JP2008053660A - Light emitting module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光ダイオード(LED)等の光源から照射された光をレンズにより反射及び屈折させて拡散放射する発光モジュールに関する。 The present invention relates to a light emitting module that diffuses and radiates light irradiated from a light source such as a light emitting diode (LED) by reflecting and refracting light with a lens.
従来から、看板照明等には面発光が可能な照明機材が用いられている。しかし、発光素子のみで均一な面発光を実現するには多数の発光素子を密に並べる必要がありコスト高となってしまう。そこで、例えば、特許文献1に示されるように、LED等の光源から照射された光をレンズ等の光学部材により反射及び屈折させて拡散放射することにより、広範囲に光を照射できるようにした発光装置がある。この発光装置は、光源を封止する樹脂レンズの前方界面に、光源から照射された光を直接外部へ出射させる出射領域及び光を全反射させる全反射領域が設けられ、樹脂レンズの背面には、凹面鏡状をした光反射部が設けられていて、光源から照射された光の一部は、出射領域を通過して前方へ出射され、他の光は、全反射領域で全反射された後、光反射部で反射され、全反射領域から前方へ出射されるようにしたことにより、光源からの光が樹脂レンズ全面から広範囲に照射されるようにしたものである。
Conventionally, lighting equipment capable of surface light emission has been used for signboard lighting and the like. However, in order to realize uniform surface light emission with only the light emitting elements, it is necessary to arrange a large number of light emitting elements closely, resulting in an increase in cost. Therefore, for example, as disclosed in
また、特許文献2に示されるように、LEDの外側に光学的に接合されたリング状の光学部材及びこの光学部材の外周に配置された反射部材を備え、LEDから上方に向けて照射された光が光学部材の反射面で反射して略水平方向に放射され、これらの光が反射部材によって略垂直方向へ反射されるようにした発光装置がある。
しかしながら、上記特許文献1に示される発光装置においては、樹脂レンズ面が発光面となっているため、均一な面発光を実現するには、大型のレンズを必要とする。大型のレンズは成形が難しく、所望の光学特性を達成するには高度なレンズ加工技術を必要し、コスト高を招く虞がある。
However, in the light emitting device disclosed in
また、特許文献2に示される発光装置においては、光学部材から略水平方向に放射された光を反射部材が略垂直方向へ効率的に反射できるようにするために、光学部材の形状に対応した特定の反射部材を採用する必要があるので、汎用性に優れた発光モジュールの製造には適していない。また、反射部材で反射された光によって、均一な面発光を実現するには、別途の拡散反射部材を設ける必要があるのでコスト高の要因となる。
Further, in the light emitting device shown in
本発明は、上記課題を解決するものであり、光源から発せられた光を広範囲に照射することができる小型の光学部材を用いることにより、低コストで均一な面発光を可能とする発光モジュールを提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problem, and a light emitting module that enables uniform surface light emission at low cost by using a small optical member that can irradiate light emitted from a light source over a wide range. The purpose is to provide.
上記課題を解決するために、請求項1の発明は、基板と、前記基板上に設けられた発光素子と、前記基板に対する前記発光素子の略中心を通る法線を軸とする略回転体形状から成る光学部材と、を備えた発光モジュールであって、前記光学部材のうち、前記基板への取付面と反対側の面は、前記発光素子から照射された光を反射する反射面を含む面とされ、前記光学部材の外周面は、前記反射面からの光を透過する透過面とされ、前記基板と略平行であって前記透過面を透過した光が照射される面が拡散反射面とされているものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of
また、請求項2の発明は、請求項1に記載の発光モジュールにおいて、前記反射面を含む面のうち、前記法線の近傍部は、前記発光素子の光を前記法線と略平行な方向に屈折して透過させる屈折面となるよう構成されているものである。 According to a second aspect of the present invention, in the light emitting module according to the first aspect, of the surface including the reflective surface, the vicinity of the normal line is a direction in which the light of the light emitting element is substantially parallel to the normal line. It is configured to be a refracting surface that refracts and transmits light.
