JP2007258059A - 発光装置 - Google Patents

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Hiroyuki Sekii
広行 関井
Shigeru Okuda
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Abstract

【課題】光源から基板方向へ出射される光を有効に集光して、所定の方向に照射できるようにするにより、発光装置として十分な輝度を得る。
【解決手段】LED等を光源として用いた発光装置において、光源2と、光源2が搭載された基板3と、基板3の法線を軸とした大底面41と小底面42とを有する回転体の外郭43を成して、小底面42に設けられた凹面44が、光源2から出射される光の入射面となり、該光を屈折させて所定方向へ放射させる光学部材4と、を備え、光学部材4の小底面42は、リング状底面45を有しており、このリング状底面45が、基板3と略平行な光源2を含む平面のうち、基板3から最も近い平面よりも基板3に近い位置に配備されていることにより、光源2から放射状に出射される光のうち、基板3の方に向かう光が、リング状底面45で全反射されて有効光として利用されるようになる。
【選択図】図1

Description

本発明は、表示装置等に用いられ、発光ダイオード(LED)等の光源から放射状に照射された光をレンズにより屈折させて集光し、所定方向に照射する発光装置に関する。
近年、道路や自動車等の表示装置等には、一般的なフィラメントランプの他、LED等を備えた発光装置が用いられている。このような表示装置等に用いられる発光装置において、LED等の光源から照射される光は、使用用途に応じた所定の方向にのみ照射されればよい。しかし、通常、光源からの光は、放射状に照射されることから、LED等の光源から照射された光を有効に利用するため、従来から、特許文献1又は特許文献2に示されるように、光源から照射された光を集光して所定の方向へ放射するレンズを備えた発光装置が知られている。
ここで、特許文献1又は特許文献2に示される発光装置の構成について、図5(a)(b)を参照して説明する。発光装置101は、LED102を配設した基板103とLEDから出射された光を所定角度に屈折させるためのコリメート(集光)用のレンズであって、レンズの入射側面に凹部を形成したハイブリッドレンズ104とから構成される。例えば、図5(b)の点線矢印L2に示されるように、LED102から放射された光は、ハイブリッドレンズ104の凹部144に入射する際に1次屈折し、レンズ外郭の内表面143で2次屈折した後に、ハイブリッドレンズの上面141からレンズ外に出射される。また、発光装置101は、ハイブリッドレンズ104自体の形状や屈折率等の調節をすることで、ハイブリッドレンズ104に入射した光を所定の方向へ出射させる。
特開2003−281909号公報 特開昭60−130001号公報
しかしながら、特許文献1又は特許文献2に示される発光装置においては、光源102から放射状に照射される光のうち、図5(b)に示される光L1及び光L2のように、基板3と逆方向に出射される光については、レンズ104によって屈折されて有効光として利用されるが、光L3のように、光源102から基板103の方へ向かう光は、レンズ外郭の内表面143において全反射されることなく出射してしまうため、有効光としては利用されない。そのため、特許文献1又は特許文献2に示される構成のレンズを有する発光装置では、発光装置としての輝度は不十分となることがあった。
本発明は、上記課題を解決するものであり、光源から放射状に出射される光のうち、光源から基板方向へ向かう光をも有効に集光して、発光装置の使用状況に応じた所定の方向に照射できるようにし、十分な輝度が得られる発光装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、請求項1の発明は、光源と、前記光源が搭載された基板と、前記基板の法線を軸とした大底面と小底面とを有する回転体の外郭を成して、小底面に設けられた凹面が前記光源から出射される光の入射面となり、該光を屈折させて所定方向へ放射させる光学部材と、を備えた発光装置であって、前記光学部材の小底面は、前記凹面の周囲に、光の反射面となるリング状底面を有しており、前記リング状底面が、前記基板と略平行な前記光源を含む平面のうち、基板から最も近い平面よりも基板に近い位置に配備されているものである。
また、請求項2の発明は、請求項1に記載の発光装置において、前記凹面とリング状底面との境界を成す辺が、前記光源に接触しているものである。
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発光装置において、前記リング状底面が、基板に接触していないものである。
請求項1の発明によれば、光源から放射状に出射される光のうち、光源から基板の方に向かう光が、光学部材の小底面に設けられたリング状底面で全反射し易くなるので、従来は利用されなかった光をも有効に利用することができ、発光装置として十分な輝度が得られる。
請求項2の発明によれば、凹面とリング状底面との境界をなす辺が、光源に接触していない場合に比べて、反射する光の量が多くなり、発光装置として十分な輝度が得られる。
