JP2013516785A - 非球面ｌｅｄレンズ及びそれを含む発光装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、中心軸に対して放射状に対称をなす非球面ＬＥＤレンズ及びそれを含む発光装置に関する。前記非球面ＬＥＤレンズは、前記中心軸の付近が凹状に陥没した出光面と、前記中心軸上に頂点が位置する円錐状面からなる入光面とを含み、前記出光面のうち側面の一部に複数の突起が形成されることを特徴とする。このように構成することによって、前記非球面ＬＥＤレンズを含む発光装置を表示装置に使用する場合、パネルの照度を均一化すると同時に、色収差を著しく減少させることができる。

Description

本発明は、ＬＥＤ用レンズに関し、具体的には、非球面ＬＥＤレンズ及びそれを含む発光装置に関する。
（関連技術の相互参照）
本願は、ここに完全に示されるように、参照によってここに組み込まれる２０１０年１月７日に出願された韓国特許出願第２０１０−０００１０５９号及び２０１０年３月３０日に出願された韓国特許出願第２０１０−００２８６９３号の優先権及びその利益を、主張する。
発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ；ＬＥＤ）は、電流印加によってＰ―Ｎ半導体接合（Ｐ―Ｎ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）構造で電子と正孔が再結合するとき、電位差によって光を発する半導体発光装置であって、このようなＬＥＤは、窒化ガリウム（ＧａＮ）、砒素化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、ガリウム―砒素―リン（ＧａＡｓ１―ｘＰｘ）、ガリウム―アルミニウム―砒素（Ｇａ１―ｘＡｌｘＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、インジウム―ガリウム―リン（Ｉｎ１―ｘＧａｘＰ）などの化合物半導体で構成され、従来は表示用ランプや数字などの単純な情報表示に多く応用されてきたが、最近は、産業技術の発展、特に、情報表示技術や半導体技術等の技術の発展に伴い、液晶表示装置などのＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）分野はもちろん、一般の照明分野で使用されるに至った。
特に、ＬＥＤは、既存の光源に比べて電力効率に優れ、寿命が何倍も長い上に、有害な紫外線の放射がなく、環境にやさしいというメリットがあるので、最近は、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）に取って代わることのできる光源としてＬＥＤがますます脚光を浴びている。
ただし、ＬＥＤは、点光源の特性上、表示装置のバックライト光源として使用する場合、ＬＥＤの直上側のパネルでは照度が大きく、各ＬＥＤ間の領域では照度が低いため、パネル全体の照度が不均一になる。また、ＬＥＤを街路灯照明に使用する場合、街路灯の真下の領域のみが明るく、各街路灯間の路面は非常に暗くなり、歩行者及び運転手に不便をもたらすという望ましくない問題があった。
具体的に、従来の半球型ＬＥＤレンズをバックライト用光源に利用する場合を例に挙げて説明する。
すなわち、図１〜図３を参照すると、図１は、従来の半球型ＬＥＤレンズを有する発光装置１００の断面図で、図２は、発光装置１００から放射された光の指向角を示す曲線グラフで、図３は、発光装置１００をバックライト用光源として適用した場合、発光装置１００の配列による表示装置のパネル上の照度を示すグラフである。
図１に示したように、従来の発光装置１００は、光を放射するＬＥＤチップ２と、前記ＬＥＤチップ２から出射された光の角度を制御する半球状のＬＥＤレンズ４とを含む。一方、白色光を発生させるために、前記ＬＥＤチップ２上には蛍光物質（図示せず）を塗布することができる。
図２を参照すると、図１の従来技術に係る発光装置１００から放射された光は、半球状からなる前記レンズ４の構造上、前記レンズ４の中心に集中するので、前記レンズの中心軸において照度が強くなり、左右側に移動するほど照度が弱くなるように、対称的な指向角のパターンを有する。
したがって、図３に示すように、従来の半球型ＬＥＤレンズを有する発光装置１００が表示装置のバックライトユニット内で一列に配列される場合、発光装置１００の上部に置かれたパネル上での照度グラフは均一でなく、明部と暗部が繰り返されるようになる。
