JP2001320090A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外部放射効率が高く、かつダークノイズ及び
光源の点灯時と消灯時のコントラストの低下が効果的に
防止される光源装置を提供する。 【構成】 レンズ型ＬＥＤを基板に実装し、ＬＥＤの光
放出方向に遮光部材を配置する。また、ＬＥＤと遮光部
材の間にインナーレンズを配置する。ＬＥＤからの光は
インナーレンズに放射され、インナーレンズにより集光
された後、遮光部材に設けられた貫通口より外部放射さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光源装置に関する。詳し
くは、レンズ型ＬＥＤを用いた光源装置に関する。ま
た、光源装置を利用したディスプレイ等の発光装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光源としてＬＥＤを用いたディス
プレイ等が知られている。ＬＥＤは、白熱電球に比べ、
小型かつ省電力であり、また、高い指向性の光が得られ
る等の利点がある。使用されるＬＥＤのタイプとして
は、例えば、レンズ型ＬＥＤが挙げられる。レンズ型Ｌ
ＥＤでは、光透過性材料からなる封止部材にレンズ効果
が付与され、かかるレンズ効果により光の指向性が高め
られる。図８及び図９に従来のレンズ型ＬＥＤを使用し
た光源装置５を示した。尚、図８（ｂ）は光源装置５の
光路図である。また、図９は光源装置５を光の外部放射
側から（図８において上方から）見た平面図である。光
源装置５では、ＬＥＤ１００は遮光板３００に設けられ
た貫通口３１０に嵌め込まれるように配置される。発光
素子（図示しない）からの光は封止部材１１０のレンズ
面１２０により所望の角度範囲αを持った光として外部
放射される。図中符号２００はＬＥＤ１００が実装され
る基板である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】屋外等に設置されるデ
ィスプレイでは、外光がＬＥＤ側へと取り込まれて反射
することにより、ＬＥＤの消灯時においても、見かけ上
ＬＥＤ側から放出される光（ダークノイズ）が観察さ
れ、その結果、ＬＥＤの点灯時と消灯時とのコントラス
トが低下するといった問題が生ずる。そこで、かかるダ
ークノイズを抑え、コントラストの低下を軽減すべく、
ＬＥＤの光放射面以外の部分を黒色等の部材で覆い、Ｌ
ＥＤ側への外光の取り込みをできるかぎり抑えることが
行われる。上記の光源装置５を例にとれば、遮光板３０
０によりＬＥＤ側への外光の取り込みを防止している。
しかしながら、外光の影響の改善の余地は大きい。即
ち、ＬＥＤ１００のレンズ面１２０が外光に対して露出
しているため、レンズ面１２０を通して多くの外光がＬ
ＥＤ１００内へと取り込まれる。この取り込まれた外光
は、ＬＥＤ１００の外部放射効率を高めるために備えら
れる光学系（リードフレーム上の銀メッキ等）により反
射され、反射光として観察される。その結果、ＬＥＤの
点灯時と消灯時のコントラストの低下がもたらされる。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題に
鑑みなされたものであり、外部放射効率が高く、かつダ
ークノイズが少なく、光源の点灯時と消灯時のコントラ
ストの低下が効果的に防止される光源装置を提供するこ
とを目的とする。その構成は次の通りである発光素子
と、及び該発光素子を封止するとともにレンズ面を形成
する、光透過性材料からなる封止部材とを備えるＬＥＤ
と、前記ＬＥＤの光放出方向に設置される遮光部材であ
って、該光放出方向から平面視した前記ＬＥＤのレンズ
面の面積より小さい開口部面積の光学的開口部を備える
遮光部材と、及び前記ＬＥＤと前記遮光部材との間に配
置されるインナーレンズと、を備え、前記ＬＥＤの前記
レンズ面より放出された光は、前記インナーレンズによ
り集光された後、前記遮光部材の前記光学的開口部より
外部放射される、ことを特徴とする光源装置。

