(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源供給手段に実装された発光素子（１，３６，６４，８４，９８，１１５）と、
前記発光素子を封止する透光性材料（４）による封止手段と、
前記発光素子の発光面側に対向し前記発光素子が発する光を前記発光素子の中心軸と略直交する方向へ反射する上面反射面（４ｂ）と、
前記上面反射面によって反射された光を前記発光素子の中心軸と略直交する方向へ放射する側面放射面（４ｃ）と、
前記上面反射面の中央部に形成され、前記発光素子が発した光を前記発光素子の中心軸と略平行な方向へ放射する中央放射面（４ａ）と、を有し、
前記中央放射面は、前記発光素子の発光面の面積より小さく、
前記発光素子の前記発光面の中央点に対する前記上面反射面の端縁によって形成される立体角が、前記発光素子の前記発光面と前記中央放射面との距離が所定の一定値の下で、前記中央放射面の存在によって前記中央放射面が存在しないときの立体角より大きいことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
前記中央放射面は、前記発光素子の発光面から前記発光素子の中心軸方向に０．３ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲で形成されていることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項３】
前記側面放射面は、前記上面反射面によって反射された光に加えて発光素子から直接到達する光を前記中心軸と略直交する方向へ放射することを特徴とする請求項１または２に記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記上面反射面は、前記中心軸に対して６０度以上の範囲の光を反射することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の発光ダイオード。
【請求項５】
前記電源供給手段は、前記発光素子を実装するリードフレームであり、
前記リードフレームは、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する請求項１から４のいずれか１つに記載の発光ダイオード。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか１項に記載の発光ダイオードと、
前記発光ダイオードの周囲に設けられる反射鏡と、を備えたことを特徴とするＬＥＤライト。
【請求項７】
前記反射鏡は、複数の略平面ミラーであることを特徴とする請求項６記載のＬＥＤライト。
【請求項８】
前記側面放射面は、前記発光素子から出た光を直進方向に対してやや下方へ屈折することを特徴とする請求項６または７記載のＬＥＤライト。
【請求項９】
前記発光素子を金属板の上の回路基板上にマウントしたことを特徴とする請求項６から８のいずれか１つに記載のＬＥＤライト。
【請求項１０】
前記反射鏡が全反射により反射するものであって、
前記反射鏡と空気層を介して配置され、前記反射鏡にて反射されず透過した光を上方へ反射するための補助反射鏡を備えたことを特徴とする請求項６から９のいずれか１つに記載のＬＥＤライト。
【請求項１１】
前記反射鏡が上方から見たとき略多角形であることを特徴とする請求項６から１０のいずれか１つに記載のＬＥＤライト。
【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（以下、「ＬＥＤチップ」とも呼ぶ）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（以下、「発光ダイオード」または「ＬＥＤ」とも呼ぶ）、及び発光ダイオードを光源として用いて車載用ライト等の照明装置、表示装置等に応用するＬＥＤライトに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
発光素子の高輝度化に伴って、自動車のバックライト等にＬＥＤを光源としたＬＥＤライトが用いられることが多くなってきた。ＬＥＤは、スペクトルがシャープで視認性が良い。また、応答速度が速いため、後続車への信号伝達速度が速く、高速走行中、静止距離の短縮に顕著な効果が認められている。さらに、ＬＥＤはそれ自体単色光源であるので、白熱電球のように必要色以外の光をフィルターカットする必要もなく、単色光源として高効率であり、省エネルギー化にもつながる。
【０００３】
かかるＬＥＤライトの一例を図２５に示す。図２５は、従来のＬＥＤライトの一例の全体構成を示す断面図である。図２５に示されるように、このＬＥＤライト１３０は、発光素子１３２を透明エポキシ樹脂１３５で凸レンズ形に封止したレンズ型ＬＥＤ１３１を光源として用いている。レンズ型ＬＥＤ１３１は、１対のリード１３３ａ，１３３ｂのうちリード１３３ａに発光素子１３２をマウントして、発光素子１３２とリード１３３ｂとをワイヤ１３４でボンディングして、全体を透明エポキシ樹脂１３５で凸レンズ形に封止したものである。そして、レンズ型ＬＥＤ１３１の周囲を回転放物面形の反射鏡１３６で覆い、上方中央部にはフレネルレンズ１３７が形成されている。以上の構成において、レンズ型ＬＥＤ１３１から放射された光は反射鏡１３６で反射され、またはフレネルレンズ１３７で集光されて、すべて上方へ略平行に出射される。そして、樹脂レンズ１３９の下面に設けられた凹凸の界面によって拡げられて樹脂レンズ１３９を透過した光は、車載用バックライトの規格である略２０度の拡がりをもった放射光として外部放射される。
【０００４】
一方、発光素子の出力がさらに向上してきた今日、少ない発光素子で所定面積の発光エリアをカバーする必要が生じてきている。これは、部品数を減らし、部品実装の手間を削減するためである。
しかし、上述したＬＥＤライト１３０において、１個の発光素子でより大面積をカバーしようとすると、形状が相似形で大きくなり、面積方向に大型になるとともに厚さ方向にも厚くなる。また、無理に薄くしようとすると見栄えが低下する。このため、ＬＥＤの特長である薄型の光源とすることができないという問題点があった。さらに、発光素子１３２から反射鏡１３６にもフレネルレンズ１３７にも至らない光は光学制御されず外部放射できないので、外部放射効率の点からもまだ課題のあるものであった。
【０００５】
このような課題を解決するものとして、例えば、特許文献１に示すＬＥＤライトがある。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−９３３１２号（図２）
【０００７】
図２６は、同公報に開示されるＬＥＤライトを表し、（ａ）は光源を中心とする縦断面図、（ｂ）はＬＥＤライトの構成を示す部分斜視図である。このＬＥＤライトでは、光源１５０と、光源１５０と対向する中心軸上の位置に配置されて光源１５０から放射された光を、光源１５０の中心軸Ｘと略直交するＹ方向の光として反射する放物反射面１５１ａを有する第１の反射面１５１と、第１の反射面１５１を中心にしてその周囲に配置され、第１の反射面１５１で反射された光を、中心軸Ｘ方向の光にして反射する複数の小反射面１５２ａを備えた第２の反射面１５２とを備えている。このような構成において、光源１５０から放射された光は第１の反射面１５１の放物反射面１５１ａによってＹ方向へ反射され、この反射光が第２の反射面１５２の小反射面１５２ａによって中心軸Ｘ方向に反射されることにより、所定の放射角度を有した車両用信号光を所定の面積にわたって放射することができる。
【０００８】
しかしながら、このＬＥＤライトでは、光源１５０の真上に第１の反射面１５１が配置されているので、光源１５０から直接出射される光は、第１の反射面１５１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、ライトとしての見栄えが悪くなるという問題があった。
【０００９】
一方、このような問題を解決するものとして、例えば、特許文献２に示すＬＥＤライトがある。
【００１０】
【特許文献２】
国際公開第９９／０９３４９号（図２および図４）
【００１１】
図２７は、同公報に記載されたＬＥＤライトを示し、（ａ）は光源を中心とする縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＫ−Ｋ部における断面図を示す。このＬＥＤライトでは、発光素子１６０を発光源としてドーム部１６１およびベース部１６１Ａを有する光源１６２と、入射面１６３、第１の反射領域１６４、第１の反射面１６４Ａ、直接伝導領域１６５、第２の反射領域１６６、照射面１６７、縁１６８および１６９、ポスト１７２および１７３とからなるレンズ要素１７４と、ピローレンズ１７５Ａをアレイ状に形成した光学要素１７５とを有し、レンズ要素１７４の第２の反射領域１６６には抽出面１６６Ａとステップダウン部（step downs）１６６Ｂとの組が第１の反射領域１６４の周囲３６０度に形成されている。また、（ｂ）に示すように、光源１６２は、ベース部１６１Ａの窪み１６２Ａおよび１６２Ｂとレンズ要素１７４のポスト１７２および１７３とを結合させることによってドーム部１６１が第１の反射領域１６４の中心に位置決めされる。
