(57)【要約】【課題】  従来の発光ダイオードにくらべて小型化が可能であり、機器に組み込む際にも組み込み位置等が制約されず、発光ダイオードの用途をより広げることができる発光ダイオードを使用した発光素子を提供する。【解決手段】  中心部に貫通孔２２を備えた、透明材からなる透光体２０と、前記貫通孔２２の内側面に搭載された発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃとを備え、前記貫通孔２２の開口側の前記透光体２０の両側面に端子５０ａ、５０ｂが形成され、前記発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃのアノード電極とカソード電極とが、前記透光体２０の両側面に形成された端子５０ａ、５０ｂに各々電気的に接続されている。【選択図】          図１
2007189156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心部に貫通孔を備えた、透明材からなる透光体と、
前記貫通孔の内側面に搭載された発光ダイオードとを備え、
前記貫通孔の開口側の前記透光体の両側面に端子が形成され、前記発光ダイオードのアノード電極とカソード電極とが、前記透光体の両側面に形成された端子に各々電気的に接続されてなることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記透光体は平面形状が円形となる円筒体に形成され、前記貫通孔は平面形状が円形に形成されていることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
前記発光ダイオードは、前記貫通孔の周方向に均等間隔で２個以上搭載されていることを特徴とする請求項１または２記載の発光素子。
【請求項４】
前記発光ダイオードは、発光面を貫通孔の対向する内側面方向に向けて搭載されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の発光素子。
【請求項５】
前記発光ダイオードに設けられたアノード電極およびカソード電極と前記端子とが、リードワイヤを介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項５記載の発光素子。
【請求項６】
前記貫通孔の内側面には、前記発光ダイオードと電気的に接続されるとともに前記端子と電気的に接続された接続電極が形成され、
前記発光ダイオードは、当該発光ダイオードが搭載されている貫通孔の内側面に発光面を向け、面接続により前記接続電極と電気的に接続して搭載されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の発光素子。
【請求項７】
前記接続電極は、透明電極として形成されていることを特徴とする請求項６記載の発光素子。
【請求項８】
前記貫通孔に透明樹脂が充填され、前記発光ダイオードが封止されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光ダイオードを用いた発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年は低電力で高輝度が得られる発光ダイオードが提供されており、簡単に使用できる発光源として、家電製品、ＯＡ機器、車載機器といったさまざまな用途に発光ダイオードが使用されている。これらの用途に使用される発光ダイオードとしては、リードが設けられた支持基体に発光ダイオードを搭載し、レンズ作用を備えた透明なキャップにより発光ダイオードを封止して形成した製品、発光ダイオードを搭載する収納凹部の内面が光反射面として形成された基台の底部に発光ダイオードを搭載し、収納凹部の開口部を透光体によって封止した製品（たとえば、特許文献１参照）が一般的に用いられている。
【特許文献１】特開２００５−１３６１３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したように、通常用いられている発光ダイオードは、発光ダイオードをパッケージに搭載して形成された製品であり、光の放射方向に合わせて発光ダイオードを機器に組み込むといった使い方がされる。このため、従来、発光ダイオードを使用する場合には、発光ダイオードを組み込む向きや、組み込む位置が制約されるという問題があり、また、発光ダイオード自体の小型化も制約されるという問題があった。
【０００４】
本発明は、従来の発光ダイオードにくらべて小型化が可能であり、機器に組み込む際にも組み込み位置等が制約されず、発光ダイオードの用途をさらに広げることができる発光ダイオードを使用した発光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記目的を達成するため次の構成を備える。
すなわち、中心部に貫通孔を備えた、透明材からなる透光体と、前記貫通孔の内側面に搭載された発光ダイオードとを備え、前記貫通孔の開口側の前記透光体の両側面に端子が形成され、前記発光ダイオードのアノード電極とカソード電極とが、前記透光体の両側面に形成された端子に各々電気的に接続されてなることを特徴とする。
【０００６】
また、前記透光体は平面形状が円形となる円筒体に形成され、前記貫通孔は平面形状が円形に形成されていることにより、透光体のレンズ作用と光を拡散する作用によって透光体から外方に光が拡散して放射され、発光素子の視認性が良好となる。また、透光体を円形に形成したことにより、発光素子を任意の向きとして機器に実装することができる。
また、前記発光ダイオードは、前記貫通孔の周方向に均等間隔で２個以上搭載されていることにより、透光体の全体から均一に光を放射することが可能になる。
【０００７】
また、前記発光ダイオードは、発光面を貫通孔の対向する内側面方向に向けて搭載されていることにより、発光ダイオードが搭載されている位置から対向する貫通孔の内側面に向けて光が放射され、透光体を透過することにより光が拡散されて放射され、発光素子の視認性が良好になる。
また、前記発光ダイオードに設けられたアノード電極およびカソード電極と前記端子とが、リードワイヤを介して電気的に接続されていることにより、発光ダイオードと端子とが電気的に接続される。
【０００８】
