JP2004327955A - Ｌｅｄランプ - Google Patents

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Abstract

【課題】 所定方向に指向性を有すると共に、反射による輝度アップを図ることで、小型の携帯電話機に備えるカメラのフラッシュ光源として搭載可能なＬＥＤランプを提供することである。
【解決手段】 電極パターンが形成された回路基板２２と、この回路基板２２上に載置され、内周面がテーパ状の凹部３２を有する反射枠体３１と、前記凹部３２の中央部に実装される発光体２７と、この発光体２７の上に位置する空気層と、この空気層を介して前記反射枠体３１の上に設けられるレンズ体４４とを備えると共に、前記反射枠体３１に前記空気層から外部に通じる空気孔４５を設けた。
【選択図】 図５

Description

本発明は、カメラ機能を備えた携帯電話機や携帯情報端末機等に搭載され、フラッシュ光源として利用されるＬＥＤランプに関するものである。
従来、一般的なカメラに搭載されているフラッシュ光源にはキセノン管を使用しているものが多い。このキセノン管は、高い光量を得ることができるが、携帯電話機のような、小型化及び低消費電力化が必要な機器には不向きである。このため、非特許文献１に示されているような小型で表面実装が可能なＬＥＤを応用したＬＥＤランプが実用化されている。ただし、前記ＬＥＤを単体で使用しただけでは十分な光量が得られないため、回路基板上にＬＥＤ素子を複数実装しているものが多い。
ＣＬ−４６０Ｓ，４７０Ｓシリーズ、データシート、[online]、株式会社シチズン電子、「平成１５年２月２０日検索」、インターネット ＵＲＬ ＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃ−ｅ．ｃｏ.ｊｐ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｉｎｄｅｘ１.ｈｔｍｌ＞
しかしながら、十分な放射光量を得るために、実装するＬＥＤ素子の数を増やすと、それに伴って消費電流が多くなると共に、実装する回路基板自体も大きくなるので、ランプ自体の小型化が図られないといった問題があった。
また、ＬＥＤ単体での発光は指向性を有しないため、カメラのフラッシュのような所定の方向に強い光量を得る目的には不向きであった。
そこで、本発明の目的は、所定方向に指向性を有すると共に、反射による輝度アップを図ることで、小型の携帯電話機に備えるカメラのフラッシュ光源として搭載可能なＬＥＤランプを提供するものである。
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係るＬＥＤランプは、電極パターンが形成された回路基板と、この回路基板上に載置される凹部を有する反射枠体と、前記凹部の中央部に実装される発光体とを備え、前記凹部の内周面が上部に向かって広がるテーパ状に形成されていることを特徴とする。
この発明によれば、発光体から発せられた光を集光用の凹部が設けられた反射枠体によって、発光正面方向に所定角度の指向性を伴って放射させることができる。特に、前記凹部の内周面が上部に向かってテーパ状に形成されているため、発光体の正面方向に広がりを持たせると共に、輝度ムラのない均一な照明効果を得ることができる。このため、被写体に対して強い光量を必要とするカメラのフラッシュ光源に適している。
請求項２のＬＥＤランプは、電極パターンが形成された回路基板と、この回路基板上に載置され、内周面がテーパ状の凹部を有する反射枠体と、前記凹部の中央部に実装される発光体と、この発光体の上に位置する空気層と、この空気層を介して前記反射枠体の上に設けられるレンズ体とを備えると共に、前記回路基板、反射枠体及びレンズ体の少なくとも一つに前記空気層から外部に通じる空気孔を設けたことを特徴とする。
