JP2007042938A - Optical device - Google Patents

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Hiroshi Miyairi
洋 宮入
Kazunori Watanabe
和憲 渡邉
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Nichia Chemical Industries Ltd
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Nichia Chemical Industries Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem wherein a secondary lens 5 and a reflector 7 used for a surface-mounting light-emitting diode 3 to reveal side emitter light distribution properties are not realized yet, a shell-shaped light-emitting diode is not sufficiently high in heat dissipating properties and is not capable of structurally realizing high-output side emission light distribution properties, a configuration which is not a secondary lens 5 but a primary lens having side emitter light distribution properties can be found, but the configuration concerned is hard to manufacture and is not capable of displaying ideal side emitter light distribution properties. <P>SOLUTION: An optical device is equipped with a surface-mounting light-emitting diode 3 with a light-emitting diode chip 1, a lens 5 which condenses light in the height-wise direction of a mounting plane covering the peripheral part of the light-emitting diode 3, and a mirror reflector 7 which makes the light emitted from the light-emitting chip 1 reflect in the direction of a mounting plane covering the upper part of the light-emitting diode 3. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、光学装置、特に発光ダイオードを用いて構成された光学装置に関する。また、チャネルレターやコンピュータ、ワードプロセッサ、テレビジョン等の画像表示に用いる液晶表示素子のバックライト光源などに利用される光学装置に係り、特に高輝度化と均一発光及び高混色性を高度にバランスをとった光学装置に関する。   The present invention relates to an optical device, and more particularly to an optical device configured using a light emitting diode. The present invention also relates to an optical device used for a backlight light source of a liquid crystal display element used for image display such as channel letters, computers, word processors, and televisions, and in particular, has a high balance between high luminance, uniform light emission and high color mixing. It relates to the optical device taken.

さらには、ショーウィンドウや陳列ケースなどに用いられ陳列された商品を均一に照射し、輝線や輝点の発生させることなく商品をディスプレイすることが可能となる。   Furthermore, it is possible to uniformly irradiate a displayed product used in a show window or a display case and display the product without generating bright lines or bright spots.

さらには、クリスマスツリー等を装飾するイルミネーション等にも使用可能な光学装置である。また、航空障害灯、壁面照明等の照明装置に転用可能な光学装置に関する。   Furthermore, the optical device can be used for illumination for decorating Christmas trees and the like. The present invention also relates to an optical device that can be diverted to an illuminating device such as an aviation obstacle light or wall illumination.

近年、バックライト光源を有する液晶表示装置が携帯電子機器や各種画像表示機器に利用され始めている。液晶表示装置は、導光板と液晶セル、プリズムシート、拡散シート及びバックライト等から構成されている。現在は液晶表示装置を用いた表示機器は大型化の傾向が強まり、大型化に伴い、液晶表示装置に必須の構成要素である導光板が、大型のものの作製困難性、さらに又大型表示装置の軽量化や薄型化のため導光板を有しない、導光板レスの液晶表示装置が開発され始めている。   In recent years, liquid crystal display devices having a backlight light source have begun to be used in portable electronic devices and various image display devices. The liquid crystal display device includes a light guide plate, a liquid crystal cell, a prism sheet, a diffusion sheet, a backlight, and the like. Currently, display devices using liquid crystal display devices are becoming larger, and with the increase in size, light guide plates, which are essential components for liquid crystal display devices, are difficult to manufacture. A light guide plate-less liquid crystal display device that does not have a light guide plate has been developed for weight reduction and thickness reduction.

また従来は面状光源を形成するコアの光源をFL(蛍光ランプ)等の線上光源を利用してきたが、低消費電力と長寿命を考慮して、高輝度化が急速に進んでいる発光ダイオード3をバックライトの光源として利用され始めようとしている。   Conventionally, linear light sources such as FL (fluorescent lamps) have been used as the core light source that forms the planar light source, but light emitting diodes that are rapidly increasing in brightness considering low power consumption and long life 3 is starting to be used as the light source of the backlight.

さらにはコンビニエンスストア等に設置されている飲料水等を陳列するディスプレイ用冷蔵庫にもFL(蛍光ランプ)等の光源から表面実装型発光ダイオード3への置き換えが始まっている。   Furthermore, replacement of surface light emitting diodes 3 with light sources such as FL (fluorescent lamps) has started in display refrigerators that display drinking water and the like installed at convenience stores and the like.

さらにはクリスマスツリーを装飾するイルミネーション用の表面実装型発光ダイオード3は出射光を集光させるのではなく、発散させることが求められている。   Furthermore, the surface-mounted light emitting diode 3 for illumination that decorates the Christmas tree is required to diverge the emitted light instead of condensing it.