請求項3の発明によれば、リング状底面は、基板に接触していないので、基板からの熱による劣化が低減し、長期間にわたり、発光装置として十分な輝度が得られる。
本発明の第1の実施形態に係る発光装置1について、図面を参照して説明する。図1(a)(b)は、本実施形態に係る発光装置1の外観及び断面を示している。発光装置1は、光を発散する光源2と、光源2が搭載された基板3と、光源2から出射される光を屈折させて所定方向へ放射させる光学部材4と、を備えている。以下、各構成要素を詳細に説明する。
光源2には、汎用の発光ダイオード(LED)が用いられ、例えば、青色LEDと、380nm〜480nmの波長帯域の光を480nm〜780nmの光へ変換するYAG(Yttrium Aluminium Garnet)系蛍光体やBOS(Barium ortho−Silicate)系蛍光体等を含むシートと、を組み合わせた白色LEDが用いられる。また、本実施形態においては、上記の白色LEDに限らず、小型白熱灯や小型のハロゲン電球等も使用可能である。
光源2の発光面の形状については、特に制限は無いが、本実施形態に係る発光装置1においては、略半楕円回転体形状のものであって、光が光源2から放射状に出射されるような場合を想定している。例えば、光源2の発光面が完全拡散面であって、その各場所からランバート角度分布で光が出射されていて、一部の光が、光源2から基板3の方へ向かうことがあるものに対して、本発明は特に有効である。
基板3は、汎用のプリント基板であり、寸法安定性に優れ、反りやねじれ等のバラツキの少ない基板が用いられる。基板3の材料としては、例えば、ガラスクロス(布)を重ねたものにエポキシ樹脂を含浸させたガラスエポキシ基板等が用いられる。また、基板3の裏には、光源2から発せられる熱を効率よく放熱するため、銅等の放熱性の良い材料が用いられた適宜のヒートシング等(図示せず)が装着される。
また、基板3上には、台座5が配置される。この台座5は、樹脂等を材料とした円形状の部品であり、光源2を基板3上に固定、安定させる役割を果たす。また、光源2と光学部材4の位置関係を保ち、設計どおりの配光を得るため、光学部材4にはレンズホルダ(図示せず)が装着され、これにより、発光装置1を格納する所定の筐体内に固定される。
光学部材4は、基本的にはレンズを用いており、基板3の法線を軸とした大底面41と小底面42とを有する回転体の外郭43を成して、小底面42に形成された凹面44が光源2から出射される光の入射面となり、この光を屈折させて所定方向へ放射させる。小底面42は、凹面44の周囲に、光の反射面となるリング状底面45を有している。光学部材4の材料には、アクリル、ポリカーボネート又はガラス等の透明性のある材料が用いられる。
上記の大底面41の形状は、図1(a)(b)では平面を示しているが、その他、凹面、凸面等があり、要求される配光により適宜、決定される。また、大底面41には、照射面における照射ムラを回避するため、拡散処理(例えば、サンドブラスト処理等)が施される場合もある。
上記の小底面42のうち、凹面44は、光源2に対面する入射前面46と、光源2の側面に対向した入射円錐面47と、から成る。入射前面46は、光源2から放射された光を、直接的に大底面41へ導くものである。この大底面41へ導かれる光を、図1(b)の実線矢印L1で示している。入射前面46の形状は、平面、凹面、凸面その他があり、要求される配光により、適宜、決定される。また、入射円錐面47は、光源2から放射された光を、屈折により全反射させた後に大底面41へ導くものである。この光を図1(b)の点線矢印L2に示している。
上記の小底面42のうち、リング状底面45は、従来の光学部材では有効光として利用することができなかった光をも、全反射により外郭43の内表面に導くものである。この光を図1(b)点線矢印L3で示す。また、本実施形態に係る発光装置1においては、このリング状底面45は、基板3と略平行な光源2を含む平面のうち、基板3から最も近い「平面」よりも、基板3に近い位置に配備されている。なお、この基板3から最も近い「平面」とは、本実施形態では、具体的には、光源2と台座5との境界面を含む平面である。また、本実施形態では、リング状底面45は、基板3には接触していない。
上記のような構成により、光源2から放射され、基板3とは逆方向に向かう光L1は、凹面44の入射前面46に到達し、この入射前面46及び大底面41で屈折して、有効光として利用される。また、凹面44の入射円錐面47に向かう光のうち、入射円錐面47で屈折した後に外郭43の内表面に到達する光L2は、外郭43の内表面及び大底面41で屈折して、有効光として利用される。更に、基板3の方向に向かい、かつ、入射円錐面47に対して出射される光のうち、入射円錐面47で屈折した後にリング状底面45に到達する光L3は、従来の構造では有効光として利用されなかったが、リング状底面45で一度全反射させてから、外郭43の内表面に導かれることによって、上記の光L2と同様に、有効光として利用されるようになり、発光装置として十分な輝度が得られる。
次に、本発明の第2の実施形態に係る発光装置1について、図2(a)(b)を参照して説明する。本実施形態に係る発光装置1は、上記第1の実施形態における凹面44とリング状底面45との境界をなす辺が光源2に接触しているものである。本実施形態でも、リング状底面45は、基板3には接触していない。
