JP3470735B2 - 積層型発光ダイオード - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主にディスプレイの光
源として用いられる積層型発光ダイオードに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来の発光ダイオードについて図１２を
参照して説明する。図１２は従来の発光ダイオードの概
略断面図である。

【０００３】従来の発光ダイオード５００は、赤色光を
発する発光素子５０１ａと、緑色光を発する発光素子５
０１ｂと、リードフレーム５０２ａ，５０２ｂ，５０２
ｃと、光拡散性光透過性材料５０３と、光透過性材料５
０４と、を備えている。発光素子５０１ａ，５０１ｂ
は、中央のリードフレーム５０２ａ上に設置され、発光
素子５０１ａはワイヤ５０６ａによりリードフレーム５
０２ｂと、発光素子５０１ｂはワイヤ５０６ｂによりリ
ードフレーム５０２ｃとそれぞれ電気的に接続されてい
る。発光素子５０１ａ，５０１ｂと、ワイヤ５０６ａ，
５０６ｂの一部は、リードフレーム５０２ａ上に盛られ
た光拡散性光透過性材料５０３により封止されている。
また、光拡散性光透過性材料５０３と、ワイヤ５０６
ａ，５０６ｂと、リードフレーム５０２ａ，５０２ｂ，
５０２ｃの先端部は光透過性材料５０４により一体的に
封止されている。光透過性材料５０４の表面には、発光
素子５０１ａ，５０１ｂの発光面と対向する側に凸面状
のレンズ面５０５が形成されている。

【０００４】上記構成による発光ダイオード５００は、
発光素子５０１ａが発した赤色光と発光素子５０１ｂが
発した緑色光とを光拡散性光透過性材料５０３で拡散し
混色した後、実質的な光源部となる光拡散性光透過性材
料５０３の表面から放射する。そして、光拡散性光透過
性材料５０３の表面から放射された混色光のうちレンズ
面５０５に到達した光をレンズ面５０５で集光し外部に
放射する。これにより、異なる発光色を有する光を略同
等の配光特性でレンズ面５０５から外部に放射すること
ができ、また、混色された色むらのない光を外部に放射
することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成による発光ダイオード５００では、発光素子５０１
ａ，５０１ｂが発した光は光拡散性光透過性材料５０３
で十分に拡散されているので、光拡散性光透過性材料５
０３の表面から全ての方向へ一様に放射される。このた
め、レンズ面５０５に到達する光は光拡散性光透過性材
料５０３の表面から放射された光のうちの一部にすぎな
い。また、発光素子５０１ａ，５０１ｂが発した光の一
部は光拡散性光透過性材料５０３で吸収される。このた
め、レンズ面５０５から外部に放射できる光は発光素子
５０１ａ，５０１ｂが発する光のごく一部にすぎない。

【０００６】また、上記構成による発光ダイオード５０
０では、光拡散性光透過性材料５０３が実質的な光源部
となるが、光拡散性光透過性材料５０３は発光素子に比
べて大きいため、点光源として扱うことができない。こ
のため、レンズ面５０５によって十分な光学制御を行う
ことができない。なお、発光素子の発光面に対向する位
置に反射面が形成された反射型発光ダイオードでは、発
光素子を光拡散性光透過性材料で封止すると、光拡散性
光透過性材料が反射光を遮ることになるので効率が極め
て悪くなる。

【０００７】このように、従来の発光ダイオード５００
では、複数の発光素子が発する光を混色して放射する場
合、集光効率が悪く、したがって高い正面輝度を得るこ
とができないという問題がある。

【０００８】本発明は上記事情に基づいてなされたもの
であり、異なる発光波長領域の光を効率よく混色して放
射することにより高い正面輝度を得ることのできる積層
型発光ダイオードを提供することを目的とするものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の積層型発光ダイオードは、第一発光部と、前
記第一発光部の発光面に対向するように設けられた前記
第一発光部が発した光を反射すると共に背後から入射し
た光を透過する第一の凹面状光学面とを具備する第一発
光ダイオードと、第二発光部と、前記第二発光部の発光
面に対向するように設けられた前記第二発光部が発した
光を反射する第二の凹面状光学面とを具備する第二発光
ダイオードとを、前記第二発光ダイオードから放射され
た光が前記第一の凹面状光学面に照射されるように積層
状に配置し、前記第一発光部及び前記第二発光部のいず
れか一方は、発光面が同方向に向けて配列された、異な
る発光波長領域の光を発する少なくとも２つの発光素子
を有するものであり、他方は少なくとも１つの発光素子
を有するものであることを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】本発明の積層型発光ダイオードは、前記構成の
第一発光ダイオードと第二発光ダイオードとを、第二発
光ダイオードから放射された光が第一発光ダイオードの
第一の凹面状光学面に照射されるように積層状に配置し
たことにより、第一発光部及び第二発光部が発した光を
効率よく混色して同一面から外部に放射することができ
る。また、第一発光部及び第二発光部のいずれか一方が
異なる発光波長領域の光を発する少なくとも２つの発光
素子を有するものであることにより、他方の発光部にこ
れ等の発光素子と異なる発光波長領域の光を発する発光
素子を用いることによって３色以上の光を混色すること
ができるので、フルカラー化を実現できる。