【０００５】かかる構成によれば、ＬＥＤから放出され
た光はインナーレンズにより集光された後外部放射され
るため、ＬＥＤ自体の集光度を特に高める必要がなく、
レンズ型ＬＥＤを用いた場合における、集光度を高める
に従い外部放射効率が低下するといった問題を回避する
ことができる。このため、高い効率でＬＥＤからインナ
ーレンズへの光の放射ができる。そして、ＬＥＤから放
出された光は、インナーレンズにより狭い範囲に集光さ
れるため、小さな光学的開口部を介して外部放射するこ
とができる。従って、遮光部材の光学的開口部を小さく
形成したことにより外部放射効率を低下させることはな
い。一方、遮光部材に設けられる光学的開口部は光放出
方向から平面視したＬＥＤのレンズ面の面積より小さい
ので、当該光学的開口部を通ってＬＥＤ側へ入射する外
光が少なくなる。その結果、ＬＥＤに備えられる光学系
による反射光の発生を少なくすることができる。以上の
ように、本発明の構成によれば、高い外部放射効率を維
持でき、かつ外光による反射光（ダークノイズ）を少な
くできる。従って、ＬＥＤの点灯時と消灯時のコントラ
ストの高い光源装置が提供されることとなる。

【発明の実施の形態】

【０００６】ＬＥＤには発光素子及び光透過性材料から
なる封止部材が備えられる。発光素子の素子構造は限定
されず、公知のものを任意に選択して用いることができ
る。また、発光素子の発光色は目的に応じて適宜選択さ
れる。例えば、青色、赤色、緑色等、所望の発光色に応
じて選択される。また、発光素子を複数個用いることも
できる。その場合には、同種類の発光素子を組み合わせ
ることはもちろんのこと、異なる種類の発光素子を複数
組み合わせても良い。例えば、光の三原色である赤、
緑、青色の発光色を有する発光素子を組み合わせる。か
かる構成によれば、任意の色を発光可能なＬＥＤとする
ことができる。青色発光素子としては、例えば、III族
窒化物系化合物半導体からなるものを採用することがで
きる。

【０００７】封止部材は、光透過性材料からなり、発光
素子を封止するとともにレンズ面を形成する。発光素子
からの光は当該レンズ面より外部放射される。光透過性
材料は特に限定されず、エポキシ樹脂、ガラス等を用い
ることができる。レンズ面形状は、ＬＥＤの発光効率の
観点及び後述のインナーレンズとの関係を考慮して設計
することが好ましい。即ち、発光効率の観点でいえば、
レンズ面を集光性の高い形状とするに従いＬＥＤの発光
効率は低下するため、集光性のあまり高いレンズ面形状
を採用することは好ましくない。また、インナーレンズ
との関係でいえば、ＬＥＤから放出された光の多くが、
インナーレンズに入射できるレンズ面形状とすることが
好ましい。

【０００８】ＬＥＤの光放出方向には遮光部材が設置さ
れる。遮光部材には、例えば、板状であって、平面視略
円形、略楕円形、略矩形及びこれらを任意に組み合わせ
た形状のものを用いることができる。遮光部材の材質も
遮光に適したものであれば特に限定されることはなく、
例えば、遮光効果の高い黒色系に着色された樹脂等を用
いることができる。また、遮光部材の全てが遮光性の材
料で形成される必要はなく、例えば、外側（外光の照射
する側）の面にのみ黒色系の塗装を施して、遮光性を持
たせても良い。

