JP2004087630A

JP2004087630A - Light emitting diodes and LED lights

Info

Publication number: JP2004087630A
Application number: JP2002244302A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Suehiro; 末広　好伸; Akihiro Misawa; 三沢　明弘; Toshinori Takahashi; 高橋　利典
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2002-08-23
Filing date: 2002-08-23
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】制御されて外部放射される光の放射効率を向上させることができる発光ダイオードを提供する。
【解決手段】リードフレーム５ａ，５ｂに実装された発光素子６を透光性材料である透明エポキシ樹脂８で封止し、この透明エポキシ樹脂８に、発光素子６の発光面と対向する位置に配置され、発光素子６から発光された光を側面放射面１０へ反射する反射面９ｂを形成したＬＥＤ２にあって、反射面９ｂを、発光素子６に対し、２π｛１−ｃｏｓθｃ（θｃ：前記透光性材料の臨界角）｝以上の立体角を有し、側面放射面１０を、反射面９ｂで反射された光と、発光素子６から発光された光とがθｃ以内で入射される形状を成すように形成した。
【選択図】　図１Provided is a light emitting diode that can improve the radiation efficiency of light that is externally controlled and controlled.
A light emitting element mounted on a lead frame is sealed with a transparent epoxy resin which is a light transmitting material, and the light emitting element is mounted on the transparent epoxy resin at a position facing a light emitting surface of the light emitting element. In the LED 2 arranged and formed with a reflecting surface 9b for reflecting the light emitted from the light emitting element 6 to the side emission surface 10, the reflecting surface 9b is set to 2π ｛1-cos θc (θc: (A critical angle of a translucent material)｝ or more, and the side emission surface 10 is shaped such that the light reflected by the reflection surface 9b and the light emitted from the light emitting element 6 are incident within θc. Was formed.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のテールライトやブレーキライト、または工事用の警報ランプや標識など広範囲の分野における照明装置並びに表示装置として適用される発光ダイオードおよびＬＥＤライトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の発光ダイオード（ＬＥＤともいう）として、例えば、図２１（ａ）、（ｂ）に示すものがある。このＬＥＤ２００は、リードフレーム２０５ａ，２０５ｂと、リードフレーム２０５ａ上に搭載された発光素子（ＬＥＤチップ）２０６と、発光素子２０６を封止するエポキシ樹脂２０８より構成されている。
【０００３】
発光素子２０６は、第１の電極（例えば、ｎ電極）がリードフレーム２０５ａに接続され、第２の電極（例えば、ｐ電極）がボンディングワイヤ２０７によってリードフレーム２０５ｂに接続されている。
【０００４】
発光素子２０６は、三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点に位置し、発光素子２０６の中心軸はＺ軸と一致し、また、第２の電極が位置する光出射面は、Ｘ軸及びＹ軸によって形成されるＸ−Ｙ面に平行である。エポキシ樹脂２０８は、Ｚ軸と４５°を成す逆円錐状の窪みによって形成された反射面２１０と、全体を円筒形にする光出射用の側面２０９を有する。
【０００５】
以上の構成において、発光素子２０６から出射された光は反射面２１０によって反射され、Ｘ−Ｙ面に平行な光ａとして側面２０９により出射される。Ｘ−Ｙ面に平行な光ａは、略平行な光を含めて反射角が制御された制御光であり、例えば、これを一次光（設計通りの光）とし、この一次光を図示せぬ外部反射面によってＺ軸と略平行になるように反射する二次光を形成し、この二次光を、例えば、テールライトの表示光として利用することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のＬＥＤ２００においては、光制御されて一次光として側面方向へ光放射できるものではなかった。即ち、反射面２１０が発光素子２０６の光出射面から離れて位置し、Ｚ軸から離れるに従い一次関数的にＺ軸方向高さが増す。このため、発光素子２０６に対して反射面２１０を大きな立体角とすることができない。例えば、ＬＥＤ２００の外径が５ｍｍ、発光素子２０６が標準的な配光ものであり、その発光素子２０６上面から１．５ｍｍ上に逆円錐形状の光反射面２１０が形成されているとすると、Ｚ軸から約３５°の範囲（立体角：約１．１ｓｔｒａｄ）の光、即ち全光量の２０〜３０％の光が反射面２１０へ至るに留まり、残りの光は発光素子２０６から直接側面２０９へ至って放射される。
【０００７】
そして、反射面２１０で反射される光の一部は、ａで示すように側面方向へ反射し、側面２０９から側面方向へ外部放射されるが、ｂ，ｃのように側面２０９で大きく屈折し、側面方向ではない方向へ外部放射される光や、更にはｄのように側面２０９で界面反射し、側面２０９から外部放射されず迷光となる光が多い。また、発光素子２０６から出射された光のうち、反射面２１０へ至らない光は、直接側面２０９へ至る。そして、ｅのように一部は側面２０９から側面方向へ外部放射されるが、ｇのように側面２０９で大きく屈折し、側面方向ではない方向へ外部放射される光や、更にはｈやｉのように側面２０９で界面反射し、側面２０９から外部放射されず、迷光となる光が多い。従って、従来のＬＥＤ２００は、光の側面方向への放射効率が低いという問題を有する。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、制御されて外部放射される光の放射効率を向上させることができる発光ダイオードおよびＬＥＤライトを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、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を透光性材料の封止部材で封止し、前記発光素子の発光面に対し放射光を受けて反射する反射面と、前記反射面からの反射光と前記発光素子からの直接光を放射する側面放射面とを前記封止部材に形成して構成された発光ダイオードにおいて、前記反射面は、前記発光素子に対し、２π｛１−ｃｏｓθｃ（θｃ：前記透光性材料の臨界角）｝以上の立体角を有し、前記側面放射面は、前記反射面で反射された反射光の入射角及び前記発光素子から放射された直接光の入射角が前記θｃより小なる角度を有して形成され、前記発光素子から発光された光を入射して外部へ放射することを特徴としている。このように反射面が、２π｛１−ｃｏｓθｃ｝以上の立体角を有する場合、発光素子が発する光の半分以上の光を側面方向へ放射する制御を行うことができる。また、側面放射面へ入射する反射光や直接光の角度がθｃより小さい角度を有する場合、入射光が側面放射面で反射せずに外部放射するため迷光が生じず、高効率の側面放射を行うことができる。
【００１０】
また、前記反射面は、前記発光素子の中心軸（Ｚ軸）に対し直交するＸ軸でなす平面においてＺ＝ｆ（Ｘ）の一部の線分を前記発光素子の中心軸回りに回転させた形状であり、前記Ｚ＝ｆ（Ｘ）は｛ｄ^２ｆ（Ｘ）／ｄＸ^２｝＜０であることを特徴としている。このようにＺ＝ｆ（Ｘ）が｛ｄ^２ｆ（Ｘ）／ｄＸ^２｝＜０である場合は、反射面が同一径の場合に、発光素子に対して大きな立体角としても側面放射面への入射角を小さなものとすることができる。
【００１１】
また、前記反射面は、前記発光素子又は、その周囲を焦点とする楕円、放物線、双曲線の何れか１つの一部を、前記発光素子の中心軸回りに回転させた形状を成すことを特徴としている。これは、｛ｄ^２ｆ（Ｘ）／ｄＸ^２｝＜０で示される曲線のうち、実際に使用されうる一般的な形状を意味する。
【００１２】
また、前記反射面は、前記発光素子の直上に光取出面を有することを特徴としている。このように光取出面を有する場合、反射面中央部から光取り出しができる。反射面を発光素子に近接形成でき、反射面が同一径の場合、発光素子に対し大きな立体角が得られる。
【００１３】
また、前記反射面は、径が１０ｍｍ以下であることを特徴としている。この場合、小型化によりモールド形成性が向上する。Ｚ軸方向から観察する際に非発光となる反射面の面積を小さくすることができる。
【００１４】
また、前記側面放射面は、前記発光素子側に傾斜する勾配を有することを特徴としている。
【００１５】
また、前記側面放射面は、前記発光素子を中心とする球面の一部を成すことを特徴としている。
【００１６】
また、前記リードフレームは、熱伝導率が３００Ｗ／ｍ・ｋ以上の導電性材料で形成され、前記封止手段の下面から引き出されていることを特徴としている。
【００１７】
また、本発明のＬＥＤライトは、電源供給手段に実装された発光素子を透光性材料の封止部材で封止し、前記発光素子の発光面に対し放射光を受けて反射する反射面と、前記反射面からの反射光と前記発光素子からの直接光を放射する側面放射面とを前記封止部材に形成して構成され、前記反射面が、前記発光素子に対し、２π｛１−ｃｏｓθｃ（θｃ：前記透光性材料の臨界角）｝以上の立体角を有し、前記側面放射面が、前記反射面で反射された反射光の入射角及び前記発光素子から放射された直接光の入射角が前記θｃより小なる角度を有して形成され、前記発光素子から発光された光を入射して外部へ放射する発光ダイオードと、前記発光ダイオードから放射される光を反射する反射鏡とを備えたことを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るＬＥＤ（発光ダイオード）の構成を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【００２０】
