JP2011048220A - Lens member and illumination device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の光半導体素子を発光させる照明装置に用いられ、光半導体素子の光を拡散させるレンズを複数備えてなるレンズ部材及びそれを用いた照明装置に関する。 The present invention relates to a lens member that is used in an illumination device that emits light from a plurality of optical semiconductor elements and includes a plurality of lenses that diffuse light from the optical semiconductor elements, and an illumination device that uses the lens member.
従来、LEDなどの光半導体素子を用いた照明装置が知られている。光半導体素子からの光は、点光源であって発光角度が広い。この光を照明光として用いるためには、所定の発光角度にコントロールすると共に、拡散させる必要があり、そのため照明装置内には光半導体素子に対向するようにレンズが設けられる。また、光半導体素子は、高出力化すると発光効率が低下する現象が起きるため、照明装置には必要に応じた複数の光半導体素子を配置し、それによって全体としての出力を確保するようにしている。このため、照明装置内には、各光半導体素子に対応してレンズを複数配置するようにしている。 Conventionally, lighting devices using optical semiconductor elements such as LEDs are known. The light from the optical semiconductor element is a point light source and has a wide emission angle. In order to use this light as illumination light, it is necessary to control the light emission angle and diffuse the light. Therefore, a lens is provided in the illumination device so as to face the optical semiconductor element. In addition, since the optical semiconductor element has a phenomenon in which the light emission efficiency decreases when the output is increased, a plurality of optical semiconductor elements are arranged in the lighting device as necessary, thereby ensuring the overall output. Yes. For this reason, a plurality of lenses are arranged in the illumination device corresponding to each optical semiconductor element.
レンズを複数配置するための構成としては、複数のレンズをそれぞれ光半導体素子に取付けるものもあるが、レンズを個々に形成した上で光半導体素子との位置決めを行いつつ取付を行うには、多くの工数が必要となり、製造効率が悪いと共に、コストもかかるという欠点がある。また、樹脂材等からなるレンズで光半導体素子を覆うようにして一体化した場合、光半導体素子から放熱しにくくなり、光半導体素子の寿命を短くしてしまうという問題もある。 As a configuration for arranging a plurality of lenses, there are some that attach a plurality of lenses to an optical semiconductor element, but there are many cases in which the lens is individually formed and then mounted while positioning with the optical semiconductor element. However, there is a drawback that the manufacturing efficiency is low and the cost is high. In addition, when the optical semiconductor element is integrated so as to cover the optical semiconductor element with a lens made of a resin material or the like, there is a problem in that it is difficult to radiate heat from the optical semiconductor element and the life of the optical semiconductor element is shortened.
一方、レンズを1枚の板状に複数形成してアレイ状とすることも考えられる。この場合には、複数のレンズを有したレンズ部材を射出成形等により形成し、レンズ部材を照明装置内に位置決め固定することで、それぞれのレンズが光半導体素子に対向するように配置することができるので、工数を大幅に削減し、コストダウンを図ることができる。このような照明装置に用いられるレンズ部材としては、例えば特許文献1に挙げるようなものがある。
On the other hand, it is also conceivable to form an array by forming a plurality of lenses in a single plate. In this case, a lens member having a plurality of lenses is formed by injection molding or the like, and the lens member is positioned and fixed in the lighting device, so that each lens is disposed so as to face the optical semiconductor element. As a result, man-hours can be greatly reduced and costs can be reduced. As a lens member used for such an illuminating device, for example, there is one described in
光半導体素子からの光を確実に集光・拡散するためには、レンズ部材においてレンズ間の寸法が正確に形成されて、光半導体素子とレンズがそれぞれ正確に対応することが必要がある。しかし、従来のレンズ部材は、樹脂材によって形成されており、樹脂材の線膨張係数は大きいため、射出成形による加工時にレンズ間の寸法を正確に形成するのが困難である。 In order to reliably collect and diffuse the light from the optical semiconductor element, it is necessary that the dimension between the lenses is accurately formed in the lens member, and the optical semiconductor element and the lens correspond to each other accurately. However, the conventional lens member is formed of a resin material, and since the linear expansion coefficient of the resin material is large, it is difficult to accurately form the dimensions between the lenses during processing by injection molding.
