JP2010238686A - Led module - Google Patents

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Tetsushi Noro
哲史 野呂
Minoru Ueda
稔 上田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an LED module that improves the utilization efficiency of the light radiated from an LED light source and uniformizes the emitted light intensity distribution. <P>SOLUTION: In the LED module, the LED light source 2 is inserted inside an optical element 1 filled with a refractive material 1A. The optical element 1 includes an emission surface (front surface) 3, in front thereof in the direction of optical axis J. A side surface 4 on the outside of the optical element 1 in the width direction (radial direction) extends in ring around the optical axis J. The side surface 4 of the optical element 1 is positioned behind the emission surface 3 in the emission direction of light beam. The side surface 4 reflects a light beam S2, which is totally reflected on the emission surface 3 inward in the width direction and generates a light beam S3. A wall surface (rear surface) 5 reflects the beam frontward, in the direction of optical axis, to generate parallel light beam S4 for emission forward in the direction of optical axis, from the emission surface 3. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

この発明は、LEDモジュールに関し、一例として、足元灯、表示灯、スポットライト、ウォールウォッシャ、建築化照明、スタンド、車内灯などの照明器具、信号灯、視線誘導灯、超小型プロジェクタ、LED(Light-Emitting Diode:発光ダイオード)バックライト、その他の強度分布が均一で指向性の高い光を供給することを必要とするLED光源装置、およびこれらを組み込んだ装置などに用いられるLEDモジュールに関する。   The present invention relates to an LED module, and includes, for example, a foot lamp, an indicator lamp, a spotlight, a wall washer, an architectural lamp, a stand, an interior lamp, a signal lamp, a line-of-sight guide lamp, an ultra-small projector, an LED (Light- The present invention relates to a backlight, an LED light source device that needs to supply light having a uniform intensity distribution and high directivity, and an LED module used in a device incorporating these.

一般に、LEDモジュールにおいて、LED光源から放射された光線を平行に制御し、光軸方向前方へ射出するために、LED光源の前方に砲弾型レンズを設けたLEDモジュールがある(特許文献1(特開昭61‐147587号公報)参照)。光軸とは、LED光源の発光面の中心から、光学素子の中心前方へ向かう方向であり、光軸方向前方は、光軸と平行で光線の射出方向であり、光軸方向後方は、光軸と平行で光線の射出方向と逆方向である。   In general, in an LED module, there is an LED module in which a bullet-type lens is provided in front of an LED light source in order to control light rays emitted from the LED light source in parallel and emit them forward in the optical axis direction (Patent Document 1 No. 61-147487). The optical axis is the direction from the center of the light emitting surface of the LED light source toward the center front of the optical element, the front in the optical axis direction is the direction of light emission parallel to the optical axis, and the rear in the optical axis direction is light. It is parallel to the axis and opposite to the light exit direction.

上記特許文献1では、図11に示すように、LED光源101から放射された光線を平行にするために、光軸方向前方に砲弾型レンズ102を設け、砲弾型レンズ102から平行な光線を取り出している。なお、図11において、103はリードフレームである。   In Patent Document 1, as shown in FIG. 11, in order to collimate light rays emitted from the LED light source 101, a bullet-type lens 102 is provided in front of the optical axis direction, and parallel rays are extracted from the bullet-type lens 102. ing. In FIG. 11, reference numeral 103 denotes a lead frame.

しかし、LED光源101から放射した光線の利用効率が悪く、光線を有効に利用するためにはLEDモジュールが光軸方向前方に大きくなる欠点がある。また、LED光源101から大きな角度で射出した光線を平行にすることができないため、射出した光線の径は小さくなる欠点がある。   However, the utilization efficiency of the light beam emitted from the LED light source 101 is poor, and there is a drawback that the LED module becomes large forward in the optical axis direction in order to effectively use the light beam. In addition, since the light emitted from the LED light source 101 at a large angle cannot be made parallel, there is a drawback that the diameter of the emitted light becomes small.

そこで、上記欠点を解決するために、図12に示すように、LED光源201の光軸方向に設けた射出面204の中央に凸レンズ部203を設け、その周辺部に反射面202を設けて射出面204から平行な光線を取り出す技術がある(特許文献2(特開平1−130578号公報)参照)。   Therefore, in order to solve the above disadvantages, as shown in FIG. 12, a convex lens portion 203 is provided at the center of the emission surface 204 provided in the optical axis direction of the LED light source 201, and a reflection surface 202 is provided at the periphery thereof to emit light. There is a technique for extracting parallel light rays from the surface 204 (see Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 1-130578)).

この技術では、LED光源201から放射された光線の内、放射角の小さい光線は、射出面204の中央に設けられた凸レンズ部203に集光され、平行光として光軸方向前方へ取り出される。一方、LED光源201から大きな角度で放射された光線は、射出面204において全反射条件を満たしているので、凸レンズ部203周辺に設けられた反射面202によって、光軸方向後方かつ幅方向外側に折り曲げられる。ここで、幅方向外側とは、光軸と垂直で光軸から遠ざかる方向であり、幅方向内側は、光軸と垂直で光軸に近づく方向である。この折り曲げられた光線は、LED光源201から光軸方向に椀状に突出した反射面206で反射し、射出面204から光軸方向前方へ平行な光線として取り出される。なお、図12において、207はLED光源配置面であり、205はLED光源101への配線である。   In this technique, among the light beams emitted from the LED light source 201, a light beam having a small emission angle is collected on the convex lens unit 203 provided at the center of the exit surface 204 and is extracted forward in the optical axis direction as parallel light. On the other hand, since the light beam emitted from the LED light source 201 at a large angle satisfies the total reflection condition on the exit surface 204, the reflection surface 202 provided around the convex lens portion 203 causes the light axis direction rearward and the width direction outer side. It can be bent. Here, the outer side in the width direction is a direction perpendicular to the optical axis and away from the optical axis, and the inner side in the width direction is a direction perpendicular to the optical axis and approaching the optical axis. The bent light beam is reflected from the LED light source 201 by the reflecting surface 206 protruding in a bowl shape in the optical axis direction, and is extracted from the exit surface 204 as a parallel light beam forward in the optical axis direction. In FIG. 12, 207 is an LED light source arrangement surface, and 205 is a wiring to the LED light source 101.

ところで、この特許文献2に示された技術では、LED光源101から放射した光線を有効に利用するために、LEDモジュールの幅方向寸法が大きくなる欠点がある。また、射出面204に光線を射出しない領域が存在するため、光線の強度分布が不均一になるという欠点がある。   By the way, in the technique shown in this patent document 2, in order to utilize the light ray radiated | emitted from the LED light source 101 effectively, there exists a fault to which the width direction dimension of an LED module becomes large. In addition, since there is a region on the exit surface 204 where no light is emitted, there is a disadvantage that the intensity distribution of the light becomes non-uniform.

そこで、上記特許文献2の技術の欠点を解決するために、図13に示すように、LED光源301から放射した光線を出射面304の3つの領域304A,304B,304Cから平行な光線として取り出す技術がある(特許文献3(特開2001―237463号公報))。   Therefore, in order to solve the drawbacks of the technique of the above-mentioned Patent Document 2, as shown in FIG. 13, a technique for extracting light emitted from the LED light source 301 as parallel light from the three regions 304A, 304B, and 304C of the exit surface 304. (Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-237463)).

この特許文献3の技術では、LED光源301からの放射角が小さな光線は、光軸方向に設けられた出射面304の凸レンズ部303によって平行な光線として領域304Aから光軸方向前方へ取り出される。一方、LED光源301から大きい角度で放射された光線は、LED光源301から光軸方向へ椀状に突き出した反射面306によって反射され、出射面304の領域304Bから光軸方向前方へ取り出される。   In the technique of Patent Document 3, a light beam having a small emission angle from the LED light source 301 is extracted from the region 304A forward in the optical axis direction as a parallel light beam by the convex lens portion 303 of the emission surface 304 provided in the optical axis direction. On the other hand, the light beam emitted from the LED light source 301 at a large angle is reflected by the reflecting surface 306 protruding in a bowl shape from the LED light source 301 in the optical axis direction, and is extracted forward from the region 304B of the emission surface 304 in the optical axis direction.

一方、出射面304の領域304A,304Bから取り出される光線の間の角度に放射された光線は、射出面302で全反射条件を満たし、射出面302で光軸方向後方かつ幅方向外側に折り曲げられ、その後、LED光源301から光軸方向に椀状に突出した反射面306で全反射され、領域304Cから射出される。上記反射面306をこのような椀形状にすることで、LED光源301から放射された光線を平行な光線に変換し、光軸方向前方へ取り出すことができる。   On the other hand, the light beam emitted at an angle between the light beams extracted from the regions 304A and 304B of the emission surface 304 satisfies the total reflection condition on the emission surface 302, and is bent backward in the optical axis direction and outward in the width direction on the emission surface 302. Thereafter, the light is totally reflected by the reflecting surface 306 protruding like a bowl in the optical axis direction from the LED light source 301 and is emitted from the region 304C. By making the reflection surface 306 into such a bowl shape, the light emitted from the LED light source 301 can be converted into a parallel light and extracted forward in the optical axis direction.

ところで、特許文献3に開示された技術において、図13に示す出射面304の領域304Aと領域304Cから射出される光線は、光線の本数が多いため光束が大きく、平行かつ均一な光線として取り出される。   By the way, in the technique disclosed in Patent Document 3, the light beams emitted from the areas 304A and 304C of the exit surface 304 shown in FIG. 13 have a large light flux because of the large number of light beams, and are extracted as parallel and uniform light beams. .

しかし、出射面304の領域304Bから取り出される光線は、LED光源301からの放射角が大きいため、光線の密度が小さく強度が低い。したがって、図13に示した出射面304から取り出された光線は、強度分布が不均一な領域を生じ、ドーナツ型の強度分布となるという問題がある。   However, since the light beam extracted from the region 304B of the exit surface 304 has a large radiation angle from the LED light source 301, the light beam density is low and the intensity is low. Therefore, the light beam extracted from the exit surface 304 shown in FIG. 13 has a problem that an intensity distribution is non-uniform, resulting in a donut-shaped intensity distribution.

特開昭61−147587号公報JP-A 61-147487 特開平1−130578号公報Japanese Patent Laid-Open No. 1-130578 特開2001―237463号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-237463

そこで、この発明の課題は、LED光源からの放射される出射光の利用効率の向上と出射光強度分布の均一化を図れるLEDモジュールを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an LED module capable of improving the utilization efficiency of outgoing light emitted from an LED light source and making the outgoing light intensity distribution uniform.

上記課題を解決するため、この発明のLEDモジュールは、LED光源と、
上記LED光源に取付けられると共に屈折材料で作製された光学素子とを備え、
上記光学素子は、
上記LED光源よりも上記LED光源による光線の出射方向の前方に位置していると共に上記LED光源から放射された光線を透過あるいは全反射する前面と、
上記前面で全反射された光線を反射させる側面と、
上記側面によって反射された光線を上記前面に向かって反射させる後面とを有することを特徴としている。
In order to solve the above problems, an LED module of the present invention includes an LED light source,
An optical element attached to the LED light source and made of a refractive material,
The optical element is
A front surface that is positioned in front of the LED light source in the light emitting direction of the light beam and transmits or totally reflects light emitted from the LED light source;
A side surface for reflecting the light beam totally reflected on the front surface;
And a rear surface for reflecting the light beam reflected by the side surface toward the front surface.