図１に示すように、第１の実施の形態のＬＥＤ２は、透明エポキシ樹脂８によって、光源である発光素子６を封止するとともに光学面が形成された一体構造となっているが、以降説明のため、発光素子６の中心軸をＺ軸とし、このＺ軸上の発光素子６の上面位置を原点とし、原点でＺ軸にそれぞれ直交するＸ軸とＹ軸を設けた座標系としてある。但し、Ｚ軸は中心軸Ｚとも称す。
【００２１】
即ち、ＬＥＤ２は、Ｘ−Ｙ平面上に絶縁のための間隙を介して配置した一対の銅合金によるリードフレーム５ａ，５ｂのうち、一方のリードフレーム５ａの上記原点位置に発光素子６を銀ペーストを介して実装し、発光素子６の上面の電極とリードフレーム５ｂの先端部とを、金のワイヤ７でボンディングし、さらに、各リードフレーム５ａ，５ｂの一部分、発光素子６、ワイヤ７を、透明エポキシ樹脂８（屈折率１．５５）によって封止すると共に光学面をモールド形成したものである。
【００２２】
このＬＥＤ２の主な特徴は、透明エポキシ樹脂８の形状にある。即ち、透明エポキシ樹脂８は、その上面の中心部分（発光素子６の直上部分）が平坦面９ａとなっており、この平坦面９ａに続いて反射面９ｂが形成され、これによって反射鏡９が構成されている。
【００２３】
反射面９ｂは、原点を焦点としＸ軸を対称軸とする放物線の一部を、中心軸Ｚの周りに回転させた円状の反射形状を成している。なお、平坦面９ａは、発光素子６で発光された光をＺ軸方向へ放射する光学面であり、凹面又は凸面であってもよい。用途に応じては、平坦面９ａが形成されていない構成とすることも可能である。
【００２４】
また、反射面９ｂは、発光素子６に対し、２π｛１−ｃｏｓθｃ（θｃ：前記透光性材料の臨界角）｝以上の立体角を有する。或いは、発光素子６の焦点と反射面９ｂのエッジ位置とを結ぶ斜めの直線Ｌ１と、Ｚ軸との角度θ１が、（９０°−θｃ）以上となっている。
【００２５】
反射面９ｂの直径Ｗは、φ１０ｍｍ以下が好ましい。この理由は、透明エポキシ樹脂８のサイズが大きいと光学的には有利な設計が可能となるが、この場合、樹脂硬化時の残留応力などで熱衝撃に対してクラックが生じやすくなるので、透明エポキシ樹脂８のサイズは小さい方がよいからである。
【００２６】
更に、透明エポキシ樹脂８の側面放射面１０は、原点を中心とする球面の一部を成している。その側面放射面１０における反射面９ｂのエッジ位置と、発光素子６の焦点を水平方向へ延長したＸ軸とを垂直に結ぶ高さＨは、発光素子６の焦点と反射面９ｂのエッジ位置とを結ぶ斜めの直線Ｌ１と、Ｘ軸との角度θ２が、臨界角θｃよりも小さくなるような高さに設定されている。角度θ２は、（θｃ−５°）以下とするのが好ましい。これは、入射角がθｃに至らなくとも、図２１に示すように、θｃ近傍では界面反射が大きいという理由による。
【００２７】
また、上記の（９０°−θｃ）または２π｛１−ｃｏｓθｃ｝は、発光素子６に対して大きな立体角を有するといった意味があるが、もう一方で、発光素子６が発し、直接、側面放射面１０に達した光が界面反射し、迷光とならない範囲という意味がある。仮に、側面放射面１０がテーパーなしの垂直面であるとしても、θ１が（９０°−θｃ）以上であれば、θ２がθｃ以下となり、全反射による迷光は生じない。
【００２８】
ここで、ＬＥＤ２のサイズは、その直径が１０ｍｍ、反射面９ｂの直径Ｗが９ｍｍ、外端部のＺ方向の高さＨが１ｍｍ、Ｚ軸に対する発光素子６の上面から反射面９ｂ、外端部のなす角θ１が７０°であるとする。
【００２９】
また、発光素子６を実装したリードフレーム５ａは、発光素子６の実装部分の近傍から実装面下方へ透明エポキシ樹脂８の外部へ引き出すことによって、そのリードフレーム５ａが透明エポキシ樹脂８に埋まる部分をワイヤ７が露出しない範囲で極力少なくなるようにしてある。なお、他方のリードフレーム５ｂも同様に、細長い平板形状を成し、上記のリードフレーム５ｂの樹脂外部へ引き出す部分と平行に配置されている。
【００３０】
Ｚ軸に垂直な方向への放射、いわゆる側面放射のＬＥＤ２は、広い範囲への光を放射し、且つ十分な放射強度が求められることから、発光素子６は、大電流タイプ（高出力タイプ）のものが用いられている。例えば、図２に示すように、Ｎ型ＧａＰ基板１０１の上に、Ｎ型ＡｌＩｎＧａＰクラッド層１０２、発光する層を有する層１０３、Ｐ型ＡｌＩｎＧａＰクラッド層１０４、Ｐ型ＧａＰウインドウ層１０５が順次形成され、また、Ｐ型ＧａＰウインドウ層１０５の上に、このウインドウ層１０５とオーミック接触するためのＡｕＺｎコンタクト１０６を介してＡｌボンディングパッド（正電極）１０７が形成され、さらに、Ｎ型ＧａＰ基板１０１の下にＡｕ合金電極（負電極）１０８が形成された構造となっている。
【００３１】
このような構造の発光素子６の負電極１０８をリードフレーム５ａに実装し、前述のように正電極１０７とリードフレーム５ｂの先端とをワイヤ７でボンディングして、両電極１０７，１０８間に所定電圧を印加することによって、発光素子６が発光する。この発光は、各クラッド層１０２，１０４の各々で、キャリア（電子とホール）を発光する層を有する層１０３に閉じ込める作用が生じ、発光する層を有する層１０３で、キャリアが再結合されることによって行われる。
【００３２】
また、発光素子６は大電流タイプのものであることから発熱量が多くなる。そこで、第１の実施の形態では、発光素子６が実装されるリードフレーム５ａ，５ｂに、熱伝導率の高い銅合金材料（３００Ｗ／ｍ・ｋ以上）を用い、更に、図１に示したように、埋設部分を極力少なくすることによって、外部への放熱性を高め、発光素子６並びにリードフレーム５ａに熱が極力蓄積されないことにより、発光素子６の温度上昇を抑え、温度に対して負の光出力依存があるＬＥＤ２の光出力の低下を防止することができる。或いは、高めの通電電流設定によるＬＥＤ２の高光出力化を図ることができる。例えば、１００ｍＡを越える大きな電流を流して、大光量の光を得ることが可能となる。
【００３３】
次に、このような構成のＬＥＤ２の発光動作を説明する。
【００３４】
ＬＥＤ２のリードフレーム５ａ，５ｂに電圧を印加すると発光素子６が発光する。発光素子６からの出射光のうち、Ｚ軸に沿って直上に向かった光は、平坦面９ａから透明エポキシ樹脂８をそのまま通り抜けて直進し、外部放射される。また、発光素子６で発光された光のうち反射面９ｂへ至った光は、反射面９ｂへの入射角が大きいため全て全反射されて側面放射面１０に向かう。ここで、反射面９ｂは、前述した反射形状を成すので、反射面９ｂで反射された光は、全てＸ−Ｙ平面に略平行に放射される。そして、側面放射面１０は、発光素子６を中心とする球面の一部を成しているため、その略平行に進む光は、側面放射面１０で僅かに下方向へ屈折するものの、ほぼそのまま略平行に進んでＺ軸周り３６０度の方向に略平面状に放射される。
【００３５】
ここで、図２２（ａ）〜（ｃ）は、標準的な発光素子の光度分布、光束分布、光束積算の特性図であり、横軸は中心軸に対する角度、縦軸はそれぞれ光度比、光束比、光束比である。Ｚ軸に対する外端部のなす角θ１は７０°であるので、発光素子が発する光のうち約８０％が反射面９ｂへ至って反射され、側面放射面１０から略平面状に放射される。また残りの約２０％も側面放射面１０で屈折することなく、Ｚ軸に対し、７０°以上の方向へ放射される。
【００３６】
このように、第１の実施の形態のＬＥＤ２によれば、光源である発光素子６を透明エポキシ樹脂８で封止すると共に、光学面である平坦面９ａ、反射面９ｂ、側面放射面１０をモールド形成し、その反射面９ｂを、発光素子６位置の原点を焦点としＸ軸を対称軸とする放物線の一部を、中心軸Ｚの周りに回転させた形状の反射形状としたので、発光素子６が発した光を理想的な効率で側面放射することができる。
【００３７】
また、透明エポキシ樹脂８の側面放射面１０を、発光素子６を中心とする球面の一部を成す形状としたので、反射面９ｂで反射されて略平行に進む光は、側面放射面１０をほぼそのまま略平行に進んでＺ軸周り３６０度の方向に略平面状に外部放射され、さらに、発光素子６から側面放射面１０に直接向かった光は側面放射面１０で屈折することなくそのままの向きで外部放射される。従って、Ｚ軸に対して小さな角度範囲に放射される光はなく、側面放射面１０から一次光として制御されて側面方向へ外部放射される光の放射効率を、大幅に向上させることができる。
【００３８】
また、透明エポキシ樹脂８の側面放射面１０は、発光素子６を中心とする球面の一部を成しているので、側面放射面１０がテーパー形状となっており、ポッティングモールド又はキャスティングモールド形成時における型抜きを、透明エポキシ樹脂８を破損することなく容易に行うことができる。逆テーパー形状や垂直形状では、型抜きを容易に行うことができず、透明エポキシ樹脂８を破損することもある。従って、現在一般に用いられている製造方法並びに樹脂材料で製造することができ、この際、量産性、特性安定性を向上させることができる。
【００３９】
但し、側面放射面１０は、球面形状でなく、円筒形状の中心側に僅かに傾斜（例えば約４°の勾配）した円錐面の一部を用いた形状としてもよい。この形状でも、型抜きを、透明エポキシ樹脂８を破損することなく容易に行うことができる。この他、型抜きが容易な形状であればよい。
【００４０】
また、反射面９ｂの中央、つまり発光素子６の直上に平坦面９ａを形成し、平坦面９ａの周縁から反射面９ｂのように湾曲させることでＬＥＤ２を、より薄くすることができる。直上平面を形成せずに湾曲させると、発光素子６とこの直上界面との距離を長くしなければならないので、その分、厚くなるが、この点を解消することができる。なお、平坦面９ａに限らず凹面や凸面であってもよい。
【００４１】
また、発光素子６の直上に平坦面９ａを有するので、発光素子６の出射光のうち直上に向かう光（垂直光）を平坦面９ａから外部へ放射することができる。従って、ＬＥＤ２の平坦面９ａと側面放射面１０で構成される照射面全面を照射することができる。
【００４２】
また、反射面９ｂの直径Ｗを、φ１０ｍｍ以下と小さくすることができるので、透明エポキシ樹脂８のサイズが大きい場合に生じる樹脂硬化時の残留応力が起因する熱衝撃によるクラックの発生を無くすことができる。
【００４３】
また、ＬＥＤ２は、用途に応じては、平坦面９ａが形成されていない構成とすることも可能である。この場合、Ｚ軸方向へ光は放射されないが、発光素子６で発光された光を、上記同様に反射面９ｂで側面放射面１０方向へ反射させることができる。
【００４４】
また、反射面９ｂは、原点を焦点としＸ軸を対称軸とする放物線の一部を、中心軸Ｚの周りに回転させた円状の反射形状を成しているとしたが、中心軸Ｚに対し、放物線の対称軸が９０°未満の傾きとなる放物線の一部を、中心軸Ｚの周りに回転させた円状の反射形状を成していてもよい。この反射面の形状では、反射光は斜め上方へも反射されることになる。この反射面を有するＬＥＤの使用用途については、後述の第２の実施の形態の変形例で説明する。
【００４５】
更に、反射面９ｂは、発光素子６又は、その周囲を焦点とする楕円、放物線、双曲線の何れか１つの一部を、発光素子６の中心軸Ｚ周りに回転させた形状であってもよい。更には、図４にＬ２で示すように、放物線上の複数の点を直線で接続した線分の一部を、中心軸Ｚ周りに回転させた形状であってもよい。また、中心軸Ｚ周りに回転させた形状以外にも、中心軸Ｚ方向から見て楕円形状となるもの、その他、発光素子６から発した光を有効に側面方向へ放射できるものであれば非軸対称形状であってもよい。