また、照明装置において光半導体素子は、放熱性を良好にするため、金属板からなる素子基板に配置される。一方で、従来のレンズ部材は、樹脂材によって形成されているため、温度変化による伸び量が異なり、このことも光半導体素子とレンズ間の位置関係がずれる要因となっていた。 In the lighting device, the optical semiconductor element is disposed on an element substrate made of a metal plate in order to improve heat dissipation. On the other hand, since the conventional lens member is formed of a resin material, the amount of elongation due to a temperature change is different, which is also a factor that shifts the positional relationship between the optical semiconductor element and the lens.
本発明は前記課題を鑑みてなされたものであり、レンズ間の寸法を正確に形成でき、光半導体素子との位置ずれを防止することのできるレンズ部材及びそれを用いた照明装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a lens member capable of accurately forming a dimension between lenses and preventing positional displacement with an optical semiconductor element, and an illumination device using the same. With the goal.
前記課題を解決するため、本発明に係るレンズ部材は、複数の光半導体素子が素子基板に配置される照明装置の、前記素子基板に対向して設けられ、前記光半導体素子毎に対応する複数のレンズを金属材からなるレンズ基板に有してなるレンズ部材において、
前記レンズ基板は前記レンズが設けられる位置に貫通孔を有し、前記レンズは前記貫通孔の位置にアウトサート成形されて、周縁部が前記レンズ基板の両面を挟持してなることを特徴として構成されている。
In order to solve the above-described problem, a lens member according to the present invention is provided in a lighting device in which a plurality of optical semiconductor elements are arranged on an element substrate so as to face the element substrate. In a lens member having a lens substrate made of a metal material,
The lens substrate has a through hole at a position where the lens is provided, the lens is outsert-molded at the position of the through hole, and a peripheral portion sandwiches both surfaces of the lens substrate. Has been.
また、本発明に係るレンズ部材は、前記レンズ基板には、位置決め孔が貫通状に形成されることを特徴として構成されている。 The lens member according to the present invention is characterized in that a positioning hole is formed in the lens substrate in a penetrating manner.
さらに、本発明に係るレンズ部材は、前記位置決め孔には、略円筒状の固定ボスが前記レンズ基板の両面に渡るようにアウトサート成形されることを特徴として構成されている。 Furthermore, the lens member according to the present invention is characterized in that the positioning hole is outsert-molded so that a substantially cylindrical fixed boss extends over both surfaces of the lens substrate.
さらにまた、本発明に係るレンズ部材は、前記レンズ基板は、表面に前記レンズを成形する際に形成されるゲート跡部及びランナー跡部を有することを特徴として構成されている。 Furthermore, the lens member according to the present invention is characterized in that the lens substrate has a gate trace portion and a runner trace portion formed when the lens is molded on the surface.
そして、本発明に係るレンズ部材は、前記ランナー跡部は前記ゲート跡部とレンズの間で少なくとも1回屈曲してなることを特徴として構成されている。 The lens member according to the present invention is characterized in that the runner trace is bent at least once between the gate trace and the lens.
また、本発明に係る照明装置は、金属材からなる素子基板上に複数の光半導体素子を配置し、該光半導体素子毎にレンズが対向配置される照明装置において、
前記レンズは金属材からなるレンズ基板に形成されてレンズ部材を構成し、前記レンズ基板は前記レンズが設けられる位置に貫通孔を有し、該貫通孔の位置に前記レンズがアウトサート成形されて、前記レンズの周縁部が前記レンズ基板の両面を挟持し、
前記レンズ部材は前記素子基板と離隔して対向配置されることを特徴として構成されている。
Further, the illumination device according to the present invention is a lighting device in which a plurality of optical semiconductor elements are arranged on an element substrate made of a metal material, and a lens is arranged to face each optical semiconductor element.
The lens is formed on a lens substrate made of a metal material to form a lens member. The lens substrate has a through hole at a position where the lens is provided, and the lens is outsert-molded at the position of the through hole. , The periphery of the lens sandwiches both surfaces of the lens substrate,
The lens member is configured to be opposed to the element substrate at a distance.
