JPH0983018A - 発光ダイオードユニット - Google Patents

発光ダイオードユニット

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JPH0983018A
JPH0983018A JP7232972A JP23297295A JPH0983018A JP H0983018 A JPH0983018 A JP H0983018A JP 7232972 A JP7232972 A JP 7232972A JP 23297295 A JP23297295 A JP 23297295A JP H0983018 A JPH0983018 A JP H0983018A
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lens
emitting diode
light emitting
light
led
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JP7232972A
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Motoyoshi Sanki
基至 参木
Hiroo Shono
裕夫 庄野
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Nippon Denyo Co Ltd
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Nippon Denyo Co Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
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    • H10H20/855—Optical field-shaping means, e.g. lenses

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  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レンズとＬＥＤとの間の距離を用途に応じて
自在に設定可能であり、かつ、ＬＥＤからの出力光を効
率良く集約して一方向に出力させることのできる基板実
装型に好適なＬＥＤユニットを提供する。 【解決手段】 ＬＥＤ３とこれに印加電圧を供給するリ
ードフレーム５と、ＬＥＤ３からの出射光を導くと共に
その一部をほぼ同方向に導くための反射壁６により囲繞
された透光領域７と、透光領域７のＬＥＤ３直上に固定
される集光レンズ２と、リードフレーム５を保持するユ
ニットベース４と、反射壁６と一体成形され、集光レン
ズ２を支持するレンズ支持体４Ａとを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオードユ
ニットに関し、特に、基板面等への面実装に好適な高輝
度の発光ダイオードユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】これまで一般に広く利用されている発光
ダイオード（ＬＥＤ）は公知のように半導体によって形
成されており、微小なサイズで材料によって決まる波長
の可視光を放射し、かつ、低電圧で動作するなどの特性
を有している。そこで、かかるＬＥＤはフォトトランジ
スタなどの受光素子と組合せてフォトカプラとして使用
される外、各種電子機器等でもディスプレイ素子として
用いられ、また、光ファイバ通信の発光素子としても利
用されつつある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、これ迄の基
板実装型（サーフェスマウントタイプ）のＬＥＤユニッ
トの場合、例えばヒューレットパッカード社（アメリ
カ）製のものなど実装し易いようにパッケージ型に形成
されたリードフレーム上にＬＥＤを電気的に接合した
上、周囲を透明エポキシ樹脂等で一体成形してユニット
を作成するようにしているため、非拡散型とはいうもの
のＬＥＤからの光が周囲部に散光し易く、光度ないし輝
度が高められないために日光など他の光の影響を受け、
表示素子として使用される場合は目視しにくく、また、
光学的検知素子に組込まれるような場合、誤検知の虞も
ある。
【０００４】本発明は、上記従来の問題に着目し、第１
の目的は、集光レンズとＬＥＤとの間の距離を用途に応
じて自在に設定可能な基板実装型に好適の発光ダイオー
ドユニットを提供することにある。
【０００５】更に本発明の第２の目的は、製造が容易で