この発明によれば、回路基板に実装された発光体の周囲に集光用の凹部を有する反射枠体が設けられると共に、前記凹部の上方をレンズ体で覆った構造となっているので、凹部の内周面で反射されて放射光量が高められた光をさらにレンズ体で所定方向に集光させることができる。また、前記レンズ体で覆われた凹部内が空気層を構成しているため、レンズ体の光屈折率と空気層の光屈折率の差によって、より高い集光効果が得られる。また、前記回路基板、反射枠体あるいはレンズ体の少なくとも一つに前記空気層から外部に通じる空気孔を形成することによって、リフロー実装処理のような高温環境下においた際の空気膨張を抑えることができる。このため、リフロー実装処理を安全且つ確実に行うことができると共に、ＬＥＤランプの性能劣化を防止することができる。
また、光入射面及び光出射面を有するレンズ体の少なくとも一方を凸レンズ面に形成することで、前記発光体から出射された光や反射枠体で反射された光をより遠くに向けて集光させることができる。なお、前記凸レンズ面の代わりにフレネルレンズ面に形成してもよい。このようなフレネルレンズ面とすることで、光学的な特性は凸レンズ面と略同じでありながら薄型化が可能となる。
また、前記レンズ体を一方が凸レンズ面またはフレネルレンズ面、他方が平坦面で構成し、前記凸レンズ面またはフレネルレンズ面を前記発光体に対向して設けることで、前記凸レンズ面またはフレネルレンズ面を発光体面に接近させた状態で配設することができる。このため、発光体から発せられる直接光や反射枠体内部で反射される反射光を効率よく集光させることができる。また、レンズ体の外表面が平坦面であることから全体の薄型化が図られ、狭いスペースにも実装することができる。
また、前記発光体は一個又は二個以上の複数の発光ダイオード素子を集積して構成することができるので、要求される照明効果に応じた光量のＬＥＤランプが製造可能である。
また、前記発光体は構成する発光ダイオード素子の特性によって様々な発光色を得ることができるが、前記発光ダイオード素子を封止する樹脂体にＹＡＧ蛍光体を混合することによって、容易に白色発光を得ることができる。また、前記発光体を構成する発光ダイオード素子が赤色、緑色及び青色からなる３種類で構成した場合には、前記それぞれの発光ダイオード素子の発光色または輝度を混合させることで白色発光を得ることができる。
また、反射面を鏡面加工又はめっき加工することによって反射効率が向上し、高い照明効果が得られる。
また、前記回路基板及び反射枠体とが一体化可能なＭＩＤで形成した場合には、回路基板面と反射面とが繋ぎ目のない連続した面を形成するため、良好な反射効果が得られると共に、品質が一定で大量生産が可能である。
本発明に係るＬＥＤランプによれば、ＬＥＤ素子で構成された発光体の周囲を取り囲むようにして配設された反射用の凹部を備えた反射枠体を回路基板上に形成したことで、ＬＥＤ素子数や消費電流を増加させることなく、カメラとしてのフラッシュ光源として十分な光量を得ることができた。また、反射面を備えた反射枠体が回路基板と略同じ平面サイズに形成されているので、実装スペースに余裕のない小型及び薄型の携帯電話機や携帯情報端末等にも搭載可能である。
また、前記反射枠体にレンズ体を装着することによって、さらなる輝度アップと指向性の絞込みが可能となると共に、前記レンズ体の形状やサイズを選択することで搭載する機器や使用条件に適合した照明効果を得ることができる。
また、前記反射枠体にレンズ体を設け、凹部内の空間を空気層にしたことで、光が外部に放射される間にレンズ体と空気層の中を通過することになる。このように、隣接した光屈折率の異なる媒体を通ることで、光の屈折効果を大きくして、より明るく発光させることができる。
以下、添付図面に基づいて本発明に係るＬＥＤランプの実施の形態を詳細に説明する。
