JP2007081063A

JP2007081063A - 発光装置

Info

Publication number: JP2007081063A
Application number: JP2005265921A
Authority: JP
Inventors: Mitsusato Ishizaka; 光識石坂
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-09-13
Filing date: 2005-09-13
Publication date: 2007-03-29

Abstract

【課題】照射対象を明るく且つ均等に照らすための平行光をより多く出射させることができると共に、発光損失を低減させることで、高輝度発光を得ることが可能な発光装置を提供することである。
【解決手段】基板２３と、この基板２３に形成され、放物曲面を有する凹部２２と、この凹部２２の内周面に形成される反射面２４と、前記放物曲面の略焦点位置に配置される発光素子２５と、この発光素子２５及び前記基板２３の上方を封止する透光封止体２６とを備えた発光装置２１において、前記透光封止体２６は、前記基板２３の上部に水平面２９を有する凸状レンズによって形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、カメラのオートフォーカスやフラッシュ用の光源として用いられる発光装置に関するものである。

従来、スチルカメラやビデオカメラ等においては、オートフォーカスやフラッシュ用の光源となる小型の発光装置が備えられている。この発光装置は、光源に発光ダイオード（ＬＥＤチップ）を用い、発光側には凸状レンズを組み込むなどして集光効果を高めているものが多い。また、特許文献１に記載されているように、前記ＬＥＤチップの背面に放物曲面状の反射面を有して形成することで、薄型化及び高輝度化を図った例もある。図８は、前記特許文献１に記載の発光装置（発光ダイオード）１の断面構造を示したものである。この発光ダイオード１は、放物曲面を有した球面部２ａが形成された基板２と、球面部２ａの表面に設けられる金属反射膜３と、球面部２ａの中心位置に透明樹脂６を台座部として配置されるＬＥＤチップ７と、このＬＥＤチップ７を封止する透光性樹脂９とで構成されている。

上記構造の発光ダイオード１にあっては、ＬＥＤチップ７の発光面から出射された光のうち、側面又は下面方向に向かって出射される光は、前記球面部２ａに沿って形成された金属反射膜３によって反射・集光されて基板２の上方に出射される。このため、前記ＬＥＤチップ７の発光中心方向における輝度を高めることができる。
特開２００５−５６９４１号公報

上記特許文献１に記載されているような発光ダイオード１においては、前述したように、単一のＬＥＤチップ７を点状光源として用いているため、省電力化や小型化が容易であり、発光中心部における光量の増加とそれに伴った発光輝度の向上効果は得られる。しかしながら、ＬＥＤチップ７の発光中心から反れた方向に発光する光は、前記ＬＥＤチップ７を封止している透光性樹脂９から空気中へ出射される際に、外側に大きく屈折してしまうといった問題があった。このため、カメラのオートフォーカスやフラッシュ光源のように、撮影対象となる物や人物などの全体を明るく且つ均等に照射するための平行光が十分得られないといった問題があった。

また、前記ＬＥＤチップ７を封止する透光性樹脂９と空気とでは、光の屈折率が異なるため、ＬＥＤチップ７から透明性樹脂９内で出射される出射角度が大きいと、発光中心から外れて屈折されることになる。また、前記出射角度が透光性樹脂９と空気との境界部において臨界角を越えたりするような場合には、逆に透光性樹脂９内に全反射してしまい、外部の空気中に出射されないこともある。このように、従来の発光ダイオード１にあっては、ＬＥＤチップ７から出射される光の空気中への出射率が低く効率的でないといった問題もあった。

そこで、本発明の目的は、照射対象を明るく且つ均等に照らすための平行光をより多く出射させることができると共に、発光損失を低減させることで、高輝度発光を得ることが可能な発光装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の発光装置は、基板と、この基板に形成され、放物曲面を有する凹部と、この凹部の内周面に形成される反射面と、前記放物曲面の略焦点位置に配置される発光素子と、この発光素子及び前記基板の上方を封止する透光封止体とを備えた発光装置において、前記透光封止体は、前記基板の上部に水平面を有する凸状レンズによって形成されていることを特徴とする。

