JPH10150222A

JPH10150222A - 反射型発光ダイオード及び発光ダイオード配列体

Info

Publication number: JPH10150222A
Application number: JP30795696A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Suehiro; 好伸末広; Koji Uchida; 浩二内田
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 1996-11-19
Filing date: 1996-11-19
Publication date: 1998-06-02

Abstract

(57)【要約】【課題】放射面から照射面までの距離が中間距離の場
合であっても照射むらが少なく均一な配光特性となり、
且つディスプレーとして用いた場合に放射面の全面から
光を発するように見える反射型発光ダイオード及び発光
ダイオード配列体を提供する。【解決手段】放射面１５は、マクロ的には平面である
が、ミクロ的に見たときにその表面に多数の微小な凹凸
がランダムな配置で形成された凹凸面とする。ミクロな
凹凸面上のある点をＰとしたとき、この点Ｐの法線ｎ
と、放射面１５のマクロな平面の法線をＮとがなす角θ
が、放射面１５上のすべての点において、一定の範囲内
に収まるように凹凸を形成する。凹面状反射面で反射さ
れた略平行な光束は、放射面１５を通過する際に屈折さ
れ、法線Ｎから数度以内のランダムな方向へと放射され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光素子が発する
光を凹面状反射面で反射した後に外部に放射する反射型
発光ダイオード及びかかる反射型発光ダイオードを複数
個配列した発光ダイオード配列体に関連する。

【０００２】

【従来の技術】従来、所定範囲を照射する光源にはハロ
ゲンランプが多く用いられていた。しかし、ハロゲンラ
ンプは、多量の赤外線を放射するので熱線カットフィル
タを使用しなければならなず、装置が大型化してしま
う。また、ハロゲンランプの光量制御は容易ではなく、
特に、ハロゲンランプをマルチカラーの光源に使用する
場合には、ＲＧＢの色バランス制御を機械制御で行うた
め、色バランス制御も容易でない。さらに、ハロゲンラ
ンプは寿命が短いという問題もある。

【０００３】これに対して、発光ダイオードには上記の
ような欠点がない。そして、近年、発光素子の高輝度化
が達成されたことにより、上記所定範囲を照射する光源
として複数の発光ダイオードを配列した発光ダイオード
配列体を用いることが可能になってきた。この際、発光
ダイオードの発光素子が発する光を集光することによっ
て所望の照度を得る必要がある。このように発光ダイオ
ードの指向性を強くすると、被照射面における照射むら
の問題が生じやすい。また、発光ダイオードとして一般
的なレンズ型の発光ダイオードでは、平行光導出用とし
て設計しても、発光素子が発する光のうち平行光として
外部放射できる光は、全体の２〜３割程度にすぎず、残
りの光は散乱光として無駄になるばかりか、照射むらを
生じさせるものとなる。

【０００４】このような問題を回避するためには、反射
型構造の発光ダイオード（本明細書では、「反射型発光
ダイオード」ともいう）を用いることが好適である。す
なわち、反射型発光ダイオードでは、発光素子が発する
光を一度、凹面状反射面で反射した後に外部に放射する
ので、発光素子が発する光を有効に指向性の強い光とし
て効率よく外部放射することができる。このため照射効
率及び照射密度を高くできる。また、複数の発光ダイオ
ードを密に配列することにより、発光ダイオードの配列
間隔に起因する照射むらを抑え、照射密度の向上を図る
ことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】反射型発光ダイオード
及びこれを用いた発光ダイオード配列体には、上記のよ
うな特長があり、他の構造の発光ダイオードでは実現不
可能な高い照射密度、均斉度を実現することができる。
しかし、更に、高い均斉度を問題にした場合、製造上の
精度が問題となる。これは、発光素子の形状寸法、発光
素子の実装位置、光学面位置、光学面形状等に関する。
例えば、反射型発光ダイオードは、樹脂を光透過性材料
として使用する場合に、反射面や放射面は数十ミクロン
以下の精度で型成形される。型成形時には、硬化収縮や
熱収縮等があり、反射面や放射面は設計値に対し微小な
誤差をもったばらつきのあるものとなる。このような微
小なばらつきであっても、放射される光が照射面上で干
渉しあい、照射むらが生じる。このような反射面の変形
による影響は主として、放射面から照射面までの距離が
放射面の直径（通常、数ミリ〜数十ミリ）の５０倍程度
までの中間距離において問題となる。すなわち、放射面
の直径の５０倍を超えるような長距離では、光源が点光
源ではなく大きさを持つことによって放射分布角が広が
り、このため反射面の変形による影響が緩和されるから
である。一方、至近距離においては、発光素子自体の配
光特性の影響やリードによる影の影響等が大きくなるた
め、たとえ反射面の変形がなくても、照射むらの少ない
分布特性を得ることは困難である。

【０００６】また、複数の反射型発光ダイオードを高い
位置・方向精度で実装しても、単体として上記のような
製造上の精度の問題があり、さらに複数の反射型発光ダ
イオードの照射分布が重複するエリアでは、各反射型発
光ダイオードの照射むらが相互干渉してさらに大きくな
る場合があるという問題があった。また、隣接した反射
型発光ダイオードの特性の連続性に問題が生じ、均斉度
の向上が困難であった。

【０００７】また、反射型発光ダイオードを多数並べて
画像表示用のディスプレーとする場合には、各反射型発
光ダイオードの配光を広げる必要がある。しかし、反射
面の形状を変えることによって配光を広げると、例えば
ディスプレーを正面から見たときに、各反射型発光ダイ
オードの反射面の中央部分で反射された光しか目に達せ
ず、したがって反射面全体が発光しているようには見え
ないので、見栄えが悪くなる。

