積層型発光ダイオード装置および反射型発光ダイオードユニット
【課題】 放熱性に優れ高出力化が可能な積層型発光ダイオード装置を提供する。
【解決手段】 高熱伝導性を有する金属製の中空状のホルダケース５内に発光ダイオード２およびダイクロイックミラー３を対向配置してなる複数の反射型発光ダイオードユニット１０を、電気的絶縁材からなる連結材４を介して連結して積層型発光ダイオード装置１００を構成した。
【解決手段】 高熱伝導性を有する金属製の中空状のホルダケース５内に発光ダイオード２およびダイクロイックミラー３を対向配置してなる複数の反射型発光ダイオードユニット１０を、電気的絶縁材からなる連結材４を介して連結して積層型発光ダイオード装置１００を構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の反射型発光ダイオードを積層配置してなる積層型発光ダイオード装置および当該積層型発光ダイオード装置に用いて好適な反射型発光ダイオードユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、発光素子たる発光ダイオードを光透過性材料かなる封止体に封止し、発光ダイオードの発光面に対向する封止体の面上に反射面を形成してなる反射型発光ダイオードが知られている。また、このような反射型発光ダイオードを光放射方向に複数連設して反射型発光ダイオードを積層配置するとともに、反射型発光ダイオードのそれぞれの反射面にダイクロイックミラーを形成することで、複数の反射型発光ダイオードから発せられた光を同一面から放射可能にした積層型発光ダイオード装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−２２２７６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の積層型発光ダイオード装置においては、発光ダイオードが光透過性材料からなる封止体に封止されているため、発光ダイオードの放熱性が悪く、高出力化が困難であるという問題があった。
【０００４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、放熱性に優れ高出力化が可能な積層型発光ダイオード装置および反射型発光ダイオードユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、高熱伝導性を有する金属製の中空状のホルダケース内に発光素子およびダイクロイックミラーを対向配置してなる複数の反射型発光ダイオードユニットを、電気的絶縁材からなる連結材を介して連結したことを特徴とする積層型発光ダイオード装置を提供する。
【０００６】
また本発明は、上記発明において、前記発光素子を高熱伝導性材から形成されたリードフレームに取り付け、このリードフレームを前記ホルダケースに取り付けたことを特徴とする。
【０００７】
また本発明は、上記発明において、前記リードフレームと前記ダイクロイックミラーとの間に、前記ダイクロイックミラーの焦点位置を前記発光素子の配置位置に合わせるための調整用スペーサを設けたことを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、上記発明において、前記ホルダケースの外側面に放熱フィンを形成したことを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、上記発明において、前記発光素子と前記ダイクロイックミラーとの間に拡散フィルタを設けたことを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、上記発明において、前記ダイクロイックミラーは、ガラス基材の表面に所定層数以上の誘電多層膜を形成してなることを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、上記発明において、前記ダイクロイックミラーの径を、前記発光素子の外形サイズの約４０倍以上としたことを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、上記発明において、前記ダイクロイックミラーの光学反射面を、前記光学素子の配置位置を焦点とする非球面形状または放物面形状にしたことを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、上記発明において、前記複数の反射型発光ダイオードユニットのそれぞれの発光ダイオードが互いに異なる中心波長の光を放射することを特徴とする。
【００１４】
また上記目的を達成するために、本発明は、発光素子の光を反射鏡にて反射して外部放射する反射型発光ダイオードユニットにおいて、高熱伝導性を有する金属製の中空状のホルダケース内に前記発光素子および前記反射鏡を対向配置し、電気的絶縁材からなる連結材を介して、他の反射型発光ダイオードユニットを連結可能に構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高熱伝導性を有する金属製の中空状のホルダケース内に発光素子およびダイクロイックミラーを対向配置してなる複数の反射型発光ダイオードユニットを、電気的絶縁材からなる連結材を介して連結する構成としたため、発光素子の放熱性を高めることでき高出力化が可能になるとともに、反射型発光ダイオードユニット同士の電気的絶縁性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の一実施の形態を示す積層型発光ダイオード装置１００の正面および側面を示す概略図であり、図２はその側断面の概略図である。これらの図に示すように、積層型発光ダイオード装置１００は、複数の反射型発光ダイオードユニット１０を備え（図示例では３つ）、これらの反射型発光ダイオードユニット１０が光放射方向Ｐに沿って積層するように連設されている。
【００１７】
図３は反射型発光ダイオードユニット１０の分解斜視図である。
反射型発光ダイオードユニット１０は、図２および図３に示すように、発光素子たる発光ダイオード２と、この発光ダイオード２を支持するリードフレーム１と、発光ダイオード２の発光面２Ａに対向配置される反射鏡たるダイクロイックミラー３と、連結材４とを備え、これらが円筒状（断面角形の筒状でも良い）のホルダケース５に内設されている。このホルダケース５はアルミニウムなどの高熱伝導性を有する金属材から形成され、その外周面（外側面）に多数の放熱フィン７を有する放熱部５Ｃが形成されている。
【００１８】
リードフレーム１は、図４に示すように、円環部１Ａと、この円環部１Ａの中心Ｏに配置される略円板状の取付部１Ｂと、円環部１Ａから取付部１Ｂに向けて延びる三本のアーム部１Ｃとを備え、これらが例えば銅などの高熱伝導性を有する板材を例えば型抜き成形するなどして一体に形成されている。リードフレーム１の背面には、図４（ｃ）に示すように、発光ダイオード２が取付部１Ｂに固定され、また、回路用基板６がアーム部１Ｃに設けられ、回路用基板６を介して外部からの電力が発光ダイオード２に供給される。なお、発光ダイオード２の発光面２Ａには拡散フィルタ９が貼り付けられているが、これについては後に詳述する。
【００１９】