したがって、発光装置をバックライト用光源に使用する場合、発光装置の中心側よりも周辺の両側における光量又は光の強さが大きく、且つ通常の非球面レンズにおける色収差の問題が深刻でない非球面ＬＥＤレンズが必要とされている。
また、発光装置を照明用光源に使用する場合、対称的な指向角パターンをもたらす従来の半球型ＬＥＤレンズとは異なり、ＬＥＤ用レンズの長軸と短軸方向を基準にして指向角パターンを非対称形状にする非球面ＬＥＤレンズが必要とされている。
本発明は、前記のような問題を解決するためのもので、本発明の技術的課題は、発光ダイオードチップから放射された光の指向角曲線パターンを二つのピーク形態に変化させ、色収差を最小化する非球面ＬＥＤレンズ及びこれを含む発光装置を提供することにある。
本発明の技術的課題は、発光ダイオードチップから放射された光の指向角の曲線パターンをＬＥＤ用レンズの長軸と短軸方向を基準にして非対称形状にする非球面ＬＥＤレンズ及びこれを含む発光装置を提供することにある。
本発明の更なる特徴は以下の記載に説明され、その特徴の一部は本願明細書から明らかであり、若しくは発明の実施によって知ることができるであろう。
本発明の一側面によると、中心軸に対して放射状に対称的な構造をなす非球面ＬＥＤレンズが提供される。前記非球面ＬＥＤレンズは、前記中心軸の付近が凹面状に陥没した出光面と、前記中心軸上に頂点が位置する円錐状面からなる入光面とを含み、前記出光面のうち側面の一部に複数の突起が形成されることを特徴とする。
望ましくは、前記非球面ＬＥＤレンズは、液状シリコーンゴム（Ｌｉｑｕｉｄ Ｓｉｌｉｃｏｎｅ Ｒｕｂｂｅｒ、ＬＳＲ）で形成されることを特徴とする。
望ましくは、前記非球面ＬＥＤレンズは、前記出光面が少なくとも二つの直線部を含むことを特徴とする。
望ましくは、前記非球面ＬＥＤレンズは、前記二つの直線部が前記中心軸線で交わり、前記直線部はそれぞれ、水平方向に対して約１０°以上約４０°以下の傾斜を有することを特徴とする。
望ましくは、前記非球面ＬＥＤレンズは、前記出光面が曲率半径の異なる複数の曲線部の組み合わせからなることを特徴とする。
望ましくは、前記非球面ＬＥＤレンズは、前記曲率半径が約１．０以上約５．０以下であることを特徴とする。
本発明の他の一側面によると、色収差が改善されたバックライト用発光装置が提供される。前記バックライト用発光装置は、ハウジングと、前記ハウジング上に実装された発光ダイオードチップと、前記発光ダイオードチップの上部に形成され、中心軸に対して放射状の対称的な構造をなす非球面ＬＥＤレンズとを含む。ここで、前記非球面ＬＥＤレンズは、前記中心軸の近傍で凹状に陥没した出光面と、前記中心軸上に頂点が位置する円錐状面からなる入光面とを含み、前記出光面のうち側面の一部に複数の突起が形成されることを特徴とする。
望ましくは、前記発光ダイオードチップから出射されて前記非球面ＬＥＤレンズを通過した光は、前記バックライト用発光装置の中央部において、光量及び光の強さがピーク値の約３０％〜約４０％に該当し、光の指向角の曲線のピーク角度が約±６７°になることを特徴とする。
望ましくは、前記バックライト用発光装置は、前記非球面ＬＥＤレンズが液状シリコーンゴム（Ｌｉｑｕｉｄ Ｓｉｌｉｃｏｎｅ Ｒｕｂｂｅｒ、ＬＳＲ）で形成されることを特徴とする。
望ましくは、前記バックライト用発光装置において、前記非球面ＬＥＤレンズの前記出光面が少なくとも二つの直線部を含むことを特徴とする。
望ましくは、前記バックライト用発光装置は、前記二つの直線部が前記中心軸線で交わり、前記直線部は、水平方向に対して約１０°以上約４０°以下の傾斜を有することを特徴とする。
望ましくは、前記バックライト用発光装置において、前記非球面ＬＥＤレンズの前記出光面が曲率半径の異なる複数の曲線部の組み合わせからなることを特徴とする。
望ましくは、前記バックライト用発光装置において、前記曲率半径が約１．０以上約５．０以下であることを特徴とする。
望ましくは、前記バックライト用発光装置において、前記発光ダイオードチップは、前記非球面ＬＥＤレンズの前記中心軸と前記ハウジングとが交わる位置に配置されることを特徴とする。
望ましくは、前記バックライト用発光装置において、前記ハウジングが所定深さのキャビティを有し、前記発光ダイオードチップが前記キャビティ内に位置することを特徴とする。
