JP4239476B2 - 発光ダイオード、ｌｅｄライトおよび反射鏡 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のテールライトやブレーキライト、または工事用の警報ランプや標識など広範囲の分野における照明装置並びに表示装置として適用される発光ダイオード、ＬＥＤライトおよび反射鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の発光ダイオードを用いたＬＥＤライトの発明として、例えば特開２００１−９３３１２号公報に記載されている車両用信号灯具がある。この車両用信号灯具は、ＬＥＤ等の光源と、光源の直上に配置されて光源からの上方に向かう出射光を水平光にして反射する第１の反射鏡と、第１の反射鏡を中心にして配置されて第１の反射鏡からの水平光を垂直光にして反射する第２の反射鏡とを備えている。
【０００３】
以上の構成において、光源からの出射光が、第１の反射鏡によって水平方向に反射され、この反射光が第２の反射鏡によって垂直方向に反射されることにより、車両用信号灯具から光が照射される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来のＬＥＤライトである車両用信号灯具においては、光源と、第１の反射鏡とが別体であるので、光源から出射された光が第１の反射鏡の反射面に適正に水平方向に反射する様に組み立てなければならず、その分、組み立て時の工数が嵩むという問題がある。
【０００５】
また、光源の直上に第１の反射鏡が配置されているので、光源から直接出射される光は、第１の反射鏡に妨げられて垂直方向に照射されることは無く、このため中心に暗部が生じるという問題がある。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、組み立て工数を削減し、かつ、全面が均一な明るさを有する発光ダイオード、ＬＥＤライトおよび反射鏡を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の発光ダイオードは、光を発光する発光素子と、前記発光素子を実装してその素子に電力を供給するリードフレームと、前記発光素子および前記リードフレームを封止する光透過性樹脂と、前記発光素子で発生した熱が前記リードフレームを介して伝導され前記光透過性樹脂外部に配置される放熱板と、を備え、前記光透過性樹脂は、前記発光素子の実装面上方に位置する空気との境界で、前記発光素子からの出射光を、前記実装面と平行な水平方向へ反射する上面反射面と、前記水平方向へ反射された光を垂直方向へ拡げることなく外部放射する側面放射面と、前記上面反射面の中心部分に形成され、空気との界面となる平坦面と、を有し、前記平坦面の周縁から湾曲させられた前記上面反射面は、前記平坦面を形成せずに湾曲させた上面反射面の厚みより薄いことを特徴としている。
【０００８】
また、前記リードフレームは、前記光透光性樹脂内に前記発光素子からの出射光を実装面上方へ反射する部分を有することを特徴としている。
【０００９】
また、前記リードフレームを、熱伝導率の高い材料で形成したことを特徴としている。
【００１０】
また、前記リードフレームは、前記光透過性樹脂内にあって、前記発光素子の実装位置を含んで凹部を有し、この凹部の側面が前記発光素子からの出射光を、その実装面上方へ反射する角度に形成されていることを特徴としている。
【００１１】
また、前記リードフレームは、前記光透過性樹脂内にあって、前記発光素子の実装位置から周囲に向かって下方に傾斜して立ち上がるパターンを繰り返す形状を有し、かつ前記立ち上がりの側面が前記発光素子からの出射光を上方へ反射する角度に形成されていることを特徴としている。
【００１２】
また、前記光透過性樹脂は、前記発光素子の実装面上方に位置する空気との境界で、前記発光素子からの出射光を、前記実装面と平行な水平方向へ反射する放物面状の反射面と、前記水平方向へ反射された光を垂直方向へ拡げることなく外部放射する側面放射面とを備えたことを特徴としている。
【００１３】
また、前記光透過性樹脂は、前記発光素子の直上方向に、空気との界面となる平坦面を有することを特徴としている。
【００１４】
また、前記光透過性樹脂は、前記発光素子および前記リードフレームの一部を封止する第１の光透過性樹脂と、この第１の光透過性樹脂の側面を当接して囲む第２の光透過性樹脂とから形成されたことを特徴としている。
【００１５】
また、本発明のＬＥＤライトは、上記発光ダイオードと、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備えたことを特徴としている。
【００１６】
また、前記リードフレームの前記光透過性樹脂内から外部へ突き出した部分は、熱を広範囲に伝導して分散する面積を有することを特徴としている。
【００１７】
また、前記リードフレームを、熱伝導率の高い材料で形成したことを特徴としている。
【００１８】
また、前記リードフレームは、前記光透過性樹脂内にあって、前記発光素子の実装位置を含んで凹部を有し、この凹部の側面が前記発光素子からの出射光を上方へ反射する角度に形成されていることを特徴としている。