この発明のLEDモジュールによれば、上記LED光源から光軸方向前方に小さい角度で放射された光線は、上記光学素子の前面で折り曲げられ、平行光線として光軸方向前方へ取り出される。一方、上記LED光源から光軸に対して大きい角度で放射された光線は、上記光学素子の前面で全反射されて光軸方向後方かつ径方向(幅方向)外方へ折り曲げられる。その後、上記光線は、上記光学素子の側面で径方向内方へ反射されて、上記光学素子の後面で反射して上記前面から光軸方向前方へ射出される。   According to the LED module of the present invention, the light beam emitted from the LED light source forward at a small angle in the optical axis direction is bent at the front surface of the optical element, and is extracted as a parallel light beam forward in the optical axis direction. On the other hand, a light beam emitted from the LED light source at a large angle with respect to the optical axis is totally reflected by the front surface of the optical element, and is bent backward in the optical axis direction and outward in the radial direction (width direction). Thereafter, the light beam is reflected radially inward by the side surface of the optical element, reflected by the rear surface of the optical element, and emitted forward from the front surface in the optical axis direction.

このように、この発明のLEDモジュールによれば、光学素子内部においてLED光源から放射した光線が光軸方向前方へ射出されるまでに十分な光路長を稼いで、光学素子の前面から光軸方向前方へ平行な光線を取り出すことができ、LED光源からの放射される出射光の利用効率を向上できると共に出射光の強度分布の均一化を図れる。   Thus, according to the LED module of the present invention, a sufficient optical path length is obtained until the light beam emitted from the LED light source is emitted forward in the optical axis direction inside the optical element, and the optical axis direction from the front surface of the optical element. Parallel light beams can be taken out, the use efficiency of the emitted light emitted from the LED light source can be improved, and the intensity distribution of the emitted light can be made uniform.

また、一実施形態のLEDモジュールでは、上記光学素子は、
上記前面のうちの上記LED光源の光軸が通る中央部に形成された凸レンズ部を有し、
上記前面は、上記凸レンズ部の凸レンズ面とこの凸レンズ面に連なる平坦面とを有する。
In one embodiment of the LED module, the optical element is
It has a convex lens part formed in the center part through which the optical axis of the LED light source of the front surface passes,
The front surface has a convex lens surface of the convex lens portion and a flat surface continuous to the convex lens surface.

この実施形態によれば、上記光学素子の前面の中央部に設けた凸レンズ部によって、上記LED光源から小さな角度で放射した光線を効率よく平行に取り出すことができる。   According to this embodiment, the light beam emitted from the LED light source at a small angle can be efficiently extracted in parallel by the convex lens portion provided at the center of the front surface of the optical element.

また、一実施形態のLEDモジュールでは、上記LED光源と上記前面の平坦面の延長面との間の距離がDa(mm)であり、
上記LED光源の光軸と上記前面の平坦面の延長面との交点から上記平坦面もしくは上記平坦面の延長面上で上記LED光源から放射された光線が通過する点までの距離がDb(mm)であり、
上記光学素子の屈折率がnであるときに、次式(1)が成立している。
Db≧Da・(n−1)1/2 … (1)
In the LED module of one embodiment, the distance between the LED light source and the extended surface of the flat surface of the front surface is Da (mm),
The distance from the intersection of the optical axis of the LED light source and the extended surface of the flat surface of the front surface to the point where the light beam emitted from the LED light source passes on the flat surface or the extended surface of the flat surface is Db (mm ) And
When the refractive index of the optical element is n, the following expression (1) is established.
Db ≧ Da · (n 2 −1) 1/2 (1)

この実施形態によれば、上式(1)による条件を満たす距離Da,距離Db,屈折率nを決定することによって、凸レンズ部の形状が求まる。また、上記凸レンズと上記凸レンズの周りの前面の平坦面との接点が求まる。一例として、上記凸レンズ部の半径を、上式(1)を満たす距離Dbの条件の中で、最小の値(Da・(n−1)1/2)に設定することによって、LED光源から放射した光を最も有効に利用できる。 According to this embodiment, the shape of the convex lens portion is obtained by determining the distance Da, the distance Db, and the refractive index n that satisfy the condition of the above equation (1). Further, a contact point between the convex lens and the flat surface on the front surface around the convex lens is obtained. As an example, by setting the radius of the convex lens portion to the minimum value (Da · (n 2 −1) 1/2 ) within the condition of the distance Db that satisfies the above equation (1), The emitted light can be used most effectively.

また、一実施形態のLEDモジュールでは、上記前面で全反射された複数の光線を互いに平行な光線として上記後面に向かって反射すると共に上記側面に含まれる第一の放物面と、
上記側面で反射された複数の光線を互いに平行な光線として上記前面に向かって反射すると共に上記後面に含まれる第二の放物面とのうちの少なくとも一方の放物面を有する。
Further, in the LED module of one embodiment, the plurality of light beams totally reflected on the front surface are reflected toward the rear surface as parallel light beams, and the first paraboloid included in the side surface,
The plurality of light beams reflected by the side surfaces are reflected toward the front surface as parallel light beams and have at least one paraboloid of the second paraboloid included in the rear surface.

この実施形態によれば、上記光学素子の側面と後面の少なくとも一方の面が上記放物面を含んでいることによって、上記LED光源から放射された光線を上記光学素子の内部で効率よく平行にすることができる。   According to this embodiment, at least one of the side surface and the rear surface of the optical element includes the paraboloid, so that the light emitted from the LED light source can be efficiently collimated inside the optical element. can do.

また、上記前面からの反射光を側面で幅方向内側へ反射させることによって、平行に変換された光線が前面から射出する位置をLED光源付近にすることができ、光軸方向へ取り出された光線の照度ムラを抑制することができ、強度分布が均一かつ平行な光線を取り出すことができる。また、上記前面からの反射光を側面で幅方向内側へ反射させるように、側面を光軸に対して小さい角度で配置することによって、光学素子が幅方向に大きくなるのを抑制でき、高性能かつ小型化が可能になる。   In addition, by reflecting the reflected light from the front surface inward in the width direction on the side surface, the position where the parallel converted light beam is emitted from the front surface can be made near the LED light source, and the light beam extracted in the optical axis direction Illuminance unevenness can be suppressed, and light rays with uniform and parallel intensity distribution can be extracted. In addition, by arranging the side surface at a small angle with respect to the optical axis so that the reflected light from the front surface is reflected inward in the width direction on the side surface, it is possible to suppress the optical element from becoming large in the width direction. In addition, downsizing is possible.

また、一実施形態のLEDモジュールでは、上記LED光源は、上記光学素子の内部にインサートされている。   In the LED module of one embodiment, the LED light source is inserted into the optical element.

この実施形態によれば、LED光源を例えばインサート成形でもって光学素子内部に配置することによって、LED光源と光学素子の成形と同時に光学素子内にLED光源を組み込むことができる。よって、LED光源を後から取り付ける必要がなく、大量生産に適応できる。また、光学素子の成形時にLED光源の位置ずれを考慮する必要がなくなる。   According to this embodiment, the LED light source can be incorporated into the optical element simultaneously with the molding of the LED light source and the optical element by arranging the LED light source inside the optical element by insert molding, for example. Therefore, it is not necessary to attach an LED light source later, and it can be applied to mass production. Further, it is not necessary to consider the positional deviation of the LED light source when molding the optical element.

また、一実施形態のLEDモジュールでは、上記光学素子は、上記LED光源が嵌着されると共に上記LED光源から放射された光線を取り込む光線取り込み部を有する。   Moreover, in the LED module of one embodiment, the optical element has a light beam capturing unit that receives the light emitted from the LED light source while the LED light source is fitted.

この実施形態によれば、上記光学素子の光線取り込み部に対して上記LED光源を着脱することで、LED光源およびLEDチップの交換を容易に行うことができる。また、上記光学素子の成形時にLED光源の配置のずれを考慮する必要がなく、製造コスト、成形時間を削減できる。   According to this embodiment, the LED light source and the LED chip can be easily exchanged by attaching / detaching the LED light source to / from the light beam capturing portion of the optical element. In addition, it is not necessary to consider the displacement of the LED light source when molding the optical element, and the manufacturing cost and molding time can be reduced.

また、一実施形態のLEDモジュールでは、上記光学素子は金属ベースに形成された窪みに嵌合されており、
上記光学素子の側面と後面は上記金属ベースに形成された窪みの壁面に接している。
In one embodiment of the LED module, the optical element is fitted in a recess formed in a metal base,
A side surface and a rear surface of the optical element are in contact with a wall surface of a recess formed in the metal base.

この実施形態によれば、上記光学素子の側面および後面を金属ベース上に成形することによって、金属ベースを反射面として利用できるから、光学素子の成形後に側面および後面を反射面に加工する必要がない。   According to this embodiment, since the metal base can be used as a reflecting surface by molding the side surface and the rear surface of the optical element on the metal base, it is necessary to process the side surface and the rear surface into a reflecting surface after the optical element is molded. Absent.

また、一実施形態のLEDモジュールでは、上記前面に形成された凸レンズ部は、上記光学素子と一体成形されている。   Moreover, in the LED module of one Embodiment, the convex lens part formed in the said front surface is integrally molded with the said optical element.

この実施形態によれば、光学素子と凸レンズ部を一体成形することで、LED光源の発光面の中心と凸レンズ部の中心を精密に制御できるので、LED光線から放射された光線の利用効率の向上を図れる。   According to this embodiment, by integrally molding the optical element and the convex lens portion, the center of the light emitting surface of the LED light source and the center of the convex lens portion can be precisely controlled, so that the utilization efficiency of the light emitted from the LED light is improved. Can be planned.

また、一実施形態のLEDモジュールでは、上記凸レンズ部は、上記光学素子とは別部材である。   Moreover, in the LED module of one Embodiment, the said convex lens part is a different member from the said optical element.

この実施形態によれば、上記凸レンズ部を成形した後に上記光学素子に取り付けることによって、成形時のLED光源の配置のずれを考慮する必要がなく、製造コストと成形時間を削減できる。   According to this embodiment, by forming the convex lens part and then attaching it to the optical element, it is not necessary to consider the displacement of the LED light source during molding, and the manufacturing cost and molding time can be reduced.

また、一実施形態のLEDバックライトユニットは、上記LEDモジュールと、
ユニットケースと、
上記ユニットケースの開口部に配置された発光面部材と、
上記ユニットケース内に配置されて上記LEDモジュールおよび発光面部材との間に中空導光領域を形成すると共に上記LEDモジュールから上記中空導光領域に出射された光線を反射して上記発光面部材に向かわせる反射部材とを備える。
Moreover, the LED backlight unit of one embodiment includes the LED module,
Unit case,
A light emitting surface member disposed in the opening of the unit case;
A hollow light guide region is formed between the LED module and the light emitting surface member disposed in the unit case, and the light emitted from the LED module to the hollow light guide region is reflected to the light emitting surface member. And a reflecting member to be directed.