本発明に係る発光装置によれば、放物曲面の略焦点位置に配置された発光素子から直接凹部の上方に出射する直接光と、発光素子の側面又は底面から出射され、前記凹部内に設けられる反射面によって、前記凹部の上方に向けて反射される反射光が合成される。そして、この合成された光が透光封止体の上端に形成されている水平面を通して外部に出射されるため、ここから強い平行光となって照射対象物を明るく照明することができる。

以下、添付図面に基づいて本発明に係る発光装置の実施形態を詳細に説明する。

図１乃至図３に示すように、この実施形態に係る発光装置２１は、放物曲面状の凹部２２を有する基板２３と、前記凹部２２に沿って形成される反射面２４と、この反射面２４の中心部に配置される発光素子２５と、この発光素子２５を封止する透光封止体２６とで構成されている。

前記基板２３は、所定の厚みを有するガラスエポキシ樹脂やＢＴレジン等によって四角形状に形成され、上面、側面及び下面にかけて電極パターンが形成されている。凹部２２は、前記基板２３の上面の外周部から下面の中心部に向けて放物線を描くようにして凹設された放物面状の反射面２４と、前記基板２３上に開口する円形状の開口面２７とからなり、前記反射面２４には、高反射率を有する金属膜が形成されている。この凹部２２は、パラボラアンテナと同じ原理によって形成されたもので、焦点位置Ｆに発光素子２５が配置され、この発光素子２５から四方に出射される光を開口面２７に向けて集光させることで高輝度の発光効果を得る。

発光素子２５は、発光ダイオード（ＬＥＤ）が使用される。また、この発光素子２５は、透明な台座部２５ｂを介して前記凹部２２の焦点位置Ｆに配置される。台座部２５ｂは、前記凹部２２の底部に載置した際に前記発光素子２５の発光面が焦点位置に配置されるような厚みを有した透明なアクリルやエポキシ等の樹脂や透明なガラス等によって形成され、上面に発光素子２５が透明接着剤を介して固着される。前記発光素子２５と台座部２５ｂは、大きめの集合透明基板上に発光素子を複数配列して形成した後、個々の発光素子領域ごとにダイシングすることで、一括して大量生産することができる。前記発光素子２５は、ボンディングワイヤ２８を介して前記基板２３の上面に形成されているアノード電極及びカソード電極に導通接続される。この実施形態では、発光素子２５と同じ大きさに形成した台座部２５ｂを前記凹部２２の底部に透明接着剤を介して接合させたが、図８に示されているように、前記凹部２２の底部に所定の高さになるように、透明樹脂材を充填し、この上に発光素子２５を固定して形成してもよい。また、窒化ガリウム系化合物半導体（ＧａＮ）のように、サファイア等の透光性を有するベース部上に発光部が一体となったものをそのまま使用することも可能である。なお、照明用途に応じて、前記発光素子２５を白色系や青色系などの各色の発光素子で構成したり、又は、台座部２５ｂを形成する樹脂材にも顔料や染料を含有させたりすることによって、様々の色合いで発光させることが可能である。

透光封止体２６は、透明な樹脂で形成され、凹部２２の上方に突出して成形される凸状部２６ｂと、前記凹部２２内に充填される充填部２６ａとからなっている。前記凸状部２６ｂは、前記凹部２２の開口面２７と同じ大きさの水平面２９と、この水平面２９の外周部から基板２３の外周部に向けて湾曲する湾曲面３０からなっている。また、基板２３の上面から水平面２９までの高さは、後述する光の臨界角に応じて設定される。

次に、上記構成の発光装置２１における発光作用を図２と図４、図６に示した発光装置３１，４１に基づいて説明する。ここで、図４及び図６は、従来の一般的な高輝度タイプの発光装置３１，４１の断面構造を示したものである。なお、ここで示した発光装置３１，４１は、いずれも透光封止体の形状が異なるのみで、基板やこの基板に設けられる凹部の放物曲面の形状や大きさ、また、発光素子の種類や特性などは共通となっている。