【００４６】
リードフレーム５ａ，５ｂを銅合金材料（熱伝導率３００Ｗ／ｍ・ｋ以上）と説明したが、他の熱伝導度の高い材料でも良く、３００Ｗ／ｍ・ｋ以上でなくても良い。また、発光素子６を大電流タイプとしない場合は鉄合金などを用いても良い。
【００４７】
この他、ＬＥＤ２の第１の変形例として、図５（ａ）の平面図並びに（ｂ）の断面図に示すＬＥＤ２ａのように、一対のリードフレーム１２２ａ，１２２ｂの内、発光素子６が実装されるリードフレーム１２２ａを、透明エポキシ樹脂８との境界でクラックが生じないように、発光素子６の熱を広範囲に伝導して分散させることが可能な広面積を有すると共に、その広面積部分の縁に繋がる細長い平板形状を形成し、この細長い平板形状を縁の部分で下方に折り曲げて透明エポキシ樹脂８の外部へ引き出し、樹脂８への埋設部分を極力少なくしてもよい。なお、図５の例では、広面積部分を、一対で円形状となるようにしたが、熱を分散できる広面積を有していれば、他どの様な形状であっても良い。
【００４８】
このような構成のＬＥＤ２ａにおいては、発光素子６が実装されるリードフレーム１２２ａの透明エポキシ樹脂８に封止された部分が、発光素子６の熱を広範囲に伝導して分散させる広面積となっているので、発光素子６が大電流タイプで発熱量が多いものでも、発光素子６から直接透明エポキシ樹脂８に伝導する熱、並びに発光素子６からリードフレーム１２２ａを介して透明エポキシ樹脂８に伝導する熱を、広面積のリードフレーム１２２ａ全体に分散させることができる。
【００４９】
更に、リードフレーム１２２ａにおける発光素子６の実装面を、発光素子６から下方へ放射された光を反射する反射面とすることができるので、光学的に有利となる。
【００５０】
次に、ＬＥＤ２の第２の変形例として、図６に示すＬＥＤ２ｂのように、発光素子６を小形状の透明シリコン樹脂８ｓで封止した後に、透明エポキシ樹脂８で封止してもよい。この場合、発光素子６を、一旦小形状の透明シリコン樹脂８ｓで封止するので、残留応力をより緩和させることができ、寿命を長くさせることが可能となる。また、透明シリコン樹脂８ｓに、蛍光体を混入させても良く、透明シリコン樹脂８ｓ以外の透光性材料を用いても良い。
【００５１】
次に、ＬＥＤ２の第３の変形例として、図７に示すように、ＬＥＤ２ｃにおいて、一対のリードフレーム１２ｂ，１２ｃを発光素子６の周辺のみ凹ませて反射面とする。但し、一対のリードフレーム１２ｂ，１２ｃの平面形状は、図５に示したリードフレーム１２２ａ，１２２ｂと同様であるとする。
【００５２】
これによって、ＬＥＤ２の基本形においては、発光素子６の直上方向にのみ光が放射されていたのに対して、ＬＥＤ２ｃにおいては、発光素子６の周囲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、見栄えが向上するという効果が得られる。
【００５３】
次に、ＬＥＤ２の第４の変形例として、図８に示すように、ＬＥＤ２ｄにおいて、一対のリードフレーム１３ａ，１３ｂにハーフエッチングやスタンピングパターンにより、図示するような鋸歯状のパターンを設けることによって、発光素子６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。但し、一対のリードフレーム１３ａ，１３ｂの平面形状は、図５に示したリードフレーム１２２ａ，１２２ｂと同様であるとする。
【００５４】
このようにリードフレーム１３ａ，１３ｂに複数の同心円反射鏡を形成することにより、上記第３の変形例と同様に、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８とリードフレーム１３ａ，１３ｂ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。
【００５５】
次に、ＬＥＤ２の第５の変形例として、図９に示すように、ＬＥＤ２ｅにおいて、透明エポキシ樹脂８による封止部分の側面形状を変更しても良い。基本例の側面放射面１０は、発光素子６を中心とする球面形状の一部であり、発光素子６から出た光は側面放射面１０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。この第５の変形例においては、側面１４は発光素子６を一方の焦点とする楕円体表面の一部を成しており、発光素子６から出た光は側面１４において直進方向に対してやや下方に屈折する。
【００５６】
次に、ＬＥＤ２の第６の変形例として、図１０に示すように、ＬＥＤ２ｆにおいて、反射面９ｂにおける側方への反射を、透明エポキシ樹脂８と空気の境界面における全反射によらず、上面９ｃにメッキ、蒸着等を施した金属反射膜１５を付着させても良い。この場合には、発光素子６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９ｃの中心部分まで全て発光素子６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。
【００５７】
次に、ＬＥＤ２の第７の変形例として、図１１に示すように、ＬＥＤ２ｇを、基本形の反射鏡９よりも直径を小さくして形成した概略円柱形状の反射鏡９ｄの外周に、別体の環状反射鏡９ｅを形成して、反射鏡９ｆを形成した。この反射鏡９ｆを形成する場合、例えば第１の樹脂封止用金型に、前述したように発光素子６が実装され、且つワイヤボンディングされた一対のリードフレーム５ａ，５ｂ（またはリードフレーム１２２ａ，１２２ｂ）をセットし、透明エポキシ樹脂８ａを流し込んで硬化する。この硬化によって形成された反射鏡９ｄを第２の樹脂封止用金型にセットし、透明エポキシ樹脂８ｂを流し込んで硬化することによって環状反射鏡９ｅを形成する。なお、予め個々に作製した概略円柱形状の反射鏡９ｄに、環状反射鏡９ｅを嵌め込んで形成しても良い。
【００５８】
このように形成された反射鏡９ｆの外形は、基本形９と同様である。従って、環状反射鏡９ｅの外側面は、基本形９と同様に発光素子６を中心とする球面の一部を成す形状となっている。また、概略円柱形状の反射鏡９ｄと環状反射鏡９ｅとの境界は、この例では図示するように垂直としたが、基本形９と同じく発光素子６を中心とする球面の一部を成す形状としても良い。
【００５９】
このようなＬＥＤ２ｇによれば、発光素子６、ボンディングワイヤ７および一対のリードフレーム５ａ，５ｂを封止する透明エポキシ樹脂を、第１と第２の透明エポキシ樹脂８ａ，８ｂに分離したので、各々の樹脂８ａ，８ｂの体積が基本形の透明エポキシ樹脂８よりも小さくなり、各々の残留応力を小さくすることができる。つまり、発光素子６並びに発光素子６からリードフレーム５ａを介して各々の透明エポキシ樹脂８ａ，８ｂに熱が伝導しても、各々の残留応力は小さく個別のものなので、熱により触発される残留応力による熱膨張を小さくすることができる。従って、熱膨張によって、発光素子６並びにリードフレーム５ａと透明エポキシ樹脂８ａとの境界でクラックが生じるといったことを防止することができる。
【００６０】
さらに、図７〜図１０に示したＬＥＤ２ｃ〜２ｆに、第７の変形例で説明した透明エポキシ樹脂を分割して反射鏡を形成する構成を採用しても、同様にクラックの発生を防止することができる。
【００６１】
（第２の実施の形態）
図１２は、本発明の第２の実施の形態に係るＬＥＤを用いたＬＥＤライトの全体構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ｂ）のＰ部分の拡大図である。
【００６２】
図１２に示すように、ＬＥＤライト１は、円盤形状の本体の中心に、図１に示したＬＥＤ２を搭載し、このＬＥＤ２の周囲に同心円の階段状の反射面３ａが形成された反射鏡３で囲んだ構造を成している。以降、ＬＥＤ２の反射鏡９を第１の反射鏡９、上記の反射鏡３を第２の反射鏡３と称す。
【００６３】
第２の反射鏡３は、透明アクリル樹脂で成形した後、上面にアルミ蒸着を施すことによって反射面３ａを形成している。各反射面３ａは、図１２（ｃ）に示すように、Ｘ−Ｙ平面に対して約４５度に傾斜している。
【００６４】
次に、このような構成のＬＥＤ２を用いた応用例であるＬＥＤライト１の発光動作を、図１２を参照して説明する。
【００６５】
第１の実施の形態において図１を参照して説明したように、ＬＥＤ２からＸ−Ｙ平面に略平行に放射された光は、第２の反射鏡３の略４５度の傾斜を有する反射面３ａで略Ｚ軸方向へ反射され、外部へ放射される。
【００６６】
このように、ＬＥＤ２と第２の反射鏡３との組合せによって、大面積で薄型の灯具であるＬＥＤライト１とすることができる。更に、ＬＥＤ２に代え、第１〜第７の変形例のＬＥＤ２ａ〜２ｇの何れかを用いても、同様な効果を奏すことが可能となる。
【００６７】
また、ＬＥＤライト１において、ＬＥＤ２と第２の反射鏡３との関係は、図１３の（ａ）及び（ｂ）に比較例を示すように、ＬＥＤ２が第２の反射鏡３に対して小さい方が概して望ましい。これは、ＬＥＤ２が中央部のみが発光点ｏとして視認され、（ａ）に示す内径の小さい第２の反射鏡３は、ほぼ全体が発光して視認されるが、（ｂ）に示す内径の大きい第２の反射鏡３は、中抜けした発光として視認されることになる。
【００６８】
本ＬＥＤ２は、径を小さくすることができるので、（ａ）に示すような第２の反射鏡３との関係でＬＥＤライト１を構成することができる。従って、ほぼ全体が発光して見えるようにすることが可能となる。
【００６９】
但し、（ｂ）に示す内径の大きい第２の反射鏡３を用いる場合は、図７に示したＬＥＤ２ｃ又は図８に示したＬＥＤ２ｄを用いれば、ほぼ全体が発光して見えるようにすることが可能となる。
【００７０】
この他、ＬＥＤライト１の第１の変形例として、図１４に示すように、反射面９ｂに環状のレンズ９ｈを形成して、発光素子６で発光された光を平坦面９ａ以外に上方へ放射するＬＥＤ２ｈを、（ｂ）の構成に用いても良い。
【００７１】
次に、ＬＥＤライト１の第２の変形例として、図１５に示すＬＥＤライト１ａがある。このＬＥＤライト１ａに用いられているＬＥＤ２ｉがＬＥＤ２と異なる点は、反射面９ｂが発光素子６を焦点としない放物線の一部を中心軸Ｚの周りに回転させた円状の反射形状を成す。これによって、ＬＥＤ２では発光素子６から出射されて反射される光が、略平行光であったのに対し、ＬＥＤ２ｉでは拡がった光となる。この際にもＬＥＤ２と同様、側面放射面１０から一次光として制御されて外部放射されるので、この結果、図１６に示す配光が得られる。なお、高さｈ１が図１２（ｂ）のｈよりも高い第２の反射鏡３ｃを組み合わせて構成する必要がある。但し、ＬＥＤ２ｉにおいては、側面での全反射または大きな界面反射が生じない範囲で、発光素子６に対する反射面の大きさを小さくしてもかまわない。
【００７２】
なお、図２１に側面放射面１０への入射角に対する透過度を示す。臨界角：θｃである４０°余りで全反射となり透過度は０％となるが、θｃ−５°以上でも全反射とはならないものの、界面反射影響が大きい。このため、側面放射面１０への入射角はθｃ−５°がさらに望ましい。
【００７３】
このようなＬＥＤライト１ａにおいては、ＬＥＤ２ｈから光が、効率よく水平方向並びに斜め上方へも放射され、この放射光が第２の反射鏡３ｃの反射面３ａで反射されるので、ＬＥＤライト１ａを奥行き感のある灯具とすることができる。この際にも、９０°−θｃとすることで、迷光ロスの無い有効な外部放射を考慮した。
【００７４】