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発光モジュールにおいて、前記反射面を含む面は、前記法線から外周方向に向かうに連れて、前記基板との距離が増加するように構成されているものである。 According to a third aspect of the present invention, in the light emitting module according to the first or second aspect, the distance between the surface including the reflective surface and the substrate increases from the normal to the outer circumferential direction. It is configured.
請求項4の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の発光モジュールにおいて、前記透過面は、前記法線から外周方向に向かうに連れて、前記基板との距離が増加するように構成されているものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the light emitting module according to any one of the first to third aspects, the distance between the transmissive surface and the substrate increases from the normal to the outer peripheral direction. It is comprised so that it may do.
請求項5の発明は、請求項2に記載の発光モジュールにおいて、前記屈折面の形状が、前記法線を含む断面において、該断面の一端部から他端部まで、前記基板との距離が単調増加又は単調減少となるような形状を含むように構成されているものである。 According to a fifth aspect of the present invention, in the light emitting module according to the second aspect, in the cross section including the normal, the distance from the substrate is monotonous from one end of the cross section to the other end. It is configured to include a shape that increases or monotonously decreases.
請求項6の発明は、請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のモジュールにおいて、前記反射面の形状が、前記法線を軸とした略回転対称であり、前記反射面の断面形状が、前記発光素子の略中心又はその近傍を焦点とする放物線又は放物線の近似曲線の一部を含み、前記透過面の断面形状が、前記拡散反射面上又はその近傍の点を焦点とする双曲線又は双曲線の近似曲線の一部を含むように構成されているものである。 According to a sixth aspect of the present invention, in the module according to any one of the first to fifth aspects, the shape of the reflective surface is substantially rotationally symmetric with respect to the normal line, and a cross section of the reflective surface. The shape includes a part of a parabola or a parabolic approximate curve focusing on the approximate center of the light emitting element or the vicinity thereof, and the cross-sectional shape of the transmission surface focuses on a point on or near the diffuse reflection surface. It is comprised so that a part of hyperbolic or hyperbolic approximate curve may be included.
請求項7の発明は、請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の発光モジュールにおいて、前記反射面は、全反射面とされているものである。 According to a seventh aspect of the present invention, in the light emitting module according to any one of the first to sixth aspects, the reflection surface is a total reflection surface.
請求項8の発明は、請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の発光モジュールにおいて、前記拡散反射面は、前記基板と略平行であって、前記発光素子を略中心とした略同心円状に階段状に構成され、かつ、1/2ビーム角が略30〜60°となるように構成されているものである。 According to an eighth aspect of the present invention, in the light emitting module according to any one of the first to seventh aspects, the diffuse reflection surface is substantially parallel to the substrate and is substantially centered on the light emitting element. Concentric circular steps are used, and the half beam angle is approximately 30 to 60 °.
請求項1の発明によれば、発光素子から発せられた光は反射面により反射された後、透過面を屈折・透過して、拡散反射面に到達して高効率で拡散反射されるので、看者に対して、拡散反射面のうち、光学部材から放出された光が到達した範囲全体が面発光しているように見せることができる。また、小型の光学部材であっても、拡散反射面の比較的広い範囲に光を到達させることができるので、大型レンズ等を用いることなく、低コストで面発光が可能な発光モジュールとすることができる。 According to the first aspect of the present invention, the light emitted from the light emitting element is reflected by the reflecting surface, then refracts and transmits the transmitting surface, reaches the diffuse reflecting surface, and is diffusely reflected with high efficiency. It is possible to make it appear to the viewer that the entire range where the light emitted from the optical member reaches among the diffuse reflection surface is emitting light. In addition, even a small optical member can make light reach a relatively wide range of the diffusive reflection surface, so that a light emitting module capable of emitting light at low cost without using a large lens or the like is provided. Can do.