【００１９】
また、前記リードフレームは、前記光透過性樹脂内にあって、前記発光素子の実装位置から周囲に向かって下方に傾斜して立ち上がるパターンを繰り返す形状を有し、かつ前記立ち上がりの側面が前記発光素子からの出射光を上方へ反射する角度に形成されていることを特徴としている。
【００２０】
また、前記光透過性樹脂は、前記発光素子の実装面と対向する面の上方に位置する空気との境界で、前記発光素子からの出射光を、前記実装面と平行な水平方向へ反射する放物面状の反射面と、前記水平方向へ反射された光を外部放射する側面放射面とを備えたことを特徴としている。
【００２１】
また、前記光透過性樹脂は、前記発光素子の直上方向に、空気との界面となる平坦面を有することを特徴としている。
【００２２】
また、前記光透過性樹脂は、前記発光素子および前記リードフレームの一部を封止する第１の光透過性樹脂と、この第１の光透過性樹脂の側面を当接して囲む第２の光透過性樹脂とから形成されたことを特徴としている。
【００２３】
また、前記反射鏡は、前記発光ダイオードの側面放射面から放射される光を上方へ反射することを特徴としている。
【００２４】
また、前記反射鏡は、円盤形状を成し、この円盤形状の上面に同心円の階段状の反射面が形成され、この反射面が前記同心円の中心部分に配置される前記発光ダイオードからの出射光を上方へ反射する角度に形成されていることを特徴としている。
【００２５】
また、前記反射鏡は、前記反射面が複数に分割されていることを特徴としている。
【００２６】
また、前記反射鏡は、前記反射面の平面形状が、長方形および正方形の何れかに成形されていることを特徴としている。
【００２７】
なお、本発明において、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）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装置全体を「発光ダイオード」または「ＬＥＤ」と呼ぶこととする。さらに、ＬＥＤを光源とする車載用ライト等の照明装置、表示装置等を「ＬＥＤライト」と呼ぶこととする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２９】
（実施の形態１）
図１（ａ）は、本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ（発光ダイオード）を用いたＬＥＤライトの全体構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ｂ）のＰ部分の拡大図である。
【００３０】
図１に示すように、本実施の形態１のＬＥＤライト１は、円盤形状の本体の中心に、光源である発光素子６を実装したＬＥＤ２を搭載し、このＬＥＤ２の周囲に同心円の階段状の反射面３ａが形成された反射鏡３で囲んだ構造を成している。ここで、発光素子６の垂直方向の中心軸をＺ軸とし、このＺ軸と交わる発光素子６の上面を原点とし、この原点において水平方向のＸ軸とＹ軸とが直角に交わるように定めてある。また、ＬＥＤ２には、後述で説明するように発光素子６から発光される光を反射する第１の反射鏡が一体に含まれている。上記の反射鏡３は第２の反射鏡３となる。
【００３１】
第２の反射鏡３は、透明アクリル樹脂で成形した後、上面にアルミ蒸着を施すことによって反射面３ａを形成している。各反射面３ａは、図１（ｃ）に示すように、Ｘ−Ｙ平面に対して約４５度に傾斜している。
【００３２】
次に、ＬＥＤ２の構成を、図２および図３を参照して説明する。図２は、図１に示すＬＥＤ２の構成を示すＡ−Ａ断面図、図３は、図１に示すＬＥＤ２の構成を示す平面図である。
【００３３】
ＬＥＤ２は、図２および図３に示すように、Ｘ−Ｙ平面上に絶縁のための間隙を介して対向する一対のリードフレーム５ａ，５ｂのうち、面積の広いリードフレーム５ａの上記原点位置に発光素子６を実装し、発光素子６の上面の電極とリードフレーム５ｂの先端部とを、ワイヤ７でボンディングし、さらに、各リードフレーム５ａ，５ｂの円形状部分、発光素子６、ワイヤ７を、平坦な概略円柱形状の透明エポキシ樹脂（光透過性材料）８によって封止することにより形成したものである。即ち、本ＬＥＤ２は、発光素子６を後述の第１の反射鏡となる透明エポキシ樹脂８で封止することにより、発光素子６と第１の反射鏡とを一体型に形成した構造となっている。
【００３４】
発光素子６は、その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。例えば、図４に示すように、Ｎ型ＧａＰ基板１０１の上に、Ｎ型ＡｌＩｎＧａＰクラッド層１０２、多重井戸活性領域１０３、Ｐ型ＡｌＩｎＧａＰクラッド層１０４、Ｐ型ＧａＰウインドウ１０５が順次形成され、また、Ｐ型ＧａＰウインドウ１０５の上に、このウインドウ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、さらに、Ｎ型ＧａＰ基板１０１の下にＡｕ合金電極（負電極）１０８が形成された構造となっている。
【００３５】