次に、ＬＥＤライト１の第３の変形例として、図１７の（ａ）〜（ｄ）に示すように、ＬＥＤライト１ｂの第２の反射鏡３ａを、上記図１に示した基本例の第２の反射鏡３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１７（ａ）に示すように、円形の第２の反射鏡３ｄを扇形に分割して、図１７（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すように、ＬＥＤ２（又はＬＥＤ２ｂ〜２ｆの何れか）から反射面２３ａ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。なお、この第３の変形例においては、各扇形において、それぞれ一段の反射面２３ａでＬＥＤ２からの光を全て反射しなければならないので、図１７（ｂ）〜（ｄ）に示す各反射面２３ａの高さは、同図（ｂ）に示すように基本例である円形階段形反射鏡３の全体の高さｈと同じ高さにする必要がある。
【００７５】
次に、ＬＥＤライト１の第４の変形例として、図１８の（ａ）〜（ｃ）に示すように、ＬＥＤライト１ｃの第２の反射鏡３ｅを、扇形に分割してそれぞれ長さを変えることによって、第２の反射鏡３ｅ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１８（ｂ），（ｃ）に示すように、最も短い扇形においては、反射面２６ａから次の反射面２６ａ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２６ａから次の反射面２６ａまでの長さを√２Ｌとする。これによって、図１８（ａ）に示すように、概略正方形状の第２の反射鏡３ｅを形成することができる。
【００７６】
例えば、基本形のＬＥＤライト１の応用として、図１９に示すように、図１２に示した円形のＬＥＤライト１を正方形またはその一部に切断して、断片１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ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型のＬＥＤライト１１とすることができる。
【００７７】
このように、複数の正方形のＬＥＤライト１１ａ，…を連結する場合でも、図１８に示したＬＥＤライト１ｃを用いれば、円形のＬＥＤライト１ｃ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、概略円柱形状のＬＥＤ２，２ａ〜２ｉ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２６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。
【００７８】
このような利点を有するＬＥＤライト１ｃを用いて、例えば図２０に示すような自動車のテールライトやブレーキライト等に適用できる車両用の灯具１１０を形成すれば、より明るい灯具を形成することができる。灯具１１０は、内部が空洞となったカバー１１１の中に、矢印Ｙ１で指示する方向の正面位置が各々異なる３段２列の階段状の台座１１２を形成し、この台座１１２の正面にＬＥＤライト１ｂを固定し、カバー１１１の内壁１１１ａと、台座１１２の上面１１２ｂおよび側面１１２ｃにアルミメッキを施して形成されている。
【００７９】
即ち、カバー１１１の内面全てが光を効率よく反射するので、ＬＥＤライト１ｃから半球全ての方向に放射される光が効率よく反射され、より明るい灯具を形成することができる。また、ＬＥＤライト１ｃから放射された光は、カバー１１１の内壁１１１ａの側面や、台座１１２の側面１１２ｃにも反射するので、矢印Ｘ１で指示する横方向からも出射される。従って、自動車のテールライトやブレーキライトに適用すれば、自動車の真後ろだけでなく、横方向からの光の視認性も向上させることができる。
【００８０】
上記第１及び第２の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。また、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。さらに、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、上記実施の形態に限定されるものではない。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、リードフレームに実装された発光素子を透光性材料で封止し、この封止手段に発光素子の発光面と対向する位置に配置され、発光素子から発光された光を側面放射面へ反射する反射面を形成した発光ダイオードにあって、反射面は、発光素子に対し、２π｛１−ｃｏｓθｃ（θｃ：前記透光性材料の臨界角）｝以上の立体角を有し、側面放射面は、反射面で反射された光と、発光素子から発光された光とがθｃ以内で入射される形状を成すようにした。
【００８２】
従って、反射面で反射されて略平行に進む光は、側面放射面をほぼそのまま略平行に進んで発光素子の中心軸周り３６０度の方向に略平面状に外部放射され、さらに、発光素子から側面放射面に直接向かった光は側面放射面で屈折することなくそのままの向きで外部放射される。従って、中心軸に対して小さな角度範囲に放射される光はなく、側面放射面から一次光として制御されて外部放射される光の放射効率を、大幅に向上させることができる。
【００８３】
また、ＬＥＤライトにおいても、上記の発光ダイオードを備え、この発光ダイオードから放射される光を反射する反射鏡を備えたので、発光ダイオードの側面放射面から一次光として制御されて外部放射される放射効率の高い光を、反射鏡で反射させるので、この反射による放射効率を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るＬＥＤ（発光ダイオード）の構成を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図２】実施の形態１に係るＬＥＤに用いられる発光素子の構成を示す断面図である。
【図３】リードフレームを水平方向に引き出した場合のＬＥＤの断面図である。
【図４】実施の形態１に係るＬＥＤの配光特性を示す図である。
【図５】実施の形態１に係るＬＥＤの第１の変形例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。
【図６】実施の形態１に係るＬＥＤの第２の変形例を示す断面図である。
【図７】実施の形態１に係るＬＥＤの第３の変形例を示す断面図である。
【図８】実施の形態１に係るＬＥＤの第４の変形例を示す断面図である。
【図９】実施の形態１に係るＬＥＤの第５の変形例を示す説明図である。
【図１０】実施の形態１に係るＬＥＤの第６の変形例を示す部分拡大図である。
【図１１】実施の形態１に係るＬＥＤの第７の変形例を示す断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係るＬＥＤを用いたＬＥＤライトの全体構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ｂ）のＰ部分の拡大図である。
【図１３】第２の実施の形態に係るＬＥＤを用いたＬＥＤライトにおいて、ＬＥＤと第２の反射鏡とのサイズの関係を示す図であり、（ａ）は小径のＬＥＤを用いた様子を示し、（ｂ）は大径のＬＥＤを用いた様子を示す図である。
【図１４】第２の実施の形態に係るＬＥＤライトの第１の変形例に用いられるＬＥＤのを示す断面図である。
【図１５】第２の実施の形態に係るＬＥＤライトの第２の変形例を示す断面図である。
【図１６】上記第２の変形例のＬＥＤライトに用いられるＬＥＤの配光特性を示す図である。
【図１７】第２の実施の形態に係るＬＥＤライトの第３の変形例を示す図であり、（ａ）は平面図、（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１８】第２の実施の形態に係るＬＥＤライトの第４の変形例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ断面図、（ｃ）は（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。
【図１９】第２の実施の形態に係る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２０】ＬＥＤライトの第３の変形例によるＬＥＤライトを複数組み合わせて形成した車両用の灯具の構造を示す斜視図である。
【図２１】ＬＥＤの入射角と透過率との関係図である。
【図２２】標準的な発光素子（２０ｍｉｌ及び１４ｍｉｌの場合）の光度分布、光束分布、光束積算の特性図である。
【図２３】従来のＬＥＤの構成を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ　ＬＥＤライト
２，２ａ〜２ｉ，２００　ＬＥＤ（発光ダイオード）
３，３ａ，３ｃ，２３，２６　第２の反射鏡
５ａ，５ｂ，１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，１２０ａ，１２０ｂ，１２２ａ，１２２ｂ，２０５ａ，２０５ｂ　リードフレーム
６，２０６　発光素子
７，２０７　ボンディングワイヤ
８，８ａ，８ｂ，２０８　透明エポキシ樹脂（光透過性材料）
８ｓ　透明シリコン樹脂
９，９ｆ，２０９　第１の反射鏡
９ａ　平坦面
９ｂ，２１０　反射面
９ｃ　上面
９ｄ　概略円柱形状の反射鏡
９ｅ　環状反射鏡
９ｈ　環状レンズ
１０　側面放射面
１２ｂ，１２ｃ，１３ａ，１３ｂ　第３の反射鏡
１５　金属面
１０１　Ｎ型ＧａＰ基板
１０２　Ｎ型ＡｌＩｎＧａＰクラッド層
１０３　発光する層を有する層
１０４　Ｐ型ＡｌＩｎＧａＰクラッド層
１０５　Ｐ型ＧａＰウインドウ
１０６　ＡｕＺｎコンタクト
１０７　Ａｌボンディングパッド（正電極）
１０８　Ａｕ合金電極（負電極）
１１０　車両用の灯具
１１１　カバー
１１１ａ　カバーの内壁
１１２　台座
１１２ｂ　台座の上面
１１２ｃ　台座の側面[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a light emitting diode and an LED light used as a lighting device and a display device in a wide range of fields such as a tail light and a brake light of an automobile, a warning lamp and a sign for construction, and the like.
[0002]
[Prior art]
Conventional light-emitting diodes (also referred to as LEDs) include, for example, those shown in FIGS. The LED 200 includes lead frames 205a and 205b, a light emitting element (LED chip) 206 mounted on the lead frame 205a, and an epoxy resin 208 for sealing the light emitting element 206.
