(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子を有する光源と、前記光源に対向して設けられた反射鏡と、前記反射鏡に外部から入射する光を制限する遮光部材とを具備し、
前記遮光部材は光学的開口部を有し、
前記反射鏡は前記光源から発し、前記反射鏡で反射した光が線状に集光される柱面形状であり、線状に集光された光が前記遮光部材の前記光学的開口部を通して外部放射されることを特徴とする遮光反射型発光ダイオード。
【請求項２】
前記光学的開口部は前記柱面形状の反射鏡による集光エリア相当の大きさと形状であることを特徴とする請求項１に記載の遮光反射型発光ダイオード。
【請求項３】
前記光源は、前記発光素子の周囲に設けられた凹状の反射鏡を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の遮光反射型発光ダイオード。
【請求項４】
前記光源は、前記発光素子と前記凹状の反射鏡を封止するとともに、前記発光素子の発光面側に光放射面を形成する光透過性材料を具備することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の遮光反射型発光ダイオード。
【請求項５】
前記光放射面は凸レンズであることを特徴とする請求項４に記載の遮光反射型発光ダイオード。
【請求項６】
前記光放射面は柱面形状の反射鏡の長手方向に略垂直な方向に長径方向が向いた楕円体凸レンズの頂き部分を湾曲した柱面で前記長径方向にカットした形状であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の遮光反射型発光ダイオード。
【請求項７】
前記光源は複数個であり、該複数の光源は前記柱面形状の反射鏡の軸方向に沿って配列されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載の遮光反射型発光ダイオード。
【請求項８】
前記光源は複数個であり、異なる複数色の光を発する光源を備えるものであることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載の遮光反射型発光ダイオード。
【請求項９】
前記光源は、赤色発光素子を有する赤色光源と、緑色発光素子を有する緑色光源と、青色発光素子を有する青色光源であることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１つに記載の遮光反射型発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子を有する光源とそれと対向して設けられた反射鏡と遮光部材とを具備する遮光反射型発光ダイオード（以下、「遮光反射型ＬＥＤ」とも略する。）に関するものである。なお、本明細書中ではＬＥＤチップそのものは「発光素子」と呼び、ＬＥＤチップを搭載したパッケージ樹脂またはレンズ系等の光学装置を含む発光体を「光源」と呼び、光源を搭載した発光装置全体を「発光ダイオード」または「ＬＥＤ」と呼ぶこととする。
【０００２】
【従来の技術】
フルカラーディスプレイに用いられる発光ダイオードには、Ｒ，Ｇ，Ｂの光の三原色を発光する３つの発光素子が１つのリードフレーム上にマウントされて樹脂封止されたものがある。このような従来の多色ＬＥＤの一例について、図４を参照して説明する。図４（ａ）は従来の多色ＬＥＤの全体構成を示す平面図、（ｂ）は縦断面図である。
【０００３】
図４に示されるように、この多色ＬＥＤ２１においては、一方のリード２３ａ上に凹状の反射鏡２３ｃが形成され、その底面に赤色発光素子２２Ｒ，緑色発光素子２２Ｇ，青色発光素子２２Ｂがマウントされている。一方のリード２３ａの近傍には３本の他方のリード２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂが伸びており、３本のワイヤ２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂによってそれぞれ赤色発光素子２２Ｒ，緑色発光素子２２Ｇ，青色発光素子２２Ｂとボンディングされて、電気的接続が取られている。そして、３つの発光素子２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ、凹状の反射鏡２３ｃ、３本のワイヤ２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂ、及びリード２３ａ，２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂの一部が透明エポキシ樹脂２５によって封止されるとともに楕円状の凸レンズ２６がモールドされている。この多色ＬＥＤ２１の長径方向の長さは７．５ｍｍであり、かかる多色ＬＥＤ２１が複数個１０ｍｍピッチで基板に配列されて、フルカラーディスプレイが形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、かかる多色ＬＥＤ２１を表面実装しようとすると、長径方向の長さが７．５ｍｍと大型であるために、表面実装時の２００℃近い高温における封止樹脂とリード部の金属の熱膨張率の差による熱歪の影響がより大きくなって、ワイヤ２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂの断線の確率が高くなり、不良品発生率が大きくなる。