これらの光学装置は光学特性として表面実装型発光ダイオード3の実装面をxy平面とした場合、z軸をxy平面に垂直で表面実装型発光ダイオード3の実装面に対向する側と規定すると、z軸を表面実装型発光ダイオード3の中心に位置させる。この場合、配光特性が左右対称でピークを2つ有する配光特性とは、先ほど定義した中心ではない部分に発光強度のピークを有し、左右どちらに傾くのでなくほぼ左右対称形で発光する発光特性をいう。このような発光特性をバットウィング配光特性(図5)及びサイドエミッタ配光特性(図4)という。   When these optical devices have an optical characteristic in which the mounting surface of the surface-mounted light-emitting diode 3 is the xy plane, the z-axis is defined as the side perpendicular to the xy plane and facing the mounting surface of the surface-mounted light-emitting diode 3. The axis is positioned at the center of the surface mount light emitting diode 3. In this case, the light distribution characteristic is bilaterally symmetrical and has two peaks. The light distribution characteristic has a peak of emission intensity at a portion that is not the center as defined above, and emits light in a substantially bilaterally symmetric form instead of tilting left or right. Refers to luminescent properties. Such a light emission characteristic is called a batwing light distribution characteristic (FIG. 5) and a side emitter light distribution characteristic (FIG. 4).

それに対して、xy方向に対する配光特性はcosθのカーブを有する配光特性とは、円形面状に光を発しているものを言い、光源に対向する位置が最も強く光り、対向する位置を中心とした場合、中心からズレていくにつれ、光が減衰し中心から90°ズレたところで光を検出できなくなり、ちょうどcosθのカーブに類似するものを言う。レンズ5等を特につけていない発光ダイオード3等がこのような配光特性を有する。このような配光特性をランバーシャン配光特性(図6)とも言う。豆電球のような光は完全無指向であり、球状のものが全面に渡って過不足なく光っているとみなすことが出来る。   On the other hand, the light distribution characteristic with respect to the xy direction is a light distribution characteristic having a curve of cos θ, which means that light is emitted in a circular plane shape, and the position facing the light source emits the strongest light, and the position facing the center is the center. In this case, the light is attenuated as it deviates from the center, and the light cannot be detected at a position deviated by 90 ° from the center, which is similar to the curve of cos θ. The light emitting diode 3 and the like not particularly attached with the lens 5 or the like have such light distribution characteristics. Such a light distribution characteristic is also referred to as a Lambertian light distribution characteristic (FIG. 6). Light like a miniature bulb is completely omnidirectional, and it can be considered that a spherical object is shining over and over.

ここで上述の光学器具は光学特性としてサイドエミッタ配光特性が最も好まれる。冷蔵用光源はサイドエミッタ配光特性が直接利用される。また、他の光学機器は最終的には実装面たるz軸方向に光を出射するのであるが、表面実装型発光ダイオード3の周囲にリフレクター7が形成されており、このリフレクター7により光学特性が調整されているため、直接z軸方向に出射するのではなく、一度xy平面方向に光を広げ、リフレクター7によって光学調整した後、z軸方向に出射する技術が存在する。   Here, the above-mentioned optical instrument is most preferred as a side emitter light distribution characteristic as an optical characteristic. The side emitter light distribution characteristic is directly used for the refrigeration light source. In addition, other optical devices eventually emit light in the z-axis direction, which is the mounting surface, but a reflector 7 is formed around the surface-mounted light emitting diode 3, and this reflector 7 has optical characteristics. Since the light is adjusted, there is a technique in which light is not emitted directly in the z-axis direction but is once spread in the xy plane direction and optically adjusted by the reflector 7 and then emitted in the z-axis direction.

実開平7−3154号公報Japanese Utility Model Publication No. 7-3154 特開2004−281606号公報JP 2004-281606 A