[0003]
In the light emitting element 206, a first electrode (for example, an n-electrode) is connected to a lead frame 205a, and a second electrode (for example, a p-electrode) is connected to a lead frame 205b by a bonding wire 207.
[0004]
The light-emitting element 206 is located at the origin of the three-dimensional coordinate axes X, Y, and Z. The central axis of the light-emitting element 206 matches the Z-axis. It is parallel to the XY plane formed by the axis. The epoxy resin 208 has a reflection surface 210 formed by an inverted conical dent that forms an angle of 45 ° with the Z axis, and a light emitting side surface 209 that makes the whole cylindrical.
[0005]
In the above configuration, light emitted from the light emitting element 206 is reflected by the reflection surface 210 and emitted by the side surface 209 as light a parallel to the XY plane. The light a parallel to the XY plane is control light whose reflection angle is controlled including substantially parallel light. For example, this light is used as primary light (light as designed), and this primary light is not shown. Secondary light that is reflected by the external reflection surface so as to be substantially parallel to the Z axis is formed, and this secondary light can be used, for example, as display light of a tail light.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional LED 200, light cannot be emitted in the side direction as primary light under light control. That is, the reflection surface 210 is located away from the light emission surface of the light emitting element 206, and the height in the Z-axis direction increases linearly as the distance from the Z-axis increases. Therefore, the reflection surface 210 cannot have a large solid angle with respect to the light emitting element 206. For example, assuming that the outer diameter of the LED 200 is 5 mm, the light emitting element 206 is a standard light distribution, and the inverted conical light reflecting surface 210 is formed 1.5 mm above the upper surface of the light emitting element 206. Light in a range of about 35 ° from the axis (solid angle: about 1.1 strad), that is, light of 20 to 30% of the total light amount, reaches the reflection surface 210, and the remaining light is directly transmitted from the light emitting element 206 to the side surface 209. It is radiated.
[0007]
A part of the light reflected by the reflection surface 210 is reflected in the side direction as shown by a, and is radiated outside from the side surface 209, but is refracted greatly by the side surface 209 as shown in b and c. Most of the light is radiated externally in a direction other than the side surface direction, and furthermore, the light is reflected as an interface at the side surface 209 and becomes stray light without being radiated from the side surface 209 as indicated by d. Further, of the light emitted from the light emitting element 206, light that does not reach the reflection surface 210 directly reaches the side surface 209. Then, a part of the light is externally radiated from the side surface 209 as shown in e, but the light is largely refracted by the side surface 209 as shown in g and is externally radiated in a direction other than the lateral direction. The light reflected at the side surface 209 at the interface as shown in FIG. Therefore, the conventional LED 200 has a problem that the radiation efficiency of light in the side direction is low.
[0008]
The present invention has been made in view of the above point, and an object of the present invention is to provide a light emitting diode and an LED light that can control and improve the radiation efficiency of light emitted externally.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a light emitting diode according to the present invention includes a light emitting element mounted on a power supply unit, which is sealed with a sealing member made of a light-transmitting material, and receives light emitted from a light emitting surface of the light emitting element. In a light emitting diode configured by forming a sealing surface and a reflecting surface that reflects the light, and a side surface emitting surface that emits light reflected from the reflecting surface and direct light from the light emitting element, the reflecting surface includes: The light emitting device has a solid angle of 2π {1−cos θc (θc: critical angle of the translucent material)} or more, and the side emission surface has an incident angle of light reflected by the reflection surface. And an incident angle of the direct light emitted from the light emitting element is formed to be smaller than the angle θc, and the light emitted from the light emitting element is incident and emitted to the outside. When the reflection surface has a solid angle of 2π {1−cos θc} or more, control to radiate half or more of the light emitted from the light emitting element in the side direction can be performed. In addition, when the angle of the reflected light or the direct light incident on the side emission surface has an angle smaller than θc, the incident light is not reflected on the side emission surface and is radiated to the outside. It can be carried out.
[0010]
The reflecting surface rotates a part of Z = f (X) about a central axis of the light emitting element on a plane defined by an X axis orthogonal to a central axis (Z axis) of the light emitting element. Z = f (X) is Δd ² f (X) / dX ² ｝ <0. Thus, Z = f (X) becomes ｛d ² f (X) / dX ² When｝ <0, when the reflecting surface has the same diameter, the incident angle on the side emission surface can be small even if the solid angle is large with respect to the light emitting element.
[0011]
Further, the reflection surface is characterized in that the light emitting element or an ellipse having a focal point around the light emitting element, a part of any one of a parabola, and a hyperbola is rotated around a central axis of the light emitting element. I have. This is ² f (X) / dX ² Among the curves represented by 曲線 <0, it means a general shape that can be actually used.
[0012]
Further, the reflection surface has a light extraction surface immediately above the light emitting element. When the light extraction surface is provided, light can be extracted from the central portion of the reflection surface. The reflecting surface can be formed close to the light emitting element, and when the reflecting surface has the same diameter, a large solid angle can be obtained for the light emitting element.
[0013]
Further, the reflection surface has a diameter of 10 mm or less. In this case, the mold formability is improved by downsizing. When observing from the Z-axis direction, the area of the reflection surface that does not emit light can be reduced.
[0014]
Further, the side emission surface has a slope inclined toward the light emitting element.
[0015]
Further, the side emission surface forms a part of a spherical surface centered on the light emitting element.
[0016]
Further, the lead frame is formed of a conductive material having a thermal conductivity of 300 W / m · k or more, and is drawn out from a lower surface of the sealing means.
[0017]
Further, the LED light of the present invention has a light-emitting element mounted on the power supply means sealed with a sealing member made of a light-transmitting material, and a light-emitting surface of the light-emitting element receiving and reflecting radiated light. And a side emission surface that emits light reflected from the reflection surface and direct light from the light emitting element is formed on the sealing member, and the reflection surface is 2π ｛1- cos θc (θc: critical angle of the translucent material)｝ or more, and the side emitting surface has an incident angle of the reflected light reflected by the reflecting surface and a direct light emitted from the light emitting element. A light emitting diode that is formed to have an angle of incidence smaller than the angle θc and that emits light emitted from the light emitting element and emits the light to the outside; and a reflecting mirror that reflects light emitted from the light emitting diode. It is characterized by having.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0019]
(First Embodiment)
FIGS. 1A and 1B are diagrams showing a configuration of an LED (light emitting diode) according to a first embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a sectional view and FIG. 1B is a plan view.
[0020]
As shown in FIG. 1, the LED 2 of the first embodiment has an integrated structure in which a light emitting element 6 as a light source is sealed with a transparent epoxy resin 8 and an optical surface is formed. Therefore, the coordinate system is such that the central axis of the light emitting element 6 is the Z axis, the upper surface position of the light emitting element 6 on the Z axis is the origin, and the X axis and the Y axis are respectively orthogonal to the Z axis at the origin. However, the Z axis is also referred to as a center axis Z.
[0021]
That is, the LED 2 is configured such that the light emitting element 6 is formed of the silver paste at the origin position of one of the lead frames 5a and 5b made of a copper alloy disposed on the XY plane with a gap for insulation therebetween. And bonding the electrode on the upper surface of the light emitting element 6 and the tip of the lead frame 5b with a gold wire 7, and furthermore, a part of each of the lead frames 5a and 5b, the light emitting element 6, and the wire 7 The optical surface is molded with a transparent epoxy resin 8 (refractive index: 1.55) and molded.
[0022]
The main feature of the LED 2 is the shape of the transparent epoxy resin 8. That is, the transparent epoxy resin 8 has a flat surface 9a at the center of the upper surface (directly above the light emitting element 6), and a reflecting surface 9b is formed following the flat surface 9a, whereby the reflecting mirror 9 is formed. It is configured.
[0023]
The reflection surface 9b has a circular reflection shape in which a part of a parabola having the origin as a focal point and the X axis as a symmetric axis is rotated around a central axis Z. Note that the flat surface 9a is an optical surface that emits light emitted by the light emitting element 6 in the Z-axis direction, and may be a concave surface or a convex surface. Depending on the application, a configuration in which the flat surface 9a is not formed is also possible.
[0024]
The reflection surface 9b has a solid angle of 2π {1-cos θc (θc: critical angle of the translucent material)} or more with respect to the light emitting element 6. Alternatively, the angle θ1 between the oblique line L1 connecting the focal point of the light emitting element 6 and the edge position of the reflection surface 9b and the Z axis is (90 ° −θc) or more.
[0025]
The diameter W of the reflecting surface 9b is preferably φ10 mm or less. The reason for this is that if the size of the transparent epoxy resin 8 is large, an optically advantageous design is possible, but in this case, cracks easily occur due to thermal shock due to residual stress or the like when the resin is cured. This is because the smaller the size of the epoxy resin 8, the better.
[0026]
Further, the side emission surface 10 of the transparent epoxy resin 8 forms a part of a spherical surface centered on the origin. The height H vertically connecting the edge position of the reflection surface 9b on the side emission surface 10 and the X-axis obtained by extending the focal point of the light emitting element 6 in the horizontal direction is determined by the focal point of the light emitting element 6 and the edge position of the reflection surface 9b. Is set so that the angle θ2 between the oblique straight line L1 connecting X and the X axis is smaller than the critical angle θc. The angle θ2 is preferably equal to or smaller than (θc−5 °). This is because even if the incident angle does not reach θc, interface reflection is large near θc as shown in FIG.
[0027]
The above (90 ° −θc) or 2π {1−cos θc} has the meaning of having a large solid angle with respect to the light emitting element 6, but on the other hand, the light emitting element 6 emits and directly emits the side emission. There is a meaning that light reaching the surface 10 is reflected at the interface and does not become stray light. Even if the side emission surface 10 is a vertical surface without taper, if θ1 is equal to or more than (90 ° −θc), θ2 is equal to or less than θc, and stray light due to total reflection does not occur.
[0028]
Here, the size of the LED 2 is 10 mm in diameter, the diameter W of the reflection surface 9 b is 9 mm, the height H in the Z direction of the outer end is 1 mm, the upper surface of the light emitting element 6 with respect to the Z axis is the reflection surface 9 b, the outer end It is assumed that the angle θ1 formed by the portions is 70 °.
[0029]
The lead frame 5a on which the light emitting element 6 is mounted is pulled out from the vicinity of the mounting portion of the light emitting element 6 to the outside of the transparent epoxy resin 8 below the mounting surface, so that the portion where the lead frame 5a is buried in the transparent epoxy resin 8 is removed. The number is minimized as far as the wire 7 is not exposed. Similarly, the other lead frame 5b also has an elongated flat plate shape, and is arranged in parallel with a portion of the lead frame 5b to be drawn out of the resin.
