JP2013030728A - 光源モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】光源モジュールである。
【解決手段】この光源モジュールは、回路基板と、発光ダイオードと、レンズと、ランプシェードとを備える。このレンズの上表面は、平坦表面と弧状側面とを含む第１の凹部を有する。平坦表面は上表面の中心に位置し、弧状側面は平坦表面を取り囲んで、第１の凹部を形成するようにレンズの側面から平坦表面まで延びる。このレンズの下表面は、凹空間を定めて弧状表面と側壁部とを含む第２の凹部を有する。弧状表面は、上表面の平坦表面に対向して凹空間へ突き出す。側壁部は、凹空間を取り囲む。側壁部の内表面は、弧状であってレンズの内部へ凹む。発光ダイオードは凹空間に設けられるが、ランプシェードはレンズを透過した光線を拡散する。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、光源モジュールに関し、特に、発光ダイオードのビーム角を増加できる光源モジュールに関する。

従来の白熱電球は、発光効率が低いため、環境保護・省エネのメガトレンドで、その使用が世界各国で次々と禁じられてきたが、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ；ＬＥＤ）は、潜在力が極めて高い代替光源となる。従来の白熱電球は、発光角度が約３００度に到達できる（最高光強度の半分で広がる角度範囲によって、その発光角度を推算する）。従来のＬＥＤがランバート（Ｌａｍｂｅｒｔｉｏｎ）空間光場分布を有するため、複数のＬＥＤ結晶粒からなるＬＥＤ照明器具は、光場分布のせいで、光出力の角度が狭くなり、且つ広い照明空間範囲において、均一（無方向性）な照度分布に達成しにくい。このように、ＬＥＤ照明器具は、直接グレアの問題をきたしてしまうだけではなく、延いては白斑の発生も可能であり、更にＬＥＤの従来の白熱電球に取って代わる速度も限定されてしまう。

本発明の一側面は、もともと指向性の高いＬＥＤ光源を、従来の白熱電球に相当する光出力角度範囲に達成させて、光場分布を均一化し、照度のバラツキと白斑の発生の増加を避ける光源モジュールを提供する。

本発明の実施例によると、この光源モジュールは、回路基板と、レンズと、少なくとも１つのダイオードチップとを備える。レンズは、回路基板の表面に設けられる円筒基材である。レンズは、側表面と、上表面と、下表面とを含む。上表面は、平坦表面と弧状側面とを含む第１の凹部を有する。平坦表面は、上表面の中心に位置し、回路基板の表面に、発光ダイオードを設けるための設置領域を定める。この設置領域は、回路基板の表面における平坦表面の垂直投影である。弧状側面は平坦表面を取り囲んで、第１の凹部を形成するように、側表面から平坦表面まで延びる。下表面は、凹空間を定めて弧状表面と側壁部とを含む第２の凹部を有する。弧状表面は、平坦表面に対向して凹空間へ突き出す。側壁部は、凹空間を取り囲み、レンズの内部へ凹む弧状の内表面を有する。ダイオードチップは、ダイオードチップからの光線がレンズを透過してレンズの外に均一に散乱するように、回路基板のダイオード設置領域に設けられる。

前記説明から分かるように、本発明の実施例における光源モジュールは、指向性の高いＬＥＤ出力光線を比較的に均一で角度の大きい出力光線に変えることができ、このような光源モジュールは、従来の白熱電球に相当する光出力角度範囲に容易に達成でき、且つ、均一化した光場分布を有し、照度のバラツキと白斑の発生の増加を避けた。

本発明の前記と他の目的、特徴、メリットをより分かりやすくするために、前文で特に複数の好ましい実施例を挙げて、添付図面にあわせて、以下のように詳しく説明する。
本発明の実施例によるレンズ１００の立体構造を示す模式図である。 図１ＡのカットラインＡ−Ａ’に沿って観察したレンズの断面構造を示す模式図である。 本発明の実施例による光源モジュール２００の断面構造を示す模式図である。 本発明の実施例による光源モジュールの発光ダイオードの発した光線の経路を示す図である。 本発明の実施例における光源モジュールの光場分布を示す図である。 本発明の実施例におけるよる光源モジュールの光場分布を示す図である。 本発明の実施例におけるよる光源モジュールの光場分布を示す図である。 本発明の実施例におけるよる光源モジュールの光場分布を示す図である。

本発明の実施例によるレンズ１００の立体構造を示す模式図である図１Ａと、図１ＡのカットラインＡ‐Ａ’に沿って観察したレンズ１００の断面構造を示す模式図である図１Ｂをともに参照する。レンズ１００は円筒構造であり、その上表面１１０が凹部１１２を有する。凹部１１２は、平坦表面１１２ａと弧状側面１１２ｂとを含む。平坦表面１１２ａは、上表面１１０の中心に位置する。弧状側面１１２ｂは、外向きに突き出して（レンズの外へ）平坦表面１１２ａを取り囲む。弧状側面１１２ｂは、凹部１１２を形成するように、側表面１２０から平坦表面１１２ａまで延び、ただし弧状側面１１２ｂと側表面１２０との隣接部が、上表面１１０の最高所であり、このように、レンズ１００の上表面１１０の高度は、側表面１２０から平坦表面１１２ａへ徐々に下がっていく。

下表面１３０は、凹空間１３４を定めて、弧状表面１３６と側壁部１３８とを含む凹部を有する。弧状表面１３６は、上表面１１０の平坦表面１１２ａに対向して、凹空間１３４へ突き出す。側壁部１３８は、凹空間１３４を取り囲んで、弧状の内面１３８ａを有する。内表面１３８ａは、レンズの内部へ凹む。図２Ｂから分かるように、側壁部１３８の構造は平凹レンズに類似しており、凹部内に位置する光源の発射した光線に対して拡散を行うことができる。

