JP2003008067A - 遮光反射型発光ダイオード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 遮光反射型ＬＥＤにおいて、表面実装するこ
とができ、ディスプレイの表示むらを低減することがで
き、発光素子間の配光特性を均一化できること。 【解決手段】 光源２は１つの発光素子のみを樹脂封止
した小型のものであるため、樹脂と金属の熱膨張率の差
による熱歪の影響を殆ど受けることなく表面実装でき
る。また、３色の光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂの発光素子の光
度、色度のばらつきを予め調べられるため、相性の良い
３色の光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを組み合わせて実装でき、
フルカラーディスプレイの表示むらを著しく低減でき
る。反射鏡８は光源２と光学的開口部１０ａ，１０ｂと
をそれぞれ焦点とする楕円の一部が伸びた柱面形状であ
るため、複数の光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを長手方向に沿っ
て配列することによって、光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂから発
せられた光は全て光学的開口部１０ａ，１０ｂに集光さ
れることになり、軸ずれを起こすことがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光素子を有する
光源とそれと対向して設けられた反射鏡と遮光部材とを
具備する遮光反射型発光ダイオード（以下、「遮光反射
型ＬＥＤ」とも略する。）に関するものである。なお、
本明細書中ではＬＥＤチップそのものは「発光素子」と
呼び、ＬＥＤチップを搭載したパッケージ樹脂またはレ
ンズ系等の光学装置を含む発光体を「光源」と呼び、光
源を搭載した発光装置全体を「発光ダイオード」または
「ＬＥＤ」と呼ぶこととする。

【０００２】

【従来の技術】フルカラーディスプレイに用いられる発
光ダイオードには、Ｒ，Ｇ，Ｂの光の三原色を発光する
３つの発光素子が１つのリードフレーム上にマウントさ
れて樹脂封止されたものがある。このような従来の多色
ＬＥＤの一例について、図４を参照して説明する。図４
（ａ）は従来の多色ＬＥＤの全体構成を示す平面図、
（ｂ）は縦断面図である。

【０００３】図４に示されるように、この多色ＬＥＤ２
１においては、一方のリード２３ａ上に凹状の反射鏡２
３ｃが形成され、その底面に赤色発光素子２２Ｒ，緑色
発光素子２２Ｇ，青色発光素子２２Ｂがマウントされて
いる。一方のリード２３ａの近傍には３本の他方のリー
ド２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂが伸びており、３本のワイヤ
２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂによってそれぞれ赤色発光素子
２２Ｒ，緑色発光素子２２Ｇ，青色発光素子２２Ｂとボ
ンディングされて、電気的接続が取られている。そし
て、３つの発光素子２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ、凹状の反
射鏡２３ｃ、３本のワイヤ２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂ、及
びリード２３ａ，２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂの一部が透明
エポキシ樹脂２５によって封止されるとともに楕円状の
凸レンズ２６がモールドされている。この多色ＬＥＤ２
１の長径方向の長さは７．５ｍｍであり、かかる多色Ｌ
ＥＤ２１が複数個１０ｍｍピッチで基板に配列されて、
フルカラーディスプレイが形成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、かかる多色Ｌ
ＥＤ２１を表面実装しようとすると、長径方向の長さが
７．５ｍｍと大型であるために、表面実装時の２００℃
近い高温における封止樹脂とリード部の金属の熱膨張率
の差による熱歪の影響がより大きくなって、ワイヤ２４
Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂの断線の確率が高くなり、不良品発
生率が大きくなる。また、各発光素子２２Ｒ，２２Ｇ，
２２Ｂには光度及び色度のばらつきがあり、例えば緑色
発光素子２２Ｇにも青色がかった緑色や黄色がかった緑
色を発するものがあるが、事前に選別し、かつ選別に基
づきマウントするのは、光度ランク分け×色度ランク分
けの組み合わせとなり、実施に手間がかかるばかりか歩
留まりの低下も生じる。したがって、光度及び色度のば
らつきを互いに相性の良い発光素子２２Ｒ，２２Ｇ，２
２Ｂを組み合わせることによって解消するということが
できず、フルカラーディスプレイに色や明るさの表示む
らが発生してしまう。また、各発光素子２２Ｒ，２２
Ｇ，２２Ｂの配光特性が異なるため、各色の色バランス
が方向によって異なり、異なる色に認識されるものとな
る。さらに、１つの集光レンズに対し３色の３つの発光
素子を有するため、多色ＬＥＤ２１から放射される光に
軸ずれが生じてしまうという問題点があった。

【０００５】そこで、本発明は、表面実装することがで
き、ディスプレイの表示むらを低減することができると
ともに、発光素子間の配光特性を均一化することができ
る遮光反射型発光ダイオードを提供することを課題とす
るものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明にかかる
遮光反射型発光ダイオードは、発光素子を有する光源
と、前記光源に対向して設けられた反射鏡と、前記反射
鏡に外部から入射する光を制限する遮光部材とを具備
し、前記遮光部材は光学的開口部を有し、前記反射鏡は
前記光源から発し、前記反射鏡で反射した光が線状に集
光される柱面形状であり、線状に集光された光が前記遮
光部材の前記光学的開口部を通して外部放射されるもの
である。

