JP4239564B2 - 発光ダイオードおよびｌｅｄライト - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード（Light-Emitting Diode：以下「ＬＥＤ」という。）およびそれを用いたＬＥＤライトに関し、特に、自動車のテールライトやブレーキライト等の灯具、または工事用の警報ランプや標識等の表示装置として用いられる発光ダイオードおよびＬＥＤライトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＬＥＤの高輝度化が進み、自動車のバックライト等の灯具にＬＥＤを光源とするＬＥＤライトが用いられることが多くなってきた。ＬＥＤは、スペクトルがシャープで視認性に優れ、点灯時の応答速度が速いことから後続車への信号伝達速度が向上するというメリットを有しており、灯具として用いることで、特に、高速走行時の安全性を高めるものとして期待されている。さらに、ＬＥＤはそれ自体単色光源であるので、白熱電球のように必要色以外の光をフィルターカットする必要もなく、単色光源として高効率であり、省エネルギー化にもつながる。
【０００３】
図１３は、従来のＬＥＤライト２００を示す。このＬＥＤライト２００は、レンズ型ＬＥＤ２０１として発光素子２０２と、１対のリードフレーム２０３ａ，２０３ｂと、発光素子２０２とリードフレーム２０３ｂとを電気的に接続するボンディングワイヤ２０４と、透明エポキシ樹脂２０５とを有する。発光素子２０２はリードフレーム２０３ａにマウントされており、この発光素子２０２とリードフレーム２０３ｂとをワイヤボンディングし、全体を透明エポキシ樹脂２０５で凸レンズ形に封止している。
【０００４】
また、ＬＥＤライト２００の構成部品として、レンズ型ＬＥＤ２０１から放射される光を紙面上方に反射する回転放物面形の反射鏡２０６と、レンズ型ＬＥＤ２０１の上方に位置するフレネルレンズ２０７と、光入射側に凹凸の界面２０９ａを有した樹脂レンズ２０９が設けられている。
【０００５】
上記したＬＥＤライト２００は、レンズ型ＬＥＤ２０１を発光させることによって上方および斜め上方に光が放射される。レンズ型ＬＥＤ２０１の上方に放射される光は、フレネルレンズ２０７で集光されて平行光として放射される。また、レンズ型ＬＥＤ２０１の斜め上方に放射された光は、反射鏡２０６で反射されて上方に放射される。このようにしてレンズ型ＬＥＤ２０１から放射される光をすべて樹脂レンズ２０９側へ略平行に出射させる。樹脂レンズ２０９は、凹凸の界面２０９ａで入射光を拡散して樹脂レンズ２０９から放射する。これにより、樹脂レンズ２０９からは車載用バックライトの規格である略２０度の拡がりを有した光が外部放射される。
【０００６】
しかし、従来のＬＥＤライト２００では、レンズ型ＬＥＤ２０１から放射された光を光放射側に配置されたフレネルレンズ２０７で平行光に変換し、この平行光を樹脂レンズ２０９で拡散しているので、光学系の厚さが大になってＬＥＤランプを大型化させるという不都合がある。仮に、反射鏡２０６を省略すると、部品点数の減少と薄型化が図れるが、発光素子２０２から斜め上方および側面方向に放射された光が利用できなくなって放射効率が低下する。また、放射される光がフレネルレンズ２０７および樹脂レンズ２０９を透過して外部へ放射されるため、見栄えの自由度が低い。
【０００７】
そこで、薄型で見栄えが良く、放射効率を高くすることが可能なＬＥＤライトとして、例えば、特許文献１に示すものがある。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−９３３１２号（図２）
【０００９】
このＬＥＤライトは、ＬＥＤ等の光源と、光源と対向する中心軸上の位置に配置されて光源から放射された光を、光源の中心軸と略直交する方向の光として反射する第１の反射鏡と、第１の反射鏡を中心にしてその周囲に配置され、第１の反射鏡で反射された光を、前記の中心軸方向の光にして反射する第２の反射鏡とを備えている。このような構成において、光源から放射された光が第１の反射鏡によって中心軸と略直交する方向へ反射され、この反射光が第２の反射鏡によって中心軸方向に反射されることにより、所定の放射角度を有した車両用信号光を所定の面積にわたって放射することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１のＬＥＤライトによると、光源の出射光の殆どが上方に放射される光であるため、第１の反射鏡に対する光源の中心軸の位置精度が低下すると、第１の反射鏡によって全反射方向に反射される反射光の光量が不均一となってＬＥＤライト表面に明暗（明るさの差）が生じるという問題がある。特に、光源と第１の反射鏡とが近接するにつれて位置ずれによる明るさの差が顕著になる。また、光源と第１の反射鏡とが別部品であり、それぞれを位置決めしなければならないとともに位置ずれを生じないように保持する必要があり、製造に手間がかかる。さらに、物理的な力が加わると部品の位置ずれが生じる恐れがある。
【００１１】
また、光源と第１の反射鏡とを高精度で位置決めしたとしても、光源の構造に起因する配光特性のばらつきを回避することは困難である。集光度の高いＬＥＤは発光素子の位置ずれによる配光特性への影響が大きく、このような配光特性のばらつきを伴った光源を用いた場合、ＬＥＤライトの表面に明暗が生じるという課題が内在するためである。
【００１２】
従って、本発明の目的は、薄型化を実現するとともに生産性に優れ、配光特性のばらつきを抑えて全方向で明るさが均一な発光ダイオードおよびＬＥＤライトを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、電源供給手段に実装され、側面から２０％以上の光を放射する配光特性を有する発光素子と、この発光素子を封止する透光性材料による封止手段とを有し、前記封止手段は、前記発光素子から放射された光を前記発光素子の中心軸と略直交する方向へ反射する上面反射面と、前記上面反射面によって反射された光を前記発光素子の中心軸と略直交する方向へ放射する側面放射面と、前記上面反射面の中心部分に形成され、前記発光素子から放射される光を直上方向へ放射する平坦面と、を有する発光ダイオードを製造するにあたり、リードフレームの先端に前記発光素子をフェイスアップ接合又はフリップチップ接合し、前記リードフレームを、当該リードフレームの先端が支持拘束されない状態で支持部材に固定し、モールド成型用の型に前記透光性材料を注入することにより、前記型の内部にて前記リードフレームを前記透光性材料に浸漬し、前記透光性材料を所定の硬化条件で硬化させ、前記型から前記透光性材料を硬化させた発光ダイオードを取り出す発光ダイオードの製造方法を提供する。
【００１４】
上記発光ダイオードの製造方法において、前記透光性材料は、キャスティングモールド法により成型されるようにしてもよい。
【００１５】
上記発光素子は、前記中心軸方向に対する出射光の出射角度θにおける放射強度をＩ（θ）として、前記発光素子の前記出射角度θに応じた放射強度によって定まる常数をｋとしたとき、
Ｉ（θ）＝ｋ・ｃｏｓθ＋（１−ｋ）・ｓｉｎθ
（ただし、ｋ≦０．８）
であることが好ましい。
【００１６】
上記発光ダイオードにおいて、発光素子は、常数ｋについて、ｋ≦０．６であることが好ましい。
【００１７】
また、上記発光ダイオードの製造方法において、前記発光素子は、発光する光に対して光透過性を示す透光性基板を有するようにしてもよい。
【００１８】
また、上記発光ダイオードの製造方法において、前記封止手段は、前記発光素子を覆う光拡散材料を含むようにしてもよい。
【００１９】
また、上記発光ダイオードの製造方法において、前記光拡散材料は、蛍光体であってもよい。
【００２０】
また、上記発光ダイオードの製造方法において、前記封止手段は、前記発光素子の中心軸部分における前記発光素子の発光面側の厚さｈが１ｍｍ以下に形成されていることが好ましい。
【００２１】
また、上記発光ダイオードの製造方法において、前記発光素子は、前記電源供給手段の端部に実装されていてもよい。
【００２２】
また、本発明は、上記目的を達成するため、上記製造方法によって製造された発光ダイオードと、前記発光ダイオードから放射される光を反射する反射鏡とを有するＬＥＤライトを提供する。
【００２３】
また、本発明は、上記目的を達成するため、電源供給手段に実装された発光素子と、この発光素子を封止する透光性材料による封止手段とを有し、前記封止手段が前記発光素子から放射された光を前記発光素子の中心軸と直交ないしは中心軸と大きな角度をなす方向へ反射する反射面と、前記反射面によって反射された光を側面から放射する側面放射面を有し、前記反射面は、前記発光素子の発光面から前記反射面の端縁にかけての前記発光素子の中心軸方向の高さＨより半径Ｒが大なる寸法を有して形成されて前記発光素子に対して近接光学系を形成する発光ダイオードと、
前記発光ダイオードから放射される光を反射する反射鏡とを有することを特徴とするＬＥＤライトを提供する。
【００２４】
上記ＬＥＤライトにおいて、前記発光素子は、前記中心軸方向に対する出射光の出射角度θにおける放射強度をＩ（θ）として、前記発光素子の前記出射角度θに応じた放射強度によって定まる常数をｋとしたとき、
Ｉ（θ）＝ｋ・ｃｏｓθ＋（１−ｋ）・ｓｉｎθ
（ただし、ｋ≦０．８）
であることが好ましい。
【００２５】
上記ＬＥＤライトにおいて、発光素子は、発光する光に対して光透過性を示す透光性基板を有するようにしてもよい。
【００２６】
上記ＬＥＤライトにおいて、封止手段は、発光素子を覆う光拡散材料を含むようにしてもよい。
【００２７】
上記ＬＥＤライトにおいて、光拡散材料は、蛍光体であってもよい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。
以下の説明では、発光素子の中心軸をＺ軸とし、このＺ軸上の発光素子の上面位置を原点とし、原点でＺ軸にそれぞれ直交するＸ軸とＹ軸を設けた座標系を定義する。但し、Ｚ軸は中心軸Ｚとも称す。
【００２９】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るＬＥＤライト１の全体構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ｂ）のＰ部分の拡大図である。このＬＥＤライト１は、円盤形状の本体の中心に所定の配光特性を有する発光素子６を用いたＬＥＤ２と、ＬＥＤ２の周囲に同心円状で階段構造の反射面３ａを備えた反射鏡３とを有する。
【００３０】
反射鏡３は、透明アクリル樹脂によって成形されており、成形後に上面にアルミ蒸着を施して鏡面化することによって反射面３ａを形成している。各反射面３ａは、（ｃ）に示すように、Ｘ−Ｙ平面に対して約４５度に傾斜しており、Ｘ（Ｙ）方向から入射する光を反射してＺ方向に放射させる。
【００３１】