請求項2の発明によれば、屈折面へ入射した光が上記の法線と略平行な方向へ屈折・透過されるので、光学部材のうち、反射面を含む面も発光しているように見え、看者に対して発光モジュール全体が均一に面発光しているように見せることができる。
According to the invention of
請求項3の発明によれば、発光素子から照射された光の反射面に対する入射角が大きくなり、反射角も大きくなるので、光を光学部材から遠くにまで到達させることが可能となり、拡散反射面の広い範囲を発光させることができる。また、反射面で反射された光の透過面に対する入射角が小さくなるので、光学部材内へ反射する光が少なくなり、透過面におけるフルネル反射や全反射による光の反射損失を低減することができる。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、反射面で反射された光の透過面に対する入射角がより小さくなるので、透過面におけるフルネル反射や全反射による光の反射損失を更に低減することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, since the incident angle of the light reflected by the reflecting surface with respect to the transmitting surface becomes smaller, it is possible to further reduce the reflection loss of light due to the fullnel reflection and total reflection on the transmitting surface.
請求項5の発明によれば、発光素子から出射され、屈折面へ入射した光は、屈折面の形状のうち、基板との距離が単調増加する方向へ屈折・透過されるようになる。すなわち、光学部材の取付方向により、特定の方向に対して屈折面から照射される光量を多くすることが可能となる。 According to the invention of claim 5, the light emitted from the light emitting element and incident on the refracting surface is refracted and transmitted in a direction in which the distance from the substrate monotonously increases in the shape of the refracting surface. That is, it is possible to increase the amount of light irradiated from the refractive surface in a specific direction depending on the mounting direction of the optical member.
請求項6の発明によれば、反射面で反射された光を拡散反射面の略同心円状の狭い範囲に集光することができ、看者に対して略同心円状の発光面を視認させることができる。 According to the sixth aspect of the present invention, the light reflected by the reflecting surface can be collected in a substantially concentric narrow area of the diffuse reflecting surface, and the viewer can visually recognize the substantially concentric light emitting surface. Can do.
請求項7の発明によれば、反射面に蒸着膜を形成する必要がなくなるので、製造コストを削減することができ、反射面で外光が反射されて生じるグレアも抑制される。 According to the invention of claim 7, since it is not necessary to form a vapor deposition film on the reflecting surface, the manufacturing cost can be reduced, and glare caused by reflection of external light on the reflecting surface is also suppressed.
請求項8の発明によれば、拡散反射面で反射される光を基板の法線方向を中心とする30〜60°の範囲に効率的に照射することができるので、設置環境に応じた発光面の仕様が可能となる。 According to the invention of claim 8, since the light reflected by the diffuse reflection surface can be efficiently irradiated in a range of 30 to 60 ° centering on the normal direction of the substrate, light emission according to the installation environment Surface specifications are possible.