このような構造の発光素子６の負電極１０８をリードフレーム５ａに実装し、前述のように正電極１０７とリードフレーム５ｂの先端部とをワイヤ７でボンディングして、両電極１０７，１０８間に所定電圧を印加することによって、発光素子６が発光する。この発光は、各クラッド層１０２，１０４の各々で、キャリア（電子とホール）を多重井戸活性領域１０３に閉じ込める作用が行われ、多重井戸活性領域１０３で、キャリアが再結合されることによって行われる。
【００３６】
また、発光素子６は大電流タイプのものであることから発熱量が多くなる。このため仮に、発光素子６が実装されるリードフレーム５ａが通常のもののように細いと、発光素子６並びにリードフレーム５ａに熱が蓄積されて高熱となり、透明エポキシ樹脂８との境界でクラックが生じることになる。
【００３７】
そこで、本実施の形態１では、発光素子６が実装されるリードフレーム５ａを、透明エポキシ樹脂８との境界でクラックが生じないように、発光素子６の熱を広範囲に伝導して分散させることが可能な広面積を有すると共に、透明エポキシ樹脂８の中から外側に突き出る部分も、熱を極力外部へ導くことができる広面積を有するものとした。さらに、リードフレーム５ａ，５ｂに、熱伝導率の高い銅合金などの材料を用いた。但し、本実施の形態１では、各リードフレーム５ａ，５ｂの形状を、一対で円形状となるようにしたが、クラックが生じないように熱を分散できる広面積を有していれば、四角、三角等どの様な形状であっても良い。
【００３８】
ＬＥＤ２の形状は、図２および図３に示すように、透明エポキシ樹脂８の形状である平坦な概略円柱形状であり、その上面９ｂの中心部分（発光素子６の直上部分）が平坦面９ａとなっており、この平坦面９ａに続いて第１の反射鏡９として、発光素子６の原点を焦点とするＸ軸方向の放物線の一部を、Ｚ軸の周りに回転させた概略傘状の反射形状を成している（したがって、回転放物面ではない）。以降、第１の反射鏡９における反射面の形状を反射形状と称す。
【００３９】
また、第１の反射鏡９の直径は、発光素子６からの出射光を水平方向にほぼ全反射させることが可能なサイズとされている。ここでは、出射光のうちＺ軸に対して６０度以上の範囲内の光が上面９ｂに至るサイズとされている。さらに、ＬＥＤ２の側面１０は、発光素子６を中心とする球面の一部を成している。このような構成を有するＬＥＤ２が円形のＬＥＤライト１の中心に固定されている。
【００４０】
次に、このような構成のＬＥＤライト１の光り方を、図１および図２を参照して説明する。
【００４１】
ＬＥＤ２のリードフレーム５ａ，５ｂに電圧をかけて発光素子６を発光させると、発光素子６からの出射光のうち、真上のＺ方向に向かった光は、平坦面９ａから透明エポキシ樹脂８をそのまま通り抜けて直進し、ＬＥＤライト１の上に被せられている図示せぬ透明な前板を通り抜けて外部放射される。また、発光素子６の出射光のうちＺ軸に対して６０度以上の範囲内の光が、第１の反射鏡９としての上面９ｂに至り、これらの光は、入射角が大きいため全て全反射されて側面１０に向かう。ここで、上面９ｂは、前述した反射形状を成すので、上面９ｂで反射された光は、全てＸ−Ｙ平面に平行に進む。
【００４２】
また、側面１０は、発光素子６を中心とする球面の一部を成しているため、その平行に進む光は、側面１０をほぼそのまま平行に進んでＺ軸周り３６０度の方向に略平面状に放射される。さらに、発光素子６から側面１０に直接向かった光は、側面１０で屈折することなくそのままの向きで放射される。
【００４３】
側面１０から放射された光、即ち、上面９ｂで反射されてＸ−Ｙ平面に略平行に進んできた光を始めとして、発光素子６から側面１０を介して直接放射された光は、第２の反射鏡３の略４５度の傾斜を有する反射面３ａで反射され、ほぼ垂直に近く上方へ進み、少なくともＺ軸から２０度の範囲内で、図示せぬ透明な前板を通り抜けて外部へ放射される。なお、上記で「平行」と表現している光も、発光素子６の大きさがあるために完全な平行にはならないが、いずれの光もほぼ平行になり、少なくともＸ−Ｙ平面から２０度以上の範囲内には確実に入るものとなる。
【００４４】
このように、実施の形態１のＬＥＤライト１によれば、このＬＥＤライト１に用いるＬＥＤ２を、光源である発光素子６と第１の反射鏡とを一体構造として形成したので、従来のように、光源と第１の反射鏡とが別体であるため、その組み立て工数が嵩むということが無くなる。つまり、ＬＥＤ２並びにＬＥＤ２を用いるＬＥＤライト１の組み立て工数を削減することができる。
【００４５】
また、ＬＥＤ２の第１の反射鏡９は、発光素子６の直上に平坦面９ａを有するので、発光素子６の出射光のうち直上に向かう光（垂直光）を平坦面９ａから外部へ放射することができる。従って、ＬＥＤ２の平坦面９ａと側面１０で構成される照射面全面を照射することができ、このＬＥＤ２を用いたＬＥＤライト１においても、照射面全面を照射することができる。
【００４６】
また、直上に平坦面９ａを形成し、平坦面９ａの周縁から上面９ｂのように湾曲させることで第１の反射鏡９を、より薄くすることができる。直上平面を形成せずに湾曲させると、発光素子６とこの直上界面との距離を長くしなければならないので、第１の反射鏡９の厚みが大きくなるが、この点を解消することができる。
【００４７】