この実施形態のLEDバックライトユニットによれば、上記LEDモジュールはLED光源からの発散光を平行かつ均一に取り出すことができ、さらに、LED光源の光利用効率を向上できるので、発光性能が高くて発光面部材の発光面の法線方向のサイズを縮小して小型化が可能になる。   According to the LED backlight unit of this embodiment, the LED module can take out the divergent light from the LED light source in a parallel and uniform manner, and can further improve the light use efficiency of the LED light source. It is possible to reduce the size by reducing the size of the light emitting surface of the light emitting surface member in the normal direction.

また、一実施形態のマイクロプロジェクタは、上記LEDモジュールを備え、
偏光変換素子と偏光ビームスプリッターと反射型液晶素子パネルと投影レンズとが上記LEDモジュールが放射する光線が順に入射するように配置されている。
Moreover, a micro projector according to an embodiment includes the LED module,
The polarization conversion element, the polarization beam splitter, the reflective liquid crystal element panel, and the projection lens are arranged so that the light rays emitted from the LED module are sequentially incident.

この実施形態のマイクロプロジェクタによれば、上記LEDモジュールから放射されて偏光変換素子と偏光ビームスプリッターを通って反射型液晶素子パネルで反射された光線は投影レンズを通って、スクリーン上にそのまま映し出される。このため、反射型液晶素子パネルには指向性が高い光を照射する必要がある。ここで、上記LEDモジュールはLED光源からの放射角を例えば5°以内に制御することができるので、高い指向性を持った光線を反射型液晶素子(LCOS)パネルに照射することができる。また、高性能かつ小型化のマイクロプロジェクタを実現でき、携帯電話や小型のPDAに搭載可能になる。   According to the microprojector of this embodiment, the light beam emitted from the LED module and reflected by the reflective liquid crystal element panel through the polarization conversion element and the polarization beam splitter is directly projected on the screen through the projection lens. . For this reason, it is necessary to irradiate the reflective liquid crystal element panel with light having high directivity. Here, since the LED module can control the radiation angle from the LED light source within, for example, 5 °, it is possible to irradiate the reflective liquid crystal element (LCOS) panel with light having high directivity. In addition, a high-performance and miniaturized microprojector can be realized and can be mounted on a mobile phone or a small PDA.

この発明のLEDモジュールによれば、LED光源から光軸に対して大きい角度で放射された光線を、光学素子の前面,側面,後面で順次反射させて前面から光軸方向前方へ射出させるので、光学素子内部においてLED光源から放射した光線が光軸方向前方へ射出されるまでに十分な光路長を稼いで、光学素子の前面から光軸方向前方へ平行な光線を取り出すことができる。よって、この発明によれば、LED光源からの放射される出射光の利用効率を向上できると共に出射光の強度分布の均一化を図れる。   According to the LED module of the present invention, the light emitted from the LED light source at a large angle with respect to the optical axis is sequentially reflected on the front surface, the side surface, and the rear surface of the optical element and emitted from the front to the front in the optical axis direction. A sufficient light path length is obtained until the light beam emitted from the LED light source is emitted forward in the optical axis direction inside the optical element, and parallel light beams can be extracted from the front surface of the optical element in the optical axis direction front. Therefore, according to this invention, the utilization efficiency of the emitted light emitted from the LED light source can be improved and the intensity distribution of the emitted light can be made uniform.

この発明のLEDモジュールの第1実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 1st Embodiment of the LED module of this invention. LED光源42から出射面43までの光線cの経路を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the path | route of the light ray c from the LED light source 42 to the output surface 43. FIG. 上記第1実施形態のLED光源2から放射された光線が出射面3から射出されるまでの経路を示した図である。It is the figure which showed the path | route until the light ray radiated | emitted from the LED light source 2 of the said 1st Embodiment is inject | emitted from the output surface 3. FIG. この発明のLEDモジュールの第2実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 2nd Embodiment of the LED module of this invention. この発明のLEDモジュールの第3実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 3rd Embodiment of the LED module of this invention. 上記第3実施形態の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the said 3rd Embodiment. この発明のLEDモジュールの第4実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 4th Embodiment of the LED module of this invention. この発明のLEDモジュールの第5実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 5th Embodiment of the LED module of this invention. 上記第5実施形態の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the said 5th Embodiment. この発明の第6実施形態としての液晶表示用のバックライトユニットの断面図である。It is sectional drawing of the backlight unit for liquid crystal displays as 6th Embodiment of this invention. この発明の第7実施形態としての超小型プロジェクタを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the micro projector as 7th Embodiment of this invention. 上記第7実施形態が有するLEDモジュール81〜83の配光特性を示す図である。It is a figure which shows the light distribution characteristic of the LED modules 81-83 which the said 7th Embodiment has. 上記第7実施形態が有するLEDモジュール81〜83の強度分布特性を示す図である。It is a figure which shows the intensity distribution characteristic of the LED modules 81-83 which the said 7th Embodiment has. 従来のLEDモジュールを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the conventional LED module. 従来のもう1つのLEDモジュールを示す断面図である。It is sectional drawing which shows another conventional LED module. 従来のさらにもう1つのLEDモジュールを示す断面図である。It is sectional drawing which shows another conventional LED module.

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.

(第1の実施の形態)
図1Aは、この発明の第1実施形態のLEDモジュールを示す断面図である。この第1実施形態のLEDモジュールは、光源であるLED光源2が屈折材料1Aで充填された光学素子1の内部にインサートされている。例えば、LED光源2をインサート成形によって光学素子1内部に配置できる。光学素子1は、光軸Jの方向の前方の出射面3を有しており、この出射面3は、光学素子1の前面をなし、LED光源2から放射された光線を射出する。なお、LED光源2の発光面の中心は光軸J上にある。
(First embodiment)
FIG. 1A is a cross-sectional view showing the LED module of the first embodiment of the present invention. In the LED module of the first embodiment, an LED light source 2 as a light source is inserted into an optical element 1 filled with a refractive material 1A. For example, the LED light source 2 can be disposed inside the optical element 1 by insert molding. The optical element 1 has a front emission surface 3 in the direction of the optical axis J. This emission surface 3 forms the front surface of the optical element 1 and emits light emitted from the LED light source 2. The center of the light emitting surface of the LED light source 2 is on the optical axis J.

また、光学素子1の幅方向(径方向)外側の側面4は、光軸Jの回りに環状に延在していると共に断面において放物線となる形状である。この光学素子1の側面4は、上記出射面3よりも上記光線の出射方向の後方に位置している。図1において、この側面4は、光軸Jを基準として、光軸に対して、例えば12°と小さな角度で傾斜して配置されている。この側面4に反射膜(図示せず)を形成することで出射面(前面)3で全反射された光線を側面4で反射するようにしている。   Further, the side surface 4 on the outer side in the width direction (radial direction) of the optical element 1 has a shape that extends annularly around the optical axis J and is a parabola in cross section. The side surface 4 of the optical element 1 is located behind the emission surface 3 in the emission direction of the light beam. In FIG. 1, the side surface 4 is disposed so as to be inclined at an angle as small as 12 ° with respect to the optical axis with respect to the optical axis J. By forming a reflection film (not shown) on the side surface 4, the light beam totally reflected by the emission surface (front surface) 3 is reflected by the side surface 4.

また、光学素子1の光軸方向の後方には円錐台形状の窪み9があり、この窪み9の壁面5に反射膜(図示せず)を形成している。この壁面5は、光学素子1の後面を構成している。上記壁面5は、環状の側面4により反射された光線を出射面(前面)3に向かって反射させる。上記LED光源2は、窪み9の底に位置しており、配線6が接続されている。   Further, a frustoconical recess 9 is provided behind the optical element 1 in the optical axis direction, and a reflective film (not shown) is formed on the wall surface 5 of the recess 9. The wall surface 5 constitutes the rear surface of the optical element 1. The wall surface 5 reflects the light beam reflected by the annular side surface 4 toward the emission surface (front surface) 3. The LED light source 2 is located at the bottom of the recess 9 and is connected to a wiring 6.

この第1実施形態のLEDモジュールでは、前面である出射面3、側面4、後面である壁面5は、次式(2)を満たす非球面である。この式(2)において、α=Y/Rであり、β=(1−(1+K)・(Y/R))1/2である。
Z=α/(1+β)+AY+BY … (2)
式(2)において、
α=Y/R、
β=(1−(1+K)・(Y/R))1/2
K:円錐定数、
A,B:非球面係数、
Y:光軸からの高さ、
R:非球面頂点の曲率半径、
Z:光軸から高さYの非球面上の点の非球面頂点の接平面からの
垂直方向の距離、
そして、上記曲率半径R、円錐定数K、非球面係数A,Bは、例えば、以下の(表1)に示すような値となっている。なお、曲率半径Rの単位は、mmである。
(表1)

Figure 2010238686
In the LED module of the first embodiment, the emission surface 3, the side surface 4, and the wall surface 5, which is the rear surface, are aspheric surfaces that satisfy the following expression (2). In this formula (2), α = Y 2 / R and β = (1− (1 + K) · (Y 2 / R 2 )) 1/2 .
Z = α / (1 + β) + AY 4 + BY 6 (2)
In equation (2):
α = Y 2 / R,
β = (1- (1 + K) · (Y 2 / R 2 )) 1/2 ,
K: conic constant,
A, B: aspheric coefficient,
Y: height from the optical axis,
R: radius of curvature of aspherical vertex,
Z: from the tangent plane of the aspherical vertex of the point on the aspherical surface with height Y from the optical axis
Vertical distance,
The radius of curvature R, the conic constant K, and the aspherical coefficients A and B are values as shown in (Table 1) below, for example. The unit of the curvature radius R is mm.
(Table 1)
Figure 2010238686

また、LED光源2の背面には、電力供給のための配線6が接続されており、LED光源2は、電力供給のための配線6を介して外部より電力の供給を受ける。上記光学素子1の側面4および壁面(後面)5に形成する反射膜(図示せず)は、例えばアルミ等の金属や誘電体多層膜を蒸着することで形成できる。   In addition, a wiring 6 for power supply is connected to the back surface of the LED light source 2, and the LED light source 2 is supplied with power from the outside via the wiring 6 for power supply. The reflective film (not shown) formed on the side surface 4 and the wall surface (rear surface) 5 of the optical element 1 can be formed by evaporating a metal such as aluminum or a dielectric multilayer film.