本発明に係るレンズ部材によれば、金属板からなるレンズ基板はレンズが設けられる位置に貫通孔を有し、レンズは貫通孔の位置にアウトサート成形されて、周縁部がレンズ基板の両面を挟持してなることにより、レンズ基板の素材を素子基板の素材と合わせて、熱膨張によるレンズと光半導体素子のずれを防止することができると共に、複数のレンズを一括形成できるので、レンズ間の寸法を正確にすることができる。 According to the lens member of the present invention, the lens substrate made of a metal plate has a through hole at a position where the lens is provided, the lens is outsert-molded at the position of the through hole, and the peripheral portion covers both surfaces of the lens substrate. By sandwiching, the lens substrate material and the element substrate material can be combined to prevent the lens and the optical semiconductor element from being displaced due to thermal expansion, and a plurality of lenses can be formed at one time. The dimensions can be accurate.
また、本発明に係るレンズ部材によれば、レンズ基板には、位置決め孔が貫通状に形成されることにより、レンズ部材と素子基板とを対向させて容易に位置決め固定することができる。 In addition, according to the lens member of the present invention, since the positioning hole is formed in the lens substrate so as to penetrate, the lens member and the element substrate can be easily positioned and fixed facing each other.
さらに、本発明に係るレンズ部材によれば、位置決め孔には、略円筒状の固定ボスがレンズ基板の両面に渡るようにアウトサート成形されることにより、レンズ部材と素子基板との間隔を容易に設定でき、より簡単に照明装置を製造することができる。 Furthermore, according to the lens member according to the present invention, the positioning hole is outsert-molded so that the substantially cylindrical fixed boss extends over both surfaces of the lens substrate, so that the distance between the lens member and the element substrate is easy. The lighting device can be manufactured more easily.
さらにまた、本発明に係るレンズ部材によれば、レンズ基板は、表面にレンズを成形する際に形成されるゲート跡部及びランナー跡部を有することにより、レンズを多数個取りの射出成形の手法を用いて容易に形成することができる。 Furthermore, according to the lens member of the present invention, the lens substrate has a gate trace portion and a runner trace portion that are formed when the lens is molded on the surface, thereby using an injection molding technique for obtaining a large number of lenses. And can be formed easily.
そして、本発明に係るレンズ部材によれば、ランナー跡部はゲート跡部とレンズの間で少なくとも1回屈曲してなることにより、射出成形後にランナー跡部が収縮しても、レンズに影響を与えないようにすることができ、ランナー跡部を除去しなくてもよいので、製造の工数を減らしてより低コスト化することができる。 According to the lens member of the present invention, the runner trace portion is bent at least once between the gate trace portion and the lens so that even if the runner trace portion contracts after injection molding, the lens is not affected. Since it is not necessary to remove the runner trace portion, the number of manufacturing steps can be reduced and the cost can be further reduced.
本発明の実施形態について図面に沿って詳細に説明する。図1には、本実施形態における照明装置の断面図を示している。この図に示すように、本実施形態における照明装置は、複数の光半導体素子3を配置した素子基板1と、各光半導体素子3に対応して設けられる複数のレンズ5を設けてなるレンズ部材2とが、対向配置されて構成されている。光半導体素子3から出射される各々の光は発散光であって、それぞれレンズ部材2のレンズ5によって、所定の角度で広がるように集光される。