また、ＬＥＤ２において、発光素子６が実装されるリードフレーム５ａの透明エポキシ樹脂８に封止された部分を、発光素子６の熱を広範囲に伝導して分散させる広面積とした。これによって、発光素子６が大電流タイプで発熱量が多いものでも、発光素子６から直接透明エポキシ樹脂８に伝導する熱、並びに発光素子６からリードフレーム５ａを介して透明エポキシ樹脂８に伝導する熱を、広面積のリードフレーム５ａ全体に分散させることができる。従って、透明エポキシ樹脂８に熱が蓄積されて高熱となり、この熱により触発される透明エポキシ樹脂８の残留応力による熱膨張によって、発光素子６並びにリードフレーム５ａと透明エポキシ樹脂８との境界でクラックが生じるといったことを防止することができる。また、リードフレーム５ａを広面積としたのは、放熱されるまで透明エポキシ樹脂８に残留している熱の影響を分散させつつ、透明エポキシ樹脂８の外部へ早く放熱させるためである。これは、発光素子６で発生した熱が基本的に透明エポキシ樹脂８外部の放熱板によって放熱されるからである。従って、透明エポキシ樹脂８から外部へ突き出るリードフレーム５ａの面積は広い方がよい。
【００４８】
即ち、同リードフレーム５ａにおける透明エポキシ樹脂８の中から外側に突き出る部分を、熱を極力外部へ導くことが可能な面積を有するものとしたので、効率よく熱を樹脂外部へ放出することができ、クラックの発生を防止することができ、さらに放熱を早めることができる。
【００４９】
さらには、同リードフレーム５ａに、熱伝導率の高い材料を用いたので、より効率よく熱を分散させ、放熱させることができるので、クラックの発生を、より防止することができる。
【００５０】
この他、放熱性が大幅に向上することから、発光素子６に大電流を投入しても熱飽和が起きないため大きな光出力が得られるという利点があるので、熱飽和の制限を受けることなく大きな光出力が得られ、明るい放射光を得ることができる。
【００５１】
（変形例１）
ＬＥＤライト１の第１の変形例として、図５に示すように、ＬＥＤ２ａにおいて、一対のリードフレーム１２ａ，１２ｂを発光素子６の周辺のみ凹ませて第３の反射鏡とする。但し、一対のリードフレーム１２ａ，１２ｂの平面形状は、上記リードフレーム５ａ，５ｂと同様であるとする。
【００５２】
これによって、図２に示すＬＥＤ２の基本形においては、発光素子６の直上方向にのみ光が放射されていたのに対して、発光素子６の周囲からも上方に光が放射されるようになり、より全体が発光しているように見え、見栄えが向上するという効果が得られる。
【００５３】
（変形例２）
ＬＥＤライト１の第２の変形例として、図６に示すように、ＬＥＤ２ｂにおいて、一対のリードフレーム１３ａ，１３ｂにハーフエッチングやスタンピングパターンにより、図示するような鋸歯状のパターンを設けることによって、発光素子６から斜め下方に放射される光を反射して上方に光を放射するようにしても良い。但し、一対のリードフレーム１３ａ，１３ｂの平面形状は、上記リードフレーム５ａ，５ｂと同様であるとする。
【００５４】
このようにリードフレーム１３ａ，１３ｂに複数の同心円反射鏡を形成することにより、変形例１と同様に、より全体が発光しているように見せることができ、見栄え向上を図ることができる。なお、この場合には、透明エポキシ樹脂８とリードフレーム１３ａ，１３ｂとの接着面積が増し、接着形状を平面形状でなくすることによる剥離不良低減の効果もある。特に、発熱の大きい大電流タイプの場合に有効である。
【００５５】
（変形例３）
ＬＥＤライト１の第３の変形例として、図７に示すように、ＬＥＤ２ｃにおいて、透明エポキシ樹脂８による封止部分の側面形状を変更しても良い。基本例の側面１０は、発光素子６を中心とする球面形状の一部であり、発光素子６から出た光は側面１０に略垂直に入射してそのまま直進するようになっていた。この第３の変形例においては、側面１４は発光素子６を一方の焦点とする楕円体表面の一部を成しており、発光素子６から出た光は側面１４において直進方向に対してやや下方に屈折する。したがって、ＬＥＤの周囲の階段状の第２の反射鏡３をより低い位置にもってきても高い外部放射効率が得られるＬＥＤライトとなる。これによって、ＬＥＤライトをより薄型にすることができる。
【００５６】
（変形例４）
ＬＥＤライト１の第４の変形例として、図８に示すように、ＬＥＤ２ｄにおいて、第１の反射鏡９の上面９ｂにおける側方への反射を、透明エポキシ樹脂８と空気の境界面における全反射によらず、上面９ｂにメッキ、蒸着等を施した金属反射膜１５を付着させても良い。この場合には、発光素子６の真上を平坦にしてしまうと真上に放射される光は外部放射されなくなるので、上面９ｂの中心部分まで全て発光素子６を焦点とする放物線の一部をＺ軸周りに回転させた形状とする必要がある。
【００５７】
（変形例５）
ＬＥＤライト１の第５の変形例として、図９に示すように、ＬＥＤ２ｅを、基本形の第１の反射鏡９よりも直径を小さくして形成した概略円柱形状の反射鏡９ｄの外周に、別体の環状反射鏡９ｅを形成して、第１の反射鏡９ｆを形成した。この第１の反射鏡９ｆを形成する場合、例えば第１の樹脂封止用金型に、前述したように発光素子６が実装され、且つワイヤボンディングされた一対のリードフレーム５ａ，５ｂをセットし、透明エポキシ樹脂８ａを流し込んで硬化する。この硬化によって形成された反射鏡９ｄを第２の樹脂封止用金型にセットし、透明エポキシ樹脂８ｂを流し込んで硬化することによって環状反射鏡９ｅを形成する。なお、予め個々に作製した概略円柱形状の反射鏡９ｄに、環状反射鏡９ｅを嵌め込んで形成しても良い。