【００１２】
このような構成において、光源１６２から光を放射すると、第１の反射面１６４Ａで光源１６２の中心軸方向と直交する方向に反射され、更に抽出面１６６Ａで中心軸方向に反射されて照射面１６７から放射される光Ａと、光源１６２から直接伝導領域１６５を透過して中心軸方向に放射される光Ｂが得られることにより、光学要素１７５に照射範囲の拡大された光を入射している。
【００１３】
しかしながら、上記公報記載のＬＥＤライトによると、光源１６２からの放射光を中心軸上に集光させるドーム部１６１を有するため厚みが大きくなってしまうという問題がある。
【００１４】
また、レンズ要素１７４の中心軸と光源１６２の中心軸を完全に一致させて組み立てることが困難なため、位置ずれを起こし易く全方向の明るさが不均一となり易い。即ち、光源１６２とレンズ要素１７４とを別体で形成し、これらを位置決めしているため、レンズ要素１７４の第１の反射領域１６４に対する光源１６２の中心軸の位置精度が低下すると、第１の反射領域１６４によって全反射方向に反射される反射光の光量が不均一となってＬＥＤライトの表面に明暗（明るさの差）が生じるという問題がある。特に、光源１６２の出射光の殆どが上方に放射される集光度の高い光学系である場合には、光源１６２自体の配光ばらつきや、上述のレンズ要素１７４と光源１６２との中心軸に対し垂直な方向への位置ずれによる光学特性のばらつきによる明るさの差が顕著になる。即ち、上記ＬＥＤライトにおいては、発光素子１６０からの発光がドーム部１６１により集光されて放射されるため、発光素子１６０の中心軸とドーム部１６１の中心軸とがわずかな位置ずれを起こしただけでもドーム部１６１から集光放射される光の配光に大きなばらつきを生じるものとなる。このように、光源１６２の構造自体に配光特性のばらつきが生じやすいという課題を内在している上、さらに、上記のように、別体であるレンズ要素１７４の取り付け時の位置ずれにより、第１の反射領域１６４によって全反射方向に反射される反射光の光量が不均一になるという課題が加重されてしまうという不都合があった。
【００１５】
更に、ドーム部１６１によって中心軸上に集光できない側方光は、光の利用効率が低下し、照射面積の増大ができないという問題もある。即ち、光源１６２から水平面方向（Ｘ方向）に放出された光は第２の反射領域１６６によって反射されず、また第１の反射領域１６４及び第２の反射領域１６６のどちらにも反射されない光はＺ方向に放射されないため、光効率が劣るという課題があった。
【００１６】
しかも、上記ＬＥＤライトでは、上述したように光源１６２とレンズ要素１７４とが別体であるため、光源１６２から放射された光が一旦空気層を通過した後レンズ要素１７４の入射面１６３に入射するため、途中の空気層や界面で光のロスを生じたり、光源１６２とレンズ要素１７４との界面によごれがたまったりして更に光のロスにつながることがあった。更に、別体であるため、物理的衝撃が生じた場合に位置ズレを起こし易く、発光素子と反射鏡とを近接させた光学系を成立できなかった。また、部品点数や組み立て工程数が増加したり、組み立て精度のばらつきが大きくなるという問題点もあった。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、上記課題を解決して、ＬＥＤの特長である薄型という点を生かしつつ見栄え良く１個の発光素子で大面積の放射面積とすることができ、全方向の明るさが均一で、高い外部放射効率が得られる発光ダイオード及びＬＥＤライトを提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の発光ダイオードは、電源供給手段に実装された発光素子と、前記発光素子を封止する透光性材料による封止手段と、前記発光素子の発光面側に対向し前記発光素子が発する光を前記発光素子の中心軸と略直交する方向へ反射する上面反射面と、前記上面反射面によって反射された光を前記発光素子の中心軸と略直交する方向へ放射する側面放射面と、前記上面反射面の中央部に形成され、前記発光素子が発した光を前記発光素子の中心軸と略平行な方向へ放射する中央放射面と、を有し、前記中央放射面は、前記発光素子の発光面の面積より小さく、前記発光素子の前記発光面の中央点に対する前記上面反射面の端縁によって形成される立体角が、前記発光素子の前記発光面と前記中央放射面との距離が所定の一定値の下で、前記中央放射面の存在によって前記中央放射面が存在しないときの立体角より大きいことを特徴とする。
【００１９】
前記上面反射面は、前記中心軸に対して６０度以上の範囲の光を反射するものとすることができる。また、前記電源供給手段は、前記発光素子を実装するリードフレームであり、前記リードフレームは、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ものとすることができる。
【００２０】
例えば中央放射面を円形にした場合には０．１ｍｍ以上で発光素子の発光面の対角長さ以下とすることがより望ましい。上記範囲が望ましいとしたのは、０．１ｍｍ未満では中央放射部からの放射効果があまり期待できないためであり、一方発光面の対角長さを超えると、水平方向に効率よく放射することができなくなると共に、発光ダイオードの周囲に反射鏡を設けた場合に反射鏡による反射強度と中央放射面からの放射強度とのバランスがとれなくなるためである。また、前記中央放射面は平面、Ｒ面、凹面、凸面のいずれか、またはそれらの組み合わせとすることができる。
【００２１】
また、前記側面放射面は、前記反射面によって反射された光に加えて発光素子から直接到達する光を前記中心軸と直交ないしは中心軸と大きな角度をなす方向へ放射させても良い。
【００２２】
また、前記中央放射面及び前記反射面を前記発光素子に対して近接させることができる。中央放射面と発光素子間の距離としては、例えば、素子発光面から０．１ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲にあることが好ましく、発光素子としてワイヤボンディング型のものを用いる場合には、前記中央放射面は、前記発光素子の発光面から前記発光素子の中心軸方向に０．３ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲で形成されていることがより好ましい。上記範囲がより好ましいとしたのは、ワイヤボンディング型の発光素子を用いる場合には、ワイヤは上方に引き出され曲げられるが、極度な曲げを行うと断線が生じ易くなること、およびこのワイヤも透光性樹脂で封止される必要があることとで、少なくとも０．３ｍｍのスペースが必要となるためであり、一方１．０ｍｍより大きくなると図３の説明の箇所で後述するようにワイヤボンディング型発光素子において反射面の立体角増分は減少して中央放射部を形成しない場合との差が小さくなってしまうからである。
【００２３】
なお、前記透光性材料による封止手段の外径は５〜１５ｍｍであることが好ましい。上記範囲としたのは、５ｍｍ未満では反射面での十分な反射効率が期待できなくなるためであり、１５ｍｍを超えると樹脂応力による発光素子へのダメージが大きくなり好ましくないためである。
【００２４】
更に、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の周囲に設けられる反射鏡と、を備えたことを特徴とする。
【００２５】
前記ＬＥＤライトにおいて、前記反射鏡を、複数の略平面ミラーとすることができる。
【００２６】
また、本発明にかかるＬＥＤライトは、発光素子と、該発光素子の上方に設けられた前記発光素子からの光を側面方向へ反射する第１の反射鏡と、該第１の反射鏡による反射光を上方へ放射する第２の反射鏡とを具備するものである。
【００２７】
また、上記構成において、前記反射鏡は反射面が複数に分割することができる。
【００２８】
分割された反射面の例としては、円形の反射鏡が中心から階段状に高くなっていき、それぞれの段の部分が約４５度に傾いたリング状の反射面となっているものなどが挙げられる。
【００２９】
さらに前記反射鏡による反射光を略平行光とすることができる。
【００３０】
また、本発明にかかるＬＥＤライトは、発光素子と、該発光素子に電力を供給する電気系と、前記発光素子及び前記電気系を封止し、封止面の上面で前記発光素子から発せられた光を側面方向に全反射する第１の反射鏡を構成する光透過性材料と、前記側面方向に全反射された光を上方へ反射する周辺反射鏡（第２の反射鏡）とを具備するものである。