【０００９】遮光部材には光学的開口部が設けられる。
光学的開口部とは、遮光部材において光を透過すること
ができる部分をいい、例えば、遮光部材の一部に貫通孔
を設けることにより形成される。この場合には、貫通孔
に透明な樹脂等を充填することができる。かかる構成に
よれば、埃や塵、水等が外部より貫通孔を介して光源装
置内部へ進入することを防止できる。また、上記のよう
に黒色系の塗装を施して遮光性を持たせる場合には、一
部に塗装しない部分を設け、これを光学的開口部とする
こともできる。光学的開口部の開口部面積は、前記ＬＥ
Ｄを光放出方向から平面視した場合におけるＬＥＤのレ
ンズ面の面積より小さいものとする。かかる構成によ
り、ＬＥＤ側への外光の取り込みが効果的に抑えられ
る。換言すれば、光学的開口部を通ってＬＥＤ内に取り
込まれる外光の量を少なくでき、もって、ＬＥＤ内の光
学系による反射光の発生を大幅に回避できる。従って、
ＬＥＤ内に発光効率向上の目的で銀メッキ等を施したリ
ードフレーム等の光学系を設けた場合においても、これ
により反射光が発生し、コントラストの低下を引き起こ
すことを可及的に防止でき、高輝度と高コントラストを
兼ね備えた光源装置を構成することができる。また、光
学的開口部の開口部面積は、ＬＥＤからの光の当該光学
的開口部における集光エリアと実質的に同一とすること
ができる。かかる構成によれば、略全光量の光を外部放
射することができ、かつ遮光部材の遮光効果をできる限
り大きなものとすることができる。光学的開口部の数は
上述のＬＥＤの数に対応して定められ、好ましくはＬＥ
Ｄの数と同数の光学的開口部を設ける。複数のＬＥＤ及
び複数の光学的開口部を設けた場合には、各ＬＥＤから
の光は、対応する光学的開口部を介してそれぞれ外部放
射される。一のＬＥＤに対して複数の光学的開口部を設
け、一のＬＥＤからの光を複数の光学的開口部を介して
外部放射することもできる。光学的開口部の形状として
は種々の形状を採用することができる。例えば、平面視
円形、楕円形、矩形等である。

【００１０】ＬＥＤと遮光部材との間にはインナーレン
ズが配置される。インナーレンズはＬＥＤから放射され
た光を集光するものであって、発光素子で発する光を効
率よく遮光部材の光学的開口部から外部放射する目的で
設けられるものである。インナーレンズはガラス、又は
アクリル樹脂、ポリカーボネート等の光透過性材料によ
り形成することができる。

【００１１】上述のように、ＬＥＤから放射される光は
インナーレンズにより集光されることとなるが、かかる
集光された光は一点に集光することが好ましく、この場
合にはその集光位置に遮光部材の光学的開口部があるこ
とが好ましい。かかる構成によれば、ＬＥＤからの光を
光学的開口部の狭い範囲に光を集中させることができ、
より小さな光学的開口部をもって外部放射することがで
きる。また、光学的開口部をより小さく形成することが
できるため、光学的開口部を介してＬＥＤ側に取り込ま
れる外光を少なくできる。さらに、ＬＥＤから放出され
る光は遮光部材の光学的開口部に焦点をもつことが好ま
しい。かかる構成によれば、一層小さな光学的開口部を
もってＬＥＤから放出される光を外部放射できるため、
外光の取り込みによる、ダークノイズの発生、及びコン
トラストの低下を一層効果的に防止できるからである。
以下、図を参照しながら本発明の構成を詳細に説明す
る。