かかるリードフレーム１は、図３に示すように、発光ダイオード２（発光面２Ａ）を背面側に向けた姿勢でホルダケース５の背面側の開口５Ａからホルダケース５内に挿入され、図２に示すように、ホルダケース５の内周面に設けられた掛止片５Ｂに掛止される。このとき、リードフレーム１の円環部１Ａの側周面がホルダケース５の内側面に密着して、発光ダイオード２が発する熱がホルダケース５に伝達されるようになっている。
【００２０】
ダイクロイックミラー３は、図２、図３および図６に示すように、特定波長帯域の光のみを選択的に反射し、他の波長帯域の光を透過する凹面状の光学反射面３Ａを有するものであり、この光学反射面３Ａが発光ダイオード２の発光面２Ａに対向するように焦点距離調整用スペーサ８を介在させてホルダケース５に挿入される。光学反射面３Ａは、対向配置される発光ダイオード２の放射光波長に対して高反射特性を有し、また、この発光ダイオード２の配置位置を焦点とする放物面（回転放物面）または非球面に形成されている。したがって、各反射型発光ユニット１０においては、発光ダイオード２から放射された光が中心軸Ｎに対して略平行な光として反射され、ホルダケース５の正面側の開口５Ｄ（図２参照）から中心軸Ｎに対して略平行な光として外部放射される。
【００２１】
上記焦点距離調整用スペーサ８は、ダイクロイックミラー３の光学反射面３Ａの焦点位置を調整するための樹脂製部材である。詳述すると、発光ダイオード２は、製造メーカやその構造（ベアチップや表面実装型チップなど）などによりチップの高さが異なるため、発光ダイオード２（発光面２Ａ）から光学反射面３Ａまでの距離、すなわち、焦点距離ｆ（図２参照）が反射型発光ダイオードユニット１０ごとに異なり、結果として、反射型発光ダイオードユニット１０間で配光特性や照度分布が一致しなくなるという問題がある。
【００２２】
そこで、本実施の形態では、リードフレーム１とダイクロイックミラー３との間に焦点距離調整用スペーサ８を介在させて、発光ダイオード２（発光面２Ａ）から光学反射面３Ａまでの距離（焦点距離ｆ）を調整し、焦点位置を発光ダイオード２の配置位置に位置合わせ可能な構成としている。
なお、本実施の形態では、焦点距離調整用スペーサ８として複数の円柱状部材（図示例では３本）を用いる構成としたが、これに限らず、リードフレーム１の円環部１Ａと略同径の円筒状部材を用いる構成としても良い。
【００２３】
連結材４は、例えば樹脂などの電気的絶縁材が円筒状に形成されてなり、図２および図３に示すように一端４Ａがホルダケース５の背面側の開口５Ａに挿入される。このとき、図２に示すように、連結材４の他端４Ｂがホルダケース５の背面側の開口５Ａから突出し、この他端４Ｂが、後段の反射型発光ダイオードユニット１０のホルダケース５の正面側の開口５Ｄに挿入されてホルダケース５の掛止部５Ｂに掛止されることで、反射型発光ダイオードユニット１０が連結される。なお、最後段の反射型発光ダイオードユニット１０においては、図１および図２に示すように、その後段に他の反射型発光ダイオード１０が連結されることがないため、連結材４を設ける必要がない。
【００２４】
このようにして複数の反射型発光ダイオードユニット１０が積層するように連結材４を介して連結されて、図１および図２に示す積層型発光ダイオード装置１００が構成される。そして、この積層型発光ダイオード装置１００においては、図２に示すように、各反射型発光ダイオードユニット１０が同一の光放射方向Ｐに光を放射し、また、各反射型発光ダイオードユニット１０のダイクロイックミラー３が後段からの光を透過することで、各反射型発光ダイオードユニット１０の光が合成されて、最前段の反射型発光ダイオードユニット１０の正面から外部放射される。
【００２５】
したがって、積層型発光ダイオード装置１００にあっては、各反射型発光ダイオードユニット１０の放射光が合成されて外部放射されるため、容易に高い光出力が得られる。また、反射型発光ダイオードユニット１０のそれぞれの発光ダイオード２として、光の三原色に相当する赤（Ｒ：波長６６０ｎｍ）、緑（Ｇ：波長５２５ｎｍ）、青（Ｂ：波長４７０ｎｍ）のそれぞれの波長の光を用いる構成とすれば、個々の発光ダイオード２を調光することでフルカラーの光源を容易に構成することが可能となる。
【００２６】
ここで、上述したように、本実施の形態では、リードフレーム１およびホルダケース５のそれぞれを高熱伝導性を有する例えば銅などの金属により形成されているため、発光ダイオード２が発する熱をリードフレーム１を介してホルダケース５に伝達し、当該ホルダケース５の放熱部５Ｃから放熱することができ、発光ダイオード２の放熱性の向上が図られている。特に、ホルダケース５の外側面には多数の放熱フィン７を有する放熱部５Ｃが設けられているため、放熱性のさらなる向上が図られ、発光ダイオード２として高出力なものを用いた場合であっても、高電流時に発光ダイオード２が高温になることがなく、輝度低下などを招くことが無い。
【００２７】
なお、放熱部５Ｃを空冷するための空冷ファンを積層型発光ダイオード装置１００の近傍に配置することで、放熱性をより高めることも可能である。
また、発光ダイオード２として、ベアチップを用い、当該発光ダイオード２を絶縁層を介在させずにリードフレーム１に直接取り付けることで、発光ダイオード２とリードフレーム１との間の熱抵抗を下げることができ、放熱性のより一層の向上を図ることができる。
【００２８】
具体的には、リードフレームおよび発光ダイオードを透過性樹脂に封止した従来の積層型発光ダイオードにあっては、発光ダイオードから外気に至る経路の熱抵抗が１５０〜２００℃／Ｗと高い値を示すのに対して、本実施の形態によれば、リードフレーム１の円環部１Ａの直径を４０ｍｍ、その厚さを３ｍｍとするとともに、長さ２０ｍｍ以上の円筒状のホルダケース５に深さが２ｍｍの放熱フィン７を設ける構成とした場合、発光ダイオード２とリードフレーム１との結合部分（取付部分）から外気に至る経路の熱抵抗を２０℃／Ｗ以下とすることが可能であり、さらに、ホルダケース５の強制空冷を併用することで１０℃／Ｗ以下とすることが可能となる。
【００２９】
さて、上記のように、リードフレーム１およびホルダケース５を金属材にて形成した場合、反射型発光ダイオードユニット１０を連結した際に、各ユニット１０間で電気的短絡が生じる恐れがあるものの、本実施の形態では、電気的絶縁材からなる連結材４にて各ユニット１０を連結する構成としたため、各ユニット１０間の電気的絶縁が図られる。
【００３０】
また、この連結材４として、中空部材の一態様である円筒状部材を用いる構成としたため、反射型発光ダイオードユニット１０から放射された光の放射経路上に存在する透過性部材は、図７に示すように、光放射方向Ｐの前段に位置する反射型発光ダイオードユニット１０のダイクロイックミラー３のみとなる。すなわち、光が物質を透過する際には、物質の屈折率により光の進行方向が屈折し、特に、平行光にあっては屈折により平行光成分が小さくなってしまうものの、本実施の形態では、ダイクロイックミラー３の厚さを均一にすることで、後段の反射型発光ダイオード１０から放射された平行光ａが前段のダイクロイックミラー３を透過した場合に、その出力光ｂに平行光成分を多く含ませることができる。
【００３１】
次いで、本実施の形態のダイクロイックミラー３についてより詳細に説明する。
