【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＬＥＤの光を特殊なレンズ体を通過させて、光線を所定領域に集束させることで高輝度、高照度を実現するＬＥＤランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来のＬＥＤランプを示す説明図である。
このＬＥＤランプは、フルカラーＬＥＤランプであり、金属リードフレーム５１上に赤色発光ＬＥＤチップ５２および青色発光ＬＥＤチップ５３と、緑色発光ＬＥＤチップ５４をそれぞれ実装配備し、引出し端子５５を除く全体を樹脂モールドした透明レンズ体５６で覆って構成している。
【０００３】
そして、上記透明レンズ体５６は、通常は透明度の高いエポキシ樹脂あるいはポリカーボネイト樹脂をインジェクション成形にて、球面レンズ体に成形したものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＬＥＤランプ（たとえばフルカラーＬＥＤランプ）の透明レンズ体５６は、表面のカーブが一つの曲率半径から成る所謂、球面レンズに形成してある。
このため、ＬＥＤ（３つのチップＬＥＤ５２、５３、５４）からの発光は、レンズ部の頭頂部５７付近以外のランプ下周部近辺へも透過する。
【０００５】
したがって、全体としては光が広範囲に、所謂拡散状に放射される結果、ＬＥＤからの発光にロスがあり、照らす対象物に対する光量（照度）が低下する許かりでなく、対象物に対する輝度（明るさ）も低下するなどの不利があった。
【０００６】
殊に、フルカラーＬＥＤランプにあっては、ＬＥＤ素子の三原色（赤色発光、青色発光、緑色発光）の完全な混色が必要とされるが、従来のランプでは輝度が不十分な許かりでなく、屈折・反射が少なく十分な混色効果が得られない。
【０００７】
更に、レンズの周辺を通る光線は、球面収差の影響を受ける結果、全体として色ズレが生じ、ぼやけた所謂ベールを通して見たような感じの鮮鋭さを欠いた状態となる等の不利があった。
【０００８】
この発明は、以上のような課題を解消させ、ＬＥＤ光源からの発光を所望方向へロスなく導光し、且つ集中的に射光させることで輝度および照度が格段に向上したＬＥＤランプ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】
この目的を達成させるために、この発明のＬＥＤランプでは、次のような構成としている。
ＬＥＤランプは、ＬＥＤを実装したプリント配線基板と、このプリント配線基板に取り付けられた非球面レンズ体とからなり、非球面レンズ体は光軸周辺を球面部とし、光軸から離れた外周辺を非球面部に設定して成ることを特徴としている。
【００１０】
このような構成を有するＬＥＤランプでは、光軸周辺の光、即ちレンズ中央部に入射する光は、球面部を通過して照らす対象物領域へ射光し、レンズ体周辺部つまり球面部の外周辺へ入射する光は、非球面部により屈折・反射して光軸方向、つまり対象物領域方向へ射光する。
【００１１】
従って、ＬＥＤからの投光は、ほとんどの光量が対象物領域へ導光されるから、射光量にロスがなく、色ムラ、ぼやけなどの収差による弊害もない。かくして、眩しいほどの輝度と高い照度を実現し得る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明に係るＬＥＤランプの具体的な実施の形態を説明する。
図４は、ＬＥＤランプの実施の形態を示す斜視図であり、図２は断面図である。ＬＥＤランプは、ＬＥＤ２を実装配備したプリント配線基板３と、プリント配線基板３上を直接覆う非球面レンズ体１とからなる。
【００１３】
この非球面レンズ体１は、実施の形態では熱可塑性ポリメタクリル酸メチル（メタクリル）樹脂により、透明の板状台座部１２と椀状レンズ部１１とを連続状に成形して構成される。
【００１４】
板状台座部１２は、一部を直線状にカットした略円板状で、底面１２ａが平坦で、表面側は中央を高くした斜面状（テーパ状）に形成してある。また、底面１２ａの外周縁には一周状のフランジ脚部１２ｂを下方へ突設している。
【００１５】
また、このフランジ脚部１２ｂの底面の面内には、下方へ突出する４本の台足部（取付け足部）１２ｃを突設している。更に、図５で示すように、台座部１２の底面１２ａには、つまりフランジ脚部１２ａに囲まれる面内には、後述するプリント配線基板３が止着されている。
【００１６】
前記椀状レンズ部１１は、上記台座部１２の上部に立ち上がり状に連続形成される下方窄まり状のカップ体である。この椀状レンズ部１１は、中央部の球面部（上・下両面を球面に形成）１１ａと、周辺部の非球面部１１ｂとからなる。
【００１７】
椀状レンズ部１１の中央部の球面部１１ａは、表面のカーブが単一の曲率半径からなる、所謂球面レンズ状に形成され、非球面部１１ｂは球面部１１ａの曲率とは異なる曲率半径に設定してある。
【００１８】
つまり、非球面部１１ｂは、球面収差を補正するために、球面部１１ａとは異なる曲率半径、すなわちレンズの周辺に入射する光を、屈折・反射させて光軸Ｙ方向（対象物領域）へ射光させる曲率に設定してある。
【００１９】
実施の形態では、非球面部１１ｂの表面の湾曲は、具体的には球面部湾曲（凸面）１１ａとは逆向きの湾曲（凹面）となるように設定されている。そして、これらの湾曲曲率はレンズの大きさ、及び対象物領域の方向・角度に対応して設定される。
【００２０】
