて研削加工、もしくはプレス加
工機等により成型加工し、その後、その表面を研磨して
構成すればよい。更に、これらの表面にニッケル（Ｎ
ｉ）鍍金や金（Ａｕ）鍍金を施せば反射率が向上するの
で好ましい。安価、且つ簡便な方法としては、Ａｌ薄膜
等の反射率の高い金属薄膜を接着した構造でもかまわな
い。或いは、熱可塑性樹脂を押出成形若しくは射出成形
により図１に示す形状に加工し、この表面にＡｌ箔等の
反射率の高い金属薄膜や誘電体多層膜を真空蒸着やスパ
ッタリングで堆積した構造、若しくは高反射性ポリエス
テル白色フィルム等を接着した構造でもかまわない。更
に、光学媒体１４の後面に反射率の高い金属薄膜や誘電
体多層膜を真空蒸着やスパッタリングで直接堆積した構
造や、反射率の高い金属薄膜を鍍金により形成した構造
やこれらの複合膜でもかまわない。

【００３７】図１の半導体発光素子１２は、第１のピン
２１に接続された支持リングの中空部はめ込まれ、その
端部を固定されて配置されたＬＥＤチップ２４と、この
ＬＥＤチップ２４を被覆する樹脂モールド２３と、第１
のピン２１と対をなす第２のピン２２とから少なくとも
構成された封止ＬＥＤ１２である。背面鏡３１には、第
１のピン２１及び第２のピン２２を貫通させる穴があい
ており、背面鏡３１に第１のピン２１と第２のピン２２
とを電気的に短絡しないように考慮している。第１のピ
ン２１に接続された支持リングの中央部は中空であるた
め、ＬＥＤチップ２４からの発光はＬＥＤチップ２４の
裏面方向（図１において右方向）からも取り出される両
面発光構造をなしている。支持リングは完全に閉じたリ
ングである必要はなく、Ｃ字型、コの字型等の閉じない
リングでもよい。要はＬＥＤチップ２４の端面の一部を
固定できる構造であればよい。この封止ＬＥＤ１２の頂
部は、図１に示すように、凸形状の湾曲面を有してい
る。このように樹脂モールド２３の頂部近傍が凸形状の
湾曲面をなす事により、ＬＥＤチップ２４から左方向
（表方向）に出力する光は、所定の発散角で指向性を有
して出力される。一方、ＬＥＤチップ２４から右方向
（裏方向）に出力する光は、背面鏡３１で反射され、Ｌ
ＥＤチップ２４の表面から左方向に出力される。結局、
ＬＥＤチップ２４の右方向（裏方向）に出力する光も、
頂部近傍が凸形状の湾曲面により所定の発散角が与えら
れる。

【００３８】凸形状の湾曲面部を除けば、封止ＬＥＤ１
２は、例えば、直径（外径）２〜３ｍｍ^φの円柱形状で
ある。光学媒体１４の凹部の側壁部は、封止ＬＥＤ１２
を収納できるように、直径（内径）２.５〜４ｍｍ^φの
円筒形状となっている。図１（ｂ）及び図２に示すよう
に、封止ＬＥＤ１２は頭部がカップ形状のＬＥＤホルダ
１６に固定され、ＬＥＤホルダ１６を介して、封止ＬＥ
Ｄ１２と光学媒体１４とが互いに固定されている。ＬＥ
Ｄホルダ１６は電気的に絶縁性が高く、光学的に透明な
材料で構成すればよい。ＬＥＤホルダ１６の封止ＬＥＤ
１２と光学媒体１４の凹部との間に位置するカップ形状
の部分の肉厚は、例えば、０．２５〜０．５ｍｍ程度で
ある。そして、光学媒体１４は、ほぼ封止ＬＥＤ１２と
相似な円柱形状である。この光学媒体１４の円柱形状部
分の直径（外径）は、１０〜３０ｍｍ^φである。光学媒
体１４の直径（外径）は、本発明の第１の実施の形態に
係る発光体の使用目的に応じて選択できる。従って、１
０ｍｍ^φ以下でも、３０ｍｍ^φ以上でもかまわない。Ｌ
ＥＤホルダ１６は、例えば図２に示すように、背面鏡３
１と一体で構成し、この背面鏡一体型ＬＥＤホルダ１６
に封止ＬＥＤ１２を差し込むようにすれば、本発明の第
１の実施の形態に係る発光体の組み立て工程が簡略化可
能である。図２に示す背面鏡一体型ＬＥＤホルダ１６に
おいて、中央部のＬＥＤホルダ１６に、第１のピン２１
及び第２のピン２２を通す２本の貫通孔が設けられてい
る。貫通孔は、前述の背面鏡３１に設けられた貫通孔に
連続している。そして、この２本の貫通孔に、第１のピ
ン２１及び第２のピン２２を差し込むことにより、ＬＥ
Ｄホルダ１６に封止ＬＥＤ１２が固定される。