望ましくは、前記バックライト用発光装置において、前記キャビティが前記発光ダイオードチップを封止する封止材で充填されたことを特徴とする。
望ましくは、前記バックライト用発光装置において、前記非球面ＬＥＤレンズは、前記液状シリコーンゴムと拡散剤との混合物を射出成形することによって形成されることを特徴とする。
本発明の更に他の一側面によると、発光ダイオードチップの上部に形成される非球面ＬＥＤレンズが開示される。前記非球面ＬＥＤレンズは、前記非球面ＬＥＤレンズの長軸に沿った断面と短軸に沿った断面の形状が互いに異なり、前記非球面ＬＥＤレンズの長軸断面は、前記非球面ＬＥＤレンズの中心軸線を基準にして互いに対称をなす第１レンズ部及び第２レンズ部を含み、前記第１レンズ部及び前記第２レンズ部は、最上位面にそれぞれ第１フラット部及び第２フラット部を含む凸レンズの形状を有し、前記中心軸で互いに面接触して凹部を形成することを特徴とする。
望ましくは、前記非球面ＬＥＤレンズにおいて、前記非球面ＬＥＤレンズの長軸に沿った断面の形状によって、前記発光ダイオードチップからの放射光の指向角のパターンは、実質的に二つのピークを有する形態であることを特徴とする。
望ましくは、前記非球面ＬＥＤレンズにおいて、前記非球面ＬＥＤレンズの短軸に沿った断面の形状によって、前記発光ダイオードチップからの放射光の指向角のパターンは、前記レンズの中央部の光の強さが最も強く、前記中央部から外側であるほど光の強さが減少することを特徴とする。
本発明の更に他の一側面によると、発光ダイオードチップの上部に形成される非球面ＬＥＤレンズを含む発光装置が開示される。開示された発光装置は、基板と、前記基板上部に実装された発光ダイオードチップと、前記発光ダイオードチップの上部に形成される非球面ＬＥＤレンズとを含む発光装置である。前記ＬＥＤ用レンズの長軸断面と短軸断面の形状は互いに異なり、前記非球面ＬＥＤレンズの長軸断面は、前記ＬＥＤ用レンズの中心軸線を基準にして互いに対称をなす第１レンズ部及び第２レンズ部を含み、前記第１レンズ部及び前記第２レンズ部は、最上位面にそれぞれ第１フラット部及び第２フラット部を含む凸レンズの形状を有し、前記中心軸に沿って互いに面接触して凹部を形成することを特徴とする。
望ましくは、前記発光装置において、前記発光ダイオードチップは、前記非球面ＬＥＤレンズの前記中心軸と前記基板とが交わる位置とその近傍に配置されることを特徴とする。
望ましくは、前記発光装置において、前記非球面ＬＥＤレンズの長軸断面の形状に起因して、前記発光ダイオードチップからの放射光の指向角パターンは、実質的に二つのピークを有する形態であることを特徴とする。
望ましくは、前記発光装置において、前記非球面ＬＥＤレンズの短軸断面の形状に起因して、前記発光ダイオードチップからの放射光の指向角パターンは、前記レンズの中央部の光の強さが最も強く、前記中央部から外側であるほど光の強さが減少する形態であることを特徴とする。
望ましくは、前記発光装置において、前記基板が所定深さのキャビティを含み、前記発光ダイオードチップは前記キャビティ内に位置することを特徴とする。
望ましくは、前記発光装置において、前記発光ダイオードチップは、前記非球面ＬＥＤレンズの中心軸と前記基板とが交わる位置及びその近傍にさらに配置されることを特徴とする。
前記の一般的な説明及び以下の詳細な説明は例示的及び説明的なものであって、特許請求の範囲に記載されたような発明の説明を更に説明することが意図されていると理解されるべきである。
本願明細書に添付された図面は、発明の更なる理解を提供するためのものであって、本願明細書に組み込まれ、本願明細書の一部を構成し、本発明の実施例を例証し、本願明細書と共に本発明の原理を説明する役割をする。
本発明の一実施例によると、非球面ＬＥＤレンズを使用することによって二つのピークを有する光指向角曲線パターンを付与する。前記非球面ＬＥＤレンズをバックライト光源として採用する場合、表示装置は、パネルの照度を均一化すると同時に、色収差を著しく減少させることができる。
また、このような非球面ＬＥＤレンズを有する発光装置を表示装置に用いる場合、パネル全体の照度及び輝度の均一性が高くなり、色収差による斑などが除去されるので、表示品質が向上する。
本発明の他の一実施例によると、非球面ＬＥＤレンズの長軸方向での指向角曲線は、ピーク角度が前記ＬＥＤレンズの中心から左右側にずらされており、前記ＬＥＤレンズの短軸方向での指向角曲線は、前記ＬＥＤレンズの中心部にピークが位置しているので、前記非球面ＬＥＤレンズは、前記ＬＥＤレンズの長軸及び短軸方向において、異なる指向角曲線を提供する。