一般に、光透過性樹脂として用いられる屈折材料では周辺部への入射光の角度に関して次のことが言える。すなわち、図1Bに示すように、LED光源42から出射面43までの距離をZa(mm)、光軸Jと出射面43との交点から出射面43上で光線c2が通過する点までの距離をZb(mm)、屈折材料41Aの屈折率をnとすると、次式(3)を満たす光線c2は、出射面43を透過し、次式(3)を満たさない光線c2は、出射面43で全反射する。
Zb<Za・(n−1)1/2 … (3)
In general, the following can be said with respect to the angle of light incident on the peripheral portion of a refractive material used as a light-transmitting resin. That is, as shown in FIG. 1B, the distance from the LED light source 42 to the emission surface 43 is Za (mm), and the distance from the intersection of the optical axis J and the emission surface 43 to the point where the light beam c2 passes on the emission surface 43. Is Zb (mm) and the refractive index of the refractive material 41A is n, the light ray c2 that satisfies the following equation (3) is transmitted through the emission surface 43, and the light ray c2 that does not satisfy the following equation (3) is the emission surface 43. Total reflection.
Zb <Za · (n 2 −1) 1/2 (3)

一方、図1Cに示す第1実施形態のLEDモジュールの構成において、LED光源2から出射面3までの距離をDa、光軸Jと出射面3との交点から出射面3上で光線が通過する点までの距離をDb、屈折材料1Aの屈折率をnとする。ここで、LED光源2から放射された光線のうち、光学素子1の出射面(前面)3で次式(4)を満たす範囲に入射した光線S0は、出射面3を透過し、光軸方向へ平行な光として射出される。なお、距離Da,Dbの単位は、mmである。
Db<Da・(n−1)1/2 … (4)
On the other hand, in the configuration of the LED module of the first embodiment shown in FIG. 1C, the distance from the LED light source 2 to the exit surface 3 is Da, and the light beam passes on the exit surface 3 from the intersection of the optical axis J and the exit surface 3. The distance to the point is Db, and the refractive index of the refractive material 1A is n. Here, out of the light rays emitted from the LED light source 2, the light ray S0 incident on the emission surface (front surface) 3 of the optical element 1 in a range satisfying the following expression (4) is transmitted through the emission surface 3 and is in the optical axis direction. It is emitted as parallel light. The unit of the distances Da and Db is mm.
Db <Da · (n 2 −1) 1/2 (4)

一方、LED光源2から放射された光線のうち、出射面3の上記式(4)を満たさない大きな角度で入射した光線S1は、出射面3を透過せず、光軸方向後方かつ幅方向外側へ全反射される。出射面3で全反射した光線S2は、側面4で光軸方向後方かつ幅方向(径方向)内側に向かって反射される。つまり、上記光線S2は、側面4で光軸Jを含む平面に向かって反射される。この反射された光線S3は、さらに窪み9の壁面5で光軸方向前方に反射され、平行な光線S4として出射面3から光軸方向前方へ射出される。   On the other hand, among the light beams emitted from the LED light source 2, the light beam S1 incident at a large angle not satisfying the above expression (4) of the output surface 3 does not pass through the output surface 3, and is rearward in the optical axis direction and outside in the width direction. Is totally reflected. The light beam S2 totally reflected by the exit surface 3 is reflected by the side surface 4 backward in the optical axis direction and inward in the width direction (radial direction). That is, the light beam S2 is reflected by the side surface 4 toward a plane including the optical axis J. The reflected light beam S3 is further reflected forward in the optical axis direction by the wall surface 5 of the depression 9, and is emitted from the emission surface 3 forward in the optical axis direction as a parallel light beam S4.

このように、この実施形態では、LED光源2の発光面から光学素子1の出射面3に全反射条件で入射した光が側面4,壁面5で反射を繰り返して出射面3から出射されるまでの間に、光学素子1内部で十分な光学長を稼ぐことができ、出射面3から平行な光線S4として取り出すことができる。したがって、この実施形態によれば、LED光源2からの放射される出射光の利用効率の向上と出射光強度分布の均一化を図れる。   As described above, in this embodiment, the light incident on the emission surface 3 of the optical element 1 from the light emitting surface of the LED light source 2 under the total reflection condition is repeatedly reflected on the side surface 4 and the wall surface 5 and emitted from the emission surface 3. In the meantime, a sufficient optical length can be gained inside the optical element 1, and it can be extracted from the exit surface 3 as a parallel light beam S 4. Therefore, according to this embodiment, it is possible to improve the utilization efficiency of the emitted light emitted from the LED light source 2 and make the emitted light intensity distribution uniform.

また、この実施形態では、図1Cに示すように、光学素子1の側面4を、光軸Jを基準として、光軸Jに対して例えば12°と小さな角度で配置することによって、光線S2を幅方向(径方向)内側に反射させることができ、光線S4の射出領域を出射面3において半径方向内方の領域にすることができる。これにより、光学素子1の出射面3から強度分布にムラのない光線を取り出すことができる。また、光学素子1の側面4を光軸Jに対して、例えば12°と小さな角度で配置することによって、LEDモジュールの幅方向寸法が大きくなるのを抑制できる。また、上記実施形態では、光学素子1の側面4と壁面5が、上式(2),(表1)で表される放物面であることによって、LED光源2から放射された光線を光学素子1の内部で効率よく平行にすることができる。   Further, in this embodiment, as shown in FIG. 1C, the side surface 4 of the optical element 1 is arranged at an angle as small as 12 ° with respect to the optical axis J with respect to the optical axis J, thereby allowing the light beam S2 to be emitted. The light beam S4 can be reflected inward in the width direction (radial direction), and the exit region of the light beam S4 can be a radially inward region on the exit surface 3. As a result, it is possible to extract a light beam having a uniform intensity distribution from the exit surface 3 of the optical element 1. Further, by disposing the side surface 4 of the optical element 1 at an angle as small as 12 ° with respect to the optical axis J, for example, it is possible to suppress an increase in the width dimension of the LED module. In the above embodiment, the side surface 4 and the wall surface 5 of the optical element 1 are paraboloid surfaces represented by the above formulas (2) and (Table 1), so that the light emitted from the LED light source 2 is optically reflected. The elements 1 can be efficiently parallelized inside.

(第2の実施の形態)
図2は、この発明の第2実施形態のLEDモジュールを示す断面図である。この第2実施形態のLEDモジュールは、光源であるLED光源12が屈折材料11Aで充填された光学素子11の内部にインサートされている。この第2実施形態は、光学素子11が出射面13の中央部に凸レンズ部17を有する点が前述の第1実施形態と異なる。
(Second embodiment)
FIG. 2 is a sectional view showing an LED module according to a second embodiment of the present invention. In the LED module of the second embodiment, an LED light source 12 as a light source is inserted into an optical element 11 filled with a refractive material 11A. This second embodiment is different from the first embodiment described above in that the optical element 11 has a convex lens portion 17 at the center of the exit surface 13.

光学素子11は、光軸Jの方向の前方の前面としての出射面13と、この出射面13のうちの上記LED光源12の光軸Jが通る中央部に形成された凸レンズ部17を有する。そして、上記出射面13は、上記凸レンズ部17の凸レンズ面17Aとこの凸レンズ面17Aの径方向外側に形成された平坦面18とを有する。この出射面13は、LED光源12から放射された光線を射出する出射面である。   The optical element 11 has an emission surface 13 as a front surface in the direction of the optical axis J, and a convex lens portion 17 formed at a central portion of the emission surface 13 through which the optical axis J of the LED light source 12 passes. The exit surface 13 has a convex lens surface 17A of the convex lens portion 17 and a flat surface 18 formed on the radially outer side of the convex lens surface 17A. The exit surface 13 is an exit surface that emits the light emitted from the LED light source 12.

この第2実施形態では、LED光源12から放射された光線を有効に利用するために、凸レンズ部17の有効径は、次の式(1)を満たす距離Dbの値とした。なお、凸レンズ部17の有効径を、式(1)を満たす距離Dbの値の中で最小の値(Da・(n−1)1/2)に設定することが望ましい。なお、凸レンズ部17の中心、および、LED光源12の発光面の中心は光軸J上にある。
Db≧Da・(n−1)1/2 … (1)
In the second embodiment, in order to effectively use the light emitted from the LED light source 12, the effective diameter of the convex lens portion 17 is a value of the distance Db that satisfies the following expression (1). In addition, it is desirable to set the effective diameter of the convex lens part 17 to the minimum value (Da · (n 2 −1) 1/2 ) among the values of the distance Db satisfying the expression (1). The center of the convex lens portion 17 and the center of the light emitting surface of the LED light source 12 are on the optical axis J.
Db ≧ Da · (n 2 −1) 1/2 (1)

この式(1)において、上記LED光源12と上記出射面13の平坦面18の延長面Spとの間の距離をDa(mm)としている。また、上記LED光源12の光軸Jと上記平坦面18の延長面Spとの交点P0から上記平坦面18もしくは平坦面18の延長面Sp上でLED光源12から放射された光線が通過する点までの距離をDb(mm)としている。また、上記光学素子11の屈折率をnとしている。   In this equation (1), the distance between the LED light source 12 and the extended surface Sp of the flat surface 18 of the emitting surface 13 is Da (mm). Further, the light beam emitted from the LED light source 12 passes through the flat surface 18 or the extended surface Sp of the flat surface 18 from the intersection point P0 between the optical axis J of the LED light source 12 and the extended surface Sp of the flat surface 18. Is the distance Db (mm). The refractive index of the optical element 11 is n.

また、この第2実施形態では、光学素子11の幅方向(径方向)外側の側面14は、光軸Jの回りに環状に延在していると共に断面において放物線となる形状である。この側面14は光軸Jを基準として、光軸Jに対して12°と小さな角度で傾斜して配置されており、この側面14に反射膜(図示せず)を形成することで反射面としている。また、光学素子11の光軸後方には円錐台形状の窪み19が形成されており、この窪み19の壁面15に反射膜(図示せず)を形成することで反射面としている。   In the second embodiment, the side surface 14 on the outer side in the width direction (radial direction) of the optical element 11 has a shape that extends annularly around the optical axis J and is a parabola in cross section. The side surface 14 is inclined with a small angle of 12 ° with respect to the optical axis J, and a reflective film (not shown) is formed on the side surface 14 as a reflective surface. Yes. Further, a truncated cone-shaped recess 19 is formed behind the optical axis of the optical element 11, and a reflecting film (not shown) is formed on the wall surface 15 of the recess 19 to form a reflecting surface.

この実施形態では、一例として、光学素子11の形状は、幅方向(径方向)の寸法が11mmで、光軸方向の寸法が5mmであり、光学素子11の前面をなす出射面13から射出する光線の光束径は9mmとなっている。   In this embodiment, as an example, the shape of the optical element 11 is 11 mm in the width direction (radial direction) and 5 mm in the optical axis direction, and is emitted from the emission surface 13 that forms the front surface of the optical element 11. The beam diameter of the light beam is 9 mm.

