(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の曲面からなる頂部、円筒型の側面、前記頂部に対向する後面、該後面から前記頂部の方向に向かって、前記円筒型の側面と同心状に形成された円筒型の凹部を有し、前記円筒型の側面のなす外形と、前記凹部の側壁部のなす内径との差で定義される円筒形状部分の肉厚が、前記内径の２〜３倍、若しくはこれ以上である収納型光学媒体と、
前記凹部の内部に収納された複数のダイオードチップ
とを備える発光体であって、
前記凹部は、前記頂部に対向した底部と、該底部に連続した前記円筒型の連続面からなる前記側壁部とを有し、前記側壁部と前記底部との双方が、前記複数のダイオードチップからの光の入射面として機能し、前記頂部が出射面として機能することを特徴とする発光体。
【請求項２】
前記複数のダイオードチップは、同一のＬＥＤチップであり、それぞれのチップの主表面に垂直方向に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の発光体。
【請求項３】
前記複数のダイオードチップのそれぞれは、ベアチップの状態で収納されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光体。
【請求項４】
前記複数のダイオードチップは、弾丸型に成形されたフィルム基板の上に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光体。
【請求項５】
前記複数のダイオードチップは、前記収納型光学媒体と密着するように配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光体。
【請求項６】
前記凹部の底部は、半球状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光体。
【請求項７】
前記収納型光学媒体は、弾丸型の外形をなすことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光体。
【請求項８】
前記複数のダイオードチップの一部の主表面は、前記凹部の側壁に平行方向で配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体発光素子の応用技術に係り、特にこの半導体発光素子を用いた照明器具に好適な発光体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近ハロゲンランプを用いた細身の懐中電灯が市販されるに至っているが、この種の懐中電灯の電池の寿命は連続点灯では３時間程度であり、また、ハロゲンランプ自身の寿命も短いという欠点を有している。一方、パーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、小型携帯テレビ、車載テレビ等には、液晶表示装置が多用されている。このような液晶表示基板の照明（バックライト）は蛍光放電管（蛍光灯）が用いられている。このバックライト用蛍光灯は、携帯テレビや携帯用パーソナルコンピュータを落下した際には破損したり、特性が劣化し易いという問題がある。また、冬季寒冷地等の低温度環境下で使用する場合、管内の水銀蒸気圧が低下して発光効率が低くなり、充分な輝度を得ることが出来なくなる。更に、長時間動作に対する安定性や信頼性が不十分である。また、最も重要な問題は消費電力が大きいことである。携帯用パーソナルコンピュータを例にすれば、マイクロプロセッサやメモリで消費される電力よりも液晶表示部の消費電力が圧倒的に大きい。このため、蛍光灯をバックライトとして用いた場合は、長時間にわたり電池で携帯テレビや携帯用パーソナルコンピュータを動作させるのは困難である。また、蛍光灯は、電源の周波数に対応したパルス的な発光であるので、個人差はあるが、そのちらつき感から、目の疲労の問題が生じる。即ち、バックライトのような直接照明に近い使用方法の場合、長時間、蛍光灯からの光を直視することによる目の疲労、或いは、目の疲労からくる人体への影響などの問題もある。
【０００３】
発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体発光素子は電気エネルギーを直接光エネルギーに変換するため、ハロゲンランプ等の白熱球や蛍光灯に比し、高効率で、しかも発光に際して発熱を伴わない特徴を有する。白熱球においては、電気エネルギーを一旦熱エネルギーに変換し、その発熱に伴う輻射を利用しているのであり、その変換効率は原理的に低く、その光への変換効率が１％を越えることはない。蛍光灯においては電気エネルギーは、放電エネルギーに変換されており、こちらも同様に、その変換効率は低い。一方、ＬＥＤにおいては、変換効率が２０％以上程度が可能で、白熱球や蛍光灯に比し約１００倍以上の変換効率が容易に達成出来る。更に、ＬＥＤ等の半導体発光素子は半永久的とも考え得る長寿命で、且つ蛍光灯の光のようにちらつきの問題もない。
【０００４】
かかる優れた特徴をＬＥＤは有するものの、ＬＥＤの応用は各種機器のコントロールパネルの表示ランプや、電光掲示板等の表示装置等の極く限られた範囲に限定されており、ＬＥＤが照明装置に使用された例は少ない。最近、鍵穴の照明用のＬＥＤ応用製品も一部において知られているが、小さな面積しか照明出来ないものである。このような特殊な例を除けば、一般に、ＬＥＤが照明用に使用されることはない。
【０００５】
これはＬＥＤの輝度は極めて高いにもかかわらず、ＬＥＤ１個の光の出射面積が１ｍｍ２程度の小さな面積であるため、照明器具としての充分な光束が得られないことに起因している。
【０００６】