上記第1の実施形態では、光源2から放射され、基板3の方向に向かう光のうち、入射円錐面47に到達せず、小底面42よりも基板3側に出射される光は、有効光として利用されなかった。それに対し、本実施形態によると、凹面44とリング状底面45との境界をなす辺が光源2に接触しているため、光源2から出射された光のうち、基板3の方に向かう光は、必ず凹面44の入射円錐面47に到達する。これにより、光源2から放射された光は、例えば、図2(b)に示す光L3のように、入射円錐面47で屈折した後にリング状底面45で一度全反射され、外郭43の内表面に導かれることによって、有効光として利用されるようになる。これにより、上記第1の実施形態よりも多くの光を利用できるようになり、発光装置として更に高い輝度が得られる。
次に、本発明の第3の実施形態に係る発光装置1について、図3(a)(b)を参照して説明する。本実施形態に係る発光装置1は、上記第1及び第2の実施形態におけるリング状底面45が、基板3に略平行でなく、例えば、リング状底面45の中心側が基板3に最も近くにあり、外周側が基板3から遠くなるような円錐面形状に形成されたものである。本実施形態でも、リング状底面45は、基板3には接触していない。
このように、リング状底面45が、基板3に略平行でなく、円錐面形状となることにより、このリング状底面45で全反射した光L3の進行方向を任意に制御することができるようになる。
次に、本発明の第4の実施形態に係る発光装置1について、図4(a)(b)を参照して説明する。本実施形態に係る発光装置1は、上記第1乃至第3の実施形態におけるリング状底面45が、基板3に接触しているものである。
このように、リング状底面45が、基板3に接触することにより、光学部材4の設置が安定し、光源2及び基板3との相対的な位置関係を保持することができるようになる。また、上記第1乃至第3の実施形態では、リング状底面45と基板3とが接触していなかったため、光源2から放射され、基板3の側に向かう光の一部は、リング状底面45と基板3との間の隙間に入射して、有効光としては利用されなかった。それに対して、本実施形態においては、リング状底面45と基板3との間の隙間が無いため、基板3の方に向かう光L2又はL3の全てがリング状底面45又は外郭43の内表面に導かれて全反射され、有効光として利用されるようになり、発光装置として更に高い輝度が得られる。
なお、第4の実施形態に係る発光装置1が、長期間にわたって連続的に使用されると、基板3の熱が光学部材4へと伝わり、光学部材4の材質の変形等により、光の反射効率が変化して、照射ムラ等が発生する虞がある。このため、第4の実施形態においては、リング状底面45を基板3に接触させる構成は、発光装置の使用態様に応じて採用されることが望ましい。また、基板3から光学部材4への熱の伝導を低減させるため、リング状底面45と基板3との間に薄いリング状の断熱材を挟持させてもよい。
本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、上記第3の実施形態において、リング状底面45は、基板3と略平行な光源2を含む平面のうち、基板3から最も近い「平面」よりも基板3に近い位置に配備されることが望ましいが、仮に、円錐面形状となったリング状底面45の外周側の一部が、該「平面」よりも、基板3から遠い位置になっていても、実質的に、全体として該「平面」よりも基板3に近い位置に配備されていれば、そのような構成をも含むものである。
(a)は本発明の第1の実施形態に係る発光装置の斜視図、(b)は同装置の断面図。 (a)は本発明の第2の実施形態に係る発光装置の斜視図、(b)は同装置の断面図。 (a)は本発明の第3の実施形態に係る発光装置の斜視図、(b)は同装置の断面図。 (a)は本発明の第4の実施形態に係る発光装置の斜視図、(b)は同装置の断面図。 (a)は従来の発光装置の斜視図、(b)は同装置の断面図。
符号の説明
1 発光装置
2 光源
3 基板
4 光学部材
41 大底面
42 小底面
43 外郭
44 凹面
45 リング状底面
46 入射前面
47 入射円錐面

Claims (3)

  1. 光源と、前記光源が搭載された基板と、前記基板の法線を軸とした大底面と小底面とを有する回転体の外郭を成して、小底面に設けられた凹面が前記光源から出射される光の入射面となり、該光を屈折させて所定方向へ放射させる光学部材と、を備えた発光装置であって、
    前記光学部材の小底面は、前記凹面の周囲に、光の反射面となるリング状底面を有しており、
    前記リング状底面が、前記基板と略平行な前記光源を含む平面のうち、基板から最も近い平面よりも基板に近い位置に配備されていることを特徴とする発光装置。
  2. 前記凹面とリング状底面との境界を成す辺が、前記光源に接触していることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
  3. 前記リング状底面が、基板に接触していないことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の発光装置。
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