表面実装型発光ダイオード3用であって、サイドエミッタ配光特性を発現させる2次レンズ5やリフレクター7は今まで実現されていなかった。砲弾型発光ダイオードは放熱性が好ましくないため高出力のサイドエミッタ配光特性が構造上、実現できない。また2次レンズ5ではなく1次レンズ5サイドエミッタ配光特性を有する構造は存在するが、製造が困難な上、理想的なサイドエミッタ配光特性は得られていない。理由は、発光ダイオードチップが点光源でないためミラー等のミラーを設けなければ、全て屈折率差を利用して全反射を行なうことは不可能で、発光ダイオードチップ直上に制御し切れなかった光が漏れてしまう。また1次レンズを使用した場合等は当然レンズ5とリフレクター7とが一体であるためリフレクター7にミラーのミラーを形成する場合、ミラーへの機械的ダメージが無視できなかった。   The secondary lens 5 and the reflector 7 that are used for the surface-mounted light-emitting diode 3 and exhibit the side-emitter light distribution characteristics have not been realized so far. Since the shell-type light emitting diode is not preferable in terms of heat dissipation, a high-output side emitter light distribution characteristic cannot be realized due to its structure. Further, there is a structure having a side emitter light distribution characteristic of the primary lens 5 instead of the secondary lens 5, but it is difficult to manufacture and an ideal side emitter light distribution characteristic is not obtained. The reason is that since the light emitting diode chip is not a point light source, it is impossible to perform total reflection using the difference in refractive index unless a mirror such as a mirror is provided, and light that cannot be controlled directly above the light emitting diode chip. Leaks. Further, when the primary lens is used, naturally, the lens 5 and the reflector 7 are integrated with each other, and therefore, when the mirror of the mirror is formed on the reflector 7, the mechanical damage to the mirror cannot be ignored.

以上の課題を解決するために、本発明に係る光学装置は、発光ダイオードチップ1を有する表面実装型発光ダイオード3と、該発光ダイオード3の外周部分を覆い、該発光ダイオードから入射した光を実装面に対して略平行光に変換するレンズ5と、該発光ダイオード3の上方部分を覆い、前記発光ダイオード3からの光を実装面に対して略平行光に変換するミラーに表面を覆われたリフレクター7と、円筒状の透光性部材を有し、前記レンズと前記リフレクターとが前記透光性部材を介して嵌合されてなる。   In order to solve the above-described problems, an optical device according to the present invention mounts a surface-mounted light-emitting diode 3 having a light-emitting diode chip 1 and an outer peripheral portion of the light-emitting diode 3 and incident light from the light-emitting diode. Covering the upper part of the light-emitting diode 3 with the lens 5 that converts the light into substantially parallel light with respect to the surface, and the surface covered with a mirror that converts the light from the light-emitting diode 3 into light substantially parallel with the mounting surface It has a reflector 7 and a cylindrical translucent member, and the lens and the reflector are fitted via the translucent member.

表面実装型発光ダイオード3を採用するため、高い放熱性が確保することができる。表面実装型発光ダイオード3の上方部分を覆い前記発光ダイオードチップ1からの光を実装面方向に反射させるミラーに表面を覆われたリフレクター7とを有することにより屈折率差を利用した全反射のみでなく、全反射し切れなかった光もミラーが有するミラー効果によりサイドエミッタ配光特性に寄与することが可能となる。   Since the surface-mounted light emitting diode 3 is employed, high heat dissipation can be ensured. By having a reflector 7 that covers the upper part of the surface-mounted light-emitting diode 3 and reflects the light from the light-emitting diode chip 1 in the direction of the mounting surface, and with a reflector 7 whose surface is covered, only total reflection utilizing the refractive index difference is achieved. In addition, the light that has not been totally reflected can contribute to the side emitter light distribution characteristics by the mirror effect of the mirror.

本発明に係る光学装置は、前記発光ダイオード3と前記レンズ5が空気層9を介在して設けられている。空気層9を介在させる構造、すなわち物理的に熱源たる表面実装型発光ダイオード3とレンズ5を接することなく配置することにより、レンズ5の熱によるダメージを回避することができる構造となる。また、密封系のレンズ5であればレンズ5効果を発現させることができるのが外側の面の1面のみであるが、中空13構造を採用することにより、レンズ5の外側の面だけでなく、内側の面もレンズ5効果を発現させることが可能となり、レンズ5効果の向上が可能となる。   In the optical device according to the present invention, the light emitting diode 3 and the lens 5 are provided with an air layer 9 interposed therebetween. The structure in which the air layer 9 is interposed, that is, the surface-mounted light emitting diode 3 that is physically a heat source and the lens 5 are arranged without being in contact with each other, so that damage to the lens 5 due to heat can be avoided. Further, in the case of the sealed lens 5, the lens 5 effect can be exhibited only by one of the outer surfaces, but by adopting the hollow 13 structure, not only the outer surface of the lens 5 but also The inner surface can also exhibit the lens 5 effect, and the lens 5 effect can be improved.

本発明に係る前記リフレクター7が樹脂をベース材として構成され、ミラーが前記発光ダイオード3側に形成されている。この構成を採用することにより外部からのミラーへのダメージを防止することが可能となる。よって外側にミラーを形成する場合よりも薄く形成することが可能である。   The reflector 7 according to the present invention is configured with a resin as a base material, and a mirror is formed on the light emitting diode 3 side. By adopting this configuration, it is possible to prevent external damage to the mirror. Therefore, it can be formed thinner than the case where the mirror is formed outside.