【００３１】
ここで、封止面の上面とは発光素子の発光面と対向する光透過性材料の面をいう。
【００３２】
即ち、発光素子から発せられた光が発光素子を封止している光透過性材料の上面において、臨界角よりも大きな角度で入射するように作製されている。
【００３３】
また、上記構成において、前記側面放射面は、前記発光素子から出た光を直進方向に対してやや下方へ屈折するものとすることができる。
【００３４】
このような側面の形状の例としては、発光素子を一方の焦点とする楕円体の表面の一部等がある。
【００３５】
更に前記発光素子の周囲の前記第２の反射鏡または前記周辺反射鏡の内側に前記発光素子の側方へ出射した光を上方へ反射する第３の反射鏡を設けることができる。
【００３６】
また前記発光素子を金属板の上の回路基板上にマウントすることができる。
【００３７】
また、前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡とを一体の光学体に形成することができる。
【００３８】
また、前記反射鏡が全反射により反射するものであって、前記反射鏡と空気層を介して配置され、前記反射鏡にて反射されず透過した光を上方へ反射するための補助反射鏡を備えることができる 。
【００３９】
また、前記反射鏡を、上方から見たとき略多角形にすることができる。
【００４０】
ここで、多角形とは正方形、長方形、台形、平行四辺形、正六角形等を含むものである。
【００４１】
更に前記第１の反射鏡が中心軸に対して６０度以上の範囲の光を反射するものとすることができる。
【００４２】
【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説明する。
【００４３】
（実施の形態１）
まず、本発明の発光ダイオードの実施の形態１について、図１、図２を参照して説明する。図１に示す発光ダイオード１０において、４００×４００μｍ寸法の発光素子１がリードフレーム２ａ上にＡｇペースト（図示せず）を介してマウントされ、一方、発光素子１の発光面中央部に形成された直径０．１ｍｍの電極及びその上の金ワイヤのボール（図示せず）が直径３０μｍのワイヤ３により対極リード２ｂと電気的接触がなされ、これらが透光性樹脂４で封止されるとともに、光学面がモールドされている。
【００４４】
光学面は、図２に示すように、中央放射面４ａ、上面反射面４ｂ、側面放射面４ｃで構成されている。ここで、中央放射面４ａは発光素子１の上面からｈ＝０．５ｍｍ高さで、直径Ｗｃ＝０．３ｍｍの円形状に形成され、上面反射面４ｂは発光素子１の上面中央部を焦点とし、中央放射面４ａの端部を通り、対称軸がｚ軸に垂直な放物線をｚ軸のまわりに回転させた形状で形成されている。また、４ｃはｚ軸に略垂直（型抜きのためのわずかなテーパーを有する）な円筒面とされている。このような中央放射面４ａ、上面反射面４ｂ、側面放射面４ｃを有する透光性樹脂４の外径（直径）がＷM＝７．５ｍｍとされている。
【００４５】
透光性樹脂４を所定の外径とした場合に、大きな立体角を得るためには、上面反射面を焦点位置が同じで相似比の小さい放物線の回転形状（例えば４ｂ’から４ｂ）とすればよいが、ワイヤボンディング型発光素子の場合、図１に示すように発光素子１の上部にはワイヤスペースが必要となる。即ち、発光素子１の上面には電極（ｎ電極又はｐ電極）を有し、ワイヤ３がボンディングされている。ワイヤ３は上方に引き出され曲げられるが、極度な曲げを行うと断線が生じ易くなること、およびこのワイヤ３も透光性樹脂で封止される必要があることとで、少なくとも０．３ｍｍ（ワイヤ０．２ｍｍ、封止０．１ｍｍ）のスペースが必要である。このため光学面は波線で示された仮想の上面反射面４ｂ’より相似比が小さい放物線である上面反射面４ｂとすると共に中央放射面４ａを設けてある。
【００４６】
このような光学面とすることにより、LEDパッケージの中央からZ軸方向への光を放射できるとともに、Z軸に対し略垂直な方向への反射効率の向上を図ることができる。即ち、図２において、発光素子１の発光面の中央部を点Oとし、Z軸に対する、点Oから上面反射面の端縁方向の角度は、波線で示された４ｂ’の場合、θ0＝６０度であるのに対し、実線で示された４ｂの場合、θ1＝６５度となり、これらは、立体的にみれば、それぞれ、点Oに対し、Ａ0＝３．１strad、Ａ1＝３．６stradの立体角となる（いづれの場合も点Oを焦点とし、対称軸がZ軸に対し垂直な放物線をZ軸まわりに回転させた形状の上面反射面の場合）。一方、Z軸に対する、点Oから中央放射面の端部方向の角度θ2は、１７度で、点Oに対する立体角は、Ａ2＝０．２５stradとなる。つまり、実線に示した光学面とすることで、中央放射面が形成された部分についてはZ軸に対し略垂直な方向への反射が期待できないため立体角がＡ2＝０．２５strad分マイナスとなるものの、４ｂ’を４ｂとしたことによる立体角の増分がＡ1−Ａ0＝０．５となり、上記マイナス分を引いても（Ａ1−Ａ0）−Ａ2＝０．２５となり０．２５の増分となる。従って、光源に対する上面反射面の立体角増分は０．２５／π、即ち約１割増しとなり、Z軸に対し略垂直な方向への放射効率の向上を図ることができる。
【００４７】
なお、本実施の形態１の発光ダイオード１０では、４００μｍ角の発光素子に対し、直径０．３ｍｍの中央放射面を形成した例を説明したが、これに限らず、他のサイズでも構わない。但し、中央放射面４ａを極度に広くすると、上面から多くの光が放射され、Z軸に対し略垂直な方向への放射効率が低下し、本来のコンセプトを失うため、発光素子の発光面程度のサイズ以下に留めるのが望ましい。また、発光素子１の上面放射面と中央放射面との距離ｈは０．５ｍｍ、透光性樹脂４の直径は７．５ｍｍとして説明したが、これに限定されるものではなく、効果の得られる範囲で適度な値とすればよい。
【００４８】
図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に透光性樹脂の直径をそれぞれ５ｍｍ，７．５ｍｍ、１５ｍｍとした際の、中央放射面４ａを形成しない場合（図２の４ｂ’）に対する、放射面を形成した場合（４ａ及び４ｂ）の点Oに対する上面反射面の立体角増分をｈの関数として表した。図３（ｂ）より、透光性樹脂の直径が７．５ｍｍの場合では、ｈ＝０．６ｍｍで、放射面を形成しない場合に対し、立体角増分を最大に取ることができる。ｈをこれより大きくすると、放射面を形成しない場合との差が小さくなり、上面反射面の立体角増分は減少する。一方、ｈを小さくすると、中央放射面が占める立体角が増すため、上面反射面の立体角増分は減少する。また、透光性樹脂の直径を変えても同じ傾向が認められる。このような傾向は、透光性樹脂の径が大きい場合より、径が小さい場合の方が顕著となるものの、直径が１５ｍｍ以下であれば中央放射部を設けることで立体角の増分に関して優位な効果を得ることができる。以上の結果に鑑みれば、ｈ＝０．３〜１．０ｍｍの範囲、透光性樹脂の直径を５〜１５ｍｍの範囲とするのが望ましい。
【００４９】
なお、図２、図３において、透光性樹脂の直径が１５ｍｍで、ｈ＝０．３ｍｍの場合のように、中央放射面４ａが発光素子１の発光面に近接すると理論上は中央放射面４ａの端部の角度（θ2）とその立体角（Ａ2）が大きくなる。このため、中央放射面を形成しない場合に対する、放射面を形成した場合の点Oに対する上面反射面４ｂの立体角増分（（Ａ1−Ａ0）−Ａ2）は図３（ｃ）に示すようにマイナスとなる。しかしながら、実際には中央放射面４ａ直下の発光素子の発光面中央部は、直径０．１ｍｍの電極が形成されており、その上には、金ワイヤのボールが存在し、いずれも非発光部であるため、実際上は中央放射面からの外部放射光量は増加しない。このため、Ａ2に起因する立体角増分がマイナスになるという影響は実際上は少なく、Ａ1−Ａ0の増分によるZ軸に対し略垂直な方向への放射効率の向上を期待できる。
【００５０】
また、中央放射面４ａは図４（ａ）のように平面形状に限らず、例えば（ｂ）のように中央放射面４ａと上面反射面４ｂの境界部分のみがＲ形状のもの、（ｃ）のように中央放射面４ａ全体がＲ形状のもの、（ｄ）のように凹状のもの、（ｅ）のように凸状のものとしても良い。また上面反射面４ｂは、発光素子の上面中央部を焦点とし、Ｘ軸方向を対称軸とした放物線の回転体のみならず、図５のように対称軸がＸ軸方向から傾いた放物線の回転体でも良いし、放物線に限らず、長焦点の楕円や双曲線の回転体としても良い。さらに他の形状を回転させたものであっても構わない。
【００５１】
更に、発光素子の上面中央部ではなく、上面周辺部に電極があるものを用いても良い。この場合、ワイヤスペースという観点からは上述のようなｈの寸法の制限は生じない。しかし、近接させ過ぎると、上面反射面４ｂでは中央放射面４ａの立体角（対発光素子）が著しく大きくなる。また、樹脂封止の際、隙間が狭いと未充填になり易く、封止後も素子に不自然な応力が加わるものとなり易い。このため、上述のように発光素子１の上面放射面と中央放射面との間に所定スペースを設けるのが望ましい。