このように、従来の光学系を用いたのでは、１個のＬＥＤの発光では、照明の対象となる面上の照度が、所望の照度に達しない。つまり、光により照らされた面上の単位面積当たりの光束が足りないのである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
所望の照度を得るために、比較的高価なＬＥＤを、単純に多数配列する等の方法により照明装置（照明器具）を組み立てたのでは、あまりにも多数のＬＥＤが必要になり、結果としてあまりにも高価になりすぎるため、現実的ではない。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するためになされたものである。従って、本発明の目的は、複数のダイオードチップを必要最小限の数用いることにより所望の照度を得ることが可能な収納型光学媒体を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、むやみに多数のダイオードチップを必要とすることなく、複数のダイオードチップの潜在的な光エネルギーを効率良く引き出した、小型で明るい発光体を提供することである。
【００１０】
本発明の更に他の目的は、安価で充分な照度と長期間にわたる安定性と信頼性を有した発光体を提供することである。
【００１１】
本発明の更に他の目的は、電力消費量が少なく、ちらつきのない発光体を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、所定の波長の光を発する複数のダイオードチップと、この複数のダイオードチップをほぼ完全に収納する収納型光学媒体とから少なくとも構成された発光体であることである。そして、この収納型光学媒体は、入射面と、入射面から入射した光を出射する出射面と、入射面と出射面とを接続する光伝送部とを少なくとも有している。ここで、例えば、収納型光学媒体は円筒型の側面と、半球状の頂部（出射面）からなる弾丸型の形状等で構成できる。この収納型光学媒体は、更に複数のダイオードチップを収納する凹部を有している。ここで、凹部は、上記入射面とこの入射面に連続して形成された側壁部とから構成されている。即ち、凹部の底部が、上記入射面として機能している。例えば凹部は円筒型の側面と、半球状の底部からなる弾丸型の形状等で構成できる。
【００１３】
具体的には、入射面及び出射面は光伝送部の端面として存在し得る。「透明の固体」としては、アクリル樹脂等の透明樹脂、石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、鉛ガラス等の種々のガラス材料、透明プラスチック材料等が使用可能である。或いは、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、炭化珪素（ＳｉＣ）等の結晶性材料を用いてもかまわない。
【００１４】
ここで、「ダイオードチップ」とは、ＬＥＤや半導体レーザ等の半導体発光素子として機能する半導体チップが該当する。従って、半導体チップは、所定の半導体基板と、その上に連続エピタキシャル成長された多層の半導体層、及び電極層等から構成されている。当然ながら、この「多層の半導体層」はｐｎ接合若しくはｐｉｎ接合層を含むものである。半導体発光素子は、発光に際して、顕著な発熱作用を伴わないので、本発明の特徴に係る発光体を構成する収納型光学媒体の凹部の内部に、「複数のダイオードチップ」を収納しても、その発熱作用によって、収納型光学媒体に熱的影響を与えることがない。
【００１５】
本発明の特徴に係る発光体によれば、複数のダイオードチップを用いることが可能で、且つその数を多数必要とすることなく、所望の照度を簡単に得ることが出来る。この照度は従来公知のレンズ等の光学系では達成不可能な照度である。即ち、従来の技術常識では予測出来ない照度を実現出来るものである。なお、入射面及び出射面のいずれか一方は、曲率半径無限大、若しくは無限大に近い平坦な面を含み得ることに留意すべきである。入射面及び出射面のいずれか一方が、無限大ではない所定の（有限の）曲率半径を有していれば、光の収束、発散が制御可能であるからである。また、「所定の発散角」は０°、即ち平行光線をも含み得るということに留意すべきである。また、発散角が９０°であっても、凹部が複数のダイオードチップをほぼ完全に光学的に覆っているため、有効にその光を集光することが可能である。これは、従来のレンズ等の光学系では不可能な作用である。即ち、入射面（底部）以外の凹部の内壁部も、有効な光の入射部として機能し得る。
【００１６】
具体的には、本発明の特徴に係る複数のダイオードチップのそれぞれは、チップの主表面に垂直方向に積層されていることが好ましい。ここで、「主表面」とは平行平板の互いに対向する平面で、端部の側面を除く意である。即ち、「主表面」とは、表面及び裏面のいずれかである。主表面に垂直方向に積層された複数のダイオードチップの合成が全体の出力となるので、極めて明るい発光体が実現出来る。また、複数のダイオードチップのそれぞれは、ディスク形状にモールドされても良い。弾丸型に樹脂モールドされている場合は、弾丸の直径が３ｍｍ乃至６ｍｍあるので、複数のダイオードチップを近接配置することが出来ない。ディスク形状にモールドされている場合は、占有面積が小さく、複数のダイオードチップを近接配置し、全体としてほぼ点光源と見なすことが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明の第１乃至第４の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１８】
（第１の実施の形態）