以下に、本発明の第1の実施形態に係る発光モジュールについて、図1を参照して説明する。発光モジュール1は、基板2と、この基板2上に設けられた発光素子3と、基板2に対する発光素子3の略中心を通る法線Lを軸とする略回転体形状から成る光学部材4と、を備える。上記の光学部材4のうち、基板2への取付面と反対側にある面は、発光素子3から照射された光を反射する反射面41を含む面40とされ、光学部材4の外周面は、反射面41からの光を透過する透過面42となるよう構成されている。また、基板2と略平行であって透過面42を透過した光が照射される面は拡散反射面21となるよう構成されている。以下、各構成要素を詳細に説明する。
Below, the light emitting module which concerns on the 1st Embodiment of this invention is demonstrated with reference to FIG. The
基板2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。この基板2の裏には、発光素子3から発せられる熱を効率よく放熱するため、銅等の放熱性の高い材料が用いられた適宜のヒートシンク等(図示せず)が装着される。基板2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。
The
拡散反射面21は、基板2上にアクリルやウレタン系の白色塗料を吹き付けたものが好ましいが、全反射率が略80%以上でとなり、略拡散特性の光学特性を有するものであれば特に限定はない。なお、基板2の表面全体が拡散反射面21となっていてもよく、また、光学部材4により反射された光が照射される面の部分のみが拡散反射面21となっていてもよい。
The
発光素子3は、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LEDに限らず、可視光を発生させるものであれば、例えば、小型白熱灯、小型のハロゲン電球等も使用可能である。また、発光素子3の発光面の形状についても特に制限はなく、光学部材4に埋め込まれたものであってもよい。
The
光学部材4は、基板2への取付面と反対側にある面40が、発光素子3から照射された光を反射する反射面41を含むものであり、本実施形態においては、基板2に対して略平行な面形状となるよう構成されている。また、光学部材4の外周面が、反射面41からの光を透過して基板2側へ放射する透過面42となっている。この光学部材4の材料には、ポリカーボネード、アクリル、シリコン、エポキシ等のプラスチック又はガラス等が用いられる。また、光学部材4は、発光素子3と光学部材4との位置関係を保ち、所望の配光を得るためのレンズホルダ(図示せず)を更に備え、このレンズホルダは基板2又は発光モジュール1を格納するための筐体(図示せず)に固定される。
In the
本実施形態の発光モジュール1においては、基板2への取付面と反対側にある面40の全体が反射面41に該当する。また、反射面41の表面は、必要に応じて銀やアルミ等を蒸着又はスパッタ等の処理が施されることにより、略80〜100%の反射率を確保するように構成されている。また、反射面41は、光学部材4のサイズの制約等がなければ、蒸着処理等の必要がない全反射面としてもよく、その場合、反射率は100%となる。
In the
透過面42は、光学部材4が装着されている拡散反射面21のどの程度の範囲に光を照射させるかによって、設計者が適宜にその構成を決定するものであるが、本実施形態においては、基板2に対して垂直な円筒形状となるように構成されている。
The configuration of the
上記のように構成された本実施形態の発光モジュール1によれば、発光素子3から照射された光は、反射面41により反射され、点線で示すように、透過面42へ到達し、この透過面42を屈折・透過した後、拡散反射面21により拡散反射される(拡散反射光が出ている様子を点線円で示している)。その結果、発光モジュール1は、看者に対して拡散反射面21全体が面発光しているように見せることができる。
According to the
また、光学部材4は小型のものであっても、拡散反射面21の比較的広い範囲に光を到達させることができるので、大型レンズ等を用いることなく、低コストで面発光が可能な発光モジュール1を製造することができる。更に、拡散反射面21の形状等についても特に限定はなく、汎用性に優れた発光モジュール1の製造が可能となる。
In addition, even if the
なお、反射面41を全反射面とすると、蒸着膜を形成する必要がなくなるので、製造コストを削減することできるだけでなく、発光モジュール1が屋外の看板照明に用いられたときには、外光が反射されて生じるグレアを抑制されるようになる。
If the
次に、本発明の第2の実施形態に係る発光モジュールについて、図2を参照して説明する。本実施形態の発光モジュール1は、光学部材4における反射面41を含む面40のうち、法線Lの近傍部が、発光素子3からの光を、この法線Lと略平行な方向に屈折して透過させる屈折面43となるよう構成されている。なお、基板2、拡散反射板21、発光素子3及び透過面42は、上記第1の実施形態の発光モジュール1と同様である。
Next, a light emitting module according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the
本実施形態の発光モジュール1においては、基板2への取付面と反対側の面40のうち、上記の反射面41が構成されていない面が屈折面43に該当する。また、屈折面43の形状は、発光モジュール1の使用において、要求される輝度値により適宜に設計される。例えば、比較的低輝度の発光でよい場合には凹面形状に、高輝度の発光が要求される場合には凸形状に加工形成される。
In the
本実施形態によれば、発光素子3から照射された光のうち、屈折面43へ入射した光は、屈折面43により屈折・透過して法線Lと略平行な方向へ放射される。そのため、本実施形態の発光モジュール1は、光学部材4のうち、反射面41を含む面も発光しているように見えるので、看者に対して発光モジュール1全体が面発光しているように見せることができ、特に、法線L方向に対して、高輝度の発光が可能となる。