この第2実施形態の光学素子11において、上記前面をなす出射面13上の凸レンズ部17、出射面13上の平坦面18、側面14、後面をなす壁面15は、前述の式(2)を満たす非球面であり、曲率半径R、円錐定数K、非球面係数A,Bは、例えば、以下の(表2)に示すような値となっている。なお、曲率半径Rの単位は、mmである。
(表2)

Figure 2010238686
In the optical element 11 of the second embodiment, the convex lens portion 17 on the exit surface 13 that forms the front surface, the flat surface 18 on the exit surface 13, the side surface 14, and the wall surface 15 that forms the rear surface are expressed by the above equation (2). The radius of curvature R, the conical constant K, and the aspherical coefficients A and B are, for example, values as shown in the following (Table 2). The unit of the curvature radius R is mm.
(Table 2)
Figure 2010238686

また、LED光源12の背面には電力供給のための配線16が接続されており、LED光源12は、電力供給のための配線16を介して外部より電力の供給を受ける。上記光学素子11の側面14および壁面(後面)15に形成される反射膜(図示せず)は、例えば、アルミ等の金属や誘電体多層膜を蒸着することで形成することができる。   Further, a wiring 16 for power supply is connected to the back surface of the LED light source 12, and the LED light source 12 is supplied with power from the outside via the wiring 16 for power supply. The reflective film (not shown) formed on the side surface 14 and the wall surface (rear surface) 15 of the optical element 11 can be formed by evaporating a metal such as aluminum or a dielectric multilayer film, for example.

この第2実施形態のLEDモジュールでは、LED光源12から放射された光線のうち、出射面13において凸レンズ17の有効径Dbの範囲内に入射した光線は、凸レンズ部17で折り曲げられ、光軸方向前方へ平行な光として射出される。また、LED光源12から放射された光線のうち、出射面13において凸レンズ17の有効径Dbの範囲外つまり平坦面18に入射した光線は、前面である出射面13を透過せずに、光軸方向後方かつ幅方向外側へ全反射される。この出射面13で全反射した光線は、側面14で光軸方向後方かつ幅方向内側に向かって反射され、後面である壁面15で光軸方向に反射され、前面である出射面13から平行な光線として光軸方向前方へ射出される。   In the LED module according to the second embodiment, among the light rays emitted from the LED light source 12, the light rays incident on the exit surface 13 within the range of the effective diameter Db of the convex lens 17 are bent by the convex lens portion 17, and are in the optical axis direction. It is emitted as parallel light forward. Of the light rays emitted from the LED light source 12, the light rays that are incident on the flat surface 18 out of the effective diameter Db of the convex lens 17 on the light exit surface 13 do not pass through the light exit surface 13, which is the front surface. It is totally reflected backward in the direction and outward in the width direction. The light beam totally reflected by the emission surface 13 is reflected by the side surface 14 toward the rear in the optical axis direction and toward the inner side in the width direction, reflected by the rear wall surface 15 in the optical axis direction, and parallel to the front emission surface 13. The light beam is emitted forward in the optical axis direction.

この第2実施形態のLEDモジュールでは、LED光源12から光軸Jに対して大きな角度(つまり凸レンズ17の有効径Dbの範囲外)で放射された光線は、光学素子11の出射面13の平坦面18で全反射した後、光学素子11の側面14および壁面15で反射し、出射面13から光軸Jに対して平行に射出される。このように、この第2実施形態では、LED光源12の発光面から光学素子11の出射面13に全反射条件で入射した光が側面14,壁面15で反射を繰り返すので、出射面13から出射されるまでの間に、光学素子11の内部で十分な光学長を稼ぐことができ、出射面13から平行な光線として取り出すことができる。   In the LED module of the second embodiment, light emitted from the LED light source 12 at a large angle with respect to the optical axis J (that is, outside the range of the effective diameter Db of the convex lens 17) is flat on the emission surface 13 of the optical element 11. After being totally reflected by the surface 18, it is reflected by the side surface 14 and the wall surface 15 of the optical element 11, and is emitted in parallel with the optical axis J from the emission surface 13. As described above, in the second embodiment, the light incident on the emission surface 13 of the optical element 11 from the light emitting surface of the LED light source 12 is repeatedly reflected on the side surface 14 and the wall surface 15, and thus is emitted from the emission surface 13. In the meantime, a sufficient optical length can be gained inside the optical element 11, and it can be taken out as a parallel light beam from the emission surface 13.

また、この第2実施形態では、出射面13上に凸レンズ部17を設けることによって、LED光源12から小さな角度で放射されて上述の式(1)による交点P0からの距離Db以内の箇所に入射した光線を効率よく平行に取り出すことができる。また、光学素子11の側面14を光軸Jに対して小さな角度(一例として12°)で配置することによって、光線を側面14で幅方向(径方向)内側に反射させるので、出射面13からの光線の射出領域を径方向内側の領域にすることができる。これにより、光学素子11の出射面13から強度分布にムラのない光線を取り出すことができる。また、光学素子11の側面14を光軸Jに対して、例えば、12°と小さな角度で配置することによって、LEDモジュールの幅方向寸法が大きくなるのを抑制できる。   Moreover, in this 2nd Embodiment, by providing the convex lens part 17 on the output surface 13, it radiates | emits from the LED light source 12 at a small angle, and injects into the location within the distance Db from the intersection P0 by the above-mentioned Formula (1). Can be efficiently extracted in parallel. Further, by arranging the side surface 14 of the optical element 11 at a small angle (12 ° as an example) with respect to the optical axis J, the light beam is reflected by the side surface 14 in the width direction (radial direction), so The exit region of the light beam can be a radially inner region. As a result, it is possible to extract a light beam having no unevenness in intensity distribution from the exit surface 13 of the optical element 11. Further, by arranging the side surface 14 of the optical element 11 with respect to the optical axis J, for example, at an angle as small as 12 °, it is possible to suppress an increase in the width dimension of the LED module.

(第3の実施の形態)
図3Aは、この発明の第3実施形態のLEDモジュールを示す断面図である。この第3実施形態のLEDモジュールでは、光源であるLED光源22が屈折材料21Aで充填された光学素子21の内部にインサートされていない。この第3実施形態では、図3Aに示すように、光学素子21の内部には、円錐台形状の窪み29の壁面(後面)25に光線取り込み部30が設けられている。この窪み29の壁面25が光学素子21の後面をなす。上記光線取り込み部30には砲弾型キャップ40を取り付けたLED光源22が嵌着されており、LED光源22から放射された光線は光線取り込み部30から光学素子21内に取り込まれる。
(Third embodiment)
FIG. 3A is a cross-sectional view showing an LED module according to a third embodiment of the present invention. In the LED module of the third embodiment, the LED light source 22 as a light source is not inserted into the optical element 21 filled with the refractive material 21A. In the third embodiment, as shown in FIG. 3A, a light beam capturing portion 30 is provided on the wall surface (rear surface) 25 of the truncated cone-shaped recess 29 inside the optical element 21. The wall surface 25 of the recess 29 forms the rear surface of the optical element 21. An LED light source 22 fitted with a shell-type cap 40 is fitted to the light beam capturing unit 30, and a light beam emitted from the LED light source 22 is captured from the light beam capturing unit 30 into the optical element 21.

なお、図3Bに示すように、光学素子21の窪み29の壁面25に設けた光線取り込み部31に、砲弾型キャップ40の無いLED光源22を直接組み込んでもよい。   As shown in FIG. 3B, the LED light source 22 without the bullet-shaped cap 40 may be directly incorporated into the light beam capturing portion 31 provided on the wall surface 25 of the recess 29 of the optical element 21.

この第3実施形態では、光学素子21は、光軸Jの方向の前方の前面としての出射面23を備える。この出射面23は、前述の式(1)を満たす範囲に形成された凸レンズ部27と、この凸レンズ部27の径方向外側に形成された平坦面28とを有する。この出射面23は、LED光源22から放射された光線を射出する出射面である。   In the third embodiment, the optical element 21 includes an emission surface 23 as a front surface in front of the direction of the optical axis J. The exit surface 23 includes a convex lens portion 27 formed in a range satisfying the above-described formula (1), and a flat surface 28 formed on the radially outer side of the convex lens portion 27. The exit surface 23 is an exit surface that emits the light emitted from the LED light source 22.

この第3実施形態では、LED光源22から放射された光線を有効に利用するために、凸レンズ部27の有効径は、前述の式(1)を満たす距離Dbの値の中で最小の値に設定されることが望ましい。なお、凸レンズ部27の中心、および、LED光源22の発光面の中心は光軸J上にある。   In the third embodiment, in order to effectively use the light emitted from the LED light source 22, the effective diameter of the convex lens portion 27 is set to the minimum value among the values of the distance Db satisfying the above-described equation (1). It is desirable to set. The center of the convex lens part 27 and the center of the light emitting surface of the LED light source 22 are on the optical axis J.

また、光学素子21の幅方向外側の側面24は、光軸Jの回りに環状に延在していると共に断面において放物線となる形状である。この側面24は、上記出射面23よりも上記光線の出射方向の後方に位置している。この側面24は、光軸Jを基準として、光軸Jに対して例えば12°と小さな角度で傾斜して配置されており、この側面24に反射膜(図示せず)を形成することで反射面としている。また、光学素子21の光軸後方には円錐台形状の窪み29があり、この窪み29の壁面25に反射膜(図示せず)を形成することで反射面としている。   Further, the side surface 24 on the outer side in the width direction of the optical element 21 has a shape that extends annularly around the optical axis J and is a parabola in cross section. The side surface 24 is located behind the light exit surface 23 in the light emission direction. The side surface 24 is inclined with respect to the optical axis J at a small angle of, for example, 12 ° with respect to the optical axis J, and is reflected by forming a reflective film (not shown) on the side surface 24. It is a surface. Further, a truncated cone-shaped depression 29 is provided behind the optical axis of the optical element 21, and a reflection film (not shown) is formed on the wall surface 25 of the depression 29 to form a reflection surface.

この実施形態では、一例として、光学素子21の形状は、幅方向(径方向)の寸法が11mmで、光軸方向の寸法が5mmであり、出射面23から射出する光線の光束径は9mmとなっている。   In this embodiment, as an example, the shape of the optical element 21 is such that the dimension in the width direction (radial direction) is 11 mm, the dimension in the optical axis direction is 5 mm, and the beam diameter of the light beam emitted from the exit surface 23 is 9 mm. It has become.

この第3実施形態の光学素子21において、前面をなす出射面23上の凸レンズ部27、出射面23上の平坦面28、側面24、後面をなす壁面25、光線取り込み部30は、上述した式(2)を満たす非球面であり、曲率半径R、円錐定数K、非球面係数A,Bは、例えば、以下の(表3)に示すような値となっている。なお、曲率半径Rの単位は、mmである。
(表3)

Figure 2010238686
In the optical element 21 of the third embodiment, the convex lens portion 27 on the exit surface 23 that forms the front surface, the flat surface 28 on the exit surface 23, the side surface 24, the wall surface 25 that forms the rear surface, and the light beam capturing portion 30 are expressed by the formulas described above. The aspherical surface satisfying (2), and the radius of curvature R, the conic constant K, and the aspherical coefficients A and B have values as shown in (Table 3) below, for example. The unit of the curvature radius R is mm.
(Table 3)
Figure 2010238686

また、LED光源22の背面には電力供給のための配線26が接続されており、LED光源22は、電力供給のための配線26を介して外部より電力の供給を受ける。上記光学素子21の側面24および壁面(後面)25に形成される反射膜(図示せず)は、例えば、アルミ等の金属や誘電体多層膜を蒸着することで形成することができる。   Further, a wiring 26 for power supply is connected to the back surface of the LED light source 22, and the LED light source 22 is supplied with power from the outside via the wiring 26 for power supply. The reflective film (not shown) formed on the side surface 24 and the wall surface (rear surface) 25 of the optical element 21 can be formed by evaporating a metal such as aluminum or a dielectric multilayer film, for example.