また、前記貫通孔の内側面には、前記発光ダイオードと電気的に接続されるとともに前記端子と電気的に接続された接続電極が形成され、前記発光ダイオードは、当該発光ダイオードが搭載されている貫通孔の内側面に発光面を向け、面接続により前記接続電極と電気的に接続して搭載されていることを特徴とする。この場合は、発光ダイオードから放射された光は透光体を透過して外方に放射される。発光ダイオードを面接続することにより、発光ダイオードの実装が容易となる。
また、前記接続電極は、透明電極として形成されていることにより発光ダイオードから放射された光の強度が接続電極によって減退したりすることなく透光体から外方に放射することができる。
また、前記貫通孔に透明樹脂が充填され、前記発光ダイオードが封止されていることにより、確実に発光ダイオードが保護でき、発光素子を取り扱いやすくなる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る発光素子によれば、透光体に形成した貫通孔内に発光ダイオードを搭載し、透光体の両側面に端子を形成する構成としたことにより、発光ダイオードから放射される光が透光体の周側面から放射される。透光体によって発光素子の寸法が規定されるから発光素子を容易に小型に形成することができ、機器等に容易に搭載して発光ダイオードを用いた光源として利用することができる。また、本発明に係る発光素子は、簡易形状の単体物として組み立てられるから、発光素子を組み合わせたさまざまな利用が可能であり、いろいろな用途に利用することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る発光素子の第１の実施の形態の構成を示す斜視図である。本実施の形態に示す発光素子１０は、両端面が平坦面となる円筒体に形成された透光体２０と、透光体２０の中心を貫通する貫通孔２２の内側面に搭載された３個の発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃと、発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃを封止するように貫通孔２２に充填された透明な封止部４０とからなる。
【００１１】
図２は、発光素子１０を端面方向から見た状態を示す。図は、ベアチップとして形成された３個の発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃが貫通孔２２の周方向に等間隔（１２０度間隔）に搭載されていることを示す。発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、光を放射する面を貫通孔２２の内方（径方向で中心に向く方向）に向けて貫通孔２２の内側面に接着剤により接合されている。
【００１２】
図３は、発光素子１０を径方向に切断した状態を示す。透光体２０の両端面には発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃと電気的に接続される端子５０ａ、５０ｂが形成されている。端子５０ａ、５０ｂは、透光体２０の端面に銅等の金属を蒸着等によって被着する方法、あるいは透光体２０の端面に導体ペーストを塗布する方法等によって形成することができる。本実施形態では、透光体２０の端面に銀ペーストを塗布して端子５０ａ、５０ｂとした。
【００１３】
各々の発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｂは、アノード電極とカソード電極を端子５０ａ、５０ｂに電気的に接続して搭載される。本実施形態では、発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃのアノード電極およびカソード電極と端子５０ａ、５０ｂとをリードワイヤ５２によって接続した。発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃと端子５０ａ、５０ｂとを電気的に接続する際には、発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃのアノード電極を、たとえば一方の端子５０ａに共通に接続し、発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃのカソード電極を他方の端子５０ｂに共通に接続するようにする。
【００１４】
図３は、透光体２０の両端面に端子５０ａ、５０ｂが形成されていること、発光素子１０の端子５０ａ、５０ｂ間に所定の電圧（たとえば、３ボルト用の発光ダイオードであれば３ボルト）を印加する状態を示す。このように、端子５０ａ、５０ｂ間に所定の電圧を印加することによって発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃが発光する。
図２は、端子５０ａ、５０ｂに所定の電圧を印加した際に、発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃから光が放射される状態を示す。発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃは発光面に略垂直に光が放射されるから、３個の発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃから放射された光は、各々の発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃに対向する貫通孔２２の内側面に向けて光が放射される。
【００１５】
発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃから放射された光は封止部４０を透過し、対向する透光体２０を透過して透光体２０の外方に放射される。
発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃから光が放射されている状態を透光体２０の外方から視認すると、透光体２０のレンズ作用、光の拡散作用によって、透光体２０の外面全体から光が拡散されて放射されるように視認される。本実施形態では、貫通孔２２の内周面に均等間隔で３個の発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃを搭載したことにより、透光体２０の全周面から外方にほぼ均等に光が放射されるようになる。
【００１６】
このように、貫通孔２２の内周側面に複数個とくに奇数個の発光ダイオードを搭載することにより、発光ダイオードから放射された光が対向側にある発光ダイオードによって遮られずに透光体２０から放射され、透光体２０の全面から光が放射されるようになる。