[0030]
Since the LED 2 that emits light in the direction perpendicular to the Z axis, that is, the side emission, emits light in a wide range and requires a sufficient radiation intensity, the light emitting element 6 is of a large current type (high output type). Is used. For example, as shown in FIG. 2, an N-type AlInGaP cladding layer 102, a layer 103 having a light-emitting layer, a P-type AlInGaP cladding layer 104, and a P-type GaP window layer 105 are sequentially formed on an N-type GaP substrate 101. Further, an Al bonding pad (positive electrode) 107 is formed on the P-type GaP window layer 105 via an AuZn contact 106 for making ohmic contact with the window layer 105, and further, under the N-type GaP substrate 101. In this case, an Au alloy electrode (negative electrode) 108 is formed.
[0031]
The negative electrode 108 of the light emitting element 6 having such a structure is mounted on the lead frame 5a, and the positive electrode 107 and the tip of the lead frame 5b are bonded with the wire 7 as described above, so that a predetermined distance is provided between the two electrodes 107 and 108. By applying the voltage, the light emitting element 6 emits light. This light emission has the effect of confining carriers (electrons and holes) in the layer 103 having a light emitting layer in each of the cladding layers 102 and 104, and the carriers are recombined in the layer 103 having a light emitting layer. Done by
[0032]
Further, since the light emitting element 6 is of a large current type, the amount of heat generated increases. Therefore, in the first embodiment, the lead frames 5a and 5b on which the light emitting elements 6 are mounted are made of a copper alloy material having a high thermal conductivity (300 W / m · k or more), and are further shown in FIG. As described above, by reducing the buried portion as much as possible, the heat radiation to the outside is enhanced, and since the heat is not accumulated in the light emitting element 6 and the lead frame 5a as much as possible, the temperature rise of the light emitting element 6 is suppressed, and the negative effect on the temperature is suppressed. Can be prevented from lowering the light output of the LED 2 which depends on the light output. Alternatively, it is possible to increase the light output of the LED 2 by setting a higher conduction current. For example, a large amount of light can be obtained by passing a large current exceeding 100 mA.
[0033]
Next, the light emitting operation of the LED 2 having such a configuration will be described.
[0034]
When a voltage is applied to the lead frames 5a and 5b of the LED 2, the light emitting element 6 emits light. Of the light emitted from the light emitting element 6, light directed directly upward along the Z axis passes straight through the transparent epoxy resin 8 as it is from the flat surface 9a, and is emitted outside. Further, of the light emitted from the light emitting element 6, the light that reaches the reflection surface 9 b is totally reflected and travels toward the side emission surface 10 because the angle of incidence on the reflection surface 9 b is large. Here, since the reflection surface 9b has the above-described reflection shape, all the light reflected by the reflection surface 9b is emitted substantially parallel to the XY plane. Since the side emission surface 10 forms a part of a spherical surface centered on the light emitting element 6, light traveling substantially parallel to the side emission surface 10 is slightly refracted downward by the side emission surface 10, but almost as it is. The light is emitted in a substantially planar shape in a direction of 360 degrees around the Z axis, proceeding substantially in parallel.
[0035]
Here, FIGS. 22A to 22C are characteristic diagrams of luminous intensity distribution, luminous flux distribution, and luminous flux integration of a standard light emitting element, in which the horizontal axis represents an angle with respect to the central axis, and the vertical axis represents the luminous intensity ratio and the luminous flux, respectively. Ratio and luminous flux ratio. Since the angle θ1 formed by the outer end with respect to the Z axis is 70 °, about 80% of the light emitted from the light emitting element reaches the reflecting surface 9b and is reflected, and is emitted from the side emission surface 10 in a substantially planar shape. The remaining about 20% is also emitted in the direction of 70 ° or more with respect to the Z axis without being refracted by the side emission surface 10.
[0036]
As described above, according to the LED 2 of the first embodiment, the light emitting element 6 as the light source is sealed with the transparent epoxy resin 8, and the flat surface 9a, the reflection surface 9b, and the side emission surface 10 as the optical surfaces are sealed. A mold is formed, and the reflection surface 9b is formed as a reflection shape in which a part of a parabola having a focal point at the origin of the position of the light emitting element 6 and an axis of symmetry as the X axis is rotated around the central axis Z. The light emitted from the element 6 can be radiated to the side with ideal efficiency.
[0037]
In addition, since the side emission surface 10 of the transparent epoxy resin 8 has a shape that forms a part of a spherical surface centered on the light emitting element 6, light reflected by the reflection surface 9b and traveling substantially in parallel passes through the side emission surface 10. The light that proceeds substantially in parallel and is emitted externally in a substantially planar shape in a direction of 360 degrees around the Z axis, and the light that is directly directed from the light emitting element 6 to the side emission surface 10 is not refracted by the side emission surface 10 but remains as it is. Emitted externally in orientation. Accordingly, no light is emitted in a small angle range with respect to the Z axis, and the radiation efficiency of light that is controlled as primary light from the side emission surface 10 and is externally emitted in the side direction can be significantly improved.
[0038]
Further, since the side emission surface 10 of the transparent epoxy resin 8 forms a part of a spherical surface centered on the light emitting element 6, the side emission surface 10 has a tapered shape, and is used when a potting mold or a casting mold is formed. Can be easily performed without damaging the transparent epoxy resin 8. In the case of the inverted tapered shape or the vertical shape, the die cannot be easily removed, and the transparent epoxy resin 8 may be damaged. Therefore, it can be manufactured using a manufacturing method and a resin material generally used at present, and in this case, mass productivity and characteristic stability can be improved.
[0039]
However, the side emission surface 10 may not be a spherical shape but may be a shape using a part of a conical surface slightly inclined (for example, an inclination of about 4 °) toward the center of the cylindrical shape. Even with this shape, the die can be easily cut without damaging the transparent epoxy resin 8. In addition, any shape may be used as long as the shape can be easily removed.
[0040]
Further, the flat surface 9a is formed at the center of the reflecting surface 9b, that is, immediately above the light emitting element 6, and the LED 2 can be made thinner by curving from the periphery of the flat surface 9a like the reflecting surface 9b. If the light-emitting element 6 is curved without forming a plane directly above it, the distance between the light-emitting element 6 and the interface directly above the light-emitting element 6 must be increased. Note that the surface is not limited to the flat surface 9a and may be a concave surface or a convex surface.
[0041]
In addition, since the flat surface 9a is provided directly above the light emitting element 6, light (vertical light) directed upward from light emitted from the light emitting element 6 can be radiated from the flat surface 9a to the outside. Therefore, it is possible to irradiate the entire irradiation surface composed of the flat surface 9a and the side emission surface 10 of the LED 2.
[0042]
Further, since the diameter W of the reflection surface 9b can be reduced to φ10 mm or less, it is possible to eliminate the occurrence of cracks due to thermal shock caused by residual stress at the time of resin curing that occurs when the size of the transparent epoxy resin 8 is large. it can.
[0043]
In addition, the LED 2 may be configured to have no flat surface 9a depending on the application. In this case, light is not emitted in the Z-axis direction, but light emitted by the light emitting element 6 can be reflected toward the side emission surface 10 by the reflection surface 9b as described above.
[0044]
The reflecting surface 9b has a circular reflection shape in which a part of a parabola having the origin as a focal point and the X axis as a symmetry axis is rotated around the central axis Z. On the other hand, a part of the parabola whose symmetric axis has an inclination of less than 90 ° may be rotated around the central axis Z to form a circular reflection shape. With this reflecting surface shape, the reflected light is also reflected obliquely upward. The usage of the LED having the reflection surface will be described in a modified example of the second embodiment described later.
[0045]
Further, the reflection surface 9b may have a shape in which the light emitting element 6 or a part of any one of an ellipse, a parabola, and a hyperbola whose periphery is focused is rotated around the central axis Z of the light emitting element 6. . Furthermore, as shown by L2 in FIG. 4, a shape obtained by rotating a part of a line segment connecting a plurality of points on the parabola with a straight line around the central axis Z may be used. In addition to the shape rotated around the center axis Z, any other shapes that are elliptical when viewed from the center axis Z direction, and any other shapes that can effectively emit light emitted from the light emitting element 6 to the side surface are used. It may have an axially symmetric shape.
[0046]
Although the lead frames 5a and 5b have been described as being made of a copper alloy material (having a thermal conductivity of 300 W / m · k or more), other materials having high thermal conductivity may be used, and the materials need not be 300 W / m · k or more. When the light emitting element 6 is not a large current type, an iron alloy or the like may be used.
[0047]
In addition, as a first modified example of the LED 2, the light emitting element 6 is mounted in a pair of lead frames 122a and 122b like the LED 2a shown in the plan view of FIG. 5A and the sectional view of FIG. The lead frame 122a has a wide area capable of conducting and dispersing the heat of the light emitting element 6 in a wide range so that cracks do not occur at the boundary with the transparent epoxy resin 8, and the edge of the wide area portion. May be formed, and the elongated flat plate shape may be bent downward at the edge portion and drawn out of the transparent epoxy resin 8 to reduce the portion embedded in the resin 8 as much as possible. In the example of FIG. 5, the wide area portion is formed into a pair of circular shapes. However, any other shape may be used as long as it has a wide area capable of dispersing heat.
[0048]
In the LED 2a having such a configuration, the portion of the lead frame 122a on which the light emitting element 6 is mounted, which is sealed with the transparent epoxy resin 8, has a large area for conducting and dispersing the heat of the light emitting element 6 over a wide range. Therefore, even if the light emitting element 6 is of a large current type and generates a large amount of heat, the heat transmitted from the light emitting element 6 directly to the transparent epoxy resin 8 and the heat transmitted from the light emitting element 6 to the transparent epoxy resin 8 via the lead frame 122a. Heat can be distributed throughout the wide area lead frame 122a.
[0049]
Further, the mounting surface of the light emitting element 6 on the lead frame 122a can be a reflecting surface that reflects light emitted downward from the light emitting element 6, which is optically advantageous.
[0050]
Next, as a second modified example of the LED 2, the light emitting element 6 may be sealed with a small transparent silicone resin 8 s and then with a transparent epoxy resin 8 like the LED 2 b shown in FIG. In this case, since the light emitting element 6 is once sealed with the small-sized transparent silicon resin 8s, the residual stress can be further reduced, and the life can be extended. Further, a phosphor may be mixed into the transparent silicon resin 8s, and a light-transmitting material other than the transparent silicon resin 8s may be used.