この第3実施形態のLEDモジュールでは、LED光源22から放射された光線のうち、出射面(前面)23において上述の式(1)を満たす凸レンズ部27の有効径Db内に入射した光線は、凸レンズ部27で折り曲げられ、光軸方向前方へ平行な光として射出される。一方、LED光源22から放射された光線のうち、出射面(前面)23において、凸レンズ部27の有効径Dbの範囲外に入射した光線は、出射面23を透過せずに、光軸方向後方かつ幅方向外側へ全反射される。この出射面23で全反射した光線は、側面24で光軸方向後方かつ幅方向内側に向かって反射され、さらに壁面(後面)25で光軸方向前方に反射され、出射面23から平行な光線として光軸方向前方へ射出される。   In the LED module of the third embodiment, among the light rays emitted from the LED light source 22, the light rays that have entered the effective diameter Db of the convex lens portion 27 that satisfies the above-described formula (1) on the emission surface (front surface) 23 are The light is bent by the convex lens portion 27 and emitted as light parallel to the front in the optical axis direction. On the other hand, out of the light rays emitted from the LED light source 22, the light rays incident on the emission surface (front surface) 23 outside the effective diameter Db range of the convex lens portion 27 do not pass through the emission surface 23 and are rearward in the optical axis direction. And it is totally reflected outward in the width direction. The light beam totally reflected by the exit surface 23 is reflected rearward in the optical axis direction and inward in the width direction by the side surface 24, further reflected forward by the wall surface (rear surface) 25 in the optical axis direction, and parallel from the exit surface 23. Is emitted forward in the optical axis direction.

この第3実施形態のLEDモジュールでは、LED光源22から光軸方向に対して大きな角度(全反射条件)で放射されて凸レンズ部27の有効径Dbの範囲外に放射された光線は、出射面23で全反射した後、光学素子21の側面24および壁面25で反射し、出射面23から光軸方向に対して平行に射出される。すなわち、この第3実施形態によれば、LED光源22の発光面から光学素子21の出射面23に全反射条件で入射した光が側面24,壁面25で反射を繰り返すので、出射面23から出射されるまでの間に、光学素子21の内部で十分な光学長を稼ぐことができ、出射面23から平行な光線として取り出すことができる。   In the LED module of the third embodiment, the light beam emitted from the LED light source 22 at a large angle (total reflection condition) with respect to the optical axis direction and emitted outside the effective diameter Db of the convex lens portion 27 After the total reflection at 23, the light is reflected by the side surface 24 and the wall surface 25 of the optical element 21, and is emitted from the emission surface 23 in parallel to the optical axis direction. That is, according to the third embodiment, light incident from the light emitting surface of the LED light source 22 to the emission surface 23 of the optical element 21 under the total reflection condition is repeatedly reflected on the side surface 24 and the wall surface 25, and is thus emitted from the emission surface 23. In the meantime, a sufficient optical length can be gained inside the optical element 21, and it can be taken out as a parallel light beam from the emission surface 23.

また、この第3実施形態では、側面24を光軸Jに対して、例えば12°と小さな角度で傾斜して配置することによって、光線を側面24で幅方向(径方向)内側に反射させるので、出射面23からの光線の射出領域を径方向内側の領域にすることができる。よって、光学素子21の出射面23から強度分布にムラのない光線を取り出すことができる。   In the third embodiment, the side surface 24 is inclined with respect to the optical axis J at an angle as small as 12 °, for example, so that the light beam is reflected by the side surface 24 in the width direction (radial direction). The exit region of the light beam from the exit surface 23 can be the radially inner region. Therefore, it is possible to take out a light beam having no unevenness in the intensity distribution from the emission surface 23 of the optical element 21.

また、光学素子21の側面24を光軸Jに対して小さな角度(一例として12°)で配置することによって、LEDモジュールの幅方向寸法が大きくなるのを抑制できる。また、光学素子21に光線取り込み部30を設けたことにより、LED光源22を簡便に交換できる。また、この構成によって、製造時のLED光源22のずれによる不良品の発生を抑制することができ、歩留まりが向上し、コスト削減が可能である。   Further, by arranging the side surface 24 of the optical element 21 at a small angle (12 ° as an example) with respect to the optical axis J, it is possible to suppress an increase in the width dimension of the LED module. Further, by providing the optical element 21 with the light beam capturing unit 30, the LED light source 22 can be easily replaced. In addition, with this configuration, it is possible to suppress the generation of defective products due to the deviation of the LED light source 22 during manufacturing, thereby improving the yield and reducing the cost.

(第4の実施の形態)
図4は、この発明の第4実施形態のLEDモジュールを示す断面図である。この第4実施形態のLEDモジュールは、金属ベース50上に形成されている点、および光学素子21の側面24および壁面25に反射膜を形成していない点だけが、前述の第3実施形態と異なる。よって、この第4実施形態では、前述の第3実施形態と同じ部分には同じ符号を付して、前述の第3実施形態と異なる部分を主に説明する。
(Fourth embodiment)
FIG. 4 is a sectional view showing an LED module according to a fourth embodiment of the present invention. The LED module according to the fourth embodiment is different from the third embodiment described above only in that the reflective film is not formed on the side surface 24 and the wall surface 25 of the optical element 21 on the metal base 50. Different. Therefore, in the fourth embodiment, the same reference numerals are given to the same parts as those in the third embodiment, and the parts different from those in the third embodiment will be mainly described.

図4に示すように、この第4実施形態のLEDモジュールは、金属ベース50に形成されている窪みVに嵌合するように成形されている。これにより、この第4実施形態では、光学素子21の側面24は金属ベース50の窪みVの壁面50Aに接し、光学素子21の壁面(後面)25は金属ベース50の窪みVの壁面50Bに接している。よって、この第4実施形態では、そのままでは透過面である光学素子21の側面24,壁面25に反射膜としての蒸着膜等を設けることなくミラー面として利用することができる。よって、光学素子21の側面24,壁面25の各々の面をミラー面に加工する必要がない。また、光学素子21を金属ベース50上に成形することによって、図4に示すように、LED光源22と金属ベース50が接している。このため、金属ベース50を放熱機構として利用することができ、放熱性に優れたLEDモジュールとすることができる。   As shown in FIG. 4, the LED module of the fourth embodiment is molded so as to fit into a recess V formed in the metal base 50. Accordingly, in the fourth embodiment, the side surface 24 of the optical element 21 is in contact with the wall surface 50A of the recess V of the metal base 50, and the wall surface (rear surface) 25 of the optical element 21 is in contact with the wall surface 50B of the recess V of the metal base 50. ing. Therefore, in the fourth embodiment, it can be used as a mirror surface without providing a vapor deposition film as a reflection film on the side surface 24 and the wall surface 25 of the optical element 21 that is a transmission surface as it is. Therefore, there is no need to process each of the side surface 24 and the wall surface 25 of the optical element 21 into a mirror surface. Further, by molding the optical element 21 on the metal base 50, the LED light source 22 and the metal base 50 are in contact with each other as shown in FIG. For this reason, the metal base 50 can be utilized as a heat dissipation mechanism, and an LED module with excellent heat dissipation can be obtained.

この実施形態では、LED光源22の放熱性を向上することによってLED光源22の寿命を長くすることができる。さらに、この実施形態は、金属ベース50と一体成形されていることで、別の放熱機構を必要とせず、LEDモジュールの部材点数を削減することができ、コストを削減できる。   In this embodiment, the lifetime of the LED light source 22 can be extended by improving the heat dissipation of the LED light source 22. Furthermore, since this embodiment is integrally formed with the metal base 50, a separate heat dissipation mechanism is not required, the number of members of the LED module can be reduced, and the cost can be reduced.

(第5の実施の形態)
図5は、この発明の第5実施形態のLEDモジュールを示す断面図である。この第5実施形態は、前述の第2実施形態の光学素子11に替えて、光学素子51を有した点だけが、前述の第2実施形態と異なる。よって、この第5実施形態では、前述の第2実施形態と同じ部分には同じ符号を付して、前述の第2実施形態と異なる部分を主に説明する。
(Fifth embodiment)
FIG. 5 is a sectional view showing an LED module according to a fifth embodiment of the present invention. The fifth embodiment differs from the second embodiment only in that an optical element 51 is provided instead of the optical element 11 of the second embodiment. Therefore, in the fifth embodiment, the same reference numerals are given to the same portions as those in the second embodiment, and the portions different from those in the second embodiment will be mainly described.

この第5実施形態のLEDモジュールは、光源であるLED光源12が屈折材料51Aで充填された光学素子51の内部にインサートされている。この光学素子51は、基部52と凸レンズ部53とを有する。この基部52は、光軸Jの方向の前方の前面としての出射面55を備える。この出射面55上に凸レンズ部53が接着剤等によって固定されている。この凸レンズ部53の中心は光軸J上にあり、前述の第2実施形態の凸レンズ部17と同様の形状である。   In the LED module of the fifth embodiment, an LED light source 12 as a light source is inserted into an optical element 51 filled with a refractive material 51A. The optical element 51 has a base portion 52 and a convex lens portion 53. The base 52 includes an emission surface 55 as a front surface in front of the direction of the optical axis J. A convex lens portion 53 is fixed on the emission surface 55 with an adhesive or the like. The center of the convex lens portion 53 is on the optical axis J and has the same shape as the convex lens portion 17 of the second embodiment described above.

また、この第5実施形態の光学素子51の基部52の出射面(前面)55,側面56,壁面(後面)57および窪み58は、それぞれ、前述の第2実施形態の光学素子11の出射面13,側面14,壁面15および窪み19と同様の構造である。   Further, the emission surface (front surface) 55, the side surface 56, the wall surface (rear surface) 57 and the recess 58 of the base portion 52 of the optical element 51 of the fifth embodiment are respectively the emission surface of the optical element 11 of the above-described second embodiment. 13, side surfaces 14, wall surfaces 15, and depressions 19.

この第5実施形態では、光学素子51を構成する基部52と凸レンズ部53とを別部材として成形している。これにより、LEDモジュールの成形プロセスにおいて、LED光源12の配置にずれが生じた際に、基部52の出射面55に対する凸レンズ部53の配置を調整することによって位置ずれを容易に補正できる。よって、LED光源12と凸レンズ部53との位置調節を正確に行うことができ、光軸のずれによる不良品の発生を抑制でき、歩留りを向上させることができる。   In the fifth embodiment, the base portion 52 and the convex lens portion 53 constituting the optical element 51 are molded as separate members. Thereby, in the molding process of the LED module, when a deviation occurs in the arrangement of the LED light source 12, the positional deviation can be easily corrected by adjusting the arrangement of the convex lens part 53 with respect to the emission surface 55 of the base part 52. Therefore, the position adjustment of the LED light source 12 and the convex lens part 53 can be performed accurately, the generation of defective products due to the deviation of the optical axis can be suppressed, and the yield can be improved.