【００５８】
このように形成された第１の反射鏡９ｆの外形は、基本形９と同様である。従って、環状反射鏡９ｅの外側面は、基本形９と同様に発光素子６を中心とする球面の一部を成す形状となっている。また、概略円柱形状の反射鏡９ｄと環状反射鏡９ｅとの境界は、この例では図示するように垂直としたが、基本形９と同じく発光素子６を中心とする球面の一部を成す形状としても良い。
【００５９】
このようなＬＥＤ２ｅによれば、発光素子６、ボンディングワイヤ７および一対のリードフレーム５ａ，５ｂを封止する透明エポキシ樹脂を、第１と第２の透明エポキシ樹脂８ａ，８ｂに分離したので、各々の樹脂８ａ，８ｂの体積が基本形の透明エポキシ樹脂８よりも小さくなり、各々の残留応力を小さくすることができる。つまり、発光素子６並びに発光素子６からリードフレーム５ａを介して各々の透明エポキシ樹脂８ａ，８ｂに熱が伝導しても、各々の残留応力は小さく個別のものなので、熱により触発される残留応力による熱膨張を小さくすることができる。従って、熱膨張によって、発光素子６並びにリードフレーム５ａと透明エポキシ樹脂８との境界でクラックが生じるといったことを防止することができる。
【００６０】
さらに、図５〜図８に示したＬＥＤ２ａ〜２ｄに、第５の変形例で説明した透明エポキシ樹脂を分割して第１の反射鏡を形成する構成を採用しても、同様にクラックの発生を防止することができる。
【００６１】
（変形例６）
ＬＥＤライト１の第６の変形例として、図１０の（ａ）〜（ｄ）に示すように、ＬＥＤライト１ａの第２の反射鏡３ａを、上記図１に示した基本例の第２の反射鏡３のように全体を略均一に光らせるのではなく、発光点を点在させることもできる。即ち、図１０（ａ）に示すように、円形の第２の反射鏡３ａを扇形に分割して、図１０（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すように、ＬＥＤ２（又はＬＥＤ２ａ〜２ｆの何れか）から反射面２３ａまでの距離を何種類かに分ける。これによって、上方から見たときに反射光の放射される位置が円の中で散らばり、きらきらと光り美しく見えるという効果がある。なお、この第６の変形例においては、各扇形において、それぞれ一段の反射面２３ａでＬＥＤ２からの光を全て反射しなければならないので、図１０（ｂ）〜（ｄ）に示す各反射面２３ａの高さは、同図（ｂ）に示すように基本例である円形階段形反射鏡３の全体の高さｈと同じ高さにする必要がある。
【００６２】
（変形例７）
ＬＥＤライト１の第６の変形例として、図１１の（ａ）〜（ｃ）に示すように、ＬＥＤライト１ｂの第２の反射鏡３ｂを、扇形に分割してそれぞれ長さを変えることによって、第２の反射鏡３ｂの形状を、多角形の１つとしての正方形に近づけることができる。即ち、図１１（ｂ），（ｃ）に示すように、最も短い扇形においては、反射面２６ａから次の反射面２６ａまでの長さをＬとすると、その扇形から４５度ずれた最も長い扇形においては、反射面２６ａから次の反射面２６ａまでの長さを√２Ｌとする。これによって、図１１（ａ）に示すように、概略正方形状の第２の反射鏡３ｂを形成することができる。
【００６３】
例えば、基本形のＬＥＤライト１の応用として、図１２に示すように、図１に示した円形のＬＥＤライト１を正方形またはその一部に切断して、断片１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆの６個を作製し、これらを図のように組み合わせて所定エリアをカバーする複数の発光素子を有する一体型のＬＥＤライト１１とすることができる。このように、複数の正方形のＬＥＤライト１１ａ，…を連結する場合でも、図１１に示したＬＥＤライト１ｂを用いれば、円形のＬＥＤライト１ｂを正方形にカットする必要がないので、外部放射効率の低下がなく、より明るい連結型ライトとなる。また、概略円柱形状のＬＥＤ２，２ａ〜２ｆの代わりに略正方形のＬＥＤを光源として用いた場合、ＬＥＤの各側面から反射鏡２６までの距離が全周に亘ってほぼ等しくなるという利点もある。
【００６４】
このような利点を有するＬＥＤライト１ｂを用いて、例えば図１３に示すような自動車のテールライトやブレーキライト等に適用できる車両用の灯具１１０を形成すれば、より明るい灯具を形成することができる。灯具１１０は、内部が空洞となったカバー１１１の中に、矢印Ｙ１で指示する方向の正面位置が各々異なる３段２列の階段状の台座１１２を形成し、この台座１１２の正面にＬＥＤライト１ｂを固定し、カバー１１１の内壁１１１ａと、台座１１２の上面１１２ａおよび側面１１２ｂにアルミメッキを施して形成されている。
【００６５】
即ち、カバー１１１の内面全てが光を効率よく反射するので、ＬＥＤライト１ｂから半球全ての方向に放射される光が効率よく反射され、より明るい灯具を形成することができる。また、ＬＥＤライト１ｂから放射された光は、カバー１１１の内壁１１１ａの側面や、台座１１２の側面１１２ｂにも反射するので、矢印Ｘ１で指示する横方向からも出射される。従って、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。