【００３９】本発明の第１の実施の形態に係る封止ＬＥ
Ｄ１２は、屈折率ｎ_１を有したエポキシ樹脂等の透明材
料でモールドされている。そして、光学媒体１４は、屈
折率ｎ_１とは異なる屈折率ｎ_０を有する空気を介して封
止ＬＥＤ１２を収納している。空気以外の流体若しくは
流動体を介して封止ＬＥＤ１２を凹部に収納しても良
い。封止ＬＥＤ１２から発せられる光の波長に対して透
明な気体若しくは液体であれば、種々の「流体」が使用
可能である。凹部の封止ＬＥＤ１２と光学媒体１４との
間に、スペーサオイル等の使用も可能である。また、
「流動体」としての種々のゾル状、コロイド状若しくは
ゲル状の透明物質が使用できる。また、光学媒体１４
は、屈折率ｎ_０とは異なる屈折率ｎ_２を有するようにす
ればよい。屈折率ｎ_１、屈折率ｎ_０、及び屈折率ｎ
_２を、それぞれ最適な値に選定することにより、ＬＥＤ
チップ２４からの光を収束させることも分散させること
も可能である。また、光学媒体１４の光伝送部の有する
屈折率ｎ_２を次第に大きく、若しくは、次第に小さくす
るようにして光路設計をしても良い。ＬＥＤホルダ１６
は、封止ＬＥＤ１２の屈折率ｎ_１と同じ屈折率を有する
エポキシ樹脂等の透明材料、もしくは光学媒体１４の屈
折率ｎ_２と同じ屈折率を有する透明材料等で構成すれば
よい。あるいは、屈折率ｎ_１及び屈折率ｎ_２のいずれと
も異なる屈折率を有する透明材料で構成してもよい。い
ずれにしても、封止ＬＥＤ１２から発せられる光の波長
に対して透明な光学材料で、ＬＥＤホルダ１６を構成す
ればよい。光学媒体１４としては、透明プラスチック材
料、ガラス材料等が使用可能で、有色の樹脂や蛍光材料
を含んだ樹脂等も使用可能である。この内、アクリル樹
脂やポリ塩化ビニル樹脂等の熱可塑性樹脂は、光学媒体
１４を大量生産するのに好適な材料である。即ち、一度
金型を作り、この金型により押出成形若しくは射出成形
すれば光学媒体１４が簡単に大量生産できる。ガラス材
料としては、石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ
酸ガラス、鉛ガラス等の種々のガラス材料が使用可能で
ある。あるいは、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（Ｚｎ
Ｓ）、炭化珪素（ＳｉＣ）等の結晶性材料を用いてもか
まわない。

【００４０】一般の封止ＬＥＤにおいては、樹脂モール
ド２３の凸形状の湾曲面以外の所から出る光は、いわゆ
る迷光成分となり、照明には寄与しない。しかし、本発
明の第１の実施の形態においては、封止ＬＥＤ１２が光
学媒体１４の凹部にほぼ完全に閉じこめられ、光学媒体
１４の後面には、背面鏡３１が配置されているので、こ
れらの迷光成分がすべて最終的には発光面となる前面か
ら出力可能である。従って、すべての迷光成分が、有効
に照明に寄与出来るようになる。即ち、凹部に着目すれ
ば、底部以外の凹部の内壁部も、有効な光の入射部とし
て機能し、内壁部を透過した迷光成分は、背面鏡３１で
反射され、最終的には発光面側から出力可能である。ま
た、封止ＬＥＤ１２と光学媒体１４の凹部との間にはそ
れぞれの界面で反射した光の成分が、種々の方向に多重
反射し、迷光成分となっている。従来公知のレンズ等の
光学系では、これらの迷光成分は、照明に寄与できるよ
うに取り出すことは出来ない。しかし、これらの迷光成
分も、本発明の第１の実施の形態においては、凹部の内
部に閉じこめられ、背面鏡３１により内部で反射し、発
光面となる前面側に導かれる。この結果、これらの迷光
成分がすべて最終的には発光面から出力される。

【００４１】この結果、樹脂モールド２３の形状等の光
の取り出し効率や、光学系相互の反射成分等に依存せ
ず、ほぼ、内部量子効率とほぼ等しい効率で、潜在的な
ＬＥＤチップ２４の光エネルギーを有効に取り出すこと
が可能となる。