【０００７】ここで、「光学的開口部」は、貫通孔でも
良いし、光透過性材料で塞がれた孔であっても良い。

【０００８】かかる構成の遮光反射型ＬＥＤにおいて
は、光源は１つの発光素子しか有さない小型のものであ
るので、樹脂封止されていたとしても樹脂と金属の熱膨
張率の差による熱歪の影響を殆ど受けることなく、した
がって極めて低い不良率で表面実装することができる。
また、光源として作成された段階で発光素子の光度及び
色度のばらつきを見ることができるので、遮光反射型Ｌ
ＥＤ内に複数の光源を実装する場合には、各発光素子の
光度及び色度の特性をみた上で相性の良い光源を組み合
わせることができ、したがってディスプレイとした場合
の表示むらを著しく低減することができる。さらに、各
光源の取り付け方を微調整することによって、各発光素
子間の配光特性の違いを打ち消して均一化することがで
きる。

【０００９】このようにして、表面実装することがで
き、ディスプレイの表示むらを低減することができると
ともに、発光素子間の配光特性を均一化することができ
る遮光反射型発光ダイオードとなる。

【００１０】請求項２の発明にかかる遮光反射型発光ダ
イオードは、請求項１の構成において、前記光学的開口
部は前記柱面形状の反射鏡による集光エリア相当の大き
さと形状であるものである。

【００１１】これによって、光学的開口部は柱面形状の
反射鏡による集光エリア相当の大きさと形状であること
から、外部からの光の入射を遮光部材で防ぎつつ、外部
放射効率を最大限に高くすることができる。

【００１２】請求項３の発明にかかる遮光反射型発光ダ
イオードは、請求項１または請求項２の構成において、
前記光源は、前記発光素子の周囲に設けられた凹状の反
射鏡を有するものである。

【００１３】したがって、発光素子の発光面から発せら
れた光は水平方向には拡散せず、発光面に垂直な軸から
約７０度の範囲内に集中して照射される。このため、光
源に対向して設けられた反射鏡は、この発光面に垂直な
軸から約７０度の範囲内に照射される光を反射すれば良
いので、反射鏡の端部を光源から離して配置することが
でき、また反射鏡の設計自由度が増す。さらに、反射鏡
が柱面形状であることから、柱面の両端面に照射された
光は反射されずに吸収されてしまうが、発光素子の周囲
に凹状の反射鏡を設けることによって柱面の両端面には
光は照射されず、発光素子から発せられた光を無駄に消
費することがない。

【００１４】このようにして、反射鏡の配置と設計の自
由度が増すとともに、発光素子から発せられた光を無駄
に消費することがない遮光反射型発光ダイオードとな
る。

【００１５】請求項４の発明にかかる遮光反射型発光ダ
イオードは、請求項１乃至請求項３のいずれか１つの構
成において、前記光源は、前記発光素子と前記凹状の反
射鏡を封止するとともに、前記発光素子の発光面側に光
放射面を形成する光透過性材料を具備するものである。

【００１６】かかる構成の遮光反射型ＬＥＤにおいて
は、発光素子が光透過性材料で封止されていることによ
って発光素子から発せられる光量が封止されていない場
合の約２倍になる。これによって、光源ひいては遮光反
射型ＬＥＤの光度が大幅に増加する。そして、発光素子
の発光面側に光放射面が形成されていることによって、
発光素子の周囲に凹状の反射鏡が設けられている場合に
照射範囲が制限される発光素子から発せられる光をさら
に制御して照射範囲を制限することができる。これによ
って、光源と対向して設けられた反射鏡の配置と設計の
自由度をさらに増すことができる。

【００１７】このようにして、光度が大幅に増加すると
ともに反射鏡の配置と設計の自由度をさらに増すことが
できる遮光反射型ＬＥＤとなる。

【００１８】請求項５の発明にかかる遮光反射型発光ダ
イオードは、請求項４の構成において、前記光放射面は
凸レンズであるものである。

【００１９】かかる構成の遮光反射型ＬＥＤにおいて
は、発光素子の発光面側に凸レンズが形成されているこ
とによって、発光素子から発せられる光をさらに集光し
て照射範囲をより狭めることができる。これによって、
光源と対向して設けられた反射鏡の端部を発光素子の発
光面からさらに離すことができるので、反射鏡の設計自
由度をさらに増すことができる。

【００２０】このようにして、光源から照射される光の
範囲をさらに狭めることによって反射鏡の配置と設計の
自由度をさらに増すことができる遮光反射型ＬＥＤとな
る。

【００２１】請求項６の発明にかかる遮光反射型発光ダ
イオードは、請求項４または請求項５の構成において、
前記光放射面は柱面形状の反射鏡の長手方向に略垂直な
方向に長径方向が向いた楕円体凸レンズの頂き部分を湾
曲した柱面で前記長径方向にカットした形状であるもの
である。

【００２２】このため、発光素子から発せられた光は楕
円体凸レンズの長径方向については全て斜め方向に光放
射面から放射されることになり、光源の真下付近の反射
鏡には光が放射されないことになる。これによって、ス
リット状の光学的開口部から放射される光は光学的開口
部に対して垂直な方向に向かう光が多くなり、ディスプ
レイとした場合に垂直方向の光の拡がり角が狭くなって
ディスプレイとして好ましい光放射特性が得られる。こ
れに対して、反射鏡の長手方向については楕円面の光放
射面から発光素子の光が放射されるため、光が拡がって
反射鏡で反射され光学的開口部の長さ一杯に反射光が放
射される。これによって、ディスプレイとした場合に水
平方向の光の拡がり角が広くなってディスプレイとして
好ましい光放射特性が得られる。

【００２３】このようにして、ディスプレイとしたとき
に垂直方向、水平方向ともに好ましい光放射特性が得ら
れる遮光反射型発光ダイオードとなる。

【００２４】請求項７の発明にかかる遮光反射型発光ダ
イオードは、請求項１乃至請求項６のいずれか１つの構
成において、前記光源は複数個であり、該複数の光源は
前記柱面形状の反射鏡の軸方向に沿って配列されている
ものである。