[0051]
Next, as a third modified example of the LED 2, as shown in FIG. 7, in the LED 2c, a pair of lead frames 12b and 12c are recessed only at the periphery of the light emitting element 6 to be a reflection surface. However, the planar shapes of the pair of lead frames 12b and 12c are the same as those of the lead frames 122a and 122b shown in FIG.
[0052]
Thereby, in the basic form of the LED 2, light is emitted only in the direction directly above the light emitting element 6, whereas in the LED 2c, light is emitted upward also from around the light emitting element 6, It is possible to obtain the effect that the whole looks more luminous and the appearance is improved.
[0053]
Next, as a fourth modification of the LED 2, as shown in FIG. 8, in the LED 2d, a pair of lead frames 13a and 13b is provided with a saw-tooth pattern as shown by half-etching or stamping pattern. Light emitted obliquely downward from the light emitting element 6 may be reflected and emitted upward. However, the planar shapes of the pair of lead frames 13a and 13b are assumed to be the same as the lead frames 122a and 122b shown in FIG.
[0054]
By forming a plurality of concentric reflecting mirrors on the lead frames 13a and 13b in this manner, it is possible to make the entire frame seem to emit light, as in the third modification, and to improve the appearance. it can. In this case, the bonding area between the transparent epoxy resin 8 and the lead frames 13a and 13b is increased, and there is also an effect of reducing the peeling failure by removing the bonding shape from the planar shape. In particular, it is effective in the case of a large current type that generates a large amount of heat.
[0055]
Next, as a fifth modified example of the LED 2, as shown in FIG. 9, in the LED 2 e, the side surface shape of a portion sealed by the transparent epoxy resin 8 may be changed. The side emission surface 10 of the basic example is a part of a spherical shape centered on the light emitting element 6, and light emitted from the light emitting element 6 is incident on the side emission surface 10 almost perpendicularly and proceeds straight. Was. In the fifth modified example, the side surface 14 forms a part of an ellipsoidal surface having the light emitting element 6 as one focal point, and the light emitted from the light emitting element 6 is slightly on the side surface 14 in the straight traveling direction. Refracts downward.
[0056]
Next, as a sixth modified example of the LED 2, as shown in FIG. 10, in the LED 2f, the reflection to the side on the reflection surface 9b causes the reflection on the upper surface regardless of the total reflection at the boundary surface between the transparent epoxy resin 8 and the air. A metal reflection film 15 which has been subjected to plating, vapor deposition, or the like may be attached to 9c. In this case, if the area directly above the light emitting element 6 is flattened, the light emitted directly above the light emitting element 6 will not be radiated to the outside. The shape needs to be rotated around the Z axis.
[0057]
Next, as a seventh modification example of the LED 2, as shown in FIG. 11, an LED 2g is provided on the outer periphery of a substantially cylindrical reflecting mirror 9d formed to have a diameter smaller than that of the basic reflecting mirror 9, and is provided separately. An annular reflecting mirror 9e was formed to form a reflecting mirror 9f. When the reflecting mirror 9f is formed, for example, the light emitting element 6 is mounted on the first resin sealing mold as described above, and the pair of lead frames 5a and 5b (or the lead frames 122a and 122a, 122b) is set, and the transparent epoxy resin 8a is poured and cured. The reflecting mirror 9d formed by this curing is set in a second resin sealing mold, and the transparent epoxy resin 8b is poured and cured to form an annular reflecting mirror 9e. Note that an annular reflecting mirror 9e may be fitted into a substantially cylindrical reflecting mirror 9d which is individually manufactured in advance.
[0058]
The outer shape of the reflecting mirror 9f thus formed is the same as the basic shape 9. Therefore, the outer side surface of the annular reflecting mirror 9e has a shape that forms a part of a spherical surface centered on the light emitting element 6 as in the basic type 9. Although the boundary between the substantially cylindrical reflecting mirror 9d and the annular reflecting mirror 9e is vertical in this example as shown in the figure, the boundary forms a part of a spherical surface centered on the light emitting element 6 similarly to the basic form 9. Is also good.
[0059]
According to the LED 2g, the transparent epoxy resin for sealing the light emitting element 6, the bonding wire 7, and the pair of lead frames 5a, 5b is separated into the first and second transparent epoxy resins 8a, 8b. The volume of the resin 8a, 8b is smaller than that of the transparent epoxy resin 8 of the basic shape, and the residual stress of each can be reduced. That is, even if heat is transmitted from the light emitting element 6 to each of the transparent epoxy resins 8a and 8b via the lead frame 5a, the residual stress is small and individual. Thermal expansion can be reduced. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of cracks at the boundary between the light emitting element 6 and the lead frame 5a and the transparent epoxy resin 8a due to thermal expansion.
[0060]
Furthermore, even if the configuration in which the transparent epoxy resin described in the seventh modified example is divided into the reflecting mirrors is adopted for the LEDs 2c to 2f shown in FIGS. be able to.
[0061]
(Second embodiment)
FIGS. 12A and 12B are diagrams showing an overall configuration of an LED light using an LED according to a second embodiment of the present invention, wherein FIG. 12A is a plan view, and FIG. 12B is a sectional view taken along line AA of FIG. (C) is an enlarged view of a portion P in (b).
[0062]
As shown in FIG. 12, the LED light 1 is provided with a LED 2 shown in FIG. 1 at the center of a disk-shaped main body, and a reflecting mirror 3 having a concentric step-shaped reflecting surface 3a formed around the LED 2. It has a structure surrounded by. Hereinafter, the reflecting mirror 9 of the LED 2 is referred to as a first reflecting mirror 9 and the above-mentioned reflecting mirror 3 is referred to as a second reflecting mirror 3.
[0063]
The second reflecting mirror 3 is formed of a transparent acrylic resin and then has a reflecting surface 3a formed by depositing aluminum on the upper surface. Each reflection surface 3a is inclined at about 45 degrees with respect to the XY plane as shown in FIG.
[0064]
Next, a light emitting operation of the LED light 1 which is an application example using the LED 2 having such a configuration will be described with reference to FIG.
[0065]
As described with reference to FIG. 1 in the first embodiment, the light emitted from the LED 2 in a direction substantially parallel to the XY plane is a reflection surface of the second reflection mirror 3 having an inclination of approximately 45 degrees. At 3a, the light is reflected substantially in the Z-axis direction and emitted to the outside.
[0066]
In this way, the combination of the LED 2 and the second reflecting mirror 3 makes it possible to obtain the LED light 1 which is a large-area and thin lamp. Furthermore, the same effect can be obtained by using any of the LEDs 2a to 2g of the first to seventh modified examples instead of the LED2.
[0067]
In the LED light 1, the relationship between the LED 2 and the second reflecting mirror 3 is smaller than that of the second reflecting mirror 3, as shown in the comparative examples in FIGS. Is generally more desirable. This is because the LED 2 is visually recognized only at the central portion as the light emitting point o, and the second reflecting mirror 3 having a small inner diameter shown in FIG. The large second reflecting mirror 3 is visually recognized as a light emission that has dropped out.
[0068]
Since the LED 2 can be reduced in diameter, the LED light 1 can be configured in relation to the second reflecting mirror 3 as shown in FIG. Therefore, it is possible to make almost the entire body emit light.
[0069]
However, in the case of using the second reflecting mirror 3 having a large inner diameter as shown in (b), the LED 2c shown in FIG. 7 or the LED 2d shown in FIG. It becomes possible.
[0070]
In addition, as a first modified example of the LED light 1, as shown in FIG. 14, an annular lens 9h is formed on the reflection surface 9b, and the light emitted from the light emitting element 6 is directed upwards other than the flat surface 9a. The emitting LED 2h may be used in the configuration of FIG.
[0071]
Next, as a second modified example of the LED light 1, there is an LED light 1a shown in FIG. The difference between the LED 2i used in the LED light 1a and the LED 2 is that the reflecting surface 9b forms a circular reflection shape in which a part of a parabola not focusing on the light emitting element 6 is rotated around the central axis Z. Thus, the light emitted from the light emitting element 6 and reflected by the LED 2 is substantially parallel light, whereas the light is expanded by the LED 2i. At this time, similarly to the LED 2, the light is externally emitted while being controlled as primary light from the side emission surface 10, so that the light distribution shown in FIG. 16 is obtained. Note that it is necessary to combine the second reflecting mirror 3c whose height h1 is higher than h in FIG. 12B. However, in the LED 2i, the size of the reflection surface with respect to the light emitting element 6 may be reduced as long as total reflection or large interface reflection does not occur on the side surface.
[0072]
FIG. 21 shows the transmittance with respect to the angle of incidence on the side emission surface 10. Critical angle: Total reflection occurs at about 40 ° which is θc, and the transmittance becomes 0%. However, even if θc−5 ° or more, total reflection does not occur, but the influence of interface reflection is large. For this reason, the incident angle on the side emission surface 10 is more preferably θc−5 °.
[0073]
In such an LED light 1a, light is efficiently emitted from the LED 2h also horizontally and diagonally upward, and this emitted light is reflected by the reflecting surface 3a of the second reflecting mirror 3c. A lamp with a sense of depth can be provided. Also in this case, by setting the angle to 90 ° -θc, effective external radiation without stray light loss was considered.
[0074]
Next, as a third modified example of the LED light 1, as shown in FIGS. 17A to 17D, the second reflecting mirror 3a of the LED light 1b is replaced with the basic example shown in FIG. Instead of illuminating the whole substantially uniformly as in the case of the second reflecting mirror 3, light emitting points can be scattered. That is, as shown in FIG. 17 (a), the circular second reflecting mirror 3d is divided into a fan shape, and as shown in FIGS. 17 (b), (c) and (d), the LED 2 (or the LED 2b to 2f) to the reflection surface 23a. As a result, when viewed from above, the positions where the reflected light is radiated are scattered in the circle, and there is an effect that the light looks brilliant and beautiful. In the third modified example, in each fan shape, all the light from the LED 2 must be reflected by the one-stage reflecting surface 23a, so that each reflecting surface 23a shown in FIGS. Must be the same height as the overall height h of the circular staircase reflecting mirror 3, which is a basic example, as shown in FIG.
[0075]
Next, as a fourth modified example of the LED light 1, as shown in FIGS. 18A to 18C, the second reflecting mirror 3 e of the LED light 1 c is divided into a fan shape and each has a length. By changing the shape, the shape of the second reflecting mirror 3e can be approximated to a square as one of polygons. That is, as shown in FIGS. 18B and 18C, in the shortest sector, if the length from the reflection surface 26a to the next reflection surface 26a is L, the longest sector deviates from the sector by 45 degrees. In the above, the length from the reflection surface 26a to the next reflection surface 26a is set to √2L. Thereby, as shown in FIG. 18A, a second reflecting mirror 3e having a substantially square shape can be formed.