【０００８】本発明は、上記事情に基づいてなされたも
のであり、放射面から照射面までの距離が中間距離の場
合であっても照射むらが少なく均一な照射特性となり、
且つディスプレーとして用いた場合に放射面の全面から
光を発するように見える反射型発光ダイオード及び発光
ダイオード配列体を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの請求項１記載の発明に係る反射型発光ダイオード
は、発光素子と、前記発光素子に電力を供給するリード
部と、前記発光素子と前記リード部の先端部とを封止す
る光透過性材料と、前記光透過性材料の表面のうち前記
発光素子の発光面に対向する側に設けた凹面状反射面
と、前記光透過性材料の表面のうち前記発光素子の背面
側に設けた放射面とを有し、前記放射面の表面を、各点
の法線の傾きが約３０°以内である多数の微小な凹凸が
形成された凹凸面としたことを特徴とする。

【００１０】請求項５記載の発明は、発光素子と、前記
発光素子に電力を供給するリード部と、前記発光素子と
前記リード部の先端部とを封止する光透過性材料と、前
記光透過性材料の表面のうち前記発光素子の発光面に対
向する側に設けた凹面状反射面と、前記光透過性材料の
表面のうち前記発光素子の背面側に設けた放射面と、前
記放射面の放射方向前面に配置され、一方の表面を各点
の法線の傾きが約３０°以内である多数の微小な凹凸が
形成された凹凸面とした光透過性の光学手段とを具備す
ることを特徴とする。

【００１１】請求項６記載の発明は、発光素子と、前記
発光素子に電力を供給するリード部と、前記発光素子と
前記リード部の先端部とを封止する光透過性材料と、前
記光透過性材料の表面のうち前記発光素子の発光面に対
向する側に設けた凹面状反射面と、前記光透過性材料の
表面のうち前記発光素子の背面側に設けた放射面とを有
する反射型発光ダイオードを、光の放射方向と略垂直な
方向にそれぞれの放射面が同一面となるよう複数個配列
し、一方の表面を各点の法線の傾きが約３０°以内であ
る多数の微小な凹凸が形成された凹凸面とした光透過性
の光学手段を、前記複数の反射型発光ダイオードの放射
面の放射方向前面に配置したことを特徴とする。

【００１２】請求項１記載の発明は、前記より、発光素
子から発せられ、凹面状反射面で反射されて中心軸と略
平行となる平行光は、放射面を通って外部へ放射される
が、このとき、放射面の表面に形成された多数の微小な
凹凸によって、光は所定角度範囲内のランダムな方向へ
放射される。このため、凹面状反射面が設計通りの形状
から変形した場合でも、この変形に起因する照射面上で
の干渉が緩和され、照射むらが軽減され、また、放射さ
れる光は前記所定角度範囲内で均一な強度となる。

【００１３】請求項５記載の発明は、前記より、発光素
子から発せられ、凹面状反射面で反射された光は、放射
面を通り、更に放射面の放射方向前面に配置された光学
手段を透過して射出されるが、このとき、光学手段の表
面にランダムな配置で形成された多数の微小な凹凸によ
って、光はランダムな方向へ射出する。このため、凹面
状反射面が設計通りの形状から変形した場合でも、この
変形に起因する照射面上での干渉が緩和され、照射むら
が軽減され、また、放射される光は前記所定角度範囲内
で均一な強度となる。また、光学手段の一方の表面に形
成された微小な凹凸の法線の傾きを約３０°以内とする
ことにより、界面反射が有効に防止される。

【００１４】請求項６記載の発明は、前記より、各反射
型発光ダイオードからの光の干渉が、複数の反射型発光
ダイオードの放射面の放射方向前面に配置した光学手段
の表面に形成された多数の微小な凹凸によってによって
緩和されるので、発光ダイオード配列体全体の干渉も緩
和され、したがって、照射むらが大幅に軽減され、ま
た、放射される光は前記所定角度範囲内で均一な強度と
なる。また、光学手段の一方の表面に形成された微小な
凹凸の法線の傾きを約３０°以内とすることにより、界
面反射が有効に防止される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施形
態である反射型発光ダイオード（以下単に「発光ダイオ
ード」ともいう）の概略平面図、図２は図１に示す反射
型発光ダイオードのＡ−Ａ矢視方向概略断面図、図３は
図２の放射面に設けられた微小な凹凸を示す概略断面
図、図４及び図５は放射面に入射する光の平行性と放射
面から放射される光の角度分布との関係を説明するため
の図である。

【００１６】図１及び図２に示す発光ダイオード１０
は、発光面の中央に電極が形成された発光素子１１と、
発光素子１１に電力を供給するリード１２ａ，１２ｂ
と、光透過性材料１３と、発光素子１１の発光面と対向
する側に設けられた反射面１４と、発光素子１１の背面
側に設けられた放射面１５と、ボンディングワイヤ１６
を有する。尚、本実施形態では、光透過性材料として透
明エポキシ樹脂（屈折率１．５）を用いる。