【００２５】このように複数の光源が柱面形状の反射鏡
の軸方向に沿って配列されているため、これら複数の光
源は互いに軸ずれを起こすことがない。

【００２６】このようにして、反射型発光ダイオードに
おいて複数の光源を搭載しても互いに軸ずれを起こすこ
とがない遮光反射型発光ダイオードとなる。

【００２７】請求項８の発明にかかる遮光反射型発光ダ
イオードは、請求項１乃至請求項７のいずれか１つの構
成において、前記光源は複数個であり、異なる複数色の
光を発する光源を備えるものである。

【００２８】かかる構成を有する遮光反射型ＬＥＤにお
いては、異なる複数色の光を発する複数個の光源を備え
ているため、複数色が混色されて外部放射されることに
なる。この場合、軸ずれと配光特性の違いによる色むら
が生ずる心配があるが、これら複数個の光源を柱面形状
の反射鏡の軸方向に沿って配列することによって、軸ず
れを起こすことがない。また、各光源の取り付け方を微
調整することによって、各発光素子間の配光特性の違い
を打ち消して配光特性を均一化することができるので、
色むらが生ずることもない。

【００２９】このようにして、異なる複数色の光源を備
える反射型発光ダイオードにおいても軸ずれと色むらを
起こす心配のない遮光反射型発光ダイオードとなる。

【００３０】請求項９の発明にかかる遮光反射型発光ダ
イオードは、請求項１乃至請求項８のいずれか１つの構
成において、前記光源は、赤色発光素子を有する赤色光
源と、緑色発光素子を有する緑色光源と、青色発光素子
を有する青色光源であるものである。

【００３１】かかる構成を有する遮光反射型ＬＥＤにお
いては、光の三原色を発光する３つの光源を有している
ため、各光源に供給する電力を変化させることによって
あらゆる色の発光が可能な遮光反射型ＬＥＤとなり、こ
れを複数個基板上に配置することによってフルカラーデ
ィスプレイを構成することができる。そして、光源は１
つの発光素子しか有さない小型のものであるので、樹脂
封止されていたとしても樹脂と金属の熱膨張率の差によ
る熱歪の影響を殆ど受けることなく、極めて低い不良率
で表面実装することができる。また、発光素子を樹脂封
止した状態である光源として作成された段階では、それ
ぞれに用いられている発光素子の光度及び色度のばらつ
き具合を、実装する前に予め調べて選別しておくことが
容易であるため、３色の発光素子の光度及び色度の特性
をみた上で相性の良い光源を組み合わせて実装すること
が実用的に可能であり、フルカラーディスプレイの表示
むらを著しく低減することができる。さらに、各光源の
取り付け方を微調整することによって、各発光素子間の
配光特性の違いを打ち消して均一化することができる。

【００３２】このようにして、フルカラーディスプレイ
を構成することができて表面実装することができ、ディ
スプレイの表示むらを低減することができるとともに、
発光素子間の配光特性を均一化することができる遮光反
射型発光ダイオードとなる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。

【００３４】実施の形態１ まず、本発明の実施の形態１について、図１及び図２を
参照して説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形態１
にかかる遮光反射型発光ダイオードの構成を示す平面
図、（ｂ）はＹ方向に沿って破断した縦断面図、（ｃ）
はＸ方向に沿って破断した縦断面図である。図２（ａ）
は本発明の実施の形態１にかかる遮光反射型発光ダイオ
ードの光源の構成を示す平面図、（ｂ）はＹ方向に沿っ
て破断した縦断面図、（ｃ）はＸ方向に沿って破断した
縦断面図である。

【００３５】図１（ａ）に示されるように、本実施の形
態１の遮光反射型ＬＥＤ１においては、実装基板を兼ね
た遮光部材９にＸ方向に伸びた２本のスリット状の光学
的開口部１０ａ，１０ｂが穿設されており、これらの光
学的開口部１０ａ，１０ｂから外部にＬＥＤ光が放射さ
れる。

【００３６】図１（ｂ）に示されるように、遮光部材９
の裏側には光学的開口部１０ａ，１０ｂの中間におい
て、発光素子を有する光源２が表面実装されている。光
源２は後述するように１つの発光素子のみを樹脂封止し
た小型のものであるため、表面実装時の２００℃近い高
温下においても樹脂と金属の熱膨張率の差による熱歪の
影響を殆ど受けることなく、極めて低い不良率で表面実
装することができる。

【００３７】この光源２と対向して、遮光部材９から離
れた位置に、ポリカーボネート樹脂の凹状の表面にアル
ミニウム蒸着を施すことにより反射鏡８を形成した反射
基板７が配置されている。反射鏡８のうち反射面８ａ
は、光源２と光学的開口部１０ａとを２つの焦点とする
楕円の一部を光学的開口部１０ａの長手方向（図１
（ａ）のＸ方向）に延長した柱面形状を有している。ま
た、反射面８ｂは、光源２と光学的開口部１０ｂとを２
つの焦点とする楕円の一部を光学的開口部１０ｂの長手
方向に延長した柱面形状を有している。したがって、光
源２から放射されて反射面８ａで反射された光は全て光
学的開口部１０ａに集光され、光学的開口部１０ａから
外部に放射される。また、光源２から放射されて反射面
８ｂで反射された光は全て光学的開口部１０ｂに集光さ
れ、光学的開口部１０ｂから外部に放射される。