【００１１】

【実施例】以下に本発明の第一実施例について図１乃至
図８を参照して説明する。図１は本発明の第一実施例で
ある積層型発光ダイオードの概略断面図、図２は図１に
示す積層型発光ダイオードに用いられる第一発光ダイオ
ードの概略正面図、図３は図２に示す第一発光ダイオー
ドの概略背面図、図４は図２に示す第一発光ダイオード
の凹面状光学面の概略正面図、図５は図４に示す凹面状
光学面のＡ−Ａ矢視方向概略断面図、図６は図４に示す
凹面状光学面のＢ−Ｂ矢視方向概略断面図、図７は図１
に示す積層型発光ダイオードに用いられる第二発光ダイ
オードの概略正面図、図８は図１に示す積層型発光ダイ
オードの光路を説明するための図である。

【００１２】本発明の第一実施例である積層型発光ダイ
オード１００は、図１に示すように、第一発光ダイオー
ド１１０と、中心軸が第一発光ダイオード１１０の中心
軸Ｃと一致するようにして第一発光ダイオード１１０の
下方に設けられた第二発光ダイオード１２０と、第一発
光ダイオード１１０と第二発光ダイオード１２０との間
に設けられたスペーサ１３０と、を備えている。

【００１３】第一発光ダイオード１１０は、図１乃至図
３に示すように、第一発光部である赤色光を発する発光
素子１１１ａ及び緑色光を発する発光素子１１１ｂと、
リードフレーム１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃと、光透
過性材料１１３と、発光素子１１１ａ，１１１ｂの発光
面に対向するように設けられた凹面状光学面（第一の凹
面状光学面）１１４と、発光素子１１１ａ，１１１ｂの
背面側に設けられた放射面１１５と、ワイヤ１１６ａ，
１１６ｂと、を備えている。発光素子１１１ａ，１１１
ｂは、図１に示すように、中心軸Ｃに対して水平方向に
対称な位置に配置されている。発光素子１１１ａは、リ
ードフレーム１１２ａの先端部に設置され、ワイヤ１１
６ａによりリードフレーム１１２ｃと電気的に接続され
ている。また、発光素子１１１ｂは、リードフレーム１
１２ｂの先端部に設置され、ワイヤ１１６ｂによりリー
ドフレーム１１２ｃと電気的に接続されている。光透過
性材料１１３は、発光素子１１１ａ，１１１ｂと、リー
ドフレーム１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃの先端部と、
ワイヤ１１６ａ，１１６ｂとを一体的に封止する。放射
面１１５は、図１及び図２に示すように、光透過性材料
１１３の表面を平面状に形成したものである。

【００１４】凹面状光学面１１４は、図３に示すよう
に、光透過性材料１１３の凸面を鍍金や金属蒸着等によ
り部分的に鏡面加工し反射部１１４ｃを点状に多数形成
したものである。また、凹面状光学面１１４は、図４及
び図５に示すように、中央部に形成された第一光学面１
１４ａと、水平方向側の両端部に形成された第二光学面
１１４ｂ，１１４ｂと、を有する。第一光学面１１４ａ
の正面形状は、図４乃至図６に示すように、図１に示す
第一発光ダイオード１１０の中心軸ＣをＺ軸、原点Ｏを
通りＺ軸に直交する水平線をＸ軸、原点Ｏを通りＺ軸に
直交する鉛直線をＹ軸としたときに、Ｘ軸方向の半径φ
₁ がＹ軸方向の半径φ₂ より長い楕円面の一部である。
さらに、第一光学面１１４のＺ軸に垂直な平面による断
面形状も、正面形状と同様である。第一光学面１１４ａ
のＸ軸方向の両端部（図４及び図５において、二点鎖線
で表した部分）は、第二光学面１１４ｂ，１１４ｂで切
り取られている。ここで、原点Ｏは、図１において、リ
ードフレーム１１２ａ，１１２ｂの発光素子１１１ａ，
１１１ｂが設置されている側の面を含む平面と中心軸Ｃ
との交点である。また、第一光学面１１４ａは、図６に
示すように、Ｙ−Ｚ平面において、その端部とＸ−Ｙ平
面とのなす角αが３５度〜５５度となるような凹面状に
形成されている。図４乃至図６に示すように、Ｘ軸、Ｙ
軸及びＺ軸のプラスの方向を矢印の方向とすると、第一
光学面１１４ａは次式で表せられる。 ｚ＝ｆ_(r) ，ｒ＝√（ｘ² ＋ｋｙ² ），０＜ｋ＜１