一般に、ダイクロイックミラー３は光透過性を有する基材の表面に蒸着やスパッタリング、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）などの成膜プロセスにより誘電多層膜（例えばＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜）を形成して波長選択性を有する光学反射面３Ａが構成される。このとき、ダイクロイックミラー３の波長選択性、すなわち、波長と反射率（透過率）との関係は誘電多層膜の層数に大きく依存する。すなわち、図８に示すように、誘電多層膜の層数が少ない場合には透過帯域の立ち上がりが緩やかであり、誘電多層膜の層数が多くなるほど透過帯域の立ち上がりが急になる。したがって、後段からダイクロイックミラー３に入射した光を損失なく透過するには（反射成分を少なくするには）、誘電多層膜の層数を多くすることが望ましい。
【００３２】
しかしながら、従来の積層型発光ダイオード装置にあっては、反射面の材質がエポキシ樹脂などの透過性樹脂にて構成されているため、成膜プロセスでの発熱の都合上、誘電多層膜の層数が最大２０層程度に限られてしまい、透過帯域の急な立ち上がりが実現できず、後段からダイクロイックミラー３に入射した光の損失が大きかった。
【００３３】
これに対して本実施の形態では、ダイクロイックミラー３の基材として、透過性樹脂よりも融点が高く、成膜プロセス時の発熱にも十分耐え得るガラスを用いることとし、これにより、誘電多層膜の層数を従来よりも多い３０層以上に増やすことを可能としている。この結果、透過帯域の立ち上がりが急なダイクロイックミラー３が得られ、透過損失が抑制される。
【００３４】
そして、光放射方向Ｐの後段からの放射光を透過する急な立ち上がりの透過帯域を有するダイクロイックミラー３を反射型発光ダイオードユニット１０に設けて積層型発光ダイオード装置１００を構成することで、例えば図９に示すように、各段から放射された放射光が、それよりも光放射方向Ｐの前段に位置するダイクロイックミラー３のそれぞれを損失が少なく透過し、光出力の高効率化を図ることができる。
【００３５】
次いで、発光ダイオード２とダイクロイックミラー３とのサイズの関係について詳述する。図１０に示すように、発光ダイオード２のサイズをＳ、ダイクロイックミラー３の光学反射面３Ａの径をＳ１、当該光学反射面３Ａの焦点距離をｆとした場合、発光ダイオード２の端より放射されて光学反射面３Ａに入射角θ１にて入射した入射光ｃ１は、光学反射面３Ａにて反射角θ２にて反射されて反射光ｃ２となる。
【００３６】
このとき、パワーＬＥＤのようなサイズＳが１ｍｍ以上あるチップを発光ダイオード２として用いた場合、ダイクロイックミラーＳ１のサイズが小さいと、焦点距離ｆが短くなり、入射角θ１および反射角θ２が共に広くなるため、結果として、配光特性が広がってしまい平行光成分が少なくなる。特に、積層型発光ダイオード装置１００にあっては、各反射型発光ダイオードユニット１０の平行光成分が主として外部放射されるため、上記のように、各反射型発光ダイオードユニット１０において平行光成分が減少すると、積層型発光ダイオード装置１００全体の光出力も小さくなり、効率が悪くなる。
【００３７】
そこで、本実施の形態では、ダイクロイックミラー３の光学反射面３ＡのサイズＳ１を、発光ダイオード２のチップサイズ（外形サイズ）Ｓの約４０倍以上のサイズ（すなわち、Ｓ１／Ｓ≧４０）、とし、焦点距離ｆを十分に大きくすることとしている。これにより、発光ダイオード２の端から出た光ｃ１の入射角θ１および反射角θ２が狭くなり、反射光ｃ２として平行光成分の多い光が取り出せる。また、Ｓ１／Ｓ≧４０を満たすように構成された反射型発光ダイオードユニット１０においては、半値角が２度以下の配光特性を得ることができ、積層型発光ダイオード装置１００の光出力効率を高めることが可能となる。
【００３８】
ここで、本実施の形態にあっては、前掲図２に示すように、発光ダイオード２の発光面２Ａに拡散フィルタ９を貼り付ける構成としている。詳述すると、一般に、発光ダイオード２には、その発光面２Ａに配線用の電極（図示せず）が設けられているため、この電極の影響により光源の発光むらが生じ、発光時の照度分布の均斉度が低下する。また、複数の発光ダイオード２を密集させてリードフレーム１に実装した際も同様に、発光ダイオード間に隙間ができるため、この隙間が発光むらの原因となり、照度分布の均斉度の低下を招く。
【００３９】
そこで、本実施の形態では、照度分布の均斉度を改善するために、拡散フィルタ９を発光ダイオード２の発光面２Ａに設け、発光ダイオード２からダイクロイックミラー３に向けて放射される光の発光むらを改善した後に、当該ダイクロイックミラー３にて反射する構成としている。
このような構成により、各反射型発光ダイオードユニット１０から放射される光の均斉度の低下を抑えることができる。
【００４０】
また、反射型発光ダイオードユニット１０の光放射面のそれぞれ、または、積層型発光ダイオード装置１００の光放射面に拡散フィルタを設ける構成でも照度分布の均斉度の低下を抑えることが可能であるものの、この構成においては、ダイクロイックミラー３にて反射された光が拡散されるため、照射範囲が広がり中心光度の低下を招くことになる。
これに対して、本実施の形態によれば、発光ダイオード２からダイクロイックミラー３に向けて放射された光を拡散フィルタ９により拡散する構成としているため、照射範囲の広がりを抑えつつ、照度分布の均斉度を向上することができる。
【００４１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、高熱伝導性を有する金属製の中空状のホルダケース５内に発光ダイオード２およびダイクロイックミラー３を対向配置してなる複数の反射型発光ダイオードユニット１０を、電気的絶縁材からなる連結材４を介して連結して積層型発光ダイオード装置１００を構成としたため、発光ダイオード２の放熱性を高め高出力化が可能になるとともに、反射型発光ダイオードユニット１０同士の電気的絶縁性を高めることができる。
【００４２】
また、本実施の形態によれば、発光ダイオード２を高熱伝導性材から形成されたリードフレーム１に取り付け、このリードフレーム１をホルダケース５に取り付ける構成としたため、発光ダイオード２が発する熱をリードフレーム１を介してホルダケース５に伝達し、当該ホルダケース５から効率良く放熱させることができる。
特に、本実施の形態によれば、ホルダケース５の外側面に放熱フィン５Ｂを形成したため、放熱性をより一層向上させることができる。
【００４３】
また、本実施の形態によれば、リードフレーム１とダイクロイックミラー３との間に、ダイクロイックミラー３の焦点位置を発光ダイオード２の配置位置に合わせるための焦点距離調整用スペーサ８を設けたため、発光ダイオード２ごとにチップの高さが異なった場合であっても、発光ダイオード２（発光面２Ａ）から光学反射面３Ａまでの距離を一定に保つことができ、配光特性や照度分布を各反射型発光ダイオードユニット１０間で均一にすることができる。
【００４４】
また、本実施の形態によれば、発光ダイオード２とダイクロイックミラー３との間に拡散フィルタ９を設ける構成としたため、反射型発光ダイオードユニット１０から放射される光の照射範囲の広がりを抑え、かつ、照度分布の均斉度を向上することができる。
【００４５】