【００３８】さらに、図１（ｃ）に示されるように、本
実施の形態１の遮光反射型ＬＥＤ１においては、３つの
光源２Ｒ，２Ｇ，２ＢがＸ方向に並んで遮光部材９の裏
側に表面実装されている。即ち、光の三原色を発光する
赤色光源２Ｒ，緑色光源２Ｇ，青色光源２ＢがＸ方向の
中央に密に実装されている。これによって、遮光反射型
ＬＥＤ１は、各光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに供給する電力を
制御することによって、あらゆる色の光を放射すること
ができ、フルカラーディスプレイに用いることができ
る。

【００３９】また、発光素子を樹脂封止した状態である
３色の光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂでは、それぞれに用いられ
ている発光素子の光度及び色度のばらつき具合を、実装
する前に予め調べて選別しておくことが容易であるた
め、相性の良い３色の光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを組み合わ
せて実装することが実用的に可能であり、フルカラーデ
ィスプレイにおける表示むらを著しく低減することがで
きる。さらに、反射鏡８は光源２と光学的開口部１０
ａ，１０ｂとをそれぞれ焦点とする楕円の一部が光学的
開口部１０ａ，１０ｂの長手方向に沿って伸びた柱面形
状であるため、複数の光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを長手方向
に沿って配列することによって、軸ずれを起こすことが
ない。

【００４０】次に、本実施の形態１の遮光反射型ＬＥＤ
１に用いられる光源２の構成について、図２を参照して
説明する。図２（ａ），（ｂ）に示されるように、光源
２は発光素子３に電力を供給する１対のリード４ａ，４
ｂのうち、一方のリード４ａの先端を凹状の反射鏡４ｃ
として、この反射鏡４ｃの底面に発光素子３を銀ペース
トでマウントしている。そして、発光素子３と他方のリ
ード４ｂとをワイヤ５でボンディングして電気的接続を
とった後、発光素子３、反射鏡４ｃ、ワイヤ５、及び１
対のリード４ａ，４ｂの一部を光透過性材料としての透
明エポキシ樹脂６で封止するとともに、発光素子３の発
光面側に光放射面６ａを形成している。その後、１対の
リード４ａ，４ｂの透明エポキシ樹脂６から出ている部
分を透明エポキシ樹脂６の側面に沿って略垂直に曲げ、
さらに透明エポキシ樹脂６の背面に沿って略垂直に曲げ
ることによって、表面実装が可能な光源２となる。

【００４１】かかる構成を有する光源２においては、発
光素子３の周囲に凹状の反射鏡４ｃが設けられているた
めに発光素子３の発光面から水平方向に出る光も凹状の
反射鏡４ｃで反射されて、発光素子３から出る光は発光
面に垂直な軸から約７０度の範囲内に集中して照射され
る。これによって、図１（ｂ）に示されるように、反射
鏡８の端面が遮光部材９に接する位置まで届く必要がな
く、反射鏡８を光源２及び遮光部材９から離して配置す
ることができる。また、図１（ｃ）に示される柱面形状
の反射鏡８の両端面７ａに照射された光は反射されるこ
となく吸収されてしまうが、本実施の形態１の遮光反射
型ＬＥＤ１においては、凹状の反射鏡４ｃによって光の
照射される範囲を発光面に垂直な軸から約７０度の範囲
内に絞っているため、これらの両端面７ａには光が照射
されることはなく、発光素子３から発せられた光が無駄
に消費されるのを防ぐことができる。さらには、柱面形
状の反射鏡８だけでなく柱面に垂直な両端面７ａにも反
射鏡を備えたものとしても良い。

【００４２】また、図２（ａ）に示されるように、光源
２の光放射面６ａは、楕円体形状の凸レンズの頂部を湾
曲した柱面で楕円体の長径方向にカットした形状を有し
ている。このため、発光素子３から発せられ光放射面６
ａから放射される光のＹ方向成分については斜め方向に
屈折されることになり、図１（ｂ）に示されるように、
光源２の真下付近の反射鏡８には光があまり放射されな
いことになる。これによって、スリット状の光学的開口
部１０ａ，１０ｂから放射される光はＺ方向成分が大き
いものとなり、ディスプレイとした場合に垂直方向（Ｙ
方向）の光の拡がり角が狭くなってディスプレイとして
好ましい光放射特性が得られる。これに対して、Ｘ方向
については楕円面の光放射面６ａから発光素子３の光が
放射されるため、光が拡がって反射鏡８で反射され光学
的開口部１０ａ，１０ｂのスリット長さ一杯に反射光が
放射される。これによって、ディスプレイとした場合に
水平方向（Ｘ方向）の光の拡がり角が広くなってディス
プレイとして好ましい光放射特性が得られる。

【００４３】さらに、外部からの入射光は、大半が遮光
部材９により吸収される。ごく一部光学的開口部１０
ａ，１０ｂを通過して入射する光は、反射鏡８で反射さ
れその後大半が吸収されるので外部反射光は僅かであ
る。このため点灯時には発光素子３からの光を有効に外
部放射できる。一方で、光源２の消灯時には擬似点灯や
全体が白っぽく見えるダークノイズの問題が生ぜず、点
灯時と消灯時のコントラストの高い遮光反射型ＬＥＤと
なる。

【００４４】実施の形態２ 次に、本発明の実施の形態２について、図３を参照して
説明する。図３（ａ）は本発明の実施の形態２にかかる
遮光反射型発光ダイオードの構成を示す平面図、（ｂ）
はＹ方向に沿って破断した縦断面図、（ｃ）はＸ方向に
沿って破断した縦断面図である。

【００４５】図３（ａ）に示されるように、本実施の形
態２の遮光反射型ＬＥＤ１１においては、実装基板を兼
ねた遮光部材１９にＸ方向に伸びた４本のスリット状の
光学的開口部２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが穿設さ
れており、これらの光学的開口部２０ａ，２０ｂ，２０
ｃ，２０ｄから外部にＬＥＤ光が放射される。