【００５２】
また、パッケージ形態は、図１に示すものに限らず、図６に示すように、金属基板７上に絶縁層６を介し、銅箔パターン５ａ，５ｂを形成し、その上に発光素子１を形成したものや、図７に示すように、リード８ａ，８ｂを下方に引き出したものでも構わない。また、発光素子に蛍光体をコーティングしたものを用いても良いが、その際には、図８に示すように、蛍光体１２を内部にコーティングして発光素子１を封止した光源９を用いることができる。
【００５３】
実施の形態１の発光ダイオード１０は、例えば、トランスファーモールド法によって製造することができる。以下にトランスファーモールド法による製造方法を図９を参照して説明する。まず、プレス加工によって形成されたリードフレーム２ａに発光素子１をフェイスアップ接合する。次に、発光素子１のＡｌボンディングパットとリードフレーム２ｂとをワイヤ３で電気的に接続する。次に、発光素子１を実装されたリードフレーム２ａ、２ｂを金型２０Ｂに位置決め載置し、上方から金型２０Ａを降下させて挟持することによりリードフレームと金型との位置保持をする。次に、剥離成分を含有した透明エポキシ樹脂４を金型内に注入する。次に、透明エポキシ樹脂４を１６０℃、５分の硬化条件で硬化させる。次に、金型２０Ａ、２０Ｂを上下分離して透明エポキシ樹脂４を硬化させた発光ダイオード１０を取り出す。このようなトランスファーモールド法による発光ダイオード１０の製造では、金型２０Ａ、２０Ｂでリードフレーム２ａ、２ｂを挟持した状態で金型内部２０Ｃ、２０Ｄに透明エポキシ樹脂８を注入するので、発光素子１と光学面との位置決め精度を±０．１ｍｍの高精度で実現することが可能になり、近接光学系を用いた発光ダイオード１０の個体差による配光特性のばらつきを防ぐことができる。
【００５４】
また、上記発光ダイオード１０は、キャスティングモールド法によっても製造することができる。以下、キャスティングモールド法による製造方法を図１０を参照にして説明する。まず、プレス加工によってリードフレーム２１ａ、２１ｂを打ち抜き加工する。このとき、リードフレーム２１ａ、２１ｂは分断せずに複数個分の後端がリードで連結された状態にする。次に、リードで連結された後端を支持部材に固定する。次に、リードフレーム２１ｂの先端に発光素子１をフェイスアップ接合する。次に、発光素子１のＡｌボンディングパットとリードフレーム２１ａとをワイヤ３で電気的に接続する。次に、リードフレーム２１ａ、２１ｂをモールド成型用のキャスティング２０Ｆ上に移動させる。次に、キャスティング２０Ｆ内に樹脂４を注入する。次に、樹脂４を注入されたキャスティング２０Ｆ内にリードフレーム２１ａ、２１ｂを浸漬する。次に、キャスティング２０Ｆおよびリードフレーム２１ａ、２１ｂを配置した空間２０Ｅを真空にして樹脂４の気泡抜きを行う。次に、樹脂４を１２０℃、６０分の硬化条件で硬化させる。次に、キャスティング２０Ｆから樹脂４を硬化させた発光ダイオード４を取り出す。キャスティングモールド法では、リードフレーム２１ａ、２１ｂの先端（自由端）がキャスティングで支持拘束されていないので、発光素子１と光学面との位置決め精度は±０．２ｍｍとトランスファーモールド法による製造より低下するが、透明エポキシ樹脂４の長時間硬化を行うことで熱応力むらは小になり、リードフレーム２１ａ、２１ｂと透明エポキシ樹脂４の剥離が生じにくくなる。なお、製造工程管理や発光素子１の配光特性を選別することで、配光特性の安定化を図ることは可能である。
【００５５】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について、図１１乃至図１９を参照して説明する。
【００５６】
図１１（ａ）は本発明の実施の形態２にかかる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１２は本発明の実施の形態２にかかるＬＥＤライトの光源であるＬＥＤの縦断面図である。図１３は本発明の実施の形態２にかかる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１４は本発明の実施の形態２にかかる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１５は本発明の実施の形態２にかかる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。
【００５７】
図１６は本発明の実施の形態２にかかる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１７は本発明の実施の形態２にかかるＬＥＤライトの第４の変形例を示す部分拡大図である。図１８（ａ）は本発明の実施の形態２にかかるＬＥＤライトの第５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１９（ａ）は本発明の実施の形態２にかかる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。
【００５８】
図１１に示されるように、本実施の形態２のＬＥＤライト１は円形の本体の中心に光源となるＬＥＤ３２を搭載して、その周囲を第２の反射鏡としての同心円の階段状の反射鏡３３で囲んだ構造をしている。ここで、発光素子の中心軸をＺ軸とし発光素子上面をその原点とし、この原点においてＸ軸とＹ軸とが直角に交わるように定めてある。以下の各変形例、各実施の形態においても同様である。
【００５９】
図１１（ｃ）に示されるように、この反射鏡３３の反射面３３ａは、図のＸ−Ｙ平面に対して約４５度に傾斜している。反射鏡３３は、透明アクリル樹脂で成形した後、アルミ蒸着して反射面を形成している。
【００６０】
次に、ＬＥＤ３２の構成について、図１２を参照して説明する。図１２に示されるように、Ｘ−Ｙ平面上に設けられた１対のリード板３５ａ，３５ｂのうち面積の広いリード板３５ａの先端に発光素子３６をマウントしている。発光素子３６の上面の電極とリード板３５ｂの先端とは、ワイヤ３７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板３５ａ，３５ｂの先端、発光素子３６、ワイヤ３７が樹脂封止用金型にセットされて、光透過性材料としての透明エポキシ樹脂３８によって図に示すような断面形状に樹脂封止されている。ここで、ＬＥＤ３２の上面３９の中心部分には平坦面３９ａがあって、この平坦面３９ａに続いて第１の反射鏡３９ｂとして発光素子３６の発光面の中心を焦点とし、Ｘ軸方向を対称軸とする放物線の一部を原点からＺ軸に対して６０度以上の範囲内においてＺ軸の周りに回転させた傘のような形状をしている（したがって、回転放物面ではない）。また、ＬＥＤ３２の側面４０は、発光素子３６を中心とする球面の一部をなしている。このような構成を有するＬＥＤ３２が円形のＬＥＤライト３１の中心に固定されている。
【００６１】
かかる構成を有するＬＥＤライト３１の放射原理について、図１１，図１２を参照して説明する。ＬＥＤ３２のリード板３５ａ，３５ｂに電圧を印加すると発光素子３６が発光する。発光素子３６から発せられた光のうち、Ｚ方向即ち真上に向かった光は平坦面３９ａから透明エポキシ樹脂３８外へ放射され、ＬＥＤライト３１の上に被せられている図示しない透明な前板を透過し外部放射される。また、発光素子３６が発した光のうちＺ軸に対して６０度以上の範囲内の光が第１の反射鏡としての上面３９に至り、これらの光は上面３９への入射角が大きいため全て全反射されて側面４０に向かう。ここで、上面３９は発光素子３６を焦点としＸ軸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しているため、上面３９で反射された光は全てＸ−Ｙ平面に平行に進み、側面４０は発光素子３６を中心とする球面の一部をなしているため、光は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外部放射される。さらに、発光素子３６から側面４０に直接至る光は、側面４０は発光素子３６を中心とする球面の一部をなしているため、屈折することなく直進し、外部放射される。
【００６２】
その先には第２の反射鏡としての階段状の反射鏡３３があり、略４５度の傾斜を有する反射面３３ａがあるが、上面３９で反射されてＸ−Ｙ平面に略平行に放射された光と、側面４０から直接放射された光はＸ−Ｙ平面に平行に放射されているため、反射面３３ａで反射された光はそれぞれが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、図示しない透明な前板を通り抜けて外部放射される。なお、上記で「平行」と表現している光も、発光素子３６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Ｚ軸から２０度の範囲内には確実に入るものとなる。