【００１７】発光素子１１は、リード１２ａの先端部に
設けられている。ボンディングワイヤ１６は、一端が発
光素子１１の発光面上の中央部に形成された電極に、他
端がリード１２ｂにそれぞれ電気的に接続されている。
発光素子１１と、リード１２ａ，１２ｂの先端部と、ボ
ンディングワイヤ１６は、光透過性材料１３により一体
的に封止されている。反射面１４は、光透過性材料１３
の凸面を鍍金や金属蒸着等により鏡面加工したものであ
る。反射面１４の形状は、発光素子１１の発光面上の点
を焦点とする回転放物面となるように型成形する。放射
面１５は、マクロ的には平面である。したがって、発光
素子１１から発せられた光は、反射面１４で反射される
と、中心軸Ｚに対して略平行な光（以下「平行光」もし
くは「略平行光」ともいう。）となる。

【００１８】放射面１５はマクロ的には平面であるが、
ミクロ的に見るとその表面には多数の微小な凹凸がラン
ダムな配置で形成された凹凸面となっている。図３に、
この微小な凹凸面の一部を拡大した断面を模式的に示
す。図３において、ミクロな凹凸面上のある点をＰとし
たとき、この点Ｐの法線ｎと、放射面１５のマクロな平
面の法線Ｎ（図２の中心軸Ｚに平行となる。）とがなす
角θを、この点Ｐの傾きというものとする。このとき、
放射面１５上のすべての点において、ミクロな傾きが一
定の範囲内に収まるように凹凸を形成する。光学部材の
表面にこのような多数の微小な凹凸をランダムなパター
ン（配置）で形成することは、周知のホログラフィー技
術等によって既に可能となっている。すなわち、上金型
を放射面の側、下金型を反射面の側としてトランスファ
ーモールド法によって反射型発光ダイオードを成形する
際に、上金型の内面にホログラフィー技術を用いて予め
多数の微小な凹凸のランダムパターンを形成しておく。
そして、かかる金型を用いて反射型発光ダイオードを成
形すると、放射面に多数の微小な凹凸のランダムパター
ンが形成された反射型発光ダイオードが得られる。この
ような放射面に、反射面で反射された略平行な光が入射
すると、放射面から出射する光の配光角は広げられ、広
げられた配光角の範囲内において強度が均一となる。

【００１９】放射される光の配光角を広げる手段として
は、例えばすりガラスのような単なるフロスト面を利用
することも考えられるが、フロスト面の場合には、表面
に形成されている凹凸の角度を制御することができず、
表面の凹凸の法線の傾きがランダムとなる。このため、
反射面で反射された略平行光に対して、フロスト面表面
の凹凸の法線の傾きが光透過性材料の屈折率における臨
界角以上の場合は全反射、臨界角以下であっても臨界角
に近い値では反射率が高く、これらの反射光は一次光と
して外部放射できず損失光となり、その割合も５〜８割
と非常に大きく、外部放射効率が著しく低下する。ま
た、反射面で反射された略平行光を特定の角度範囲内に
制御して放射することはできない。またその強度が均一
ではなく、外部放射効率も悪くなる。これに対して、本
実施形態のように、ホログラフィー技術を利用して法線
の傾きが一定の範囲内となるように制御した多数の微小
な凹凸面を放射面の表面にランダムに配置することとす
れば、外部放射効率を下げることなく、一定の角度範囲
内において均一な強度で配光することができる。

【００２０】反射型発光ダイオードはもともと高い均斉
度を有するが、更に高い均斉度を問題とする場合には、
発光素子の形状寸法、発光素子の実装位置、光学面位
置、光学面形状等に関する製造上の精度が問題となる。
例えば、光透過性材料として樹脂を使用する場合には反
射面や放射面は数十ミクロン以下の精度で型成形される
が、型成形時には硬化収縮や熱収縮等があり、反射面や
放射面は設計値に対し微小な誤差をもったばらつきのあ
るものとなる。このような反射面の変形により、主とし
て所謂中間距離における照射面上で光の干渉による照射
むらが生じる場合がある。しかし、放射面１５に上述の
ような多数の微小な凹凸がランダムな配置で形成されて
いると、反射面１４で反射された略平行な光束は、放射
面１５を通過する際に屈折され、法線Ｎから数度以内の
ランダムな方向へと放射される。このため、放射面１５
に上述のような多数の微小な凹凸をランダムな配置で形
成すると、照射面上での光の干渉の効果が緩和され、照
射むらが大幅に軽減されるという効果もある。このとき
の光の放射方向の角度は、凹凸面の傾きの他、光透過性
材料１３の屈折率（ここでは１．５）や発光素子１０の
放射面に対する相対的な大きさなどに依存する。尚、凹
凸は放射面上にランダムな配置で形成されているため、
凹凸で屈折もしくは回折された光が照射面上で干渉し合
うことはない。

【００２１】本実施形態では、略平行な光を放射する用
途、例えば液晶ディスプレーのバックライトとしての用
途などの場合には、凹凸面上のすべての点の傾きが±５
°程度以内に収まるように前記多数の微小な凹凸のラン
ダムパターンを形成する。一方、図１の反射型発光ダイ
オードによって自発光型のディスプレーとして利用する
場合には、配光角を広げるために凹凸の傾きを±５°よ
りも大きな所定角度範囲に収まるようにする。このよう
にした反射型発光ダイオードをディスプレーに利用する
と、各反射型発光ダイオードの放射面で放射される光
が、放射面上の微小な凹凸によって一定角度範囲内の任
意の方向に屈折されて放射されるので、ディスプレーを
正面から見たときでも視認範囲からは放射面全体が発光
しているように見え、見栄えがよくなる。