【００４６】図３（ｂ）に示されるように、遮光部材１
９の裏側には光学的開口部２０ｂ，２０ｃの中間におい
て、発光素子を有する光源２が表面実装されている。光
源２の構成は実施の形態１と同様であり、１つの発光素
子３のみを透明エポキシ樹脂６で封止した小型のもので
あるため、表面実装時の２００℃近い高温下においても
樹脂と金属の熱膨張率の差による熱歪の影響を殆ど受け
ることなく、極めて低い不良率で表面実装することがで
きる。

【００４７】この光源２と対向して、遮光部材１９から
離れた位置に、ポリカーボネート樹脂の凹状の表面にア
ルミニウム蒸着を施すことにより反射鏡１８を形成した
反射基板１７が配置されている。反射鏡１８のうち反射
面１８ａは、光源２と光学的開口部２０ａとを２つの焦
点とする楕円の一部を光学的開口部２０ａの長手方向
（図３（ａ）のＸ方向）に延長した柱面形状を有してい
る。また、反射面１８ｂは、光源２と光学的開口部２０
ｂとを２つの焦点とする楕円の一部を光学的開口部２０
ｂの長手方向に延長した柱面形状を有している。さら
に、反射面１８ｃは、光源２と光学的開口部２０ｃとを
２つの焦点とする楕円の一部を光学的開口部２０ｃの長
手方向に延長した柱面形状を有しており、反射面１８ｄ
は、光源２と光学的開口部２０ｄとを２つの焦点とする
楕円の一部を光学的開口部２０ｄの長手方向に延長した
柱面形状を有している。

【００４８】したがって、光源２から放射されて反射面
１８ａで反射された光は全て光学的開口部２０ａに集光
され、光学的開口部２０ａから外部に放射される。ま
た、光源２から放射されて反射面１８ｂで反射された光
は全て光学的開口部２０ｂに集光され、光学的開口部２
０ｂから外部に放射される。さらに、光源２から放射さ
れて反射面１８ｃで反射された光は全て光学的開口部２
０ｃに集光されて光学的開口部２０ｃから外部に放射さ
れ、光源２から放射されて反射面１８ｄで反射された光
は全て光学的開口部２０ｄに集光されて光学的開口部２
０ｄから外部に放射される。

【００４９】ここで、光源２の光放射面６ａは、実施の
形態１と同様に、楕円体形状の凸レンズの頂部を湾曲し
た柱面で楕円体の長径方向にカットした形状を有してい
る。このため、発光素子３から発せられ光放射面６ａか
ら放射される光のＹ方向成分については斜め方向に屈折
されることになり、図３（ｂ）に示されるように、光源
２の真下付近の反射鏡１８には光があまり放射されない
ことになる。これによって、スリット状の光学的開口部
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄから放射される光はＺ
方向成分が大きいものとなり、ディスプレイとした場合
に垂直方向（Ｙ方向）の光の拡がり角が狭くなってディ
スプレイとして好ましい光放射特性が得られる。

【００５０】これに対して、Ｘ方向については、実施の
形態１と同様に楕円面の光放射面６ａから発光素子３の
光が放射されるため、光が拡がって反射鏡１８で反射さ
れ光学的開口部２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄのスリ
ット長さ一杯に反射光が放射される。これによって、デ
ィスプレイとした場合に水平方向（Ｘ方向）の光の拡が
り角が広くなってディスプレイとして好ましい光放射特
性が得られる。

【００５１】さらに、外部からの入射光は、大半が遮光
部材９により吸収される。ごく一部光学的開口部２０
ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを通過して入射する光は、
反射鏡１８で反射されその後大半が吸収されるので外部
反射光は僅かである。このため点灯時には発光素子３か
らの光を有効に外部放射できる。一方で、光源２の消灯
時には擬似点灯や全体が白っぽく見えるダークノイズの
問題が生ぜず、点灯時と消灯時のコントラストの高い遮
光反射型ＬＥＤとなる。

【００５２】また、図３（ｃ）に示されるように、本実
施の形態２の遮光反射型ＬＥＤ１１においても、本実施
の形態１と同様に３つの光源２Ｒ，２Ｇ，２ＢがＸ方向
に並んで遮光部材９の裏側に表面実装されている。即
ち、光の三原色を発光する赤色光源２Ｒ，緑色光源２
Ｇ，青色光源２ＢがＸ方向の中央に密に実装されてい
る。これによって、遮光反射型ＬＥＤ１１は、各光源２
Ｒ，２Ｇ，２Ｂに供給する電力を制御することによっ
て、あらゆる色の光を放射することができ、フルカラー
ディスプレイに用いることができる。

【００５３】また、発光素子を樹脂封止した状態である
３色の光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂでは、それぞれに用いられ
ている発光素子の光度及び色度のばらつき具合を、実装
する前に予め調べて選別しておくことが容易であるた
め、相性の良い３色の光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを組み合わ
せて実装することが実用的に可能であり、フルカラーデ
ィスプレイにおける表示むらを著しく低減することがで
きる。さらに、反射鏡１８は光源２と光学的開口部２０
ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄとをそれぞれ焦点とする楕
円の一部が光学的開口部２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０
ｄの長手方向に沿って伸びた柱面形状であるため、複数
の光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを長手方向に沿って配列するこ
とによって、軸ずれを起こすことがない。