【００６６】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について、図１４を参照して説明する。図１４は、本発明の実施の形態２に係るＬＥＤライトに用いられるＬＥＤの全体構成を示す縦断面図である。
【００６７】
図１４に示すように、本実施の形態２のＬＥＤ３１は、１対のリードフレーム５ａ，５ｂのうちリードフレーム５ａの先端に発光素子６がマウントされ、発光素子６の上面の電極とリードフレーム５ｂの先端とがワイヤ７でボンディングされて電気的接続がなされている。これらの電気系としてのリードフレーム５ａ，５ｂの先端、発光素子６、ワイヤ７が光透過性材料としての透明エポキシ樹脂３６によって封止されている。この透明エポキシ樹脂３６の外形は、発光素子６を中心とする球形の半分の上部を円錐形に抉り取った形状を成している。この場合には、発光素子６から出た光は第１の反射鏡としての上面３２で全反射されるが、反射光は上面３２に対する発光素子６の鏡映点からの放射光に相当するので、集光された光ではなく、拡がり角をもって側面３７から放射される。したがって、これらの光を上方へ反射する第２の反射鏡としての円形階段状反射鏡も、前述した実施の形態１のＬＥＤ２と比較するとＺ方向に長いものが必要とされる。
【００６８】
しかし、ＬＥＤライトとして比較的広い配光でも良いもの、またＬＥＤライトとして極めて薄いものが要求されない場合などには、このような単純な円錐形の反射面３２を用いることもできる。
【００６９】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について、図１５を参照して説明する。図１５は本発明の実施の形態３に係るＬＥＤライトの全体構成を示す縦断面図である。
【００７０】
図１５に示すように、本発明の実施の形態３のＬＥＤライト４０は、１対のリードフレーム５ａ，５ｂのうちリードフレーム５ａの先端に発光素子６がマウントされ、発光素子６の上面の電極とリードフレーム５ｂの先端とがワイヤ７でボンディングされて電気的接続がなされている。これらの電気系としてのリードフレーム５ａ，５ｂの先端、発光素子６、ワイヤ７が透明エポキシ樹脂３６によって封止されている。この透明エポキシ樹脂３６の形状は、通常の円柱形であり、したがって透明エポキシ樹脂３６の上面は第１の反射鏡の役目を果たし得ない。その代わりに透明アクリル樹脂で成形した傘のような形状の円形の光学体３８を、透明エポキシ樹脂３６の上面に光透過性材料３７を介して取り付けている。この光学体３８の上面３９は、発光素子３４を焦点としＸ軸方向を対称軸とする放物線の一部をＺ軸の周りに回転させた形状を成している。
【００７１】
また、光学体３８の下面４１は、第２の反射鏡としての上記実施の形態１の円形階段状反射鏡３の代わりをすべく、約４５度の段のついた円形の階段状となっている。さらに、下面４１にはアルミ蒸着４２がされて、その上からアルミ蒸着膜の保護のために図示せぬオーバーコートが行なわれる。本実施の形態３においては、蒸着鏡面化の後のオーバーコートの自由度が大きくできる。即ち、オーバーコートを有色のものにしても構わないし、厚さの制限もない。
【００７２】
かかる構成を有するＬＥＤライト４０は、１対のリードフレーム５ａ，５ｂに所定の電圧がかけられると発光素子６が発光して、そのうち真上へ向かった光は遮るものがないのでそのまま直進して、図示せぬ透明な前板を透過して外部放出される。また、斜め上方から側方へかけて放射された光は、光透過性材料３７を透過して光学体３８内に入り、第１の反射鏡としての上面３９に当った光は全反射するが、上面３９は発光素子６を焦点とする放物線の一部をＺ軸の周りに回転させた形状を成しているので、全て側面方向へＸ−Ｙ平面に略平行に反射される。そして、第２の反射鏡としての円形階段状反射鏡４１で上方へＺ軸に略平行に反射されて上面３９から前記前板を透過して外部放射される。光学体３８内に入り、円形階段状反射鏡４１に直接当った光も同様に上方へ放射される。
【００７３】
このようにして、ＬＥＤの特長である薄型という点を生かしつつ、通常の円筒形のＬＥＤを用いて見栄え良く１個の発光素子で大面積を照射することができ、高い外部放射効率が得られるＬＥＤライトとなる。
【００７４】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について、図１６を参照して説明する。図１６（ａ）は、本発明の実施の形態４に係るＬＥＤを用いたＬＥＤライトの全体構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ断面図である。
【００７５】
図１６に示すように、本実施の形態４のＬＥＤライト８０は、下面８３が第２の反射鏡としての階段状の反射面となっており、中心部に円筒形の空間８４が設けられた透明アクリル樹脂で成形された光学体８１と、中心部の空間８４内に固定された前述のＬＥＤ２との組み合わせで構成されている。即ち、ＬＥＤ２は、発光素子６等を透明エポキシ樹脂で封止するとともに、その上面を第１の反射鏡としての放物面９ｂにしており、発光素子６から出て上面９ｂで側面方向へ反射された光は、光学体８１の下面８３で上方へ反射され、図示せぬ透明な前板を透過して外部放射される。