図１乃至図４は本発明のＬＥＤランプ２１の第１実施形態を示したものである。このＬＥＤランプ２１は、アノードとカソードからなる一対の電極部が３組形成された回路基板２２と、この回路基板２２上に実装される発光体２７と、この発光体２７を取り囲む反射面が形成された反射枠体３１とで構成されている。
前記回路基板２２は、図３に示されるように、ガラスエポキシやＢＴレジン等で四角形状に形成され、両側面にアノード電極（Ａ１，Ａ２，Ａ３）及びカソード電極（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）がスルーホールによって形成されている。そして、前記両側面から回路基板２２の中央部に延びるリードパターンのＡ１とＫ１，Ａ２とＫ２，Ａ３とＫ３のそれぞれの先端間に後述する３個の発光ダイオード素子（ＬＥＤ素子２８ａ，２８ｂ，２８ｃ）が実装され、ボンディングワイヤを介して接続される。
発光体２７は、３つのＬＥＤ素子２８ａ，２８ｂ，２８ｃと、これらのＬＥＤ素子を封止する透明又は透光性を有する樹脂材２９とからなる。前記ＬＥＤ素子２８ａ，２８ｂ，２８ｃは、窒化ガリウム系化合物半導体であり、図３に示したように、それぞれのアノード電極（Ａ１，Ａ２，Ａ３）とカソード電極（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）間に接続され、回路基板２２の中央部に三角形状に均等配置される。
前記反射枠体３１は、図１及び図２に示されるように、回路基板２２とほぼ同じ平面形状の部材であり、回路基板２２上に配置される。また、反射枠体３１は回路基板２２よりも大きな厚みを有しており、その中央部には前記発光体２７を取り囲むすり鉢状の凹部３２が形成されている。この凹部３２は、前記発光体２７から発せられる光を均等に集光させるため、内周面が円状に形成されると共に、上面に向かってテーパ状に広がるように形成される。また、凹部３２の内壁面に、ニッケルめっきその他の銀色系のめっき加工を施した反射面３３を形成することによって、発光体２７から発せられる光を効率よく上方に反射させることができる。この反射面３３の形状及び傾斜角は、ＬＥＤランプ２１の仕様に応じて適宜設定されるが、カメラのフラッシュ光源のように、ある一定の距離にムラなく光を照射させるために、発光体２７を中心にした円形で、上方に向かって４０°〜８０°の範囲で傾斜されるのが望ましい。
この実施形態のＬＥＤランプ２１は、図４に示すように、アノード電極（Ａ１，Ａ２，Ａ３）及びカソード電極（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）が形成された回路基板２２にＬＥＤ素子２８ａ〜２８ｃを実装し、その上を樹脂材２９で封止した後、反射枠体３１を前記回路基板２２上に装着して形成される。
上記構成からなる第１実施形態のＬＥＤランプ２１においては、３個のＬＥＤ素子２８ａ，２８ｂ，２８ｃで構成された発光体２７から直接上方に向かって発せられる光と、反射面３３によって反射された光とで発光体２７の正面方向の発光輝度を格段に向上させることができる。また、図２に示したように、前記反射面３３によって、発光体２７から発せられる光を正面方向に集めて一定方向に照射させることができると共に、反射枠体３１が回路基板２２と略同じ平面サイズに形成され、突起部のない平面形状となっているので狭い実装スペースにも組み込むことが可能である。このため、カメラ機能を内蔵した携帯電話機にも容易に組み込むことができ、フラッシュ光源としても十分な光量を得ることができる。また、前記発光体２７を構成する各ＬＥＤ素子は、独立した一対の電極対を３系統備えているので、１個のＬＥＤ素子２８ａのみによる照明、２個のＬＥＤ素子２８ａ，２８ｂによる照明あるいは３個のＬＥＤ素子２８ａ，２８ｂ，２８ｃ同時発光による照明の中から任意の発光制御を行うことができる。なお、本実施形態では、前記発光体２７を３個のＬＥＤ素子２８ａ，２８ｂ，２８ｃで構成した場合を示したが、このような３個のＬＥＤ素子構成に限定されず、使用目的に応じて１個のＬＥＤ素子での構成あるいは４個以上のＬＥＤ素子による構成も可能である。