本発明に係る前記発光ダイオード3の光学特性が略cosθの配光特性を有する。発光ダイオードの光学特性は特別なレンズ等を使用しない状態では原則略cosθの配光特性を示すものであり、この配光特性を変化させて使用するのが、本発明の目的だからである。   The light emitting diode 3 according to the present invention has a light distribution characteristic with an optical characteristic of approximately cos θ. This is because the optical characteristics of the light-emitting diode show a light distribution characteristic of approximately cos θ in principle without using a special lens or the like, and the purpose of the present invention is to use this light distribution characteristic by changing it.

本発明に係る前記円筒状の透光性部材が円筒高さ方向の光を集光する方向にフレネル加工がなされている。円筒形状の透光性部材にもレンズ5効果を発現させることにより側方への光出射を強めることが可能である。   Fresnel processing is performed in the direction in which the cylindrical light-transmitting member according to the present invention collects light in the cylinder height direction. It is possible to enhance the light emission to the side by causing the lens 5 effect to be exerted also on the cylindrical translucent member.

本発明に係る前記発光ダイオード3を形成する発光ダイオードチップ1の周囲が中空13である。発光ダイオードチップ1の周囲を中空13構造にすることにより、表面実装型発光ダイオード3内部でのレンズ5効果を抑制でき、理想的な点光源が実現できる。光源を点と仮定してそもそも設計しているため、光源を点光源化することにより実験値と設計値のズレを最小限にすることができる。   The periphery of the light-emitting diode chip 1 forming the light-emitting diode 3 according to the present invention is a hollow 13. By forming a hollow 13 structure around the light-emitting diode chip 1, the lens 5 effect inside the surface-mounted light-emitting diode 3 can be suppressed, and an ideal point light source can be realized. Since the light source is assumed to be a point in the design, the difference between the experimental value and the design value can be minimized by using the light source as a point light source.

本発明に係る前記発光ダイオード3がヒートシンク15上に実装されてなる。ヒートシンク15上に表面実装型発光ダイオード3を実装することにより高出力表面実装型発光ダイオードにも適用可能である。   The light emitting diode 3 according to the present invention is mounted on a heat sink 15. By mounting the surface mount type light emitting diode 3 on the heat sink 15, it can be applied to a high output surface mount type light emitting diode.

以上の構成により、本発明に係る上記光学装置によれば、一般的に流通している表面実装型発光ダイオードの配光特性をサイドエミッタ配光特性に変換して使用することが可能である。   With the above configuration, according to the above-described optical device according to the present invention, it is possible to use the light distribution characteristic of a surface-mounted light emitting diode that is generally distributed by converting it into a side emitter light distribution characteristic.

本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための光学装置を例示するものであって、本発明は光学装置を以下に限定するものではない。また、各図面に示す部材の大きさや位置関係などは説明を明確にするために誇張しているところがある。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the form shown below illustrates the optical apparatus for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not limit the optical apparatus to the following. Further, the size and positional relationship of the members shown in the drawings are exaggerated for clarity of explanation.

以下、図面を参照しながら本発明に係る実施の形態について説明する。   Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

本実施形態の光学装置は、図1に示すのような構成に設けられている。図2には図1におけるI−I’線断面図が記載されている。内部構造の略図を図示している。図3には図1の展開図を示している。   The optical device of the present embodiment is provided in a configuration as shown in FIG. FIG. 2 is a sectional view taken along line I-I ′ in FIG. 1. 1 shows a schematic diagram of the internal structure. FIG. 3 shows a development view of FIG.

以下に各部材について個別に説明する。   Each member will be described individually below.

(表面実装型発光ダイオード3)
表面実装型発光ダイオード3とは、発光ダイオードチップ1が実装されたものを言う。
(Surface mount light emitting diode 3)
The surface-mounted light emitting diode 3 refers to the one on which the light emitting diode chip 1 is mounted.

発光ダイオードチップ1は、基板上にGaAlN、ZnO、ZnS、ZnSe、SiC、GaP、GaAlAs、AlN、InN、AlInGaP、InGaN、GaN、AlInGaN等の半導体を発光層として形成させたものが用いられる。半導体の構造としては、MIS接合、PIN接合やPN接合を有したホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を紫外光から赤外光まで種々選択することができる。発光層は、量子効果が生ずる薄膜とした単一量子井戸構造や多重量子井戸構造としても良い。   The light-emitting diode chip 1 is formed by forming a semiconductor such as GaAlN, ZnO, ZnS, ZnSe, SiC, GaP, GaAlAs, AlN, InN, AlInGaP, InGaN, GaN, or AlInGaN on a substrate as a light-emitting layer. Examples of the semiconductor structure include a homo structure having a MIS junction, a PIN junction, and a PN junction, a hetero structure, and a double hetero structure. Various emission wavelengths can be selected from ultraviolet light to infrared light depending on the material of the semiconductor layer and the degree of mixed crystal. The light emitting layer may have a single quantum well structure or a multiple quantum well structure which is a thin film in which a quantum effect is generated.