【００６３】
このようにして、本実施の形態２のＬＥＤライト３１は、ＬＥＤの特長である薄型という利点を生かして、薄型で１個の発光素子で大面積を照射することができ、高い外部放射効率を得ることができる。
【００６４】
本実施の形態２のＬＥＤライト３１の応用として、図１３に示されるように、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４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆ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のＬＥＤライト４１とすることができる。
【００６５】
［変形例１］
本実施の形態２のＬＥＤライト３１の第１の変形例として、図１４に示されるように一対のリード板４２ａ，４２ｂを発光素子３６の周辺のみ凹ませて第３の反射鏡とする。これによって、図１２の基本形においては発光素子３６の真上のみ直接上方に光が放射されるのに対して、ＬＥＤ内の発光素子３６の周辺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て、見栄えが向上するという効果が得られる。
【００６６】
［変形例２］
本実施の形態２のＬＥＤライト３１の第２の変形例として、一対のリード板４３ａ，４３ｂにハーフエッチングやスタンピングパターンにより、図１５に示されるようなパターンを設けることによって、発光素子３６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。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３８とリード板４３ａ，４３ｂ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。
【００６７】
［変形例３］
本実施の形態２のＬＥＤライト３１の第３の変形例として、図１６に示されるように、ＬＥＤの透明エポキシ樹脂３８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４０は発光素子３６を中心とする球面形状の一部であり、発光素子３６から出た光は側面４０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が、この変形例３においては、側面４４は発光素子３６を一方の焦点とする楕円体表面の一部をなしており、発光素子３６から出た光は側面４４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の周囲の階段状反射鏡３３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。
【００６８】
［変形例４］
本実施の形態２のＬＥＤライト１の第４の変形例として、図１７に示されるように、第１の反射鏡としての上面３９における側方への反射を、透明エポキシ樹脂３８と空気の境界面における全反射によらず、上面３９にメッキ、蒸着等を施して金属反射膜４５を付着させても良い。この場合には、発光素子３６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３９の中心部分まで全て発光素子３６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。
【００６９】
［変形例５］
本実施の形態２のＬＥＤライト３１の第５の変形例５１として、基本例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１８（ａ）に示されるように、第２の反射鏡としての円形反射鏡５３を扇形に分割して、図１８（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示されるようにＬＥＤ５２から反射面５３ａ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。この際、ＬＥＤ５２には、微小な中央放射面４ａを備えていることで、さらに見栄えを良くする効果がある。即ち、中央放射面４ａと反射面５３ａとから外部放射される光の輝度を同等とし、かつ輝点をバランス良く配置することができる。中央放射面４ａから外部放射される光量は、ＬＥＤ５２の周囲に放射された後円形反射鏡５３で反射されて外部放射される光量に対し、１／１０以下といったごくわずかな割合とし、大半がＬＥＤ５２の周囲に放射する特性とすることで輝度が同等となる。さらに詳細には、円形反射鏡５３がより大きいほど中央放射面４ａから外部放射される光量比は小さくてよい。また、きらきらと光り美しく見える効果は反射面５３ａが略平面あるいは凸面の際に得られるが、凸面そして凸面の曲率が大きいほど中央放射面４ａから外部放射される光量比は小さくて良い。なお、この変形例５においては、各扇形においてそれぞれ一段の反射面５３ａでＬＥＤ５２からの光を全て反射しなければならないので、各反射面５３ａの高さは図１８（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示されるように、図１１（ｂ）に示される基本例の円形階段形反射鏡３３の全体の高さｈと同じ高さにするのが望ましい。また、輝度を同等とすると説明したが、周辺ほど輝度が高いものやその逆など輝度アクセントをつけたものとしても良い。
【００７０】
［変形例６］
本実施の形態２のＬＥＤライト３１の第６の変形例５４として、図１９に示されるように、第２の反射鏡としての反射鏡５６を扇形に分割してそれぞれ長さを変えることによって、反射鏡５６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１９（ｂ），（ｃ）に示されるように、最も短い扇形においては反射面５６ａから次の反射面５６ａ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５６ａから次の反射面５６ａまでの長さを√２Ｌとする。これによって、図１３に示されるように、複数の正方形のＬＥＤライト４１ａ，…を連結する場合でも、円形のＬＥＤライト３１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、略円筒形のＬＥＤ５５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５６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。
【００７１】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について、図２０を参照して説明する。図２０は本発明の実施の形態３にかかる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。
【００７２】
図２０に示されるように、本実施の形態３のＬＥＤ６１は、１対のリード板６３ａ，６３ｂのうちリード板６３ａの先端に発光素子６４がマウントされ、発光素子６４の上面の電極とリード板６３ｂの先端とがワイヤ６５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板６３ａ，６３ｂの先端、発光素子６４、ワイヤ６５が光透過性材料としての透明エポキシ樹脂６６によって封止されている。この透明エポキシ樹脂６６の外形は、発光素子６４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している。この場合には、発光素子６４から出た光は第１の反射鏡としての上面６２で全反射されるが、反射光は上面６２に対する発光素子６４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６７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実施の形態２で用いたＬＥＤ３２と比較するとＺ方向に長いものが必要とされる。
【００７３】
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６２を用いることもできる。
【００７４】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について、図２１を参照して説明する。図２１は本発明の実施の形態４にかかるＬＥＤライトの全体構成を示す縦断面図である。
【００７５】