【００２２】ところで、凹凸の傾きを大きくして配光角
を広げてゆくと界面反射が多くなり、フロスト面との効
果の差が小さなものとなってゆくので、凹凸の傾きは約
３０°以内とすることが望ましい。尚、「約３０°以
内」としたのは以下の理由による。屈折率の大きい媒体
から小さい媒体への光の界面反射特性は、入射角度が臨
界角に近くなる角度までは垂直入射と大差ないが、臨界
角に近くなる角度から急激に反射率が高くなり、臨界角
で全反射となる。この角度は光透過性材料の屈折率に依
存する。しかし、本発明で利用する光透過性材料はモー
ルド成形に適したものであることが必要であり、この点
を考慮したときに具体的に考えられる光透過性材料は、
樹脂、あるいはせいぜいガラスなどに限定される。これ
らの材料の屈折率は１．４〜１．６の範囲であり、屈折
率がこの範囲のときは、入射角が３０°を超えるあたり
から界面反射特性が急激に大きくなって光の取出効率が
低下する。したがって、凹凸の傾きは約３０°以内に抑
えることが望ましい。

【００２３】ところで、上記のようなミクロな傾きが一
定の範囲内に収まるような多数の微小な凹凸を形成した
放射面を用いて光の放射角を広げる場合には、ここに入
射させる光は上記のような略平行な光とすることが重要
となる。図４及び図５を用いて、この点について説明す
る。図４は、放射面に入射してくるすべての光の入射角
がほとんど０°の略平行光の場合であり、（ａ）は放射
面のミクロな凹凸の傾きが、平行光を５°以内に屈折す
るものである場合、（ｂ）は放射面のミクロな凹凸の傾
きが、平行光を２０°以内に屈折するものである場合で
ある。このように放射面から放射される光は、（ａ）の
場合であれば５°以内、（ｂ）の場合であれば２０°以
内において均一な強度で分布する。

【００２４】これに対して図５は、図４（ａ）と同様な
ミクロな凹凸を形成した放射面へ、入射角が１５°以内
の均一な強度分布の光が入射すると仮定した場合の、放
射光の角度分布を示している。この場合、放射面から放
射される光は２０°以内に分布するが、均一な強度では
分布せず、入射光の角度分布特性の影響が残ったものと
なる。これは、例えば放射面から２０°で放射される光
は入射する光のうちのごく一部であり、その一方、放射
面から０°で放射される光は入射する光のうちのある程
度を占めたものになるためである。即ち、放射面から２
０°で放射される光は、放射面に１５°で入射し、放射
面で５°屈折する光のみである。その一方、放射面から
０°で放射される光は、放射面への入射角が５°以内で
入射し、入射角と逆方向に同角度屈折する光の総量とな
る。ディスプレーのような用途には、０°方向と２０°
方向の放射強度に多少差があっても肉眼による視認性は
それほど変わらないが、例えば特定の対象物に光を照射
しそれを機械的に読み取るといった用途では、このよう
な強度の差が読み取り精度等に影響を及ぼす。

【００２５】したがって、一定の角度範囲内において均
一な強度分布の光を得るには、放射面にミクロな傾きが
一定の範囲内に収まるような多数の微小な凹凸を形成す
ると共に、ここに入射する光を略平行な光とする必要が
ある。そこで、発光素子が発する略全光束を反射面によ
って略平行光とすることができる反射型発光ダイオード
の放射面にミクロな傾きが一定の範囲内に収まるような
多数の微小な凹凸を形成することによって、所定の角度
範囲内で均一な強度分布となる光を得ることができる。

【００２６】尚、上記実施形態では、反射面１４を回転
放物面形状としたが、発光素子が発し反射面で反射する
光が略平行光として放射面に入射するものであれば、反
射面をこれ以外の形状としても一定の角度範囲内で均一
な強度分布とできる。図６は、反射面１４′の形状を回
転放物面以外の形状とした第１実施形態の変形例を示す
概略拡大断面図であり、図２の一部を拡大したものに相
当する。図６において、反射面１４′は、発光素子１１
の発光面上の点であって、電極が形成されている部分以
外にある点ｆを焦点とする放物線（その軸Ｈが中心軸Ｚ
と平行であるもの）のうち、点ｆを通り発光素子１１の
発光面の中心Ｏを通る中心軸Ｚに平行な線と放物線との
交点近傍の点をＸ、点ｆを通り中心軸Ｚに略垂直な線と
放物線との交点のうち中心軸Ｚに対し点ｆが位置する側
の交点Ｘ′としたときに、Ｘ−Ｘ′部分を、中心軸Ｚの
回りに回転することにより得られる凹面状に形成されて
いる。尚、放物線のＸ−Ｘ′部分を中心軸Ｚの回りに回
転して凹面を形成した場合、中心軸Ｚの近傍に穴ができ
るが、この部分を含む中心軸Ｚ近傍の反射面は、発光素
子１１が発した光を再び発光素子１１のある方向に反射
させてしまうので、有効利用することができない。した
がって、この部分は凹面と滑らかにつながっていれば、
どのような形状であっても特性上の問題はない。放射面
１５は、マクロ的には中心軸Ｚに垂直な平面状に形成さ
れているが、ミクロ的には上記と同様に多数の微小な凹
凸のランダムパターンが形成された凹凸面となってい
る。

【００２７】このような反射面１４′を設けると、中心
軸Ｚと平行に放射される光が発光素子１１の下面に設け
られた電極によって妨げられる影響を軽減することがで
きるので、中心軸光度（中心軸Ｚ上の光度）を向上させ
ることができる。尚、これについては、本出願人が出願
した特願平６−１９１９９５号（特開平８−３７３２１
号公報）を参照することができる。また、自発光型のデ
ィスプレーとして利用する場合等では、反射面形状を回
転放物面形状あるいはこれに近似される形状以外として
もかまわない。

