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JP2004165541A - Light emitting diode and led light - Google Patents

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JP2004165541A JP2002331811A JP2002331811A JP2004165541A JP 2004165541 A JP2004165541 A JP 2004165541A JP 2002331811 A JP2002331811 A JP 2002331811A JP 2002331811 A JP2002331811 A JP 2002331811A JP 2004165541 A JP2004165541 A JP 2004165541A
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  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
  • Planar Illumination Modules (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light emitting diode and an LED light which are made thin and superior in productivity and whose lightness is uniform in all directions by suppressing variance in light distribution characteristic. <P>SOLUTION: Of the light distribution characteristic I(θ)=k×cosθ+(1-k)×sinθ as to a light emitting element 6 of an LED 2 constituting a proximity optical system, (k) is set to ≤0.8 and the light emitting element 6 and an optical surface are formed in one body by a transfer molding method. The X-axial light which is emitted by the LED 2 and reaches a reflecting mirror 3 is nearly free of deviation in total light quantity within an effective radiation range and can be radiated by the reflector 3 nearly equally along a Z axis. Consequently, a good-looking thin luminaire is obtained which has a large reflecting surface and has no difference in lightness on the surface. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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発光ダイオードを提供する。
【００１４】
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ことを特徴とする発光ダイオードを提供する。
【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。
【００１８】
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してもよい。
【００１９】
また、上記発光ダイオードにおいて、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以下に形成されていることが好ましい。
【００２１】
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ていてもよい。
【００２２】
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、
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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a light-emitting diode (hereinafter, referred to as “LED”) and an LED light using the same, and in particular, a lighting device such as a tail light and a brake light of an automobile, a warning lamp and a sign for construction, and the like. The present invention relates to a light emitting diode and an LED light used as a display device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the brightness of LEDs has been increased, and LED lights using LEDs as light sources have been increasingly used for lamps such as backlights of automobiles. LEDs have the advantage of having a sharp spectrum, excellent visibility, and a high response speed when illuminated, so that the signal transmission speed to the following vehicle is improved. Is expected to improve the safety of Furthermore, since the LED itself is a monochromatic light source, there is no need to filter light other than the required color as in an incandescent light bulb, so that the monochromatic light source is highly efficient and leads to energy saving.
[0003]
FIG. 13 shows a conventional LED light 200. The LED light 200 includes a light emitting element 202 as a lens type LED 201, a pair of lead frames 203a and 203b, a bonding wire 204 for electrically connecting the light emitting element 202 and the lead frame 203b, and a transparent epoxy resin 205. Have. The light emitting element 202 is mounted on a lead frame 203a, and the light emitting element 202 and the lead frame 203b are wire-bonded, and the whole is sealed with a transparent epoxy resin 205 into a convex lens shape.
[0004]
In addition, as components of the LED light 200, a paraboloidal reflecting mirror 206 that reflects light emitted from the lens-type LED 201 upward on the paper surface, a Fresnel lens 207 located above the lens-type LED 201, A resin lens 209 having an uneven interface 209a on the side is provided.
[0005]
The LED light 200 emits light upward and obliquely upward by causing the lens-type LED 201 to emit light. Light emitted above the lens-type LED 201 is collected by the Fresnel lens 207 and emitted as parallel light. Light emitted obliquely upward from the lens-type LED 201 is reflected by the reflecting mirror 206 and emitted upward. In this way, all the light emitted from the lens type LED 201 is emitted substantially parallel to the resin lens 209 side. The resin lens 209 diffuses the incident light at the uneven interface 209 a and emits the light from the resin lens 209. As a result, light having a spread of approximately 20 degrees, which is a standard for a vehicle-mounted backlight, is emitted from the resin lens 209 to the outside.
[0006]
However, in the conventional LED light 200, light emitted from the lens-type LED 201 is converted into parallel light by the Fresnel lens 207 arranged on the light emission side, and the parallel light is diffused by the resin lens 209. There is a disadvantage that the thickness of the system becomes large and the LED lamp becomes large. If the reflecting mirror 206 is omitted, the number of components can be reduced and the thickness can be reduced, but the light emitted from the light emitting element 202 obliquely upward and in the side direction cannot be used, and the radiation efficiency decreases. Further, the emitted light passes through the Fresnel lens 207 and the resin lens 209 and is emitted to the outside, so that the degree of freedom of appearance is low.
[0007]
Therefore, as an LED light that is thin, has good appearance, and can increase the radiation efficiency, for example, there is an LED light disclosed in Patent Document 1.
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-2001-93312 (FIG. 2)
[0009]
The LED light includes a light source such as an LED, and a first reflector that is disposed at a position on a central axis facing the light source and reflects light emitted from the light source as light in a direction substantially orthogonal to the central axis of the light source. A mirror, and a second reflector, which is arranged around the first reflector, and converts the light reflected by the first reflector into light in the direction of the central axis and reflects the light. I have. In such a configuration, the light emitted from the light source is reflected by the first reflecting mirror in a direction substantially perpendicular to the central axis, and the reflected light is reflected by the second reflecting mirror in the central axis direction. The vehicle signal light having a predetermined radiation angle can be radiated over a predetermined area.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the LED light disclosed in Patent Literature 1, most of the light emitted from the light source is emitted upward, and when the positional accuracy of the center axis of the light source with respect to the first reflector decreases, the first reflector As a result, there is a problem that the amount of reflected light reflected in the total reflection direction becomes non-uniform, and light and dark (difference in brightness) occurs on the LED light surface. In particular, as the light source and the first reflecting mirror come closer to each other, the difference in brightness due to the positional shift becomes significant. In addition, the light source and the first reflecting mirror are separate components, each of which must be positioned and held so as not to cause a positional shift. Further, when a physical force is applied, there is a possibility that a positional shift of a component occurs.
[0011]
Further, even if the light source and the first reflecting mirror are positioned with high accuracy, it is difficult to avoid variations in light distribution characteristics due to the structure of the light source. An LED with a high light concentration has a large effect on the light distribution characteristics due to the displacement of the light emitting element, and there is an inherent problem that when a light source with such a variation in the light distribution characteristics is used, the surface of the LED light may be bright or dark. To do that.