また、各発光素子２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂには光度及び色度のばらつきがあり、例えば緑色発光素子２２Ｇにも青色がかった緑色や黄色がかった緑色を発するものがあるが、事前に選別し、かつ選別に基づきマウントするのは、光度ランク分け×色度ランク分けの組み合わせとなり、実施に手間がかかるばかりか歩留まりの低下も生じる。したがって、光度及び色度のばらつきを互いに相性の良い発光素子２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂを組み合わせることによって解消するということができず、フルカラーディスプレイに色や明るさの表示むらが発生してしまう。また、各発光素子２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの配光特性が異なるため、各色の色バランスが方向によって異なり、異なる色に認識されるものとなる。さらに、１つの集光レンズに対し３色の３つの発光素子を有するため、多色ＬＥＤ２１から放射される光に軸ずれが生じてしまうという問題点があった。
【０００５】
そこで、本発明は、表面実装することができ、ディスプレイの表示むらを低減することができるとともに、発光素子間の配光特性を均一化することができる遮光反射型発光ダイオードを提供することを課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明にかかる遮光反射型発光ダイオードは、発光素子を有する光源と、前記光源に対向して設けられた反射鏡と、前記反射鏡に外部から入射する光を制限する遮光部材とを具備し、前記遮光部材は光学的開口部を有し、前記反射鏡は前記光源から発し、前記反射鏡で反射した光が線状に集光される柱面形状であり、線状に集光された光が前記遮光部材の前記光学的開口部を通して外部放射されるものである。
【０００７】
ここで、「光学的開口部」は、貫通孔でも良いし、光透過性材料で塞がれた孔であっても良い。
【０００８】
かかる構成の遮光反射型ＬＥＤにおいては、光源は１つの発光素子しか有さない小型のものであるので、樹脂封止されていたとしても樹脂と金属の熱膨張率の差による熱歪の影響を殆ど受けることなく、したがって極めて低い不良率で表面実装することができる。また、光源として作成された段階で発光素子の光度及び色度のばらつきを見ることができるので、遮光反射型ＬＥＤ内に複数の光源を実装する場合には、各発光素子の光度及び色度の特性をみた上で相性の良い光源を組み合わせることができ、したがってディスプレイとした場合の表示むらを著しく低減することができる。さらに、各光源の取り付け方を微調整することによって、各発光素子間の配光特性の違いを打ち消して均一化することができる。
【０００９】
このようにして、表面実装することができ、ディスプレイの表示むらを低減することができるとともに、発光素子間の配光特性を均一化することができる遮光反射型発光ダイオードとなる。
【００１０】
請求項２の発明にかかる遮光反射型発光ダイオードは、請求項１の構成において、前記光学的開口部は前記柱面形状の反射鏡による集光エリア相当の大きさと形状であるものである。
【００１１】
これによって、光学的開口部は柱面形状の反射鏡による集光エリア相当の大きさと形状であることから、外部からの光の入射を遮光部材で防ぎつつ、外部放射効率を最大限に高くすることができる。
【００１２】
請求項３の発明にかかる遮光反射型発光ダイオードは、請求項１または請求項２の構成において、前記光源は、前記発光素子の周囲に設けられた凹状の反射鏡を有するものである。
【００１３】
したがって、発光素子の発光面から発せられた光は水平方向には拡散せず、発光面に垂直な軸から約７０度の範囲内に集中して照射される。このため、光源に対向して設けられた反射鏡は、この発光面に垂直な軸から約７０度の範囲内に照射される光を反射すれば良いので、反射鏡の端部を光源から離して配置することができ、また反射鏡の設計自由度が増す。さらに、反射鏡が柱面形状であることから、柱面の両端面に照射された光は反射されずに吸収されてしまうが、発光素子の周囲に凹状の反射鏡を設けることによって柱面の両端面には光は照射されず、発光素子から発せられた光を無駄に消費することがない。
【００１４】
このようにして、反射鏡の配置と設計の自由度が増すとともに、発光素子から発せられた光を無駄に消費することがない遮光反射型発光ダイオードとなる。
【００１５】
請求項４の発明にかかる遮光反射型発光ダイオードは、請求項１乃至請求項３のいずれか１つの構成において、前記光源は、前記発光素子と前記凹状の反射鏡を封止するとともに、前記発光素子の発光面側に光放射面を形成する光透過性材料を具備するものである。
【００１６】
かかる構成の遮光反射型ＬＥＤにおいては、発光素子が光透過性材料で封止されていることによって発光素子から発せられる光量が封止されていない場合の約２倍になる。これによって、光源ひいては遮光反射型ＬＥＤの光度が大幅に増加する。そして、発光素子の発光面側に光放射面が形成されていることによって、発光素子の周囲に凹状の反射鏡が設けられている場合に照射範囲が制限される発光素子から発せられる光をさらに制御して照射範囲を制限することができる。これによって、光源と対向して設けられた反射鏡の配置と設計の自由度をさらに増すことができる。
【００１７】
このようにして、光度が大幅に増加するとともに反射鏡の配置と設計の自由度をさらに増すことができる遮光反射型ＬＥＤとなる。
【００１８】
請求項５の発明にかかる遮光反射型発光ダイオードは、請求項４の構成において、前記光放射面は凸レンズであるものである。