According to the present embodiment, of the light emitted from the
次に、本発明の第3の実施形態に係る発光モジュールについて、図3を参照して説明する。本実施形態の発光モジュール1は、光学部材4における反射面41を含む面40が、法線Lから外周方向に向かうに連れて、基板2との距離が増加するように構成されている。なお、基板2、拡散反射板21、発光素子3及び透過面42は、上記第1の実施形態の発光モジュール1と同様である。
Next, a light emitting module according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The
上記第1及び第2の実施形態の発光モジュール1においては、発光素子3から照射された光のうち、反射面41に対する入射角の小さな光の一部は、基板2方向へと反射され、有効光として利用されないことがある。また、反射面41で反射された光のうち、透過面42に対する入射角の大きな光の一部は透過面42で全反射されてしまい、有効光として利用されないことがある。それに対して、この第3の実施形態の発光モジュール1においては、発光素子3から照射された光の反射面41に対する入射角が大きくなり、反射角も大きくなるので、発光素子3から照射された光は、水平方向に近い角度へ反射されることになる。そのため、反射面41で反射された光の透過面42に対する入射角が小さくなり、透過面42で光学部材4内へ反射する光が少なくなり、透過面42におけるフルネル反射や全反射による光の反射損失を低減することができる。更に、反射面41で反射された光は、光学部材4から遠くにまで到達するようになるので、拡散反射面21の広い範囲を発光させることができる。
In the
次に、本発明の第4の実施形態に係る発光モジュールについて、図4を参照して説明する。本実施形態の発光モジュール1は、透過面42が、法線Lから外周方向に向かうに連れて、基板2との距離が増加するように構成されている。なお、基板2、拡散反射板21、発光素子3及び反射面41は、上記第3の実施形態の発光モジュール1と同様である。
Next, a light emitting module according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The
本実施形態の発光モジュール1によれば、反射面41で反射された光の透過面42に対する入射角が、上記第3の実施形態よりも更に小さくなるので、透過面42におけるフルネル反射や全反射による光の反射損失をより低減させることができ、透過面42を透過する光量が多くなることにより、発光モジュール1を高輝度で発光させることが可能となる。
According to the
次に、本発明の第5の実施形態に係る発光モジュールについて、図5(a)(b)及び図6を参照して説明する。本実施形態の発光モジュール1は、屈折面43の形状が、法線Lを含む断面において、この断面の一端部から他端部まで、基板2との距離が単調増加又は単調減少となるような形状を含むように構成されている。また、屈折面43のうち、基板2との距離が単調増加又は単調減少となっている面は、凸状に湾曲した形状となっている。なお、基板2、拡散反射板21、発光素子3及び反射面41は、上記第2の実施形態の発光モジュール1と同様である。
Next, a light emitting module according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the
本実施形態の発光モジュール1においては、発光素子3から屈折面43へ入射した光は、図5(a)に示されるように、屈折面43の形状のうち基板2との距離が単調増加する方向へ屈折・出射されるようになる。すなわち、本実施形態の発光モジュール1は、光学部材4の取付方向により、特定の方向に対して屈折面43から照射される光量を多くすることを可能とする。
In the
また、本実施形態の発光モジュール1は、図6に示されるように、看者Aの目線よりも高い位置に設置された看板照明Bに設置されることが想定される。このとき、発光モジュール1が地面方向へ照射される光量が多くなする取付方向に設定されることにより、看者Aの居る方向に対して高輝度の発光が可能となる。なお、本実施形態の発光モジュール1の変形例として、図7に示されるように、屈折面43のうち、基板2との距離が単調増加又は単調減少となっている面が平面となるように構成してもよい。
Moreover, as shown in FIG. 6, it is assumed that the
次に、本発明の第6の実施形態に係る発光モジュールについて、図8(a)(b)を参照して説明する。本実施形態の発光モジュール1は、反射面41の形状が、法線Lを軸とした略回転対称であり、反射面41の断面形状が、発光素子3の略中心又はその近傍を焦点とする放物線又は放物線の近似曲線の一部を含み、また、透過面42の断面形状が、拡散反射面21上又はその近傍の点を焦点とする双曲線又は双曲線の近似曲線の一部を含むように構成されている。なお、基板2、拡散反射板21、発光素子3及び屈折面43等は、上記第2の実施形態の発光モジュール1と同様である。
Next, a light emitting module according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the
本実施形態の発光モジュール1によれば、反射面41で反射させた光を拡散反射面21上の略同心円状の狭い範囲に集光することができ、図8(b)に示されるように、看者に対して略同心円状の発光面(図中の斜線部)を視認させることができる。なお、同図において屈折面43から照射される光については図示を省略している。
