(57)【要約】【課題】発光ダイオードの厚みを増加させることなく配光角を調整できる発光ダイオードを提供することである。【解決手段】発光素子１４の上部を第１透明部材１８で被覆し、第１透明部材１８とベース基板１１との間に第１空気層１９を形成し、この第１透明部材１８の上部を第２透明部材で被覆し、第１透明部材１８の凸部２０を第２透明部材２１の凹部２２に嵌合すると共に、第２透明部材２１の凹部２４により第１透明部材１８と第２透明部材２１との間に第２空気層２３を形成する。また、第２透明部材２１の第１透明部材１８に対面する反対側には配光角を調整するための円環状凸レンズ２５が形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極部が形成されたベース基板上に設置された発光素子と；
前記発光素子の上部を被覆し前記ベース基板との間に第１空気層を形成し前記発光素子に対面する反対側に凸部を有した第１透明部材と；
前記第１透明部材に対面する側に前記第１透明部材の凸部に嵌合する凹部と前記第１透明部材との間に第２空気層を形成する凹部とが複合された面を有した第２透明部材と；
前記第２透明部材の前記第１透明部材に対面する反対側に形成された円環状の凸レンズと；
を備えたことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
前記第１空気層および前記第２空気層に代えて屈折率１以上１．４５未満の低屈折率材料層を配設し、前記第１透明部材および前記第２透明部材を屈折率１．４５以上２未満の高屈折率材料層で一体的に形成したことを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置などに用いる発光ダイオードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、チップ型の発光ダイオードは、携帯電話や小型電子機器の液晶表示部のバックライト光源や各種の照明装置の光源として広く利用されている。図５は従来の発光ダイオードの側面図である。ベース基板１１と反射部材２８とは白色の樹脂で一体的に形成され、ベース基板１１の左右両側に金属製リードフレーム１２ａ、１２ｂを設け、一方のリードフレーム１２ａに形成される第１電極部１３ａに発光素子１４を搭載し、他方のリードフレーム１２ｂに形成される第２電極部１３ｂに金属製ワイヤ１５で接続する。そして、この金属製ワイヤおよび発光素子１４の上部を透明の樹脂製パッケージで被覆する。
【０００３】
このように、ベース基板１１上に配置された金属製リードフレーム１２ａの第１電極部１３ａに半導体チップである発光素子１４を配設し、この発光素子１４を透明な樹脂１６で充填して樹脂製パッケージ内に発光素子１４を封止して発光ダイオードを形成していた。また、配光角を小さくする場合には、図６に示すように透明樹脂１５の前面に凸レンズ１７を配設し、発光素子１４からの光線を前面の凸レンズ１７で屈折させて配光角の調整を行っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、凸レンズ１７で集光させる場合などでは、発光素子１４と凸レンズ１７との間の距離が凸レンズ１７のＲ面の半径以上必要となることから、厚みが増すと言った問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、発光ダイオードの厚みを増加させることなく配光角を調整できる発光ダイオードを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係わる発光ダイオードは、電極部が形成されたベース基板上に設置された発光素子と；前記発光素子の上部を被覆し前記ベース基板との間に第１空気層を形成し前記発光素子に対面する反対側に凸部を有した第１透明部材と；前記第１透明部材に対面する側に前記第１透明部材の凸部に嵌合する凹部と前記第１透明部材との間に第２空気層を形成する凹部とが複合された面を有した第２透明部材と；前記第２透明部材の前記第１透明部材に対面する反対側に形成された円環状の凸レンズと；を備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明及び以下の発明において、特に指定しない限り用語の定義及び技術的意味は以下による。
【０００８】
ベース基板は白色の樹脂で反射部材と一体的に形成され、電極部はリードフレームと一体的に形成される。そして、白色樹脂とリードフレームとは一体モールド化される。発光素子は半導体チップであり、電極部から電源が供給されたときに発光する素子である。
【０００９】
第１透明部材は、透明樹脂で形成され発光素子の上部を被覆し、ベース基板との間に第１空気層を形成する。また、発光素子に対面する反対側には凸部を有している。第２透明部材は、透明樹脂で形成され第１透明部材に対面する側に第１透明部材の凸部に嵌合する凹部を有すると共に、第１透明部材との間に第２空気層を形成する凹部とを有する。また、第２透明部材の第１透明部材に対面する反対側には円環状の凸レンズが形成され、この円環状凸レンズで光線を集光し外部に外部に光線を出射する。
【００１０】