図２は、ＬＥＤ２を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。このＬＥＤ２は、リードフレーム５ａ，５ｂと、発光素子６と、リードフレーム５ｂと発光素子６とを電気的に接続するボンディングワイヤ７と、リードフレーム５ａ，５ｂおよび発光素子６とを一体的に封止するとともに光学面が形成される透明エポキシ樹脂８と、平坦面９ａおよび反射面９ｂとを有する反射鏡９と、発光素子６を中心とする球面の一部を成して光をＸ−Ｙ方向に放射する放射面１０より構成されている。
【００３２】
リードフレーム５ａ，５ｂは、銅合金で形成されてＸ−Ｙ平面上に絶縁のための間隙を介して設けられており、面積の広いリードフレーム５ａの原点位置に発光素子６を実装している。
【００３３】
発光素子６は、直方体形状を有し、リードフレーム５ａにフェイスアップ接合されており、上面が発光面となっている。また、使用個数を極力少なくしてＬＥＤ２の発光強度を所定値に維持する目的から、大電流タイプ（高出力タイプ）のものが用いられている。なお、発光素子６をフリップチップ接合によってリードフレーム５ａに実装してもよい。
【００３４】
透明エポキシ樹脂８は、屈折率１．５５のエポキシ樹脂を使用し、その上面の中心部分（発光素子６の直上部分）に平坦面９ａを有する。また、この平坦面９ａに続いて反射面９ｂを設けることによって反射鏡９を形成している。この反射鏡９に発光素子６を近接配置して一体的にモールド成形することによって近接光学系を形成している。
【００３５】
反射鏡９は、発光素子６から放射される光を直上方向へ放射する平坦面９ａと、図の座標原点である発光素子６の発光面の中央部を焦点としＸ軸を対称軸とする放物線の一部を中心軸Ｚの周りに回転させた円状の反射形状を成す反射面９ｂとを有する。なお、用途に応じて、反射鏡９に平坦面９ａを設けない構成とすることも可能である。
【００３６】
また、反射鏡９は、発光素子６から放射された光を反射する第１の反射鏡であり、（ｃ）に示すように反射面９ｂの半径Ｒは、発光素子６に対して大なる立体角を形成して放射される光の大半を有効に側面に放射できるよう、ここではＨ＝２．０ｍｍ、Ｒ＝３．５ｍｍで形成されて放射面１０の高さＨと半径Ｒとの関係がＨ＜Ｒとなっている。また、近接光学系を形成して比較的大なる立体角が形成されるように発光素子６と平坦面９ａとの間隔（透明エポキシ樹脂８の厚さ）ｈは０．５ｍｍに設定されている。
【００３７】
図３は、発光素子６の構成を示し、最下層から最上層にかけて、Ｎ型ＧａＡｓ基板１０１と、Ｎ型ＡｌＩｎＧａＰクラッド層１０２と、発光層を有する層１０３と、Ｐ型ＡｌＩｎＧａＰクラッド層１０４と、Ｐ型ＧａＰウインドウ層１０５とが順次形成されており、Ｐ型ＧａＰウインドウ層１０５の上に、このウインドウ層１０５とオーミック接触するためのＡｕＺｎコンタクト１０６を介してＡｌボンディングパッド（正電極）１０７が形成されている。さらに、Ｎ型ＧａＰ基板１０１の下にはＡｕ合金電極（負電極）１０８が形成されている。なお、Ｎ型ＧａＡｓ基板１０１は、発光層で発光する光の波長に対し不透明であり、Ｎ型ＡｌＩｎＧａＰクラッド層１０２およびＰ型ＡｌＩｎＧａＰクラッド層１０４は、透光性があるものである。
【００３８】
図４は、発光素子６の配光特性を説明する概念図である。発光素子６の上面６ａおよび側面６ｂ（４側面）から放射される放射強度は、上面６ａから放射される放射強度と４つの側面６ｂから放射される放射強度との総和となり、配光特性Ｉ（θ）は以下の式（１）で表される。
Ｉ（θ）＝ｋ・ｃｏｓθ＋（１−ｋ）・ｓｉｎθ …（１）
【００３９】
ここで、ｋ・ｃｏｓθは上面６ａから放射される放射強度を示し、（１−ｋ）・ｓｉｎθは側面６ｂから放射される放射強度を示す。θは、発光素子６におけるＺ軸に対する角度であり、ｋの値が変化すると、上面６ａから放射される光と側面６ｂから放射される光の配分が変化する。
【００４０】
図５は、上記した式（１）に基づく配光特性の異なる発光素子６に対して、θを変化させたときの放射強度（Ｚ軸方向）の変化を示し、（ａ）は、発光素子６に対する角度の定義を示す。（ｂ）は、ｋ＝１で上面６ａから１００％の光が放射される状態（上１００％）であり、（ｃ）は、ｋ＝０．８で上面６ａから８０％、側面６ｂから２０％の光が放射される状態（上８０％）である。また、（ｄ）は、ｋ＝０．６で上面６ａから６０％、側面６ｂから４０％の光が放射される状態（上６０％）である。
【００４１】
発光素子６は、Ｎ型ＧａＡｓ基板１０１が発光色に対して黒色の吸収体となることから、発光層を有する層１０３での発光に基づく光が上面から放射される割合が大になる特性で、およそｋ＝０．８である。即ち、上面６ａから８０％の光が放射され、側面６ｂのそれぞれから５％の光が放射される。このような所望の配光特性を得るには、エピタキシャル層の厚さや、発光素子６の形状を調整する。
【００４２】
図５（ｂ）に示す配光特性の発光素子６では、光は上面６ａから放射され、θが大になるにつれて放射強度が低下し、θ＝９０°ではほぼ０になっている。また、（ｃ）の配光特性の発光素子６では、側面６ｂからも光が放射される構造であり、θ＝０での放射強度は（ｂ）に示す発光素子より小になるが、θ＝９０°でも放射強度が０とはならずに、Ｘ−Ｙ方向に光が放射される。また、（ｄ）の配光特性の発光素子６では、（ｃ）に示す発光素子６より側面６ｂから放射される光量が大であり、そのことによってθ＝０での放射強度は小になるが、θの変化による放射強度の低下が（ｂ）および（ｃ）に比べて小になっており、かつ、θ＝９０°でも放射強度が０とはならずに、Ｘ−Ｙ方向に光が放射される。
【００４３】
ＬＥＤ２の配光特性は、上記した発光素子６の配光特性と、発光素子６、平坦面９ａ、反射面９ｂおよび放射面１０からなる光学面の位置精度と、発光素子６のリードフレーム５ａへの実装位置精度と、リードフレーム５ａと上記した光学面とを一体的にモールド成形する際の型に対するセッティング位置精度とに依存する。図２（ｂ）に示したθ方向の配光に偏りが生じないようにするには、Ｚ軸を中心とする放射面１０の周方向（３６０°）に放射される光の均一性が求められるが、発光素子６と光学面との位置ずれがあると、ずれ量に応じてθ方向の配光むらが生じる。特に、本発明に示すＬＥＤ２の近接光学系においては、僅かな位置ずれの発生によって配光むらが発生しやすいという構成上の特性を有する。
【００４４】
図６は、ＬＥＤ２において発光素子６の中心軸が光学面に対してＸ軸方向ずれを生じたときの配光特性の変化による、ＬＥＤ２から直接上方へ放射される光と反射面３ａへ至る光との光量変化を示し、ＧａＡｓ基板を有する発光素子６を用いた場合、生産時にＸ軸方向にずれ量が生じると有効放射効率比が低下する。同図においては、特に、０．３ｍｍ以上で明確に低下している。
【００４５】
図７（ａ）および（ｂ）は、ＬＥＤ２から放射される光量の観測条件を示し、ＬＥＤ２の周囲全方向を３２分割したΦｉｊで示した図である。（ａ）に示すように、ＬＥＤ２のＺ軸を中心とする周囲３６０°を８つに分割（ｊ＝１〜８）し、（ｂ）に示すように、Ｚ軸に対し０°〜２０°までの角度範囲（ｉ＝１）、２０°〜６０°までの角度範囲（ｉ＝２）、６０°〜１００°までの角度範囲（ｉ＝３）、１００°〜１８０°までの角度範囲（ｉ＝４）を示し、以下、ＬＥＤ２からこれら領域へ放射される光量について説明する。ここでは、Ｚ軸に対し０°〜２０°までの角度範囲領域はＬＥＤ２から直接Ｚ軸近傍へ外部放射される光、Ｚ軸に対し６０°〜１００°までの角度範囲領域は、ＬＥＤ２から反射鏡３へ放射された後、反射鏡３でＺ軸近傍方向へ反射され外部放射される光が想定されている。
【００４６】
図８（ａ）は、図７に示す観測条件で上１００％の配光特性を有する発光素子６を用いたときのＬＥＤ２の全光量偏りを示し、全光量偏りは、Ｘ方向に０．０から０．５ｍｍまでの６段階のずれ量が生じた条件を設定して求めたものであり、各方向についての全光量偏りを線で結んで示している。ずれ量が大になるにつれて全光量偏りが大になっている。同図（ｂ）は、上８０％の配光特性を有する発光素子６を用いたときのＬＥＤ２の全光量偏りを示し、発光素子６が側面６ｂから光を放射する構造であるので、全光量偏りが改善されている。
【００４７】
このように、発光素子６の横方向から放射される光の量が大になるにつれて、発光素子６と光学面との位置ずれによる有効放射範囲の全光量偏りが小になる。従って、ｋ＝０．８以下の配光特性を有する発光素子６を用いれば、リードフレーム５ａに実装された発光素子６の位置が、Ｚ軸からＸ軸（又はＹ軸）方向に０．１ｍｍ以内の寸法ずれを生じたとしても、発光素子６の配光特性によって補うことが可能になるので、有効放射範囲の全光量偏りはほぼ無くなり、視覚上影響の無いものとなる。
【００４８】
上記したＬＥＤ２は、例えば、トランスファーモールド法によって製造することができる。以下にトランスファーモールド法による製造方法を説明する。ここでは、ｋ＝０．８の配光特性を有する発光素子６を用いる。まず、プレス加工によって形成されたリードフレーム５ａに発光素子６をフェイスアップ接合する。次に、発光素子６のＡｌボンディングパッド１０７とリードフレーム５ｂとをボンディングワイヤ７で電気的に接続する。次に、発光素子６を実装されたリードフレーム５ａ、５ｂを上下に分割可能な金型に載置し、上下から挟んで位置決めをする。次に、透明エポキシ樹脂８を金型内に注入する。次に、透明エポキシ樹脂８を１６０℃、５分の硬化条件で硬化させる。次に、金型を上下分離して透明エポキシ樹脂８を硬化させたＬＥＤ２を取り出す。なお、金型と透明エポキシ樹脂８との離型性を良好にするために、透明エポキシ樹脂８は剥離成分を含有させたもの等が用いられる。
【００４９】
次に、ＬＥＤライト１の動作について説明する。
操作者によってＬＥＤライト１の電源スイッチ（図示せず）が投入されると、図示しない電源部はリードフレーム５ａ，５ｂに電圧を印加する。発光素子６は電圧の印加に基づいて発光する。発光素子６から放射されてＺ軸に沿って直上に放射される光は平坦面９ａから透明エポキシ樹脂８外へ放射され、外部放射される。また、発光素子６から放射される光のうち５０〜６０％が、発光素子６に対する約２．７ｓｔｒａｄの立体角を有した反射面９ｂへ至り、発光素子６から放射されてＺ軸に対して略水平方向に放射された光は、直接放射面１０に至り、そのままＸ−Ｙ平面に略平行な方向に放射面１０から外部放射される。
【００５０】
ＬＥＤ２からＸ−Ｙ平面に略平行に放射された光は、反射鏡３の反射面３ａで略Ｚ軸方向へ反射され、外部へ放射される。
【００５１】
上記した第１の実施の形態のＬＥＤライト１によれば、近接光学系を構成するＬＥＤ２の発光素子６についての配光特性Ｉ（θ）＝ｋ・ｃｏｓθ＋（１−ｋ）・ｓｉｎθにおけるｋを０．８以下に設定し、かつ、発光素子６と光学面とをトランスファーモールド法で一体的に形成するようにしたので、ＬＥＤ２から放射されて反射鏡３に到達するＸ軸方向の光は、有効放射範囲の全光量偏りが殆どなく、反射鏡３によってＺ軸方向へほぼ均等に放射することができる。これにより、反射鏡面が大で表面の明るさの差がなく、見栄えの良好な薄型の灯具とすることができる。これにより、自動車のテールライトやブレーキライトに適用すれば、自動車の真後ろだけでなく、横方向からの光の視認性も向上させることができる。