【００２８】次に本発明の第２実施形態について説明す
る。図７は、第２実施形態である反射型発光ダイオード
の概略断面図である。図７において、図１及び図２と同
一の部分については同一符号を付し、その説明を省略す
る。本実施形態の反射型発光ダイオード２０は、放射面
１５がミクロ的に見ても平面としてあり、図１の放射面
１５に多数の微小な凹凸を形成する代わりに、一方の面
に多数の微小な凹凸を形成した板状の光学プレート２６
を、凹凸が形成されていない面が放射面２５側となるよ
うに本体の放射面２５の前面に置き、これを屈折率が光
透過性材料１３や光学プレート２６と同じ光学接着剤
（図示せず）を介して放射面２５と接着する構造とす
る。本実施形態のような反射型発光ダイオードの場合
は、発光素子の発光面からレンズを介して発光面の前方
へ放射するレンズ型構造の発光ダイオードと異なり、放
射面２５が平坦面である。このため図６に示すような板
状の光学プレート２６を放射面２５の前面に設置するこ
とは容易である。また、このような構造としても、光学
的な作用は第１実施形態の反射型発光ダイオードと同様
である。加えて、このような光学プレート２６を別体で
設ける構造にすると、予め凹凸の角度が異なる種々の光
学プレートを用意しておき、用途に応じて自由に必要な
ものを選択して設置することができるという利点があ
る。

【００２９】光をランダムに拡散する方法として、光拡
散材料を含有した一般の光拡散板や表面の傾きがランダ
ムなすりガラスを上記光学プレート２６と同様に放射面
２５の前面に設置することが考えられる。しかし、光拡
散材料を含んだ光拡散板やすりガラスは光の透過率が低
いため、照射面での照射密度が大幅に低下し、また、光
の拡散角度を制御することもできない。これに対し、本
実施形態において用いる多数の微小な凹凸を形成した光
学プレート２６には十分な透過率があるので、照射面で
の照射密度を高く維持でき、また、凹凸の角度の選択に
よって拡散角度を自由に制御することができる。

【００３０】尚、光学プレート２６は、凹凸が形成され
ていない面を本体側として設置し、放射面２５とは光学
接着剤を介して接着する構造として説明したが、界面反
射による数％の損失が問題とならなければ、他の方法に
よって光学プレート２６を保持し、光学接着剤を用いな
いものとしてもよい。また、光学接着剤を介さない場合
は、凹凸が形成されている面を本体側として設置するこ
とも可能である。このようにすると、凹凸の傾きが同じ
場合でも、界面反射を小さく抑えることができる。

【００３１】次に、本発明の第３実施形態について説明
する。図８（ａ）は第３実施形態の発光ダイオード配列
体の概略平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ矢視
方向概略断面図であり、図９（ａ）は図８の発光ダイオ
ード配列体に使用される反射型発光ダイオードの概略平
面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の反射型発光ダイオード
をｘ軸方向から見たときの概略側面図、同図（ｃ）は同
図（ａ）の反射型発光ダイオードをｙ軸方向から見たと
きの概略側面図、図１０（ａ）はその発光ダイオード配
列体に使用される保持具の概略平面図、図１０（ｂ）は
その保持具のＣ−Ｃ矢視方向概略断面図、図１０（ｃ）
はその保持具のＤ−Ｄ矢視方向概略断面図、図１１はそ
の発光ダイオード配列体に使用される基板の概略平面図
である。尚、図９において、ｚ軸は凹面状の反射面の中
心軸方向、ｘ軸及びｙ軸方向は反射型発光ダイオードの
発光面を含む平面における直交座標軸である。

【００３２】図８に示す発光ダイオード配列体は、６個
の反射型発光ダイオード３０と、保持具５０と、基板７
０とを備える。本実施形態では、複数の反射型発光ダイ
オードを直線状に配列して線状光源を得る場合について
考える。発光ダイオード３０は、図９に示すように、発
光素子３２と、リード３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ
と、ボンディングワイヤ３６と、光透過性材料３８と、
凹面状の反射面４２と、放射面４４と、支持部４６とを
有する。

【００３３】リード３４ａ，３４ｂは、発光素子１２に
電力を供給するためのものである。発光素子３２はリー
ド３４ａ上にマウントされ、発光素子３２とリード３４
ｂとは、ボンディングワイヤ３６により電気的に接続さ
れている。また、発光素子３２、リード３４ａ，３４
ｂ，３４ｃ，３４ｄの先端部及びボンディングワイヤ３
６は、光透過性材料３８により一体的に封止されてい
る。リード３４ａ，３４ｂとリード３４ｃ，３４ｄと
は、光透過性材料３８の側面から互いに反対方向に引き
出されている。ここで、リード３４ｃ，３４ｄは、電気
配線用のものではなく、発光ダイオード３０を基板に固
定するために用いるものであり、支持部４６に取り付け
られる。

【００３４】反射面４２は、光透過性材料３８の一方の
面上に鍍金や金属蒸着等により鏡面加工したものであ
り、発光素子３２の発光面に対向する側に形成されてい
る。ここでは、反射面４２を回転放物面形状又はこれに
近い形状に形成し、その焦点位置に発光素子３２の発光
面の中心を配置する。放射面４４は、発光素子３２の背
面側に形成されている。ここでは、放射面４４は、マク
ロ的には反射面４２の回転軸（ｚ軸）に垂直な平面形状
であり、放射面４４と発光素子３２の発光面とは略平行
とする。かかる発光ダイオード３０では、発光素子３２
が発する光を、反射面４２の中心軸に対して平行な光と
して効率よく取り出し、有効に利用することができる。
このような光は、液晶のバックライトとしても適する。
通常の液晶は液晶の面に対し数度以内の入射角をもって
入射した光しか取り込めないからである。