従って、第１透明部材と第２透明部材とが接触する境界面は、第１透明部材の凸部と第２透明部材の凹部との嵌合部分と、第２空気槽が形成された部分とを有した複合面となる。発光素子からの光線は第１透明部材と第２透明部材とが接触する境界面に入射され、その境界面の第２空気層の底部に当たった光線は全反射して第１空気層に入射され、第１空気層でさらに全反射して第１透明部材と第２透明部材とが接触する境界面に入射される。一方、第１透明部材と第２透明部材とが接触する境界面の第１透明部材の凸部と第２透明部材の凹部との嵌合部分に当たった光線は、その嵌合部を通過して第２透明部材に入り、第２空気層の傾斜面で全反射し円環状凸レンズで集光されて外部に出射される。
【００１１】
本発明によれば、全反射を利用していることから反射のロスは小さく、また配光角を調整するには、前面の円環状凸レンズの曲率半径を変化させるか第２空気層を作る凹部の傾斜角を変化させることで可能であるので、発光素子からの光線を減衰させることなく、また、発光ダイオードの厚みを増加させることなく配光角を容易に調整できる発光ダイオードを提供できる。
【００１２】
請求項２の発明に係わる発光ダイオードは、請求項１の発明において、前記第１空気層および前記第２空気層に代えて屈折率１以上１．４５未満の低屈折率材料層を配設し、前記第１透明部材および前記第２透明部材を屈折率１．４５以上２未満の高屈折率材料層で一体的に形成したことを特徴とする。
【００１３】
本発明は、第１空気層および第２空気層に代えて屈折率１以上１．４５未満の低屈折率材料層を配設し、第１透明部材および第２透明部材を屈折率１．４５以上２未満の高屈折率材料層で一体的に形成したものである。
【００１４】
本発明によれば、高屈折率材料層の内部に屈折率１以上１．４５未満の傾斜を持った低屈折率材料層を含ませるので、高屈折率材料層２７は一体的に形成され重なる部分がないので、請求項１の発明の効果に加え、さらに光線の出射効率が向上する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係わる発光ダイオードの説明図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は側面図である。ベース基板１１と反射部材２８とは白色の樹脂で一体的に形成され、ベース基板１１の左右両側に金属製リードフレーム１２ａ、１２ｂが取り付けられる。そして、一方のリードフレーム１２ａに形成される第１電極部１３ａに発光素子１４が搭載して接続され、他方のリードフレーム１２ｂに形成される第２電極部１３ｂと金属製ワイヤ１５で接続される。これにより、発光素子１４に電源が供給されるようにしている。
【００１６】
発光素子１４の上部は第１透明部材１８で被覆される。その際に、第１透明部材１８とベース基板１１（リードフレーム１２）との間に第１空気層１９を形成する。また、第１透明部材１８の発光素子１４に対面する反対側には凸部２０が形成されている。さらに、この第１透明部材１８の上部は第２透明部材２１が被覆される。第２透明部材２１の第１透明部材１８に対面する側には、第１透明部材１８の凸部２０に嵌合する凹部２２が設けられ、また、第２透明部材２１と第１透明部材１８との間に第２空気層２３を形成するための凹部２４が設けられている。一方、第２透明部材２１の第１透明部材１８に対面する反対側には円環状凸レンズ２５が設けられている。この円環状凸レンズ２５は集光性を増すために設けられている。
【００１７】
このように、点光源である発光素子１４の周囲に第１空気層１９を設け、また、第１空気層１９の反対側に円環状の突起（凸部２０）をある間隔で配置した第１透明部材１８を配設し、その第１透明部材１８の突起（凸部２０）と同じ形状の凹部２２および第２空気層２３を形成する凹部２４とを有した第２透明部材２１を重ねていき、第１透明部材１８の凸部２０と第２透明部材２１の凹部２２とを嵌合させると共に、第２空気層２３を形成する。
【００１８】
従って、第１透明部材１８と第２透明部材２１とが接触する境界面は、第１透明部材１８の凸部２０と第２透明部材２１の凹部２２との嵌合部分と、第２空気層２３が形成された部分との複合面となる。また、第２透明部材２１の出光側には配光角を調整するための円環状凸レンズ２５が設けられている。
【００１９】
図２は、第１の実施の形態における発光素子１４からの光線が円環状凸レンズ２５からどのように出射されるかを示した光線追跡図である。光線は大きく分けて２つの動きをする。まず、一つ目は、発光素子１４からの光線が第２空気層２３の底部に当たった場合であり、この場合には光線は第２空気層２３で全反射することになり、発光素子１４側の面に向く光線となる。そして、発光素子１４側の第１空気層１９でも全反射することになり、この反射光が再度第２空気層２３に当たれば同じことを繰り返す。
【００２０】
次に、２つ目は凸部２０と凹部２２とが重なり合った部分に光線があたる場合であり、この場合には、その部分からの光線が前面の第２透明部材２１に入り込み、第２空気層２３を作る傾斜の部分に当たって全反射することになり、全反射した光は円環状凸レンズ２５を通って外部に出射する。なお、円環状凸レンズ２５は集光性を増すために利用している。
【００２１】
第１の実施の形態によれば、発光素子１４からの光線は第１の空気層１９および第２の空気層２３での全反射を利用し、最終的に円環状凸レンズ２５で集光して外部に光線を出射するようにしているので、全体として反射のロスが小さい。また、配光角を調整するには、前面の円環状凸レンズ２５の曲率半径を変化させるか第２空気層２３を形成する凹部２４の傾斜角を変化させることで可能になるので容易に配光角を調整できる。