【００４２】このようにして、本発明の第１の実施の形
態に係る発光体によれば、封止ＬＥＤ１２の数を多数必
要とすることなく、照明に寄与する光ビームとして所望
の照射面積の光束を確保し、且つ所望の照度を簡単に得
ることが出来る。この照度は従来公知のレンズ等の光学
系では達成不可能な照度である。驚くことに、現在市販
されているハロゲンランプを用いた細身の懐中電灯と同
程度の照度がたった一個のＬＥＤで実現できたのであ
る。このように、本発明の第１の実施の形態に係る発光
体によれば、従来の技術常識では全く予測できない照度
を、図１に示すような簡単な構造で、実現出来る。

【００４３】なお、本発明の第１の実施の形態に係る発
光体に用いる封止ＬＥＤ１２としては、種々の色（波
長）の両面発光ＬＥＤが使用可能である。但し、懐中電
灯のような照明目的のためには、白色ＬＥＤが人間の目
には自然であるので好ましい。白色ＬＥＤは種々の構造
のものが使用できる。たとえば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及
び青（Ｂ）の３枚の両面発光型ＬＥＤチップを透明基板
上に縦に積層して構成しても良い。この場合、樹脂モー
ルド２３から、それぞれの色の両面発光型ＬＥＤチップ
に対応し、合計６本のピンが導出されても良く、樹脂モ
ールド２３の内部配線として、６本のピンを２本にまと
め、外部ピンとしては２本設けられた構造としてもかま
わない。また、一方の電極（接地電極又は電源電圧側）
を共通とすれば、外部ピンは４本でよい。図２に示す背
面鏡一体型ＬＥＤホルダ１６の場合は、背面鏡一体型Ｌ
ＥＤホルダ１６に、所定のピン数分の貫通孔を開口して
おき、貫通孔に封止ＬＥＤ１２のそれぞれのピンを差し
込むようにすればよい。

【００４４】そして、この白色ＬＥＤを、図１に示す封
止ＬＥＤ１２として用い、本発明の第１の実施の形態に
係る発光体を構成し、白色封止ＬＥＤ１２に対して所定
電圧が印加出来るように電池ケースとこの電池ケースの
中の電池（例えば単３電池）を収納すれば、ペンタイプ
の細身の懐中電灯（携帯用照明器具）が完成する。この
電池の陽極及び陰極にそれぞれ、白色封止ＬＥＤ１２の
電極を接続する構造とすれば良いのである。この結果、
簡単な構造で、製造単価の低い懐中電灯（携帯用照明器
具）が提供できる。この懐中電灯（携帯用照明器具）
は、長期間に渡る安定性と信頼性に優れ、特に、電力消
費量が少ないため、電池の寿命が長いという従来予測で
きなかった優れた特性を有する。

【００４５】なお、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の
３枚のＬＥＤチップを積層した場合には、赤（Ｒ）、緑
（Ｇ）及び青（Ｂ）のそれぞれの発光強度を調整し、混
合することにより、可視光帯スペクトルのすべての色が
発生できる。この場合、実際には、製造工程上のばらつ
きにより、色むらが発生する場合があるが、背面鏡３１
で、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）のＬＥＤチップか
らの光をそれぞれ反射し、混合することにより、各色の
バランスを取り、色むらを解消できる利点を有する。

【００４６】さらに、光学媒体（第１の光学媒体）１４
の外側に第２の光学媒体を配置し、更に、第２の光学媒
体の外側に第３の光学媒体，・・・・・を配置すれば、封止
ＬＥＤ１２の光のビーム径を更に広い照射面積となるよ
うに拡大することが可能である。第２の光学媒体は、第
１の光学媒体１４と同様に、光の波長に対して透明の固
体からなり、第１の光学媒体１４を収納するための凹部
と、湾曲面からなる発光面とを具備している。また、第
３の光学媒体は、第２の光学媒体を収納するための凹部
を有するようにしておけばよい。

【００４７】図１において、光学媒体１４の前面は、凸
形状の湾曲面からなる発光面を有している。しかし、図
１は例示であり、湾曲面は、目的に応じて、種々の形状
が採用可能であり、凹形状の湾曲面からなる発光面を有
す光学媒体でもよい。凹形状の湾曲面を前面（発光面）
に用いると、光は分散する傾向になるので、種々のバッ
クライト（間接照明系）に好適な均一性を得ることが出
来る。

【００４８】（第２の実施の形態）図３に示すように、
本発明の第２の実施の形態に係る発光体は、発光面とな
る前面と、前面に対向した後面と、前面と後面とを接続
する第１屈折率ｎ_２を有する光伝送部と、後面の一部か
ら前面方向に沿って光伝送部の内部に形成された凹部
と、前面と凹部との間の光伝送部の内部に形成された第
１屈折率ｎ_２とは異なる第２屈折率ｎ_０を有する光路変
更部３５とを少なくとも有する光学媒体１５と、凹部に
収納された半導体発光素子１２とから構成されている。