【００５４】さらに、図３（ｃ）に示される柱面形状の
反射鏡１８の両端面１７ａに照射された光は反射される
ことなく吸収されてしまうが、本実施の形態２の遮光反
射型ＬＥＤ１１の光源２においても、凹状の反射鏡４ｃ
によって光の照射される範囲を発光面に垂直な軸から約
７０度の範囲内に絞っているため、これらの両端面１７
ａには光が照射されることはなく、発光素子３から発せ
られた光が無駄に消費されるのを防ぐことができる。さ
らには、柱面形状の反射鏡１８だけでなく、柱面に垂直
な両端面１７ａにも反射鏡を備えたものとしても良い。

【００５５】上記各実施の形態においては、光源２につ
いて発光素子３及び凹状の反射鏡４ｃ等を光透過性材料
としての透明エポキシ樹脂６で封止した場合について説
明したが、必ずしも樹脂封止しなくても良い。また、透
明エポキシ樹脂６により形成される光放射面６ａを楕円
体形状の凸レンズの頂部を湾曲した柱面で楕円体の長径
方向にカットした形状とした場合について説明したが、
光放射面としては、平坦面、発光素子を原点とする半球
面、楕円面を始めとして他にも種々の形状とすることが
できる。

【００５６】また、上記各実施の形態においては、光源
２について発光素子３の周囲に凹状の反射鏡４ｃを設け
た場合について説明したが、必ずしも凹状の反射鏡４ｃ
を設けなくても良い。

【００５７】さらに、上記各実施の形態においては、封
止材料としての光透過性材料として透明エポキシ樹脂６
を使用した例について説明したが、その他にも透明シリ
コン樹脂を始めとして、硬化前の流動性、充填性、硬化
後の透明性、強度等の条件を満たすものであれば、どの
ような光透過性材料を用いても良い。

【００５８】また、上記各実施の形態においては、光学
的開口部１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２
０ｄをスリット状とした場合について説明したが、光学
的開口部はスリット状に限られず、反射鏡で集光された
光が通る形状とすれば良い。

【００５９】また、上記各実施の形態においては、光学
的開口部１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２
０ｄを貫通孔とした場合について説明したが、透明エポ
キシ樹脂やガラス等の光透過性材料で塞がれた孔とする
こともできる。また、スリット状の光学的開口部をそれ
ぞれ２本と４本設けた場合について説明したが、スリッ
ト状の光学的開口部の数は１本でも３本でも何本でも良
い。

【００６０】さらに、上記各実施の形態においては、光
源２を表面実装する実装基板にスリット状の光学的開口
部を設けて遮光部材と兼用しているが、実装基板には光
学的開口部より大きな孔を開けておいて、遮光部材は別
に設ける構成とすることもできる。

【００６１】また、上記各実施の形態においては、光源
２として光の三原色を発光する赤色光源２Ｒ，緑色光源
２Ｇ，青色光源２Ｂを実装した場合について説明した
が、光源の発光色はこれらの３色に限られず、また必ず
しも複数の発光色の光源としなくても良い。光源の数
も、１個でも何個でも構わない。

【００６２】遮光反射型発光ダイオードのその他の部分
の構成、形状、数量、材質、大きさ、接続関係等につい
ても、上記各実施の形態に限定されるものではない。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
かかる遮光反射型発光ダイオードは、発光素子を有する
光源と、前記光源に対向して設けられた反射鏡と、前記
反射鏡に外部から入射する光を制限する遮光部材とを具
備し、前記遮光部材は光学的開口部を有し、前記反射鏡
は前記光源から発し、前記反射鏡で反射した光が線状に
集光される柱面形状であり、線状に集光された光が前記
遮光部材の前記光学的開口部を通して外部放射されるも
のである。

【００６４】ここで、「光学的開口部」は、貫通孔でも
良いし、光透過性材料で塞がれた孔であっても良い。

【００６５】かかる構成の遮光反射型ＬＥＤにおいて
は、光源は１つの発光素子しか有さない小型のものであ
るので、樹脂封止されていたとしても樹脂と金属の熱膨
張率の差による熱歪の影響を殆ど受けることなく、した
がって極めて低い不良率で表面実装することができる。
また、光源として作成された段階で発光素子の光度及び
色度のばらつきを見ることができるので、遮光反射型Ｌ
ＥＤ内に複数の光源を実装する場合には、各発光素子の
光度及び色度の特性をみた上で相性の良い光源を組み合
わせることができ、したがってディスプレイとした場合
の表示むらを著しく低減することができる。さらに、各
光源の取り付け方を微調整することによって、各発光素
子間の配光特性の違いを打ち消して均一化することがで
きる。

【００６６】このようにして、表面実装することがで
き、ディスプレイの表示むらを低減することができると
ともに、発光素子間の配光特性を均一化することができ
る遮光反射型発光ダイオードとなる。

【００６７】請求項２の発明にかかる遮光反射型発光ダ
イオードは、請求項１の構成において、前記光学的開口
部は前記柱面形状の反射鏡による集光エリア相当の大き
さと形状であるものである。

【００６８】これによって、請求項１に記載の効果に加
えて、光学的開口部は柱面形状の反射鏡による集光エリ
ア相当の大きさと形状であることから、外部からの光の
入射を遮光部材で防ぎつつ、外部放射効率を最大限に高
くすることができる。

【００６９】請求項３の発明にかかる遮光反射型発光ダ
イオードは、請求項１または請求項２の構成において、
前記光源は、前記発光素子の周囲に設けられた凹状の反
射鏡を有するものである。