しかも光を効率良く集約して一方向に出力させることの
できる基板実装型に好適な発光ダイオードユニットを提
供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明の形態は、リードフレームに保持された発
光ダイオードと、前記リードフレームを保持するユニッ
トベースと、一端側が前記ユニットベースに接合される
環状のレンズ支持体と、該レンズ支持体の中央部に前記
発光ダイオードを囲むように周設され前記発光ダイオー
ドからの出射光を反射する反射壁部と、該反射壁部と前
記ユニットベースとによって囲まれた透光領域を塞ぐよ
うに前記レンズ支持体の他端側に配置される集光レンズ
と、該集光レンズを前記レンズ支持体に固定するレンズ
固定手段とを具えたことを特徴とするものである。
【０００７】本発明によれば、発光ダイオードからの出
力光が透光領域を透過する際、その一部は透光領域を囲
む反射壁により反射されて、ほぼ集光レンズ方向に向け
られると共に透光領域の有する屈折率の影響を受けて集
光レンズに入射する。かくして発光ダイオードからの出
射光を集束する形で外部に放散させることなく集光レン
ズに入射させ、この入射した光を集光レンズの有する特
性に応じて外部に出射させることができるもので、出射
光の平行光束化あるいは集束によりその光度ないし輝度
を高める効果が得られるのみならず、用途に応じて出射
光を集散自在に設定することができ、生産コストの低減
にも貢献できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下に、図面に基づいて本発明の
実施例を詳細かつ具体的に説明する。
【０００９】まず、本発明の第１の形態による実施例と
して、球レンズ付き発光ダイオード（ＬＥＤ）ユニット
の構成について図１を参照しつつ説明する。この図に示
すように、ＬＥＤユニット１は球レンズ２とＬＥＤ３
と、その支持体４とで主要部が構成される。すなわち、
支持体４はＬＥＤ３にバイアス電圧を供給するための導
電体によるリードフレーム５を含め耐熱樹脂例えばポリ
アミド系樹脂ないし液晶ポリマーによって一体成形され
るもので、６はＬＥＤ３を取囲むようにしてその周囲に
設けられたコーン型の鏡面仕上げされた反射壁である。
なお、反射壁６には反射効率を高めるために金属膜など
によるメッキ処理が施されてもよいが、本実施例では支
持体４成形用の耐熱樹脂として不透明白色のものを用い
ることでその成形時に反射壁６の面を高い反射率を有す
るものとすることができる。
【００１０】以下では、支持体４のＬＥＤ３周りに反射
壁６が形成される上半部分をリフレクタ部（レンズ支持
体）４Ａと呼び、下半部分をユニットベースと呼ぶこと
とする。このほぼコーン型をなす反射壁６の周囲面は円
錐台状ないし回転放物面状等、要はＬＥＤ３からの出射
光のできるだけ多くを球レンズ２に向けて反射させると
共に球レンズ２からの透過光が所望の配光特性が得られ
るように設定されればよい。なお、本実施例ではリフレ
クタ部の４Ａの球レンズ２を受ける反射壁６の上縁周囲
部を球レンズ２の球面形状に合わせ、球レンズ２を受け
易くしたが、必ずしも上縁周囲部をそのような形状とし
なくともよく、要は球レンズ２の中心からＬＥＤ３まで
の距離Ｒが所定の設定値となるように位置決めされる限
り、例えば前記上縁で球レンズ２を受けるようにしても
よい。
【００１１】一方、球レンズ２はガラスないしはポリエ
ーテルサルフォン（英国ＩＣＩ社製）あるいはアートン
（日本合成ゴム社製）等の耐熱性透光樹脂により所定の
半径ｒが得られるように形成される。更に図１におい
て、７は反射壁６によって囲繞されるＬＥＤ３上部の透
光領域であり、本実施例では球レンズ２を所定の位置に
取付けるべく透光領域７に透光性の耐熱エポキシ樹脂を
所定量充填し、透光領域７に気泡が残らないようにして
球レンズ２をリフレクタ部４Ａに接合した。なお、球レ
ンズ２が安定した状態でリフレクタ部４Ａに接合される
限り、必らずしも透光領域７に透光性樹脂、例えばエポ
キシ樹脂を充填する必要はなく、透光領域７が透光可能
なように保たれる限り、単なる空気層であってもよい
し、マッチングオイルなどを充填してもよいことはいう
までもない。
【００１２】以上のような構成になるレンズ付きＬＥＤ
素子１では、ＬＥＤ３から球レンズ２の球心０までの距
離Ｒを球レンズ２の半径より大に保つと共に球レンズ２
の有する屈折率ｎR ，透光領域７内の物質の屈折率ｎC
と上記の距離Ｒおよび反射壁６の形状を適切に組合せる
ことで、球レンズ２を介して空中に放射されるＬＥＤ３
からの光束をほぼ平行光束にしたり、あるいは集光させ
たり散光させることができ、用途に適したＬＥＤ素子と
することができる。なお、反射壁６の形状としては、先