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る発光体を示す模式的な鳥瞰図で、図１（ｂ）は、対応する断面図である。図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る発光体は、所定の波長の光を発する複数のダイオードチップ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・と、この複数のダイオードチップ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・をほぼ完全に収納する収納型光学媒体１１６とから少なくとも構成されている。具体的には、ダイオードチップ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・は、それぞれディスク型のパッケージにモールドされている（以下において、これらディスク型のパッケージにモールドされたＬＥＤチップ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・を「ディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・」と言う。）。そして、この収納型光学媒体１１６は、入射面と、入射面から入射した光を出射する出射面と、入射面と出射面とを接続し、複数のダイオードチップから発せられた光の波長に対して透明の固体からなる光伝送部とを有する。図１に示すように、収納型光学媒体１１６は、円筒型の側面と、半球状の頂部からなる弾丸型の形状である。更に、この弾丸型の収納型光学媒体１１６はディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・を収納するための凹部を、底部に有している。この凹部は、上記の入射面とこの入射面に連続して形成された側壁部とから構成されている。即ち、凹部の底部が上記の入射面として機能している。図１においては、凹部は円筒型の側面と、半球状の底部からなる弾丸型の形状で構成されている。凹部の側面を構成する円筒の内径は２ｍｍ〜６．５ｍｍ程度とすることが出来る。一方、収納型光学媒体１１６の側面を構成する円筒の外径は、１０ｍｍ〜５０ｍｍ程度に選ぶことが可能である。
【００１９】
収納型光学媒体１１６の側面を構成する円筒の外径と、凹部の側面を構成する円筒の内径との差即ち肉厚は、凹部の側面を構成する円筒の内径と同程度、若しくはその２〜３倍程度、若しくはこれ以上に選べばよい。
【００２０】
図１の複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・は、弾丸型に成形されたフィルム基板２３の上に配置されている。図１において、凹部の底部となる入射面と複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・との間にギャップが存在するかのように示されているが、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・は、入射面に密着するように配置するのがより明るい発光を得る上で好ましい。フィルム基板２３は、フレキシブルな有機材料を用いることが可能である。例えば、厚さが、２５μｍ乃至５０μｍ程度の薄いポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）薄膜やポリイミド薄膜等をフィルム基板２３の材料として用いることが可能である。フィルム基板２３の表面には、図２（ａ）及び（ｂ）に示すような、厚さ５μｍ乃至１５μｍ程度のアルミニウム（Ａｌ）配線２２１，２２２，２２３，２２４，２２５，・・・・・がパターニングされている。Ａｌ配線２２１，２２２，２２３，・・・・・は、Ａｌ薄膜を、フィルム基板２３全面に堆積後、エッチング法によりパターニングすれば良い。Ａｌ配線２２１，２２２，２２３，・・・・・は、スクリーン印刷法を用いてパターニングしても良い。このＡｌ配線２２１，２２２，２２３，・・・・・のパターニングにより、フィルム基板２３の表面の所定の箇所に、周期的に、フィルム基板２３が露出した開口部が形成される。この開口部は、ディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，・・・・・搭載用の矩形の窓部である。ディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，・・・・・は、図２（ｂ）に示すように、セラミックパッケージ３１１，３１２，３１３，３１４，・・・・・の内部にそれぞれＬＥＤチップ３０１，３０２，３０３，３０４，・・・・・が配置されている。ディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，・・・・・と、Ａｌ配線２２１，２２２，２２３，・・・・・とは、半田２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａ，２１２ｂ，２１３ａ，２１３ｂ，・・・・・で互いに接続される。そして、Ａｌ配線２２１，２２２，２２３，・・・・・の両端はそれぞれ第１のピン２１及び第２のピン２２に接続されている。図１（ｂ）に示すように、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・は、収納型光学媒体１１６の凹部の内部において、樹脂２４によりモールドされている。
【００２１】