【００１５】第二光学面１１４ｂ，１１４ｂは、図４及
び図５に示すように、中央部（図４及び図５において、
点線で表した部分）が第一光学面１１４ａで切り取られ
た球面の一部である。この球面がＸ−Ｙ平面により切り
取られる円の半径φ₃ は、第一光学面１１４ａのＸ軸方
向の半径φ₁ より短く且つＹ軸方向の半径φ₂ より長
い。

【００１６】第二発光ダイオード１２０は、図１及び図
７に示すように、第二発光部である青色光を発する発光
素子１２１と、リードフレーム１２２ａ，１２２ｃと、
第一発光ダイオード１１０に用いた光透過性材料１１３
と略同等の屈折率を有する光透過性材料１２３と、発光
素子１２１の発光面に対向するように設けられた凹面状
反射面（第二の凹面状光学面）１２４と、発光素子１２
１の背面側に設けられた放射面１２５と、ワイヤ１２６
と、を備えている。発光素子１２１は、図１に示すよう
に、発光素子１２１の凹面状反射面１２４に対する位置
が第一発光ダイオード１１０の赤色光を発する発光素子
１１１ａの凹面状光学面１１４に対する位置に対応する
ように配置されている。また、発光素子１２１は、リー
ドフレーム１２２ａの先端部に設置され、ワイヤ１２６
によりリードフレーム１２２ｃと電気的に接続されてい
る。光透過性材料１２３は、発光素子１２１と、リード
フレーム１２２ａ，１２２ｃの先端部と、ワイヤ１２６
とを一体的に封止する。放射面１２５は、図１及び図７
に示すように、光透過性材料１２３の表面を平面状に形
成したものである。

【００１７】凹面状反射面１２４は、光透過性材料１２
３の凸面全面を鍍金や金属蒸着等により鏡面加工するこ
とにより形成されたものである。尚、凹面状反射面１２
４の形状は、第一発光ダイオード１１０の凹面状光学面
１１４と略同一であるので、その詳細な説明を省略す
る。

【００１８】スペーサ１３０は、図１に示すように、第
一発光ダイオード１１０の光透過性材料１１３及び第二
発光ダイオード１２０の光透過性材料１２３と略同等の
屈折率を有する光透過性材料で形成されている。これ
は、第二発光ダイオード１２０が発した光が凹面状光学
面１１４の界面で屈折して無効な方向へ放射されるのを
防止するためである。スペーサ１３０の前面は第一発光
ダイオード１１０の凹面状光学面１１４に密に接合する
形状に形成され、後面は第二発光ダイオード１２０の放
射面１２５と密に接合する形状に形成されている。

【００１９】スペーサ１３０の前面と凹面状反射面１１
４との間、および、スペーサ１３０の後面と放射面１２
５との間には、接合の際に第一発光ダイオード１１０の
光透過性材料１１３及び第二発光ダイオード１２０の光
透過性材料１２３と略同等の屈折率を有する光透過性材
料の接着剤を介在させることが望ましい。これによれ
ば、第二発光ダイオード１２０が発した赤色光が放射面
１２５とスペーサ１３０の後面との間及びスペーサ１３
０の前面と凹面状光学面１１４との間を通過する際に生
じる界面屈折をなくすことができる。但し、接着剤を介
在させなくても、発光ダイオードとスペーサとの接合面
の形状が対応しているため、発光ダイオードとスペーサ
との接合部に形成される空気層の厚みは僅かであるの
で、界面屈折による光路の大きなずれは生じない。尚、
接着剤を介在させた場合、空気層によって生じる約１割
の界面反射損失をなくすことができる。