高輝度な発光ダイオードチップ1を形成可能な半導体材料として窒化ガリウム系化合物半導体を用いることが好ましく、また、赤色ではガリウム・アルミニウム・砒素系の半導体やアルミニウム・インジュウム・ガリウム・燐系の半導体を用いることが好ましいが、用途によって種々利用することもできる。発光色は上述のごとく適宜選択され、自動車等に使用される場合、その自動車会社のカンパニーカラーが選択される場合が多い。   It is preferable to use a gallium nitride-based compound semiconductor as a semiconductor material capable of forming the high-intensity light-emitting diode chip 1, and in red, a gallium / aluminum / arsenic semiconductor or an aluminum / indium / gallium / phosphorus semiconductor is used. However, it can be used in various ways depending on the application. The light emission color is appropriately selected as described above, and when used in an automobile or the like, the company color of the automobile company is often selected.

窒化ガリウム系化合物半導体を使用した場合、半導体基板にはサファイア、スピネル、SiC、Si、ZnOやGaN単結晶等の材料が用いられる。結晶性の良い窒化ガリウムを量産性良く形成させるためにはサファイア基板を用いることが好ましい。窒化物系化合物半導体を用いた発光ダイオードチップ1例を示す。サファイア基板上にGaN、AlN等のバッファー層を形成する。その上にN型或いはP型のGaNである第1のコンタクト層、量子効果を有するInGaN薄膜である活性層、P或いはN型のAlGaNであるクラッド層、P或いはN型のGaNである第2のコンタクト層を順に形成した構成とすることができる。窒化ガリウム系化合物半導体は、不純物をドープしない状態でN型導電性を示す。なお、発光効率を向上させる等所望のN型窒化ガリウム半導体を形成させる場合は、N型ドーパントとしてSi、Ge、Se、Te、C等を適宜導入することが好ましい。   When a gallium nitride compound semiconductor is used, a material such as sapphire, spinel, SiC, Si, ZnO or GaN single crystal is used for the semiconductor substrate. In order to form gallium nitride with good crystallinity with high productivity, it is preferable to use a sapphire substrate. An example of a light emitting diode chip using a nitride compound semiconductor is shown. A buffer layer such as GaN or AlN is formed on the sapphire substrate. A first contact layer made of N-type or P-type GaN, an active layer made of an InGaN thin film having a quantum effect, a clad layer made of P or N-type AlGaN, and a second layer made of P or N-type GaN. The contact layers can be formed in order. Gallium nitride-based compound semiconductors exhibit N-type conductivity without being doped with impurities. When forming a desired N-type gallium nitride semiconductor such as improving luminous efficiency, Si, Ge, Se, Te, C, etc. are preferably introduced as appropriate as N-type dopants.

一方、P型窒化ガリウム半導体を形成させる場合は、P型ドーパンドであるZn、Mg、Be、Ca、Sr、Ba等をドープさせる。窒化ガリウム系半導体は、P型ドーパントをドープしただけではP型化しにくいためP型ドーパント導入後に、炉による加熱、低電子線照射やプラズマ照射等によりアニールすることでP型化させる必要がある。こうして形成された半導体ウエハーを部分的にエッチングなどさせ正負の各電極を形成させる。その後半導体ウエハーを所望の大きさに切断することによって発光ダイオードチップ1を形成することができる。   On the other hand, when a P-type gallium nitride semiconductor is formed, a P-type dopant such as Zn, Mg, Be, Ca, Sr, or Ba is doped. Since a gallium nitride based semiconductor is difficult to be converted to P-type only by doping with a P-type dopant, it is necessary to make it P-type by annealing it by heating in a furnace, low electron beam irradiation, plasma irradiation or the like after introducing the P-type dopant. The semiconductor wafer thus formed is partially etched to form positive and negative electrodes. Thereafter, the light emitting diode chip 1 can be formed by cutting the semiconductor wafer into a desired size.