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図３は本発明の第２の実施の形態に係わる発光ダイオードの説明図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は側面図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、第１空気層１９および第２空気層２３に代えて屈折率１以上１．４５未満の低屈折率材料層２６ａ、２６ｂを配設し、第１透明部材１８および第２透明部材２１を屈折率１．４５以上２未満の高屈折率材料層２７で一体的に形成したものである。図１に示し第１の実施の形態と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００２２】
図３において、ベース基材１１のリードフレーム１２ａの第１電極部１３ａに配置された発光素子１４の周囲に、第１空気層１９に代えて低屈折率材料層２６ａを形成し、その上部に高屈折率材料層２７を形成する。高屈折材料層２７は、高屈折率材料の中に低屈折率材料を埋め込んで、高屈折率材料層２７の内部に低屈折率材料層２６ｂを形成し、第１透明部材１８および第２透明部材２１を一体的に形成している。低屈折率材料層２６ａ、２６ｂは、屈折率が１以上で１．４５未満の低屈折率材料を使用し、高屈折率材料層２７としては屈折率１．４５以上２未満の高屈折率材料を使用する。
【００２３】
図４は、第２の実施の形態における発光素子１４からの光線が円環状凸レンズ２５からどのように出射されるかを示した光線追跡図である。第１の実施の形態の場合と同様に、光線は大きく分けて２つの動きをする。まず、一つ目は、発光素子１４からの光線が低屈折率材料層２６ｂの底部に当たった場合であり、この場合には光線は低屈折率材料層２６ｂで全反射することになり、発光素子１４側の面に向く光線となる。そして、発光素子１４側の低屈折率材料層２６ａでも全反射することになり、この反射光が、再度低屈折率材料層２６ｂに当たれば同じことを繰り返す。次に、２つ目は、低屈折率材料層２６ｂの傾斜面部に光線があたる場合で、この場合には、低屈折率材料層２６ｂを作る傾斜面部に当たって全反射することになり、全反射した光は円環状凸レンズ２５を通って外部に出射する。
【００２４】
図４では、高屈折率材料層２７は一体的に形成されており重なる部分がないことから、この重なり部分のロスがなくなり効率はさらに向上する。この場合にも配光角を調整するには、前面の円環状凸レンズ２５の曲率半径を変化させるか埋め込んだ低屈折率材料層２６ｂの傾斜角を変化させることで可能になる。
【００２５】
第２の実施の形態によれば、発光素子１４からの光線は低屈折率材料層２６ａ、２６ｂでの全反射を利用し、最終的に円環状凸レンズ２５で集光して外部に光線を出射するようにしているので全体として反射のロスが小さい。また、高屈折率材料層２７は一体的に形成されており重なる部分がないことから、効率はさらに良くなる。また、配光角を調整するには、前面の円環状凸レンズ２５の曲率半径を変化させるか低屈折率材料層２６ｂを形成する凹部２４の傾斜角を変化させることで可能になるので容易に配光角を調整できる。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１の発明によれば、全反射を利用していることから反射のロスは小さく、また配光角を調整するには、前面の円環状凸レンズの曲率半径を変化させるか第２空気層を作る凹部の傾斜角を変化させることで可能であるので、発光素子からの光線を減衰させることなく、また、発光ダイオードの厚みを増加させることなく配光角を容易に調整できる発光ダイオードを提供できる。
【００２７】
また、請求項２の発明によれば、高屈折率材料層の内部に屈折率１以上１．４５未満の傾斜を持った低屈折率材料層を含ませるので、高屈折率材料層２７は一体的に形成され重なる部分がないので、請求項１の発明の効果に加え、さらに光線の出射効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる発光ダイオードの説明図。
【図２】本発明の第１の実施の形態における発光素子からの光線が円環状凸レンズからどのように出射されるかを示した光線追跡図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係わる発光ダイオードの説明図。
【図４】本発明の第２の実施の形態における発光素子からの光線が円環状凸レンズからどのように出射されるかを示した光線追跡図。
【図５】従来の発光ダイオードの側面図。
【図６】従来の凸レンズを有した発光ダイオードの側面図。
【符号の説明】
１１…ベース基板、１２ａ…金属製リードフレーム、１３ａ…第１電極部、１３ｂ…第２電極部、１４…発光素子、１５…金属製ワイヤ、１６…透明樹脂、１７…凸レンズ、１８…第１透明部材、１９…第１空気層、２０…凸部、２１…第２透明部材、２２…凹部、２３…第２空気層、２４…凹部、２５…円環状凸レンズ、２６…低屈折率材料層、２７…高屈折率材料層、２８…反射部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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