【００１２】

【実施例】図１（ａ）に本発明の一の実施例である光源
装置１の構成を示した。また、図１（ｂ）は光源装置１
の光路図である。光源装置１はＬＥＤ１０、実装基板２
０、遮光板３０、及びインナーレンズ４０から大略構成
される。光源装置１は、ディスプレイ、信号灯等の光源
として利用することができるものである。尚、図２は光
源装置１を光の外部放射側から（図１（ａ）において上
方から）見た平面図であり、図３はＬＥＤ１０の構成を
示す図である。以下、各図を参照しながら光源装置１の
構成について説明する。ＬＥＤ１０はレンズ型のＬＥＤ
であって、発光素子１１、リード１２、１３、これらを
封止する光透過性材料からなる封止部材１６を備える。
本実施例では、発光素子１１としてIII族窒化物系化合
物半導体からなるものを用い、青色系の発光色の光源装
置とした。勿論、任意の発光色の発光素子を用いること
ができ、所望の発光色の光源装置とすることができる。
さらには、赤色系、緑色系、青色系の発光色の発光素子
を組み合わせたＲＧＢタイプのＬＥＤを用いることによ
り、任意の色を発光可能な光源装置とすることもでき
る。発光素子１１はリード１２に設けられたカップ部に
マウントされており、発光素子１１の各電極（ｎ電極、
ｐ電極）はワイヤ１４及び１５を介してリード１２及び
１３にそれぞれ電気的に接続される。封止部材１６には
レンズ面１７が形成されている。レンズ面形状は、あま
り集光性の高い形状とはしておらず、レンズ面を通って
放射される発光素子１１からの光の多くが後述のインナ
ーレンズ４０に入射できる程度の集光性をもつ形状とし
てある。

【００１３】ＬＥＤ１０は実装基板２０上に実装され
る。実装基板には汎用的なものを用いた。遮光板３０
は、黒色、板状の部材であって、遮光機能が備えられて
いる。遮光板３０はＬＥＤ１０からの光が集光する高さ
設置してある。また、遮光板３０にはＬＥＤ１０の光が
集光する位置に貫通口３１が設けられている。貫通口３
１は、ＬＥＤ１０からの光の焦点ｆ１での集光径に実装
精度を考慮してマージンをもたせた条件における最小の
大きさとした。尚、外部放射効率よりもダークノイズ低
減を優先する用途の場合には、遮光板３０の貫通口３１
をより小さくすることもできる。ＬＥＤ１０と遮光板３
０の間には、インナーレンズ４０が配置される。インナ
ーレンズ４０は、ＬＥＤ１０からの光を遮光板３０の貫
通口３１に集光する形状としてある。

【００１４】次に、図１（ｂ）を参照しながら、光源装
置１における光の放射態様を説明する。上記のように構
成された本実施例の光源装置１では、発光素子１１から
発せられ、封止部材１６のレンズ面１７から角度β以内
に放射された光は、インナーレンズ４０に放射され、イ
ンナーレンズ４０で集光された後、集光点となる遮光板
３０の貫通口３１を通って外部放射される。この際の外
部放射光の放射角は、インナーレンズ４０における放射
面から外部放射用の貫通口３１に至る角度範囲αとな
る。このように、ＬＥＤ１０から角度β以内に放射され
た光が、一旦インナーレンズ４０に放射され、その後、
インナーレンズ４０により角度範囲αの光として外部放
射される。即ち、インナーレンズ４０において外部放射
光の指向特性を調節できるため、ＬＥＤ１０からの放射
される光の角度範囲βを比較的大きなものにすることが
できる。このことは、レンズ型ＬＥＤを用いた場合にお
いて、指向角を小さくすることに伴う放射効率の低減を
回避できることを意味する。従って、光源装置１では、
発光素子１１から発せられた光を高効率でインナーレン
ズ４０に放射でき、これを所定の角度範囲αの光として
外部放射できる。即ち、高い効率、かつ所定の指向特性
をもった光を外部放射する光源装置１が構成されること
となる。一方、外光は貫通口３１が設けられた遮光板３
０に至ることとなるが、そのほとんどは、遮光板３０の
大半の面積を占める貫通口３１以外の部分により吸収さ
れる。他方、ごく一部の外光は、貫通口３１を通ってＬ
ＥＤ１０側に入射する。この貫通口３１を通ってＬＥＤ
１０側に入射する外光の量は、入射面の面積（即ち、貫
通口３１の面積）に比例することとなるが、本実施例の
光源装置１では、従来例（図８、図９を参照）に比較し
て非常に小さな貫通口３１が形成されるので、この貫通
口３１を通って入射する外光の量を少なくできる。即
ち、従来例に比較してＬＥＤ側に入射する外光の量を極
めて少ないものとできる。また、貫通口３１を通ってＬ
ＥＤ１０側に入射した外光の大部分は遮光板３０のＬＥ
Ｄ１０側の面等により吸収される。このため、光源装置
１へ入射する外光の反射率は極めて低いものとなる。ま
た、ＬＥＤ１０の外光による劣化軽減を図ることもでき
る。