更に、非球面レンズ体１は台座部１２底面中央から上方へ向けて、つまり球面部１１ｂまで、円筒状の底面が開口した空間部１３を形成している。そして、この空間部１３は、球面部１１ａの表面側とは反対側の球面部分を上面（天板）としている。更に、この円筒状空間部１３の開口底面に、後述するＬＥＤ２が配置される。
【００２１】
前記プリント配線基板３は、図２および図３で示すように、上記台座部１２の底面１２ａに当接され、面内中央にＬＥＤ２を実装配備している。実施の形態では、ＬＥＤ２はフルカラーＬＥＤが使用されている。
【００２２】
フルカラーＬＥＤ２は、たとえば金メッキを施したガラスエポキシ製プリント配線基板３の上面に、３原色の発光素子、つまり赤色発光ＬＥＤチップ、緑色発光ＬＥＤチップ、青色発光ＬＥＤチップ（図示せず）を実装配備（ボンディング）している。
【００２３】
図３の底面図で示すように、プリント配線基板３にはコモン（共通端子）２４と、３つの個別端子２１、２２、２３が配備され、各端子２１、２２、２３、２４が外部に引き出されている。
【００２４】
そして、前記各発光ＬＥＤチップの一端部は、それぞれ対応する個別端子２１、２２、２３に、他端部は共通端子２４に接続してある。
【００２５】
このプリント配線基板３と、非球面レンズ体（台座部１２）１とは、図２および図５で示すように、円筒状空間部１３の外周部分において、４本のピン４で台座部１２に止着してある。
【００２６】
このような構成を有するＬＥＤランプでは、図１で示すように、ＬＥＤ２からの発光は、ロスなく対象物領域に導光・集光される。
【００２７】
図１で示すように、ＬＥＤ２から広範囲に射出した光は、空間部１３内に射光される。
空間部１３の頂部方向、すなわち球面レンズ部１１方向への光線（レンズの中心に向かう光線・光軸Ｙ）は、球面レンズ１１に入射し、屈折しないで真っ直ぐ対象物領域の中心へ射出する。
【００２８】
更に、この光軸Ｙの周辺（光軸Ｙに近い部分）を進む、すなわち光軸Ｙと小さい角度をなして進む所謂、近軸光線Ｙ１は、球面部１１ａを通過して、対象物領域に入射する。
【００２９】
一方、ＬＥＤ２からの発光のうち、光軸Ｙと大きな角度をなしてレンズに入射する光線、すなわちレンズの周辺（非球面部１１ｂ）を通る光線・周辺光線Ｙ２は、円筒状空間部１３の周面壁、すなわちレンズ部の屈折面１Ａで屈折してレンズ内を伝播し、レンズの反射面１Ｂで反射して、非球面部１１ｂの射出面１Ｃから、対象物領域、すなわち光軸Ｙ方向へ射光する。
【００３０】
これにより、ＬＥＤ２から広範囲に発する光線束は、ロスなく対象物領域へ集中的に導かれ集束される。
したがって、ＬＥＤ２から出射した光は、屈折・反射して、ほとんど全ての光が収束光線となり、対象物領域内へ射光する。
【００３１】
これにより、対象物領域への光量が増大するから照度が高く、且つ収束された光線であるから眩しいほどの明るさが実現できる。更に、レンズの収差が少ない分、色ずれ、ぼやけ、にじみが無い所謂、絞り込まれた尖鋭な明るさが実現される。
【００３２】
上記、実施の形態では、非球面レンズ体１が単に透明の非球面レンズである例を示したが、このＬＥＤランプを例えば信号機ランプなど、屋外用に使用する場合（非球面レンズ体１は屋外用とする場合）は、プラスチック材に染料（フォトロミック染料）を練り込む、あるいはレンズ表面に塗布して形成する。
【００３３】
この場合、日陰では発光が一層明るく、日向では濃くなり、見やすさが一段と向上する。また、屋外用の場合には非球面レンズ体１の表面に硬度の固いもの、例えばガラス系のものを塗布することで耐擦傷性を向上させる。
【００３４】
【発明の効果】
この発明では、以上のように、ＬＥＤを実装したプリント配線基板に取り付けられた非球面レンズ体は、光軸周辺を球面部とし、光軸から離れた外周辺を非球面部に設定することとしたから、ＬＥＤから広範囲に発する光は、ロスなく対象物領域へ集中的に導かれ集光される。
【００３５】
したがって、ＬＥＤから出射した光は、屈折・反射して、ほとんど全ての光がロスなく収束光線とされ対象物領域内へ射光するから、対象物領域への光量が増大するため照度が高く、且つ収束された光線であるから眩しいほどの明るさを実現し得る。
【００３６】
更に、レンズの収差が少ない分、色ずれ、ぼやけ、にじみのない所謂、絞り込まれた尖鋭な明るさを実現できるから、鮮明な発光が要求される信号機や宝石などの展示スポット光として最適なＬＥＤランプを提供し得るなど、発明目的を達成した優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態のＬＥＤランプの光路を示す説明図である。
【図２】実施の形態のＬＥＤランプを示す断面図である。
【図３】実施の形態のＬＥＤランプを示す分解斜視図である。
【図４】実施の形態のＬＥＤランプを示す斜視図である。
【図５】実施の形態のＬＥＤランプを示す底面図である。
【図６】従来のＬＥＤランプを示す断面図である。
【符号の説明】
１ 非球面レンズ体
２ ＬＥＤ
３ プリント配線基板
１１ 椀状レンズ部
１２ 台座部
１３ 空間部
１１ａ 球面部
１１ｂ 非球面部
１Ａ 屈折面
１Ｂ 反射面
１Ｃ 射出面
１２ａ 底面
Ｙ 光軸
Ｙ１ 近軸光線