図４は、貫通孔２２の内周側面に５個の発光ダイオード３０を周方向に均等配置となるように搭載した例を示す。このように、より多数個の発光ダイオード３０を搭載することによって透光体２０の全周面からより均一に光が放射されるようになる。
【００１７】
本実施形態の発光素子１０では透光体２０を端面が平坦面になる円筒体に形成している。このような透光体２０は、ガラスあるいは透明プラスチック等の透明材からなるパイプを所定の厚さで輪切り状に切断することによって形成することができる。もちろん、パイプから切断して形成するのではなく、単体ごとに所定形状に成形して形成することができる。また、透光体２０は無色であってもよいし、所定の色に着色されたものであってもよい。また、透光体２０自体を無色に形成し、透光体２０の外周側面を着色するあるいは外周側面に着色フィルムを被着する方法によって発光素子１０からの放射光の色を可変にすることもできる。
【００１８】
また、本実施形態では、発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｂと端子５０ａ、５０ｂとをリードワイヤ５２によって接続している。リードワイヤ５２により発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃと端子５０ａ、５０ｂとを接続するには、たとえば、図５に示すように、基板６０に発光ダイオードのベアチップを搭載しておき、ベアチップの電極から基板６０上にリードワイヤ５２を延ばしてワイヤボンディングした後、リードワイヤ５２とともにベアチップを基板６０から剥離し、ベアチップを透光体２０の貫通孔２２の内側面に接合し、リードワイヤ５２を折曲させてリードワイヤ５２の先端を端子５０ａ、５０ｂに接続すればよい。
【００１９】
なお、ベアチップを貫通孔２２の内側面に接合した後、先端が透光体２０の端面に接触するようにリードワイヤ５２を折曲し、透光体２０の端面に導体ペーストを塗布することによって端子５０ａ、５０ｂを形成するとともに、リードワイヤ５２を介して端子５０ａ、５０ｂと発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃとを電気的に接続してもよい。
また、発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃを貫通孔２２の内側面に接合した後、ワイヤボンディング装置により、発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃの電極と端子５０ａ、５０ｂとの間をワイヤボンディングして発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃと端子５０ａ、５０ｂとを電気的に接続することも可能である。
【００２０】
発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃと端子５０ａ、５０ｂとを電気的に接続した後、貫通孔２２に透明樹脂を充填し発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃを封止部４０によって封止する。貫通孔２２に透明樹脂を充填するかわりに、発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃが搭載された位置に合わせて透明樹脂をポッティングし、個々の発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃを封止して保護pすることもできる。封止部４０も透明材料によって形成する。封止部４０を着色材料によって形成してもよい。
【００２１】
（第２の実施の形態）
図６は、本発明に係る発光素子の第２の実施の形態の構成を示す。本実施の形態の発光素子１１は、発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃを透光体２０に搭載する際に、発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃの発光面を透光体２０の貫通孔２２に対向させ、発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃを面接続によって貫通孔２２の内側面に搭載する。
なお、透光体２０の全体構成、および透光体２０の両端面の全面に導体層を設けて端子５０ａ、５０ｂとする構成は第１の実施の形態と同様である。
【００２２】
図７は、図６におけるＡ−Ａ線断面図を示す。本実施形態においては発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃと端子５０ａ、５０ｂとを電気的に接続する接続電極として、貫通孔２２の開口側の内周縁に沿って、貫通孔２２を一周するように透明電極５４ａ、５４ｂを設け、透明電極５４ａ、５４ｂに発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃのアノード電極とカソード電極を接続する。
透明電極５４ａ、５４ｂを貫通孔２２の内周縁に沿って一周するように設けることにより、透明電極５４ａ、５４ｂの縁部で端子５０ａ、５０ｂと透明電極５４ａ、５４ｂとが電気的に接続する。
【００２３】
本実施形態の発光素子１１では、端子５０ａ、５０ｂ間に所定の電圧を印加して発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃから発光させると、図６に示すように、各々の発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃからは、それぞれ搭載されている貫通孔２２の内側面に向けて光が放射され、透光体２０を透過して透光体２０の外周面から光が外方に放射される。本実施形態の場合も透光体２０のレンズ作用および光の拡散作用により、透光体２０を透過した光は透光体２０の外周面から外方に拡散するようにして放射され、透光体２０の外面全体が輝くように視認される。発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、発光面に平行な方向にも一部の光が放射されるから、この光の作用によっても透光体２０の全体が光るようになる。
【００２４】