図５及び図６は、本発明のＬＥＤランプの第２実施形態を示したものである。この実施形態のＬＥＤランプ４１は、電極パターンが形成された回路基板２２と、この回路基板２２の上に実装される発光体２７と、この発光体２７を囲う反射面を備えた反射枠体３１と、前記発光体２７の上に位置し、反射枠体３１によって囲われている空気層４０と、この空気層４０を挟み、前記反射枠体３１の上に設けられるレンズ体４４とで構成されたものである。前記発光体２７及び反射枠体３１による集光作用は、前述した第１実施形態のＬＥＤランプ２１と同様であるが、反射枠体３１の上にレンズ体４４を設けることで、発光体２７及び反射面３３によって上方へ放射される光が前記凸面４６で集光されるため、上記第１実施形態のＬＥＤランプ２１よりもさらに放射光量のアップを図ることが可能となる。また、前記レンズ体４４の下が空気層４０となっているため、前記発光体２７から発せられた光は、空気層４０とレンズ体４４からなる２つの異なった屈折率を有する媒体を通過して外部に放射されることになる。このような屈折率の変化によって集光性をより高めることができる。前記レンズ体４４は、光を放射する面が凸面４６になるように、透明又は透光性を有する樹脂材を成型するか、ガラス材を直接所定形状に加工して形成される。なお、本実施形態のＬＥＤランプ４１では、レンズ体４４を設けたことで、凹部３２内が密閉した状態となっている。このため、ＬＥＤランプをリフロー処理によって実装する際に凹部３２内の空気層４０が膨張してしまうおそれがある。これを改善するために、空気層４０から外部に通じる空気孔４５を設けて気圧を下げるようにしている。これによって、リフロー処理を安全且つ確実に行うことができると共に、ＬＥＤランプとしての品質の劣化を抑えることができる。
図７は、レンズ体５４の中央部を反射枠体３１の上面から凹部３２内に下げて形成した第３実施形態のＬＥＤランプ５１である。このように、凸面５６が凹部３２内に隠れることによって、反射枠体３１の上方が平坦になるため、全体の薄型化が図られる。特に、前記凸面５６の頂点が反射枠体３１の上面と略水平になるように形成した場合は、ＬＥＤランプ５１の厚みを上記第１実施形態のＬＥＤランプ２１と略同等の薄さに抑えることができる。この実施形態のＬＥＤランプ５１によれば、発光の指向性及び放射光量は前記図６で示したＬＥＤランプ４１と略同様であるが、レンズ体５４が反射枠体３１の上面から突出しないので、携帯電話機のような薄型の機器の組み込み用途に最適である。
図８は、本発明の第４実施形態のＬＥＤランプ６１を示したものである。この実施形態のＬＥＤランプ６１は、レンズ体６４の凸面６６を発光体２７の正面に対向させて配設したものである。発光作用は、上記第２実施形態及び第３実施形態のＬＥＤランプ４１，５１と同様であるが、反射枠体３１の上面が略平坦面となるので、前記第３実施形態のＬＥＤランプ５１よりもさらに、実装の高さ方向のスペースを抑えることができる。
図９は、本発明の第５実施形態のＬＥＤランプ７１を示したものである。この実施形態のＬＥＤランプ７１は、反射枠体３１に形成されている凹部３２の上方を覆うレンズ体７４の一部を粗面７６にして光散乱効果を得るようにしたものである。前記粗面７６は、平板状に形成されたレンズ体７４の発光体２７と対向する面を凹凸加工して形成される。このような粗面７６を設けることによって、発光体２７からの放射光及び反射面３３で反射された反射光を上方に向けて適度に散乱発光させることができる。
図１０は、本発明の第６実施形態のＬＥＤランプ８１を示したものである。この実施形態のＬＥＤランプ８１は、前記図８のレンズ体の片面をフレネルレンズ面８６にしたものである。このフレネルレンズ面８６は、光学的には凸レンズ面と同じ光屈折による集光効果を有しながらレンズ自体の厚みを薄くすることができるといった利点がある。