【００３５】発光ダイオード３０の放射面４４の表面は
マクロ的には平坦な平面形状であるが、ミクロ的には、
第１実施形態の場合と同様に、表面に図３に示すような
多数の微小な凹凸がランダムな配置で形成された凹凸面
となっている。発光ダイオード３０は、反射面４２の端
部がｘ軸に垂直な平面で左右対称に切断されている。こ
れは、反射面２２の切断面が隣合うように発光ダイオー
ド３０を直線状に配列することにより、発光ダイオード
３０の配列間隔を狭くするためである。このように発光
ダイオード３０を密に配列することにより、発光ダイオ
ードの配列間隔に起因する照射むらを抑え、照射密度の
向上を図ることができる。

【００３６】支持部４６は、発光ダイオード３０を保持
具５０に取り付ける場合に、発光ダイオード３０を支持
する役割を果たすものであり、反射面４２の周辺部に形
成される。本実施形態では、反射面４２の端部を左右対
称に切断しているので、支持部４６は、図９（ａ）に示
すように、反射面４２の上下に形成されることになる。
また、支持部４６の下端面４６ａは平面状に形成してい
る。尚、発光ダイオード３０は、最終的にトリミングフ
ォームカットされ、リード３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３
４ｄを裏面側に折り曲げた状態とされる。

【００３７】保持具５０は、複数の発光ダイオードを配
列して保持するためのものである。保持具５０には、嵌
合部５２と、リード差し込み用孔６２ａ，６２ｂと、凸
部６４と、ネジ挿入用の孔６６が形成されている。嵌合
部５２は、各発光ダイオード３０を反射面４２の側から
挿入して嵌め込むものである。本実施形態では、複数の
発光ダイオード３０を反射面４２の切断面を隣合わせて
一列に配列できるように、嵌合部５２を、複数の発光ダ
イオード３０に対して共通に形成している。嵌合部５２
は段差状に形成され、発光ダイオード３０の支持部４６
の下端面４６ａが当接する当接面５５と、発光ダイオー
ド３０の反射面４２を挿入する開口部５７とを有する。
当接面５５は、各発光ダイオード３０の方向を揃えるた
めに精度よく平面状に仕上げられている。長方形状のリ
ード差し込み用孔６２ａは、隣合って配置された発光ダ
イオード３０，３０の隣合う二つのリードを挿入するも
のであり、正方形状のリード差し込み用孔６２ｂは、両
端に配置された発光ダイオード３０の外側の一つのリー
ドを挿入するものである。凸部６４は、保持具５０の前
面であってその四つの隅部に形成されている。孔６６
は、発光ダイオード配列体を収納ボックス等にネジ止め
する際に用いられる。

【００３８】基板７０には、図１１に示すように、発光
ダイオード３０のリード３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４
ｄを挿入するためのリード差し込み用孔７２が形成され
ている。また、基板７０の裏面（基板７０上に発光ダイ
オード１０を配列する側とは反対側の面）には、回路パ
ターン（不図示）が形成されている。かかる発光ダイオ
ード３０を用いて発光ダイオード配列体を形成するに
は、まず、複数の発光ダイオード３０のリード３４ａ，
３４ｂ，３４ｃ，３４ｄを保持具５０に形成されたリー
ド差し込み用孔６２ａ，６２ｂに挿入し、発光ダイオー
ド３０を反射面４２の側から保持具５０に挿入して、支
持部４６を嵌合部５２にはめ込むとともに、支持部４６
の下端面４６ａを当接面５５に当接させることにより、
保持具５０に発光ダイオード３０を取り付ける。次に、
保持具５０のリード差し込み用孔６２ａ，６２ｂから突
き出たリード３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄを、基板
７０に形成されたリード差し込み用孔７２に挿入し、保
持具５０を基板７０上に取り付ける。その後、リード３
４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄを半田付けすることによ
り、発光ダイオード３０を固定するとともに、リード３
４ａ，３４ｂを基板７０上に形成された回路パターンと
接続する。こうして、複数の発光ダイオード３０は、反
射面４２の切断面が隣合うように直線状に配列され、図
８に示すような発光ダイオード配列体が得られる。

【００３９】各発光ダイオード３０の放射面４４の表面
は、第１実施形態の場合と同様に、図３に示すような多
数の微小な凹凸がランダムな配置で形成された凹凸面と
されている。したがって、反射面４２に成形の際の誤差
範囲の設計値に対するずれがある場合でも、反射面４４
で反射された略平行な光束は、放射面４４を通過する際
に屈折され、数度以内のランダムな方向へと放射される
ので、照射面上での照射密度をさほど低下させることな
く照射面上での照射むらを軽減することができる。ま
た、本実施形態のような発光ダイオード配列体の場合に
は、製造誤差によって生じる各発光ダイオード間の特性
ばらつきによる照射むらが問題となる。例えば、発光素
子位置が中心から右へずれていると、発光ダイオードの
放射特性は左へずれたものになる。左右に隣接した発光
ダイオードの右側、左側の発光ダイオードの発光素子位
置がそれぞれ中心から右、左へずれていると、左右に隣
接した発光ダイオードの隣接部の直下の照射面上での照
射密度は設定値よりも高いものとなり、照射むらが生じ
る。これについても、照射むらを軽減することができ
る。但し、多数の微小な凹凸による拡散角を広げること
により、照射むらを軽減することができるが、一方で、
照射面上での照射密度は低下する。このため、発光ダイ
オードの特性のばらつきを低く抑えるとともに、各発光
ダイオードの実装精度を高めておくのが望ましい。