図２１に示されるように、本実施の形態４のＬＥＤライト７０は、１対のリード板６３ａ，６３ｂのうちリード板６３ａの先端に発光素子６４がマウントされ、発光素子６４の上面の電極とリード板６３ｂの先端とがワイヤ６５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板６３ａ，６３ｂの先端、発光素子６４、ワイヤ６５が透明エポキシ樹脂６６によって封止されている。この透明エポキシ樹脂６６の形状は、通常の円筒形であり、したがって透明エポキシ樹脂６６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６８を、透明エポキシ樹脂６６の上面に光透過性材料６７を介して取り付けている。この光学体６８の上面６９は、発光素子６４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している。
【００７６】
また、光学体６８の下面７１は、第２の反射鏡としての実施の形態２の円形階段状反射鏡の代わりをすべく、約４５度の段のついた円形の階段状となっている。そして、下面７１にはアルミ蒸着７２がされて、その上からアルミ蒸着膜の保護のために図示しないオーバーコートが行なわれる。本実施の形態４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。
【００７７】
かかる構成を有するＬＥＤライト７０は、１対のリード板６３ａ，６３ｂに所定の電圧がかけられると発光素子６４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、図示しない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６７を透過して光学体６８内に入り、第１の反射鏡としての上面６９に当った光は全反射するが、上面６９は発光素子６４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７１で上方へＺ軸に略平行に反射されて上面６９から前記前板を透過して外部放射される。光学体６８内に入り、円形階段状反射鏡７１に直接当った光も同様に上方へ放射される。
【００７８】
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。
【００７９】
（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５について、図２２を参照して説明する。図２２は本発明の実施の形態５にかかるＬＥＤライトの全体構成を示す縦断面図である。
【００８０】
図２２に示されるように、本実施の形態５のＬＥＤライト８０は、金属板としてのアルミベース８１の上に形成されている。アルミベース８１の上には、絶縁層８２を挟んで回路パターン８３が形成されており、その上に発光素子８４がマウントされてワイヤ８５でボンディングされ、電気的接続がなされている。これらの電気系としての回路パターン８３、発光素子８４、ワイヤ８５の上に、内側を半球形９１にくりぬかれた傘のような形状の透明アクリル樹脂で成形された光学体８７が被せられる。このとき、半球形９１の部分に光透過性材料としての透明シリコン樹脂が充填されて、回路パターン８３、発光素子８４、ワイヤ８５が隙間なく封止される。このように固定された状態で、この光学体８７の上面８８は、発光素子８４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している。
【００８１】
また、光学体８７の下面８９は、第２の反射鏡としての約４５度の段のついた円形の階段状となっている。そして、下面８９にはアルミ蒸着９０がされて、その上からアルミ蒸着膜の保護のために図示しないオーバーコートが行なわれる。本実施の形態５においても、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。
【００８２】
かかる構成を有するＬＥＤライト８０の発光素子８４が発光すると、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、図示しない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、透明シリコン樹脂８６を透過して光学体８７内に入り、第１の反射鏡としての上面８８に当った光は全反射するが、上面８８は発光素子８４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８９で上方へＺ軸に略平行に反射されて上面８８から前記前板を透過して外部放射される。光学体８７内に入り、円形階段状反射鏡８９に直接当った光も同様に上方へ放射される。
【００８３】
本実施の形態５のＬＥＤライト８０においては、熱伝導性に優れたアルミベース８１の上に形成しているので、放熱性が大幅に向上し、発光素子８４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。
【００８４】
このようにして、薄型で大きな放熱性を有し、熱飽和の制限を受けることなく大きな光出力が得られ、高光度のＬＥＤライトとできるだけでなく、大面積としても薄型とできる本実施形態において、大面積かつ高輝度のＬＥＤライトを具現化することができる。
【００８５】
（実施の形態６）
次に、本発明の実施の形態６について、図２３を参照して説明する。図２３は本発明の実施の形態６にかかるＬＥＤライトの全体構成を示す縦断面図である。
【００８６】
図２３に示されるように、本実施の形態６のＬＥＤライト１００も、金属板としてのアルミベース９５の上に形成されている。アルミベース９５の上には、絶縁層９６を挟んで回路パターン９７が形成されており、その上に発光素子９８がマウントされてワイヤ９９でボンディングされ、電気的接続がなされている。これらの電気系としての回路パターン９７、発光素子９８、ワイヤ９９は光透過性材料としての透明エポキシ樹脂１０２で封止されている。その上から、円形の透明アクリル樹脂で成形された光学体１０１が固定されている。このように固定された状態で、この光学体１０１の上面１０３は、発光素子９８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しており、第１の反射鏡として機能する。
【００８７】
また、光学体１０１の下面１０４は、第２の反射鏡としての約４５度の段のついた円形の階段状となっている。ここで、本実施の形態６のＬＥＤライト１００においては、光学体１０１の下面１０４に金属蒸着が施されていない。即ち、第１の反射鏡としての光学体１０１の上面１０３で側面方向に反射された発光素子９８からの光は、第２の反射鏡としての光学体１０１の下面１０４で全反射によって上方へ反射される。つまり、光学体１０１の下面１０４に金属蒸着を施さなくても、下面１０４における全反射のみで大部分の光は上方へ反射される。全反射されずに下面１０４を突き抜けてきた光を反射するために、補助反射体１０５が光学体１０１の下に下面１０４と空気層を空けて回路基板９７の上に固定されている。補助反射体１０５の上面はメッキ塗装によって反射面が形成されており、下面１０４を突き抜けてきた光を上方へ反射する。
【００８８】
このように、本実施の形態６のＬＥＤライト１００においては、第１の反射鏡と第２の反射鏡を兼ねた光学体１０１の下面１０４に金属蒸着を施す必要がなく、補助反射体１０５を設けて簡易なメッキ塗装を施すだけで、発光素子９８から発せられた光をほぼ全て上方へ外部放射することができ、高い外部放射効率を得ることができる。また、本実施の形態６のＬＥＤライト１００においても熱伝導性に優れたアルミベース９５の上に形成しているので、放熱性が大幅に向上し、発光素子９８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。
【００８９】
このようにして、簡単な工程で高い外部放射効率が得られるとともに、薄型で大きな放熱性を有し、熱飽和の制限を受けることなく大きな光出力が得られ、明るい放射光が得られるＬＥＤライトとなる。
【００９０】
（実施の形態７）
次に、本発明の実施の形態７について、図２４を参照して説明する。図２４（ａ）は本発明の実施の形態７にかかる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。
【００９１】
図２４に示されるように、本実施の形態７のＬＥＤライト１１０は、下面１１３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１１４が設けられた透明アクリル樹脂で成形された光学体１１１と、中心部の空間１１４内に固定された実施の形態２のＬＥＤライト３１と同様のＬＥＤ３２との組み合わせで構成されている。即ち、ＬＥＤ３２は発光素子１１５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１１６にしており、発光素子１１５から出て上面１１６で側面方向へ反射された光は、光学体１１１の下面１１３で上方へ反射され、図示しない透明な前板を透過して外部放射される。