上記第２乃至第６実施形態におけるレンズ体４４，５４，６４，７４，８４は、一方の面が凸面４６，５６，６６や粗面７６あるいはフレネルレンズ面８６で、他方の面が平坦面に形成される。そして、前記凸面や粗面あるいはフレネルレンズ面を発光体２７に向け、平坦面を外部に露出した状態で反射枠体３１に設置される。これによって、凸面あるいはフレネルレンズ面による高い集光性や粗面による光散乱効果が得られると共に、外表面が平坦面であることによって薄型化が図られる。これに対して、レンズ体の両面を凸面あるいはフレネルレンズ面に形成した場合には、より大きな集光効果を得ることが可能であるが、レンズ体の厚みが増して省スペース化が図られなくなると共に、レンズ体の製造コスト及び工数が多く掛かるといった欠点を有している。
上記第２乃至第６実施形態に示したＬＥＤランプにあっては、反射枠体３１の内部が空気層４０となっているが、このような空気層４０を設けることによる光学的な効果は、より大きな集光効果を得ることにある。前記空気層の光屈折率を１とすると、レンズ体を形成する樹脂の屈折率は、１．５前後であることが知られている。このため、前記発光体２７から発せられた光は、外部に放射される前に前記空気層とレンズ体を通る間に光屈折率が大きくなり、より大きな集光効果を得ることができる。これに対して、レンズ体を形成する樹脂を発光体の上方に隙間なく充填形成した場合は、発光体から発せられる光の屈折率は、その樹脂のみの屈折率に依存するため、大きな集光効果は望めない。また、前記空気層を設けるといった点では、レンズ体の凸面やフレネルレンズ面を発光体に接するように形成することも可能である。このような形態にすれば、厚みを抑えたＬＥＤランプを得ることができるが、レンズ体の加工や反射枠体にレンズ体を位置決めする際の制御に困難性を伴う。また、発光体にレンズ体を接触させることによる製品不良が多く発生するおそれがあるため好ましくない。
上記第２乃至第６実施形態のようなレンズ体を備えた構造のＬＥＤランプには、空気孔４５が設けられているが、この空気孔４５は、空気層４０から外部に通じる箇所であればどこに設けてもよい。例えば、上記図８に示した第４実施形態のＬＥＤランプ６１の例で示せば、ＬＥＤランプのサイズや形状、あるいは実装方法に応じて、レンズ体６４に接する反射枠体３１の上部（図１１（ａ））、回路基板２２に接する反射枠体３１の下部（図１１（ｂ））、レンズ体６４の一部（図１１（ｃ））、回路基板２２の一部（図１１（ｄ））のいずれかに形成される。なお、前記空気孔４５は、少なくとも一箇所に設ければよいが、ＬＥＤランプのサイズや実装形態に応じて複数設けてもよい。
上記第１乃至第６実施形態では、ＬＥＤランプの基礎となる部分が発光体２７を実装するための回路パターンが形成された回路基板２２と、この回路基板２２上に配設される反射枠体３１で構成されているが、図１２に示すＬＥＤランプ９１のように、回路基板部９２と反射枠体部９３とを一体化した立体型のベース部９５によって形成してもよい。このような立体型のベース部９５は、ＭＩＤ（Molded Interconnect Device）を用いることで、任意の形状に容易且つ精度よく成形することができると共に、前記回路基板部９２と反射枠体部９３とが繋ぎ目のない連続した面を形成するため、乱反射のない良好な反射効果が得られる。
上記第２乃至第５実施形態で示したＬＥＤランプ４１，５１，６１，７１，８１は、形態の異なるレンズ体４４，５４，６４，７４，８４を装着したが、このレンズ体の曲率半径や屈折率は集光が得られる範囲では特に限定されるものではない。