【００４０】本実施形態の変形例として、第２実施形態
と同様に、各発光ダイオード３０の放射面の前面に、一
方の面に多数の微小な凹凸を形成した板状の光学プレー
トを置き、光学接着材を介して接着する構造とすること
もできる。これにより、予め凹凸の角度が異なる種々の
光学プレートを用意しておき、用途に応じて自由に必要
なものを選択して設置することができる。また、光をラ
ンダムに拡散する手段として一般の光拡散板やすりガラ
スを用いる場合よりも高い透過率が得られるため、照射
面での照射密度を高く維持でき、また、凹凸面の角度の
選択によって拡散角度を自由に制御することができる。

【００４１】次に、本発明の第４実施形態について説明
する。図１２を参照して本発明の第４実施形態について
説明する。図１２（ａ）は第４実施形態である発光ダイ
オード配列体の概略平面図、同図（ｂ）はその発光ダイ
オード配列体のＥ−Ｅ矢視方向概略断面図である。尚、
図１２において、図８又は図９と同一の部分については
同一の符号を付しその説明を省略する。

【００４２】本実施形態の発光ダイオード配列体は、図
８及び図９の第３実施形態で用いたものと同様の六個の
反射型発光ダイオード３０と、基板８０と、平板状の前
面板９０と備える。本実施形態も、第３実施形態と同様
に複数の反射型発光ダイオード３０を直線状に配列して
線状光源を得る場合のものである。但し、第３実施形態
と異なり、反射型発光ダイオード３０の放射面に微小な
凹凸は形成されていない。

【００４３】平板状の前面板９０は、各発光ダイオード
３０の放射面４４から放射される光を透過して外部に放
射するものであり、その厚さは約３ｍｍである。複数の
発光ダイオード３０は、その放射面４４を前面板９０の
光入射側の凹部に光学接着剤を用いて接着することによ
り固定される。ここで、光学接着剤としては、光透過性
の材料であって、屈折率が前面板９０や光透過性材料３
８の屈折率と略同じものを用いる。尚、前面板９０の光
射出側の表面はマクロ的には平坦に形成されている。

【００４４】かかる発光ダイオード３０を用いて発光ダ
イオード配列体を形成するには、まず、複数の発光ダイ
オード３０の放射面４４に光学接着剤を塗布し、各発光
ダイオード３０の放射面４４を前面板９０の光入射側の
凹部に接着する。ここで、複数の発光ダイオード３０
は、治具を用いて放射面４４が前面板９０に密着し、且
つ反射面４２の切断面が隣合うように直線状に配列す
る。次に、光学接着剤が硬化した後、複数の発光ダイオ
ード３０の各リードを、基板８０に形成されたリード差
し込み用孔に挿入し、反射面４２の周辺部と基板８０と
を当接させることにより、基板８０上に発光ダイオード
３０を取り付ける。その後、各リードを半田付けするこ
とにより、発光ダイオード３０を基板８０上に固定する
とともに電力を供給するためのリードを基板８０上に形
成された回路パターンと接続する。こうして、図１２に
示すような発光ダイオード配列体が得られる。

【００４５】前面板９０の光射出側の面は、前述のよう
にマクロ的には平坦面であるが、ミクロ的には、第１乃
至第４実施形態の場合と同様に、図３に示すような多数
の微小な凹凸がランダムな配置で形成された凹凸面とさ
れている。したがって、前述の各実施形態と同様に、各
発光ダイオード３０の反射面４２で反射された略平行な
光束は、放射面４４、前面板９０の光入射側、前面板９
０の内部を通って前面板９０の光射出側に達すると、こ
こで屈折され、数度以内のランダムな方向へと放射され
る。このため照射面上での照射密度をさほど低下させる
ことなく、照射面上での照射むらを軽減することができ
る。

【００４６】本実施形態の発光ダイオード配列体では、
各発光ダイオードの平面状の放射面を平板状の前面板に
光学接着剤を用いて接着したことにより、発光ダイオー
ドの向きを合わせるための基準として前面板を用いるこ
とができるので、各発光ダイオードの向きを正確に且つ
容易に揃えて、高精度の向き合わせをすることができ
る。したがって、各発光ダイオードの放射面が同一平面
上に位置するようにでき、各発光ダイオードの発光素子
の中心軸が揃うので、特に、かかる発光ダイオード配列
体を所定範囲を照射する光源として用いる場合には、前
面板９０の光射出側の表面に微小な凹凸面を形成したこ
ととあいまって、被照射面における照射むらのより少な
い高照射密度の光を放射することができる。

【００４７】尚、本発明は上記実施形態に限定されるも
のではなく、その要旨の範囲内で種々の変更が可能であ
る。上記各実施形態では、放射面等の表面に微小な凹凸
面をランダムの配置となるように形成したが、本発明は
これに限らず、照射面上で干渉が問題とならない用途の
場合には、例えば放射面等の表面に微小な球面状レンズ
をハニカム状に規則的に形成したものであってもよい。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、反射型
発光ダイオードの放射面を多数の微小な凹凸が形成され
た凹凸面とし、又は放射面の前面に多数の微小な凹凸が
形成された光学手段を配置したことにより、当該放射面
又は光学手段から放射される光は、これらの多数の微小
な凹凸によってランダムな方向へ屈折されて放射される
ので、反射型発光ダイオードの反射面に成形時の誤差な
どによる変形が生じていても、これに起因する照射面上
での干渉が緩和され、したがって照射面での照射むらを
大幅に軽減することができ、放射面から照射面までの距
離が中間距離の場合であっても照射むらが少なく均一な
照射特性となる。