また、本実施の形態によれば、ダイクロイックミラー３として、ガラス基材の表面に所定層数以上の誘電多層膜を形成してなるミラーを用いる構成としたため、誘電多層膜の層数を従来よりも多くすることができる（例えば３０層以上）。これにより、透過帯域の立ち上がりが急なダイクロイックミラー３が得られ、光の透過損失を抑制することができ、光出力の高効率化を図ることができる。
【００４６】
また、本実施の形態によれば、ダイクロイックミラー３の径Ｓ１を、発光ダイオード２の外形サイズＳの４０倍以上とする構成としたため、発光ダイオード２の端から放射されてダイクロイックミラー３に入射する光ｃ１の入射角θ１および反射角θ２を狭くし、反射光ｃ２として平行光成分の多い光を取り出すことができる。
【００４７】
また、本実施の形態によれば、ダイクロイックミラー３の光学反射面３Ａを、発光ダイオード２の配置位置を焦点とする非球面形状または放物面形状にしたため、反射光を平行光化してホルダケース５から効率良く外部放射させることができる。
【００４８】
なお、上述した実施の形態はあくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能である。
例えば、上述した実施の形態において、ホルダケース５内に不活性ガスを充填可能に構成し発光ダイオード２等の腐食などによる劣化を防止する構成としても良い。
【００４９】
また例えば、上述した実施の形態において、ダイクロイックミラー３の裏面に、表面側の光学反射面３Ａにて反射されずに透過してきた光を裏面にて反射する反射膜を設け、光出力のより一層の高効率化を図る構成としても良い。
また、ダイクロイックミラー３の裏面に、後段の反射型発光ダイオードユニット１０から放射された光を損失無く透過させるべく、当該光の反射を防止する反射防止膜を設ける構成とし、光出力の高効率化を図る構成としても良い。
【００５０】
また例えば、上述した実施の形態において、反射型発光ダイオードユニット１０を３つ連結して積層型発光ダイオード装置１００を構成したが、これに限らず、連結（積層）する反射型発光ダイオードユニット１０の数は、２つ、或いは、４つ以上であっても良い。
特に、６個の反射型発光ダイオードユニット１０を連結し、それぞれが青（波長４７０ｎｍ）、緑（波長５２５ｎｍ）、黄緑（波長５７０ｎｍ）、黄（波長５９０ｎｍ）、赤黄（波長６０５ｎｍ）、赤（波長６６０ｎｍ）の異なる中心波長の光を放射する構成とすることで、青、赤、緑の三光源を組み合わせたときよりも、より広い色相を表現可能となる。
【００５１】
本発明に係る積層型発光ダイオード装置１００は、例えば、プロジェクター用光源、大型フルカラー表示板、工業・医療などの光ファイバの光源などに応用することが可能である。
【００５２】
また、図１１に示すように、発光ダイオード２の代わりにフォトダイオード２０をリードフレーム１に取り付けることで、ダイクロイックミラー３にて反射された特定波長域の光のみをフォトダイオード２０にて検出（受光）する反射型フォトダイオードユニット３０を構成するといった応用が可能である。さらに、この反射型フォトダイオードユニット３０を複数連結して、各層（各段）にて異なる波長の光を検出する積層型フォトダイオード装置２００を構成することも可能である。
そして、例えば、積層型発光ダイオード装置１００を光信号送信機とし、また、積層型フォトダイオード装置２００を光信号受信機として、異なる波長の光による多重光通信装置を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態に係る積層型発光ダイオード装置の正面および側面を示す図である。
【図２】積層型発光ダイオード装置の断面図である。
【図３】発光ダイオードユニットの分解斜視図である。
【図４】リードフレームの正面、側面および背面を示す図である。
【図５】ホルダケースの正面および側面を示す図である。
【図６】ダイクロイックミラーの正面および側面を示す図である。
【図７】中空の連結材を通過する光路の態様を示す図である。
【図８】ダイクロイックミラーの誘電多層膜層の層数と光学特性との関係を示す図である。
【図９】発光ダイオードユニットの各ダイクロイックミラーの光学特性を示す図である。
【図１０】発光ダイオードとダイクロイックミラーとのサイズの関係を説明するための図である。
【図１１】本発明の応用例を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ リードフレーム
２ 発光ダイオード
２Ａ 発光面
３ ダイクロイックミラー
３Ａ 光学反射面
４ 連結材
５ ホルダケース
７ 放熱フィン
８ 焦点距離調整用スペーサ
９ 拡散フィルタ
１０ 反射型発光ダイオードユニット
１００ 積層型発光ダイオード装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の反射型発光ダイオードを積層配置してなる積層型発光ダイオード装置および当該積層型発光ダイオード装置に用いて好適な反射型発光ダイオードユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、発光素子たる発光ダイオードを光透過性材料かなる封止体に封止し、発光ダイオードの発光面に対向する封止体の面上に反射面を形成してなる反射型発光ダイオードが知られている。また、このような反射型発光ダイオードを光放射方向に複数連設して反射型発光ダイオードを積層配置するとともに、反射型発光ダイオードのそれぞれの反射面にダイクロイックミラーを形成することで、複数の反射型発光ダイオードから発せられた光を同一面から放射可能にした積層型発光ダイオード装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−２２２７６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の積層型発光ダイオード装置においては、発光ダイオードが光透過性材料からなる封止体に封止されているため、発光ダイオードの放熱性が悪く、高出力化が困難であるという問題があった。
【０００４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、放熱性に優れ高出力化が可能な積層型発光ダイオード装置および反射型発光ダイオードユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、高熱伝導性を有する金属製の中空状のホルダケース内に発光素子およびダイクロイックミラーを対向配置してなる複数の反射型発光ダイオードユニットを、電気的絶縁材からなる連結材を介して連結したことを特徴とする積層型発光ダイオード装置を提供する。
【０００６】
また本発明は、上記発明において、前記発光素子を高熱伝導性材から形成されたリードフレームに取り付け、このリードフレームを前記ホルダケースに取り付けたことを特徴とする。
【０００７】