[0012]
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a light emitting diode and an LED light which are thinner and more excellent in productivity, suppress variations in light distribution characteristics, and have uniform brightness in all directions.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present invention, in order to achieve the above object, a light-emitting element mounted on the power supply means,
A sealing means of a light-transmitting material for sealing the light-emitting element,
The sealing means reflects light emitted from the light-emitting element in a direction orthogonal to the central axis of the light-emitting element or in a direction making a large angle with the central axis, and the light reflected by the reflective surface from the side. The reflecting surface has a shortest distance from the light emitting element to less than に 対 し of a radius R of the reflecting surface, and forms a close optical system to the light emitting element. A light emitting diode is provided.
[0014]
Further, in order to achieve the above object, the present invention has a light emitting element mounted on a power supply means, and sealing means made of a light-transmitting material for sealing the light emitting element, wherein the sealing means is The light emitting device includes a reflecting surface that reflects light emitted from the light emitting element in a direction orthogonal to or at a large angle to the central axis of the light emitting element, and a side emitting surface that emits light reflected by the reflecting surface from a side surface. The reflecting surface is formed to have a dimension in which a radius R is larger than a height H in a central axis direction of the light emitting element from a light emitting surface of the light emitting element to an edge of the reflecting surface. And a light-emitting diode characterized by forming a proximity optical system.
[0015]
The light emitting element has a radiation intensity at an emission angle θ of the emitted light with respect to the central axis direction as I (θ) and a constant determined by the radiation intensity according to the emission angle θ of the light emitting element as k,
I (θ) = k · cos θ + (1−k) · sin θ
(However, k ≦ 0.8)
It is preferable that
[0016]
In the light emitting diode, it is preferable that the light emitting element satisfies k ≦ 0.6 for a constant k.
[0017]
Further, in the above light-emitting diode, the light-emitting element may have a light-transmitting substrate that transmits light to emit light.
[0018]
In the light emitting diode, the sealing means may include a light diffusing material covering the light emitting element.
[0019]
Further, in the light emitting diode, the light diffusion material may be a phosphor.
[0020]
Further, in the light emitting diode, it is preferable that the sealing means is formed such that a thickness h on a light emitting surface side of the light emitting element in a central axis portion of the light emitting element is 1 mm or less.
[0021]
Further, in the above light emitting diode, the light emitting element may be mounted at an end of the power supply means.
[0022]
Further, the present invention, in order to achieve the above object, a light emitting element mounted on the power supply means,
A sealing means of a light-transmitting material for sealing the light-emitting element,
The sealing means reflects light emitted from the light-emitting element in a direction orthogonal to the central axis of the light-emitting element or in a direction making a large angle with the central axis, and the light reflected by the reflective surface from the side. A light-emitting diode having a side surface that emits light and a shortest distance between the reflection surface and the light-emitting element being less than 1/2 of a radius R of the reflection surface, forming a close optical system to the light-emitting element When,
A reflecting mirror for reflecting light emitted from the light emitting diode.
[0023]
Further, in order to achieve the above object, the present invention has a light emitting element mounted on a power supply means, and sealing means made of a light-transmitting material for sealing the light emitting element, wherein the sealing means is The light emitting device includes a reflecting surface that reflects light emitted from the light emitting element in a direction orthogonal to or at a large angle to the central axis of the light emitting element, and a side emitting surface that emits light reflected by the reflecting surface from a side surface. The reflecting surface is formed to have a dimension in which a radius R is larger than a height H in a central axis direction of the light emitting element from a light emitting surface of the light emitting element to an edge of the reflecting surface. A light emitting diode forming a proximity optical system with respect to
A reflecting mirror for reflecting light emitted from the light emitting diode.
[0024]
In the LED light, the light emitting element has a radiation intensity at an emission angle θ of the emitted light with respect to the central axis direction as I (θ), and a constant determined by a radiation intensity according to the emission angle θ of the light emitting element is k. When
I (θ) = k · cos θ + (1−k) · sin θ
(However, k ≦ 0.8)
It is preferable that
[0025]
In the above LED light, the light emitting element may include a light-transmitting substrate that transmits light to emitted light.
[0026]
In the above LED light, the sealing means may include a light diffusing material covering the light emitting element.
[0027]
In the above LED light, the light diffusion material may be a phosphor.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
In the following description, a coordinate system is defined in which the central axis of the light emitting element is the Z axis, the upper surface position of the light emitting element on the Z axis is the origin, and the origin has an X axis and a Y axis orthogonal to the Z axis. . However, the Z axis is also referred to as a center axis Z.
[0029]
1A and 1B show an overall configuration of an LED light 1 according to a first embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a plan view, FIG. 1B is a sectional view taken along line AA of FIG. It is an enlarged view of P part of b). The LED light 1 includes an LED 2 using a light emitting element 6 having a predetermined light distribution characteristic at the center of a disk-shaped main body, and a reflecting mirror 3 having a concentric and stair-shaped reflecting surface 3 a around the LED 2. Have.
[0030]
The reflecting mirror 3 is formed of a transparent acrylic resin, and after forming, is subjected to aluminum evaporation on the upper surface to be mirror-finished, thereby forming the reflecting surface 3a. Each reflecting surface 3a is inclined at about 45 degrees with respect to the XY plane, as shown in FIG. 3C, and reflects light incident from the X (Y) direction and emits it in the Z direction.
[0031]
2A and 2B show the LED 2, wherein FIG. 2A is a longitudinal sectional view, FIG. 2B is a plan view, and FIG. 2C is a side view. The LED 2 integrally seals the lead frames 5a, 5b, the light emitting element 6, the bonding wires 7 for electrically connecting the lead frame 5b and the light emitting element 6, and the lead frames 5a, 5b and the light emitting element 6. A transparent epoxy resin 8 that is stopped and an optical surface is formed, a reflecting mirror 9 having a flat surface 9a and a reflecting surface 9b, and a part of a spherical surface centered on the light emitting element 6 to emit light in XY It comprises a radiation surface 10 that radiates in the direction.
[0032]
The lead frames 5a and 5b are formed of a copper alloy and are provided on the XY plane with a gap for insulation therebetween. The light emitting element 6 is mounted at the origin position of the lead frame 5a having a large area. .