図４に示した発光装置３１は、透光封止体３６の水平面３９が基板３３の上面から低い位置に形成されている。このような発光装置３１では、上面に向けて出射される光のうち、発光素子２５の発光中心から開口面の縁部に向かう出射角度の大きな光ほど外側に屈折する角度が大きくなる。これは、図５に示すように、前記透光封止体３６内から空気中に出射される光の屈折によって生じるもので、例えば、空気中の光屈折率を１とし、透光封止体３６の光屈折率をその１．５倍とすると、透光封止体３６からの入射角θ１の入射光Ｌ１は、空気中に出射される際は屈折光Ｌ２のように、θ２の角度で大きく外側に屈折する。さらに、前記θ１の角度が大きく臨界角を超えると、空気中には出射されず、透光封止体３６の方向に向かう全反射光Ｌ３になってしまう。

また、図６に示した発光装置４１は、基板４３の上面に突出する透光封止体４６が球面状に形成されている。この発光装置４１では、発光素子２５から発せられた光が透光封止体４６から空気中に出射される際、外側に向けて屈折する光が少なく、逆に発光中心方向に向かって屈折する光が多くなる。このため、ある一点に向かって強い光を集光させるような用途には適しているが、基板４３の上面に対して直交する方向に延びる平行光が多くならない。

これに対して、本発明の図２に示した発光装置２１にあっては、凹部２２の開口面２７と対向する方向に、同じ径を有した水平面２９が形成されている。このため、発光素子２５から直接開口面２７に出射される直接光や、発光素子２５の側面や下面から出射され、反射面２４によって開口面２７上に向けて反射される光のほとんどが前記水平面２９からそのまま平行に出射させることが可能となる。また、前記水平面２９の外周から基板２３の外周にかかる部分が湾曲面３０となっているので、発光素子２５の発光中心から大きく傾斜した角度で出射される光にあっては、前記湾曲面３０によって屈折され、水平面２９から出射される平行光と同じ方向に出射することができる。

図７は、前記透光封止体４６の水平面２９の広さと平行光の出射方向との関係を示したものである。発光素子２５が理想的な点光源であるとすると、（ａ）や（ｂ）のように、真上に向かう光Ｘ１を中心とした４１．８°の臨界角θｘ内に透光封止体４６の水平面の縁部２９ａ，２９ｂが入るように形成することで、光Ｘ２，Ｘ３のように全反射せずに効率よく外部に出射させることができる。一方、（ｃ）の場合では、前記臨界角θｘから外れた位置に水平面の縁部２９ｃがあるため、この縁部２９ｃ近傍に向かう光Ｘ４は透光封止体４６内に全反射されてしまう。このため、外部に出射される光の範囲が狭まることになる。

本実施形態の発光装置では、前記凹部の開口面を正円で形成したが、照射対象に合わせて楕円形状や多角形状にして形成することも可能である。

本発明に係る発光装置の全体形状を示す斜視図である。上記図１においてＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。上記図１に示した発光装置の上面からみた平面図である。透光封止体が水平面のみで形成されている発光装置の断面図である。光の屈折作用を示す説明図である。透光封止体全体が球面で形成されている発光装置の断面図である。透光封止体の水平面に対する平行光の出射方向を示す説明図である。従来における発光装置（発光ダイオード）の一例を示す断面図である。

符号の説明

２１発光装置
２２凹部
２３基板
２４反射面
２５発光素子
２５ｂ台座部
２６透光封止体
２６ａ充填部
２６ｂ凸状部
２７開口面
２８ボンディングワイヤ
２９水平面
３０湾曲面

Claims

基板と、この基板に形成され、放物曲面を有する凹部と、この凹部の内周面に形成される反射面と、前記放物曲面の略焦点位置に配置される発光素子と、この発光素子及び前記基板の上方を封止する透光封止体とを備えた発光装置において、
前記透光封止体は、前記基板の上部に水平面を有する凸状レンズによって形成されていることを特徴とする発光装置。
前記水平面が、前記凹部の開口径と同じ径を有して形成される請求項１記載の発光装置。
前記発光素子が、前記凹部の底部に台座部を介して、前記反射面の略焦点位置に配置される請求項１記載の発光装置。
前記台座部は、透光性を有する樹脂体で形成されている請求項３記載の発光装置。
前記発光素子は、透明なベース部と一体形成されている窒化ガリウム系化合物半導体である請求項１記載の発光装置。