また本発明は、上記発明において、前記リードフレームと前記ダイクロイックミラーとの間に、前記ダイクロイックミラーの焦点位置を前記発光素子の配置位置に合わせるための調整用スペーサを設けたことを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、上記発明において、前記ホルダケースの外側面に放熱フィンを形成したことを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、上記発明において、前記発光素子と前記ダイクロイックミラーとの間に拡散フィルタを設けたことを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、上記発明において、前記ダイクロイックミラーは、ガラス基材の表面に所定層数以上の誘電多層膜を形成してなることを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、上記発明において、前記ダイクロイックミラーの径を、前記発光素子の外形サイズの約４０倍以上としたことを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、上記発明において、前記ダイクロイックミラーの光学反射面を、前記光学素子の配置位置を焦点とする非球面形状または放物面形状にしたことを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、上記発明において、前記複数の反射型発光ダイオードユニットのそれぞれの発光ダイオードが互いに異なる中心波長の光を放射することを特徴とする。
【００１４】
また上記目的を達成するために、本発明は、発光素子の光を反射鏡にて反射して外部放射する反射型発光ダイオードユニットにおいて、高熱伝導性を有する金属製の中空状のホルダケース内に前記発光素子および前記反射鏡を対向配置し、電気的絶縁材からなる連結材を介して、他の反射型発光ダイオードユニットを連結可能に構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高熱伝導性を有する金属製の中空状のホルダケース内に発光素子およびダイクロイックミラーを対向配置してなる複数の反射型発光ダイオードユニットを、電気的絶縁材からなる連結材を介して連結する構成としたため、発光素子の放熱性を高めることでき高出力化が可能になるとともに、反射型発光ダイオードユニット同士の電気的絶縁性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の一実施の形態を示す積層型発光ダイオード装置１００の正面および側面を示す概略図であり、図２はその側断面の概略図である。これらの図に示すように、積層型発光ダイオード装置１００は、複数の反射型発光ダイオードユニット１０を備え（図示例では３つ）、これらの反射型発光ダイオードユニット１０が光放射方向Ｐに沿って積層するように連設されている。
【００１７】
図３は反射型発光ダイオードユニット１０の分解斜視図である。
反射型発光ダイオードユニット１０は、図２および図３に示すように、発光素子たる発光ダイオード２と、この発光ダイオード２を支持するリードフレーム１と、発光ダイオード２の発光面２Ａに対向配置される反射鏡たるダイクロイックミラー３と、連結材４とを備え、これらが円筒状（断面角形の筒状でも良い）のホルダケース５に内設されている。このホルダケース５はアルミニウムなどの高熱伝導性を有する金属材から形成され、その外周面（外側面）に多数の放熱フィン７を有する放熱部５Ｃが形成されている。
【００１８】
リードフレーム１は、図４に示すように、円環部１Ａと、この円環部１Ａの中心Ｏに配置される略円板状の取付部１Ｂと、円環部１Ａから取付部１Ｂに向けて延びる三本のアーム部１Ｃとを備え、これらが例えば銅などの高熱伝導性を有する板材を例えば型抜き成形するなどして一体に形成されている。リードフレーム１の背面には、図４（ｃ）に示すように、発光ダイオード２が取付部１Ｂに固定され、また、回路用基板６がアーム部１Ｃに設けられ、回路用基板６を介して外部からの電力が発光ダイオード２に供給される。なお、発光ダイオード２の発光面２Ａには拡散フィルタ９が貼り付けられているが、これについては後に詳述する。
【００１９】
かかるリードフレーム１は、図３に示すように、発光ダイオード２（発光面２Ａ）を背面側に向けた姿勢でホルダケース５の背面側の開口５Ａからホルダケース５内に挿入され、図２に示すように、ホルダケース５の内周面に設けられた掛止片５Ｂに掛止される。このとき、リードフレーム１の円環部１Ａの側周面がホルダケース５の内側面に密着して、発光ダイオード２が発する熱がホルダケース５に伝達されるようになっている。
【００２０】
ダイクロイックミラー３は、図２、図３および図６に示すように、特定波長帯域の光のみを選択的に反射し、他の波長帯域の光を透過する凹面状の光学反射面３Ａを有するものであり、この光学反射面３Ａが発光ダイオード２の発光面２Ａに対向するように焦点距離調整用スペーサ８を介在させてホルダケース５に挿入される。光学反射面３Ａは、対向配置される発光ダイオード２の放射光波長に対して高反射特性を有し、また、この発光ダイオード２の配置位置を焦点とする放物面（回転放物面）または非球面に形成されている。したがって、各反射型発光ユニット１０においては、発光ダイオード２から放射された光が中心軸Ｎに対して略平行な光として反射され、ホルダケース５の正面側の開口５Ｄ（図２参照）から中心軸Ｎに対して略平行な光として外部放射される。
【００２１】
上記焦点距離調整用スペーサ８は、ダイクロイックミラー３の光学反射面３Ａの焦点位置を調整するための樹脂製部材である。詳述すると、発光ダイオード２は、製造メーカやその構造（ベアチップや表面実装型チップなど）などによりチップの高さが異なるため、発光ダイオード２（発光面２Ａ）から光学反射面３Ａまでの距離、すなわち、焦点距離ｆ（図２参照）が反射型発光ダイオードユニット１０ごとに異なり、結果として、反射型発光ダイオードユニット１０間で配光特性や照度分布が一致しなくなるという問題がある。
【００２２】
そこで、本実施の形態では、リードフレーム１とダイクロイックミラー３との間に焦点距離調整用スペーサ８を介在させて、発光ダイオード２（発光面２Ａ）から光学反射面３Ａまでの距離（焦点距離ｆ）を調整し、焦点位置を発光ダイオード２の配置位置に位置合わせ可能な構成としている。
なお、本実施の形態では、焦点距離調整用スペーサ８として複数の円柱状部材（図示例では３本）を用いる構成としたが、これに限らず、リードフレーム１の円環部１Ａと略同径の円筒状部材を用いる構成としても良い。
【００２３】
連結材４は、例えば樹脂などの電気的絶縁材が円筒状に形成されてなり、図２および図３に示すように一端４Ａがホルダケース５の背面側の開口５Ａに挿入される。このとき、図２に示すように、連結材４の他端４Ｂがホルダケース５の背面側の開口５Ａから突出し、この他端４Ｂが、後段の反射型発光ダイオードユニット１０のホルダケース５の正面側の開口５Ｄに挿入されてホルダケース５の掛止部５Ｂに掛止されることで、反射型発光ダイオードユニット１０が連結される。なお、最後段の反射型発光ダイオードユニット１０においては、図１および図２に示すように、その後段に他の反射型発光ダイオード１０が連結されることがないため、連結材４を設ける必要がない。
【００２４】