[0033]
The light emitting element 6 has a rectangular parallelepiped shape, is face-up joined to the lead frame 5a, and has an upper surface serving as a light emitting surface. Also, a large current type (high output type) is used for the purpose of keeping the light emission intensity of the LED 2 at a predetermined value by minimizing the number of used LEDs. The light emitting element 6 may be mounted on the lead frame 5a by flip chip bonding.
[0034]
The transparent epoxy resin 8 uses an epoxy resin having a refractive index of 1.55, and has a flat surface 9a at the center of the upper surface (directly above the light emitting element 6). The reflecting mirror 9 is formed by providing a reflecting surface 9b following the flat surface 9a. The proximity optical system is formed by arranging the light emitting element 6 close to the reflecting mirror 9 and integrally molding the same.
[0035]
The reflecting mirror 9 has a flat surface 9a for emitting light emitted from the light-emitting element 6 in a direction directly above, and a parabola having a focal point at the center of the light-emitting surface of the light-emitting element 6, which is a coordinate origin in the figure, and having an X axis as a symmetric axis. And a reflection surface 9b having a circular reflection shape obtained by rotating a part of the surface around a central axis Z. It is also possible to adopt a configuration in which the reflecting mirror 9 is not provided with the flat surface 9a, depending on the use.
[0036]
The reflecting mirror 9 is a first reflecting mirror that reflects light emitted from the light emitting element 6, and the radius R of the reflecting surface 9b is larger than the light emitting element 6 as shown in FIG. Here, the relationship between the height H of the radiation surface 10 and the radius R is H = 2.0 mm and R = 3.5 mm so that most of the light emitted at an angle can be effectively emitted to the side surface. Are H <R. The distance h (the thickness of the transparent epoxy resin 8) between the light emitting element 6 and the flat surface 9a is set to 0.5 mm so that a relatively large solid angle is formed by forming a proximity optical system. .
[0037]
FIG. 3 shows the configuration of the light-emitting element 6, from the lowermost layer to the uppermost layer, an N-type GaAs substrate 101, an N-type AlInGaP clad layer 102, a layer 103 having a light-emitting layer, a P-type AlInGaP clad layer 104, A P-type GaP window layer 105 is sequentially formed, and an Al bonding pad (positive electrode) 107 is formed on the P-type GaP window layer 105 via an AuZn contact 106 for ohmic contact with the window layer 105. Have been. Further, under the N-type GaP substrate 101, an Au alloy electrode (negative electrode) 108 is formed. Note that the N-type GaAs substrate 101 is opaque to the wavelength of light emitted from the light-emitting layer, and the N-type AlInGaP cladding layer 102 and the P-type AlInGaP cladding layer 104 are translucent.
[0038]
FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating the light distribution characteristics of the light emitting element 6. The radiation intensity radiated from the upper surface 6a and the side surface 6b (four side surfaces) of the light emitting element 6 is the sum of the radiation intensity radiated from the upper surface 6a and the radiation intensity radiated from the four side surfaces 6b, and the light distribution characteristic I ( θ) is expressed by the following equation (1).
I (θ) = k · cos θ + (1−k) · sin θ (1)
[0039]
Here, k · cos θ indicates the radiation intensity radiated from the upper surface 6a, and (1−k) sin θ indicates the radiation intensity radiated from the side surface 6b. θ is the angle of the light emitting element 6 with respect to the Z axis, and when the value of k changes, the distribution of the light emitted from the upper surface 6a and the light emitted from the side surface 6b changes.
[0040]
FIG. 5 shows a change in the radiation intensity (Z-axis direction) when θ is changed for the light-emitting elements 6 having different light distribution characteristics based on the above formula (1). 6 shows the definition of the angle for 6. (B) is a state in which 100% of light is radiated from the upper surface 6a when k = 1 (upper 100%), and (c) is 80% from the upper surface 6a and 20 from the side surface 6b when k = 0.8. % Light is emitted (upper 80%). (D) shows a state in which 60% of light is emitted from the upper surface 6a and 40% of light is emitted from the side surface 6b when k = 0.6 (upper 60%).
[0041]
The light-emitting element 6 has a characteristic that the rate at which light based on light emission in the layer 103 having a light-emitting layer is emitted from the upper surface is large because the N-type GaAs substrate 101 serves as a black absorber for the emission color. , Approximately k = 0.8. That is, 80% of the light is emitted from the upper surface 6a, and 5% of the light is emitted from each of the side surfaces 6b. In order to obtain such desired light distribution characteristics, the thickness of the epitaxial layer and the shape of the light emitting element 6 are adjusted.
[0042]
In the light-emitting element 6 having the light distribution characteristic shown in FIG. 5B, light is emitted from the upper surface 6a, and the emission intensity decreases as θ increases, and becomes almost zero when θ = 90 °. Further, the light emitting element 6 having the light distribution characteristic (c) has a structure in which light is also emitted from the side surface 6b, and the radiation intensity at θ = 0 is smaller than that of the light emitting element shown in (b). Even when = 90 °, the radiation intensity does not become 0, and light is emitted in the X-Y direction. Further, in the light emitting element 6 having the light distribution characteristic of (d), the amount of light radiated from the side surface 6b is larger than that of the light emitting element 6 shown in (c), whereby the radiation intensity at θ = 0 becomes smaller. However, the decrease in the radiation intensity due to the change in θ is smaller than in (b) and (c), and the radiation intensity does not become 0 even at θ = 90 °, and the light in the XY direction Is emitted.
[0043]
The light distribution characteristics of the LED 2 include the light distribution characteristics of the light emitting element 6 described above, the positional accuracy of the optical surface including the light emitting element 6, the flat surface 9a, the reflecting surface 9b, and the radiation surface 10, and the lead frame 5a of the light emitting element 6. And the setting position accuracy with respect to the mold when the lead frame 5a and the above-described optical surface are integrally molded. In order to prevent the light distribution in the θ direction from being biased as shown in FIG. 2B, the uniformity of the light radiated in the circumferential direction (360 °) of the radiation surface 10 around the Z axis is required. However, if there is a positional shift between the light emitting element 6 and the optical surface, uneven light distribution in the θ direction occurs according to the shift amount. In particular, the proximity optical system of the LED 2 according to the present invention has a structural characteristic that uneven light distribution easily occurs due to slight displacement.