【００２０】上記構成による積層型発光ダイオード１０
０では、第一発光ダイオード１１０の発光素子１１１ａ
が発した赤色光の一部及び発光素子１１１ｂが発した緑
色光の一部は、凹面状光学面１１４の点状に多数形成さ
れた反射部（図３の黒点部分）１１４ｃで反射された
後、放射面１１５から外部に放射される。ここで、凹面
状光学面１１４で反射された光のうち第一光学面１１４
ａで反射された光は、第一光学面１１４ａを上記の形状
としたことにより、水平方向には中心軸方向を含む広い
配光で、また、鉛直方向には狭い配光で反射される。一
方、凹面状光学面１１４で反射された光のうち第二光学
面１１４ｂ，１１４ｂで反射された光は、第二光学面１
１４ｂ，１１４ｂを上記の形状としたことにより、水平
方向において、中心軸に略平行な方向から中心軸に対し
内側の方向の範囲に反射される。尚、発光素子１１１ａ
と発光素子１１１ｂとを中心軸に対して水平方向に対称
な位置に配置したことにより、発光素子１１１ａが発し
た赤色光及び発光素子１１１ｂが発した緑色光は、凹面
状光学面１１４により水平方向において中心軸に略対称
な配光特性で反射される。

【００２１】また、第二発光ダイオード１２０の発光素
子１２１が発した青色光の略全光束は、凹面状反射面１
２４で反射され、放射面１２５から放射された後、スペ
ーサ１３０を透過し、その後、第一発光ダイオード１１
０の凹面状光学面１１４に到達する。そして、凹面状光
学面１１４に到達した光のうち反射部１１４ｃが形成さ
れていない部分に到達した光は、凹面状光学面１１４を
透過して放射面１１５から外部に放射される。尚、第一
発光ダイオード１１０と第二発光ダイオード１２０の中
心軸を一致させると共に、凹面状反射面１２４の形状を
凹面状光学面１１４と略同一形状とし、さらに、発光素
子１２１の凹面状反射面１２４に対する位置が発光素子
１１１ａの凹面状光学面１１４に対する位置に対応する
ように発光素子１２１を配置したことにより、発光素子
１２１が発した青色光は、発光素子１１１ａから発せら
れ、凹面状光学面１１４で反射された赤色光と略同等の
配光特性で反射される。

【００２２】上記構成の積層型発光ダイオード１００を
正面から観察した場合、凹面状光学面１１４に形成され
た点状の反射部１１４ｃは個々としては微小であり、ま
た、第一発光ダイオード１１０及び第二発光ダイオード
１２０は、図８に示すように、放射面１１５の略同じ位
置から正面方向への光を放射するので、第一発光ダイオ
ード１１０が発した赤色光及び緑色光と、第二発光ダイ
オード１２０が発した青色光は混色されて視認される。
また、斜め前から観察した場合、第一発光ダイオード１
１０及び第二発光ダイオードは、図８に示すように、放
射面１１５の異なる位置から視認方向への光を放射する
が、この放射位置のずれの大きさは正面方向と視認方向
のなす角βの大きさに応じた値となるので、放射位置の
ずれが大きい場合はなす角βが大きくなるような位置で
観察することとなる。このため、正面から斜めにずれる
に従って放射位置のずれは緩和されて視認されるので、
第一発光ダイオード１１０が発した赤色光及び緑色光
と、第二発光ダイオード１２０が発した青色光は正面か
ら観察した場合と同様に混色されて視認される。

【００２３】尚、凹面状光学面１１４と凹面状光学面１
１４に形成された反射部１１４ｃの面積比は、発光素子
の出力や用途に応じて定めればよく、たとえば凹面状光
学面１１４に形成された反射部１１４ｃの面積を凹面状
光学面１１４の面積の約半分とすることにより第一発光
ダイオード１１０が発する赤色光及び緑色光と、第二発
光ダイオード１２０が発する青色光との比率を１：１と
することができる。また、第一発光ダイオード１１０の
発光素子１１１ａ，１１１ｂ及び第二発光ダイオード１
２０の発光素子１２１の通電電流をそれぞれ制御するこ
とにより、全ての色の光を放射することができ、また、
発光色を段階的に変えたりすることが可能となる。

【００２４】上記の第一実施例によれば、第一発光ダイ
オード１１０の発光素子１１１ａが発した赤色光及び発
光素子１１１ｂが発した緑色光を凹面状光学面１１４の
点状に多数形成された反射部１１４ｃで反射させて放射
面１１５から外部に放射することができ、また、第二発
光ダイオード１２０が発した青色光を凹面状光学面１１
４の反射部１１４ｃが形成されていない部分を透過させ
て放射面１１５から外部に放射することができる。これ
により、第一発光ダイオード１１０の発光素子１１１ａ
が発した赤色光及び発光素子１１１ｂが発した緑色光
と、第二発光ダイオード１２０が発した青色光とを効率
よく混色して放射面１１５から外部に放射することがで
き、したがって、高い正面輝度を得ることができる。