本発明の第１の実施の形態においては、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・が収納型光学媒体１１６の凹部にほぼ完全に閉じこめられているので、迷光成分を含めて半導体チップから発光されるあらゆる出力光成分が有効に照明に寄与出来るようになる。即ち、入射面（底部）以外の凹部の内壁部も、有効な光の入射部として機能し得るのである。また、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・と収納型光学媒体１１６の凹部との間にはそれぞれの界面で反射した光の成分が多重反射し、迷光成分となっている。従来公知のレンズ等の光学系では、これらの迷光成分は、照明に寄与出来るように取り出すことは出来ない。しかし、これらの迷光成分も、本発明の第１の実施の形態においては、凹部の内部に閉じこめられているので、最終的には、照明に寄与出来る成分となり得る。この結果、樹脂モールド（樹脂封止体）２４の形状等の光の取り出し効率や、光学系相互の反射成分等に依存せず、ほぼ、内部量子効率とほぼ等しい効率で、潜在的な複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・の光エネルギーを有効に取り出すことが可能となる。
【００２２】
このようにして、本発明の第１の実施の形態に係る発光体によれば、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・の数を多数必要とすることなく、照明に寄与する光ビームとして所望の照射面積の光束を確保し、且つ所望の照度を簡単に得ることが出来る。この照度は従来公知のレンズ等の光学系では達成不可能な照度である。
【００２３】
なお、本発明の第１の実施の形態に係る発光体に用いる複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・としては、種々の色（波長）のＬＥＤが使用可能である。但し、懐中電灯のような照明目的のためには、白色ＬＥＤが人間の目には自然であるので好ましい。即ち、この白色ＬＥＤを、図１に示す複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・として用い、この白色複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・に対して所定電圧が印加出来るように電池ケースとこの電池ケースの中の電池（例えば単３電池）を収納すれば、ペンタイプの細身の懐中電灯（携帯用照明器具）が完成する。この電池の陽極及び陰極にそれぞれ、白色複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・の電極を接続する構造とすれば良いのである。この結果、簡単な構造で、製造単価の低い懐中電灯（携帯用照明器具）が提供出来る。この懐中電灯（携帯用照明器具）は、長期間にわたる安定性と信頼性に優れ、特に、電力消費量が少ないため、電池の寿命が長い。
【００２４】
本発明の第１の実施の形態に係る発光体に用いる収納型光学媒体１１６としては、アクリル樹脂等の透明樹脂、石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、鉛ガラス等の種々のガラス材料、透明プラスチック材料等が使用可能である。或いは、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、炭化珪素（ＳｉＣ）等の結晶性材料を用いてもかまわない。この内、アクリル樹脂等の透明樹脂や透明プラスチック材料等は、収納型光学媒体１１６を大量生産するのに好適な材料である。即ち、一度金型を作り、この金型により成形加工すれば収納型光学媒体１１６が簡単に大量生産出来る。
【００２５】
複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・は、図３に示すように直列接続しても良く、図４に示すように並列接続しても良い。直列接続の場合は、電流制限回路１２を駆動回路１１と共に直列接続し、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・に過剰な電流が流れないようにすれば良い。並列接続の場合は、それぞれのＬＥＤ、即ちＤ１，Ｄ２，・・・・・・，Ｄｎ−１，Ｄｎに直列に電流制限抵抗Ｒ１，Ｒ２，・・・・・，Ｒｎ−１，Ｒｎに接続し、駆動回路１１を経由して電源電圧を供給すれば良い。
【００２６】
窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体材料のエピタキシャル成長基板として絶縁性の高いサファイア基板が用いられている。このため、通常は青色ＬＥＤのアノード電極及びカソード電極はともにＧａＮ系半導体材料のエピタキシャル成長層の表面側から取り出される。このサファイア基板は青色ＬＥＤの波長に対して透明であるため、青色ＬＥＤを搭載するディスク型パッケージの底部に透明材料を用いる等の所定の光学的設計をすれば、青色ＬＥＤからの発光は基板の裏面方向からも取り出すことが可能である。このような場合、図５に示すように、収納型光学媒体１１６の後面に、背面鏡２６を配置するのが好ましい。図５では、背面鏡２６は、収納型光学媒体１１６の側面のほぼ全面を被覆しているが、収納型光学媒体１１６の側面の一部のみ被覆するように形成してもかまわないし、側面部への形成は省略しても良い。背面鏡２６は、Ａｌ、真鍮、ステンレス等の金属を図５に示す形状に旋盤・フライス盤等を用いて研削加工、若しくはプレス加工機等により成型加工し、その後、その表面を研磨して構成すれば良い。更に、これらの表面にニッケル（Ｎｉ）鍍金や金（Ａｕ）鍍金を施せば反射率が向上するので好ましい。安価、且つ簡便な方法としては、Ａｌ薄膜等の反射率の高い金属薄膜を接着した構造でもかまわない。或いは、熱可塑性樹脂を押出成形若しくは射出成形により図５に示す形状に加工し、この表面にＡｌ箔等の反射率の高い金属薄膜や誘電体多層膜を真空蒸着やスパッタリングで堆積した構造、若しくは高反射性ポリエステル白色フィルム等を接着した構造でもかまわない。更に、収納型光学媒体１１６の後面に反射率の高い金属薄膜や誘電体多層膜を真空蒸着やスパッタリングで直接堆積した構造や、反射率の高い金属薄膜を鍍金により形成した構造やこれらの複合膜でもかまわない。