にも述べたように自在に設定可能であるが、例えば、反
射壁６の形状を図２に示すように円錐面状６Ａ（左側）
あるいは回転放物面状６Ｂ（右側）とした時には、これ
らの反射壁６Ａあるいは６Ｂを介してＬＥＤ３からの反
射光を球レンズ２に導き、矢印で示すようにＬＥＤ３と
球レンズ２の球心とを結ぶ光軸に沿って進行する光成分
が多くなり、この方向からの視野に対してＬＥＤ３から
の出力光を強める効果が得られる。
【００１３】本実施例の特徴は、上述したように集散自
在にレンズ付きＬＥＤユニット１の設計選択が可能であ
ることと共に球レンズ２が真球度の高い球体として製造
可能であることから、レンズ付きＬＥＤユニット１の作
成工程において球レンズ２の位置決め取付を極めて容易
としたことにある。すなわち、取付けの際、球レンズ２
を自在な姿勢により反射壁６の開口端によって位置決め
されるため、その光軸を所定の方向に保持することがで
きる。
【００１４】続いて、本発明の第２の形態による実施例
を以下の図を参照しつつ説明する。
【００１５】図３はその一実施例による構成を示す。こ
こで、１２は本実施例による半球型の平凸レンズであ
る。この平凸レンズ１２は例えばガラスないしポリエー
テルサルフォンあるいはアートン等の耐熱性透明樹脂に
より所定の半径ｒが得られるように形成されるもので、
本例の場合の平凸レンズ１２は半球体より幾分大きい目
に形成されている。１２Ａはその平坦面であり、ＬＥＤ
３からの光は透光領域７を介してこの平坦面１２Ａから
平凸レンズ１２に入射する。なお、この平凸レンズ１２
は例えば透光領域７に充填される透光性のエポキシ樹脂
によりその平坦面１２Ａの外周縁部がリフレクタ部４Ａ
の上面４Ｂに当接状態で接合されるもので、８はリフレ
クタ部４Ａの上面周囲部あるいは四隅部の対象位置に設
けられているレンズ位置決め枠である。レンズ位置決め
枠８はリフレクタ部４Ａを含む支持体４の樹脂による成
形時に一体成形されることが望ましく、レンズ位置決め
枠８の内側はレンズ１２の形状に合わせて成形される。
【００１６】図４は第２の形態による他の実施例で、本
例の場合はレンズ位置決め枠８をリフレクタ部上面４Ｂ
の四隅部対象位置に設けたこと以外は上記の実施例と変
わらない。本発明の第２の形態による実施例によれば、
レンズ球心０からＬＥＤ３迄の距離Ｒを平凸レンズ１２
の半径ｒに関係なく設定することが可能となる。なお、
この平凸レンズ１２を必ずしも半球より大きくする必要
はなく、半球若しくは半球より薄目とした厚さのレンズ
とすることも可能であり、平凸レンズ１２および透光領
域７に封入される部材の屈折率、反射壁６の形状等につ
いて設定時の選択の自由度を第１の形態の場合に比して
増すことができる。
【００１７】図５は本発明の第２の形態による更に他の
実施例を示す。本例によるレンズ２２は図５に示すよう
に、集光レンズとして機能するレンズ部２２Ａとレンズ
部２２Ａを支持体４のリフレクタ部上面４Ｂに位置決め
固定するためのフランジ部２２Ｂとを一体とした形で耐
熱性透光樹脂により構成する。２２Ｃはフランジ部２２
Ｂの予め穿設した位置決め孔である。このような位置決
め孔２２Ｃにリフレクタ部上面４Ｂから突設したピン部
４Ｃをレンズ１２の接合固定時に嵌め合わすことで、正
確かつ、容易にレンズ２２を支持体４に固定することが
できる。但し、かかる位置決めの孔２２Ｃとピン部４Ｃ
との嵌合によらない位置決め手段であってもよい。な
お、図５の（Ｃ）に示す９はレンズ２２の固定時に透光
領域７から溢出する接着樹脂を逃すための逃し溝であ
り、逃し溝９に溢出した樹脂の固化によりレンズ２２の
レンズ台部２２Ｂを一層強固確実に支持体４上に接合さ
せることが可能となる。
【００１８】本実施例によれば、微小なレンズ２２の形
状を成型金型により統一した同一形状にすることがで
き、しかもそのレンズ部２２Ａの形状を集光、散光に応
じて自在に設定することが可能となる。
【００１９】なお、以上に述べた実施例ではレンズを主
として集光のために設けるものとして説明してきたが、
ＬＥＤ素子の使用状態に応じて散光角度を限定するなど
光束に限られた範囲での方向性を持たせるように、レン
ズの種類とＬＥＤとの間の相対位置および反射壁面の形
状を自在に設定することができるという各形態に共通の
利点が得られるものである。
【００２０】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、リードフレームに保持された発光ダイオードと、前
記リードフレームを保持するユニットベースと、一端側
が前記ユニットベースに接合される環状のレンズ支持体
と、該レンズ支持体の中央部に前記発光ダイオードを囲
むように周設され前記発光ダイオードからの出射光を反