このようにして複数の反射型発光ダイオードユニット１０が積層するように連結材４を介して連結されて、図１および図２に示す積層型発光ダイオード装置１００が構成される。そして、この積層型発光ダイオード装置１００においては、図２に示すように、各反射型発光ダイオードユニット１０が同一の光放射方向Ｐに光を放射し、また、各反射型発光ダイオードユニット１０のダイクロイックミラー３が後段からの光を透過することで、各反射型発光ダイオードユニット１０の光が合成されて、最前段の反射型発光ダイオードユニット１０の正面から外部放射される。
【００２５】
したがって、積層型発光ダイオード装置１００にあっては、各反射型発光ダイオードユニット１０の放射光が合成されて外部放射されるため、容易に高い光出力が得られる。また、反射型発光ダイオードユニット１０のそれぞれの発光ダイオード２として、光の三原色に相当する赤（Ｒ：波長６６０ｎｍ）、緑（Ｇ：波長５２５ｎｍ）、青（Ｂ：波長４７０ｎｍ）のそれぞれの波長の光を用いる構成とすれば、個々の発光ダイオード２を調光することでフルカラーの光源を容易に構成することが可能となる。
【００２６】
ここで、上述したように、本実施の形態では、リードフレーム１およびホルダケース５のそれぞれを高熱伝導性を有する例えば銅などの金属により形成されているため、発光ダイオード２が発する熱をリードフレーム１を介してホルダケース５に伝達し、当該ホルダケース５の放熱部５Ｃから放熱することができ、発光ダイオード２の放熱性の向上が図られている。特に、ホルダケース５の外側面には多数の放熱フィン７を有する放熱部５Ｃが設けられているため、放熱性のさらなる向上が図られ、発光ダイオード２として高出力なものを用いた場合であっても、高電流時に発光ダイオード２が高温になることがなく、輝度低下などを招くことが無い。
【００２７】
なお、放熱部５Ｃを空冷するための空冷ファンを積層型発光ダイオード装置１００の近傍に配置することで、放熱性をより高めることも可能である。
また、発光ダイオード２として、ベアチップを用い、当該発光ダイオード２を絶縁層を介在させずにリードフレーム１に直接取り付けることで、発光ダイオード２とリードフレーム１との間の熱抵抗を下げることができ、放熱性のより一層の向上を図ることができる。
【００２８】
具体的には、リードフレームおよび発光ダイオードを透過性樹脂に封止した従来の積層型発光ダイオードにあっては、発光ダイオードから外気に至る経路の熱抵抗が１５０〜２００℃／Ｗと高い値を示すのに対して、本実施の形態によれば、リードフレーム１の円環部１Ａの直径を４０ｍｍ、その厚さを３ｍｍとするとともに、長さ２０ｍｍ以上の円筒状のホルダケース５に深さが２ｍｍの放熱フィン７を設ける構成とした場合、発光ダイオード２とリードフレーム１との結合部分（取付部分）から外気に至る経路の熱抵抗を２０℃／Ｗ以下とすることが可能であり、さらに、ホルダケース５の強制空冷を併用することで１０℃／Ｗ以下とすることが可能となる。
【００２９】
さて、上記のように、リードフレーム１およびホルダケース５を金属材にて形成した場合、反射型発光ダイオードユニット１０を連結した際に、各ユニット１０間で電気的短絡が生じる恐れがあるものの、本実施の形態では、電気的絶縁材からなる連結材４にて各ユニット１０を連結する構成としたため、各ユニット１０間の電気的絶縁が図られる。
【００３０】
また、この連結材４として、中空部材の一態様である円筒状部材を用いる構成としたため、反射型発光ダイオードユニット１０から放射された光の放射経路上に存在する透過性部材は、図７に示すように、光放射方向Ｐの前段に位置する反射型発光ダイオードユニット１０のダイクロイックミラー３のみとなる。すなわち、光が物質を透過する際には、物質の屈折率により光の進行方向が屈折し、特に、平行光にあっては屈折により平行光成分が小さくなってしまうものの、本実施の形態では、ダイクロイックミラー３の厚さを均一にすることで、後段の反射型発光ダイオード１０から放射された平行光ａが前段のダイクロイックミラー３を透過した場合に、その出力光ｂに平行光成分を多く含ませることができる。
【００３１】
次いで、本実施の形態のダイクロイックミラー３についてより詳細に説明する。
一般に、ダイクロイックミラー３は光透過性を有する基材の表面に蒸着やスパッタリング、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）などの成膜プロセスにより誘電多層膜（例えばＴｉＯ2／ＳｉＯ2多層膜）を形成して波長選択性を有する光学反射面３Ａが構成される。このとき、ダイクロイックミラー３の波長選択性、すなわち、波長と反射率（透過率）との関係は誘電多層膜の層数に大きく依存する。すなわち、図８に示すように、誘電多層膜の層数が少ない場合には透過帯域の立ち上がりが緩やかであり、誘電多層膜の層数が多くなるほど透過帯域の立ち上がりが急になる。したがって、後段からダイクロイックミラー３に入射した光を損失なく透過するには（反射成分を少なくするには）、誘電多層膜の層数を多くすることが望ましい。
【００３２】
しかしながら、従来の積層型発光ダイオード装置にあっては、反射面の材質がエポキシ樹脂などの透過性樹脂にて構成されているため、成膜プロセスでの発熱の都合上、誘電多層膜の層数が最大２０層程度に限られてしまい、透過帯域の急な立ち上がりが実現できず、後段からダイクロイックミラー３に入射した光の損失が大きかった。
【００３３】
これに対して本実施の形態では、ダイクロイックミラー３の基材として、透過性樹脂よりも融点が高く、成膜プロセス時の発熱にも十分耐え得るガラスを用いることとし、これにより、誘電多層膜の層数を従来よりも多い３０層以上に増やすことを可能としている。この結果、透過帯域の立ち上がりが急なダイクロイックミラー３が得られ、透過損失が抑制される。
【００３４】
そして、光放射方向Ｐの後段からの放射光を透過する急な立ち上がりの透過帯域を有するダイクロイックミラー３を反射型発光ダイオードユニット１０に設けて積層型発光ダイオード装置１００を構成することで、例えば図９に示すように、各段から放射された放射光が、それよりも光放射方向Ｐの前段に位置するダイクロイックミラー３のそれぞれを損失が少なく透過し、光出力の高効率化を図ることができる。
【００３５】
次いで、発光ダイオード２とダイクロイックミラー３とのサイズの関係について詳述する。図１０に示すように、発光ダイオード２のサイズをＳ、ダイクロイックミラー３の光学反射面３Ａの径をＳ１、当該光学反射面３Ａの焦点距離をｆとした場合、発光ダイオード２の端より放射されて光学反射面３Ａに入射角θ１にて入射した入射光ｃ１は、光学反射面３Ａにて反射角θ２にて反射されて反射光ｃ２となる。
【００３６】
このとき、パワーＬＥＤのようなサイズＳが１ｍｍ以上あるチップを発光ダイオード２として用いた場合、ダイクロイックミラーＳ１のサイズが小さいと、焦点距離ｆが短くなり、入射角θ１および反射角θ２が共に広くなるため、結果として、配光特性が広がってしまい平行光成分が少なくなる。特に、積層型発光ダイオード装置１００にあっては、各反射型発光ダイオードユニット１０の平行光成分が主として外部放射されるため、上記のように、各反射型発光ダイオードユニット１０において平行光成分が減少すると、積層型発光ダイオード装置１００全体の光出力も小さくなり、効率が悪くなる。
【００３７】