【００５２】
なお、上記したＬＥＤライト１では、一例としてｋ＝０．８の配光特性を有する発光素子６を用いたＬＥＤ２を用いた構成を説明したが、ｋ＝０．８以下の配光特性を有する発光素子６を用いれば発光素子６と光学面との位置ずれによる有効放射範囲の全光量偏りを実用上問題を生じないレベルまで小にできる。
【００５３】
また、トランスファーモールド法によるＬＥＤ２の製造では、金型でリードフレーム５ａ、５ｂを挟持した状態で金型内部に透明エポキシ樹脂８を注入するので、発光素子６と光学面との位置決め精度を±０．１ｍｍの高精度で実現することが可能になり、ｋ＝０．８の発光素子６を用いて構成される近接光学系であってもＬＥＤ２の個体差による配光特性のばらつきを防いで安定した品質のＬＥＤライト１を提供することができる。
【００５４】
また、発光素子６を封止する透光性材料として、透明エポキシ樹脂８を用いた構成を説明したが、透光性およびその他の光学的特性が同等の他の透光性材料であってもよい。また、反射鏡３を構成する樹脂材料として、透明アクリル樹脂を用いているが、その他の透明樹脂を始めとして、他の材料を用いることもできる。さらに、ＬＥＤライト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、実施の形態に限定されるものではない。
【００５５】
また、反射面９ｂは、鏡面処理を施さずに樹脂の全反射を応用したものとして説明したが、金属蒸着などによる鏡面処理を施されたものであっても良い。
【００５６】
図９は、本発明の第２の実施の形態に係るＬＥＤ２ａを示し、（ａ）はＺ方向から見たＬＥＤ２ａの平面図、（ｂ）は（ａ）の発光素子６の部分における縦断面図である。このＬＥＤ２ａは、透光性を有するＮ型ＧａＰ基板を用いたＧａＰ基板ＡｌＩｎＧａＰからなり、上６０％（ｋ＝０．６）の配光特性を有する発光素子６と、銅合金で構成されて樹脂封止部分を折り曲げ加工されたリードフレーム５ｂ，５ｃとを有して構成されており、発光素子６はリードフレーム５ｃの先端に実装されている。その他、第１の実施の形態と同一の構成を有する部分については同一の引用数字を付しているので重複する説明を省略する。
【００５７】
図１０は、ｋ＝０．６の配光特性を有する発光素子６を用いたときのＬＥＤ２の全光量偏りを示し、発光素子６の側面６ｂから放射される光の量が大になることにより、ｋ＝０．８の配光特性を有する発光素子６を用いたときに比べてＸ＝０．４ｍｍでも±２０％以内の配光偏りに留まり、全光量偏りが改善されている。ｋ＝０．６の発光素子６は、発光素子６の内部での反射に基づく側面６ｂからの放射量を増大させるように基板にＧａＰ等の発光色に対して光透過性を示す材料を用いて形成する。
【００５８】
ＬＥＤ２ａは、例えば、キャスティングモールド法によって製造することができる。以下にキャスティングモールド法による製造方法を説明する。ここでは、ｋ＝０．６の配光特性を有する発光素子６を用いる。まず、プレス加工によってリードフレーム５ｂ，５ｃを打ち抜き加工する。このとき、リードフレーム５ｂ，５ｃは分断せずに複数個分の後端がリードで連結された状態にする。次に、リードで連結された後端を支持部材に固定する。次に、リードフレーム５ｂ，５ｃに曲げ加工を施して所望の形状にする。次に、リードフレーム５ｃの先端に発光素子６をフェイスアップ接合する。次に、発光素子６のＡｌボンディングパッド１０７とリードフレーム５ｂとをボンディングワイヤ７で電気的に接続する。次に、リードフレーム５ｂ，５ｃをモールド成形用のキャスティング上に移動させる。次に、キャスティング内に透明エポキシ樹脂８を注入する。次に、透明エポキシ樹脂８を注入されたキャスティング内にリードフレーム５ｂ，５ｃを浸漬する。次に、キャスティングおよびリードフレーム５ｂ，５ｃを配置した空間を真空にして透明エポキシ樹脂８の気泡抜きを行う。次に、透明エポキシ樹脂８を１２０℃、６０分の硬化条件で硬化させる。次に、キャスティングから透明エポキシ樹脂８を硬化させたＬＥＤ２ａを取り出す。
【００５９】
上記した第２の実施の形態のＬＥＤ２ａによれば、発光素子６に透光性を有したＮ型ＧａＰ基板を用いるとともにｋ＝０．６の配光特性を有するように構成しているので、Ｎ型ＧａＡｓ基板を有する発光素子６を用いたＬＥＤ２より広範囲の配光特性が得られる。このことから、発光素子６と光学面との位置ずれが生じたとしても、そのずれ量が小であるときは有効放射範囲の全光量偏りを実用上問題を生じないレベルに抑えることができる。
【００６０】
また、キャスティングモールド法では、リードフレーム５ｂ，５ｃの先端（自由端）がキャスティングで支持拘束されていないので、発光素子６と光学面との位置決め精度は±０．２ｍｍとトランスファーモールド法による製造より低下する。特に、平板リードフレームの先端の板厚部に発光素子６がマウントされるものは、高い位置決め精度の実現が困難である。しかし、位置決め精度の許容範囲が大になることによって生産性を向上させることができ、量産性に優れる。透明エポキシ樹脂８の長時間硬化を行うことで熱応力むらは小になり、リードフレーム５ｂ，５ｃと透明エポキシ樹脂８の剥離が生じにくくなる。なお、製造工程管理や発光素子６の配光特性を選別することで、配光特性の安定化を図ることは可能である。
【００６１】
図１１は、本発明の第３の実施の形態に係るＬＥＤ２ｂを示し、（ａ）はＺ方向から見たＬＥＤ２ｂの平面図、（ｂ）は（ａ）の発光素子６の部分における縦断面図である。このＬＥＤ２ｂは、透光性を有するＮ型ＧａＰ基板を用いたＧａＰ基板ＡｌＩｎＧａＰからなり、上４０％（ｋ＝０．４）の配光特性を有する発光素子６と、銅合金で構成された平板状のリードフレーム５ｂ，５ｄとを有して構成されている。その他、第１および第２の実施の形態と同一の構成を有する部分については同一の引用数字を付しているので重複する説明を省略する。
【００６２】
ｋ＝０．４の発光素子６は、ｋ＝０．６の発光素子６より小サイズ（例えば、０．３ｍｍ角）に形成されており、そのことで発光素子内部での吸収損失が小になって側面６ｂからの放射量が更に増大されている。
【００６３】
発光素子６は、プレス加工により打ち抜かれたリードフレーム５ｃの先端に実装されている。
【００６４】
上記した第３の実施の形態のＬＥＤ２ｂによれば、リードフレーム５ｄの先端に発光素子６を実装しているので、有効放射範囲の全光量偏りを抑えながら量産性に優れ、リードフレーム５ｂ，５ｄと透明エポキシ樹脂８との接触面積を小にでき、そのことによって剥離をより生じにくくすることができる。また、リードフレーム５ｂ，５ｄの曲げ加工等の作業工程を不用にできるので、生産性を向上させることができる。
【００６５】
また、発光素子６に透光性を有するＮ型ＧａＰ基板を用いているので、第２の実施の形態と同様にＮ型ＧａＡｓ基板を有する発光素子６を用いたＬＥＤ２に比べて広範囲の配光特性が得られる。このことから、発光素子６と光学面との位置ずれが生じたとしても、そのずれ量が小であるときは有効放射範囲の全光量偏りを実用上問題を生じないレベルに抑えることができる。
【００６６】
図１２は、本発明の第４の実施の形態に係るＬＥＤ２ｃを示し、Ａｌ2Ｏ3基板ＧａＮからなる発光素子６と、銅合金で構成されて樹脂封止部分を折り曲げて形成されたリードフレーム５ｂ，５ｄと、光学面を備えた透明エポキシ樹脂８を有して構成されており、発光素子６はリードフレーム５ｄの先端に実装されている。また、発光素子６は蛍光体を含有した封止樹脂８ｓによって半球状に封止されている。同図においては透明エポキシ樹脂８を透明部材として示している。その他、第１、第２、および第３の実施の形態と同一の構成を有する部分については同一の引用数字を付しているので重複する説明を省略する。
【００６７】
上記した第４の実施の形態のＬＥＤ２ｃによれば、リードフレーム５ｄの先端に実装された発光素子６を封止樹脂８ｓで半球状に封止しているので、広範囲の配光特性を有しない発光素子６を用いた場合でも蛍光体から放射される励起光によって光を拡散でき、そのことによって配光特性を本発明の近接光学系に適するものとすることができる。
【００６８】
蛍光体は、例えば、Ｃｅ：ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）を用いることができる。なお、配光特性を向上させるものとして、蛍光体に代えて光拡散材を封止樹脂８ｓに混入し、光拡散材で光を拡散させるようにしても同様の効果を奏することができる。光拡散材は、例えば、酸化チタン、アルミナ、あるいはＳｉＯ2を用いることができる。
【００６９】
なお、上記した各実施の形態では、発光素子６についてＧａＡｓ系の基板を用いた構成を説明したが、配光特性に応じてＧａＰ基板ＡｌＩｎＧａＰ系あるいはＧａＮ系のものを用いることも可能であり、また、発光波長に対して基板が透光性を有するもの、あるいは不透光性のものを選択的に使用することもでき、ＬＥＤライト１に適用可能な発光素子６であれば特に限定されない。
【００７０】
また、発光ダイオードについては、発光素子を封止するとともに反射面および側面反射面をモールド成型したものとして説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、透光性樹脂で別途形成した反射面および側面反射面を発光素子とともに光透過性材料で封止することによって取り付けることで、発光素子に対する近接光学系を形成することもできる。
【００７１】
また、上記した各実施の形態では、反射鏡９が発光素子６の原点を焦点とし、Ｘ軸を対称軸とする放物線の一部を中心軸Ｚの周りに回転させた円状の反射形状を成し、放射面１０が発光素子６を中心とする球面の一部を成す形状を有するものとして説明したが、中心軸Ｚに対して大きな角度を成し、発光素子６から放射される光を略側面方向へ放射することのできる形状であれば、特に限定されない。特に、各実施例に示す透明エポキシ樹脂８の形状およびＨ＜Ｒの関係が成立する条件においては、発光素子６に対して反射鏡９が近接することになり、光学系の位置精度によるＬＥＤの配光特性の安定性について同様に効果を得ることができる。なお、Ｈ＜Ｒの関係を満たさない場合でも、ｈ＜１ｍｍであるときは同様の効果が得られる。また、反射面９ｂは、発光素子６との最短距離が図２（ｃ）に示した半径Ｒに対して１／２未満となるようにして近接光学系を形成した場合でも配光特性の安定性を高めることができる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の発光ダイオードは、電源供給手段に実装された発光素子と、
前記発光素子を封止する透光性材料による封止手段とを有し、
前記封止手段は、前記発光素子から放射された光を前記発光素子の中心軸と直交ないしは中心軸と大きな角度をなす方向へ反射する反射面と、前記反射面によって反射された光を側面から放射する側面放射面とを有し、前記反射面は前記発光素子との最短距離が前記反射面の半径Ｒに対し１／２未満となり、前記発光素子に対して近接光学系を形成することを特徴とする。