【００２５】また、発光素子１１１ａと発光素子１１１
ｂとを中心軸に対して水平方向に対称な位置に配置した
ことにより、発光素子１１１ａが発した赤色光と発光素
子１１１ｂが発した緑色光は、凹面状光学面１１４によ
り水平方向において中心軸に対して略対称な配光特性で
反射される。したがって、上記構成の積層型発光ダイオ
ード１００を複数個用いてドットマトリックス等を形成
する場合、隣合う積層型発光ダイオードの発光素子の配
列が逆になるように上下左右交互に配置することによ
り、混色時の色合いを視認方向によらず略一定とするこ
とができる。

【００２６】さらに、第一発光ダイオード１１０と第二
発光ダイオード１２０の中心軸を一致させると共に、凹
面状反射面１２４の形状を凹面状光学面１１４と略同一
形状とし、さらに、発光素子１２１の凹面状反射面１２
４に対する位置が発光素子１１１ａの凹面状光学面１１
４に対する位置に対応するように発光素子１２１を配置
したことにより、第一発光ダイオード１１０の発光素子
１１１ａが発した赤色光と第二発光ダイオード１２０が
発した青色光とを略同等の配光特性で外部に放射するこ
とができるので、赤色光と緑色光、および緑色光と青色
光に比べて混色が困難である赤色光と青色光とをより効
率よく混色させることができる。

【００２７】図９は上記構成の積層型発光ダイオード１
００を用いて作製された３×３のドットマトリックスの
視認状態を説明するための図である。このドットマトリ
ックスは、図９（ａ）に示すように、正面から見たとき
に上下及び左右方向に隣合う積層型発光ダイオードの発
光素子の配列が逆になるように配置してある。尚、図９
においてＲは赤色光を、Ｂは青色光を、そしてＧは緑色
光を示す。本実施例の積層型発光ダイオード１００は、
上述したように、赤色光と青色光は略同等の配光特性で
外部に放射され、一方、緑色光と赤色光は中心軸に対し
て略対称な配光特性で外部に放射される。したがって、
このドットマトリックスの一行目の水平方向における光
放射分布の中心方向は図９（ｂ）に示すようになり、こ
のドットマトリックスを図９（ｂ）のＰ地点から観察す
ると、図９（ｃ）に示すように視認される。すなわち、
混色して視認され難い赤色光と青色光は、略同等の配光
特性で略同一とみなされる位置、即ち同じ積層型発光ダ
イオードから外部に放射されたものと視認される。した
がって、比較的近い距離から観察したときでも、赤色光
と青色光とが混色されたものとして十分に視認すること
ができる。一方、緑色光は、赤色光及び緑色光と略同等
の配光特性ではあるが、これ等の光とは離れた位置、即
ち隣接する積層型発光ダイオードから外部に放射された
ものとして視認される。しかし、緑色光と赤色光、緑色
光と青色光は、混色されて視認され易いので、図９に示
すドットマトリックスによれば、赤色光、緑色光及び青
色光の全ての光が効率よく混色されたものとして視認す
ることができる。

【００２８】また、第一発光ダイオード１１０及び第二
発光ダイオード１２０が水平方向に広い配光特性を有す
ることにより、水平方向に広い視認性を有するので、屋
外用に適したものとすることができる。

【００２９】さらに、上記の第一実施例によれば、第一
発光ダイオード１１０の凹面状光学面１１４の中央部
に、水平方向において発光素子１１１が発した光を中心
軸に略平行な方向を含む広い範囲に反射する第一光学面
１１４ａを形成し、凹面状光学面１１４の水平方向側の
両端部に、水平方向において発光素子１１１が発した光
を中心軸に略平行な方向及び中心軸に対し内側の方向に
反射する第二光学面１１４ｂ，１１４ｂを形成したこと
により、凹面状光学面１１４の水平方向の両端部で反射
された光、すなわち第二光学面１１４ｂ，１１４ｂで反
射された光は、図８に示すように、積層型発光ダイオー
ド１００の側面に達することなく放射面１１５から外部
に放射される。また、第二発光ダイオード１２０の凹面
状反射面１２４の形状も凹面状光学面１１４と略同一の
ものとしたことにより、凹面状反射面１２４の水平方向
の両端部で反射された光も、図８に示すように、積層型
発光ダイオード１００の側面に達することなく放射面１
１５から外部に放射される。したがって、第一発光ダイ
オード１１０及び第二発光ダイオード１２０の外部放射
効率が低下するのを防止することができる。