そこで、本実施の形態では、ダイクロイックミラー３の光学反射面３ＡのサイズＳ１を、発光ダイオード２のチップサイズ（外形サイズ）Ｓの約４０倍以上のサイズ（すなわち、Ｓ１／Ｓ≧４０）、とし、焦点距離ｆを十分に大きくすることとしている。これにより、発光ダイオード２の端から出た光ｃ１の入射角θ１および反射角θ２が狭くなり、反射光ｃ２として平行光成分の多い光が取り出せる。また、Ｓ１／Ｓ≧４０を満たすように構成された反射型発光ダイオードユニット１０においては、半値角が２度以下の配光特性を得ることができ、積層型発光ダイオード装置１００の光出力効率を高めることが可能となる。
【００３８】
ここで、本実施の形態にあっては、前掲図２に示すように、発光ダイオード２の発光面２Ａに拡散フィルタ９を貼り付ける構成としている。詳述すると、一般に、発光ダイオード２には、その発光面２Ａに配線用の電極（図示せず）が設けられているため、この電極の影響により光源の発光むらが生じ、発光時の照度分布の均斉度が低下する。また、複数の発光ダイオード２を密集させてリードフレーム１に実装した際も同様に、発光ダイオード間に隙間ができるため、この隙間が発光むらの原因となり、照度分布の均斉度の低下を招く。
【００３９】
そこで、本実施の形態では、照度分布の均斉度を改善するために、拡散フィルタ９を発光ダイオード２の発光面２Ａに設け、発光ダイオード２からダイクロイックミラー３に向けて放射される光の発光むらを改善した後に、当該ダイクロイックミラー３にて反射する構成としている。
このような構成により、各反射型発光ダイオードユニット１０から放射される光の均斉度の低下を抑えることができる。
【００４０】
また、反射型発光ダイオードユニット１０の光放射面のそれぞれ、または、積層型発光ダイオード装置１００の光放射面に拡散フィルタを設ける構成でも照度分布の均斉度の低下を抑えることが可能であるものの、この構成においては、ダイクロイックミラー３にて反射された光が拡散されるため、照射範囲が広がり中心光度の低下を招くことになる。
これに対して、本実施の形態によれば、発光ダイオード２からダイクロイックミラー３に向けて放射された光を拡散フィルタ９により拡散する構成としているため、照射範囲の広がりを抑えつつ、照度分布の均斉度を向上することができる。
【００４１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、高熱伝導性を有する金属製の中空状のホルダケース５内に発光ダイオード２およびダイクロイックミラー３を対向配置してなる複数の反射型発光ダイオードユニット１０を、電気的絶縁材からなる連結材４を介して連結して積層型発光ダイオード装置１００を構成としたため、発光ダイオード２の放熱性を高め高出力化が可能になるとともに、反射型発光ダイオードユニット１０同士の電気的絶縁性を高めることができる。
【００４２】
また、本実施の形態によれば、発光ダイオード２を高熱伝導性材から形成されたリードフレーム１に取り付け、このリードフレーム１をホルダケース５に取り付ける構成としたため、発光ダイオード２が発する熱をリードフレーム１を介してホルダケース５に伝達し、当該ホルダケース５から効率良く放熱させることができる。
特に、本実施の形態によれば、ホルダケース５の外側面に放熱フィン５Ｂを形成したため、放熱性をより一層向上させることができる。
【００４３】
また、本実施の形態によれば、リードフレーム１とダイクロイックミラー３との間に、ダイクロイックミラー３の焦点位置を発光ダイオード２の配置位置に合わせるための焦点距離調整用スペーサ８を設けたため、発光ダイオード２ごとにチップの高さが異なった場合であっても、発光ダイオード２（発光面２Ａ）から光学反射面３Ａまでの距離を一定に保つことができ、配光特性や照度分布を各反射型発光ダイオードユニット１０間で均一にすることができる。
【００４４】
また、本実施の形態によれば、発光ダイオード２とダイクロイックミラー３との間に拡散フィルタ９を設ける構成としたため、反射型発光ダイオードユニット１０から放射される光の照射範囲の広がりを抑え、かつ、照度分布の均斉度を向上することができる。
【００４５】
また、本実施の形態によれば、ダイクロイックミラー３として、ガラス基材の表面に所定層数以上の誘電多層膜を形成してなるミラーを用いる構成としたため、誘電多層膜の層数を従来よりも多くすることができる（例えば３０層以上）。これにより、透過帯域の立ち上がりが急なダイクロイックミラー３が得られ、光の透過損失を抑制することができ、光出力の高効率化を図ることができる。
【００４６】
また、本実施の形態によれば、ダイクロイックミラー３の径Ｓ１を、発光ダイオード２の外形サイズＳの４０倍以上とする構成としたため、発光ダイオード２の端から放射されてダイクロイックミラー３に入射する光ｃ１の入射角θ１および反射角θ２を狭くし、反射光ｃ２として平行光成分の多い光を取り出すことができる。
【００４７】
また、本実施の形態によれば、ダイクロイックミラー３の光学反射面３Ａを、発光ダイオード２の配置位置を焦点とする非球面形状または放物面形状にしたため、反射光を平行光化してホルダケース５から効率良く外部放射させることができる。
【００４８】
なお、上述した実施の形態はあくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能である。
例えば、上述した実施の形態において、ホルダケース５内に不活性ガスを充填可能に構成し発光ダイオード２等の腐食などによる劣化を防止する構成としても良い。
【００４９】
また例えば、上述した実施の形態において、ダイクロイックミラー３の裏面に、表面側の光学反射面３Ａにて反射されずに透過してきた光を裏面にて反射する反射膜を設け、光出力のより一層の高効率化を図る構成としても良い。
また、ダイクロイックミラー３の裏面に、後段の反射型発光ダイオードユニット１０から放射された光を損失無く透過させるべく、当該光の反射を防止する反射防止膜を設ける構成とし、光出力の高効率化を図る構成としても良い。
【００５０】
また例えば、上述した実施の形態において、反射型発光ダイオードユニット１０を３つ連結して積層型発光ダイオード装置１００を構成したが、これに限らず、連結（積層）する反射型発光ダイオードユニット１０の数は、２つ、或いは、４つ以上であっても良い。
特に、６個の反射型発光ダイオードユニット１０を連結し、それぞれが青（波長４７０ｎｍ）、緑（波長５２５ｎｍ）、黄緑（波長５７０ｎｍ）、黄（波長５９０ｎｍ）、赤黄（波長６０５ｎｍ）、赤（波長６６０ｎｍ）の異なる中心波長の光を放射する構成とすることで、青、赤、緑の三光源を組み合わせたときよりも、より広い色相を表現可能となる。
【００５１】
本発明に係る積層型発光ダイオード装置１００は、例えば、プロジェクター用光源、大型フルカラー表示板、工業・医療などの光ファイバの光源などに応用することが可能である。
【００５２】
また、図１１に示すように、発光ダイオード２の代わりにフォトダイオード２０をリードフレーム１に取り付けることで、ダイクロイックミラー３にて反射された特定波長域の光のみをフォトダイオード２０にて検出（受光）する反射型フォトダイオードユニット３０を構成するといった応用が可能である。さらに、この反射型フォトダイオードユニット３０を複数連結して、各層（各段）にて異なる波長の光を検出する積層型フォトダイオード装置２００を構成することも可能である。
そして、例えば、積層型発光ダイオード装置１００を光信号送信機とし、また、積層型フォトダイオード装置２００を光信号受信機として、異なる波長の光による多重光通信装置を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態に係る積層型発光ダイオード装置の正面および側面を示す図である。