【００１９】
かかる構成の遮光反射型ＬＥＤにおいては、発光素子の発光面側に凸レンズが形成されていることによって、発光素子から発せられる光をさらに集光して照射範囲をより狭めることができる。これによって、光源と対向して設けられた反射鏡の端部を発光素子の発光面からさらに離すことができるので、反射鏡の設計自由度をさらに増すことができる。
【００２０】
このようにして、光源から照射される光の範囲をさらに狭めることによって反射鏡の配置と設計の自由度をさらに増すことができる遮光反射型ＬＥＤとなる。
【００２１】
請求項６の発明にかかる遮光反射型発光ダイオードは、請求項４または請求項５の構成において、前記光放射面は柱面形状の反射鏡の長手方向に略垂直な方向に長径方向が向いた楕円体凸レンズの頂き部分を湾曲した柱面で前記長径方向にカットした形状であるものである。
【００２２】
このため、発光素子から発せられた光は楕円体凸レンズの長径方向については全て斜め方向に光放射面から放射されることになり、光源の真下付近の反射鏡には光が放射されないことになる。これによって、スリット状の光学的開口部から放射される光は光学的開口部に対して垂直な方向に向かう光が多くなり、ディスプレイとした場合に垂直方向の光の拡がり角が狭くなってディスプレイとして好ましい光放射特性が得られる。これに対して、反射鏡の長手方向については楕円面の光放射面から発光素子の光が放射されるため、光が拡がって反射鏡で反射され光学的開口部の長さ一杯に反射光が放射される。これによって、ディスプレイとした場合に水平方向の光の拡がり角が広くなってディスプレイとして好ましい光放射特性が得られる。
【００２３】
このようにして、ディスプレイとしたときに垂直方向、水平方向ともに好ましい光放射特性が得られる遮光反射型発光ダイオードとなる。
【００２４】
請求項７の発明にかかる遮光反射型発光ダイオードは、請求項１乃至請求項６のいずれか１つの構成において、前記光源は複数個であり、該複数の光源は前記柱面形状の反射鏡の軸方向に沿って配列されているものである。
【００２５】
このように複数の光源が柱面形状の反射鏡の軸方向に沿って配列されているため、これら複数の光源は互いに軸ずれを起こすことがない。
【００２６】
このようにして、反射型発光ダイオードにおいて複数の光源を搭載しても互いに軸ずれを起こすことがない遮光反射型発光ダイオードとなる。
【００２７】
請求項８の発明にかかる遮光反射型発光ダイオードは、請求項１乃至請求項７のいずれか１つの構成において、前記光源は複数個であり、異なる複数色の光を発する光源を備えるものである。
【００２８】
かかる構成を有する遮光反射型ＬＥＤにおいては、異なる複数色の光を発する複数個の光源を備えているため、複数色が混色されて外部放射されることになる。この場合、軸ずれと配光特性の違いによる色むらが生ずる心配があるが、これら複数個の光源を柱面形状の反射鏡の軸方向に沿って配列することによって、軸ずれを起こすことがない。また、各光源の取り付け方を微調整することによって、各発光素子間の配光特性の違いを打ち消して配光特性を均一化することができるので、色むらが生ずることもない。
【００２９】
このようにして、異なる複数色の光源を備える反射型発光ダイオードにおいても軸ずれと色むらを起こす心配のない遮光反射型発光ダイオードとなる。
【００３０】
請求項９の発明にかかる遮光反射型発光ダイオードは、請求項１乃至請求項８のいずれか１つの構成において、前記光源は、赤色発光素子を有する赤色光源と、緑色発光素子を有する緑色光源と、青色発光素子を有する青色光源であるものである。
【００３１】
かかる構成を有する遮光反射型ＬＥＤにおいては、光の三原色を発光する３つの光源を有しているため、各光源に供給する電力を変化させることによってあらゆる色の発光が可能な遮光反射型ＬＥＤとなり、これを複数個基板上に配置することによってフルカラーディスプレイを構成することができる。そして、光源は１つの発光素子しか有さない小型のものであるので、樹脂封止されていたとしても樹脂と金属の熱膨張率の差による熱歪の影響を殆ど受けることなく、極めて低い不良率で表面実装することができる。また、発光素子を樹脂封止した状態である光源として作成された段階では、それぞれに用いられている発光素子の光度及び色度のばらつき具合を、実装する前に予め調べて選別しておくことが容易であるため、３色の発光素子の光度及び色度の特性をみた上で相性の良い光源を組み合わせて実装することが実用的に可能であり、フルカラーディスプレイの表示むらを著しく低減することができる。さらに、各光源の取り付け方を微調整することによって、各発光素子間の配光特性の違いを打ち消して均一化することができる。
【００３２】
このようにして、フルカラーディスプレイを構成することができて表面実装することができ、ディスプレイの表示むらを低減することができるとともに、発光素子間の配光特性を均一化することができる遮光反射型発光ダイオードとなる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３４】
実施の形態１
まず、本発明の実施の形態１について、図１及び図２を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形態１にかかる遮光反射型発光ダイオードの構成を示す平面図、（ｂ）はＹ方向に沿って破断した縦断面図、（ｃ）はＸ方向に沿って破断した縦断面図である。図２（ａ）は本発明の実施の形態１にかかる遮光反射型発光ダイオードの光源の構成を示す平面図、（ｂ）はＹ方向に沿って破断した縦断面図、（ｃ）はＸ方向に沿って破断した縦断面図である。