【００３０】尚、上記の第一実施例では、第一発光ダイ
オード１１０の光透過性材料１１３の表面に凹面状光学
面１１４を形成したものについて説明したが、本発明は
これに限定されるものではない。凹面状光学面１１４
は、光透過性材料１１３の表面に形成する代わりにスペ
ーサ１３０の前面に形成するようにしてもよい。

【００３１】次に、本発明の第二実施例について図１０
を参照して説明する。図１０は本発明の第二実施例であ
る積層型発光ダイオードの概略断面図である。

【００３２】本発明の第二実施例である積層型発光ダイ
オード２００は、図１０に示すように、第一発光ダイオ
ード２１０と、中心軸が第一発光ダイオード２１０の中
心軸Ｃと一致するようにして第一発光ダイオード２１０
の背後に設けられた第二発光ダイオード２２０と、を備
えている。

【００３３】第一発光ダイオード２１０は、図１に示す
第一実施例で用いられた第一発光ダイオード１１０と同
じものである。したがって、第一発光ダイオード２１０
において図１に示す第一発光ダイオード１１０と同一の
機能を有するものには、同一又は対応する符号を付すこ
とにより、その詳細な説明を省略する。

【００３４】第二発光ダイオード２２０が図１に示す第
一実施例で用いられた第二発光ダイオード１２０と異な
る点は、平面状に形成された放射面１２５に代えて第一
発光ダイオード２１０の凹面状光学面１１４と密に接合
する放射面２２５が形成されていることである。その他
の構成は図１に示す第二発光ダイオード１２０と同様で
ある。したがって、第二発光ダイオード２２０において
図１に示す第二発光ダイオード１２０と同一の機能を有
するものには、同一又は対応する符号を付すことによ
り、その詳細な説明を省略する。

【００３５】放射面２２５と凹面状光学面１１４との間
には、接合の際に第一発光ダイオード２１０の光透過性
材料１１３及び第二発光ダイオード２２０の光透過性材
料１２３と略同等の屈折率を有する光透過性材料の接着
剤を介在させることが望ましい。これによれば、第二発
光ダイオード２２０が発した青色光が放射面２２５と凹
面状光学面１１４との間を通過する際に生じる界面屈折
をなくすことができる。但し、接着剤を介在させなくて
も、第一発光ダイオード２１０と第二発光ダイオード２
２０との接合面の形状が対応しているため、第一発光ダ
イオード２１０と第二発光ダイオード２２０との接合部
に形成される空気層の厚みは僅かであるので、界面屈折
による光路の大きなずれは生じない。尚、接着剤を介在
させた場合、空気層によって生じる約１割の界面反射損
失をなくすことができる。

【００３６】本発明の第二実施例によれば、第二発光ダ
イオード２２０の放射面２２５を第一発光ダイオード２
１０の凹面状光学面１１４に密に接合する形状としたこ
とにより、第一実施例で用いたようなスペーサを介すこ
となく第一発光ダイオード２１０と第二発光ダイオード
２２０とを積層状に配置することができる。これによ
り、材料費の削減及び作業性の向上を図ることができ
る。その他の効果は第一実施例のものと同様である。

【００３７】尚、上記の第二実施例では、第一発光ダイ
オード２１０の光透過性材料１１３の表面に凹面状光学
面１１４を形成したものについて説明したが、本発明は
これに限定されるものではない。凹面状光学面１１４
は、第一発光ダイオード２１０の光透過性材料１１３の
表面に形成する代わりに、第二発光ダイオード２１０の
光透過性材料１２３の表面（本来、放射面２２５が形成
される面）に形成してもよい。

【００３８】本発明は上記の各実施例に限定されるもの
ではなく、その要旨の範囲内において数々の変形が可能
である。たとえば、上記の各実施例では、第一発光ダイ
オードの第一発光部として、赤色光を発する発光素子１
１１ａと緑色光を発する発光素子１１１ｂとを中心軸に
対して水平方向に略対称な位置に配置したものについて
説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
第一発光ダイオードは、例えば発光素子１１１ａと発光
素子１１１ｂとを中心軸に対して鉛直方向に略対称な位
置に配置したものでもよい。

【００３９】また、上記の各実施例では、第二発光ダイ
オードの第二発光部として、青色光を発する発光素子１
２１を、発光素子１２１の凹面状反射面１２４に対する
位置が第一発光ダイオード１１０の赤色光を発する発光
素子１１１ａの凹面状光学面１１４に対する位置に対応
するように配置したものについて説明したが、本発明は
これに限定されるものではない。第二発光ダイオード
は、例えば発光素子１２１を中心軸上に配置したもので
あってもよい。