こうした発光ダイオードチップ1は、適宜複数個用いることができ、その組み合わせによって白色表示における混色性を向上させることもできる。例えば、緑色系が発光可能な発光ダイオードチップ1と青色系及び赤色色系が発光可能な発光ダイオードチップ1をそれぞれ1個ずつとすることが出来る。表面実装型発光ダイオード3において蛍光物質を用いて白色系の混色光を発光させる場合は、蛍光物質からの発光波長との補色関係や透光性樹脂の劣化等を考慮して発光ダイオードチップ1の発光波長は400nm以上530nm以下が好ましく、420nm以上490nm以下がより好ましい。発光ダイオードチップ1と蛍光物質との励起、発光効率をそれぞれより向上させるためには、450nm以上475nm以下がさらに好ましい。なお、比較的紫外線により劣化されにくい部材との組み合わせにより400nmより短い紫外線領域或いは可視光の短波長領域を主発光波長とする発光ダイオードチップ1を用いることもできる。   A plurality of such light-emitting diode chips 1 can be used as appropriate, and the color mixing property in white display can be improved by combining them. For example, one light emitting diode chip 1 capable of emitting green light and one light emitting diode chip 1 capable of emitting blue and red light can be provided. When the surface-mounted light emitting diode 3 emits white mixed color light using a fluorescent material, the complementary color relationship with the emission wavelength from the fluorescent material and the deterioration of the translucent resin are taken into consideration. The emission wavelength is preferably 400 nm or more and 530 nm or less, and more preferably 420 nm or more and 490 nm or less. In order to further improve excitation and light emission efficiency of the light emitting diode chip 1 and the fluorescent material, 450 nm or more and 475 nm or less are more preferable. The light-emitting diode chip 1 having a main light emission wavelength in the ultraviolet region shorter than 400 nm or the short wavelength region of visible light can be used in combination with a member that is relatively difficult to deteriorate by ultraviolet rays.

(レンズ5)
レンズ5の材料としては、近紫外から可視光、近赤外までの間の波長の光に対して、一定以上の透光性を有する材料であれば良く、具体的には、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ノルボルネン系樹脂、シクロオレフィン系ポリマー(COP)、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂(ABS樹脂)、サファイア、石英、ソーダガラス、ホウケイ酸ガラス、シリカガラス、オキシナイトライドガラス、希土類ガラス等が挙げられる。屈折率としては、1.3〜2.0のものが好適に使用される。
(Lens 5)
The material of the lens 5 may be any material that has a certain level of translucency with respect to light having a wavelength between near ultraviolet, visible light, and near infrared. Specifically, acrylic resin, polycarbonate Resin, amorphous polyolefin resin, polystyrene resin, norbornene resin, cycloolefin polymer (COP), epoxy resin, silicone resin, acrylonitrile butadiene styrene resin (ABS resin), sapphire, quartz, soda glass, borosilicate glass , Silica glass, oxynitride glass, rare earth glass and the like. A refractive index of 1.3 to 2.0 is preferably used.

(リフレクター7)
リフレクター7のミラーにはAg,Al,Ni,Au,Cu等の金属、又は、SiO2/ZrO2、若しくは、SiO2/TiO2等の金属酸化膜層が使用される。表面実装型発光ダイオード3からの出射光が複数の波長帯からなる混色光の場合には反射が波長に依存しない金属が好適に用いられ、金属の場合には反射率の高いAg若しくは耐久性の高いAlが好適に使用される。表面実装型発光ダイオード3からの出射光が単色光である場合は、金属より反射率の高い金属酸化膜層が用いられる。金属酸化膜層は波長依存性があり、波長によってその膜厚が最適化される。また逆に出射光が複数の波長帯からなる混色光の場合に、あえて金属酸化膜層を用いて分光させスペクトル化させることによりイルミネーション性を向上させ使用することもありうる。
(Reflector 7)
For the mirror of the reflector 7, a metal such as Ag, Al, Ni, Au, or Cu, or a metal oxide film layer such as SiO2 / ZrO2 or SiO2 / TiO2 is used. When the emitted light from the surface-mounted light emitting diode 3 is a mixed color light consisting of a plurality of wavelength bands, a metal whose reflection does not depend on the wavelength is preferably used, and in the case of a metal, Ag having a high reflectivity or durability is used. High Al is preferably used. When the light emitted from the surface-mounted light emitting diode 3 is monochromatic light, a metal oxide film layer having a higher reflectance than that of a metal is used. The metal oxide film layer has wavelength dependency, and the film thickness is optimized depending on the wavelength. Conversely, when the emitted light is a mixed color light having a plurality of wavelength bands, it may be possible to improve the illumination property by using a metal oxide film layer and spectrally divide it.