【００７０】したがって、請求項１または請求項２に記
載の効果に加えて、発光素子の発光面から発せられた光
は水平方向には拡散せず、発光面に垂直な軸から約７０
度の範囲内に集中して照射される。このため、光源に対
向して設けられた反射鏡は、この発光面に垂直な軸から
約７０度の範囲内に照射される光を反射すれば良いの
で、反射鏡の端部を光源から離して配置することがで
き、また反射鏡の設計自由度が増す。さらに、反射鏡が
柱面形状であることから、柱面の両端面に照射された光
は反射されずに吸収されてしまうが、発光素子の周囲に
凹状の反射鏡を設けることによって柱面の両端面には光
は照射されず、発光素子から発せられた光を無駄に消費
することがない。

【００７１】このようにして、反射鏡の配置と設計の自
由度が増すとともに、発光素子から発せられた光を無駄
に消費することがない遮光反射型発光ダイオードとな
る。

【００７２】請求項４の発明にかかる遮光反射型発光ダ
イオードは、請求項１乃至請求項３のいずれか１つの構
成において、前記光源は、前記発光素子と前記凹状の反
射鏡を封止するとともに、前記発光素子の発光面側に光
放射面を形成する光透過性材料を具備するものである。

【００７３】かかる構成の遮光反射型ＬＥＤにおいて
は、請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の効果
に加えて、発光素子が光透過性材料で封止されているこ
とによって発光素子から発せられる光量が封止されてい
ない場合の約２倍になる。これによって、光源ひいては
遮光反射型ＬＥＤの光度が大幅に増加する。そして、発
光素子の発光面側に光放射面が形成されていることによ
って、発光素子の周囲に凹状の反射鏡が設けられている
場合に照射範囲が制限される発光素子から発せられる光
をさらに制御して照射範囲を制限することができる。こ
れによって、光源と対向して設けられた反射鏡の配置と
設計の自由度をさらに増すことができる。

【００７４】このようにして、光度が大幅に増加すると
ともに反射鏡の配置と設計の自由度をさらに増すことが
できる遮光反射型ＬＥＤとなる。

【００７５】請求項５の発明にかかる遮光反射型発光ダ
イオードは、請求項４の構成において、前記光放射面は
凸レンズであるものである。

【００７６】かかる構成の遮光反射型ＬＥＤにおいて
は、発光素子の発光面側に凸レンズが形成されているこ
とによって、請求項４に記載の効果に加えて、発光素子
から発せられる光をさらに集光して照射範囲をより狭め
ることができる。これによって、光源と対向して設けら
れた反射鏡の端部を発光素子の発光面からさらに離すこ
とができるので、反射鏡の設計自由度をさらに増すこと
ができる。

【００７７】このようにして、光源から照射される光の
範囲をさらに狭めることによって反射鏡の配置と設計の
自由度をさらに増すことができる遮光反射型ＬＥＤとな
る。

【００７８】請求項６の発明にかかる遮光反射型発光ダ
イオードは、請求項４または請求項５の構成において、
前記光放射面は柱面形状の反射鏡の長手方向に略垂直な
方向に長径方向が向いた楕円体凸レンズの頂き部分を湾
曲した柱面で前記長径方向にカットした形状であるもの
である。

【００７９】このため、請求項４または請求項５に記載
の効果に加えて、発光素子から発せられた光は楕円体凸
レンズの長径方向については全て斜め方向に光放射面か
ら放射されることになり、光源の真下付近の反射鏡には
光が放射されないことになる。これによって、スリット
状の光学的開口部から放射される光は光学的開口部に対
して垂直な方向に向かう光が多くなり、ディスプレイと
した場合に垂直方向の光の拡がり角が狭くなってディス
プレイとして好ましい光放射特性が得られる。これに対
して、反射鏡の長手方向については楕円面の光放射面か
ら発光素子の光が放射されるため、光が拡がって反射鏡
で反射され光学的開口部の長さ一杯に反射光が放射され
る。これによって、ディスプレイとした場合に水平方向
の光の拡がり角が広くなってディスプレイとして好まし
い光放射特性が得られる。

【００８０】このようにして、ディスプレイとしたとき
に垂直方向、水平方向ともに好ましい光放射特性が得ら
れる遮光反射型発光ダイオードとなる。

【００８１】請求項７の発明にかかる遮光反射型発光ダ
イオードは、請求項１乃至請求項６のいずれか１つの構
成において、前記光源は複数個であり、該複数の光源は
前記柱面形状の反射鏡の軸方向に沿って配列されている
ものである。

【００８２】請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記
載の効果に加えて、このように複数の光源が柱面形状の
反射鏡の軸方向に沿って配列されているため、これら複
数の光源は互いに軸ずれを起こすことがない。

【００８３】このようにして、反射型発光ダイオードに
おいて複数の光源を搭載しても互いに軸ずれを起こすこ
とがない遮光反射型発光ダイオードとなる。

【００８４】請求項８の発明にかかる遮光反射型発光ダ
イオードは、請求項１乃至請求項７のいずれか１つの構
成において、前記光源は複数個であり、異なる複数色の
光を発する光源を備えるものである。

【００８５】かかる構成を有する遮光反射型ＬＥＤにお
いては、請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載の
効果に加えて、異なる複数色の光を発する複数個の光源
を備えているため、複数色が混色されて外部放射される
ことになる。この場合、軸ずれと配光特性の違いによる
色むらが生ずる心配があるが、これら複数個の光源を柱
面形状の反射鏡の軸方向に沿って配列することによっ
て、軸ずれを起こすことがない。また、各光源の取り付
け方を微調整することによって、各発光素子間の配光特
性の違いを打ち消して配光特性を均一化することができ
るので、色むらが生ずることもない。