【００９２】
ここで、ＬＥＤ３２の側面１１７の上部から直接（上面１１６で反射されずに）放射された光は、実施の形態２のＬＥＤライト３１においては、二点鎖線で示される経路を辿って、上方へ反射されず有効利用されずに終わっていたが、本実施の形態７のＬＥＤライト１１０においては、破線で示されるように光学体１１１の水平な上面１１２で反射されて下面１１３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１１４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２４（ａ）で上方から見た場合の周辺部の輝度が向上する。
【００９３】
上記各実施の形態においては、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。
【００９４】
また、上記各実施の形態においては、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。
【００９５】
また、中央放射面を備えることでＬＥＤ中央からの放射光を得るとして説明したが、サイズの大きい発光素子を用いたり上面光学系を極めて近接させたりなどして、発光素子からの上面光学系への入射角を臨界角以内とし、特に中央放射面を設けずしてＬＥＤ中央からの放射光を得るものとしても構わない。
【００９６】
一方、上記とは別に配光の狭い発光素子を用いる場合、上面光学系は必ずしも近接しなくとも十分な側面放射を得ることができる。
【００９７】
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、上記各実施の形態に限定されるものではない。
【００９８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の発光ダイオードは、電源供給手段に実装された発光素子と、該発光素子を封止する透光性材料による封止手段と、前記発光素子の発光面側に対向し前記発光素子が発する光を前記発光素子の中心軸と直交ないしは中心軸と大きな角度をなす方向へ反射する反射面と、前記反射面によって反射された光を側面から前記発光素子の中心軸と直交ないしは中心軸と大きな角度をなす方向へ放射する側面放射面を有することを特徴とする。
【００９９】
従って、透光性材料により、光学面である反射面及び側面放射面の中心軸を発光素子の中心軸に一致させて精度良く形成することができ、発光素子から放射された光が反射面で均一に反射されるため、放出される光の明るさが場所によらず全方向で均一なものとなる。このため、ドーム部によって集光放射している従来型のＬＥＤの外部に反射鏡を設けた従来型の構造のＬＥＤライトが内在していた、ＬＥＤ自体に配光のばらつきが生じ易く、さらにＬＥＤの外部に設けられた反射鏡との位置ずれによるばらつきが生じ易い、という配光特性のばらつきに関する従来の問題点を解消することができる。また透光性材料により発光素子が一体的に封止することができるので、製造後も物理的衝撃が生じた場合にも位置ずれを生じることがなく、発光素子と反射面との間に界面等が存在しないため、よごれ等が進入する恐れもなく、界面やよごれ等による光損失を生じることがない。更に、発光素子を透光性材料内に直接封止しているため、全体の厚みを小さくすることができ、ＬＥＤの特長である薄型という点を最大限に生かすことができる。
【０１００】
また、前記反射面の中央部に、前記発光素子が発した光を前記発光素子の中心軸と略平行な方向へ放射する中央放射面を設けると、、発光素子から上方に放射される光を中央放射面から直接取り出すことができるため、発光の中心部が中抜け状態になることが無く、見栄えを向上させることができる。
【０１０１】
また、前記中央放射面を、前記発光素子の発光面から前記発光素子の中心軸方向に０．３ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲で形成すると、前記反射面の立体角を増加させて光学的特性の向上を図ることが可能になると共に、中央放射面の形成により反射面を発光素子に近接させた場合であってもワイヤボンディングの際のボンディングスペースや樹脂モールドの空間を確保することが可能となる。
【０１０２】
更に、前記中央放射面を、前記発光素子の発光面積より小さくすることにより、発光ダイオードの周囲に反射鏡を設けた場合に反射鏡による反射強度と中央放射面との放射強度のバランスが取れ、見栄えの良いものとすることができる。
【０１０３】
前記側面放射面は、前記反射面によって反射された光に加えて発光素子から直接到達する光を前記中心軸と直交ないしは中心軸と大きな角度をなす方向へ放射するものとすると、発光素子から側方に放射されて上面反射面で反射されない光も、上面反射面によって反射された光と同様に、側面放射面により外部に放射されるため、高い外部放射効率が得られるものとなる。
【０１０４】
また、本発明のＬＥＤライトは、発光ダイオードの周囲に反射鏡を備えたＬＥＤライトであって、前記発光ダイオードは、電源供給手段に実装された発光素子と、該発光素子を封止する透光性材料による封止手段と、前記発光素子の発光面側に対向し前記発光素子が発する光を前記発光素子の中心軸と直交ないしは中心軸と大きな角度をなす方向へ反射する反射面と、前記反射面によって反射された光を側面から前記発光素子の中心軸と直交ないしは中心軸と大きな角度をなす方向へ放射する側面放射面を有することを特徴とする。
【０１０５】
従って、発光素子から放射された光が発光ダイオードの反射面で均一に反射され、発光素子の中心軸とほぼ直交する方向に均一に放射されるため、放出される光の明るさが場所によらず均一なものとなる。このように発光ダイオードから均一に放射された光を発光ダイオードの周囲に備えた反射鏡で更に反射させることによって、大面積の外部放射光を得ることが可能となる。
【０１０６】
また、前記反射面の中央部に、前記発光素子が発した光を前記発光素子の中心軸と略平行な方向へ放射する中央放射面を設けると、発光素子から上方に放射される光を中央放射面から直接取り出すことができるため、発光の中心部が中抜け状態になることが無く、均一な光となり、見栄えを向上できるＬＥＤライトとなる。
【０１０７】
また、前記反射鏡を、複数の略平面ミラーとすると、キラキラ感のある外部放射光を得ることができるＬＥＤライトとなる。
【０１０８】
更に、本発明にかかるＬＥＤライトは、発光素子と、該発光素子の上方に設けられた前記発光素子からの光を側面方向へ反射する第１の反射鏡と、該第１の反射鏡による反射光を上方へ放射する第２の反射鏡とを具備するものである。
【０１０９】
これによって、発光素子の直上に側面方向へ反射する第１の反射鏡を設置するのみで、この反射光を上方へ反射する第２の反射鏡を第１の反射鏡から離すほど大面積の外部放射光を得ることができる。また、側面に反射された光は全て光学制御されて上方へ反射されて外部放射されるので、高い外部放射効率が得られる。
【０１１０】
このようにして、ＬＥＤの特長である薄型という点を生かして、薄型で１個の発光素子で大面積を照射することができ、高い外部放射効率を得ることができるＬＥＤライトとなる。
【０１１１】
また、上記の構成において、前記第２の反射鏡は反射面が複数に分割されていることにより、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。
【０１１２】
さらに、前記第２の反射鏡による反射光を略平行光とすることによって、放射面が略平面状であるときには、ほぼ全ての光が外部放射され、外部放射効率の高いＬＥＤライトとなる。また、上述した車載用バックライトのように放射角を約２０度に拡げたい場合には、境界面または放射面を凹凸にして制御すれば良い。その他、第２の反射鏡による反射光が略平行光であれば、放射光をいかようにも制御できるので、光制御の自由度の高いＬＥＤライトとなる。
【０１１３】
本発明にかかるＬＥＤライトは、発光素子と、該発光素子に電力を供給する電気系と、前記発光素子及び前記電気系を封止し、封止面の上面で前記発光素子から発せられた光を側面方向に全反射する第１の反射鏡を構成する光透過性材料と、前記側面方向に全反射された光を上方へ反射する第２の反射鏡とを具備するものである。
【０１１４】
即ち、発光素子から発せられた光が発光素子を封止している光透過性材料の上面において、臨界角よりも大きな角度で入射するように作製されている。これによって、第１の反射鏡を作製するのにメッキ、蒸着等の表面処理の必要がなくなり、封止金型の形状を調節すれば良いだけなので、ＬＥＤライトの作製工程が極めて短縮され、また低コスト化される。また、光透過性材料の側面は発光素子を中心とする球面の一部とすることによってそのまま側面へ透過して第２の反射鏡によって上方へ反射される。これによって、発光素子から光透過性材料の上面・側面へ放射された光はいずれも第２の反射鏡によって上方へ反射されるので、ＬＥＤの薄型の特徴を生かしつつ外部放射効率の高いＬＥＤライトとなる。