このような構成によれば、発光ダイオードを薄型化しながら発光素子から放射される光が中心軸方向だけでなく中心軸に直交する方向にも放射できるようになり、かつ、発光素子と反射面との近接に基づいて中心軸に直交する方向への放射性が大になることから、放射範囲の広範囲な配光特性が得られる。
【００７３】
また、発光素子の中心軸と第１の反射鏡の中心軸との位置ずれが生じたとしても、ＬＥＤライトの表面の明るさに差が生じないようにすることができる。
【００７４】
また、発光素子の配光特性にばらつきを有した光源を用いたとしても、広範囲な放射範囲へ光が放射されることにより、ＬＥＤライトの表面の明るさに差が生じないようにすることができる。
【００７５】
また、本発明の発光ダイオードは、電源供給手段に実装された発光素子と、この発光素子を封止する透光性材料による封止手段とを有し、前記封止手段が前記発光素子から放射された光を前記発光素子の中心軸と直交ないしは中心軸と大きな角度をなす方向へ反射する反射面と、前記反射面によって反射された光を側面から放射する側面放射面を有し、前記反射面は、前記発光素子の発光面から前記反射面の端縁にかけての前記発光素子の中心軸方向の高さＨより半径Ｒが大なる寸法を有して形成されて前記発光素子に対して近接光学系を形成することを特徴とする。
このような構成によれば、発光ダイオードを薄型化しながら発光素子から放射される光が中心軸方向だけでなく中心軸に直交する方向にも放射されるので、放射範囲が広範囲な配光特性が得られる。
【００７６】
また、上記発光ダイオードにおいて、発光素子は、中心軸方向に対する出射光の出射角度θにおける放射強度をＩ（θ）として、発光素子の出射角度θに応じた放射強度によって定まる常数をｋとしたとき、
Ｉ（θ）＝ｋ・ｃｏｓθ＋（１−ｋ）・ｓｉｎθ
（ただし、ｋ≦０．８）
であるように設けることにより、側面方向への配光特性が向上し、広範囲に安定した光量を放射することができる。
【００７７】
また、上記発光ダイオードにおいて、発光素子は、常数ｋについて、ｋ≦０．６とすることにより、側面方向への配光特性がより向上する。また、発光素子について配光特性のばらつきが生じたとしても広範囲に安定した光量を放射することができる。
【００７８】
また、上記発光ダイオードにおいて、発光素子は、発光する光に対して光透過性を示す透光性基板を有するようにすると、発光素子内で反射された光を外部に放射させることができ、発光素子の放射効率を高めることができる。
【００７９】
また、上記発光ダイオードにおいて、封止手段は、発光素子を覆う光拡散材料を含むようにすると、発光素子から放射された光が光拡散材料で拡散されることによって広範囲に放射することができる。
【００８０】
また、上記発光ダイオードにおいて、光拡散材料に蛍光体を用いると、発光素子から放射された光によって蛍光体が励起されることにより励起光が放射されてより広範囲に明るさが均一な光を放射することができる。
【００８１】
また、上記発光ダイオードにおいて、封止手段は、発光素子の中心軸部分における前記発光素子の発光面側の厚さｈが１ｍｍ以下に形成されることによって、発光素子の直上部分から外部に光を放射でき、光放射の中抜け状態を防げる。
【００８２】
また、上記発光ダイオードにおいて、発光素子は、電源供給手段の端部に実装されることによって、量産性に優れる既存の製法および装置を用いることが可能になる。
【００８３】
また、本発明のＬＥＤライトは、電源供給手段に実装された発光素子と、
前記発光素子を封止する透光性材料による封止手段とを有し、
前記封止手段は、前記発光素子から放射された光を前記発光素子の中心軸と直交ないしは中心軸と大きな角度をなす方向へ反射する反射面と、前記反射面によって反射された光を側面から放射する側面放射面とを有し、前記反射面は前記発光素子との最短距離が前記反射面の半径Ｒに対し１／２未満となり、前記発光素子に対して近接光学系を形成する発光ダイオードと、
前記発光ダイオードから放射される光を反射する反射鏡とを有することを特徴とする。
このような構成によれば、発光素子から放射される光が中心軸方向だけでなく中心軸に直交する方向にも放射されるようになり、かつ、発光素子と反射面との近接に基づいて中心軸に直交する方向への放射性が大になることから、視認性に優れ、斬新な視覚をＬＥＤライトに付与するとともに放射範囲の広範囲な配光特性が得られる。
【００８４】
また、本発明のＬＥＤライトは、電源供給手段に実装された発光素子と、この発光素子を封止する透光性材料による封止手段とを有し、前記封止手段が前記発光素子から放射された光を前記発光素子の中心軸と直交ないしは中心軸と大きな角度をなす方向へ反射する反射面と、前記反射面によって反射された光を側面から放射する側面放射面を有し、前記反射面は、前記発光素子の発光面から前記反射面の端縁にかけての前記発光素子の中心軸方向の高さＨより半径Ｒが大なる寸法を有して形成されて前記発光素子に対して近接光学系を形成する発光ダイオードと、
前記発光ダイオードから放射される光を反射する反射鏡とを有することを特徴とする。
このような構成によれば、発光素子から放射される光が中心軸方向だけでなく中心軸に直交する方向にも放射されるので、放射範囲が広範囲な配光特性のＬＥＤライトが得られる。
【００８５】
上記ＬＥＤライトにおいて、発光素子は、前記中心軸方向に対する出射光の出射角度θにおける放射強度をＩ（θ）として、前記発光素子の前記出射角度θに応じた放射強度によって定まる常数をｋとしたとき、
Ｉ（θ）＝ｋ・ｃｏｓθ＋（１−ｋ）・ｓｉｎθ
（ただし、ｋ≦０．８）
であることを特徴とする。
このような構成によれば、発光素子から側面方向に放射される光が増大し、反射鏡との位置精度によって光照射性のばらつきを生じにくい高輝度のＬＥＤライトが得られる。
【００８６】
上記ＬＥＤライトにおいて、発光素子は、発光する光に対して光透過性を示す透光性基板を有するようにすると、発光素子内で反射された光を外部に放射させることができ、高輝度のＬＥＤライトが得られる。
【００８７】
上記ＬＥＤライトにおいて、封止手段は、発光素子を覆う光拡散材料を含むようにすると、発光素子から放射された光が光拡散材料で拡散されることによって視認性を向上したＬＥＤライトが得られる。
【００８８】
上記ＬＥＤライトにおいて、光拡散材料は、蛍光体に蛍光体を用いると、発光素子から放射された光によって蛍光体が励起されることにより励起光が放射されてＬＥＤライトの輝度を大にできるとともに視認性をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係るＬＥＤを用いたＬＥＤライトの全体構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ｂ）のＰ部分の拡大図である。
【図２】第１の実施の形態に係るＬＥＤの構成を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は各部のサイズを示す側面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る発光素子の構成を示す側面図である。
【図４】第１の実施の形態に係る発光素子の上面および側面から放射される光の放射概念図である。
【図５】第１の実施の形態に係る発光素子の配光特性曲線を示し、（ａ）は発光素子のＺ軸に対する角度の説明図、（ｂ）はｋ＝１のときの放射強度の変化を示す特性図、（ｃ）はｋ＝０．８のときの放射強度の変化を示す特性図、（ｄ）はｋ＝０．６のときの放射強度の変化を示す特性図。
【図６】第１の実施の形態に係るＬＥＤの有効放射効率比とＸ軸方向ずれとの関係図。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、ＬＥＤから放射される光量の観測条件を示す概念図。
【図８】第１の実施の形態に係るＬＥＤの有効放射範囲の全光量偏りを示し、（ａ）は配光特性が上１００％の発光素子を用いたＬＥＤにおける有効放射範囲の全光量偏りを示す特性図、（ｂ）は上８０％の発光素子を用いたＬＥＤにおける有効放射範囲の全光量偏りを示す特性図である。
【図９】第２の実施の形態に係るＬＥＤを用いたＬＥＤライトの全体構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の発光素子部分の縦断面図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る上６０％（ｋ＝０．６）の配光特性を有する発光素子を用いたＬＥＤにおける有効放射範囲の全光量偏りを示す特性図である。
【図１１】第３の実施の形態に係るＬＥＤを用いたＬＥＤライトの全体構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の発光素子部分の縦断面図である。
【図１２】第４の実施の形態に係るＬＥＤを用いたＬＥＤライトの縦断面図である。
【図１３】従来のＬＥＤライトの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１、ＬＥＤライト ３、反射鏡 ３ａ、反射面
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ、リードフレーム
６、発光素子 ６ａ、上面 ６ｂ、側面 ７、ボンディングワイヤ
８、透明エポキシ樹脂 ８ｓ、封止樹脂 ９、反射鏡 ９ａ、平坦面
９ｂ、反射面 １０、放射面 １０１、Ｎ型ＧａＡｓ基板
１０２、Ｎ型ＡｌＩｎＧａＰクラッド層 １０３、発光層を有する層
１０４、Ｐ型ＡｌＩｎＧａＰクラッド層 １０５、Ｐ型ＧａＰウインドウ層
１０６、ＡｕＺｎコンタクト １０７、Ａｌボンディングパッド
１０８、Ａｕ合金電極 ２０２、発光素子
２０３ａ，２０３ｂ、リードフレーム ２０４、ボンディングワイヤ
２０５、透明エポキシ樹脂 ２０６、反射鏡 ２０７、フレネルレンズ
２０９、樹脂レンズ ２０９ａ、界面
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード（Light-Emitting Diode：以下「ＬＥＤ」という。）およびそれを用いたＬＥＤライトに関し、特に、自動車のテールライトやブレーキライト等の灯具、または工事用の警報ランプや標識等の表示装置として用いられる発光ダイオードおよびＬＥＤライトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＬＥＤの高輝度化が進み、自動車のバックライト等の灯具にＬＥＤを光源とするＬＥＤライトが用いられることが多くなってきた。ＬＥＤは、スペクトルがシャープで視認性に優れ、点灯時の応答速度が速いことから後続車への信号伝達速度が向上するというメリットを有しており、灯具として用いることで、特に、高速走行時の安全性を高めるものとして期待されている。さらに、ＬＥＤはそれ自体単色光源であるので、白熱電球のように必要色以外の光をフィルターカットする必要もなく、単色光源として高効率であり、省エネルギー化にもつながる。