【００４９】第１屈折率ｎ_２を有する光伝送部を構成す
る光学材料としては、本発明の第１の実施の形態に係る
発光体と同様な透明プラスチック材料（熱可塑性樹
脂）、ガラス材料或いは、結晶性材料等が使用可能であ
る。第２屈折率ｎ_０を有する光路変更部としては、図３
に示すような屈折率ｎ_０の空気の封入された空洞部で
も、他の固体材料からなる領域でもかまわない。いずれ
にせよ、第１屈折率ｎ_２とは異なる第２屈折率ｎ_０を有
する領域であれば、第１屈折率ｎ_２の領域と第２屈折率
ｎ_０の領域との界面において光の屈折が生じるので、光
路の進行方向が変更可能である。

【００５０】このように、本発明の第２の実施の形態に
係る発光体においては、前面と凹部との間の光伝送部の
内部に第２屈折率ｎ_０を有する光路変更部３５を有する
ので、凹部の底部より入射した半導体発光素子１２から
の光は、光路変更部３５によりその進行方向を変えられ
る。図３に示すように光学媒体１５の中心軸方向に沿っ
て縦長の光路変更部３５の幾何学的形状の場合は、第１
屈折率ｎ_２が第２屈折率ｎ_０より大きければ、発光面の
中央近傍の光束密度が低くなり、光軸の中心近傍が相対
的に暗い照明が可能となる。同様な、光路変更部３５の
幾何学的形状の場合で、第１屈折率ｎ_２が第２屈折率ｎ
_０より小さければ、発光面の中央近傍の光束密度が高く
なり、光軸の中心近傍が相対的に明るい照明が可能とな
る。

【００５１】本発明の第２の実施の形態に係る発光体
は、光学媒体１５の後面に背面鏡が配置されていない点
を除けば、基本的に第１の実施の形態に係る発光体と同
様であるので、重複する説明を省略する。

【００５２】一方、図４の本発明の第２の実施の形態の
変形例に示すように、光学媒体１６の中心軸方向に沿っ
て横長の幾何学的形状の光路変更部３６が前面と凹部と
の間の光伝送部の内部に配置された場合は逆の光路変更
がなされる。すなわち、第１屈折率ｎ_２が第２屈折率ｎ
_０より大きければ、発光面の中央近傍の光束密度が高く
なり、光軸の中心近傍が相対的に明るい照明が可能とな
る。同様な、光路変更部３６の幾何学的形状の場合で、
第１屈折率ｎ_２が第２屈折率ｎ_０より小さければ、発光
面の中央近傍の光束密度が低くなり、光軸の中心近傍が
相対的に暗い照明が可能となる。

【００５３】図５は、本発明の第２の実施の形態の他の
変形例に係る発光体の構造を示す模式図で、光学媒体１
７の後面に背面鏡３１が配置されている。図５において
は、ＬＥＤチップ２４の裏面からの発光成分や迷光成分
が背面鏡３１により反射され、発光面となる前面側に導
かれる。この結果、これらの迷光成分がすべて最終的に
は発光面から出力される極めて高効率照明が可能である
と共に、照射面における光強度分布の調整が可能であ
る。

【００５４】なお、本発明の第２の実施の形態における
光路変更部３５，３６，３７の断面形状は図３，４，５
に示すような両凸形状以外に、平凸形状やメニスカス形
状等他の形状でもかまわないことは勿論である。

【００５５】（第３の実施の形態）図６に示すように、
本発明の第３の実施の形態に係る発光体は、発光面とな
る前面と、前面に対向した後面と、前面と後面とを接続
する光伝送部と、後面の一部から前面方向に沿って光伝
送部の内部に形成された凹部と、前面と凹部の間におい
て光伝送部の内部に形成された透過率変更手段４１とを
少なくとも有する光学媒体（１４ａ，１４ｂ）と、凹部
に収納された半導体発光素子１２とから構成されてい
る。

【００５６】透過率変更手段４１としては機械的なシャ
ッター、絞りでも良く、液晶等の電気的な透過率変更手
段でもかまわない。図６では、透過率変更手段４１を光
学媒体頂部１４ａと光学媒体本体部１４ｂが挟むような
構成を示しているが、目的によっては、光学媒体の一部
に挿入された構成でもかまわない。本発明の第３の実施
の形態に係る発光体は、透過率変更手段４１を除けば、
基本的に第１の実施の形態に係る発光体と同様であるの
で、重複する説明を省略する。