Ｙ２ 周辺光線[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an LED lamp that achieves high brightness and high illuminance by passing light of an LED through a special lens body and converging light rays to a predetermined area.
[0002]
[Prior art]
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a conventional LED lamp.
This LED lamp is a full-color LED lamp, in which a red light-emitting LED chip 52, a blue light-emitting LED chip 53, and a green light-emitting LED chip 54 are mounted and mounted on a metal lead frame 51, respectively. And a transparent lens body 56.
[0003]
The transparent lens body 56 is usually formed by molding a highly transparent epoxy resin or polycarbonate resin into a spherical lens body by injection molding.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The transparent lens body 56 of a conventional LED lamp (for example, a full-color LED lamp) is formed as a so-called spherical lens whose surface curve has one radius of curvature.
For this reason, the light emission from the LEDs (three chip LEDs 52, 53, 54) is transmitted to the vicinity of the lower peripheral portion of the lamp other than the vicinity of the top portion 57 of the lens portion.
[0005]
Therefore, as a whole, light is radiated in a wide range, that is, in a so-called diffused state. As a result, there is a loss in light emission from the LED, and the amount of light (illuminance) with respect to the illuminated object is not allowed to decrease. ) Also decreased.
[0006]
In particular, in the case of a full-color LED lamp, complete mixing of the three primary colors (red light emission, blue light emission, and green light emission) of the LED element is required. Refraction and reflection are so small that a sufficient color mixing effect cannot be obtained.
[0007]
Furthermore, light rays passing around the periphery of the lens are disadvantageously affected by spherical aberration, resulting in color shift as a whole and lacking sharpness as seen through a so-called veil which is blurred. .
[0008]
The present invention has been made to solve the above problems, and to provide an LED lamp in which luminance and illuminance are remarkably improved by guiding light emission from an LED light source in a desired direction without loss and intensively emitting the light. With the goal.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the LED lamp of the present invention has the following configuration.