【００４９】また、かかる反射型発光ダイオードの配光
角を広くし、これらを平面状に多数並べて画像表示用の
ディスプレーとすると、各反射型発光ダイオードの放射
面で放射される光が、放射面上の微小な凹凸によってラ
ンダムな方向に屈折されて放射されるので、ディスプレ
ーを正面から見たときでも視認範囲からは放射面全体が
発光しているように見えるため、見栄えがよくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態である反射型発光ダイオ
ードの概略平面図である。

【図２】図１に示す反射型発光ダイオードのＡ−Ａ矢視
方向概略断面図である。

【図３】放射面に設けられた微小な凹凸を拡大して示し
た概略概略断面図である。

【図４】放射面に入射する平行な光と放射面から放射さ
れる光の角度分布との関係を説明するための図である。

【図５】放射面に入射する非平行な光と放射面から放射
される光の角度分布との関係を説明するための図であ
る。

【図６】反射面の形状を回転放物面以外の形状とした第
１実施形態の変形例を示す概略拡大断面図である。

【図７】第２実施形態である反射型発光ダイオードの概
略断面図である。

【図８】（ａ）は本発明の第３実施形態の発光ダイオー
ド配列体の概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視方
向概略断面図である。

【図９】（ａ）は図７の発光ダイオード配列体に使用さ
れる反射型発光ダイオードの概略平面図、（ｂ）は
（ａ）の反射型発光ダイオードをｘ軸方向から見たとき
の概略側面図、（ｃ）は（ａ）の反射型発光ダイオード
をｙ軸方向から見たときの概略側面図である。

【図１０】（ａ）はその発光ダイオード配列体に使用さ
れる保持具の概略平面図、（ｂ）はその保持具のＣ−Ｃ
矢視方向概略断面図、（ｃ）はその保持具のＤ−Ｄ矢視
方向概略断面図である。

【図１１】第３実施形態の発光ダイオード配列体に使用
される基板の概略平面図である。

【図１２】（ａ）は第４実施形態の発光ダイオード配列
体の概略平面図、（ｂ）はその発光ダイオード配列体の
Ｅ−Ｅ矢視方向概略断面図である。

【符号の説明】

１０，２０，３０反射型発光ダイオード１１発光素子１２ａ，１２ｂ，３４ａ〜３４ｄリード１３，３８光透過性材料１４，４２反射面１５，２５，４４放射面１６，３６ボンディングワイヤ２６光学プレート４６支持部５０保持具５２嵌合部５５当接面５７開口部６４凸部７０，８０基板７２リード差し込み用孔９０前面板 θ 凹凸面の傾き

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光素子と、前記発光素子に電力を供給
するリード部と、前記発光素子と前記リード部の先端部
とを封止する光透過性材料と、前記光透過性材料の表面
のうち前記発光素子の発光面に対向する側に設けた凹面
状反射面と、前記光透過性材料の表面のうち前記発光素
子の背面側に設けた放射面とを有し、前記放射面の表面
を、各点の法線の傾きが約３０°以内である多数の微小
な凹凸が形成された凹凸面としたことを特徴とする反射
型発光ダイオード。
【請求項２】前記凹凸面は、前記多数の微小な凹凸が
ランダムな配置で形成されていることを特徴とする請求
項１記載の反射型発光ダイオード。
【請求項３】前記凹面状反射面の形状は、前記発光素
子のある位置又はその近傍の点を焦点とする回転放物面
形状あるいはこれに近似される形状であることを特徴と
する請求項１又は２記載の反射型発光ダイオード。
【請求項４】請求項１記載の反射型発光ダイオード
を、光の放射方向と略垂直な方向に、それぞれの前記放
射面が略同一平面となるよう複数個配列したことを特徴
とする発光ダイオード配列体。
【請求項５】発光素子と、前記発光素子に電力を供給
するリード部と、前記発光素子と前記リード部の先端部
とを封止する光透過性材料と、前記光透過性材料の表面
のうち前記発光素子の発光面に対向する側に設けた凹面
状反射面と、前記光透過性材料の表面のうち前記発光素
子の背面側に設けた放射面と、前記放射面の放射方向前
面に配置され、一方の表面を各点の法線の傾きが約３０
°以内である多数の微小な凹凸が形成された凹凸面とし
た光透過性の光学手段とを具備することを特徴とする反
射型発光ダイオード。
【請求項６】発光素子と、前記発光素子に電力を供給
するリード部と、前記発光素子と前記リード部の先端部
とを封止する光透過性材料と、前記光透過性材料の表面
のうち前記発光素子の発光面に対向する側に設けた凹面
状反射面と、前記光透過性材料の表面のうち前記発光素
子の背面側に設けた放射面とを有する反射型発光ダイオ
ードを、光の放射方向と略垂直な方向にそれぞれの放射
面が同一面となるよう複数個配列し、一方の表面を各点
の法線の傾きが約３０°以内である多数の微小な凹凸が
形成された凹凸面とした光透過性の光学手段を、前記複
数の反射型発光ダイオードの放射面の放射方向前面に配
置したことを特徴とする発光ダイオード配列体。