【００５７】本発明の第３の実施の形態に係る発光体に
よれば、透過率変更手段４１を機械的、若しくは電気的
に駆動することにより、光強度やビーム径を自由に変更
できる発光体を提供することが出来る。透過率変更手段
４１として、液晶を用いる場合は、薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ）等からなるアクティブマトリクスを透過率変
更手段４１の内部に構成し、シフトレジスタ等によりア
クティブマトリクスエレメントを駆動するようにしても
よい。透過率変更手段４１として、機械的なシャッタ
ー、絞りを用いる場合は、光学媒体（１４ａ，１４ｂ）
に隣接してマイクロ・モータ等の機械駆動系を配置して
おけばよい。

【００５８】また、図６に示す本発明の第３の実施の形
態に係る発光体は、光学媒体１５の後面に背面鏡３１が
配置された構造であるが、図１３のような背面鏡がない
構成において、透過率変更手段４１を設けてもかまわな
い。

【００５９】（第４の実施の形態）図７に示すように、
本発明の第４の実施の形態に係る発光体は、発光面とな
る前面と、前面に対向した後面と、前面と後面とを接続
する光伝送部と、後面の一部から前面方向に沿って光伝
送部の内部に形成された凹部と、前面と凹部との間の光
伝送部の内部に形成された複数個の散乱体４３とを少な
くとも有する光学媒体１８と、凹部に収納された半導体
発光素子１２とから構成されている。

【００６０】散乱体４３としてはＡｌ、Ａｕ、Ｗ、Ｔ
ｉ、Ｍｏ等の金属の粉末を透明プラスチック材料、ガラ
ス材料等の光学媒体１８に混在させればよい。例えばア
クリル樹脂やポリ塩化ビニル樹脂等の熱可塑性樹脂を押
出成形若しくは射出成形する際に、これらの金属粉末を
混入しておけばよい。散乱体４３の大きさは、光の波長
に比して大きければ良く、ミクロン・オーダから数ｍｍ
程度のもの等種々の大きさが可能で、その形状も問わな
い。

【００６１】本発明の第１の実施の形態に係る発光体
は、懐中電灯等の比較的指向性の強い光ビームが必要な
照明器具に好適であったが、第４の実施の形態に係る発
光体は指向性を弱くし、発光体のほぼ全体が光り、その
美観を感受することが可能な照明器具に好適である。例
えば、非常灯やベットサイドの照明器具等に用いたり、
室内もしくは屋外における装飾的目的で用いたりしても
よい。発光体そのものの全体が微光を放つ特徴を生かす
ためには、光学媒体１８の直径若しくは一辺の長さを５
ｃｍないし３０ｃｍ、或いは１ｍ程度に大きくすること
も可能である。かかる大きな光学媒体をたった１個の半
導体発光素子１２で光らせ、その消費電力は極めて小さ
い。装飾的目的の場合は、図７に示すような単純な形態
ではなく、動物、樹木、建造物等に類似な独特な形態等
を含めた複雑な構造に光学媒体１８を構成することも可
能である。

【００６２】光学媒体１８の直径若しくは一辺の長さを
５ｃｍないし３０ｃｍ、或いは１ｍ程度に大きくするす
るためには、本発明の第１の実施の形態の最後に述べた
ような多層構造を採用してもよい。すなわち、光学媒体
（第１の光学媒体）１８の外側に第２の光学媒体を配置
し、更に、第２の光学媒体の外側に第３の光学媒体，・・
・・・を配置すれば、封止ＬＥＤ１２の光を有効に広い面
積に導くことが可能である。第２の光学媒体は、第１の
光学媒体１８と同様に、光の波長に対して透明の固体中
に散乱体４３を含み、第１の光学媒体１８を収納するた
めの凹部と、湾曲面からなる発光面とを具備している。
また、第３の光学媒体も、第１の光学媒体１８と同様
に、光の波長に対して透明の固体中に散乱体４３を含
み、第２の光学媒体を収納するための凹部を有するよう
にしておけばよい。散乱体の密度を、第１の光学媒体１
８、第２の光学媒体、第３の光学媒体，・・・・・と外側に
行くに従い高くしてもよい。すなわち、最外殻の光学媒
体の散乱体の密度を最も高くし、全体が有効に微光を放
つようにすることが出来る。このような多層構造にして
おけば、最外殻の光学媒体のデザインを好みに応じて変
更することも容易で、美観の陳腐化も防げる。そして、
このような装飾的目的の発光体は電池で駆動でき、電池
の寿命も長いので、電気配線のない屋外等にも簡単に設
置でき、夜間の美観を楽しむことが可能である。