【００２７】
図５の複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・は、フィルム基板２３に搭載され、図２と同様に、Ａｌ配線により、第１のピン２１及び第２のピン２２に接続されている。図５において、凹部の底部となる入射面と複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・との間にギャップが存在するかのように示されているが、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・は、入射面に密着するように配置するのが、より明るい発光を得る上で好ましい。背面鏡２６には、第１のピン２１及び第２のピン２２を貫通させる穴があいており、背面鏡２６に第１のピン２１と第２のピン２２とを電気的に短絡しないように考慮している。弾丸型に成形されたフィルム基板２３を透明材料で構成し、弾丸型フィルム基板２３の内部に充填される樹脂２４も透明材料を用いれば、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・からの発光は裏面方向（図５において右方向）にも進む。この複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・から右方向（裏方向）に出力する光は、背面鏡２６で反射され、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・の表面から左方向に出力される。結局、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・の右方向（裏方向）に出力する光も、表面方向（図５において左方向）にも進む光と合成され、出射面により所定の発散角が与えられる。このように、本発明の第１の実施の形態においては、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・が収納型光学媒体１１６の凹部にほぼ完全に閉じこめられ、収納型光学媒体１１６の後面には、背面鏡２６が配置されているので、これらの迷光成分がすべて最終的には発光面となる前面から出力可能である。従って、すべての迷光成分が、有効に照明に寄与出来るようになる。即ち、凹部に着目すれば、入射面以外の凹部の内壁部も、有効な光の入射部として機能し、内壁部を透過した迷光成分は、背面鏡２６で反射され、最終的には発光面側から出力可能である。また、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・と収納型光学媒体１１６の凹部との間にはそれぞれの界面で多重反射した成分も、凹部の内部に閉じこめられ、背面鏡２６により内部で反射し、発光面となる前面側に導かれる。この結果、これらの多重反射成分がすべて最終的には発光面から出力される。
【００２８】
このようにして、本発明の第１の実施の形態に係る発光体によれば、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・の数を、極度に多数必要とすることなく、照明に寄与する光ビームとして所望の照射面積の光束を確保し、且つ所望の照度を簡単に得ることが出来る。この照度は従来公知のレンズ等の光学系では達成不可能な照度である。
【００２９】
図５において、収納型光学媒体１１６の前面（出射面）は、凸形状の湾曲面からなる発光面を有している。しかし、図５は例示であり、出射面は、目的に応じて、種々の形状が採用可能であり、凹形状の出射面からなる発光面を有する光学媒体でも良い。凹形状の出射面を発光面に用いると、光は分散する傾向になるので、種々のバックライト（間接照明系）に好適な均一性を得ることが出来る。
【００３０】
（第２の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る発光体では、複数のダイオードチップ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・がそれぞれディスク型のパッケージにモールドされた場合を説明したが、ベアチップの状態で、弾丸型に成形されたフィルム基板２３の上に配置してもかまわない。ベアチップの方が、より密接した状態で配置出来るので好ましい。即ち、本発明の第２の実施の形態に係る発光体の説明においては、図６及び図７に示すように、複数のベアチップの状態のＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・を弾丸型に成形されたフィルム基板２３の上に配置する場合の具体的構造を示す。収納型光学媒体１１６の構造は、本発明の第１の実施の形態に係る発光体と同一で良いので説明を省略する。
【００３１】
ＬＥＤチップは、図６に示すように、サファイア（Ａｌ２  Ｏ３  ）基板４０１の上にバッファ層（図示省略）を介して積層されたｎ型半導体層４０２、活性層４０３，ｐ型半導体層４０４から構成されている。サファイア（Ａｌ２  Ｏ３  ）基板４０１は、接着剤５０２により、フィルム基板２３に固定されている。アノード電極４０５は、ｐ型半導体層４０４の上面のほぼ全面に形成することが出来る。アノード電極４０５とｐ型半導体層４０４とのオーミックコンタクト特性の改善のためには、アノード電極４０５とｐ型半導体層４０４の間にＧａＮ系ｐ型半導体からなるコンタクト層（図示省略）を形成することが好ましい。アノード電極４０５は、活性層４０３の発光に対して透明な電極層で構成すれば良い。具体的には、錫（Ｓｎ）をドープした酸化インジウム（ＩＴＯ）や酸化錫（ＳｎＯ２）  のような金属酸化物等が好ましい。或いは金属を充分薄く形成して透明電極層４０５として用いても良い。もう一方の電極層であるカソード電極４０６は特に透明である必要はない。アノード電極４０５の一部にボンディングパッド部が設けられ、このボンディングパッド部に銅（Ｃｕ）箔から成るビームリード５１２が接続されている。カソード電極４０６も同様に、銅箔から成るビームリード５１１が接続されている。ビームリード５１１，５１２はそれぞれ導電性の接着剤層５０１によりＡｌ配線２２１，２２２に接続されている。