【０１１５】
また、上記構成において、前記側面方向に全反射された光がやや下方へ屈折するように前記光透過性材料の側面の形状を整えたものである。
【０１１６】
このようにして、発光素子から出た光は光透過性材料の側面においてやや下方に屈折する。したがって、ＬＥＤの周囲の第２の反射鏡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。
【０１１７】
更に、上記構成において、前記発光素子の周囲に前記発光素子の側方へ出射した光を上方へ反射する第３の反射鏡を設けると第３の反射鏡を設けない発明にかかるＬＥＤライトにおいては発光素子の真上のみ上方に光が放射されるのに対して、発光素子の周辺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て、見栄えが向上するという効果が得られる。
【０１１８】
また、前記発光素子を金属板の上の回路基板上にマウントすると、熱伝導性に優れた金属板の上に発光素子をマウントしているので、放熱性が大幅に向上し、発光素子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。このようにして、薄型で大きな放熱性を有し、熱飽和の制限を受けることなく大きな光出力が得られ、明るい放射光が得られるＬＥＤライトとなる。
【０１１９】
更に、前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡とが一体の光学体に形成されていることによって、構成が簡単になるとともに、第１の反射鏡と第２の反射鏡が位置ずれを起こすこともなくなって、確実に高い外部放射効率が得られるＬＥＤライトとなる。
【０１２０】
また、前記第２の反射鏡が全反射により反射するものであって、反射されず透過した光を上方へ反射するための補助反射鏡を備えたものとすることによって、第２の反射鏡にメッキ・蒸着等の処理を施す必要がなくなるとともに、補助反射鏡は第２の反射鏡から漏れた光を反射するだけのものなので、基材にメッキ塗装等をするような簡単な工程で作製でき、しかも高い外部放射効率が得られる。このようにして、簡単な工程で高い外部放射効率が得られるＬＥＤライトとなる。
【０１２１】
また、前記第２の反射鏡が上方から見たとき多角形あるいはそれに近い形であるものにすることによって、複数の同形の多角形を組み合わせることによって、外部放射効率を低下させることなく、一定の形状の範囲を光らせることができ、車載用ライト等として応用することができる。
【０１２２】
更に前記第１の反射鏡が中心軸に対して６０度以上の範囲の光を反射するものとすることによって、発光素子の上面の中心軸から６０度の範囲内に放射される光は全て第１の反射鏡で側面方向へ反射され、中心軸から６０度より大きい範囲内に放射される光は直接側面方向へ向かい、いずれも第２の反射鏡によって上方へ反射される。したがって、発光素子から放射される大部分の光が外部放射されるため、極めて外部放射効率の高いＬＥＤライトとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１にかかる発光ダイオードの縦断面図である。
【図２】  本発明の実施の形態１にかかる発光ダイオードの一部を拡大した縦断面図である。
【図３】  図２に示す発光ダイオードにおいて、発光素子の上面から中央放射面までの距離ｈと立体角の増分との関係を示すグラフであり、（ａ）は透光性樹脂の直径が５ｍｍの場合、（ｂ）は７．５ｍｍの場合、（ｃ）は１５ｍｍの場合である。
【図４】  本発明の実施の形態１の発光ダイオードの中央放射部の形状の例を示す縦断面図であり、（ａ）は平面形状のもの、（ｂ）は中央放射面と上面反射面の境界部分のみがＲ形状のもの、（ｃ）は中央放射面全体がＲ形状のもの、（ｄ）は凹状のもの、（ｅ）は凸状のものである。
【図５】  本発明の実施の形態１の発光ダイオードの上面反射面の他の例を説明するグラフである。
【図６】  本発明の実施の形態１の発光ダイオードの他の例を示す縦断面図である。
【図７】  本発明の実施の形態１の発光ダイオードの他の例を示す縦断面図である。
【図８】  本発明の実施の形態１の発光ダイオードの他の例を示す縦断面図である。
【図９】  本発明の実施の形態１にかかる発光ダイオードの一製造方法であるトランスファーモールド法を説明する断面図である。
【図１０】  本発明の実施の形態１にかかる発光ダイオードの一製造方法であるキャスティングモールド法を説明する断面図である。
【図１１】  （ａ）は本発明の実施の形態２にかかる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１２】  本発明の実施の形態２にかかるＬＥＤライトの光源であるＬＥＤの縦断面図である。
【図１３】  本発明の実施の形態２にかかる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１４】  本発明の実施の形態２にかかる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１５】  本発明の実施の形態２にかかる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１６】  本発明の実施の形態２にかかる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１７】  本発明の実施の形態２にかかるＬＥＤライトの第４の変形例を示す部分拡大図である。
【図１８】  （ａ）は本発明の実施の形態２にかかるＬＥＤライトの第５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１９】  （ａ）は本発明の実施の形態２にかかる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２０】  本発明の実施の形態３にかかる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２１】  本発明の実施の形態４にかかるＬＥＤライトの全体構成を示す縦断面図である。
【図２２】  本発明の実施の形態５にかかるＬＥＤライトの全体構成を示す縦断面図である。
【図２３】  本発明の実施の形態６にかかるＬＥＤライトの全体構成を示す縦断面図である。
【図２４】  （ａ）は本発明の実施の形態７にかかる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。
【図２５】  従来のＬＥＤライトの一例の全体構成を示す断面図である。
【図２６】  従来のＬＥＤライトの一例を示し、（ａ）は光源を中心とする縦断面図、（ｂ）はＬＥＤライトの構成を示す部分斜視図である。
【図２７】  従来のＬＥＤライトの一例を示し、（ａ）は光源を中心とする縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＫ−Ｋ部における断面図全体構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１  発光素子、４  封止手段（透光性樹脂）、４ａ  中央放射面、４ｂ  反射面、
４ｃ  側面放射面、１０  発光ダイオード
３１，５１，５４，６１，７０，８０，１００，１１０  ＬＥＤライト
３３，５３，５６，７１，８９，１０４，１１３  第２の反射鏡
３５ａ，３５ｂ，３７，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ，６３ａ，６３ｂ，６５，８３，８５，９７，９９  電気系
３，６４，８４，９８，１１５  発光素子
３８，６６，８６，１０２  光透過性材料
３９，４５，６２，６９，８８，１０３，１１６  第１の反射鏡
４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ  第３の反射鏡
４５  金属面
６８，８７，１０１，１１１  光学体
８１，９５  金属板
８３，９７  回路基板
１０５  補助反射鏡
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0004239563.tif 000017
【図１７】
0004239563.tif 000018
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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