【００１５】以上のように、光源装置１では、ＬＥＤ１
０から高い放射効率で放射された光をインナーレンズに
より集光することにより、遮光板３０に遮られることな
く外部放射することから、高い外部放射効率、高輝度の
光源装置となる。また、この高い外部放射効率と高い輝
度特性を損なうことなく、外光に対しての遮光効果の高
いものとすることができる。その結果、点灯時の輝度が
高く、かつダークノイズが極めて低いことによりＬＥＤ
の点灯時と消灯時のコントラストが大きな、優れた視認
性の光源装置が実現される。尚、ＬＥＤ１０のレンズ面
１７、及びインナーレンズ４０の形状、大きさ等を変化
させることにより、外部放射光の放射角を任意に設計す
ることができる。例えば、ＬＥＤ１０の集光度がより低
くなるようなレンズ面を採用し、ＬＥＤからより広範囲
の光を放射するとともに、インナーレンズとして、かか
る広範囲の光に対応してより大きなレンズ面積を有する
ものを採用すれば、外部放射光の放射角をより大きなも
のとすることができる。この際、ＬＥＤ１０の集光度や
インナーレンズ４０の形状は上記のものに限定されず、
従来技術よりも外部放射効率が劣っても、ダークノイズ
低減によりコントラスト向上が図れるものであれば用い
ることができる。しかし、インナーレンズ４０を用いず
にＬＥＤ１０のみにより集光して外部放射した場合に
は、本発明の実質的な効果を得ることができない。即
ち、レンズ型ＬＥＤでは集光度を高めるにしたがい外部
放射効率は低下する。例えば、平行光導出用とした場合
で約３割の外部放射効率となり、さらに集光度を高めれ
ば放射効率はさらに低下する。このため、インナーレン
ズ４０を用いずにＬＥＤ１０のみにより集光しようとす
れば、ダークノイズの低減は図れるとしても、外部放射
光量や輝度が大幅に低下するので、点灯時と消灯時のコ
ントラストの向上は望めない。

【００１６】上記において遮光板３０の構成は上記のも
のに限定されるものではなく、例えば、図４又は図５の
構成を採用することもできる。図４の遮光板３０ａで
は、黒色の樹脂からなる遮光部３２と光透過性の樹脂か
らなる光透過部３３とが形成されている。遮光板３０ａ
は黒色の樹脂と光透過性の樹脂とを一体成型することに
より形成することができる。かかる構成によれば、ＬＥ
Ｄ１０からの光は光透過部３３より外部放射される。ま
た、図５の遮光板３０ｂでは、板状のガラス３４の表面
の一部を除いて黒色の印刷を施すことにより、光透過部
３６（印刷をしない部分）と遮光部（印刷部）遮光部３
５を形成した。かかる構成では、ＬＥＤ１０からの光は
光透過部３６より外部放射される。尚、ガラス以外にも
光透過性の樹脂を用いることも可能である。図４及び図
５に示した構成によれば、外部からの塵、埃の進入の防
止や、防水効果が得られる。