なお、上記実施形態のＬＥＤランプを白色発光させ、カメラのフラッシュ光源として使用する場合には次の２つの構成方法がある。第１の構成は、図３に示したように、発光体２７に青色発光型のＬＥＤ素子（２８ａ，２８ｂ，２８ｃ）を使用し、封止する樹脂体にＹＡＧ蛍光体を混入するものである。また、第２の構成は、赤色、緑色及び青色発光型のＬＥＤ素子を用いて発光体２７を構成し、前記それぞれのＬＥＤ素子の発色あるいは輝度を調整することによって白色発光を得るものである。この第２の構成によれば、白色以外にも様々な発光色を作り出すことが可能である。
本発明に係るＬＥＤランプの第１実施形態の斜視図である。 上記第１実施形態のＬＥＤランプの断面図である。 上記第１実施形態のＬＥＤランプの平面図である。 上記第１実施形態のＬＥＤランプの組立斜視図である。 本発明のＬＥＤランプの第２実施形態の斜視図である。 上記第２実施形態のＬＥＤランプの断面図である。 本発明のＬＥＤランプの第３実施形態の断面図である。 本発明のＬＥＤランプの第４実施形態の断面図である。 本発明のＬＥＤランプの第５実施形態の断面図である。 本発明のＬＥＤランプの第６実施形態の断面図である。 空気層から外部に通じる空気孔を各部に設けたＬＥＤランプの断面図である。 ＭＩＤによって回路基板と反射枠体とを一体形成したＬＥＤランプの断面図である。
符号の説明
２１，４１，５１，６１，７１，８１，９１ ＬＥＤランプ
２２ 回路基板
２７ 発光体
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ ＬＥＤ素子
３１ 反射枠体
３２ 凹部
３３ 反射面
４０ 空気層
４４，５４，６４，７４，８４，９４ レンズ体
４５ 空気孔
７６ 粗面
８６ フレネルレンズ面
９５ ベース部

Claims (9)

  1. 電極パターンが形成された回路基板と、
    この回路基板上に載置される凹部を有する反射枠体と、
    前記凹部の中央部に実装される発光体とを備え、
    前記凹部の内周面が上部に向かって広がるテーパ状に形成されていることを特徴とするＬＥＤランプ。
  2. 電極パターンが形成された回路基板と、
    この回路基板上に載置され、内周面がテーパ状の凹部を有する反射枠体と、
    前記凹部の中央部に実装される発光体と、
    この発光体の上に位置する空気層と、
    この空気層を介して前記反射枠体の上に設けられるレンズ体とを備えると共に、
    前記回路基板、反射枠体及びレンズ体の少なくとも一つに前記空気層から外部に通じる空気孔を設けたことを特徴とするＬＥＤランプ。
  3. 前記レンズ体は光入射面及び光出射面を有し、前記光入射面及び光出射面の内、少なくとも一方が凸レンズ面またはフレネルレンズ面である請求項２記載のＬＥＤランプ。
  4. 前記レンズ体は光入射面及び光出射面を有し、一方の面が凸レンズ面またはフレネルレンズ面、他方の面が平坦面で構成され、前記凸レンズ面またはフレネルレンズ面を前記発光体に対向して設けられる請求項２記載のＬＥＤランプ。
  5. 前記発光体は、一又は二以上の発光ダイオード素子と、この発光ダイオード素子を封止する透明又は透光性の樹脂体とを備える請求項１または２に記載のＬＥＤランプ。
  6. 前記発光体は、青色発光ダイオード素子と、この青色発光ダイオード素子を封止する樹脂体と、この樹脂体に混入されるイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）蛍光体とを備えることで、白色発光を得る請求項１または２に記載のＬＥＤランプ。
  7. 前記発光体は、赤色、緑色及び青色からなる３種の発光ダイオード素子と、これら発光ダイオード素子を封止する樹脂体とで構成される請求項１または２に記載のＬＥＤランプ。
  8. 前記凹部の内周面が鏡面加工又はめっき加工されている請求項１または２に記載のＬＥＤランプ。
  9. 前記回路基板及び反射枠体は、立体形状の樹脂成形品に回路及び電極を形成するＭＩＤによって形成される請求項１または２に記載のＬＥＤランプ。
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