【００３５】
図１（ａ）に示されるように、本実施の形態１の遮光反射型ＬＥＤ１においては、実装基板を兼ねた遮光部材９にＸ方向に伸びた２本のスリット状の光学的開口部１０ａ，１０ｂが穿設されており、これらの光学的開口部１０ａ，１０ｂから外部にＬＥＤ光が放射される。
【００３６】
図１（ｂ）に示されるように、遮光部材９の裏側には光学的開口部１０ａ，１０ｂの中間において、発光素子を有する光源２が表面実装されている。光源２は後述するように１つの発光素子のみを樹脂封止した小型のものであるため、表面実装時の２００℃近い高温下においても樹脂と金属の熱膨張率の差による熱歪の影響を殆ど受けることなく、極めて低い不良率で表面実装することができる。
【００３７】
この光源２と対向して、遮光部材９から離れた位置に、ポリカーボネート樹脂の凹状の表面にアルミニウム蒸着を施すことにより反射鏡８を形成した反射基板７が配置されている。反射鏡８のうち反射面８ａは、光源２と光学的開口部１０ａとを２つの焦点とする楕円の一部を光学的開口部１０ａの長手方向（図１（ａ）のＸ方向）に延長した柱面形状を有している。また、反射面８ｂは、光源２と光学的開口部１０ｂとを２つの焦点とする楕円の一部を光学的開口部１０ｂの長手方向に延長した柱面形状を有している。したがって、光源２から放射されて反射面８ａで反射された光は全て光学的開口部１０ａに集光され、光学的開口部１０ａから外部に放射される。また、光源２から放射されて反射面８ｂで反射された光は全て光学的開口部１０ｂに集光され、光学的開口部１０ｂから外部に放射される。
【００３８】
さらに、図１（ｃ）に示されるように、本実施の形態１の遮光反射型ＬＥＤ１においては、３つの光源２Ｒ，２Ｇ，２ＢがＸ方向に並んで遮光部材９の裏側に表面実装されている。即ち、光の三原色を発光する赤色光源２Ｒ，緑色光源２Ｇ，青色光源２ＢがＸ方向の中央に密に実装されている。これによって、遮光反射型ＬＥＤ１は、各光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに供給する電力を制御することによって、あらゆる色の光を放射することができ、フルカラーディスプレイに用いることができる。
【００３９】
また、発光素子を樹脂封止した状態である３色の光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂでは、それぞれに用いられている発光素子の光度及び色度のばらつき具合を、実装する前に予め調べて選別しておくことが容易であるため、相性の良い３色の光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを組み合わせて実装することが実用的に可能であり、フルカラーディスプレイにおける表示むらを著しく低減することができる。さらに、反射鏡８は光源２と光学的開口部１０ａ，１０ｂとをそれぞれ焦点とする楕円の一部が光学的開口部１０ａ，１０ｂの長手方向に沿って伸びた柱面形状であるため、複数の光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを長手方向に沿って配列することによって、軸ずれを起こすことがない。
【００４０】
次に、本実施の形態１の遮光反射型ＬＥＤ１に用いられる光源２の構成について、図２を参照して説明する。図２（ａ），（ｂ）に示されるように、光源２は発光素子３に電力を供給する１対のリード４ａ，４ｂのうち、一方のリード４ａの先端を凹状の反射鏡４ｃとして、この反射鏡４ｃの底面に発光素子３を銀ペーストでマウントしている。そして、発光素子３と他方のリード４ｂとをワイヤ５でボンディングして電気的接続をとった後、発光素子３、反射鏡４ｃ、ワイヤ５、及び１対のリード４ａ，４ｂの一部を光透過性材料としての透明エポキシ樹脂６で封止するとともに、発光素子３の発光面側に光放射面６ａを形成している。その後、１対のリード４ａ，４ｂの透明エポキシ樹脂６から出ている部分を透明エポキシ樹脂６の側面に沿って略垂直に曲げ、さらに透明エポキシ樹脂６の背面に沿って略垂直に曲げることによって、表面実装が可能な光源２となる。
【００４１】
かかる構成を有する光源２においては、発光素子３の周囲に凹状の反射鏡４ｃが設けられているために発光素子３の発光面から水平方向に出る光も凹状の反射鏡４ｃで反射されて、発光素子３から出る光は発光面に垂直な軸から約７０度の範囲内に集中して照射される。これによって、図１（ｂ）に示されるように、反射鏡８の端面が遮光部材９に接する位置まで届く必要がなく、反射鏡８を光源２及び遮光部材９から離して配置することができる。また、図１（ｃ）に示される柱面形状の反射鏡８の両端面７ａに照射された光は反射されることなく吸収されてしまうが、本実施の形態１の遮光反射型ＬＥＤ１においては、凹状の反射鏡４ｃによって光の照射される範囲を発光面に垂直な軸から約７０度の範囲内に絞っているため、これらの両端面７ａには光が照射されることはなく、発光素子３から発せられた光が無駄に消費されるのを防ぐことができる。さらには、柱面形状の反射鏡８だけでなく柱面に垂直な両端面７ａにも反射鏡を備えたものとしても良い。
【００４２】