本実施例において、レンズ１００の材質として、ポリカーボネート（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ；ＰＣ）、エポキシ樹脂（Ｅｐｏｘｙ）、シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ）又はガラスであってよいが、本発明の実施例はこれに限定されない。

本発明の実施例による光源モジュール２００の断面構造を示す模式図である図２Ａと、発光ダイオードの発した光線の経路を示す図である図２Ｂをともに参照する。図２Ａに示すように、光源モジュール２００は、レンズ１００と、回路基板２１０と、少なくとも１つの発光ダイオード２２０と、ランプシェード２３０とを備える。発光ダイオード２２０とレンズ１００は、回路基板２１０に設けられ、且つ発光ダイオード２２０がレンズ１００の凹空間１３４に設けられレンズ１００の平坦表面１１２ａの直下に位置する。つまり、平坦表面１１２ａは、１つのダイオード設置領域２１２を回路基板２１０の表面に垂直に投影し、発光ダイオード２２０は、その主な出光方向（光強度の高い方向）が平坦表面１１２ａを向くようにダイオード設置領域２１２に設けられる。

図２Ｂに示すように、発光ダイオード２２０が動作すると、直上へ発射された発光ダイオード２２０の光線Ｌ１は、レンズ１００の弧状表面１３６と平坦表面１１２ａを透過して、ランプシェード２３０に到達するが、Ｌ２のような他の方向へ発射された発光ダイオード２２０の光線は、レンズ１００の弧状表面１３６と弧状側面１１２ｂを透過して、ランプシェード２３０に到達する。このような１次光学設計によって、発光ダイオード２２０のランバート（Ｌａｍｂｅｒｔｉｏｎ）光場分布を、より均一化した光場分布に変えることができる。

光線がランプシェード２３０に到達した後に、ランプシェード２３０によって、到達した光線が散乱され、この２次光学設計によって、更に発光ダイオード２２０の光線をより均一にすることができる。本実施例において、ランプシェード２３０の材質は、高光透過性を持つ光拡散材である。

本発明の実施例における光源モジュール２００の光場分布を示す図である図３Ａ〜図３Ｄを参照する。図３Ａ〜図３Ｄに示す光場分布図から分かるように、光源モジュール２００は、確かにレンズ１００の１次光学設計及びランプシェード２３０の２次光学設計によって、発光ダイオード２２０の光線を均一化し、光出力角度を３００度以上まで大幅に向上させることができる（現在、テストデータが３２８．５度である）。

以上を纏めて言えば、本発明の実施例は、レンズ及びそれを適用した光源モジュールを提供する。このレンズは、もともと方向性のある（ビーム角０〜１８０度）ＬＥＤ光源を全方向性（ビーム角１８１度以上、又は無方向性と呼ばれる）光源にすることができ、このレンズを適用した光源モジュールは、ランプシェードの２次光学設計を利用してＬＥＤの出光角度と光の均一度を更に強化して、光源モジュールから出力した光線を従来の白熱電球に相当する光出力角度範囲に達成させ、均一化した光場分布と低いグレア値を持たせることができる。

本発明を複数の実施例により上記のように開示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の技術分野において、当業者ならだれでも、本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、多様な変動や修飾を加えることができ、従って、本発明の保護範囲は、後の請求の範囲で指定した内容を基準とする。

１００ レンズ、１１０ 上表面、１１２ 凹部、１１２ａ 平坦表面、１１２ｂ 弧状側面、１２０ 側表面、１３０ 下表面、１３４ 凹空間、１３６ 弧状表面、１３８ 側壁部、１３８ａ 内表面、２００ 光源モジュール、２１０ 回路基板、２１２ 設置領域、２２０ 発光ダイオード、２３０ ランプシェード、Ｌ１、Ｌ２ 光線、Ａ‐Ａ’ カットライン

Claims (6)

1. 回路基板と、
   前記回路基板の表面に設けられる円筒基材であって、側表面と、上表面と、下表面とを含み、前記上表面が、前記上表面の中心に位置し、前記回路基板の前記表面に、前記回路基板の前記表面におけるその垂直投影である設置領域を定める平坦表面と、前記平坦表面を取り囲んで、第１の凹部を形成するように前記側表面から前記平坦表面まで延びる弧状側面とを含む第１の凹部を有し、前記下表面が、前記回路基板に隣接し、凹空間を定める第２の凹部を有し、前記第２の凹部が、前記平坦表面に対向して前記凹空間へ突き出す弧状表面と、前記凹空間を取り囲み、レンズの内部へ凹む弧状の内表面を有する側壁部とを含むレンズと、
   発射した光線が前記レンズを透過して前記レンズの外に均一に散乱するように、前記回路基板の前記設置領域に設けられる少なくとも１つの発光ダイオードチップと、
   前記レンズを保護するように被覆し、前記レンズを透過した光線を拡散することによって、光源モジュールに３００度以上の出光角度を持たせるランプシェードと、
   を備える、光源モジュール。
2. 前記レンズの前記弧状側面と前記レンズの前記側表面との隣接部が、前記レンズの前記上表面の最高所である、請求項１に記載の光源モジュール。
3. 前記レンズの前記弧状側面が、外向きに突き出す、請求項２に記載の光源モジュール。
4. 前記レンズの前記側表面の延びる方向が、前記平坦表面の延びる方向に垂直である、請求項３に記載の光源モジュール。
5. 前記レンズの材質が、ポリカーボネートである、請求項１に記載の光源モジュール。
6. 前記少なくとも１つの発光ダイオードチップが、指向性の光場分布を有し、且つ主な発光方向が前記レンズの前記平坦表面に向かう、請求項１に記載の光源モジュール。

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