【００８６】このようにして、異なる複数色の光源を備
える反射型発光ダイオードにおいても軸ずれと色むらを
起こす心配のない遮光反射型発光ダイオードとなる。

【００８７】請求項９の発明にかかる遮光反射型発光ダ
イオードは、請求項１乃至請求項８のいずれか１つの構
成において、前記光源は、赤色発光素子を有する赤色光
源と、緑色発光素子を有する緑色光源と、青色発光素子
を有する青色光源であるものである。

【００８８】かかる構成を有する遮光反射型ＬＥＤにお
いては、請求項１乃至請求項８のいずれか１つに記載の
効果に加えて、光の三原色を発光する３つの光源を有し
ているため、各光源に供給する電力を変化させることに
よってあらゆる色の発光が可能な遮光反射型ＬＥＤとな
り、これを複数個基板上に配置することによってフルカ
ラーディスプレイを構成することができる。そして、光
源は１つの発光素子しか有さない小型のものであるの
で、樹脂封止されていたとしても樹脂と金属の熱膨張率
の差による熱歪の影響を殆ど受けることなく、極めて低
い不良率で表面実装することができる。また、発光素子
を樹脂封止した状態である光源として作成された段階で
は、それぞれに用いられている発光素子の光度及び色度
のばらつき具合を、実装する前に予め調べて選別してお
くことが容易であるため、３色の発光素子の光度及び色
度の特性をみた上で相性の良い光源を組み合わせて実装
することが実用的に可能であり、フルカラーディスプレ
イの表示むらを著しく低減することができる。さらに、
各光源の取り付け方を微調整することによって、各発光
素子間の配光特性の違いを打ち消して均一化することが
できる。

【００８９】このようにして、フルカラーディスプレイ
を構成することができて表面実装することができ、ディ
スプレイの表示むらを低減することができるとともに、
発光素子間の配光特性を均一化することができる遮光反
射型発光ダイオードとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１（ａ）は本発明の実施の形態１にかかる
遮光反射型発光ダイオードの構成を示す平面図、（ｂ）
はＹ方向に沿って破断した縦断面図、（ｃ）はＸ方向に
沿って破断した縦断面図である。

【図２】 図２（ａ）は本発明の実施の形態１にかかる
遮光反射型発光ダイオードの光源の構成を示す平面図、
（ｂ）はＹ方向に沿って破断した縦断面図、（ｃ）はＸ
方向に沿って破断した縦断面図である。

【図３】 図３（ａ）は本発明の実施の形態２にかかる
遮光反射型発光ダイオードの構成を示す平面図、（ｂ）
はＹ方向に沿って破断した縦断面図、（ｃ）はＸ方向に
沿って破断した縦断面図である。

【図４】 図４（ａ）は従来の多色ＬＥＤの全体構成を
示す平面図、（ｂ）は縦断面図である。

【符号の説明】

１，１１ 遮光反射型発光ダイオード ２ 光源 ２Ｂ 青色光源 ２Ｇ 緑色光源 ２Ｒ 赤色光源 ３ 発光素子 ４ｃ 凹状の反射鏡 ６ 光透過性材料 ６ａ 光放射面 ８，１８ 反射鏡 ９，１９ 遮光部材 １０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ 光
学的開口部

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5C094 AA01 AA03 AA16 BA25 CA24 ED15 5F041 AA14 DB09 DC07 EE11 EE23 EE24 FF01 5G435 AA01 BB04 CC12 FF07 FF13 GG02 GG26

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光素子を有する光源と、前記光源に対
   向して設けられた反射鏡と、前記反射鏡に外部から入射
   する光を制限する遮光部材とを具備し、 前記遮光部材は光学的開口部を有し、 前記反射鏡は前記光源から発し、前記反射鏡で反射した
   光が線状に集光される柱面形状であり、線状に集光され
   た光が前記遮光部材の前記光学的開口部を通して外部放
   射されることを特徴とする遮光反射型発光ダイオード。
2. 【請求項２】 前記光学的開口部は前記柱面形状の反射
   鏡による集光エリア相当の大きさと形状であることを特
   徴とする請求項１に記載の遮光反射型発光ダイオード。
3. 【請求項３】 前記光源は、前記発光素子の周囲に設け
   られた凹状の反射鏡を有することを特徴とする請求項１
   または請求項２に記載の遮光反射型発光ダイオード。
4. 【請求項４】 前記光源は、前記発光素子と前記凹状の
   反射鏡を封止するとともに、前記発光素子の発光面側に
   光放射面を形成する光透過性材料を具備することを特徴
   とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の遮
   光反射型発光ダイオード。
5. 【請求項５】 前記光放射面は凸レンズであることを特
   徴とする請求項４に記載の遮光反射型発光ダイオード。
6. 【請求項６】 前記光放射面は柱面形状の反射鏡の長手
   方向に略垂直な方向に長径方向が向いた楕円体凸レンズ
   の頂き部分を湾曲した柱面で前記長径方向にカットした
   形状であることを特徴とする請求項４または請求項５に
   記載の遮光反射型発光ダイオード。
7. 【請求項７】 前記光源は複数個であり、該複数の光源
   は前記柱面形状の反射鏡の軸方向に沿って配列されてい
   ることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１
   つに記載の遮光反射型発光ダイオード。
8. 【請求項８】 前記光源は複数個であり、異なる複数色
   の光を発する光源を備えるものであることを特徴とする
   請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載の遮光反射
   型発光ダイオード。
9. 【請求項９】 前記光源は、赤色発光素子を有する赤色
   光源と、緑色発光素子を有する緑色光源と、青色発光素
   子を有する青色光源であることを特徴とする請求項１乃
   至請求項８のいずれか１つに記載の遮光反射型発光ダイ
   オード。