また、図２（ａ）に示されるように、光源２の光放射面６ａは、楕円体形状の凸レンズの頂部を湾曲した柱面で楕円体の長径方向にカットした形状を有している。このため、発光素子３から発せられ光放射面６ａから放射される光のＹ方向成分については斜め方向に屈折されることになり、図１（ｂ）に示されるように、光源２の真下付近の反射鏡８には光があまり放射されないことになる。これによって、スリット状の光学的開口部１０ａ，１０ｂから放射される光はＺ方向成分が大きいものとなり、ディスプレイとした場合に垂直方向（Ｙ方向）の光の拡がり角が狭くなってディスプレイとして好ましい光放射特性が得られる。これに対して、Ｘ方向については楕円面の光放射面６ａから発光素子３の光が放射されるため、光が拡がって反射鏡８で反射され光学的開口部１０ａ，１０ｂのスリット長さ一杯に反射光が放射される。これによって、ディスプレイとした場合に水平方向（Ｘ方向）の光の拡がり角が広くなってディスプレイとして好ましい光放射特性が得られる。
【００４３】
さらに、外部からの入射光は、大半が遮光部材９により吸収される。ごく一部光学的開口部１０ａ，１０ｂを通過して入射する光は、反射鏡８で反射されその後大半が吸収されるので外部反射光は僅かである。このため点灯時には発光素子３からの光を有効に外部放射できる。一方で、光源２の消灯時には擬似点灯や全体が白っぽく見えるダークノイズの問題が生ぜず、点灯時と消灯時のコントラストの高い遮光反射型ＬＥＤとなる。
【００４４】
実施の形態２
次に、本発明の実施の形態２について、図３を参照して説明する。図３（ａ）は本発明の実施の形態２にかかる遮光反射型発光ダイオードの構成を示す平面図、（ｂ）はＹ方向に沿って破断した縦断面図、（ｃ）はＸ方向に沿って破断した縦断面図である。
【００４５】
図３（ａ）に示されるように、本実施の形態２の遮光反射型ＬＥＤ１１においては、実装基板を兼ねた遮光部材１９にＸ方向に伸びた４本のスリット状の光学的開口部２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが穿設されており、これらの光学的開口部２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄから外部にＬＥＤ光が放射される。
【００４６】
図３（ｂ）に示されるように、遮光部材１９の裏側には光学的開口部２０ｂ，２０ｃの中間において、発光素子を有する光源２が表面実装されている。光源２の構成は実施の形態１と同様であり、１つの発光素子３のみを透明エポキシ樹脂６で封止した小型のものであるため、表面実装時の２００℃近い高温下においても樹脂と金属の熱膨張率の差による熱歪の影響を殆ど受けることなく、極めて低い不良率で表面実装することができる。
【００４７】
この光源２と対向して、遮光部材１９から離れた位置に、ポリカーボネート樹脂の凹状の表面にアルミニウム蒸着を施すことにより反射鏡１８を形成した反射基板１７が配置されている。反射鏡１８のうち反射面１８ａは、光源２と光学的開口部２０ａとを２つの焦点とする楕円の一部を光学的開口部２０ａの長手方向（図３（ａ）のＸ方向）に延長した柱面形状を有している。また、反射面１８ｂは、光源２と光学的開口部２０ｂとを２つの焦点とする楕円の一部を光学的開口部２０ｂの長手方向に延長した柱面形状を有している。さらに、反射面１８ｃは、光源２と光学的開口部２０ｃとを２つの焦点とする楕円の一部を光学的開口部２０ｃの長手方向に延長した柱面形状を有しており、反射面１８ｄは、光源２と光学的開口部２０ｄとを２つの焦点とする楕円の一部を光学的開口部２０ｄの長手方向に延長した柱面形状を有している。
【００４８】
したがって、光源２から放射されて反射面１８ａで反射された光は全て光学的開口部２０ａに集光され、光学的開口部２０ａから外部に放射される。また、光源２から放射されて反射面１８ｂで反射された光は全て光学的開口部２０ｂに集光され、光学的開口部２０ｂから外部に放射される。さらに、光源２から放射されて反射面１８ｃで反射された光は全て光学的開口部２０ｃに集光されて光学的開口部２０ｃから外部に放射され、光源２から放射されて反射面１８ｄで反射された光は全て光学的開口部２０ｄに集光されて光学的開口部２０ｄから外部に放射される。
【００４９】
ここで、光源２の光放射面６ａは、実施の形態１と同様に、楕円体形状の凸レンズの頂部を湾曲した柱面で楕円体の長径方向にカットした形状を有している。このため、発光素子３から発せられ光放射面６ａから放射される光のＹ方向成分については斜め方向に屈折されることになり、図３（ｂ）に示されるように、光源２の真下付近の反射鏡１８には光があまり放射されないことになる。これによって、スリット状の光学的開口部２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄから放射される光はＺ方向成分が大きいものとなり、ディスプレイとした場合に垂直方向（Ｙ方向）の光の拡がり角が狭くなってディスプレイとして好ましい光放射特性が得られる。
【００５０】
これに対して、Ｘ方向については、実施の形態１と同様に楕円面の光放射面６ａから発光素子３の光が放射されるため、光が拡がって反射鏡１８で反射され光学的開口部２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄのスリット長さ一杯に反射光が放射される。これによって、ディスプレイとした場合に水平方向（Ｘ方向）の光の拡がり角が広くなってディスプレイとして好ましい光放射特性が得られる。
【００５１】
さらに、外部からの入射光は、大半が遮光部材９により吸収される。ごく一部光学的開口部２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを通過して入射する光は、反射鏡１８で反射されその後大半が吸収されるので外部反射光は僅かである。このため点灯時には発光素子３からの光を有効に外部放射できる。一方で、光源２の消灯時には擬似点灯や全体が白っぽく見えるダークノイズの問題が生ぜず、点灯時と消灯時のコントラストの高い遮光反射型ＬＥＤとなる。