【０００３】
図１３は、従来のＬＥＤライト２００を示す。このＬＥＤライト２００は、レンズ型ＬＥＤ２０１として発光素子２０２と、１対のリードフレーム２０３ａ，２０３ｂと、発光素子２０２とリードフレーム２０３ｂとを電気的に接続するボンディングワイヤ２０４と、透明エポキシ樹脂２０５とを有する。発光素子２０２はリードフレーム２０３ａにマウントされており、この発光素子２０２とリードフレーム２０３ｂとをワイヤボンディングし、全体を透明エポキシ樹脂２０５で凸レンズ形に封止している。
【０００４】
また、ＬＥＤライト２００の構成部品として、レンズ型ＬＥＤ２０１から放射される光を紙面上方に反射する回転放物面形の反射鏡２０６と、レンズ型ＬＥＤ２０１の上方に位置するフレネルレンズ２０７と、光入射側に凹凸の界面２０９ａを有した樹脂レンズ２０９が設けられている。
【０００５】
上記したＬＥＤライト２００は、レンズ型ＬＥＤ２０１を発光させることによって上方および斜め上方に光が放射される。レンズ型ＬＥＤ２０１の上方に放射される光は、フレネルレンズ２０７で集光されて平行光として放射される。また、レンズ型ＬＥＤ２０１の斜め上方に放射された光は、反射鏡２０６で反射されて上方に放射される。このようにしてレンズ型ＬＥＤ２０１から放射される光をすべて樹脂レンズ２０９側へ略平行に出射させる。樹脂レンズ２０９は、凹凸の界面２０９ａで入射光を拡散して樹脂レンズ２０９から放射する。これにより、樹脂レンズ２０９からは車載用バックライトの規格である略２０度の拡がりを有した光が外部放射される。
【０００６】
しかし、従来のＬＥＤライト２００では、レンズ型ＬＥＤ２０１から放射された光を光放射側に配置されたフレネルレンズ２０７で平行光に変換し、この平行光を樹脂レンズ２０９で拡散しているので、光学系の厚さが大になってＬＥＤランプを大型化させるという不都合がある。仮に、反射鏡２０６を省略すると、部品点数の減少と薄型化が図れるが、発光素子２０２から斜め上方および側面方向に放射された光が利用できなくなって放射効率が低下する。また、放射される光がフレネルレンズ２０７および樹脂レンズ２０９を透過して外部へ放射されるため、見栄えの自由度が低い。
【０００７】
そこで、薄型で見栄えが良く、放射効率を高くすることが可能なＬＥＤライトとして、例えば、特許文献１に示すものがある。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−９３３１２号（図２）
【０００９】
このＬＥＤライトは、ＬＥＤ等の光源と、光源と対向する中心軸上の位置に配置されて光源から放射された光を、光源の中心軸と略直交する方向の光として反射する第１の反射鏡と、第１の反射鏡を中心にしてその周囲に配置され、第１の反射鏡で反射された光を、前記の中心軸方向の光にして反射する第２の反射鏡とを備えている。このような構成において、光源から放射された光が第１の反射鏡によって中心軸と略直交する方向へ反射され、この反射光が第２の反射鏡によって中心軸方向に反射されることにより、所定の放射角度を有した車両用信号光を所定の面積にわたって放射することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１のＬＥＤライトによると、光源の出射光の殆どが上方に放射される光であるため、第１の反射鏡に対する光源の中心軸の位置精度が低下すると、第１の反射鏡によって全反射方向に反射される反射光の光量が不均一となってＬＥＤライト表面に明暗（明るさの差）が生じるという問題がある。特に、光源と第１の反射鏡とが近接するにつれて位置ずれによる明るさの差が顕著になる。また、光源と第１の反射鏡とが別部品であり、それぞれを位置決めしなければならないとともに位置ずれを生じないように保持する必要があり、製造に手間がかかる。さらに、物理的な力が加わると部品の位置ずれが生じる恐れがある。
【００１１】
また、光源と第１の反射鏡とを高精度で位置決めしたとしても、光源の構造に起因する配光特性のばらつきを回避することは困難である。集光度の高いＬＥＤは発光素子の位置ずれによる配光特性への影響が大きく、このような配光特性のばらつきを伴った光源を用いた場合、ＬＥＤライトの表面に明暗が生じるという課題が内在するためである。
【００１２】
従って、本発明の目的は、薄型化を実現するとともに生産性に優れ、配光特性のばらつきを抑えて全方向で明るさが均一な発光ダイオードおよびＬＥＤライトを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、電源供給手段に実装され、側面から２０％以上の光を放射する配光特性を有する発光素子と、この発光素子を封止する透光性材料による封止手段とを有し、前記封止手段は、前記発光素子から放射された光を前記発光素子の中心軸と略直交する方向へ反射する上面反射面と、前記上面反射面によって反射された光を前記発光素子の中心軸と略直交する方向へ放射する側面放射面と、前記上面反射面の中心部分に形成され、前記発光素子から放射される光を直上方向へ放射する平坦面と、を有する発光ダイオードを製造するにあたり、リードフレームの先端に前記発光素子をフェイスアップ接合又はフリップチップ接合し、前記リードフレームを、当該リードフレームの先端が支持拘束されない状態で支持部材に固定し、モールド成型用の型に前記透光性材料を注入することにより、前記型の内部にて前記リードフレームを前記透光性材料に浸漬し、前記透光性材料を所定の硬化条件で硬化させ、前記型から前記透光性材料を硬化させた発光ダイオードを取り出す発光ダイオードの製造方法を提供する。
【００１４】
上記発光ダイオードの製造方法において、前記透光性材料は、キャスティングモールド法により成型されるようにしてもよい。
【００１５】
上記発光素子は、前記中心軸方向に対する出射光の出射角度θにおける放射強度をＩ（θ）として、前記発光素子の前記出射角度θに応じた放射強度によって定まる常数をｋとしたとき、
Ｉ（θ）＝ｋ・ｃｏｓθ＋（１−ｋ）・ｓｉｎθ
（ただし、ｋ≦０．８）
であることが好ましい。
【００１６】
上記発光ダイオードにおいて、発光素子は、常数ｋについて、ｋ≦０．６であることが好ましい。
【００１７】
また、上記発光ダイオードの製造方法において、前記発光素子は、発光する光に対して光透過性を示す透光性基板を有するようにしてもよい。
【００１８】
また、上記発光ダイオードの製造方法において、前記封止手段は、前記発光素子を覆う光拡散材料を含むようにしてもよい。
【００１９】
また、上記発光ダイオードの製造方法において、前記光拡散材料は、蛍光体であってもよい。
【００２０】
また、上記発光ダイオードの製造方法において、前記封止手段は、前記発光素子の中心軸部分における前記発光素子の発光面側の厚さｈが１ｍｍ以下に形成されていることが好ましい。
【００２１】
また、上記発光ダイオードの製造方法において、前記発光素子は、前記電源供給手段の端部に実装されていてもよい。
【００２２】
また、本発明は、上記目的を達成するため、上記製造方法によって製造された発光ダイオードと、前記発光ダイオードから放射される光を反射する反射鏡とを有するＬＥＤライトを提供する。
【００２３】
また、本発明は、上記目的を達成するため、電源供給手段に実装された発光素子と、この発光素子を封止する透光性材料による封止手段とを有し、前記封止手段が前記発光素子から放射された光を前記発光素子の中心軸と直交ないしは中心軸と大きな角度をなす方向へ反射する反射面と、前記反射面によって反射された光を側面から放射する側面放射面を有し、前記反射面は、前記発光素子の発光面から前記反射面の端縁にかけての前記発光素子の中心軸方向の高さＨより半径Ｒが大なる寸法を有して形成されて前記発光素子に対して近接光学系を形成する発光ダイオードと、
前記発光ダイオードから放射される光を反射する反射鏡とを有することを特徴とするＬＥＤライトを提供する。
【００２４】
上記ＬＥＤライトにおいて、前記発光素子は、前記中心軸方向に対する出射光の出射角度θにおける放射強度をＩ（θ）として、前記発光素子の前記出射角度θに応じた放射強度によって定まる常数をｋとしたとき、
Ｉ（θ）＝ｋ・ｃｏｓθ＋（１−ｋ）・ｓｉｎθ
（ただし、ｋ≦０．８）
であることが好ましい。
【００２５】
上記ＬＥＤライトにおいて、発光素子は、発光する光に対して光透過性を示す透光性基板を有するようにしてもよい。
【００２６】
上記ＬＥＤライトにおいて、封止手段は、発光素子を覆う光拡散材料を含むようにしてもよい。
【００２７】
上記ＬＥＤライトにおいて、光拡散材料は、蛍光体であってもよい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。
以下の説明では、発光素子の中心軸をＺ軸とし、このＺ軸上の発光素子の上面位置を原点とし、原点でＺ軸にそれぞれ直交するＸ軸とＹ軸を設けた座標系を定義する。但し、Ｚ軸は中心軸Ｚとも称す。
【００２９】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るＬＥＤライト１の全体構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ｂ）のＰ部分の拡大図である。このＬＥＤライト１は、円盤形状の本体の中心に所定の配光特性を有する発光素子６を用いたＬＥＤ２と、ＬＥＤ２の周囲に同心円状で階段構造の反射面３ａを備えた反射鏡３とを有する。
【００３０】
反射鏡３は、透明アクリル樹脂によって成形されており、成形後に上面にアルミ蒸着を施して鏡面化することによって反射面３ａを形成している。各反射面３ａは、（ｃ）に示すように、Ｘ−Ｙ平面に対して約４５度に傾斜しており、Ｘ（Ｙ）方向から入射する光を反射してＺ方向に放射させる。
【００３１】
図２は、ＬＥＤ２を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。このＬＥＤ２は、リードフレーム５ａ，５ｂと、発光素子６と、リードフレーム５ｂと発光素子６とを電気的に接続するボンディングワイヤ７と、リードフレーム５ａ，５ｂおよび発光素子６とを一体的に封止するとともに光学面が形成される透明エポキシ樹脂８と、平坦面９ａおよび反射面９ｂとを有する反射鏡９と、発光素子６を中心とする球面の一部を成して光をＸ−Ｙ方向に放射する放射面１０より構成されている。
【００３２】
リードフレーム５ａ，５ｂは、銅合金で形成されてＸ−Ｙ平面上に絶縁のための間隙を介して設けられており、面積の広いリードフレーム５ａの原点位置に発光素子６を実装している。
【００３３】
発光素子６は、直方体形状を有し、リードフレーム５ａにフェイスアップ接合されており、上面が発光面となっている。また、使用個数を極力少なくしてＬＥＤ２の発光強度を所定値に維持する目的から、大電流タイプ（高出力タイプ）のものが用いられている。なお、発光素子６をフリップチップ接合によってリードフレーム５ａに実装してもよい。
【００３４】