[0044]
FIG. 6 shows light emitted directly upward from the LED 2 and light reaching the reflection surface 3a due to a change in light distribution characteristics when the central axis of the light emitting element 6 in the LED 2 is shifted from the optical surface in the X-axis direction. In the case where the light emitting element 6 having a GaAs substrate is used, the effective radiation efficiency ratio decreases when a shift amount occurs in the X-axis direction during production. In the figure, it is clearly reduced especially at 0.3 mm or more.
[0045]
FIGS. 7A and 7B show conditions for observing the amount of light radiated from the LED 2 and are represented by Φij obtained by dividing all directions around the LED 2 into 32 parts. As shown in (a), 360 ° around the Z axis of the LED 2 is divided into eight (j = 1 to 8), and as shown in (b), 0 ° to 20 ° with respect to the Z axis. Angle range (i = 1), angle range from 20 ° to 60 ° (i = 2), angle range from 60 ° to 100 ° (i = 3), angle range from 100 ° to 180 ° ( i = 4), and the amount of light emitted from the LED 2 to these regions will be described below. Here, an angle range from 0 ° to 20 ° with respect to the Z axis is light directly radiated from the LED 2 to the vicinity of the Z axis, and an angle range from 60 ° to 100 ° with respect to the Z axis is reflected from the LED 2. It is assumed that, after being radiated to the mirror 3, the light is reflected by the reflecting mirror 3 in the direction near the Z axis and is radiated to the outside.
[0046]
FIG. 8A shows the total light amount deviation of the LED 2 when the light emitting element 6 having the upper 100% light distribution characteristic is used under the observation conditions shown in FIG. 7, and the total light amount deviation is 0.0 in the X direction. From 0.5 mm to 0.5 mm, which are obtained by setting the conditions under which the amounts of shift have occurred in six steps, and the total light amount deviations in each direction are shown by connecting lines. As the amount of deviation increases, the bias of the total amount of light increases. FIG. 3B shows the total light quantity bias of the LED 2 when the light emitting element 6 having the light distribution characteristic of 80% is used. The light emitting element 6 has a structure in which light is emitted from the side surface 6b. The bias has been improved.
[0047]
As described above, as the amount of light radiated from the lateral direction of the light emitting element 6 increases, the deviation of the total light amount in the effective radiation range due to the positional shift between the light emitting element 6 and the optical surface decreases. Therefore, if the light emitting element 6 having a light distribution characteristic of k = 0.8 or less is used, the position of the light emitting element 6 mounted on the lead frame 5a is 0.1 mm from the Z axis in the X axis (or Y axis) direction. Even if a dimensional deviation within the range described above occurs, it can be compensated for by the light distribution characteristics of the light emitting element 6, so that there is almost no deviation in the total light amount in the effective radiation range, and there is no visual effect.
[0048]
The LED 2 described above can be manufactured by, for example, a transfer molding method. Hereinafter, a manufacturing method by the transfer molding method will be described. Here, the light emitting element 6 having a light distribution characteristic of k = 0.8 is used. First, the light emitting element 6 is face-up joined to the lead frame 5a formed by press working. Next, the Al bonding pad 107 of the light emitting element 6 and the lead frame 5b are electrically connected by the bonding wire 7. Next, the lead frames 5a and 5b, on which the light emitting elements 6 are mounted, are placed on a mold that can be divided into upper and lower portions, and are positioned from above and below. Next, the transparent epoxy resin 8 is injected into the mold. Next, the transparent epoxy resin 8 is cured under curing conditions of 160 ° C. for 5 minutes. Next, the mold 2 is vertically separated to take out the LED 2 having the transparent epoxy resin 8 cured. In order to improve the releasability between the mold and the transparent epoxy resin 8, the transparent epoxy resin 8 containing a release component or the like is used.
[0049]
Next, the operation of the LED light 1 will be described.
When a power switch (not shown) of the LED light 1 is turned on by an operator, a power unit (not shown) applies a voltage to the lead frames 5a and 5b. The light emitting element 6 emits light based on the application of a voltage. The light emitted from the light emitting element 6 and emitted directly along the Z axis is emitted from the flat surface 9a to the outside of the transparent epoxy resin 8, and is emitted outside. In addition, 50 to 60% of the light emitted from the light emitting element 6 reaches the reflecting surface 9 b having a solid angle of about 2.7 strad with respect to the light emitting element 6, and is emitted from the light emitting element 6 with respect to the Z axis. Light emitted in a substantially horizontal direction directly reaches the radiation surface 10 and is externally radiated as it is from the radiation surface 10 in a direction substantially parallel to the XY plane.
[0050]
Light emitted from the LED 2 substantially in parallel to the XY plane is reflected on the reflecting surface 3a of the reflecting mirror 3 in a substantially Z-axis direction and emitted to the outside.
[0051]
According to the LED light 1 of the above-described first embodiment, k in the light distribution characteristic I (θ) = k · cos θ + (1−k) · sin θ of the light emitting element 6 of the LED 2 forming the proximity optical system is calculated. Since it is set to 0.8 or less and the light emitting element 6 and the optical surface are integrally formed by the transfer molding method, the light in the X-axis direction radiated from the LED 2 and reaching the reflecting mirror 3 is: There is almost no deviation in the total light amount in the effective radiation range, and the light can be radiated almost uniformly in the Z-axis direction by the reflecting mirror 3. This makes it possible to obtain a thin lamp having a good appearance with a large reflecting mirror surface and no difference in surface brightness. As a result, when applied to a tail light or a brake light of an automobile, visibility of light not only directly behind the automobile but also from a lateral direction can be improved.
[0052]
In the above-described LED light 1, the configuration using the LED 2 using the light emitting element 6 having a light distribution characteristic of k = 0.8 has been described as an example, but the light distribution characteristic of k = 0.8 or less is described. If the light emitting element 6 is used, the deviation of the total amount of light in the effective radiation range due to the displacement between the light emitting element 6 and the optical surface can be reduced to a level that does not cause any practical problem.