【００５２】
また、図３（ｃ）に示されるように、本実施の形態２の遮光反射型ＬＥＤ１１においても、本実施の形態１と同様に３つの光源２Ｒ，２Ｇ，２ＢがＸ方向に並んで遮光部材９の裏側に表面実装されている。即ち、光の三原色を発光する赤色光源２Ｒ，緑色光源２Ｇ，青色光源２ＢがＸ方向の中央に密に実装されている。これによって、遮光反射型ＬＥＤ１１は、各光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに供給する電力を制御することによって、あらゆる色の光を放射することができ、フルカラーディスプレイに用いることができる。
【００５３】
また、発光素子を樹脂封止した状態である３色の光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂでは、それぞれに用いられている発光素子の光度及び色度のばらつき具合を、実装する前に予め調べて選別しておくことが容易であるため、相性の良い３色の光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを組み合わせて実装することが実用的に可能であり、フルカラーディスプレイにおける表示むらを著しく低減することができる。さらに、反射鏡１８は光源２と光学的開口部２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄとをそれぞれ焦点とする楕円の一部が光学的開口部２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの長手方向に沿って伸びた柱面形状であるため、複数の光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを長手方向に沿って配列することによって、軸ずれを起こすことがない。
【００５４】
さらに、図３（ｃ）に示される柱面形状の反射鏡１８の両端面１７ａに照射された光は反射されることなく吸収されてしまうが、本実施の形態２の遮光反射型ＬＥＤ１１の光源２においても、凹状の反射鏡４ｃによって光の照射される範囲を発光面に垂直な軸から約７０度の範囲内に絞っているため、これらの両端面１７ａには光が照射されることはなく、発光素子３から発せられた光が無駄に消費されるのを防ぐことができる。さらには、柱面形状の反射鏡１８だけでなく、柱面に垂直な両端面１７ａにも反射鏡を備えたものとしても良い。
【００５５】
上記各実施の形態においては、光源２について発光素子３及び凹状の反射鏡４ｃ等を光透過性材料としての透明エポキシ樹脂６で封止した場合について説明したが、必ずしも樹脂封止しなくても良い。また、透明エポキシ樹脂６により形成される光放射面６ａを楕円体形状の凸レンズの頂部を湾曲した柱面で楕円体の長径方向にカットした形状とした場合について説明したが、光放射面としては、平坦面、発光素子を原点とする半球面、楕円面を始めとして他にも種々の形状とすることができる。
【００５６】
また、上記各実施の形態においては、光源２について発光素子３の周囲に凹状の反射鏡４ｃを設けた場合について説明したが、必ずしも凹状の反射鏡４ｃを設けなくても良い。
【００５７】
さらに、上記各実施の形態においては、封止材料としての光透過性材料として透明エポキシ樹脂６を使用した例について説明したが、その他にも透明シリコン樹脂を始めとして、硬化前の流動性、充填性、硬化後の透明性、強度等の条件を満たすものであれば、どのような光透過性材料を用いても良い。
【００５８】
また、上記各実施の形態においては、光学的開口部１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄをスリット状とした場合について説明したが、光学的開口部はスリット状に限られず、反射鏡で集光された光が通る形状とすれば良い。
【００５９】
また、上記各実施の形態においては、光学的開口部１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを貫通孔とした場合について説明したが、透明エポキシ樹脂やガラス等の光透過性材料で塞がれた孔とすることもできる。また、スリット状の光学的開口部をそれぞれ２本と４本設けた場合について説明したが、スリット状の光学的開口部の数は１本でも３本でも何本でも良い。
【００６０】
さらに、上記各実施の形態においては、光源２を表面実装する実装基板にスリット状の光学的開口部を設けて遮光部材と兼用しているが、実装基板には光学的開口部より大きな孔を開けておいて、遮光部材は別に設ける構成とすることもできる。
【００６１】
また、上記各実施の形態においては、光源２として光の三原色を発光する赤色光源２Ｒ，緑色光源２Ｇ，青色光源２Ｂを実装した場合について説明したが、光源の発光色はこれらの３色に限られず、また必ずしも複数の発光色の光源としなくても良い。光源の数も、１個でも何個でも構わない。
【００６２】
遮光反射型発光ダイオードのその他の部分の構成、形状、数量、材質、大きさ、接続関係等についても、上記各実施の形態に限定されるものではない。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明にかかる遮光反射型発光ダイオードは、発光素子を有する光源と、前記光源に対向して設けられた反射鏡と、前記反射鏡に外部から入射する光を制限する遮光部材とを具備し、前記遮光部材は光学的開口部を有し、前記反射鏡は前記光源から発し、前記反射鏡で反射した光が線状に集光される柱面形状であり、線状に集光された光が前記遮光部材の前記光学的開口部を通して外部放射されるものである。