【図２】積層型発光ダイオード装置の断面図である。
【図３】発光ダイオードユニットの分解斜視図である。
【図４】リードフレームの正面、側面および背面を示す図である。
【図５】ホルダケースの正面および側面を示す図である。
【図６】ダイクロイックミラーの正面および側面を示す図である。
【図７】中空の連結材を通過する光路の態様を示す図である。
【図８】ダイクロイックミラーの誘電多層膜層の層数と光学特性との関係を示す図である。
【図９】発光ダイオードユニットの各ダイクロイックミラーの光学特性を示す図である。
【図１０】発光ダイオードとダイクロイックミラーとのサイズの関係を説明するための図である。
【図１１】本発明の応用例を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ リードフレーム
２ 発光ダイオード
２Ａ 発光面
３ ダイクロイックミラー
３Ａ 光学反射面
４ 連結材
５ ホルダケース
７ 放熱フィン
８ 焦点距離調整用スペーサ
９ 拡散フィルタ
１０ 反射型発光ダイオードユニット
１００ 積層型発光ダイオード装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高熱伝導性を有する金属製の中空状のホルダケース内に発光素子およびダイクロイックミラーを対向配置してなる複数の反射型発光ダイオードユニットを、電気的絶縁材からなる連結材を介して連結したことを特徴とする積層型発光ダイオード装置。
【請求項２】
前記発光素子を高熱伝導性材から形成されたリードフレームに取り付け、このリードフレームを前記ホルダケースに取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の積層型発光ダイオード装置。
【請求項３】
前記リードフレームと前記ダイクロイックミラーとの間に、前記ダイクロイックミラーの焦点位置を前記発光素子の配置位置に合わせるための調整用スペーサを設けたことを特徴とする請求項２に記載の積層型発光ダイオード装置。
【請求項４】
前記発光素子と前記ダイクロイックミラーとの間に拡散フィルタを設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の積層型発光ダイオード装置。
【請求項５】
前記ダイクロイックミラーは、ガラス基材の表面に、所定層数以上の誘電多層膜を形成してなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の積層型発光ダイオード装置。
【請求項６】
前記ダイクロイックミラーの径を、前記発光素子の外形サイズの４０倍以上としたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の積層型発光ダイオード装置。
【請求項７】
前記ダイクロイックミラーの光学反射面を、前記光学素子の配置位置を焦点とする非球面形状または放物面形状にしたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の積層型発光ダイオード装置。
【請求項８】
前記複数の反射型発光ダイオードユニットのそれぞれの発光ダイオードが互いに異なる中心波長の光を放射することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の積層型発光ダイオード装置。
【請求項９】
発光素子の光を反射鏡にて反射して外部放射する反射型発光ダイオードユニットにおいて、
高熱伝導性を有する金属製の中空状のホルダケース内に前記発光素子および前記反射鏡を対向配置し、電気的絶縁材からなる連結材を介して、他の反射型発光ダイオードユニットを連結可能に構成したことを特徴とする反射型発光ダイオードユニット。
【請求項１】
高熱伝導性を有する金属製の中空状のホルダケース内に発光素子およびダイクロイックミラーを対向配置してなる複数の反射型発光ダイオードユニットを、電気的絶縁材からなる連結材を介して連結したことを特徴とする積層型発光ダイオード装置。
【請求項２】
前記発光素子を高熱伝導性材から形成されたリードフレームに取り付け、このリードフレームを前記ホルダケースに取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の積層型発光ダイオード装置。
【請求項３】
前記リードフレームと前記ダイクロイックミラーとの間に、前記ダイクロイックミラーの焦点位置を前記発光素子の配置位置に合わせるための調整用スペーサを設けたことを特徴とする請求項２に記載の積層型発光ダイオード装置。
【請求項４】
前記発光素子と前記ダイクロイックミラーとの間に拡散フィルタを設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の積層型発光ダイオード装置。
【請求項５】
前記ダイクロイックミラーは、ガラス基材の表面に、所定層数以上の誘電多層膜を形成してなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の積層型発光ダイオード装置。
【請求項６】
前記ダイクロイックミラーの径を、前記発光素子の外形サイズの４０倍以上としたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の積層型発光ダイオード装置。
【請求項７】
前記ダイクロイックミラーの光学反射面を、前記光学素子の配置位置を焦点とする非球面形状または放物面形状にしたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の積層型発光ダイオード装置。
【請求項８】
前記複数の反射型発光ダイオードユニットのそれぞれの発光ダイオードが互いに異なる中心波長の光を放射することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の積層型発光ダイオード装置。
【請求項９】
発光素子の光を反射鏡にて反射して外部放射する反射型発光ダイオードユニットにおいて、
高熱伝導性を有する金属製の中空状のホルダケース内に前記発光素子および前記反射鏡を対向配置し、電気的絶縁材からなる連結材を介して、他の反射型発光ダイオードユニットを連結可能に構成したことを特徴とする反射型発光ダイオードユニット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−３１８９９５（Ｐ２００６−３１８９９５Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１３７６９２（Ｐ２００５−１３７６９２）
【出願日】平成１７年５月１０日（２００５．５．１０）
【出願人】（００００００１９２）岩崎電気株式会社 (533)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月１０日（２００５．５．１０）
【出願人】（００００００１９２）岩崎電気株式会社 (533)
【Ｆターム（参考）】
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