(円筒状の透明部材)
円筒形状の材料としては、レンズ5の材料と同一群から選択され、レンズ5材料と同一でも異ならさせても良い。具体的には、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ノルボルネン系樹脂、シクロオレフィン系ポリマー(COP)、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂(ABS樹脂)、サファイア、石英、ソーダガラス、ホウケイ酸ガラス、シリカガラス、オキシナイトライドガラス、希土類ガラス等が挙げられる。屈折率としては、1.3〜2.0のものが好適に使用される。
本発明に係る光学装置は、前記レンズ5と前記リフレクター7とが円筒状の透光性部材を介して機械的に接合している。リフレクター7とレンズ5は別部品であるが、1つの光学特性を共に発現させるために一体不可分の関係にあるため、機械的に結合されていることが好ましい。単なる金属棒等で部分的に固定することが考えられるが、その金属棒等自身の影ができてしまうため、サイドエミッタ配光特性にとって好ましくない。また、透光性樹脂等の棒で固定することも考えられるが、樹脂と空気の界面で屈折や反射が起こるのは避けられず、サイドエミッタ配光特性への悪影響は当然に想定される。そこで円筒状の透光性部材を使用することによりサイドエミッタ配光特性に悪影響を与えることなく実現できる。さらにこの円筒状の透光性部材に光学設計を施すことによりベースの配光特性はサイドエミッタ配光特性でありながら任意の光学特性を持たせることが可能となる。例えば、透光性部材を色付き透光性部材にすることも可能であるし、複数の色付き透光性部材をz軸上にライン状に配列させれば見る位置・角度により異なる色を発光するイルミネーションとして使用できる。さらにこれを回転可能にするに設計するとイルミネーション性がさらに高まる。
(Cylindrical transparent member)
The cylindrical material is selected from the same group as the material of the lens 5, and may be the same as or different from the lens 5 material. Specifically, acrylic resin, polycarbonate resin, amorphous polyolefin resin, polystyrene resin, norbornene resin, cycloolefin polymer (COP), epoxy resin, silicone resin, acrylonitrile / butadiene / styrene resin (ABS resin), sapphire , Quartz, soda glass, borosilicate glass, silica glass, oxynitride glass, rare earth glass, and the like. A refractive index of 1.3 to 2.0 is preferably used.
In the optical device according to the present invention, the lens 5 and the reflector 7 are mechanically joined via a cylindrical translucent member. Although the reflector 7 and the lens 5 are separate parts, it is preferable that the reflector 7 and the lens 5 are mechanically coupled to each other because they are inseparable from each other in order to express one optical characteristic together. Although it is conceivable that the metal rod is partially fixed with a simple metal rod or the like, the shadow of the metal rod or the like itself is formed, which is not preferable for the side emitter light distribution characteristics. Although fixing with a rod such as a translucent resin is also conceivable, it is inevitable that refraction or reflection occurs at the interface between the resin and air, and an adverse effect on the side emitter light distribution characteristics is naturally assumed. Therefore, by using a cylindrical translucent member, it can be realized without adversely affecting the side emitter light distribution characteristics. Further, by applying an optical design to the cylindrical light-transmitting member, it is possible to give an arbitrary optical characteristic while the light distribution characteristic of the base is the side emitter light distribution characteristic. For example, the translucent member can be a colored translucent member, and if a plurality of colored translucent members are arranged in a line on the z-axis, different colors are emitted depending on the viewing position and angle. Can be used as illumination. Furthermore, if it is designed to be rotatable, the illumination property is further enhanced.

またイルミネーションとして使用する場合、通常の光学装置では嫌われるギラツキ、すなわちxy平面内で強い不均一な発光が返って好まれる場合がある。そのような場合、透光性部材に蛍光体を模様状に形成すれば、その模様の部分だけ発光色が変化してイルミネーション性が向上する。また熱源となる光源から物理的に離れているため耐熱性が良い無機物蛍光体だけでなく、耐熱性が良くない有機物蛍光体の使用も可能となる。
さらに透光性部材に金属球や金属板(ラメ)を封入させることにより、金属表面で乱反射を起こし、更なるイルミネーション性が向上する。屈折率の異なる透光性部材を部分的に使用したり、透光性部材の厚みを部分的に変更したり、ボイドを含有させたり、表面を宝石カット、フレネルレンズ、イボイボレンズのような処理を施すことによりイルミネーション性は飛躍的に向上する。
In addition, when used as illumination, glare which is disliked by ordinary optical devices, that is, strong non-uniform light emission in the xy plane may be preferred. In such a case, if the phosphor is formed in a pattern on the translucent member, the emission color is changed only in the portion of the pattern and the illumination property is improved. Further, since it is physically separated from the light source as a heat source, not only an inorganic phosphor having good heat resistance but also an organic phosphor having poor heat resistance can be used.
Furthermore, by encapsulating a metal ball or a metal plate (lame) in the translucent member, irregular reflection is caused on the metal surface, and further illumination properties are improved. Partially use translucent members with different refractive indices, partially change translucent member thickness, include voids, or treat surfaces like gem cuts, Fresnel lenses, and waribo lenses The illumination property is dramatically improved by applying.