尚、図6に、上記第5実施形態の変形例を示す。この図6に示す変形例では、光学素子51に替えて光学素子61を備える。この光学素子61は、基部62と凸レンズ部63とで構成され、前述の光学素子51と同様の出射面65,側面66,壁面67および窪み68を有する。この変形例では、基部62は、嵌合凹部64を有し、この嵌合凹部64に凸レンズ部63の嵌合凸部63Aが嵌合されて固定される。また、上述の第5実施形態において、図5の基部52の出射面55に凸レンズ部53を位置決めするためのガイドを設けてもよい。また、上記光学素子51,61の基部52,62をなす屈折材料と凸レンズ部53,63をなす屈折材料とを異なる材料としてもよい。   FIG. 6 shows a modification of the fifth embodiment. In the modification shown in FIG. 6, an optical element 61 is provided instead of the optical element 51. The optical element 61 includes a base 62 and a convex lens part 63, and has an output surface 65, a side surface 66, a wall surface 67, and a recess 68 similar to those of the optical element 51 described above. In this modification, the base 62 has a fitting recess 64, and the fitting convex portion 63 </ b> A of the convex lens portion 63 is fitted and fixed to the fitting concave portion 64. In the fifth embodiment described above, a guide for positioning the convex lens portion 53 may be provided on the emission surface 55 of the base portion 52 in FIG. The refractive material forming the base portions 52 and 62 of the optical elements 51 and 61 and the refractive material forming the convex lens portions 53 and 63 may be different materials.

(第6の実施の形態)
次に、図7に、この発明の第6実施形態としての液晶表示用のバックライトユニットの断面を示す。このバックライトユニットは、前述の第1実施形態のLEDモジュール77を備える。
(Sixth embodiment)
Next, FIG. 7 shows a cross section of a backlight unit for liquid crystal display as a sixth embodiment of the present invention. This backlight unit includes the LED module 77 of the first embodiment described above.

この第6実施形態のバックライトユニットは、矩形のユニットケース73と、このユニットケース73の底面中央で1つの辺に平行な線に沿って配置されていると共に頂きから稜線の両側に遠ざかるほど漸次低くなる山形の光反射部材74とを有している。また、上記ユニットケース73の表開口面に発光面部材75が配置されている。   The backlight unit according to the sixth embodiment is arranged along a line parallel to one side at the center of the bottom surface of the rectangular unit case 73 and the unit case 73, and gradually increases toward the sides of the ridge. It has a mountain-shaped light reflecting member 74 that is lowered. A light emitting surface member 75 is disposed on the front opening surface of the unit case 73.

そして、ユニットケース73に発光面部材75側からフロントフレーム76を被せ、ユニットケース73と一体化することで、この実施形態のバックライトユニットが組み上げられている。ユニットケース73内の、山形の光反射部材74と発光面部材75とで挟む空間部分は中空導光領域79となっている。山形の光反射部材74は、金属あるいは樹脂の機材に高反射性かつ拡散反射性を有する材料として例えば白色PET(Polyethylene Terephthalate:ポリエチレンテレフタレート)フィルムや白色インクを積層したものとした。また、発光面部材75の輝度分布を有する材料としては、上記白色PETの他に、鏡面反射性を持つ高反射アルミニウム等に光透過性拡散材をコーティングしたものでもよい。この発光面部材75は、少なくとも上記光透過拡散材に対して、さらに拡散シート,レンズシート等の光学シートを重ねて構成した。この発光面部材75は、中空導光領域79を通り、山形の光反射部材74に当たって反射して来た光を均一に拡散して出射させることで、発光面での輝度むらをなくし、均斉度を高くする働きをする。なお、ユニットケース73は、アルミニウム合金等の高熱伝導性の金属で形成されている。   The unit case 73 is covered with the front frame 76 from the light emitting surface member 75 side and integrated with the unit case 73, whereby the backlight unit of this embodiment is assembled. A space portion sandwiched between the mountain-shaped light reflecting member 74 and the light emitting surface member 75 in the unit case 73 is a hollow light guide region 79. The mountain-shaped light reflecting member 74 is formed by laminating, for example, a white PET (Polyethylene Terephthalate) film or a white ink as a highly reflective and diffusely reflective material on a metal or resin material. Further, as the material having the luminance distribution of the light emitting surface member 75, in addition to the white PET, a highly reflective aluminum having a specular reflection property or the like may be coated with a light transmissive diffusing material. The light emitting surface member 75 is configured by further stacking an optical sheet such as a diffusion sheet or a lens sheet on at least the light transmission diffusion material. The light emitting surface member 75 passes through the hollow light guide region 79 and uniformly diffuses and emits the light reflected by the chevron-shaped light reflecting member 74, thereby eliminating unevenness in luminance on the light emitting surface and uniformity. It works to raise. The unit case 73 is made of a metal having high thermal conductivity such as an aluminum alloy.

このユニットケース73における山形の光反射部材74の稜線に平行な両側面それぞれに、上述の第1実施形態のLEDモジュール77が配置してある。この第6実施形態のバックライトユニットでは、ユニットケース73の該当側面に収容できる幅を持つ細長い配線基板(図示せず)上に多数個のLEDモジュール77を一列もしくは複数列に実装している。また、電力供給のための配線6は、光熱伝導性のアルミ系、アルミ系合金などの金属や、窒化アルミニウム等のセラミックにより形成している。この配線6は、高熱伝導性のユニットケース73の側壁にねじ止め、あるいは接着その他の手段で固定されている。   The LED module 77 of the first embodiment described above is disposed on each side surface of the unit case 73 parallel to the ridge line of the mountain-shaped light reflecting member 74. In the backlight unit of the sixth embodiment, a large number of LED modules 77 are mounted in a row or a plurality of rows on a long and narrow wiring board (not shown) having a width that can be accommodated on a corresponding side surface of the unit case 73. Further, the wiring 6 for supplying power is formed of a metal such as photothermal conductive aluminum or aluminum alloy, or a ceramic such as aluminum nitride. The wiring 6 is fixed to the side wall of the highly heat-conductive unit case 73 by screwing, bonding or other means.

尚、この第6実施形態では、LEDモジュール77を第1実施形態のLEDモジュールとしたが、上述の第2〜第5実施形態のうちのいずれかのLEDモジュールを採用してもよい。   In the sixth embodiment, the LED module 77 is the LED module of the first embodiment, but any one of the LED modules of the second to fifth embodiments described above may be adopted.

(第7の実施の形態)
図8に、この発明の第7実施形態としての超小型プロジェクタを模式的に示す。この超小型プロジェクタは、3つのLEDモジュール81,82,83と、ダイクロイックプリズム85とを備える。上記3つのLEDモジュール81,82,83は、三方からダイクロイックプリズム85に対向している。また、この第7実施形態では、LEDモジュール81〜83を前述の第1実施形態のLEDモジュールとしたが、前述の第2〜第5実施形態のLEDモジュールを採用してもよい。また、この超小型プロジェクタは、上記ダイクロイックプリズム85からの光線が入射する偏光変換素子86と、この偏光変換素子86からの光線が入射する偏光ビームスプリッター(Polarizing Beam Splitter)88と、表示装置用の反射型LCOS(Liquid Crystal On Silicon)パネル89と、投影レンズ87A,87B,87Cとを有している。そして、上述の各光学部品は、ユニットケース90内に配置されている。
(Seventh embodiment)
FIG. 8 schematically shows a micro projector as a seventh embodiment of the present invention. This ultra-small projector includes three LED modules 81, 82, and 83 and a dichroic prism 85. The three LED modules 81, 82, 83 face the dichroic prism 85 from three directions. In the seventh embodiment, the LED modules 81 to 83 are the LED modules of the first embodiment described above, but the LED modules of the second to fifth embodiments described above may be employed. Further, this ultra-compact projector includes a polarization conversion element 86 on which the light beam from the dichroic prism 85 is incident, a polarization beam splitter 88 on which the light beam from the polarization conversion element 86 is incident, and a display device. A reflective LCOS (Liquid Crystal On Silicon) panel 89 and projection lenses 87A, 87B, 87C are provided. Each optical component described above is arranged in the unit case 90.

この第7実施形態の超小型プロジェクタでは、LEDモジュール81,82,83が有するLED光源81A,82A,83Aは、それぞれ、赤色LED,緑色LED,青色LEDを採用している。この第7実施形態では、これら3つのLED光源81A〜83Aの配置は任意であり互いに入れ換えてもよい。   In the ultra-compact projector of the seventh embodiment, the LED light sources 81A, 82A, 83A included in the LED modules 81, 82, 83 employ red LEDs, green LEDs, and blue LEDs, respectively. In the seventh embodiment, the arrangement of these three LED light sources 81A to 83A is arbitrary and may be interchanged.

この第7実施形態の超小型マイクロプロジェクタのユニットケース90の大きさは、縦×横×高さが、一例として50mm×40mm×15mmと超小型であり、薄型のノートパソコンや携帯電話、PDA(Personal Digital Assistance:携帯情報端末)に搭載することが可能である。   The unit case 90 of the microminiature projector according to the seventh embodiment is as small as 50 mm × 40 mm × 15 mm in length × width × height as an example, and is thin notebook PC, mobile phone, PDA ( (Personal Digital Assistance: portable information terminal).

上記偏光ビームスプリッター88から反射型LCOSパネル89に入射する光線は、この反射型LCOSパネル89で反射した後、そのまま投影レンズ87C,87B,87Aによって拡大投影される。この超小型プロジェクトでは、投影レンズ87A,87B,87CのFナンバーの改善のため、および偏光ビームスプリッター88によるコントラスト低下を抑制するために、反射型LCOSパネル89に入射する光線は、高い平行を持った光線に変換されていることが望まれる。   A light beam incident on the reflective LCOS panel 89 from the polarizing beam splitter 88 is reflected by the reflective LCOS panel 89 and then directly projected by the projection lenses 87C, 87B, 87A. In this ultra-small project, the light incident on the reflective LCOS panel 89 is highly parallel to improve the F-number of the projection lenses 87A, 87B, 87C and to suppress the reduction in contrast caused by the polarizing beam splitter 88. It is desired that the light has been converted into a light beam.

次に、図9,図10を参照して、この第7実施形態が有するLEDモジュール81〜83の光学特性をシミュレーションした結果を説明する。このシミュレーション条件に関して、LED光源81A〜83Aはランバート分布を示しており、発光面のサイズは1mm角とし、光学素子1とLCOSパネル89との距離を20mmとした。   Next, the result of simulating the optical characteristics of the LED modules 81 to 83 included in the seventh embodiment will be described with reference to FIGS. Regarding this simulation condition, the LED light sources 81A to 83A showed a Lambertian distribution, the size of the light emitting surface was 1 mm square, and the distance between the optical element 1 and the LCOS panel 89 was 20 mm.