[0076]
For example, as an application of the basic type LED light 1, as shown in FIG. 19, the circular LED light 1 shown in FIG. 12 is cut into a square or a part thereof, and the pieces 11 a, 11 b, 11 c, 11 d, 11 e, 11f are manufactured, and these are combined as shown in the figure to form an integrated LED light 11 having a plurality of light emitting elements covering a predetermined area.
[0077]
In this way, even when a plurality of square LED lights 11a,... Are connected, if the LED light 1c shown in FIG. 18 is used, it is not necessary to cut the circular LED light 1c into a square, so that the external radiation efficiency can be reduced. A brighter connected light with no degradation. Further, when a substantially square LED is used as a light source instead of the generally cylindrical LEDs 2 and 2a to 2i, there is an advantage that the distance from each side surface of the LED to the reflecting mirror 26 becomes substantially equal over the entire circumference.
[0078]
By using the LED light 1c having such advantages to form a vehicular lamp 110 applicable to, for example, an automobile tail light or a brake light as shown in FIG. 20, a brighter lamp can be formed. . The lamp 110 has a stepped pedestal 112 having three steps and two rows, each having a different front position in the direction indicated by the arrow Y1, in a cover 111 having a hollow interior, and an LED light on the front of the pedestal 112. 1b is fixed, and the inner wall 111a of the cover 111 and the upper surface 112b and the side surface 112c of the pedestal 112 are plated with aluminum.
[0079]
That is, since the entire inner surface of the cover 111 efficiently reflects light, light emitted from the LED light 1c in all directions of the hemisphere is efficiently reflected, and a brighter lamp can be formed. Further, the light emitted from the LED light 1c is also reflected on the side surface of the inner wall 111a of the cover 111 and the side surface 112c of the pedestal 112, so that the light is also emitted from the lateral direction indicated by the arrow X1. Therefore, if the present invention is applied to a tail light or a brake light of an automobile, visibility of light not only directly behind the automobile but also from a lateral direction can be improved.
[0080]
In the first and second embodiments, a transparent epoxy resin is mainly used as a light transmitting material for sealing a light emitting element or the like, but other light transmitting materials may be used. In addition, although a transparent acrylic resin is used as the second reflecting mirror or as an optical body that also functions as the first reflecting mirror and the second reflecting mirror, other materials such as other transparent synthetic resins are used. You can also. Further, the configuration, shape, quantity, material, size, connection relationship, and the like of other portions of the LED light are not limited to the above-described embodiment.
[0081]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a light emitting element mounted on a lead frame is sealed with a translucent material, and the sealing means is disposed at a position facing a light emitting surface of the light emitting element. A light emitting diode having a reflecting surface for reflecting light emitted from the light emitting surface to the side surface emitting surface, wherein the reflecting surface is 2π {1-cos θc (θc: critical angle of the translucent material)} with respect to the light emitting element. It has the solid angle described above, and the side emission surface has a shape in which the light reflected by the reflection surface and the light emitted from the light emitting element are incident within θc.
[0082]
Therefore, the light that is reflected by the reflecting surface and travels in a substantially parallel manner travels almost in parallel on the side emission surface and is externally emitted in a substantially plane shape in a direction of 360 degrees around the central axis of the light emitting element. Light directly directed to the side emission surface is radiated outside in the same direction without being refracted by the side emission surface. Therefore, no light is emitted in a small angle range with respect to the central axis, and the radiation efficiency of light emitted externally while being controlled as primary light from the side emission surface can be greatly improved.
[0083]
In addition, the LED light also includes the above-described light-emitting diode, and includes a reflecting mirror that reflects light emitted from the light-emitting diode. Since highly efficient light is reflected by the reflecting mirror, the radiation efficiency due to this reflection can be greatly improved.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are diagrams showing a configuration of an LED (light emitting diode) according to a first embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a cross-sectional view and FIG. 1B is a plan view.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a light emitting element used in the LED according to the first embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view of an LED when a lead frame is pulled out in a horizontal direction.
FIG. 4 is a diagram showing light distribution characteristics of the LED according to the first embodiment.
5A and 5B are diagrams showing a first modification of the LED according to the first embodiment, wherein FIG. 5A is a plan view and FIG. 5B is a cross-sectional view of FIG.
FIG. 6 is a sectional view showing a second modification of the LED according to the first embodiment.
FIG. 7 is a sectional view showing a third modification of the LED according to the first embodiment.
FIG. 8 is a sectional view showing a fourth modification of the LED according to the first embodiment.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a fifth modification of the LED according to the first embodiment.
FIG. 10 is a partially enlarged view showing a sixth modification of the LED according to the first embodiment.
FIG. 11 is a sectional view showing a seventh modification of the LED according to the first embodiment.
FIGS. 12A and 12B are diagrams showing an overall configuration of an LED light using an LED according to a second embodiment of the present invention, wherein FIG. 12A is a plan view and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. (C) is an enlarged view of a portion P in (b).
13A and 13B are diagrams illustrating a size relationship between an LED and a second reflector in an LED light using the LED according to the second embodiment, and FIG. 13A illustrates a state in which a small-diameter LED is used. FIG. 2B is a diagram showing a state in which a large-diameter LED is used.
FIG. 14 is a sectional view showing an LED used in a first modification of the LED light according to the second embodiment.
FIG. 15 is a sectional view showing a second modification of the LED light according to the second embodiment.
FIG. 16 is a diagram showing light distribution characteristics of an LED used in the LED light of the second modification.
17A and 17B are diagrams showing a third modification of the LED light according to the second embodiment, wherein FIG. 17A is a plan view, FIG. 17B is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 6A is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 5A, and FIG. 5D is a cross-sectional view taken along the line DD in FIG.
18A and 18B are diagrams showing a fourth modification of the LED light according to the second embodiment, wherein FIG. 18A is a plan view, FIG. 18B is a cross-sectional view taken along line EE of FIG. 18A, and FIG. FIG. 2 is a sectional view taken along line FF of FIG.
FIG. 19 is a plan view showing a structure in which the periphery of an LED light according to the second embodiment is cut into a rectangle and a plurality of the lights are combined to cover a certain range.
FIG. 20 is a perspective view showing a structure of a vehicular lamp formed by combining a plurality of LED lights according to a third modification of the LED light.
FIG. 21 is a diagram illustrating a relationship between an incident angle and a transmittance of an LED.
FIG. 22 is a characteristic diagram of luminous intensity distribution, luminous flux distribution, and luminous flux integration of a standard light emitting element (in the case of 20 mil and 14 mil).
23A and 23B are diagrams showing a configuration of a conventional LED, wherein FIG. 23A is a cross-sectional view and FIG. 23B is a plan view.
[Explanation of symbols]
1,1a, 1b, 1c LED light
2,2a-2i, 200 LED (light emitting diode)
3,3a, 3c, 23,26 Second reflector
5a, 5b, 12a, 12b, 13a, 13b, 120a, 120b, 122a, 122b, 205a, 205b Lead frame
6,206 light emitting element
7,207 Bonding wire
8, 8a, 8b, 208 Transparent epoxy resin (light transmitting material)
8s transparent silicone resin
9,9f, 209 First reflector
9a Flat surface
9b, 210 reflective surface
9c upper surface
9d Approximately cylindrical reflector
9e annular reflector
9h annular lens
10 Side emission surface
12b, 12c, 13a, 13b Third reflecting mirror
15 Metal surface
101 N-type GaP substrate
102 N-type AlInGaP cladding layer
103 Layer having Light Emitting Layer
104 P-type AlInGaP cladding layer
105 P-type GaP window
106 AuZn contacts
107 Al bonding pad (positive electrode)
108 Au alloy electrode (negative electrode)
110 Lighting equipment for vehicles
111 cover
111a Cover inner wall
112 pedestal
112b Top of pedestal
112c Side of pedestal

Claims

The light emitting element mounted on the power supply means is sealed with a sealing member made of a light-transmitting material, and a reflecting surface that receives and reflects emitted light with respect to a light emitting surface of the light emitting element, and light reflected from the reflecting surface. In a light emitting diode configured by forming a side emission surface that directly emits light from the light emitting element and the sealing member,
The reflection surface has a solid angle of 2π {1-cos θc (θc: critical angle of the light-transmitting material)} or more with respect to the light-emitting element,
The side emission surface is formed such that an incident angle of reflected light reflected by the reflection surface and an incident angle of direct light emitted from the light emitting element have an angle smaller than the θc, and light is emitted from the light emitting element. A light-emitting diode, which emits the emitted light to the outside.

The reflection surface has a shape in which a part of a line segment of Z = f (X) is rotated around a central axis of the light emitting element on a plane formed by an X axis orthogonal to a central axis (Z axis) of the light emitting element. ^2. The light emitting diode according to claim 1, wherein Z = f (X) satisfies {d ² f (X) / dX ² } <0. 3.

The light-emitting device or the light-emitting device or a portion obtained by rotating a part of any one of an ellipse, a parabola, and a hyperbola having a focal point around the light-emitting device around a central axis of the light-emitting device. Item 3. A light emitting diode according to item 1 or 2.

The light emitting diode according to claim 1, wherein the reflection surface has a light extraction surface immediately above the light emitting element.

The light emitting diode according to claim 1, wherein the reflection surface has a diameter of 10 mm or less.

The light emitting diode according to claim 1, wherein the side emission surface has a slope inclined toward the light emitting element.

The light emitting diode according to claim 6, wherein the side emission surface forms a part of a spherical surface around the light emitting element.

8. The light emitting device according to claim 1, wherein the lead frame is formed of a conductive material having a thermal conductivity of 300 W / m · k or more, and is drawn out from a lower surface of the sealing unit. 9. diode.

The light emitting element mounted on the power supply means is sealed with a sealing member made of a light-transmitting material, and a reflecting surface that receives and reflects emitted light with respect to a light emitting surface of the light emitting element, and light reflected from the reflecting surface. A side emission surface that directly emits light from the light emitting element is formed on the sealing member, and the reflection surface is configured to be 2π ｛1-cos θc (θc: the light transmitting material) with respect to the light emitting element. Of the side emitting surface, the incident angle of the reflected light reflected by the reflecting surface and the incident angle of the direct light emitted from the light emitting element are smaller than θc. A light-emitting diode formed at an angle, emitting light emitted from the light-emitting element and radiating the light to the outside,
An LED light, comprising: a reflecting mirror that reflects light emitted from the light emitting diode.