[0053]
In the manufacture of the LED 2 by the transfer molding method, since the transparent epoxy resin 8 is injected into the mold while the lead frames 5a and 5b are sandwiched by the mold, the positioning accuracy between the light emitting element 6 and the optical surface is ± 0. 1 mm high accuracy, and even in the proximity optical system using the light emitting element 6 with k = 0.8, the light distribution characteristics due to the individual difference of the LED 2 are prevented and the light distribution characteristic is stabilized. Thus, it is possible to provide the LED light 1 having a high quality.
[0054]
In addition, although the configuration using the transparent epoxy resin 8 as the translucent material for sealing the light emitting element 6 has been described, other translucent materials having the same translucency and other optical characteristics may be used. Good. Further, although the transparent acrylic resin is used as the resin material forming the reflecting mirror 3, other materials such as other transparent resins can be used. Further, the configuration, shape, quantity, material, size, connection relationship, and the like of other portions of the LED light are not limited to the embodiments.
[0055]
Further, although the reflection surface 9b has been described as applying the total reflection of the resin without performing the mirror surface treatment, the reflection surface 9b may be subjected to a mirror surface treatment such as metal deposition.
[0056]
9A and 9B show an LED 2a according to a second embodiment of the present invention, wherein FIG. 9A is a plan view of the LED 2a viewed from the Z direction, and FIG. 9B is a longitudinal sectional view of the light emitting element 6 in FIG. It is. The LED 2a is made of a GaP substrate AlInGaP using a translucent N-type GaP substrate, and has a light emitting element 6 having an upper 60% (k = 0.6) light distribution characteristic, and a resin made of a copper alloy. It has lead frames 5b and 5c whose sealing portions are bent, and the light emitting element 6 is mounted on the tip of the lead frame 5c. In addition, the same reference numerals are given to portions having the same configuration as in the first embodiment, and a duplicate description will be omitted.
[0057]
FIG. 10 shows the total light amount deviation of the LED 2 when the light emitting element 6 having the light distribution characteristic of k = 0.6 is used, and the amount of light radiated from the side surface 6b of the light emitting element 6 is increased. , K = 0.8, the light distribution deviation is within ± 20% even when X = 0.4 mm, and the total light amount deviation is improved even when X = 0.4 mm. The light-emitting element 6 with k = 0.6 uses a material such as GaP or the like that exhibits light transmittance with respect to the emission color so that the radiation amount from the side surface 6b based on the reflection inside the light-emitting element 6 is increased. Formed.
[0058]
The LED 2a can be manufactured by, for example, a casting mold method. Hereinafter, a manufacturing method using the casting mold method will be described. Here, a light emitting element 6 having a light distribution characteristic of k = 0.6 is used. First, the lead frames 5b and 5c are punched by pressing. At this time, the rear ends of a plurality of lead frames 5b and 5c are connected by leads without being divided. Next, the rear end connected by the lead is fixed to the support member. Next, the lead frames 5b and 5c are subjected to bending to obtain a desired shape. Next, the light emitting element 6 is joined face-up to the tip of the lead frame 5c. Next, the Al bonding pad 107 of the light emitting element 6 and the lead frame 5b are electrically connected by the bonding wire 7. Next, the lead frames 5b and 5c are moved onto a casting for molding. Next, the transparent epoxy resin 8 is injected into the casting. Next, the lead frames 5b and 5c are immersed in the casting into which the transparent epoxy resin 8 has been injected. Next, the space in which the casting and the lead frames 5b and 5c are arranged is evacuated to remove bubbles from the transparent epoxy resin 8. Next, the transparent epoxy resin 8 is cured at 120 ° C. for 60 minutes. Next, the LED 2a obtained by curing the transparent epoxy resin 8 is removed from the casting.
[0059]
According to the LED 2a of the second embodiment described above, since the light emitting element 6 is configured to use a light-transmitting N-type GaP substrate and to have a light distribution characteristic of k = 0.6, Light distribution characteristics in a wider range can be obtained than the LED 2 using the light emitting element 6 having an N-type GaAs substrate. Thus, even if the light emitting element 6 and the optical surface are misaligned, when the amount of the misalignment is small, it is possible to suppress the deviation of the total light amount in the effective radiation range to a level that does not cause a practical problem.
[0060]
Also, in the casting mold method, since the tips (free ends) of the lead frames 5b and 5c are not supported and restrained by casting, the positioning accuracy between the light emitting element 6 and the optical surface is ± 0.2 mm, which is lower than that of the production by the transfer molding method. descend. In particular, when the light emitting element 6 is mounted on the plate thickness portion at the tip of the flat lead frame, it is difficult to achieve high positioning accuracy. However, by increasing the allowable range of positioning accuracy, productivity can be improved, and mass productivity is excellent. By curing the transparent epoxy resin 8 for a long time, the unevenness in thermal stress is reduced, and the peeling of the lead frames 5b and 5c from the transparent epoxy resin 8 is less likely to occur. Note that it is possible to stabilize the light distribution characteristics by controlling the manufacturing process and selecting the light distribution characteristics of the light emitting element 6.
[0061]
11A and 11B show an LED 2b according to a third embodiment of the present invention, wherein FIG. 11A is a plan view of the LED 2b viewed from the Z direction, and FIG. 11B is a longitudinal sectional view of the light emitting element 6 in FIG. It is. The LED 2b is made of a GaP substrate AlInGaP using a translucent N-type GaP substrate, and has a light emitting element 6 having an upper 40% (k = 0.4) light distribution characteristic, and a flat plate made of a copper alloy. And the lead frames 5b and 5d. In addition, portions having the same configuration as those of the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
[0062]
The light emitting element 6 with k = 0.4 is formed in a smaller size (for example, 0.3 mm square) than the light emitting element 6 with k = 0.6, so that the absorption loss inside the light emitting element is reduced. As a result, the radiation amount from the side surface 6b is further increased.
[0063]
The light emitting element 6 is mounted on the tip of a lead frame 5c punched by press working.
[0064]
According to the LED 2b of the third embodiment described above, since the light emitting element 6 is mounted on the tip of the lead frame 5d, it is excellent in mass productivity while suppressing the total light amount deviation in the effective radiation range, and the lead frames 5b, 5d And the contact area between the transparent epoxy resin 8 and the transparent epoxy resin 8 can be reduced, thereby making it more difficult for peeling to occur. In addition, since work steps such as bending of the lead frames 5b and 5d can be made unnecessary, productivity can be improved.