【００４０】さらに、上記の各実施例では、赤色光を発
する発光素子１１１ａ及び緑色光を発する発光素子１１
１ｂよりなる第一発光部を有する第一発光ダイオード
と、青色光を発する発光素子１２１よりなる第二発光部
を有する第二発光ダイオードとを積層状に配置したもの
について説明したが、本発明はこれに限定されるもので
はない。たとえば、緑色光を発する発光素子及び青色光
を発する発光素子よりなる第一発光部を有する第一発光
ダイオードと、赤色光を発する発光素子よりなる第二発
光部を有する第二発光ダイオードとを積層状に配置した
ものでもよい。また、第一発光ダイオードと第二発光ダ
イオードとの間で発光素子の配置を入れ換えてもよく、
たとえば、赤色光を発する発光素子よりなる第一発光部
を有する第一発光ダイオードと、緑色光を発する発光素
子及び青色光を発する発光素子よりなる第二発光部を有
する第二発光ダイオードとを積層状に配置したものであ
ってもよい。さらに、第一発光ダイオード及び第二発光
ダイオードの発光素子の数は、上記の各実施例のものに
限定されるものではない。たとえば、図１１に示す積層
型発光ダイオード３００のように、赤色光を発する発光
素子１１１ａ及び緑色光を発する発光素子１１１ｂより
なる第一発光部を有する第一発光ダイオード３１０と、
青色光を発する発光素子１２１及び緑色光を発する発光
素子１１１ｂよりなる第二発光部を有する第二発光ダイ
オード３２０とを積層状に配置したものでもよい。上記
構成の積層型発光ダイオード３００によれば、白光色を
得るために赤色光や青色光の約１０倍の発光光度が必要
とされる緑色光の発光出力を向上させることができる。
また、発光素子の発光色の組み合わせは赤色光、緑色光
及び青色光に限定されるものではなく、３色以上の組み
合わせであればどのようなものでもよい。

【００４１】また、上記の各実施例では、第一発光ダイ
オードの凹面状光学面（第一の凹面状光学面）１１４と
して、点状の反射部１１４ｃが多数形成されたものにつ
いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
い。凹面状光学面は発光素子１１１ａ，１１１ｂが発し
た光を反射すると共に背後から入射した光を透過するも
のであればよい。例えば、透過面上に反射部を斑状、網
目状等に形成したものでもよい。また、光透過性材料の
表面を鍍金や金属蒸着等により鏡面加工するに際し蒸着
量を制御することにより、半透過性の薄膜反射面である
ハーフミラーとしたものであってもよい。さらに、凹面
状光学面の点状等に形成された反射部をハーフミラーと
したものでもよく、また凹面状光学面の反射部が形成さ
れていない部分をハーフミラーとしたものでもよい。ま
た、第一発光ダイオードの発光素子が発する光を反射し
それ以外の波長の光を透過するダイクロイックミラーや
ホログラムとしたものであってもよい。

【００４２】さらに、上記の各実施例では、第一発光ダ
イオードの凹面状光学面（第一の凹面状光学面）１１４
として、中央部に形成された、水平方向において発光素
子１１１ａ，１１１ｂが発した光を中心軸に略平行な方
向を含む広い範囲に反射する第一光学面１１４ａと、水
平方向の両端部に形成された、水平方向において発光素
子１１１ａ，１１１ｂが発した光を中心軸に略平行な方
向から中心軸に対し内側の方向の範囲に反射する第二光
学面１１４ｂ，１１４ｂとを有するものについて説明し
たが、本発明はこれに限定されるものではない。凹面状
光学面は、発光素子１１１ａ，１１１ｂから発せられた
光を略前方に反射することができるものであれば、どの
ような形状によるものでもよい。たとえば、凹面状反射
面の正面形状及び中心軸に垂直な平面による断面形状
が、鉛直方向の径よりも水平方向の径が長い楕円面状の
ものでもよい。この凹面状光学面は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ
軸を図４乃至図６に示すものと同様にとると、次式で表
せられる。 ｚ＝ｆ_(r) ，ｒ＝√（ｘ² ＋ｋｙ² ），ｋ≠１