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In FIG. 1, sectional drawing of the illuminating device in this embodiment is shown. As shown in this figure, the illumination device in the present embodiment is a lens member provided with an
素子基板1は、アルミニウム、銅、鉄のいずれかからなる金属板によって構成されている。素子基板1の表面には、各光半導体素子3を絶縁すると共に、電力供給等をなす回路部10が形成されている。光半導体素子3は、LEDからなり、素子基板1に対して垂直方向に向かって、1点から所定角度で広がるように光を出射する。なお、図1には、光半導体素子3が一列状にしか表れていないが、手前側または奥側には、同様の配列で複数の光半導体素子3が配置されている。すなわち、光半導体素子3は素子基板1においてマトリックス状に配列されている。
The
レンズ部材2は、アルミニウム、銅、鉄のいずれかからなる金属板からなるレンズ基板4に、対向する素子基板1の各光半導体素子3に対応するようにレンズ5を設けている。レンズ基板4の素材は、素子基板1の素材と同じであることが望ましい。レンズ基板4には、光半導体素子3からの光を透過させるための貫通孔20が、素子基板1と所定の対向状態となったときに各光半導体素子3の直下となる位置に、それぞれ形成されている。これらの貫通孔20を塞ぐように、レンズ5がアウトサート成形により各々形成されている。
The
レンズ5は、光半導体素子3と対向する側の面が平面状の入射面5aとされており、出射側の面が凸状のレンズ面5bとされている。光半導体素子3から出射される発散光は、レンズ5によって所定の角度で広がるように調整される。
The surface of the
レンズ5は、樹脂材料からなり、レンズ基板4に対してアウトサート成形により形成されているので、その周縁部がレンズ基板4に形成される貫通孔20の周りを挟持した形となっている。また、レンズ基板4は、射出成形によりレンズ5を形成する際にできるゲート跡部22及びランナー跡部23を光の出射側の表面に有している。
Since the
図2には、レンズ部材2の平面図を示している。この図は、レンズ部材2を光の出射側の面から見ている。図2に示すように、レンズ5は光半導体素子3の配置に合わせて、一列に4つ設けられると共に、その列が2列形成されて、合計8つが設けられている。ゲート跡部22は、射出成形時において、図中右側4つのレンズ5に対して樹脂材料を供給するゲートと、図中左側4つのレンズ5に対して樹脂材料を供給するゲートに対応した2つに加えて、後述する固定ボス24を形成するための1つの、合計3つが設けられている。
FIG. 2 shows a plan view of the
樹脂材料を供給するゲートに対応したゲート跡部22とレンズ5または固定ボス24との間には、それぞれ射出成形時のランナーに対応してランナー跡部23が形成されている。ランナー跡部23は、ゲート跡部22とレンズ5または固定ボス24との間で、少なくとも1回屈曲するように形成されている。本実施形態では、ゲート跡部22とレンズ5を繋ぐランナー跡部23は、1回屈曲しており、ゲート跡部22と固定ボス24を繋ぐランナー跡部23は、2回屈曲している。
A
このように、ランナー跡部23が屈曲しているということは、射出成形時のランナーが屈曲しているということを意味する。ランナー跡部23は、射出成形後に収縮するため、成形後においてレンズ5の位置に誤差を生じさせる原因ともなるが、ランナーを屈曲させていることにより、収縮が起きてもレンズ5に影響を与えないようにすることができる。したがって、ランナー跡部23を成形後に取り除く必要もなく、工数を減らしてコストダウンを図ることができる。
Thus, that
レンズ基板4には、図1に示すように貫通孔20の他に位置決めをなすための位置決め孔21が貫通状に形成されている。素子基板1には、レンズ部材2との位置決めのために中空状の固定部11が形成されており、この固定部11に対応してレンズ基板4の位置決め孔21が配置されている。
As shown in FIG. 1, the
レンズ基板4のうち中央部の位置決め孔21には、周囲を取り囲むように円筒状の固定ボス24が樹脂材により形成されている。固定ボス24は、レンズ5と共にアウトサート成形により形成される。固定ボス24の中空内部と固定部11の中空内部は連通状となっており、ここにビス25が螺合される。
A cylindrical fixed
また、レンズ基板4のうち両側の位置決め孔21には、固定ボス24は形成されておらず、素子基板1の固定部11との間に円筒状のスペーサー26が設けられる。位置決め孔21とスペーサー26の中空内部及び固定部11の中空内部は連通状となっており、ここにビス25が螺合される。これらのビス25によって、素子基板1とレンズ部材2が位置決め固定される。
In addition, the fixing
なお、本実施形態では、素子基板1とレンズ部材2を固定するために、レンズ基板4に設けられる位置決め孔21に対し、一部には固定ボス24を形成し、一部はそのままとしてスペーサー26を介し固定をなすようにしているが、いずれか一方のみの構造で位置決め固定をなしてもよいことはいうまでもない。
In the present embodiment, in order to fix the
図3には、レンズ部材2の射出成形時の概念的な断面図を示している。射出成形に用いられる金型は、上金型31と下金型32からなり、上金型31は表面にレンズ成形部31a及び固定ボス成形部31bを備え、下金型32も表面にレンズ成形部32a及び固定ボス成形部32bを備えている。
FIG. 3 shows a conceptual cross-sectional view of the
上金型31と下金型32の間には、レンズ基板4が挿入されており、上下のレンズ成形部31a、32aはレンズ基板4の貫通孔20の位置に配置され、上下の固定ボス成形部31b、32bはレンズ基板4の位置決め孔21の位置に配置されて、それぞれレンズ5と固定ボス24の形状を有する空間部を形成する。空間部は、レンズ基板4の貫通孔20や位置決め孔21の周りの部分と重なり合っており、この部分で樹脂材がレンズ基板4を挟持することとなる。また、上金型31にはゲート33とランナー34が形成されている。