The LED lamp is composed of a printed wiring board on which the LED is mounted, and an aspheric lens body attached to the printed wiring board. The aspheric lens body has a spherical portion around the optical axis and a peripheral portion away from the optical axis. It is characterized by being set on an aspherical surface.
[0010]
In the LED lamp having such a configuration, the light around the optical axis, that is, the light incident on the center of the lens, passes through the spherical portion and irradiates to the object area to be illuminated, and the peripheral portion of the lens body, that is, the outer periphery of the spherical portion. The light incident on the surface is refracted and reflected by the aspherical portion and emitted in the direction of the optical axis, that is, in the direction of the object region.
[0011]
Accordingly, since most of the light emitted from the LED is guided to the target area, there is no loss in the emitted light, and there is no adverse effect due to aberrations such as color unevenness and blur. Thus, dazzling brightness and high illuminance can be realized.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments of the LED lamp according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 4 is a perspective view showing an embodiment of an LED lamp, and FIG. 2 is a sectional view. The LED lamp includes a printed wiring board 3 on which LEDs 2 are mounted and arranged, and an aspheric lens body 1 that directly covers the printed wiring board 3.
[0013]
In this embodiment, the aspheric lens body 1 is formed by molding a transparent plate-shaped pedestal portion 12 and a bowl-shaped lens portion 11 in a continuous manner using a thermoplastic polymethyl methacrylate (methacrylic) resin.
[0014]
The plate-shaped pedestal portion 12 is formed in a substantially disk shape with a part cut straight, the bottom surface 12a is flat, and the front surface side is formed in a slope shape (tapered shape) with a high center. A circumferential flange leg 12b protrudes downward from the outer peripheral edge of the bottom surface 12a.
[0015]
Also, four foot portions (mounting foot portions) 12c protruding downward are provided on the bottom surface of the flange leg portion 12b. Further, as shown in FIG. 5, a printed wiring board 3, which will be described later, is fixed to the bottom surface 12a of the pedestal portion 12, that is, in a plane surrounded by the flange legs 12a.
[0016]
The bowl-shaped lens portion 11 is a cup member having a downward tapered shape continuously formed in an upright shape on the upper portion of the pedestal portion 12. The bowl-shaped lens portion 11 includes a central spherical portion (upper and lower surfaces are formed as spherical surfaces) 11a and a peripheral aspherical portion 11b.
[0017]
The spherical portion 11a at the center of the bowl-shaped lens portion 11 is formed in a so-called spherical lens shape whose surface curve has a single radius of curvature, and the aspherical portion 11b has a radius of curvature different from that of the spherical portion 11a. It has been set.
[0018]
That is, in order to correct spherical aberration, the aspherical portion 11b refracts and reflects light having a different radius of curvature than the spherical portion 11a, that is, light incident on the periphery of the lens, in the optical axis Y direction (object region). The curvature to emit light is set.
[0019]
In the embodiment, the curvature of the surface of the aspherical portion 11b is specifically set to be a curve (concave surface) opposite to the spherical portion curvature (convex surface) 11a. These curvatures are set in accordance with the size of the lens and the direction and angle of the object area.
[0020]
Further, the aspheric lens body 1 forms a space 13 in which a cylindrical bottom surface is opened from the center of the bottom of the pedestal portion 12 upward, that is, up to the spherical portion 11b. The space 13 has a spherical surface opposite to the surface of the spherical portion 11a as an upper surface (top plate). Further, an LED 2 described later is arranged on the bottom of the opening of the cylindrical space 13.
[0021]
As shown in FIGS. 2 and 3, the printed wiring board 3 is in contact with the bottom surface 12a of the pedestal portion 12, and the LED 2 is mounted and arranged at the center in the plane. In the embodiment, the LED 2 is a full-color LED.
[0022]
In the full-color LED 2, for example, light emitting elements of three primary colors, that is, a red light emitting LED chip, a green light emitting LED chip, and a blue light emitting LED chip (not shown) are mounted on the upper surface of a printed wiring board 3 made of gold-plated glass epoxy (not shown). Bonding).
[0023]
As shown in the bottom view of FIG. 3, a common (common terminal) 24 and three individual terminals 21, 22, and 23 are provided on the printed wiring board 3, and each of the terminals 21, 22, 23, and 24 is drawn out. Have been.