図9に示す配光特性K1は、各LEDモジュール81〜83から取り出した光線の配光特性をシミュレーションした結果である。LED光源81A〜83Aから放射した光は、LEDモジュール81〜83によって角度5°以下に平行変換されており、各LEDモジュール81〜83から取り出された光線は平行度が高いことが分かる。また、従来10%程度であったLEDモジュールの光利用効率は、上記実施形態のLEDモジュール81〜83を採用したことによって30%まで上昇している。   The light distribution characteristic K1 shown in FIG. 9 is a result of simulating the light distribution characteristic of the light beam extracted from each LED module 81-83. The light emitted from the LED light sources 81A to 83A is parallel-converted to an angle of 5 ° or less by the LED modules 81 to 83, and it can be seen that the light rays extracted from the LED modules 81 to 83 have high parallelism. Further, the light utilization efficiency of the LED module, which was about 10% in the past, has increased to 30% by adopting the LED modules 81 to 83 of the above embodiment.

また、図10に示す強度分布特性K2は、各LEDモジュール81〜83から取り出した光線のLCOSパネル89上での強度分布をシミュレーションした結果である。なお、図10において、横軸はLEDモジュールの光軸からの距離Y(mm)を表しており、縦軸は、光線の強度(光束/mm)を表している。この強度分布特性K2によれば、8mm角のLCOSパネル89を使用する場合、上記実施形態のLEDモジュール81〜83を用いることによって平行かつ強度分布が均一な光を供給できることが分る。 Moreover, the intensity distribution characteristic K2 shown in FIG. 10 is a result of simulating the intensity distribution on the LCOS panel 89 of the light rays extracted from the LED modules 81 to 83. In FIG. 10, the horizontal axis represents the distance Y (mm) from the optical axis of the LED module, and the vertical axis represents the intensity of the light beam (light flux / mm 2 ). According to this intensity distribution characteristic K2, it can be seen that, when an 8 mm square LCOS panel 89 is used, light with a parallel and uniform intensity distribution can be supplied by using the LED modules 81 to 83 of the above embodiment.

上記LEDモジュール81〜83の光学特性を表す図9の配光特性K1と図10の強度分布特性K2によれば、LEDモジュール81〜83から取り出した光線の配光特性は揃っており、かつ強度分布が均一であることが分る。すなわち、上記LEDモジュール81〜83を採用することによって、平行で強度分布が均一な光線を取り出すことができる。   According to the light distribution characteristic K1 of FIG. 9 representing the optical characteristics of the LED modules 81 to 83 and the intensity distribution characteristic K2 of FIG. 10, the light distribution characteristics of the light rays extracted from the LED modules 81 to 83 are uniform, and the intensity. It can be seen that the distribution is uniform. That is, by adopting the LED modules 81 to 83, it is possible to take out light rays that are parallel and have a uniform intensity distribution.

この発明のLEDモジュールは、足元灯、表示灯、スポットライト、ウォールウォッシャ、建築化照明、スタンド、車内灯などの照明器具、信号灯、視線誘導灯、超小型プロジェクタ、LEDバックライトなど、平行で均一な光線を必要とする用途に利用できる。   The LED module according to the present invention is a parallel and uniform lighting device such as a foot lamp, an indicator lamp, a spotlight, a wall washer, an architectural lamp, a stand, an interior lamp, a signal lamp, a gaze guidance lamp, a micro projector, an LED backlight, etc. It can be used for applications that require extra light.

1,11,21,51,61 光学素子
1A,11A,21A,51A 屈折材料
2,12,22 LED光源
3,13,23,55 出射面(前面)
4,14,24,56 側面
5,15,25,57 壁面(後面)
6,16,26 配線
9,19,29,58 窪み
17,27,53,63 凸レンズ部
18,28 平坦面
30 光線取り込み部
40 砲弾型キャップ
50 金属ベース
52,62 基部
73 ユニットケース
74 光反射部材
75 発光面部材
76 フロントフレーム
77,81〜83 LEDモジュール
79 中空導光領域
85 ダイクロックプリズム
86 偏光変換素子
87A〜87C 投影レンズ
88 偏光ビームスプリッター
89 反射方LCOSパネル
90 ユニットケース
1, 11, 21, 51, 61 Optical element 1A, 11A, 21A, 51A Refraction material 2, 12, 22 LED light source 3, 13, 23, 55 Output surface (front surface)
4, 14, 24, 56 Side surface 5, 15, 25, 57 Wall surface (rear surface)
6, 16, 26 Wiring 9, 19, 29, 58 Depression 17, 27, 53, 63 Convex lens portion 18, 28 Flat surface 30 Light receiving portion 40 Cannonball type cap 50 Metal base 52, 62 Base portion 73 Unit case 74 Light reflecting member 75 Light emitting surface member 76 Front frame 77, 81-83 LED module 79 Hollow light guide region 85 Dichroic prism 86 Polarization conversion element 87A-87C Projection lens 88 Polarization beam splitter 89 Reflection LCOS panel 90 Unit case

Claims (11)

LED光源と、
上記LED光源に取付けられると共に屈折材料で作製された光学素子とを備え、
上記光学素子は、
上記LED光源よりも上記LED光源による光線の出射方向の前方に位置していると共に上記LED光源から放射された光線を透過あるいは全反射する前面と、
上記前面で全反射された光線を反射させる側面と、
上記側面によって反射された光線を上記前面に向かって反射させる後面とを有することを特徴とするLEDモジュール。
An LED light source;
An optical element attached to the LED light source and made of a refractive material,
The optical element is
A front surface that is positioned in front of the LED light source in the light emitting direction of the light beam and transmits or totally reflects light emitted from the LED light source;
A side surface for reflecting the light beam totally reflected on the front surface;
And a rear surface that reflects the light beam reflected by the side surface toward the front surface.
請求項1に記載のLEDモジュールにおいて、
上記光学素子は、
上記前面のうちの上記LED光源の光軸が通る中央部に形成された凸レンズ部を有し、
上記前面は、上記凸レンズ部の凸レンズ面とこの凸レンズ面に連なる平坦面とを有することを特徴とするLEDモジュール。
The LED module according to claim 1,
The optical element is
It has a convex lens part formed in the center part through which the optical axis of the LED light source of the front surface passes,
The LED module, wherein the front surface has a convex lens surface of the convex lens portion and a flat surface continuous to the convex lens surface.
請求項2に記載のLEDモジュールにおいて、
上記LED光源と上記前面の平坦面の延長面との間の距離がDa(mm)であり、
上記LED光源の光軸と上記前面の平坦面の延長面との交点から上記平坦面もしくは上記平坦面の延長面上で上記LED光源から放射された光線が通過する点までの距離がDb(mm)であり、
上記光学素子の屈折率がnであるときに、次式(1)が成立していることを特徴とするLEDモジュール。
Db≧Da・(n−1)1/2 … (1)
The LED module according to claim 2,
The distance between the LED light source and the extended surface of the flat surface of the front surface is Da (mm),
The distance from the intersection of the optical axis of the LED light source and the extended surface of the flat surface of the front surface to the point where the light beam emitted from the LED light source passes on the flat surface or the extended surface of the flat surface is Db (mm ) And
When the refractive index of the optical element is n, the following equation (1) is established:
Db ≧ Da · (n 2 −1) 1/2 (1)
請求項1から3のいずれか1つに記載のLEDモジュールにおいて、
上記前面で全反射された複数の光線を互いに平行な光線として上記後面に向かって反射すると共に上記側面に含まれる第一の放物面と、
上記側面で反射された複数の光線を互いに平行な光線として上記前面に向かって反射すると共に上記後面に含まれる第二の放物面とのうちの少なくとも一方の放物面を有することを特徴とするLEDモジュール。
The LED module according to any one of claims 1 to 3,
A plurality of light rays totally reflected at the front surface are reflected toward the rear surface as parallel light rays and are included in the side surface;
A plurality of light beams reflected by the side surface are reflected toward the front surface as parallel light beams and have at least one paraboloid of a second paraboloid included in the rear surface. LED module.
請求項1から4のいずれか1つに記載のLEDモジュールにおいて、
上記LED光源は、上記光学素子の内部にインサートされていることを特徴とするLEDモジュール。
The LED module according to any one of claims 1 to 4,
The LED module, wherein the LED light source is inserted into the optical element.
請求項1から4のいずれか1つに記載のLEDモジュールにおいて、
上記光学素子は、上記LED光源が嵌着されると共に上記LED光源から放射された光線を取り込む光線取り込み部を有することを特徴とするLEDモジュール。
The LED module according to any one of claims 1 to 4,
The said optical element has a light beam taking-in part which takes in the light ray radiated | emitted from the said LED light source while the said LED light source is fitted, The LED module characterized by the above-mentioned.
請求項1から6のいずれか1つに記載のLEDモジュールにおいて、
上記光学素子は金属ベースに形成された窪みに嵌合されており、
上記光学素子の側面と後面は上記金属ベースに形成された窪みの壁面に接していることを特徴とするLEDモジュール。
The LED module according to any one of claims 1 to 6,
The optical element is fitted in a recess formed in a metal base,
The LED module according to claim 1, wherein a side surface and a rear surface of the optical element are in contact with a wall surface of a recess formed in the metal base.
請求項2から7のいずれか1つに記載のLEDモジュールにおいて、
上記前面に形成された凸レンズ部は、上記光学素子と一体成形されていることを特徴とするLEDモジュール。
The LED module according to any one of claims 2 to 7,
The LED module, wherein the convex lens portion formed on the front surface is formed integrally with the optical element.
請求項2から7のいずれか1つに記載のLEDモジュールにおいて、
上記凸レンズ部は、上記光学素子とは別部材であることを特徴とするLEDモジュール。
The LED module according to any one of claims 2 to 7,
The LED module, wherein the convex lens portion is a separate member from the optical element.
請求項1から9のいずれか1つに記載のLEDモジュールと、
ユニットケースと、
上記ユニットケースの開口部に配置された発光面部材と、
上記ユニットケース内に配置されて上記LEDモジュールおよび発光面部材との間に中空導光領域を形成すると共に上記LEDモジュールから上記中空導光領域に出射された光線を反射して上記発光面部材に向かわせる反射部材とを備えることを特徴とするLEDバックライトユニット。
The LED module according to any one of claims 1 to 9,
Unit case,
A light emitting surface member disposed in the opening of the unit case;
A hollow light guide region is formed between the LED module and the light emitting surface member disposed in the unit case, and the light emitted from the LED module to the hollow light guide region is reflected to the light emitting surface member. An LED backlight unit comprising a reflecting member that faces the LED backlight unit.
請求項1から9のいずれか1つに記載のLEDモジュールを備え、
偏光変換素子と偏光ビームスプリッターと反射型液晶素子パネルと投影レンズとが上記LEDモジュールが放射する光線が順に入射するように配置されていることを特徴とするマイクロプロジェクタ。
An LED module according to any one of claims 1 to 9,
A microprojector, wherein a polarization conversion element, a polarization beam splitter, a reflective liquid crystal element panel, and a projection lens are arranged so that light rays emitted from the LED module are incident in order.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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