【００３２】
ＬＥＤチップは、図７に示すように、半田ボール４１１，４１２を用いてフリップチップで実装してもかまわない。図７において、アノード電極４０５は、半田ボール４１１を用いてＡｌ配線２２１に接続され、カソード電極４０６は半田ボール４１２を用いてＡｌ配線２２２に接続されている。フィルム基板２３を透明基板としておけば、上面と下面の２方向に発光することが可能である。下面に発光した光は、図５と同様に、背面鏡２６で反射し、上面方向に戻せば良い。
【００３３】
（第３の実施の形態）
本発明の収納型光学媒体１１７の出射面は、図８に示すように複数の曲率を有した面でも良い。他は図５と基本的に同じであるので、重複した説明を省略する。図８に示す収納型光学媒体１１７の出射面は、図９に示すような魚眼レンズ的な構造でも、図１０に示すような同心円状の湾曲面でもかまわない。
【００３４】
図９に示す魚眼レンズを構成する個々のレンズは、凹部の内部に搭載された複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・のそれぞれと１対１に対応している。より具体的には、図１１に示すように、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，・・・・・のそれぞれに対応した高屈折率領域２４９，２５０，２５１，・・・・を設け、対応するそれぞれの出射面に導き出しても良い。図１１の構造はプラスチック製光ファイバーを融合すれば製造出来る。前述したように、複数のディスク型ＬＥＤ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・は、凹部の底部となる入射面に密着させて配置するのが好ましい。
【００３５】
（第４の実施の形態）
本発明の第１乃至第３の実施の形態に係る発光体は、複数のダイオードチップ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・を弾丸型に成形されたフィルム基板２３の表面に、いわば準平面的（準２次元的）に配列したものである。この場合、現実にはそれぞれのダイオードチップに対応した複数の出力光の光軸が存在するので、複数のダイオードチップ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・を点光源と見なすのが困難になる場合がある。本発明の第４の実施の形態に係る発光体は、図１２に示すように、複数のダイオードチップ６１，６２，６３，・・・・・のそれぞれを、チップの主表面に垂直方向に積層し、それぞれの出力光の光軸を一致させている。上述したように、「主表面」とは平行平板の互いに対向する二つの平面であり、ダイオードチップ２０１，２０２，２０３，２０４，・・・・・のそれぞれのｐｎ接合面とも平行な面である。図１３は、複数のダイオードチップ６１，６２，６３，・・・・・の積層状態を詳細に説明する図である。簡単化のため３層の積層で示しているが、４層以上の多層で良いことは勿論である。図１３において、第１層のダイオードチップ（第１層ＬＥＤ）６１は、サファイア基板６１１の上に積層されたｎ型半導体層６１２、活性層６１３，ｐ型半導体層６１４から構成されている。サファイア基板６１１は、接着剤６０２により、支持台６４に固定されている。アノード電極６１５は、ｐ型半導体層６１４の上面のほぼ全面に形成することが出来る。アノード電極６１５の中央部は、活性層６１３の発光に対して透明な電極層で構成すれば良い。アノード電極６１５の額縁状の周辺部は、ボンディング用に０．５μｍ乃至２μｍ程度の比較的厚い金（Ａｕ）薄膜等で構成されている。カソード電極６１６は特に透明である必要はない。アノード電極６１５の額縁状の周辺部に銅（Ｃｕ）箔から成るＴＡＢリード（ビームリード）６１７が接続されている。カソード電極６１６も同様に、銅箔から成るＴＡＢリード（ビームリード）６１８が接続されている。第２層のダイオードチップ（第２層ＬＥＤ）６２は、サファイア基板６２１の上に積層されたｎ型半導体層６２２、活性層６２３，ｐ型半導体層６２４から構成されている。サファイア基板６２１は、透明接着剤６０５により、第１層のダイオードチップ６１の上に固定されている。アノード電極６２５は、ｐ型半導体層６２４の上面のほぼ全面に形成することが出来る。アノード電極６２５の中央部は、活性層６２３の発光に対して透明な電極層で構成すれば良い。アノード電極６２５の額縁状の周辺部は、ボンディング用に０．５μｍ乃至２μｍ程度の比較的厚い金（Ａｕ）薄膜等で構成されている。カソード電極６２６は特に透明である必要はない。アノード電極６２５の額縁状の周辺部に銅（Ｃｕ）箔から成るＴＡＢリード（ビームリード）６２７が接続されている。カソード電極６２６も同様に、銅箔から成るＴＡＢリード（ビームリード）６２８が接続されている。同様に第３層のダイオードチップ（第３層ＬＥＤ）６３は、サファイア基板６３１の上に積層されたｎ型半導体層６３２、活性層６３３，ｐ型半導体層６３４から構成されている。サファイア基板６３１は、透明接着剤６０６により、第２層の���イオードチップ６２の上に固定されている。