射する反射壁部と、該反射壁部と前記ユニットベースと
によって囲まれた透光領域を塞ぐように前記レンズ支持
体の他端側に配置される集光レンズと、該集光レンズを
前記レンズ支持体に固定するレンズ固定手段とを具えた
ことで、光の集散にかかわる配光性を自在に設定して用
途向きに作成することが可能となり、特に安定した光軸
のまわりの集光性を高めることが可能となり、しかも組
立が容易で廉価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の形態による構成例を示す断面図
である。
【図２】本発明の第１の形態による光の屈折経路例を断
面によって示す説明図である。
【図３】本発明の第２の形態による構成例を示す断面図
である。
【図４】本発明の第２の形態による他の構成例をレンズ
と支持体とに分離して示す斜視図である。
【図５】本発明の第２の形態による更に他の構成例を上
面図（Ａ）、側面図（Ｂ）および（Ａ）のＡ−Ａ線断面
図（Ｃ）によって示す説明図である。
【符号の説明】
０ 球心 １ 発光ダイオード（ＬＥＤ）ユニット ２ 球レンズ ３ ＬＥＤ ４ 支持体 ４Ａ リフレクタ部 ４Ｂ 上面 ４Ｃ ピン部 ５ リードフレーム ６，６Ａ，６Ｂ 反射壁 ７ 透光領域 ８ レンズ位置決め枠 １２ 半球型の平凸レンズ １２Ａ 平坦面（取付面） ２２ （成形）レンズ ２２Ａ レンズ部 ２２Ｂ フランジ部 ２２Ｃ 位置決め孔 ｎR ，ｎC 屈折率

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 リードフレームに保持された発光ダイオ
    ードと、 前記リードフレームを保持するユニットベースと、 一端側が前記ユニットベースに接合される環状のレンズ
    支持体と、 該レンズ支持体の中央部に前記発光ダイオードを囲むよ
    うに周設され前記発光ダイオードからの出射光を反射す
    る反射壁部と、 該反射壁部と前記ユニットベースとによって囲まれた透
    光領域を塞ぐように前記レンズ支持体の他端側に配置さ
    れる集光レンズと、 該集光レンズを前記レンズ支持体に固定するレンズ固定
    手段とを具えたことを特徴とする発光ダイオードユニッ
    ト。
  2. 【請求項２】 前記リードフレームと前記ユニットベー
    スと前記レンズ支持体とが一体成形されていることを特
    徴とする請求項１に記載の発光ダイオードユニット。
  3. 【請求項３】 前記レンズ固定手段は、前記透光領域に
    充填される透光性接着樹脂であ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ユニット。
  4. 【請求項４】 前記レンズ支持体は、前記反射壁部の壁
    面を鏡面に仕上げた不透明白色樹脂にて形成されている
    ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの項に記
    載の発光ダイオードユニット。
  5. 【請求項５】 前記集光レンズは、球レンズであること
    を特徴とする請求項１ないし４のいずれかの項に記載の
    発光ダイオードユニット。
  6. 【請求項６】 前記集光レンズは、平凸レンズであるこ
    とを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの項に記載
    の発光ダイオードユニット。
  7. 【請求項７】 前記反射壁部は、前記集光レンズ側ほど
    大径となっていることを特徴とする請求項１ないし６の
    いずれかの項に記載の発光ダイオードユニット。
  8. 【請求項８】 前記レンズ支持体の他端面に前記集光レ
    ンズの位置決め手段をさらに具えたことを特徴とする請
    求項１ないし７のいずれかの項に記載の発光ダイオード
    ユニット。
  9. 【請求項９】 前記平凸レンズの外周にフランジ部を形
    成したことを特徴とする請求項６に記載の発光ダイオー
    ドユニット。
  10. 【請求項１０】 前記平凸レンズの凸面形状および屈折
    率と、前記発光ダイオードから前記平凸レンズの平坦面
    までの距離および前記透光領域の屈折率との組合せによ
    り、前記平凸レンズからの出射光を集散自在に設定可能
    とすることを特徴とする請求項６ないし９のいずれかの
    項に記載の発光ダイオードユニット。
JP7232972A 1995-09-11 1995-09-11 発光ダイオードユニット Pending JPH0983018A (ja)

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