[0065]
Further, since the light-emitting element 6 uses a light-transmitting N-type GaP substrate, the light distribution in a wider range as compared with the LED 2 using the light-emitting element 6 having the N-type GaAs substrate as in the second embodiment. Characteristics are obtained. Thus, even if the light emitting element 6 and the optical surface are misaligned, when the amount of the misalignment is small, it is possible to suppress the deviation of the total light amount in the effective radiation range to a level that does not cause a practical problem.
[0066]
FIG. 12 shows an LED 2c according to a fourth embodiment of the present invention, 2 O 3 It comprises a light emitting element 6 made of a substrate GaN, lead frames 5b and 5d made of a copper alloy and formed by bending a resin sealing portion, and a transparent epoxy resin 8 having an optical surface. The light emitting element 6 is mounted on the tip of the lead frame 5d. The light emitting element 6 is hemispherically sealed by a sealing resin 8s containing a phosphor. In the figure, the transparent epoxy resin 8 is shown as a transparent member. In addition, portions having the same configuration as those of the first, second, and third embodiments are denoted by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
[0067]
According to the LED 2c of the fourth embodiment described above, since the light emitting element 6 mounted on the tip of the lead frame 5d is hemispherically sealed with the sealing resin 8s, it does not have a wide range of light distribution characteristics. Even when the light emitting element 6 is used, the light can be diffused by the excitation light radiated from the phosphor, whereby the light distribution characteristics can be made suitable for the proximity optical system of the present invention.
[0068]
As the phosphor, for example, Ce: YAG (yttrium aluminum garnet) can be used. In order to improve the light distribution characteristics, a similar effect can be obtained by mixing a light diffusing material into the sealing resin 8s instead of the phosphor and diffusing the light with the light diffusing material. The light diffusing material is, for example, titanium oxide, alumina, or SiO. 2 Can be used.
[0069]
In each of the above-described embodiments, the configuration using a GaAs-based substrate for the light-emitting element 6 has been described, but a GaP substrate AlInGaP-based or GaN-based one may be used depending on the light distribution characteristics. Further, a substrate having a light-transmitting property or a light-impermeable substrate with respect to the emission wavelength can be selectively used, and there is no particular limitation as long as it is a light emitting element 6 applicable to the LED light 1.
[0070]
In addition, the light emitting diode is described as having the light emitting element encapsulated and the reflection surface and the side reflection surface molded. However, the present invention is not limited to this. For example, a reflection light formed separately with a translucent resin may be used. By attaching the surface and the side reflection surface together with the light emitting element by sealing with a light transmissive material, a proximity optical system for the light emitting element can be formed.
[0071]
In each of the above-described embodiments, the reflecting mirror 9 has a circular reflection shape obtained by rotating a part of a parabola having the origin of the light emitting element 6 as a focal point and a symmetric axis of the X axis around the central axis Z. The emission surface 10 has been described as having a shape that forms a part of a spherical surface centered on the light emitting element 6, but the light emitted from the light emitting element 6 forms a large angle with respect to the central axis Z. The shape is not particularly limited as long as the shape can radiate in a substantially side direction. In particular, under the condition that the relationship of H <R and the shape of the transparent epoxy resin 8 shown in each embodiment is satisfied, the reflecting mirror 9 comes close to the light emitting element 6, and the LED of the LED depends on the positional accuracy of the optical system. The same effect can be obtained for the stability of the light distribution characteristics. Even when the relationship of H <R is not satisfied, the same effect can be obtained when h <1 mm. Further, even when a close optical system is formed such that the shortest distance from the light emitting element 6 is less than に 対 し て of the radius R shown in FIG. Can be enhanced.
[0072]
【The invention's effect】
As described above, the light-emitting diode of the present invention includes a light-emitting element mounted on a power supply unit,
A sealing means of a light-transmitting material for sealing the light-emitting element,
The sealing means reflects light emitted from the light-emitting element in a direction orthogonal to the central axis of the light-emitting element or in a direction making a large angle with the central axis, and the light reflected by the reflective surface from the side. The reflecting surface has a shortest distance from the light emitting element to less than に 対 し of a radius R of the reflecting surface, and forms a close optical system to the light emitting element. Features.
According to such a configuration, light emitted from the light emitting element can be emitted not only in the central axis direction but also in a direction perpendicular to the central axis while the light emitting diode is made thin, and the light emitting element and the reflecting surface Since the radiation in the direction orthogonal to the central axis becomes large based on the proximity of the light, the light distribution characteristics of a wide radiation range can be obtained.
[0073]
Further, even if the center axis of the light emitting element is displaced from the center axis of the first reflecting mirror, it is possible to prevent a difference in brightness of the surface of the LED light.
[0074]
In addition, even if a light source having a variation in the light distribution characteristics of the light emitting element is used, it is possible to prevent the difference in brightness of the surface of the LED light from being emitted by emitting light to a wide radiation range. it can.
[0075]
Further, the light emitting diode of the present invention has a light emitting element mounted on a power supply means, and sealing means made of a translucent material for sealing the light emitting element, and the sealing means emits light from the light emitting element. A reflecting surface that reflects the light emitted in a direction perpendicular to the central axis of the light-emitting element or at a large angle to the central axis, and a side-emitting surface that emits light reflected by the reflecting surface from a side surface; The surface is formed to have a dimension in which a radius R is larger than a height H in a central axis direction of the light emitting element from a light emitting surface of the light emitting element to an edge of the reflection surface, and is close to the light emitting element. An optical system is formed.
According to such a configuration, light emitted from the light emitting element is emitted not only in the direction of the central axis but also in the direction orthogonal to the central axis while the light emitting diode is made thinner, so that the light distribution characteristics in a wide radiation range are improved. can get.
[0076]
In the above light emitting diode, the light emitting element has a radiation intensity at the emission angle θ of the emitted light with respect to the central axis direction as I (θ), and a constant determined by the radiation intensity according to the emission angle θ of the light emitting element as k. ,
I (θ) = k · cos θ + (1−k) · sin θ
(However, k ≦ 0.8)
With such a configuration, the light distribution characteristics in the lateral direction can be improved, and a stable amount of light can be emitted over a wide range.