アノード電極６３５は、ｐ型半導体層６３４の上面のほぼ全面に形成することが出来る。アノード電極６３５の中央部は、活性層６３３の発光に対して透明な電極層で構成すれば良い。アノード電極６３５の額縁状の周辺部は、ボンディング用に０．５μｍ乃至２μｍ程度の比較的厚い金（Ａｕ）薄膜等で構成されている。カソード電極６３６は特に透明である必要はない。アノード電極６３５の額縁状の周辺部に銅（Ｃｕ）箔から成るＴＡＢリード（ビームリード）６３７が接続されている。カソード電極６３６も同様に、銅箔から成るＴＡＢリード（ビームリード）６３８が接続されている。ＴＡＢリード（ビームリード）６１７，６２７，６３７，６１８，６２８，６３８とボンディングパッド６１５，６２５，６３５，６１６，６２６，６３６との接続は、熱圧着ボンディング、超音波ボンディング、金（Ａｕ）バンプ、半田等の通常ＴＡＢボンディングで用いられている手法を用いれば良い。また、ＴＡＢリード（ビームリード）６１７，６２７，６３７は、端子６０３に導電性の接着剤や半田等により接続されている。ＴＡＢリード（ビームリード）６１８，６２８，６３８は、端子６０４に導電性の接着剤や半田等により接続されている。複数のダイオードチップ６１，６２，６３は樹脂封止体６０８でモールドされている。
【００３６】
図１２に示すように、端子６０３は、第２のピン２２に、端子６０４は、第１のピン２１に接続されている。端子６０３及び端子６０４は、補強具６５を経由して、背面鏡２６に設けられた貫通穴から外部に引き出されている。収納型光学媒体１１６の凹部に充填される樹脂２４も透明材料を用いれば、複数のダイオードチップ６１，６２，６３からの発光は裏面方向（図１２において右方向）にも進む。この複数のダイオードチップ６１，６２，６３から右方向（裏方向）に出力する光は、背面鏡２６で反射され、複数のダイオードチップ６１，６２，６３の表面から左方向に出力される。結局、複数のダイオードチップ６１，６２，６３の右方向（裏方向）に出力する光も、表面方向（図１２において左方向）にも進む光と合成され、出射面により所定の発散角が与えられる。このように、本発明の第４の実施の形態においては、複数のダイオードチップ６１，６２，６３が収納型光学媒体１１６の凹部にほぼ完全に閉じこめられ、収納型光学媒体１１６の後面には、背面鏡２６が配置されている。このため、迷光成分となり得る光を含めて、すべての光が、最終的には発光面となる前面から、ほぼ同一の光軸に沿って出力可能である。従って、ダイオードチップ６１，６２，６３の各種方向に発せられたすべての発光成分が、有効にコリメートされ、照明に寄与出来るようになる。
【００３７】
複数のダイオードチップ６１，６２，６３，・・・・・は、必ずしも同一のＬＥＤチップである必要はない。即ち、複数のダイオードチップ６１，６２，６３，・・・・・として、種々の種類及び構造のものが使用出来る。例えば、複数のダイオードチップ６１，６２，６３として、それぞれ赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の３枚のＬＥＤチップを縦に積層すれば、全体として白色の出力光を出力可能である。赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の３枚のＬＥＤチップの場合は、赤（Ｒ）のＬＥＤチップとして Ａｌｘ  Ｇａ１−ｘ  Ａｓを、緑（Ｇ）のＬＥＤチップとしてＡｌｘ  Ｇａｙ  Ｉｎ１−ｘ−ｙＰやＧａＰを及び青（Ｂ）のＬＥＤチップとしてＩｎｘ  Ｇａ１−ｘＮやＺｎＳｅを用いることが可能である。この場合、Ａｌｘ  Ｇａ１−ｘ  Ａｓ、Ａｌｘ  Ｇａｙ  Ｉｎ１−ｘ−ｙＰ、ＧａＰ等はサファイア基板を用いる必要はない。
【００３８】
或いは、３元系、４元系、５元系、・・・・等の化合物半導体混晶を複数のダイオードチップ６１，６２，６３，・・・・・として選び、それぞれの組成を変えても良い。例えばＩｎｘ  Ａｌｙ  Ｇａ１−ｘ−ｙ  Ｎからなる複数のダイオードチップ６１，６２，６３，・・・・・を選び、それぞれの組成を変えて、緑（Ｇ）乃至青（Ｂ）のスペクトル帯域の光を出力してもかまわない。
【００３９】
更に、光軸が分散する欠点はあるが、図１４に示すように、垂直方向に積層した複数のダイオードチップ６１ａ，６２ａ，６３ａ、垂直方向に積層した複数のダイオードチップ６１ｂ，６２ｂ，６３ｂ、垂直方向に積層した複数のダイオードチップ６１ｃ，６２ｃ，６３ｃを弾丸型の支持台６７の上に準平面的に配列してもかまわない。この場合は３×３＝９倍の明るさを得ることが可能である。３層に積層したダイオードチップ・スタックを５個準平面的に配列すれば、３×５＝１５倍の明るさを得ることが可能である。図１４では、弾丸型に成形された透明樹脂からなる支持台６７を用いているが、第１の実施形態のようなフィルム基板でもかまわない。また、図１２のような平面からなるマウント面を有する支持台６４を用いてもかまわない。図１２のような平面からなるマウント面を有する支持台６４に複数のダイオードチップ・スタックを近接配置すれば、ほぼ点光源に近い状態で、強力な出力を得ることが可能である。
【００４０】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１乃至第４の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００４１】
例えば、第１乃至第４の実施の形態に係る発光体を複数個配列して照明器具等を構成しても良い。この場合は、２次元的に円盤状に配列した赤、緑及び黄の３色を用意し、交通信号灯に用いても良い。
【００４２】
本発明の収納型光学媒体に用いる透明樹脂やガラス材料等に蛍光物質を混ぜたり、収納型光学媒体の表面に蛍光物質の層を形成し、発光ダイオードの光でこれらの蛍光物質を励起し、所望の蛍光色を得ることも可能である。