【００６３】（第５の実施の形態）上述した第１の実施
の形態に係る発光体を複数個配列すれば非常に明るい照
明器具や表示装置を構成できる。具体的には、１次元
的、２次元的、或いは３次元的な配列が可能である。例
えば、図８（ａ）に示すように、外囲ケース５１に複数
個の発光体１２１，・・・・・，１３１，・・・・・，１４１，・・
・・・を２次元的に配列すれば、交通信号灯として用いる
ことが可能である。この場合、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び
青（Ｂ）の３枚の両面発光型ＬＥＤチップを透明基板上
に縦に積層して構成した封止ＬＥＤを収納した複数個の
発光体１２１，・・・・・，１３１，・・・・・，１４１，・・・・・
を用い、所定のタイムスケジュールに基づき、赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）のＬＥＤチップのそれぞ
れの発光強度を調整すれば、同一のランプで、赤
（Ｒ）、黄（Ｙ）及び緑（Ｇ）を表示可能である。

【００６４】さらに、図８（ｂ）に示すように、２次元
的に配列された複数個の発光体１２１，・・・・・，１３
１，・・・・・，１４１，・・・・のうちの特定の発光体１３
５，１３６，１４４，１４５，１４６，１４７の表面に
溝部を設ければ、この部分で光路の変更や光強度の変更
が発生するので、所定の表示パターン５２を表示可能で
ある。例えば横断歩道の交通信号灯の人間の歩行動作の
像を、２次元配列パターン上に浮き出させることが可能
である。

【００６５】図９は表面に溝部を設けた発光体の一例を
示す断面図である。すなわち、本発明の第５の実施形態
に係る発光体は、発光面となる前面と、前面に対向した
後面と、前面と後面とを接続する光伝送部と、後面の一
部から前面方向に沿って光伝送部の内部に形成された凹
部と、前面の一部から凹部方向に沿って光伝送部の内部
に形成された溝部５５とを少なくとも有する光学媒体１
９と、凹部に収納された半導体発光素子１２とから構成
されている。溝部５５は、図９に示すようなＶ字型であ
る必要はなく、Ｕ字型、Ｗ字型等種々の断面形状が可能
で、溝の形成方向や形成位置も表示する情報の内容に応
じて変形すればよい。場合により、光学媒体１９の前面
（頂部）の全部を削除するような大きな溝も、ここでは
含みうる。光学媒体１９表面に溝部５５を設けた以外
は、基本的に第１の実施の形態に係る発光体と同様であ
るので、重複する説明を省略する。

【００６６】図９に示すように、光学媒体１９の表面に
溝部５５を設け、これらの複数個を図８（ｂ）に示すよ
うに２次元配列すれば、溝部５５の配置や形状により、
光路の変更や光強度の変更が発生するので、図８（ｂ）
に示すような所定の表示パターン５２を簡単に表示可能
である。

【００６７】（その他の実施の形態）上記のように、本
発明は第１乃至第５の実施の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の形態、実施例及び運用技術が明
らかとなろう。

【００６８】例えば、本発明の光学媒体の形状は、図１
に示した繭型類似の形状や図３に示す弾丸型類似の形状
等に限定されるものではなく、図１０に示す先端部に向
かい次第に細くなるように延長された形状でもよい。図
１０に示すように光学媒体６１を細長く延長することに
より、光ファイバと同様に、光束が光学媒体６１の先端
部に導かれ、細く絞られ光強度の大きな光ビームを光学
媒体６１の先端部から得ることが可能となる。

【００６９】また、発光面となる前面を図１１に示すよ
うに、第１曲面７１と第２曲面７２とで構成してもかま
わない。図１１は、図４の光路変更部３６の一部が、光
学媒体１６の全面からはみ出し、頂部凹部７３を構成し
た構造であると解釈することも可能であり、図４と同様
に、発光面の中央近傍の光束密度が高くなり、光軸の中
心近傍が相対的に明るい照明が可能となる。

【００７０】さらに、光学媒体１４〜１９，６１，６２
等の外側形状は、必ずしも光学的に平坦である必要はな
く、クリスタルグラスのように、細かい凹凸を設けたも
のでもかまわない。細かい凹凸を設ければ、出力光は四
方八方に発散するので、バックライト照明や間接照明の
場合には、好都合である。