[0024]
One end of each of the light emitting LED chips is connected to a corresponding one of the individual terminals 21, 22, and 23, and the other end is connected to a common terminal 24.
[0025]
The printed wiring board 3 and the aspheric lens body (pedestal portion 12) 1 are connected to the pedestal portion 12 by four pins 4 in the outer peripheral portion of the cylindrical space portion 13 as shown in FIGS. I'm fixed.
[0026]
In the LED lamp having such a configuration, as shown in FIG. 1, light emitted from the LED 2 is guided and condensed on the target object region without loss.
[0027]
As shown in FIG. 1, light emitted from the LED 2 over a wide range is emitted into the space 13.
A light ray in the top direction of the space 13, that is, in the direction of the spherical lens unit 11 (light ray / optical axis Y directed toward the center of the lens) enters the spherical lens 11, and exits straight to the center of the object region without refraction.
[0028]
Further, a so-called paraxial ray Y1 that travels around the optical axis Y (a portion close to the optical axis Y), that is, travels at a small angle with respect to the optical axis Y, passes through the spherical portion 11a and reaches the target object area. Incident.
[0029]
On the other hand, of the light emitted from the LED 2, the light beam entering the lens at a large angle with the optical axis Y, that is, the light beam passing through the periphery of the lens (the aspherical portion 11 b) and the peripheral light beam Y 2, The light is refracted by the surface wall, that is, the refraction surface 1A of the lens portion, propagates through the lens, is reflected by the reflection surface 1B of the lens, and is emitted from the exit surface 1C of the aspherical portion 11b in the object region, that is, the direction of the optical axis Y. I do.
[0030]
As a result, the light beam emitted from the LED 2 over a wide range is intensively guided to the target object region without loss and is focused.
Therefore, the light emitted from the LED 2 is refracted and reflected, and almost all of the light becomes a convergent light beam and is emitted into the target object region.
[0031]
Thereby, the illuminance is high because the amount of light to the target object area is increased, and the dazzling brightness can be realized because the light is a converged light beam. Further, since the aberration of the lens is small, it is possible to realize a sharp and sharp brightness which is free from color shift, blur and blur.
[0032]
In the above-described embodiment, an example is described in which the aspheric lens body 1 is simply a transparent aspheric lens. However, when this LED lamp is used outdoors, such as a traffic light lamp (the aspheric lens body 1 is an outdoor lens). In this case, a dye (photoromic dye) is kneaded into a plastic material or applied to the surface of a lens.
[0033]
In this case, light emission is brighter in the shade, darker in the sun, and the visibility is further improved. In the case of outdoor use, abrasion resistance is improved by applying a hard material such as a glass material to the surface of the aspherical lens body 1.
[0034]
【The invention's effect】
According to the present invention, as described above, the aspheric lens body attached to the printed wiring board on which the LED is mounted has a spherical portion around the optical axis and an aspherical portion outside the optical axis. Therefore, the light emitted from the LED over a wide range is intensively guided to the target area without loss and is collected.
[0035]
Therefore, the light emitted from the LED is refracted and reflected, and almost all of the light is converted into a convergent light beam with no loss and is emitted into the object region. Therefore, the illuminance is high because the amount of light to the object region increases, and Since it is a converged light beam, it is possible to realize dazzling brightness.
[0036]
In addition, since the lens aberration is small, so-called narrow and sharp brightness without color shift, blur, or bleeding can be realized, so it is the most suitable LED as a display spot light for traffic lights and jewels that require clear light emission. It has an excellent effect of achieving the object of the invention, such as being able to provide a lamp.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an optical path of an LED lamp according to an embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the LED lamp according to the embodiment.
FIG. 3 is an exploded perspective view showing the LED lamp of the embodiment.
FIG. 4 is a perspective view showing the LED lamp of the embodiment.
FIG. 5 is a bottom view showing the LED lamp of the embodiment.
FIG. 6 is a sectional view showing a conventional LED lamp.
[Explanation of symbols]
1 Aspheric lens body 2 LED
Reference Signs List 3 printed wiring board 11 bowl-shaped lens part 12 pedestal part 13 space part 11a spherical part 11b aspherical part 1A refraction surface 1B reflection surface 1C emission surface 12a bottom surface Y optical axis Y1 paraxial ray Y2 peripheral ray