The
上金型31にはノズル装置30が挿入されており、ノズル装置30の先端はゲート33と連通している。レンズ5や固定ボス24を構成する樹脂材料は、ノズル装置30からゲート33を介して金型内に注入され、ランナー34を介して金型間の空間部を充填し、レンズ5や固定ボス24が形成される。ゲート33からは複数の方向にランナー34が伸びており、射出成形における多数個取りの手法が用いられている。一方で、成形されたレンズ5や固定ボス24は、ランナー跡部23から切り離す必要がなく、簡易に一括してレンズ部材2を形成することができる。なお、ゲート33やランナー34の配置については、図2に示されるものには限られず、レンズ部材2の反対側の面に形成されてもよいし、また両面に設けてもよい。
A
このようにして形成されたレンズ部材2は、レンズ基板4が素子基板1と同じく金属板で構成されているため、温度変化による伸縮を同程度とすることができ、光半導体素子3とレンズ5の位置ずれを防止することができる。また、レンズ5や固定ボス24をアウトサート成形により一括的に形成しているので、これらの位置関係を正確にして、光半導体素子3からの光を確実に集光させることができる。さらに、レンズ部材2は素子基板1と離隔して対向配置されているため、光半導体素子3からの放熱性を良好にすることができ、光半導体素子3の寿命を長くすることができる。
In the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の適用は本実施形態には限られず、その技術的思想の範囲内において様々に適用されうるものである。例えば、素子基板1における光半導体素子3の数と配置及びレンズ部材2におけるレンズ5の数と配置は、本実施形態には限られず、必要に応じて適宜設定される。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the application of the present invention is not limited to this embodiment, and can be applied in various ways within the scope of its technical idea. For example, the number and arrangement of the
1 素子基板
2 レンズ部材
3 光半導体素子
4 レンズ基板
5 レンズ
10 回路部
11 固定部
20 貫通孔
21 位置決め孔
22 ゲート跡部
23 ランナー跡部
24 固定ボス
25 ビス
26 スペーサー
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記レンズ基板は前記レンズが設けられる位置に貫通孔を有し、前記レンズは前記貫通孔の位置にアウトサート成形されて、周縁部が前記レンズ基板の両面を挟持してなることを特徴とするレンズ部材。 In a lighting device in which a plurality of optical semiconductor elements are arranged on an element substrate, a lens is provided opposite to the element substrate, and has a plurality of lenses corresponding to each of the optical semiconductor elements on a lens substrate made of a metal material. In the member,
The lens substrate has a through hole at a position where the lens is provided, the lens is outsert-molded at the position of the through hole, and a peripheral portion sandwiches both surfaces of the lens substrate. Lens member.
前記レンズは金属材からなるレンズ基板に形成されてレンズ部材を構成し、前記レンズ基板は前記レンズが設けられる位置に貫通孔を有し、該貫通孔の位置に前記レンズがアウトサート成形されて、前記レンズの周縁部が前記レンズ基板の両面を挟持し、
前記レンズ部材は前記素子基板と離隔して対向配置されることを特徴とする照明装置。 In an illuminating device in which a plurality of optical semiconductor elements are arranged on an element substrate made of a metal material, and lenses are arranged to face each optical semiconductor element,
The lens is formed on a lens substrate made of a metal material to form a lens member. The lens substrate has a through hole at a position where the lens is provided, and the lens is outsert-molded at the position of the through hole. , The periphery of the lens sandwiches both surfaces of the lens substrate,
The illumination device according to claim 1, wherein the lens member is disposed opposite to the element substrate.
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