【００７６】
ここで、ＬＥＤ２の側面１０の上部から直接（上面９ｂで反射されずに）放射された光は、前述したＬＥＤライト１においては、二点鎖線で示される経路をたどるため上方へ反射されず、有効利用されずに終わっていたが、本ＬＥＤライト８０においては、破線で示すように光学体８１の水平な上面８２で反射され、さらに下面８３で上方へ反射されて有効利用される。これによって、薄型でより外部放射効率の高いＬＥＤライトとなる。また、空間８４に入射した光はＺ軸に対し大きな角度となる方向に屈折されるので、図１６（ａ）で上方から見た場合の周辺部の輝度が向上する。
【００７７】
上記本発明の実施の形態１〜４においては、発光素子等を封止する光透過性材料として透明エポキシ樹脂を主に用いているが、その他の光透過性材料でも構わない。また、第２の反射鏡としての、または第１の反射鏡と第２の反射鏡を兼ねる光学体として透明アクリル樹脂を用いているが、その他の透明合成樹脂を始めとして、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、上記実施の形態１〜４に限定されるものではない。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、発光ダイオードを、光を発光する発光素子と、発光素子を実装してその素子に電力を供給するリードフレームと、発光素子および前記リードフレームを封止する光透過性樹脂とを備え、光透過性樹脂が、発光素子の上方に位置する空気との界面である反射面で、発光素子からの出射光を水平方向（光透過性樹脂の側面放射面方向）へ反射し、この反射された光を側面放射面で垂直方向へ拡げることなく外部放射し、さらに、光透過性樹脂が、発光素子の直上方向に空気との界面となる平坦面を有するように構成した。
【００７９】
つまり、発光ダイオードは、光源である発光素子と反射鏡とが一体構造として形成されているので、従来のように、光源と反射鏡（反射面）とが別体であるため、その組み立て工数が嵩むということが無くなる。つまり、発光ダイオード並びに発光ダイオードを用いるＬＥＤライトの組み立て工数を削減することができる。
【００８０】
また、発光ダイオードの反射鏡は、発光素子の直上に平坦面を有するので、発光素子の出射光のうち直上に向かう光（垂直光）を平坦面から外部へ放射することができる。従って、発光ダイオードの照射面全面を照射することができ、この発光ダイオードを用いたＬＥＤライトにおいても、照射面全面を照射することができる。
【００８１】
また、リードフレームの光透過性樹脂で封止された部分が、発光素子の熱を広範囲に伝導して分散する面積を有するように構成した。
【００８２】
これによって、発光素子から直接光透過性樹脂に伝導する熱、並びに発光素子からリードフレームを介して光透過性樹脂に伝導する熱を、広面積のリードフレーム全体に分散させることができる。従って、光透過性樹脂に熱が蓄積されて高熱となり、この熱により触発される光透過性樹脂の残留応力による熱膨張によって、発光素子並びにリードフレームと光透過性樹脂との境界でクラックが生じるといったことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ（発光ダイオード）を用いたＬＥＤライトの全体構成を示す平面図、（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】実施の形態１に係るＬＥＤライトの光源であるＬＥＤの縦断面図である。
【図３】実施の形態１に係るＬＥＤの構成を示す平面図である。
【図４】実施の形態１に係るＬＥＤに用いられる発光素子の構成を示す断面図である。
【図５】実施の形態１に係るＬＥＤライトの光源であるＬＥＤの第１の変形例を示す縦断面図である。
【図６】実施の形態１に係るＬＥＤライトの光源であるＬＥＤの第２の変形例を示す縦断面図である。
【図７】実施の形態１に係るＬＥＤライトの光源であるＬＥＤの第３の変形例を示す説明図である。
【図８】実施の形態１に係るＬＥＤライトの第４の変形例を示す部分拡大図である。
【図９】実施の形態１に係るＬＥＤライトの光源であるＬＥＤの第５の変形例を示す縦断面図である。
【図１０】（ａ）実施の形態１に係るＬＥＤライトの第５の変形例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図、（ｄ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。
【図１１】（ａ）は実施の形態１に係るＬＥＤライトの第６の変形例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ断面図、（ｃ）は（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。
【図１２】実施の形態１に係るＬＥＤライトの周囲を矩形にカットし、複数個を合わせて一定範囲をカバーするようにした構造を示す平面図である。