透明エポキシ樹脂８は、屈折率１．５５のエポキシ樹脂を使用し、その上面の中心部分（発光素子６の直上部分）に平坦面９ａを有する。また、この平坦面９ａに続いて反射面９ｂを設けることによって反射鏡９を形成している。この反射鏡９に発光素子６を近接配置して一体的にモールド成形することによって近接光学系を形成している。
【００３５】
反射鏡９は、発光素子６から放射される光を直上方向へ放射する平坦面９ａと、図の座標原点である発光素子６の発光面の中央部を焦点としＸ軸を対称軸とする放物線の一部を中心軸Ｚの周りに回転させた円状の反射形状を成す反射面９ｂとを有する。なお、用途に応じて、反射鏡９に平坦面９ａを設けない構成とすることも可能である。
【００３６】
また、反射鏡９は、発光素子６から放射された光を反射する第１の反射鏡であり、（ｃ）に示すように反射面９ｂの半径Ｒは、発光素子６に対して大なる立体角を形成して放射される光の大半を有効に側面に放射できるよう、ここではＨ＝２．０ｍｍ、Ｒ＝３．５ｍｍで形成されて放射面１０の高さＨと半径Ｒとの関係がＨ＜Ｒとなっている。また、近接光学系を形成して比較的大なる立体角が形成されるように発光素子６と平坦面９ａとの間隔（透明エポキシ樹脂８の厚さ）ｈは０．５ｍｍに設定されている。
【００３７】
図３は、発光素子６の構成を示し、最下層から最上層にかけて、Ｎ型ＧａＡｓ基板１０１と、Ｎ型ＡｌＩｎＧａＰクラッド層１０２と、発光層を有する層１０３と、Ｐ型ＡｌＩｎＧａＰクラッド層１０４と、Ｐ型ＧａＰウインドウ層１０５とが順次形成されており、Ｐ型ＧａＰウインドウ層１０５の上に、このウインドウ層１０５とオーミック接触するためのＡｕＺｎコンタクト１０６を介してＡｌボンディングパッド（正電極）１０７が形成されている。さらに、Ｎ型ＧａＰ基板１０１の下にはＡｕ合金電極（負電極）１０８が形成されている。なお、Ｎ型ＧａＡｓ基板１０１は、発光層で発光する光の波長に対し不透明であり、Ｎ型ＡｌＩｎＧａＰクラッド層１０２およびＰ型ＡｌＩｎＧａＰクラッド層１０４は、透光性があるものである。
【００３８】
図４は、発光素子６の配光特性を説明する概念図である。発光素子６の上面６ａおよび側面６ｂ（４側面）から放射される放射強度は、上面６ａから放射される放射強度と４つの側面６ｂから放射される放射強度との総和となり、配光特性Ｉ（θ）は以下の式（１）で表される。
Ｉ（θ）＝ｋ・ｃｏｓθ＋（１−ｋ）・ｓｉｎθ …（１）
【００３９】
ここで、ｋ・ｃｏｓθは上面６ａから放射される放射強度を示し、（１−ｋ）・ｓｉｎθは側面６ｂから放射される放射強度を示す。θは、発光素子６におけるＺ軸に対する角度であり、ｋの値が変化すると、上面６ａから放射される光と側面６ｂから放射される光の配分が変化する。
【００４０】
図５は、上記した式（１）に基づく配光特性の異なる発光素子６に対して、θを変化させたときの放射強度（Ｚ軸方向）の変化を示し、（ａ）は、発光素子６に対する角度の定義を示す。（ｂ）は、ｋ＝１で上面６ａから１００％の光が放射される状態（上１００％）であり、（ｃ）は、ｋ＝０．８で上面６ａから８０％、側面６ｂから２０％の光が放射される状態（上８０％）である。また、（ｄ）は、ｋ＝０．６で上面６ａから６０％、側面６ｂから４０％の光が放射される状態（上６０％）である。
【００４１】
発光素子６は、Ｎ型ＧａＡｓ基板１０１が発光色に対して黒色の吸収体となることから、発光層を有する層１０３での発光に基づく光が上面から放射される割合が大になる特性で、およそｋ＝０．８である。即ち、上面６ａから８０％の光が放射され、側面６ｂのそれぞれから５％の光が放射される。このような所望の配光特性を得るには、エピタキシャル層の厚さや、発光素子６の形状を調整する。
【００４２】
図５（ｂ）に示す配光特性の発光素子６では、光は上面６ａから放射され、θが大になるにつれて放射強度が低下し、θ＝９０°ではほぼ０になっている。また、（ｃ）の配光特性の発光素子６では、側面６ｂからも光が放射される構造であり、θ＝０での放射強度は（ｂ）に示す発光素子より小になるが、θ＝９０°でも放射強度が０とはならずに、Ｘ−Ｙ方向に光が放射される。また、（ｄ）の配光特性の発光素子６では、（ｃ）に示す発光素子６より側面６ｂから放射される光量が大であり、そのことによってθ＝０での放射強度は小になるが、θの変化による放射強度の低下が（ｂ）および（ｃ）に比べて小になっており、かつ、θ＝９０°でも放射強度が０とはならずに、Ｘ−Ｙ方向に光が放射される。
【００４３】
ＬＥＤ２の配光特性は、上記した発光素子６の配光特性と、発光素子６、平坦面９ａ、反射面９ｂおよび放射面１０からなる光学面の位置精度と、発光素子６のリードフレーム５ａへの実装位置精度と、リードフレーム５ａと上記した光学面とを一体的にモールド成形する際の型に対するセッティング位置精度とに依存する。図２（ｂ）に示したθ方向の配光に偏りが生じないようにするには、Ｚ軸を中心とする放射面１０の周方向（３６０°）に放射される光の均一性が求められるが、発光素子６と光学面との位置ずれがあると、ずれ量に応じてθ方向の配光むらが生じる。特に、本発明に示すＬＥＤ２の近接光学系においては、僅かな位置ずれの発生によって配光むらが発生しやすいという構成上の特性を有する。
【００４４】
図６は、ＬＥＤ２において発光素子６の中心軸が光学面に対してＸ軸方向ずれを生じたときの配光特性の変化による、ＬＥＤ２から直接上方へ放射される光と反射面３ａへ至る光との光量変化を示し、ＧａＡｓ基板を有する発光素子６を用いた場合、生産時にＸ軸方向にずれ量が生じると有効放射効率比が低下する。同図においては、特に、０．３ｍｍ以上で明確に低下している。
【００４５】
図７（ａ）および（ｂ）は、ＬＥＤ２から放射される光量の観測条件を示し、ＬＥＤ２の周囲全方向を３２分割したΦｉｊで示した図である。（ａ）に示すように、ＬＥＤ２のＺ軸を中心とする周囲３６０°を８つに分割（ｊ＝１〜８）し、（ｂ）に示すように、Ｚ軸に対し０°〜２０°までの角度範囲（ｉ＝１）、２０°〜６０°までの角度範囲（ｉ＝２）、６０°〜１００°までの角度範囲（ｉ＝３）、１００°〜１８０°までの角度範囲（ｉ＝４）を示し、以下、ＬＥＤ２からこれら領域へ放射される光量について説明する。ここでは、Ｚ軸に対し０°〜２０°までの角度範囲領域はＬＥＤ２から直接Ｚ軸近傍へ外部放射される光、Ｚ軸に対し６０°〜１００°までの角度範囲領域は、ＬＥＤ２から反射鏡３へ放射された後、反射鏡３でＺ軸近傍方向へ反射され外部放射される光が想定されている。
【００４６】
図８（ａ）は、図７に示す観測条件で上１００％の配光特性を有する発光素子６を用いたときのＬＥＤ２の全光量偏りを示し、全光量偏りは、Ｘ方向に０．０から０．５ｍｍまでの６段階のずれ量が生じた条件を設定して求めたものであり、各方向についての全光量偏りを線で結んで示している。ずれ量が大になるにつれて全光量偏りが大になっている。同図（ｂ）は、上８０％の配光特性を有する発光素子６を用いたときのＬＥＤ２の全光量偏りを示し、発光素子６が側面６ｂから光を放射する構造であるので、全光量偏りが改善されている。
【００４７】
このように、発光素子６の横方向から放射される光の量が大になるにつれて、発光素子６と光学面との位置ずれによる有効放射範囲の全光量偏りが小になる。従って、ｋ＝０．８以下の配光特性を有する発光素子６を用いれば、リードフレーム５ａに実装された発光素子６の位置が、Ｚ軸からＸ軸（又はＹ軸）方向に０．１ｍｍ以内の寸法ずれを生じたとしても、発光素子６の配光特性によって補うことが可能になるので、有効放射範囲の全光量偏りはほぼ無くなり、視覚上影響の無いものとなる。
【００４８】
上記したＬＥＤ２は、例えば、トランスファーモールド法によって製造することができる。以下にトランスファーモールド法による製造方法を説明する。ここでは、ｋ＝０．８の配光特性を有する発光素子６を用いる。まず、プレス加工によって形成されたリードフレーム５ａに発光素子６をフェイスアップ接合する。次に、発光素子６のＡｌボンディングパッド１０７とリードフレーム５ｂとをボンディングワイヤ７で電気的に接続する。次に、発光素子６を実装されたリードフレーム５ａ、５ｂを上下に分割可能な金型に載置し、上下から挟んで位置決めをする。次に、透明エポキシ樹脂８を金型内に注入する。次に、透明エポキシ樹脂８を１６０℃、５分の硬化条件で硬化させる。次に、金型を上下分離して透明エポキシ樹脂８を硬化させたＬＥＤ２を取り出す。なお、金型と透明エポキシ樹脂８との離型性を良好にするために、透明エポキシ樹脂８は剥離成分を含有させたもの等が用いられる。
【００４９】
次に、ＬＥＤライト１の動作について説明する。
操作者によってＬＥＤライト１の電源スイッチ（図示せず）が投入されると、図示しない電源部はリードフレーム５ａ，５ｂに電圧を印加する。発光素子６は電圧の印加に基づいて発光する。発光素子６から放射されてＺ軸に沿って直上に放射される光は平坦面９ａから透明エポキシ樹脂８外へ放射され、外部放射される。また、発光素子６から放射される光のうち５０〜６０％が、発光素子６に対する約２．７ｓｔｒａｄの立体角を有した反射面９ｂへ至り、発光素子６から放射されてＺ軸に対して略水平方向に放射された光は、直接放射面１０に至り、そのままＸ−Ｙ平面に略平行な方向に放射面１０から外部放射される。
【００５０】
ＬＥＤ２からＸ−Ｙ平面に略平行に放射された光は、反射鏡３の反射面３ａで略Ｚ軸方向へ反射され、外部へ放射される。
【００５１】
上記した第１の実施の形態のＬＥＤライト１によれば、近接光学系を構成するＬＥＤ２の発光素子６についての配光特性Ｉ（θ）＝ｋ・ｃｏｓθ＋（１−ｋ）・ｓｉｎθにおけるｋを０．８以下に設定し、かつ、発光素子６と光学面とをトランスファーモールド法で一体的に形成するようにしたので、ＬＥＤ２から放射されて反射鏡３に到達するＸ軸方向の光は、有効放射範囲の全光量偏りが殆どなく、反射鏡３によってＺ軸方向へほぼ均等に放射することができる。これにより、反射鏡面が大で表面の明るさの差がなく、見栄えの良好な薄型の灯具とすることができる。これにより、自動車のテールライトやブレーキライトに適用すれば、自動車の真後ろだけでなく、横方向からの光の視認性も向上させることができる。
【００５２】
なお、上記したＬＥＤライト１では、一例としてｋ＝０．８の配光特性を有する発光素子６を用いたＬＥＤ２を用いた構成を説明したが、ｋ＝０．８以下の配光特性を有する発光素子６を用いれば発光素子６と光学面との位置ずれによる有効放射範囲の全光量偏りを実用上問題を生じないレベルまで小にできる。
【００５３】
また、トランスファーモールド法によるＬＥＤ２の製造では、金型でリードフレーム５ａ、５ｂを挟持した状態で金型内部に透明エポキシ樹脂８を注入するので、発光素子６と光学面との位置決め精度を±０．１ｍｍの高精度で実現することが可能になり、ｋ＝０．８の発光素子６を用いて構成される近接光学系であってもＬＥＤ２の個体差による配光特性のばらつきを防いで安定した品質のＬＥＤライト１を提供することができる。
【００５４】