【００７１】また、図１において、本発明の半導体発光
素子１２として、樹脂モールドされた封止ＬＥＤ１２を
説明したが、必ずしも樹脂モールドされたＬＥＤである
必要はなく、第１のピン２１に接続された支持リングに
はめ込まれたＬＥＤチップ２４と、第１のピン２１と対
をなす第２のピン２２とから少なくとも構成された構造
の裸のチップ状態、若しくは、簡単なパッシベーション
膜で被覆された状態のＬＥＤでもかまわない。更に両面
発光型でなく、表面のみから発光する構造のＬＥＤで
も、ある程度の効果は期待できる。一般には、意図的に
両面発光型としなくても、何らか裏面側への光の漏れが
あるので、本発明の背面鏡はこれらの漏れに対して有効
であるからである。裸のチップ状態や簡単なパッシベー
ション膜で被覆された状態のＬＥＤの場合は、光学媒体
の凹部の内部にこれらの裸のチップ状態や裸のチップ状
態に近い状態のＬＥＤを挿入後、エポキシ系樹脂等の熱
可塑性樹脂で、光学媒体の凹部の内部をモールドすれば
よい。また、ＬＥＤの代わりに半導体レーザを用いても
かまわない。

【００７２】このように、本発明はここでは記載してい
ない様々な実施の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。

【００７３】

【発明の効果】本発明によれば、両面発光構造の半導体
発光素子を用いた場合において、裏面側への発光成分を
含めて、すべての迷光成分が、有効に照明に寄与出来る
ようにすることを可能とすることが出来る。特に、その
数を多数必要とすることなく、所望の照度を得ることが
可能な発光体を提供することが出来る。

【００７４】本発明によれば、光軸の中心近傍に関して
所望の光強度分布や照度分布を有した照明が可能な発光
体を提供することが出来る。

【００７５】さらに本発明によれば、光強度やビーム径
を自由に変更できる発光体を提供することが出来る。

【００７６】さらに本発明によれば、装飾的な照明等に
適用可能な、指向性が弱く、発光体そのもの視認が容易
な発光体を提供することが出来る。

【００７７】さらに本発明によれば、所定の表示パター
ンを簡単に表示可能な発光体を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係
る発光体を示す模式的な鳥瞰図で、図１（ｂ）は対応す
る断面図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る発光体の部分
図で、背面鏡を取り外した場合の封止ＬＥＤとＬＥＤホ
ルダを示す鳥瞰図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態に係る発光体を示す
模式的な断面図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態の変形例（変形例
１）に係る発光体を示す模式的な断面図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態の変形例（変形例
２）に係る発光体を示す模式的な断面図である。

【図６】本発明の第３の実施の形態に係る発光体を示す
模式的な断面図である。

【図７】本発明の第４の実施の形態に係る発光体を示す
模式的な断面図である。

【図８】本発明の第５の実施の形態に係る発光体の２次
元配列を示す模式的な鳥瞰図である。

【図９】図８（ｂ）の２次元配列中の一つの発光体の構
造を示す模式的な断面図である。

【図１０】本発明の他の実施の形態に係る発光体を示す
模式的な断面図である。

【図１１】本発明のさらに他の実施の形態に係る発光体
を示す模式的な断面図である。

【図１２】従来技術において、発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）からの光を集光する場合の模式的な断面図である。