【００６４】
ここで、「光学的開口部」は、貫通孔でも良いし、光透過性材料で塞がれた孔であっても良い。
【００６５】
かかる構成の遮光反射型ＬＥＤにおいては、光源は１つの発光素子しか有さない小型のものであるので、樹脂封止されていたとしても樹脂と金属の熱膨張率の差による熱歪の影響を殆ど受けることなく、したがって極めて低い不良率で表面実装することができる。また、光源として作成された段階で発光素子の光度及び色度のばらつきを見ることができるので、遮光反射型ＬＥＤ内に複数の光源を実装する場合には、各発光素子の光度及び色度の特性をみた上で相性の良い光源を組み合わせることができ、したがってディスプレイとした場合の表示むらを著しく低減することができる。さらに、各光源の取り付け方を微調整することによって、各発光素子間の配光特性の違いを打ち消して均一化することができる。
【００６６】
このようにして、表面実装することができ、ディスプレイの表示むらを低減することができるとともに、発光素子間の配光特性を均一化することができる遮光反射型発光ダイオードとなる。
【００６７】
請求項２の発明にかかる遮光反射型発光ダイオードは、請求項１の構成において、前記光学的開口部は前記柱面形状の反射鏡による集光エリア相当の大きさと形状であるものである。
【００６８】
これによって、請求項１に記載の効果に加えて、光学的開口部は柱面形状の反射鏡による集光エリア相当の大きさと形状であることから、外部からの光の入射を遮光部材で防ぎつつ、外部放射効率を最大限に高くすることができる。
【００６９】
請求項３の発明にかかる遮光反射型発光ダイオードは、請求項１または請求項２の構成において、前記光源は、前記発光素子の周囲に設けられた凹状の反射鏡を有するものである。
【００７０】
したがって、請求項１または請求項２に記載の効果に加えて、発光素子の発光面から発せられた光は水平方向には拡散せず、発光面に垂直な軸から約７０度の範囲内に集中して照射される。このため、光源に対向して設けられた反射鏡は、この発光面に垂直な軸から約７０度の範囲内に照射される光を反射すれば良いので、反射鏡の端部を光源から離して配置することができ、また反射鏡の設計自由度が増す。さらに、反射鏡が柱面形状であることから、柱面の両端面に照射された光は反射されずに吸収されてしまうが、発光素子の周囲に凹状の反射鏡を設けることによって柱面の両端面には光は照射されず、発光素子から発せられた光を無駄に消費することがない。
【００７１】
このようにして、反射鏡の配置と設計の自由度が増すとともに、発光素子から発せられた光を無駄に消費することがない遮光反射型発光ダイオードとなる。
【００７２】
請求項４の発明にかかる遮光反射型発光ダイオードは、請求項１乃至請求項３のいずれか１つの構成において、前記光源は、前記発光素子と前記凹状の反射鏡を封止するとともに、前記発光素子の発光面側に光放射面を形成する光透過性材料を具備するものである。
【００７３】
かかる構成の遮光反射型ＬＥＤにおいては、請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の効果に加えて、発光素子が光透過性材料で封止されていることによって発光素子から発せられる光量が封止されていない場合の約２倍になる。これによって、光源ひいては遮光反射型ＬＥＤの光度が大幅に増加する。そして、発光素子の発光面側に光放射面が形成されていることによって、発光素子の周囲に凹状の反射鏡が設けられている場合に照射範囲が制限される発光素子から発せられる光をさらに制御して照射範囲を制限することができる。これによって、光源と対向して設けられた反射鏡の配置と設計の自由度をさらに増すことができる。
【００７４】
このようにして、光度が大幅に増加するとともに反射鏡の配置と設計の自由度をさらに増すことができる遮光反射型ＬＥＤとなる。
【００７５】
請求項５の発明にかかる遮光反射型発光ダイオードは、請求項４の構成において、前記光放射面は凸レンズであるものである。
【００７６】
かかる構成の遮光反射型ＬＥＤにおいては、発光素子の発光面側に凸レンズが形成されていることによって、請求項４に記載の効果に加えて、発光素子から発せられる光をさらに集光して照射範囲をより狭めることができる。これによって、光源と対向して設けられた反射鏡の端部を発光素子の発光面からさらに離すことができるので、反射鏡の設計自由度をさらに増すことができる。
【００７７】
このようにして、光源から照射される光の範囲をさらに狭めることによって反射鏡の配置と設計の自由度をさらに増すことができる遮光反射型ＬＥＤとなる。
【００７８】
請求項６の発明にかかる遮光反射型発光ダイオードは、請求項４または請求項５の構成において、前記光放射面は柱面形状の反射鏡の長手方向に略垂直な方向に長径方向が向いた楕円体凸レンズの頂き部分を湾曲した柱面で前記長径方向にカットした形状であるものである。
【００７９】