また、発光素子６を封止する透光性材料として、透明エポキシ樹脂８を用いた構成を説明したが、透光性およびその他の光学的特性が同等の他の透光性材料であってもよい。また、反射鏡３を構成する樹脂材料として、透明アクリル樹脂を用いているが、その他の透明樹脂を始めとして、他の材料を用いることもできる。さらに、ＬＥＤライト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、実施の形態に限定されるものではない。
【００５５】
また、反射面９ｂは、鏡面処理を施さずに樹脂の全反射を応用したものとして説明したが、金属蒸着などによる鏡面処理を施されたものであっても良い。
【００５６】
図９は、本発明の第２の実施の形態に係るＬＥＤ２ａを示し、（ａ）はＺ方向から見たＬＥＤ２ａの平面図、（ｂ）は（ａ）の発光素子６の部分における縦断面図である。このＬＥＤ２ａは、透光性を有するＮ型ＧａＰ基板を用いたＧａＰ基板ＡｌＩｎＧａＰからなり、上６０％（ｋ＝０．６）の配光特性を有する発光素子６と、銅合金で構成されて樹脂封止部分を折り曲げ加工されたリードフレーム５ｂ，５ｃとを有して構成されており、発光素子６はリードフレーム５ｃの先端に実装されている。その他、第１の実施の形態と同一の構成を有する部分については同一の引用数字を付しているので重複する説明を省略する。
【００５７】
図１０は、ｋ＝０．６の配光特性を有する発光素子６を用いたときのＬＥＤ２の全光量偏りを示し、発光素子６の側面６ｂから放射される光の量が大になることにより、ｋ＝０．８の配光特性を有する発光素子６を用いたときに比べてＸ＝０．４ｍｍでも±２０％以内の配光偏りに留まり、全光量偏りが改善されている。ｋ＝０．６の発光素子６は、発光素子６の内部での反射に基づく側面６ｂからの放射量を増大させるように基板にＧａＰ等の発光色に対して光透過性を示す材料を用いて形成する。
【００５８】
ＬＥＤ２ａは、例えば、キャスティングモールド法によって製造することができる。以下にキャスティングモールド法による製造方法を説明する。ここでは、ｋ＝０．６の配光特性を有する発光素子６を用いる。まず、プレス加工によってリードフレーム５ｂ，５ｃを打ち抜き加工する。このとき、リードフレーム５ｂ，５ｃは分断せずに複数個分の後端がリードで連結された状態にする。次に、リードで連結された後端を支持部材に固定する。次に、リードフレーム５ｂ，５ｃに曲げ加工を施して所望の形状にする。次に、リードフレーム５ｃの先端に発光素子６をフェイスアップ接合する。次に、発光素子６のＡｌボンディングパッド１０７とリードフレーム５ｂとをボンディングワイヤ７で電気的に接続する。次に、リードフレーム５ｂ，５ｃをモールド成形用のキャスティング上に移動させる。次に、キャスティング内に透明エポキシ樹脂８を注入する。次に、透明エポキシ樹脂８を注入されたキャスティング内にリードフレーム５ｂ，５ｃを浸漬する。次に、キャスティングおよびリードフレーム５ｂ，５ｃを配置した空間を真空にして透明エポキシ樹脂８の気泡抜きを行う。次に、透明エポキシ樹脂８を１２０℃、６０分の硬化条件で硬化させる。次に、キャスティングから透明エポキシ樹脂８を硬化させたＬＥＤ２ａを取り出す。
【００５９】
上記した第２の実施の形態のＬＥＤ２ａによれば、発光素子６に透光性を有したＮ型ＧａＰ基板を用いるとともにｋ＝０．６の配光特性を有するように構成しているので、Ｎ型ＧａＡｓ基板を有する発光素子６を用いたＬＥＤ２より広範囲の配光特性が得られる。このことから、発光素子６と光学面との位置ずれが生じたとしても、そのずれ量が小であるときは有効放射範囲の全光量偏りを実用上問題を生じないレベルに抑えることができる。
【００６０】
また、キャスティングモールド法では、リードフレーム５ｂ，５ｃの先端（自由端）がキャスティングで支持拘束されていないので、発光素子６と光学面との位置決め精度は±０．２ｍｍとトランスファーモールド法による製造より低下する。特に、平板リードフレームの先端の板厚部に発光素子６がマウントされるものは、高い位置決め精度の実現が困難である。しかし、位置決め精度の許容範囲が大になることによって生産性を向上させることができ、量産性に優れる。透明エポキシ樹脂８の長時間硬化を行うことで熱応力むらは小になり、リードフレーム５ｂ，５ｃと透明エポキシ樹脂８の剥離が生じにくくなる。なお、製造工程管理や発光素子６の配光特性を選別することで、配光特性の安定化を図ることは可能である。
【００６１】
図１１は、本発明の第３の実施の形態に係るＬＥＤ２ｂを示し、（ａ）はＺ方向から見たＬＥＤ２ｂの平面図、（ｂ）は（ａ）の発光素子６の部分における縦断面図である。このＬＥＤ２ｂは、透光性を有するＮ型ＧａＰ基板を用いたＧａＰ基板ＡｌＩｎＧａＰからなり、上４０％（ｋ＝０．４）の配光特性を有する発光素子６と、銅合金で構成された平板状のリードフレーム５ｂ，５ｄとを有して構成されている。その他、第１および第２の実施の形態と同一の構成を有する部分については同一の引用数字を付しているので重複する説明を省略する。
【００６２】
ｋ＝０．４の発光素子６は、ｋ＝０．６の発光素子６より小サイズ（例えば、０．３ｍｍ角）に形成されており、そのことで発光素子内部での吸収損失が小になって側面６ｂからの放射量が更に増大されている。
【００６３】
発光素子６は、プレス加工により打ち抜かれたリードフレーム５ｃの先端に実装されている。
【００６４】
上記した第３の実施の形態のＬＥＤ２ｂによれば、リードフレーム５ｄの先端に発光素子６を実装しているので、有効放射範囲の全光量偏りを抑えながら量産性に優れ、リードフレーム５ｂ，５ｄと透明エポキシ樹脂８との接触面積を小にでき、そのことによって剥離をより生じにくくすることができる。また、リードフレーム５ｂ，５ｄの曲げ加工等の作業工程を不用にできるので、生産性を向上させることができる。
【００６５】
また、発光素子６に透光性を有するＮ型ＧａＰ基板を用いているので、第２の実施の形態と同様にＮ型ＧａＡｓ基板を有する発光素子６を用いたＬＥＤ２に比べて広範囲の配光特性が得られる。このことから、発光素子６と光学面との位置ずれが生じたとしても、そのずれ量が小であるときは有効放射範囲の全光量偏りを実用上問題を生じないレベルに抑えることができる。
【００６６】
図１２は、本発明の第４の実施の形態に係るＬＥＤ２ｃを示し、Ａｌ2Ｏ3基板ＧａＮからなる発光素子６と、銅合金で構成されて樹脂封止部分を折り曲げて形成されたリードフレーム５ｂ，５ｄと、光学面を備えた透明エポキシ樹脂８を有して構成されており、発光素子６はリードフレーム５ｄの先端に実装されている。また、発光素子６は蛍光体を含有した封止樹脂８ｓによって半球状に封止されている。同図においては透明エポキシ樹脂８を透明部材として示している。その他、第１、第２、および第３の実施の形態と同一の構成を有する部分については同一の引用数字を付しているので重複する説明を省略する。
【００６７】
上記した第４の実施の形態のＬＥＤ２ｃによれば、リードフレーム５ｄの先端に実装された発光素子６を封止樹脂８ｓで半球状に封止しているので、広範囲の配光特性を有しない発光素子６を用いた場合でも蛍光体から放射される励起光によって光を拡散でき、そのことによって配光特性を本発明の近接光学系に適するものとすることができる。
【００６８】
蛍光体は、例えば、Ｃｅ：ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）を用いることができる。なお、配光特性を向上させるものとして、蛍光体に代えて光拡散材を封止樹脂８ｓに混入し、光拡散材で光を拡散させるようにしても同様の効果を奏することができる。光拡散材は、例えば、酸化チタン、アルミナ、あるいはＳｉＯ2を用いることができる。
【００６９】
なお、上記した各実施の形態では、発光素子６についてＧａＡｓ系の基板を用いた構成を説明したが、配光特性に応じてＧａＰ基板ＡｌＩｎＧａＰ系あるいはＧａＮ系のものを用いることも可能であり、また、発光波長に対して基板が透光性を有するもの、あるいは不透光性のものを選択的に使用することもでき、ＬＥＤライト１に適用可能な発光素子６であれば特に限定されない。
【００７０】
また、発光ダイオードについては、発光素子を封止するとともに反射面および側面反射面をモールド成型したものとして説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、透光性樹脂で別途形成した反射面および側面反射面を発光素子とともに光透過性材料で封止することによって取り付けることで、発光素子に対する近接光学系を形成することもできる。
【００７１】
また、上記した各実施の形態では、反射鏡９が発光素子６の原点を焦点とし、Ｘ軸を対称軸とする放物線の一部を中心軸Ｚの周りに回転させた円状の反射形状を成し、放射面１０が発光素子６を中心とする球面の一部を成す形状を有するものとして説明したが、中心軸Ｚに対して大きな角度を成し、発光素子６から放射される光を略側面方向へ放射することのできる形状であれば、特に限定されない。特に、各実施例に示す透明エポキシ樹脂８の形状およびＨ＜Ｒの関係が成立する条件においては、発光素子６に対して反射鏡９が近接することになり、光学系の位置精度によるＬＥＤの配光特性の安定性について同様に効果を得ることができる。なお、Ｈ＜Ｒの関係を満たさない場合でも、ｈ＜１ｍｍであるときは同様の効果が得られる。また、反射面９ｂは、発光素子６との最短距離が図２（ｃ）に示した半径Ｒに対して１／２未満となるようにして近接光学系を形成した場合でも配光特性の安定性を高めることができる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の発光ダイオードは、電源供給手段に実装された発光素子と、
前記発光素子を封止する透光性材料による封止手段とを有し、
前記封止手段は、前記発光素子から放射された光を前記発光素子の中心軸と直交ないしは中心軸と大きな角度をなす方向へ反射する反射面と、前記反射面によって反射された光を側面から放射する側面放射面とを有し、前記反射面は前記発光素子との最短距離が前記反射面の半径Ｒに対し１／２未満となり、前記発光素子に対して近接光学系を形成することを特徴とする。
このような構成によれば、発光ダイオードを薄型化しながら発光素子から放射される光が中心軸方向だけでなく中心軸に直交する方向にも放射できるようになり、かつ、発光素子と反射面との近接に基づいて中心軸に直交する方向への放射性が大になることから、放射範囲の広範囲な配光特性が得られる。
【００７３】
また、発光素子の中心軸と第１の反射鏡の中心軸との位置ずれが生じたとしても、ＬＥＤライトの表面の明るさに差が生じないようにすることができる。
【００７４】
また、発光素子の配光特性にばらつきを有した光源を用いたとしても、広範囲な放射範囲へ光が放射されることにより、ＬＥＤライトの表面の明るさに差が生じないようにすることができる。
【００７５】
また、本発明の発光ダイオードは、電源供給手段に実装された発光素子と、この発光素子を封止する透光性材料による封止手段とを有し、前記封止手段が前記発光素子から放射された光を前記発光素子の中心軸と直交ないしは中心軸と大きな角度をなす方向へ反射する反射面と、前記反射面によって反射された光を側面から放射する側面放射面を有し、前記反射面は、前記発光素子の発光面から前記反射面の端縁にかけての前記発光素子の中心軸方向の高さＨより半径Ｒが大なる寸法を有して形成されて前記発光素子に対して近接光学系を形成することを特徴とする。