【００４３】
なお、高い照度が必要で無ければ、ディスク型のパッケージにモールドされたＬＥＤチップを一個のみ、又はベアチップ状態のＬＥＤチップを一個のみ、本発明の収納型光学媒体の凹部に収納してもかまわない。一個のみのＬＥＤチップでも、従来技術に比すれば、十分明るい照度を得ることが可能である。
【００４４】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、複数のダイオードチップを用いることが可能で、且つその数を多数必要とすることなく、所望の照度を得ることが可能な発光体を提供することが出来る。
【００４６】
また、本発明によれば、複数のダイオードチップの潜在的な光エネルギーを効率良く引き出し、従来公知のレンズ等の光学系では達成不可能な照度を実現出来る。
【００４７】
更に本発明によれば、電力消費量が少なく、ちらつきのない発光体を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る発光体を示す模式的な鳥瞰図で、図１（ｂ）は、対応する断面図である。
【図２】図２（ａ）は、図１の複数のディスク型ＬＥＤを弾丸型に成形されたフィルム基板の上に配置する場合の詳細を説明する断面図で、図２（ｂ）は対応する平面図である。
【図３】複数のディスク型ＬＥＤを直列接続する場合の回路図である。
【図４】複数のディスク型ＬＥＤを並列接続する場合の回路図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の変形例に係る発光体を示す模式的な断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る発光体において、ベアチップの状態のＬＥＤを弾丸型に成形されたフィルム基板の上に配置する場合の具体的構造を示す模式的な断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る発光体において、ベアチップの状態のＬＥＤを弾丸型に成形されたフィルム基板の上に配置する場合の他の具体的構造を示す模式的な断面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る発光体を示す模式的な断面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る発光体を示す模式的な鳥瞰図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態の変形例（第１の変形例）に係る発光体を示す模式的な鳥瞰図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態の変形例（第２の変形例）に係る発光体を示す模式的な断面図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態に係る発光体を示す模式的な断面図である。
【図１３】図１２の複数のダイオードチップの積層状態を詳細に説明する模式的な断面図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態の変形例に係る発光体を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
１１  駆動回路
１２  電流制限回路
２１  第１のピン
２２  第２のピン
２３  フィルム基板
２４、２５  樹脂
２６  背面鏡
６１，６２，６３，６１ａ，６２ａ，６３ａ，６１ｂ，６２ｂ，６３ｂ，６１ｃ，６２ｃ，６３ｃ  ダイオードチップ
６４、６７  支持台
６５  補強具
１１６，１１７  収納型光学媒体
２０１，２０２，２０３，２０４  ディスク型ＬＥＤ
２２１，２２２，２２３，２２４，２２５  アルミニウム（Ａｌ）配線
２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａ，２１２ｂ，２１３ａ，２１３ｂ，２１４ａ，２１４ｂ  半田
３０１，３０２，３０３，３０４  ＬＥＤチップ
３１１，３１２，３１３，３１４  セラミックパッケージ
４０１，６１１，６２１，６３１  サファイア（Ａｌ２  Ｏ３  ）基板
４０２，６１２，６２２，６３２  ｎ型半導体層
４０３，６１３，６２３，６３３  活性層
４０４，６１４，６２４，６３４  ｐ型半導体層
４０５，６１５，６２５，６３５  アノード電極
４０６，６４６，６２６，６３６  カソード電極
４１１，４１２  半田ボール
５０１  接着剤層
５０２、６０２  接着剤
５１１，５１２  ビームリード
６０３，６０４  端子
６０５，６０６  透明接着剤
６０８  樹脂封止体
６１７，６２７，６３７，６１８，６２８，６３８  ＴＡＢリード
【図１】
0003585110.tif 000002
【図２】
0003585110.tif 000003
【図３】
0003585110.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003585110.tif 000006
【図６】
0003585110.tif 000007
【図７】
0003585110.tif 000008
【図８】
0003585110.tif 000009
【図９】
0003585110.tif 000010
【図１０】
0003585110.tif 000011
【図１１】
0003585110.tif 000012
【図１２】
0003585110.tif 000013
【図１３】
0003585110.tif 000014
【図１４】
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