このため、請求項４または請求項５に記載の効果に加えて、発光素子から発せられた光は楕円体凸レンズの長径方向については全て斜め方向に光放射面から放射されることになり、光源の真下付近の反射鏡には光が放射されないことになる。これによって、スリット状の光学的開口部から放射される光は光学的開口部に対して垂直な方向に向かう光が多くなり、ディスプレイとした場合に垂直方向の光の拡がり角が狭くなってディスプレイとして好ましい光放射特性が得られる。これに対して、反射鏡の長手方向については楕円面の光放射面から発光素子の光が放射されるため、光が拡がって反射鏡で反射され光学的開口部の長さ一杯に反射光が放射される。これによって、ディスプレイとした場合に水平方向の光の拡がり角が広くなってディスプレイとして好ましい光放射特性が得られる。
【００８０】
このようにして、ディスプレイとしたときに垂直方向、水平方向ともに好ましい光放射特性が得られる遮光反射型発光ダイオードとなる。
【００８１】
請求項７の発明にかかる遮光反射型発光ダイオードは、請求項１乃至請求項６のいずれか１つの構成において、前記光源は複数個であり、該複数の光源は前記柱面形状の反射鏡の軸方向に沿って配列されているものである。
【００８２】
請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載の効果に加えて、このように複数の光源が柱面形状の反射鏡の軸方向に沿って配列されているため、これら複数の光源は互いに軸ずれを起こすことがない。
【００８３】
このようにして、反射型発光ダイオードにおいて複数の光源を搭載しても互いに軸ずれを起こすことがない遮光反射型発光ダイオードとなる。
【００８４】
請求項８の発明にかかる遮光反射型発光ダイオードは、請求項１乃至請求項７のいずれか１つの構成において、前記光源は複数個であり、異なる複数色の光を発する光源を備えるものである。
【００８５】
かかる構成を有する遮光反射型ＬＥＤにおいては、請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載の効果に加えて、異なる複数色の光を発する複数個の光源を備えているため、複数色が混色されて外部放射されることになる。この場合、軸ずれと配光特性の違いによる色むらが生ずる心配があるが、これら複数個の光源を柱面形状の反射鏡の軸方向に沿って配列することによって、軸ずれを起こすことがない。また、各光源の取り付け方を微調整することによって、各発光素子間の配光特性の違いを打ち消して配光特性を均一化することができるので、色むらが生ずることもない。
【００８６】
このようにして、異なる複数色の光源を備える反射型発光ダイオードにおいても軸ずれと色むらを起こす心配のない遮光反射型発光ダイオードとなる。
【００８７】
請求項９の発明にかかる遮光反射型発光ダイオードは、請求項１乃至請求項８のいずれか１つの構成において、前記光源は、赤色発光素子を有する赤色光源と、緑色発光素子を有する緑色光源と、青色発光素子を有する青色光源であるものである。
【００８８】
かかる構成を有する遮光反射型ＬＥＤにおいては、請求項１乃至請求項８のいずれか１つに記載の効果に加えて、光の三原色を発光する３つの光源を有しているため、各光源に供給する電力を変化させることによってあらゆる色の発光が可能な遮光反射型ＬＥＤとなり、これを複数個基板上に配置することによってフルカラーディスプレイを構成することができる。そして、光源は１つの発光素子しか有さない小型のものであるので、樹脂封止されていたとしても樹脂と金属の熱膨張率の差による熱歪の影響を殆ど受けることなく、極めて低い不良率で表面実装することができる。また、発光素子を樹脂封止した状態である光源として作成された段階では、それぞれに用いられている発光素子の光度及び色度のばらつき具合を、実装する前に予め調べて選別しておくことが容易であるため、３色の発光素子の光度及び色度の特性をみた上で相性の良い光源を組み合わせて実装することが実用的に可能であり、フルカラーディスプレイの表示むらを著しく低減することができる。さらに、各光源の取り付け方を微調整することによって、各発光素子間の配光特性の違いを打ち消して均一化することができる。
【００８９】
このようにして、フルカラーディスプレイを構成することができて表面実装することができ、ディスプレイの表示むらを低減することができるとともに、発光素子間の配光特性を均一化することができる遮光反射型発光ダイオードとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１（ａ）は本発明の実施の形態１にかかる遮光反射型発光ダイオードの構成を示す平面図、（ｂ）はＹ方向に沿って破断した縦断面図、（ｃ）はＸ方向に沿って破断した縦断面図である。
【図２】  図２（ａ）は本発明の実施の形態１にかかる遮光反射型発光ダイオードの光源の構成を示す平面図、（ｂ）はＹ方向に沿って破断した縦断面図、（ｃ）はＸ方向に沿って破断した縦断面図である。
【図３】  図３（ａ）は本発明の実施の形態２にかかる遮光反射型発光ダイオードの構成を示す平面図、（ｂ）はＹ方向に沿って破断した縦断面図、（ｃ）はＸ方向に沿って破断した縦断面図である。
【図４】  図４（ａ）は従来の多色ＬＥＤの全体構成を示す平面図、（ｂ）は縦断面図である。
【符号の説明】
１，１１  遮光反射型発光ダイオード
２  光源
２Ｂ  青色光源
２Ｇ  緑色光源
２Ｒ  赤色光源
３  発光素子
４ｃ  凹状の反射鏡
６  光透過性材料
６ａ  光放射面
８，１８  反射鏡
９，１９  遮光部材
１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ  光学的開口部
【図１】
0003722018.tif 000002
【図２】
0003722018.tif 000003
【図３】
0003722018.tif 000004
【図４】
0003722018.tif 000005