According to the
次に、本発明の第7の実施形態に係る発光モジュールについて、図9を参照して説明する。本実施形態の発光モジュール1は、拡散反射面21が、基板2と略平行であって、発光素子3を略中心とした略同心円状に階段状に構成されていて、かつ、1/2ビーム角が略30〜60°となるように構成されている。なお、発光素子3、反射面41及び透過面42等は、上記第2の実施形態の発光モジュール1と同様である。
Next, a light emitting module according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the
また、拡散反射面21にはアルミニウム等に化学、研磨アルマイト処理及びショット処理等を施した処理面が使用される。拡散反射面21の形状は、透過面42から照射される光の光軸を中心とした方向に反射するように形成される。
The diffuse
本実施形態の発光モジュール1によれば、拡散反射面21で反射される光を効率的に看板面の法線方向を中心とする30〜60°の範囲に効率的に照射することができ、設置環境に応じた発光面の仕様が可能となる。
According to the
なお、本発明は、発光素子3から発せられた光を光学部材4により基板2上の拡散反射面21へ向けて反射することにより、看者に対して光学部材4及び拡散反射面21全体が面発光しているように視認させるものであれば、上記の構成に限られるものではなく、また、光学部材4や拡散反射面21の形状においても種々の変形が可能である。
In the present invention, the light emitted from the light-emitting
1 発光モジュール
2 基板
21 拡散反射面
3 発光素子
4 光学部材
40 反射面を含む面
41 反射面
42 透過面
43 屈折面
L 基板に対する発光素子の略中心を通る法線
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記光学部材のうち、前記基板への取付面と反対側の面は、前記発光素子から照射された光を反射する反射面を含む面とされ、
前記光学部材の外周面は、前記反射面からの光を透過する透過面とされ、
前記基板と略平行であって前記透過面を透過した光が照射される面が拡散反射面とされていることを特徴とする発光モジュール。 A light-emitting module comprising: a substrate; a light-emitting element provided on the substrate; and an optical member having a substantially rotating body with a normal passing through a substantially center of the light-emitting element with respect to the substrate as an axis.
Of the optical member, the surface opposite to the mounting surface to the substrate is a surface including a reflecting surface that reflects light emitted from the light emitting element,
The outer peripheral surface of the optical member is a transmission surface that transmits light from the reflection surface,
A light emitting module, wherein a surface that is substantially parallel to the substrate and irradiated with light transmitted through the transmission surface is a diffuse reflection surface.
前記透過面の断面形状が、前記拡散反射面上又はその近傍の点を焦点とする双曲線又は双曲線の近似曲線の一部を含むように構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のモジュール。 The shape of the reflecting surface is substantially rotationally symmetric with the normal as an axis, and the cross-sectional shape of the reflecting surface is a parabola or a part of an approximate curve of a parabola whose focal point is the approximate center of the light emitting element or its vicinity. Including
The cross-sectional shape of the transmission surface is configured to include a hyperbola or a part of a hyperbola approximation curve focusing on a point on or near the diffuse reflection surface. The module according to any one of 5.
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