【図１３】第６の変形例によるＬＥＤライトを複数組み合わせて形成した車両用の灯具の構造を示す斜視図である。
【図１４】本発明の実施の形態２に係るＬＥＤライトに用いられるＬＥＤの全体構成を示す縦断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態３に係るＬＥＤライトの全体構成を示す縦断面図である。
【図１６】（ａ）は本発明の実施の形態４に係るＬＥＤライトの全体構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ断面図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ，２１，２４，３１，４０，８０ ＬＥＤライト
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ ＬＥＤ（発光ダイオード）
３，３ａ，３ｂ，２３，２６，４１，８３ 第２の反射鏡
５ａ，５ｂ，７，１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，３３ａ，３３ｂ，３５ 電気系（リードフレームおよびボンディングワイヤ）
６，３４，８５ 発光素子
８，８ａ，８ｂ，３６ 透明エポキシ樹脂（光透過性材料）
９，９ｆ，１５，３２，３９ 第１の反射鏡
９ｄ 概略円柱形状の反射鏡
９ｅ 環状反射鏡
１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ 第３の反射鏡
１５ 金属面
３８，８１ 光学体
１０１ Ｎ型ＧａＰ基板
１０２ Ｎ型ＡｌＩｎＧａＰクラッド層
１０３ 多重井戸活性領域
１０４ Ｐ型ＡｌＩｎＧａＰクラッド層
１０５ Ｐ型ＧａＰウインドウ
１０６ ＡｕＺｎコンタクト
１０７ Ａｌボンディングパッド（正電極）
１０８ Ａｕ合金電極（負電極）
１１０ 車両用の灯具
１１１ カバー
１１１ａ カバーの内壁
１１２ 台座
１１２ａ 台座の上面
１１２ｂ 台座の側面

Claims (10)

1. 光を発光する発光素子（６）と、
   前記発光素子を実装してその素子に電力を供給するリードフレーム（５ａ，５ｂ，１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ）と、
   前記発光素子および前記リードフレームを封止する光透過性樹脂（８，８ａ，８ｂ，３６）と、
   前記発光素子で発生した熱が前記リードフレームを介して伝導され前記光透過性樹脂外部に配置される放熱板と、を備え、
   前記光透過性樹脂は、
   前記発光素子の実装面上方に位置する空気との境界で、前記発光素子からの出射光を、前記実装面と平行な水平方向へ反射する上面反射面（９ｂ）と、
   前記水平方向へ反射された光を垂直方向へ拡げることなく外部放射する側面放射面（１０）と、
   前記上面反射面の中心部分に形成され、空気との界面となる平坦面（９ａ）と、を有し、
   前記平坦面の周縁から湾曲させられた前記上面反射面は、前記平坦面を形成せずに湾曲させた上面反射面の厚みより薄い発光ダイオード。
2. 前記リードフレームは、前記光透光性樹脂内に前記発光素子からの出射光を実装面上方へ反射する部分を有する請求項１に記載の発光ダイオード。
3. 前記リードフレームは、前記光透過性樹脂内にあって、前記発光素子の実装位置を含んで凹部を有し、この凹部の側面が前記発光素子からの出射光を、その実装面上方へ反射する角度に形成されている請求項２に記載の発光ダイオード。
4. 前記リードフレームは、前記光透過性樹脂内にあって、前記発光素子の実装位置から周囲に向かって下方に傾斜して立ち上がるパターンを繰り返す形状を有し、かつ前記立ち上がりの側面が前記発光素子からの出射光を上方へ反射する角度に形成されている請求項２に記載の発光ダイオード。
5. 前記光透過性樹脂は、
   前記発光素子および前記リードフレームの一部を封止する第１の光透過性樹脂と、
   前記第１の光透過性樹脂の側面を当接して囲む第２の光透過性樹脂とから形成された請求項３または４に記載の発光ダイオード。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載された発光ダイオードと、
   前記発光ダイオードから放射される光を反射する反射鏡とを備えたＬＥＤライト。
7. 前記反射鏡は、前記発光ダイオードの側面放射面から放射される光を上方へ反射する請求項６に記載のＬＥＤライト。
8. 前記反射鏡は、円盤形状を成し、この円盤形状の上面に同心円の階段状の反射面が形成され、この反射面が前記同心円の中心部分に配置される前記発光ダイオードからの出射光を上方へ反射する角度に形成されていることを特徴とする請求項６または７に記載のＬＥＤライト。
9. 前記反射鏡は、前記反射面が複数に分割されていることを特徴とする請求項８に記載のＬＥＤライト。
10. 前記反射鏡は、前記反射面の平面形状が長方形および正方形の何れかに成形されていることを特徴とする請求項８または９に記載のＬＥＤライト。

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