[0077]
Further, in the light emitting diode, the light distribution characteristic in the side direction is further improved by setting k ≦ 0.6 for the constant k. Further, even if the light distribution characteristics of the light emitting elements vary, a stable amount of light can be emitted over a wide range.
[0078]
In the above light-emitting diode, when the light-emitting element has a light-transmitting substrate having a light-transmitting property with respect to light to be emitted, light reflected in the light-emitting element can be emitted to the outside; The radiation efficiency of the device can be increased.
[0079]
In the light emitting diode, when the sealing means includes a light diffusion material covering the light emitting element, light emitted from the light emitting element can be radiated over a wide area by being diffused by the light diffusion material.
[0080]
Further, in the above light emitting diode, when a phosphor is used as the light diffusing material, the phosphor is excited by the light emitted from the light emitting element, so that the excitation light is emitted to emit light with uniform brightness over a wider range. can do.
[0081]
Further, in the light emitting diode, the sealing means is configured such that the thickness h on the light emitting surface side of the light emitting element in the central axis portion of the light emitting element is formed to be 1 mm or less, so that light is emitted from a portion directly above the light emitting element to the outside. It can radiate and prevent the hollow state of light radiation.
[0082]
Further, in the light emitting diode, the light emitting element is mounted on the end of the power supply means, so that an existing manufacturing method and apparatus excellent in mass productivity can be used.
[0083]
Further, the LED light of the present invention includes a light emitting element mounted on the power supply means,
A sealing means of a light-transmitting material for sealing the light-emitting element,
The sealing means reflects light emitted from the light-emitting element in a direction orthogonal to the central axis of the light-emitting element or in a direction making a large angle with the central axis, and the light reflected by the reflective surface from the side. A light-emitting diode having a side surface that emits light and a shortest distance between the reflection surface and the light-emitting element being less than 1/2 of a radius R of the reflection surface, forming a close optical system to the light-emitting element When,
A reflecting mirror for reflecting light emitted from the light emitting diode.
According to such a configuration, light emitted from the light emitting element is emitted not only in the central axis direction but also in a direction orthogonal to the central axis, and based on the proximity of the light emitting element and the reflecting surface. Since the emissivity in the direction perpendicular to the central axis is increased, the LED light is excellent in visibility, imparts novel vision to the LED light, and has a light distribution characteristic in a wide radiation range.
[0084]
Further, the LED light of the present invention has a light emitting element mounted on a power supply means, and sealing means made of a translucent material for sealing the light emitting element, and the sealing means emits light from the light emitting element. A reflecting surface that reflects the light emitted in a direction perpendicular to the central axis of the light-emitting element or at a large angle to the central axis, and a side-emitting surface that emits light reflected by the reflecting surface from a side surface; The surface is formed to have a dimension in which a radius R is larger than a height H in a central axis direction of the light emitting element from a light emitting surface of the light emitting element to an edge of the reflection surface, and is close to the light emitting element. A light emitting diode forming an optical system;
A reflecting mirror for reflecting light emitted from the light emitting diode.
According to such a configuration, since the light emitted from the light emitting element is emitted not only in the direction of the central axis but also in the direction orthogonal to the central axis, an LED light having a light distribution characteristic with a wide radiation range can be obtained.
[0085]
In the above LED light, the light emitting element has a radiation intensity at an emission angle θ of the emitted light with respect to the central axis direction as I (θ), and a constant determined by the radiation intensity according to the emission angle θ of the light emitting element as k. When
I (θ) = k · cos θ + (1−k) · sin θ
(However, k ≦ 0.8)
It is characterized by being.
According to such a configuration, the amount of light emitted from the light emitting element in the side direction increases, and a high-brightness LED light that hardly causes variation in light irradiation property due to positional accuracy with respect to the reflecting mirror can be obtained.
[0086]
In the above LED light, when the light-emitting element has a light-transmitting substrate having a light-transmitting property with respect to light to be emitted, light reflected in the light-emitting element can be radiated to the outside, and high-luminance light is emitted. An LED light is obtained.
[0087]
In the above LED light, when the sealing means includes a light diffusing material covering the light emitting element, light emitted from the light emitting element is diffused by the light diffusing material, so that an LED light with improved visibility can be obtained. .
[0088]
In the above LED light, when the light diffusing material uses a phosphor as the phosphor, excitation light is emitted by exciting the phosphor by light emitted from the light emitting element, and the brightness of the LED light can be increased. Visibility can be further improved.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are diagrams showing an overall configuration of an LED light using an LED according to a first embodiment, wherein FIG. 1A is a plan view, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. () Is an enlarged view of a P part of (b).
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing a configuration of the LED according to the first embodiment, wherein FIG. 2A is a sectional view, FIG. 2B is a plan view, and FIG. 2C is a side view showing the size of each part.
FIG. 3 is a side view showing the configuration of the light emitting device according to the first embodiment.
FIG. 4 is a conceptual diagram of light emission from the top and side surfaces of the light emitting device according to the first embodiment.
5A and 5B show light distribution characteristic curves of the light emitting device according to the first embodiment, wherein FIG. 5A is an explanatory diagram of an angle of the light emitting device with respect to the Z axis, and FIG. FIG. 4C is a characteristic diagram showing a change in radiation intensity when k = 0.8, and FIG. 4D is a characteristic diagram showing a change in radiation intensity when k = 0.6.
FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between an effective radiation efficiency ratio of the LED according to the first embodiment and displacement in the X-axis direction.
FIGS. 7A and 7B are conceptual diagrams showing observation conditions of the amount of light emitted from an LED.
FIGS. 8A and 8B show the total light amount deviation in the effective radiation range of the LED according to the first embodiment, and FIG. 8A shows the total light amount deviation in the effective radiation range in the LED using the light emitting element whose light distribution characteristic is 100% higher. FIG. 4B is a characteristic diagram showing the total light amount bias in the effective radiation range in the LED using the upper 80% light emitting element.
FIGS. 9A and 9B are diagrams showing an entire configuration of an LED light using the LED according to the second embodiment, wherein FIG. 9A is a plan view and FIG. is there.
FIG. 10 is a characteristic diagram showing a total light amount bias in an effective radiation range in an LED using a light emitting element having a light distribution characteristic of 60% (k = 0.6) according to the second embodiment.