【図１３】図１３（ａ）は、本発明の基礎技術に係る発
光体を示す模式的な鳥瞰図で、図１３（ｂ）は対応する
断面図である。

【符号の説明】

１２半導体発光素子（封止ＬＥＤ）１４〜１９，６１光学媒体１４ａ光学媒体頂部１４ｂ光学媒体本体部１６ＬＥＤホルダ２１第１のピン２２第２のピン２３樹脂モールド２４ＬＥＤチップ３１背面鏡３５，３６，３７光路変更部４１透過率変更手段４３散乱体５１外囲ケース５２表示パターン５５溝部７１第１曲面７２第２曲面７３頂部凹部１２１，・・・・・，１３１，・・・・・，１３５，１３６，・・・・
・１４１，・・・・・１４４，１４５，１４６，１４７発光
体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−214000（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−82681（ＪＰ，Ａ) 特開平５−291628（ＪＰ，Ａ) 特開平５−206524（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−42261（ＪＰ，Ｕ) 実開平５−25751（ＪＰ，Ｕ) 実用新案登録3027418（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 33/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】発光面となる前面、前記前面に対向した
後面、前記前面と前記後面とを接続する光伝送部、前記
後面の一部から前記前面方向に沿って前記光伝送部の内
部に先端部が位置するように形成された凹部とを有する
光学媒体と、前記凹部に収納され、表方向に出る光が主に前記凹部の
先端部に入射し、同時に裏方向にも発光するように構成
された両面発光構造の半導体発光素子と、前記凹部の側壁部を介して入射した前記半導体発光素子
の前記裏方向の発光を反射するように前記光学媒体の後
面に配置された背面鏡とからなることを特徴とする発光
体。
【請求項２】前記半導体発光素子は、第１のピンと、該第１のピンと対をなす第２のピンと、前記第１のピンに接続された中空部を有する支持リング
と、該支持リングの中空部に、自己の端部を固定されてはめ
込まれたＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップを被覆する樹脂モールドとから構成され
ていることを特徴とする請求項１記載の発光体。
【請求項３】前記半導体発光素子は、頭部がカップ形
状のＬＥＤホルダに固定され、該ＬＥＤホルダにより、
前記半導体発光素子と前記光学媒体とが互いに固定され
ていることを特徴とする請求項２記載の発光体。
【請求項４】前記半導体発光素子と前記光学媒体との
間に位置する前記ＬＥＤホルダのカップ形状の部分の肉
厚が、０．２５〜０．５ｍｍ若しくはこれに均等な厚さ
であることを特徴とする請求項３記載の発光体。
【請求項５】前記背面鏡は、前記光学媒体の後面か
ら、前記ＬＥＤホルダの底部を覆うように延長形成さ
れ、該樹脂モールドの底部に位置する部分の前記背面鏡に
は、前記第１のピン及び第２のピンを貫通させる穴があ
いており、前記背面鏡により前記第１のピンと第２のピ
ンとが電気的に短絡しないように構成されていることを
特徴とする請求項３又は４記載の発光体。
【請求項６】前記ＬＥＤチップは、サファイア基板を
用い、該サファイア基板を透過した裏面からの光を積極
的に利用可能な構造であることを特徴とする請求項２〜
５のいずれか１項記載の発光体。
【請求項７】前記半導体発光素子は、赤、緑、青の３
枚のＬＥＤチップを積層して構成されていることを特徴
とする請求項１記載の発光体。
【請求項８】前記光伝送部は、第１屈折率を有する材
料から構成され、更に、前記前面と前記凹部の先端部の
間の前記光伝送部の内部に前記第１屈折率とは異なる第
２屈折率を有する光路変更部を有することを特徴とする
請求項１〜７のいずれか１項記載の発光体。
【請求項９】前記前面と前記凹部の先端部の間の前記
光伝送部に透過率変更手段を更に有することを特徴とす
る請求項１〜７のいずれか１項記載の発光体。
【請求項１０】前記前面と前記凹部の先端部の間の前
記光伝送部に複数個の散乱体を更に有することを特徴と
する請求項１〜７のいずれか１項記載の発光体。
【請求項１１】前記前面の一部から前記凹部方向に沿
って前記光伝送部の内部に形成された溝部を更に有する
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の発
光体。
【請求項１２】前記光学媒体の前記前面と後面との間
は円柱形状の側壁部で接続され、前記凹部は、円筒形状
の側壁部を有することを特徴とする請求項１〜１１のい
ずれか１項記載の発光体。
【請求項１３】前記背面鏡は、前記光学媒体の前記円
柱形状の側壁部の少なくとも一部まで延長形成されてい
ることを特徴とする請求項１２記載の発光体。
【請求項１４】第１の湾曲面からなる前面、前記前面
に対向した後面、前記前面と前記後面とを接続する光伝
送部、前記後面の一部から前記前面方向に沿って前記光
伝送部の内部に形成され、先端部に第２の湾曲面を有す
る凹部、前記第１及び第２の湾曲面の間の前記光伝送部
に形成された機械的若しくは電気的に透過率を変化させ
る透過率変更手段とを有する光学媒体と、前記凹部に収納された半導体発光素子とを少なくとも有
し、前記第１及び第２の湾曲面のそれぞれの曲率半径の
選択により、前記前面から出力する光の収束・発散特性
が決定されるように設計され、前記第２の湾曲面が、前
記半導体発光素子の出力光の主なる入射部として機能
し、前記第１の湾曲面が発光面として機能することを特
徴とする発光体。
【請求項１５】複数の発光体の配列からなる表示装置
であって、前記複数の発光体のそれぞれは、第１の湾曲面からなる
前面、前記前面に対向した後面、前記前面と前記後面と
を接続する光伝送部、前記後面の一部から前記前面方向
に沿って前記光伝送部の内部に形成され、先端部に第２
の湾曲面を有する凹部とを有する光学媒体と、前記凹部
に収納された半導体発光素子とを少なくとも有し、前記
第１及び第２の湾曲面の少なくとも一方は、有限の曲率
半径を有し、前記第１及び第２の湾曲面のそれぞれの曲
率半径の選択により、前記前面から出力する光の収束・
発散特性が決定されるように設計され、前記第２の湾曲
面が、前記半導体発光素子の出力光の主なる入射部とし
て機能し、前記第１の湾曲面が発光面として機能するよ
うに構成され、更に、前記複数の発光体の内の特定の発光体の前記前面
の一部から前記凹部方向に沿って前記光伝送部の内部に
形成された溝部を形成し、該溝部の配列により表示パタ
ーンを表示することを特徴とする表示装置。