本実施形態では貫通孔２２の内周面に透明電極５４ａ、５４ｂを設け、発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃから放射される光が接続電極によって遮蔽されないようにしている。透明電極５４ａ、５４ｂは、導電性を備えるとともに光を透過する透明材によって形成されたものである。発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃと端子５０ａ、５０ｂとを接続する接続電極が貫通孔２２の内周縁に沿って細幅に形成され、発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃから放射される光が接続電極によって遮蔽される作用が十分に小さい場合には、接続電極を透明電極によって形成せず、銅等により導体パターンを形成する方法、あるいは導体ペーストを塗布するといった方法によって形成してもよい。
【００２５】
また、本実施形態においては、透光体２０に発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃを搭載した後、貫通孔２２に透明あるいは不透明樹脂を充填して発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃを封止するようにしてもよいし、発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃを面接続した後、発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃと貫通孔２２の内側面との間に透明樹脂を充填する（アンダーフィル）して発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃと透明電極５４ａ、５４ｂとの接合部を保護するようにしてもよい。また、発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃを貫通孔２２の内側面に面接続した状態で透明樹脂等によって封止せずに製品として提供することもできる。
【００２６】
（発光素子の使用例）
上記実施形態の発光素子１０、１１は、端子５０ａ、５０ｂ間に所定の電圧を印加することにより発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃが発光し、透光体２０の外周面から光が放射される作用を利用することによって、各種の光源として使用することができる。電子機器等に組み込む際は、発光素子１０、１１を基板等に実装することにより、端子５０ａ、５０ｂが所定電圧を印加する電圧供給回路に接続されるようにすればよい。
発光素子１０、１１は、透光体２０の外周面の全方位から光が放射されるから、基板等に実装する際に発光素子１０、１１の搭載向きを調節するといった必要がない。また、発光素子１０、１１は、外形５〜１０ｍｍ、厚さ２〜５ｍｍ程度の小型部品として形成されるから電子機器等に搭載する場合の搭載領域の省スペース化を図ることができる。
【００２７】
また、上記実施形態の発光素子１０、１１は図８に示すように、透光体２０の端面を互いに当接して相互に電気的に接続する配置とし、両端部の発光素子間に所定の電圧を印加することによって、発光素子１０、１１を直列に連接させた状態で、発光素子１０、１１の全体を発光させるようにすることもできる。この場合、たとえば一つ一つの発光素子１０、１１に対する印加電圧が３ボルトとすると、両端の発光素子間には３０ボルトの印加電圧を加えるようにすればよい。
また、連接した発光素子のうち、所定位置の発光素子については発光ダイオードを発光させないようにするには、当該発光素子にバイパス用の抵抗２５を取り付ける（３ボルトの電圧降下とする）ようにすればよい。
【００２８】
このように複数個の発光素子１０、１１を連接させ、複合させて利用し、適宜位置の発光素子１０、１１を発光させないようにすることによって、本願の発光素子を用いてさまざまな表示、表現を行うことが可能になる。
また、発光ダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃも緑、赤、青等の任意の色の発光ダイオードを使用することができるから、これらの色の選択と合わせることにより、文字や図形の表示といったディスプレイ等のいろいろな用途に利用することが可能となる。
【００２９】
なお、上記実施形態では発光素子１０、１１の透光体２０として円筒体に形成したものを使用しているが、透光体２０の外形形状が円筒状のものに限定されるものではない。たとえば、透光体２０の平面形状を矩形状、三角形状、星形に形成するといったことが可能である。また、貫通孔２２は通常、円形に開口させればよいが、透光体２０の外形形状に合わせて矩形状に開口させるといったこともできる。
また、上記実施形態では透光体２０の両端面の全面に導体層を形成して端子５０ａ、５０ｂとしたが、端子５０ａ、５０ｂは透光体２０の端面の全面に形成せず端面にリング状に形成することも可能であり、端面の一部に端子を形成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る発光素子の第１の実施の形態の構成を示す斜視図である。
【図２】第１の実施の形態の発光素子の側面図である。
【図３】第１の実施の形態の発光素子の径方向での断面図である。
【図４】第１の実施の形態の発光素子の他の例を示す側面図である。
【図５】第１の実施の形態の発光素子を製造する方法を示す説明図である。
【図６】本発明に係る発光素子の第２の実施の形態の構成を示す側面図である。
【図７】第２の実施の形態の発光素子の径方向での断面図である。
【図８】発光素子の使用方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０、１１  発光素子
２０  透光体
２２  貫通孔
２５  抵抗
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｂ  発光ダイオード
４０  封止部
５０ａ、５０ｂ  端子
５２  リードワイヤ
５４ａ、５４ｂ  透明電極
【図１】
2007189156.tif 000003
【図２】
2007189156.tif 000004
【図３】
2007189156.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007189156.tif 000007
【図６】
2007189156.tif 000008
【図７】
2007189156.tif 000009
【図８】
2007189156.tif 000010