FIGS. 11A and 11B are diagrams showing an overall configuration of an LED light using an LED according to a third embodiment, wherein FIG. 11A is a plan view and FIG. 11B is a longitudinal sectional view of a light emitting element portion of FIG. is there.
FIG. 12 is a longitudinal sectional view of an LED light using an LED according to a fourth embodiment.
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a conventional LED light.
[Explanation of symbols]
1, LED light 3, reflecting mirror 3a, reflecting surface
5a, 5b, 5c, 5d, lead frame
6, light emitting element 6a, upper surface 6b, side surface 7, bonding wire
8, transparent epoxy resin 8s, sealing resin 9, reflecting mirror 9a, flat surface
9b, reflection surface 10, radiation surface 101, N-type GaAs substrate
102, N-type AlInGaP cladding layer 103, layer having light emitting layer
104, P-type AlInGaP cladding layer 105, P-type GaP window layer
106, AuZn contact 107, Al bonding pad
108, Au alloy electrode 202, light emitting element
203a, 203b, lead frame 204, bonding wire
205, transparent epoxy resin 206, reflecting mirror 207, Fresnel lens
209, resin lens 209a, interface

Claims (15)

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発光ダイオード。A light emitting element mounted on the power supply means,
A sealing means of a light-transmitting material for sealing the light-emitting element,
The sealing means reflects light emitted from the light-emitting element in a direction orthogonal to the central axis of the light-emitting element or in a direction making a large angle with the central axis, and the light reflected by the reflective surface from the side. The reflecting surface has a shortest distance from the light emitting element to less than に 対 し of a radius R of the reflecting surface, and forms a close optical system to the light emitting element. Characteristic light emitting diode. 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発光ダイオード。A light-emitting element mounted on power supply means, and a light-transmitting material sealing means for sealing the light-emitting element, wherein the sealing means focuses light emitted from the light-emitting element at the center of the light-emitting element. A reflecting surface that reflects in a direction perpendicular to the axis or at a large angle to the central axis, and a side emitting surface that emits light reflected by the reflecting surface from a side surface, wherein the reflecting surface is a light emitting surface of the light emitting element. A radius R is larger than a height H of the light emitting element in the central axis direction from the edge to the edge of the reflection surface to form a proximity optical system with respect to the light emitting element. Light emitting diode. 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）
であることを特徴とする請求項１又は２記載の発光ダイオード。The light-emitting element has a radiation intensity at an emission angle θ of the emitted light with respect to the central axis direction as I (θ), and a constant determined by the radiation intensity according to the emission angle θ of the light-emitting element as k,
I (θ) = k · cos θ + (1−k) · sin θ
(However, k ≦ 0.8)
The light emitting diode according to claim 1, wherein: 前記発光素子は、前記常数ｋについて、ｋ≦０．６であることを特徴とする請求項３記載の発光ダイオード。The light emitting diode according to claim 3, wherein the light emitting element satisfies k ≦ 0.6 for the constant k. 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ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光ダイオード。The light emitting diode according to any one of claims 1 to 4, wherein the light emitting element has a light transmissive substrate showing light transmissivity to emitted light. 前記封止手段は、前記発光素子を覆う光拡散材料を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光ダイオード。The light emitting diode according to claim 1, wherein the sealing unit includes a light diffusing material covering the light emitting element. 前記光拡散材料は、蛍光体であることを特徴とする請求項６記載の発光ダイオード。The light emitting diode according to claim 6, wherein the light diffusion material is a phosphor. 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を特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光ダイオード。The thickness of the light-emitting element on the light-emitting surface side of the light-emitting element at a central axis portion of the light-emitting element is 1 mm or less, wherein the sealing means has a thickness h of 1 mm or less. Light emitting diode. 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ことを特徴とする請求項４〜８のいずれか１項に記載の発光ダイオード。The light emitting diode according to claim 4, wherein the light emitting element is mounted on an end of the power supply unit. 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ＬＥＤライト。A light emitting element mounted on the power supply means,
A sealing means of a light-transmitting material for sealing the light-emitting element,
The sealing means reflects light emitted from the light-emitting element in a direction orthogonal to the central axis of the light-emitting element or in a direction making a large angle with the central axis, and the light reflected by the reflective surface from the side. A light-emitting diode having a side surface that emits light and a shortest distance between the reflection surface and the light-emitting element being less than 1/2 of a radius R of the reflection surface, forming a close optical system to the light-emitting element When,
A light reflecting mirror for reflecting light emitted from the light emitting diode. 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。A light-emitting element mounted on the power supply means; and a light-transmitting material for sealing the light-emitting element. The light-emitting element includes a light-emitting element that seals light emitted from the light-emitting element. A reflection surface that reflects in a direction perpendicular to the axis or at a large angle to the central axis, and a side emission surface that emits light reflected by the reflection surface from a side surface, wherein the reflection surface is a light emission surface of the light emitting element. A light emitting diode which is formed to have a dimension whose radius R is larger than a height H in the central axis direction of the light emitting element from the edge of the reflecting surface to the edge of the reflecting surface, thereby forming a close optical system to the light emitting element;
A light reflecting mirror for reflecting light emitted from the light emitting diode. 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）
であることを特徴とする請求項１０又は１１記載のＬＥＤライト。The light-emitting element has a radiation intensity at an emission angle θ of the emitted light with respect to the central axis direction as I (θ), and a constant determined by the radiation intensity according to the emission angle θ of the light-emitting element as k,
I (θ) = k · cos θ + (1−k) · sin θ
(However, k ≦ 0.8)
The LED light according to claim 10, wherein: 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ことを特徴とする請求項１０又は１１記載のＬＥＤライト。The LED light according to claim 10, wherein the light-emitting element has a light-transmitting substrate that transmits light to emitted light. 前記封止手段は、前記発光素子を覆う光拡散材料を含むことを特徴とする請求項１０又は１１記載のＬＥＤライト。The LED light according to claim 10, wherein the sealing unit includes a light diffusion material covering the light emitting element. 前記光拡散材料は、蛍光体であることを特徴とする請求項１４記載のＬＥＤライト。The LED light according to claim 14, wherein the light diffusion material is a phosphor.
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