(蛍光体)
本発明に係る光学装置に使用可能な蛍光体としては、耐熱性の高い無機物蛍光体として、アルミニウム酸化物系蛍光体、ルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体、窒化物系蛍光体、アルカリ土類金属珪酸塩系蛍光体等が用いられ、若しくは高い変換効率を有する有機物蛍光体が使用可能である。例えば、表面実装型発光ダイオード3内に封入する場合は耐熱性の高い無機物蛍光体が好適に用いられ、また円筒状の透明部材内に封入等される場合は熱があまりかからない為、耐熱性は低いが変換効率が高い有機物蛍光体が好適に用いられる。
(Phosphor)
As the phosphor usable in the optical apparatus according to the present invention, as an inorganic phosphor having high heat resistance, an aluminum oxide phosphor, a lutetium / aluminum / garnet phosphor, a nitride phosphor, an alkaline earth metal Silicate phosphors or the like can be used, or organic phosphors having high conversion efficiency can be used. For example, when encapsulating in a surface-mounted light emitting diode 3, an inorganic phosphor with high heat resistance is preferably used, and when encapsulated in a cylindrical transparent member, heat is not so much heat resistance. An organic phosphor having a low but high conversion efficiency is preferably used.

本発明は、薄型・軽量化の要請が著しい液晶用バックライトや単なる看板用等のバックライト、ディスプレイ用冷蔵庫、一般照明、イルミネーション用光源に利用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a liquid crystal backlight, a backlight for a mere signboard, etc., which is remarkably required to be thin and light, a refrigerator for a display, general illumination, and an illumination light source.

本発明に係る実施形態の光学装置の斜視図である。1 is a perspective view of an optical device according to an embodiment of the present invention. 本発明に係る実施形態の光学装置の断面斜視図である。It is a section perspective view of an optical device of an embodiment concerning the present invention. 本発明に係る実施形態の光学装置の分解斜視図である。1 is an exploded perspective view of an optical device according to an embodiment of the present invention. サイドエミッタ配光特性を表す図である。It is a figure showing the side emitter light distribution characteristic. バットウィング配光特性を表す図である。It is a figure showing a batwing light distribution characteristic. ランバーシャン配光特性を表す図である。It is a figure showing a Lumbershan light distribution characteristic.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・発光ダイオードチップ
3・・・表面実装型発光ダイオード
5・・・レンズ
7・・・リフレクター
9・・・空気層
11・・・円筒形状の透明部材
13・・・中空
15・・・ヒートシンク


DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light emitting diode chip 3 ... Surface mount type light emitting diode 5 ... Lens 7 ... Reflector 9 ... Air layer 11 ... Cylindrical transparent member 13 ... Hollow 15 ... heatsink


Claims (6)

発光ダイオードチップを有する表面実装型発光ダイオードと、該発光ダイオードの外周部分を覆い、該発光ダイオードから入射した光を実装面に対して略平行光に変換するレンズと、該発光ダイオードの上方部分を覆い、前記発光ダイオードからの光を実装面に対して略平行光に変換するミラーに表面を覆われたリフレクターと、円筒状の透光性部材を有し、前記レンズと前記リフレクターとが前記透光性部材を介して嵌合されてなる光学装置。 A surface-mounted light-emitting diode having a light-emitting diode chip, a lens that covers an outer peripheral portion of the light-emitting diode, converts light incident from the light-emitting diode into light substantially parallel to the mounting surface, and an upper portion of the light-emitting diode. A reflector having a surface covered with a mirror that covers and converts light from the light emitting diode into substantially parallel light with respect to a mounting surface; and a cylindrical translucent member. An optical device that is fitted through a light member. 前記発光ダイオードと前記レンズが空気層を介在して設けられている請求項1に記載の光学装置。 2. The optical device according to claim 1, wherein the light emitting diode and the lens are provided with an air layer interposed therebetween. 前記リフレクターが樹脂をベース材として構成され、ミラーが前記発光ダイオード側に形成されている請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光学装置。 The optical device according to any one of claims 1 to 3, wherein the reflector is configured with a resin as a base material, and a mirror is formed on the light emitting diode side. 前記発光ダイオードの光学特性が略cosθの配光特性を有する請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光学装置。 The optical device according to claim 1, wherein an optical characteristic of the light emitting diode has a light distribution characteristic of approximately cos θ. 前記発光ダイオードを形成する発光ダイオードチップの周囲が中空である請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光学装置。 The optical device according to claim 1, wherein a periphery of a light emitting diode chip forming the light emitting diode is hollow. 前記発光ダイオードがヒートシンク上に実装されてなる請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光学装置。











The optical device according to claim 1, wherein the light emitting diode is mounted on a heat sink.











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