【００４３】また、上記の各実施例において、配光特性
を更に拡げるために、前方にレンズ、プリズム、拡散板
等を設置してもよい。また、積層型発光ダイオードの組
み立てを容易にするために、発光ダイオードやスペーサ
の４隅に嵌合用の凸部や凹部を設けてもよい。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、前
記構成の第一発光ダイオードと第二発光ダイオードと
を、第二発光ダイオードから放射された光が第一発光ダ
イオードの第一の凹面状光学面に照射されるように積層
状に配置したことにより、第一発光部及び第二発光部が
発した光を効率よく混色して同一面から外部に放射する
ことができ、また、第一発光部及び第二発光部のいずれ
か一方が異なる発光波長領域の光を発する少なくとも２
つの発光素子を有するものであることにより、他方の発
光部にこれ等の発光素子と異なる発光波長領域の光を発
する発光素子を用いることによって３色以上の光を混色
することができるので、フルカラー化を実現できる積層
型発光ダイオードを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例である積層型発光ダイオー
ドの概略断面図である。

【図２】図１に示す積層型発光ダイオードに用いられる
第一発光ダイオードの概略正面図である。

【図３】図２に示す第一発光ダイオードの概略背面図で
ある。

【図４】図２に示す第一発光ダイオードの凹面状光学面
の概略正面図である。

【図５】図４に示す凹面状光学面のＡ−Ａ矢視方向概略
断面図である。

【図６】図４に示す凹面状光学面のＢ−Ｂ矢視方向概略
断面図である。

【図７】図１に示す積層型発光ダイオードに用いられる
第二発光ダイオードの概略正面図である。

【図８】図１に示す積層型発光ダイオードの光路を説明
するための図である。

【図９】図１に示す積層型発光ダイオードを用いて作製
された３×３のドットマトリックスの視認状態を説明す
るための図である。

【図１０】本発明の第二実施例である積層型発光ダイオ
ードの概略断面図である。

【図１１】図１０に示す積層型発光ダイオードの変形例
の概略断面図である。

【図１２】従来の発光ダイオードの概略断面図である。

【符号の説明】

１００，２００，３００ 積層型発光ダイオード １１０，２１０，３１０ 第一発光ダイオード １１１ａ，１１１ｂ，１２１ 発光素子 １１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１２２ａ，１２２ｃ
リードフレーム １１３，１２３ 光透過性材料 １１４ 凹面状光学面 １１４ａ 第一光学面 １１４ｂ 第二光学面 １１４ｃ 反射部 １１５，１２５，２２５ 放射面 １１６，１１６ｂ，１２６ ワイヤ １２０，２２０，３２０ 第二発光ダイオード １２４ 凹面状反射面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−45659（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−205480（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−143367（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−208988（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−237017（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−85314（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−56177（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−112178（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 33/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第一発光部と、前記第一発光部の発光面
   に対向するように設けられた前記第一発光部が発した光
   を反射すると共に背後から入射した光を透過する第一の
   凹面状光学面とを具備する第一発光ダイオードと、 第二発光部と、前記第二発光部の発光面に対向するよう
   に設けられた前記第二発光部が発した光を反射する第二
   の凹面状光学面とを具備する第二発光ダイオードとを、 前記第二発光ダイオードから放射された光が前記第一の
   凹面状光学面に照射されるように積層状に配置し、 前記第一発光部及び前記第二発光部のいずれか一方は、
   発光面が同方向に向けて配列された、異なる発光波長領
   域の光を発する少なくとも２つの発光素子を有するもの
   であり、他方は少なくとも１つの発光素子を有するもの
   であることを特徴とする積層型発光ダイオード。
2. 【請求項２】 前記第一及び第二の凹面状光学面は正面
   から見た形状が左右対称に形成されており、 前記少なくとも２つの発光素子は、正面から見たときに
   前記凹面状光学面の対称軸に対して左右対称な位置に配
   置されていることを特徴とする請求項１記載の積層型発
   光ダイオード。
3. 【請求項３】 前記第一及び第二の凹面状光学面は、中
   央部に形成された、水平方向において前記第一発光部又
   は前記第二発光部が発した光を中心軸に略平行な方向を
   含む広い範囲に反射する第一の光学面と、水平方向側の
   両端部に形成された、水平方向において前記第一発光部
   又は前記第二発光部が発した光を中心軸に略平行な方向
   及び／又は中心軸に対し内側の方向に反射する第二の光
   学面とを有することを特徴とする請求項１又は２記載の
   積層型発光ダイオード。
4. 【請求項４】 前記少なくとも２つの発光素子のうちの
   １つと前記少なくとも１つの発光素子は、各々の前記凹
   面状光学面に対し同じ位置関係で配置されていることを
   特徴とする請求項１，２又は３記載の積層型発光ダイオ
   ード。
5. 【請求項５】 前記凹面状光学面に対し同じ位置関係で
   配置されている発光素子は、赤色系の発光波長の発光素
   子と青色系の発光波長の発光素子であることを特徴とす
   る請求項４記載の積層型発光ダイオード。