このような構成によれば、発光ダイオードを薄型化しながら発光素子から放射される光が中心軸方向だけでなく中心軸に直交する方向にも放射されるので、放射範囲が広範囲な配光特性が得られる。
【００７６】
また、上記発光ダイオードにおいて、発光素子は、中心軸方向に対する出射光の出射角度θにおける放射強度をＩ（θ）として、発光素子の出射角度θに応じた放射強度によって定まる常数をｋとしたとき、
Ｉ（θ）＝ｋ・ｃｏｓθ＋（１−ｋ）・ｓｉｎθ
（ただし、ｋ≦０．８）
であるように設けることにより、側面方向への配光特性が向上し、広範囲に安定した光量を放射することができる。
【００７７】
また、上記発光ダイオードにおいて、発光素子は、常数ｋについて、ｋ≦０．６とすることにより、側面方向への配光特性がより向上する。また、発光素子について配光特性のばらつきが生じたとしても広範囲に安定した光量を放射することができる。
【００７８】
また、上記発光ダイオードにおいて、発光素子は、発光する光に対して光透過性を示す透光性基板を有するようにすると、発光素子内で反射された光を外部に放射させることができ、発光素子の放射効率を高めることができる。
【００７９】
また、上記発光ダイオードにおいて、封止手段は、発光素子を覆う光拡散材料を含むようにすると、発光素子から放射された光が光拡散材料で拡散されることによって広範囲に放射することができる。
【００８０】
また、上記発光ダイオードにおいて、光拡散材料に蛍光体を用いると、発光素子から放射された光によって蛍光体が励起されることにより励起光が放射されてより広範囲に明るさが均一な光を放射することができる。
【００８１】
また、上記発光ダイオードにおいて、封止手段は、発光素子の中心軸部分における前記発光素子の発光面側の厚さｈが１ｍｍ以下に形成されることによって、発光素子の直上部分から外部に光を放射でき、光放射の中抜け状態を防げる。
【００８２】
また、上記発光ダイオードにおいて、発光素子は、電源供給手段の端部に実装されることによって、量産性に優れる既存の製法および装置を用いることが可能になる。
【００８３】
また、本発明のＬＥＤライトは、電源供給手段に実装された発光素子と、
前記発光素子を封止する透光性材料による封止手段とを有し、
前記封止手段は、前記発光素子から放射された光を前記発光素子の中心軸と直交ないしは中心軸と大きな角度をなす方向へ反射する反射面と、前記反射面によって反射された光を側面から放射する側面放射面とを有し、前記反射面は前記発光素子との最短距離が前記反射面の半径Ｒに対し１／２未満となり、前記発光素子に対して近接光学系を形成する発光ダイオードと、
前記発光ダイオードから放射される光を反射する反射鏡とを有することを特徴とする。
このような構成によれば、発光素子から放射される光が中心軸方向だけでなく中心軸に直交する方向にも放射されるようになり、かつ、発光素子と反射面との近接に基づいて中心軸に直交する方向への放射性が大になることから、視認性に優れ、斬新な視覚をＬＥＤライトに付与するとともに放射範囲の広範囲な配光特性が得られる。
【００８４】
また、本発明のＬＥＤライトは、電源供給手段に実装された発光素子と、この発光素子を封止する透光性材料による封止手段とを有し、前記封止手段が前記発光素子から放射された光を前記発光素子の中心軸と直交ないしは中心軸と大きな角度をなす方向へ反射する反射面と、前記反射面によって反射された光を側面から放射する側面放射面を有し、前記反射面は、前記発光素子の発光面から前記反射面の端縁にかけての前記発光素子の中心軸方向の高さＨより半径Ｒが大なる寸法を有して形成されて前記発光素子に対して近接光学系を形成する発光ダイオードと、
前記発光ダイオードから放射される光を反射する反射鏡とを有することを特徴とする。
このような構成によれば、発光素子から放射される光が中心軸方向だけでなく中心軸に直交する方向にも放射されるので、放射範囲が広範囲な配光特性のＬＥＤライトが得られる。
【００８５】
上記ＬＥＤライトにおいて、発光素子は、前記中心軸方向に対する出射光の出射角度θにおける放射強度をＩ（θ）として、前記発光素子の前記出射角度θに応じた放射強度によって定まる常数をｋとしたとき、
Ｉ（θ）＝ｋ・ｃｏｓθ＋（１−ｋ）・ｓｉｎθ
（ただし、ｋ≦０．８）
であることを特徴とする。
このような構成によれば、発光素子から側面方向に放射される光が増大し、反射鏡との位置精度によって光照射性のばらつきを生じにくい高輝度のＬＥＤライトが得られる。
【００８６】
上記ＬＥＤライトにおいて、発光素子は、発光する光に対して光透過性を示す透光性基板を有するようにすると、発光素子内で反射された光を外部に放射させることができ、高輝度のＬＥＤライトが得られる。
【００８７】
上記ＬＥＤライトにおいて、封止手段は、発光素子を覆う光拡散材料を含むようにすると、発光素子から放射された光が光拡散材料で拡散されることによって視認性を向上したＬＥＤライトが得られる。
【００８８】
上記ＬＥＤライトにおいて、光拡散材料は、蛍光体に蛍光体を用いると、発光素子から放射された光によって蛍光体が励起されることにより励起光が放射されてＬＥＤライトの輝度を大にできるとともに視認性をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係るＬＥＤを用いたＬＥＤライトの全体構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ｂ）のＰ部分の拡大図である。
【図２】第１の実施の形態に係るＬＥＤの構成を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は各部のサイズを示す側面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る発光素子の構成を示す側面図である。
【図４】第１の実施の形態に係る発光素子の上面および側面から放射される光の放射概念図である。
【図５】第１の実施の形態に係る発光素子の配光特性曲線を示し、（ａ）は発光素子のＺ軸に対する角度の説明図、（ｂ）はｋ＝１のときの放射強度の変化を示す特性図、（ｃ）はｋ＝０．８のときの放射強度の変化を示す特性図、（ｄ）はｋ＝０．６のときの放射強度の変化を示す特性図。
【図６】第１の実施の形態に係るＬＥＤの有効放射効率比とＸ軸方向ずれとの関係図。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、ＬＥＤから放射される光量の観測条件を示す概念図。
【図８】第１の実施の形態に係るＬＥＤの有効放射範囲の全光量偏りを示し、（ａ）は配光特性が上１００％の発光素子を用いたＬＥＤにおける有効放射範囲の全光量偏りを示す特性図、（ｂ）は上８０％の発光素子を用いたＬＥＤにおける有効放射範囲の全光量偏りを示す特性図である。
【図９】第２の実施の形態に係るＬＥＤを用いたＬＥＤライトの全体構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の発光素子部分の縦断面図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る上６０％（ｋ＝０．６）の配光特性を有する発光素子を用いたＬＥＤにおける有効放射範囲の全光量偏りを示す特性図である。
【図１１】第３の実施の形態に係るＬＥＤを用いたＬＥＤライトの全体構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の発光素子部分の縦断面図である。
【図１２】第４の実施の形態に係るＬＥＤを用いたＬＥＤライトの縦断面図である。
【図１３】従来のＬＥＤライトの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１、ＬＥＤライト ３、反射鏡 ３ａ、反射面
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ、リードフレーム
６、発光素子 ６ａ、上面 ６ｂ、側面 ７、ボンディングワイヤ
８、透明エポキシ樹脂 ８ｓ、封止樹脂 ９、反射鏡 ９ａ、平坦面
９ｂ、反射面 １０、放射面 １０１、Ｎ型ＧａＡｓ基板
１０２、Ｎ型ＡｌＩｎＧａＰクラッド層 １０３、発光層を有する層
１０４、Ｐ型ＡｌＩｎＧａＰクラッド層 １０５、Ｐ型ＧａＰウインドウ層
１０６、ＡｕＺｎコンタクト １０７、Ａｌボンディングパッド
１０８、Ａｕ合金電極 ２０２、発光素子
２０３ａ，２０３ｂ、リードフレーム ２０４、ボンディングワイヤ
２０５、透明エポキシ樹脂 ２０６、反射鏡 ２０７、フレネルレンズ
２０９、樹脂レンズ ２０９ａ、界面
Claims (8)
- 電源供給手段に実装され、側面（６ｂ）から２０％以上の光を放射する配光特性を有する発光素子（６）と、
この発光素子を封止する透光性材料（８）による封止手段とを有し、
前記封止手段は、
前記発光素子から放射された光を前記発光素子の中心軸と略直交する方向へ反射する上面反射面（９ｂ）と、
前記上面反射面によって反射された光を前記発光素子の中心軸と略直交する方向へ放射する側面放射面（１０）と、
前記上面反射面の中心部分に形成され、前記発光素子から放射される光を直上方向へ放射する平坦面（９ａ）と、を有する発光ダイオードを製造するにあたり、
リードフレーム（５ａ，５ｂ，５ｃ）の先端に前記発光素子をフェイスアップ接合又はフリップチップ接合し、
前記リードフレームを、当該リードフレームの先端が支持拘束されない状態で支持部材に固定し、
モールド成型用の型に前記透光性材料を注入することにより、前記型の内部にて前記リードフレームを前記透光性材料に浸漬し、
前記透光性材料を所定の硬化条件で硬化させ、
前記型から前記透光性材料を硬化させた発光ダイオードを取り出す発光ダイオードの製造方法。 - 前記透光性材料は、キャスティングモールド法により成型される請求項１に記載の発光ダイオードの製造方法。
- 前記発光素子は、発光する光に対して光透過性を示す透光性基板を有する請求項１または２に記載の発光ダイオードの製造方法。
- 前記封止手段は、前記発光素子を覆う光拡散材料を含む請求項１から３のいずれか１項に記載の発光ダイオードの製造方法。
- 前記光拡散材料は、蛍光体である請求項４に記載の発光ダイオードの製造方法。
- 前記封止手段は、前記発光素子の中心軸部分における前記発光素子の発光面側の厚さｈが１ｍｍ以下に形成されている請求項１から５のいずれか１項に記載の発光ダイオードの製造方法。
- 前記発光素子は、前記電源供給手段の端部に実装されている請求項１から６のいずれか１項に記載の発光ダイオードの製造方法。
- 請求項１から７のいずれか１項に記載の製造方法によって製造された発光ダイオードと、
前記発光ダイオードから放射される光を反射する反射鏡とを有するＬＥＤライト。
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