【００１７】光源装置１において、遮光板、ＬＥＤ、及
び基板をそれぞれ一つずつ用いて光源装置を構成した
が、一の遮光板に対してＬＥＤを複数用いて光源装置と
することもできる。図６に、一の遮光板に対してＲＧＢ
タイプのＬＥＤ（図示しない）を１６個用いる光源装置
２の例を示した。尚、図６は光源装置２を外部放射側よ
り観察した平面図である。光源装置２では、遮光板３７
にＬＥＤと同数の貫通口３８が設けられ、各ＬＥＤから
の光は集光した後、対応する貫通口３８から外部放射さ
れる。尚、ＬＥＤを複数用いる場合には、一の基板に当
該複数のＬＥＤを実装することが好ましいが、複数の基
板を用いることも可能である。

【００１８】上記の光源装置１又は２を複数用いて、デ
ィスプレイ、信号灯等の発光装置を構成することができ
る。勿論、使用目的によっては、一の光源装置を用いて
発光装置を構成することもできる。光源装置２を筐体５
０にマトリックス状に配置して構成されるフルカラーデ
ィスプレイ６０を図７に示した。上述のように、本発明
の光源装置では高輝度かつ外光の取り込みが効果的に防
止されるため、高輝度かつコントラストの高いディスプ
レイ６０が得られる。かかるディスプレイは、屋外等に
おける長距離で視認されるディスプレイとして好適なも
のである。

【００１９】この発明は、上記発明の実施の形態及び実
施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の
範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲
で種々の変形態様もこの発明に含まれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は、本発明の一の実施例である光源
装置１を示した図である。また、図１（ｂ）は、光源装
置１の光路図である。

【図２】図２は、同じく光源装置１を外部放射側よりみ
た図である。

【図３】図３は、ＬＥＤ１０の構成を示した図である。

【図４】図４は、異なる構成の遮光板３０ａを用いた場
合の構成を示した図である。

【図５】図５は、異なる構成の遮光板３０ｂを用いた場
合の構成を示した図である。

【図６】図６は、一の遮光板３７に対してＬＥＤを複数
用いる構成の光源装置５を示した図である

【図７】図７は、光源装置２をマトリックス状に配置し
て構成されるフルカラーディスプレイ６０の部分拡大図
である。

【図８】図８（ａ）は、従来のレンズ型ＬＥＤ１００を
用いた光源装置５を示す図である。また、図８（ｂ）
は、光源装置５の光路図である。

【図９】図９は、同じく光源装置５を外部放射側よりみ
た図である。

【符号の説明】

１ ２ 光源装置 ５ 従来例の光源装置 １０ ＬＥＤ １１ 発光素子 １２ １３ リード １４ １５ ワイヤ １６ 封止部材 １７ レンズ面 ２０ 基板 ３０ ３０ａ ３０ｂ ３７ 遮光板 ３１ ３８ 貫通口 ３３ ３６ 光透過部 ６０ ディスプレイ装置 α 外部放射角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5C094 AA06 BA23 CA18 CA24 ED01 ED15 5F041 DA18 DA57 DB01 DB08 DC83 EE11 EE24 FF06 5G435 AA02 BB04 CC09 CC12 FF11 FF13 GG02 GG17 GG23 GG27

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光素子と、及び該発光素子を封止する
   とともにレンズ面を形成する、光透過性材料からなる封
   止部材とを備えるＬＥＤと、 前記ＬＥＤの光放出方向に設置される遮光部材であっ
   て、該光放出方向から平面視した前記ＬＥＤのレンズ面
   の面積より小さい開口部面積の光学的開口部を備える遮
   光部材と、及び前記ＬＥＤと前記遮光部材との間に配置
   されるインナーレンズと、を備え、 前記ＬＥＤの前記レンズ面より放出された光は、前記イ
   ンナーレンズにより集光された後、前記遮光部材の前記
   光学的開口部より外部放射される、ことを特徴とする光
   源装置。
2. 【請求項２】 前記光学的開口部の前記開口部面積は、
   前記インナーレンズにより集光された光の該光学的開口
   部における集光エリアと実質的に同一である、ことを特
   徴とする請求項１に記載の光源装置。