したがって、このような非球面ＬＥＤレンズを有する発光装置を街路灯照明用として用いる場合、前記発光装置は、沿道方向に長く形成された照明領域を提供することができる。
従来の半球型ＬＥＤレンズを有する発光装置の断面図である。 図１の従来技術に係る発光装置から放射された光の指向角曲線グラフである。 図１の発光装置の配列を有する表示装置のパネル上の照度グラフである。 非球面ＬＥＤレンズを有する発光装置の斜視図である。 非球面ＬＥＤレンズを有する発光装置の断面図である。 非球面ＬＥＤレンズから放射された光の指向角の曲線グラフである。 非球面ＬＥＤレンズによる色収差グラフである。 本発明の一実施例における、複数の側面突起を有する非球面ＬＥＤレンズが用いられた発光装置の断面図である。 図８の非球面ＬＥＤレンズから放射された光の指向角曲線グラフである。 図８の非球面ＬＥＤレンズによる色収差グラフである。 （ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、本発明の他の実施例において、直線部を含む非球面ＬＥＤレンズのそれぞれの断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の更に他の実施例において、異なる曲率半径を有する複数の曲線部からなる出光面を有する非球面ＬＥＤレンズのそれぞれの断面図である。 本発明の更に他の実施例に係る非球面ＬＥＤレンズの斜視図である。 図１３の非球面ＬＥＤレンズの上部方向の平面図である。 図１３の非球面ＬＥＤレンズの長軸方向の断面図である。 図１３の非球面ＬＥＤレンズの短軸方向の断面図である。 図１３の非球面ＬＥＤレンズが用いられている発光装置の指向角曲線グラフである。 本発明の更に他の実施例に係る非球面ＬＥＤレンズの長軸方向の断面図である。 図１８の非球面ＬＥＤレンズの短軸方向の断面図である。
以下、本発明の実施例が示された添付の図面を参照して、本発明を詳細に説明する。本発明は、多くの異なる形態により具体化することが可能であって、ここに示される例示的な実施例に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、本願明細書の開示が詳細であり、当業者に本発明の思想を充分に伝達するための例示として提供されるものである。そして、各図面において、構成要素の幅、長さ、厚さなどは便宜のために誇張して表現する場合がある。明細書全体にわたって同一の参照番号は同一の構成要素を示す。
層、膜、領域若しくは基板が他の構成要素の「上に」あると記載されている場合、前記他の構成要素の真上に存在、又は介在する要素が存在していても良い。また、反対に、要素が他の要素の「真上」に存在すると記載されている場合、介在する要素は無いと理解される。
図４及び図５は、非球面ＬＥＤレンズを有する発光装置の斜視図及び断面図で、図６及び図７は、それぞれ図４の非球面ＬＥＤレンズから放射された光の指向角曲線グラフと色収差グラフである。
図４及び図５を参照すると、非球面レンズ１４を有する光装置２００は、キャビティ２１が形成されたハウジング２０、前記ハウジング２０上に実装されたＬＥＤチップ１２、前記キャビティ２１内に充填された封止材２２、及び非球面ＬＥＤレンズ１４を含むことができる。
ここで、非球面ＬＥＤレンズ１４は、シリコーン、エポキシ、ガラス又はプラスチックなどの透光性材質で形成され、その内部に蛍光体を分散させることもでき、入光面１４１と出光面１４２を備えており、中心軸ｙに対して放射状の対称構造を有する。
また、入光面１４１は、ＬＥＤチップ１２から放射され封止材２２を通過した光が入射される面であって、前記中心軸ｙ上に頂点が位置する円錐状面からなり、入光面１４１と封止材２２との間の空間には空気層２５が存在し得る。また、出光面１４２は、前記レンズ１４を透過した光が前記レンズ１４の外部に出射される面であって、その断面は、二つの凸状の半球形状が中心軸で一部重畳する形状を有し、前記重畳領域（中心軸の周辺領域）が凹状に陥没し得る。
このように構成することによって、非球面レンズ１４の中心部（中心軸部分）における光量又は光の強さは減少し、非球面レンズ１４の外周付近での光量又は光の強さが増加し、図６のような光指向角グラフを示すようになる。すなわち、図２と比較すると、図６の指向角グラフは、ピークがレンズ中心部（角度０）では無くレンズの両側（約＋／−６７°付近）に二つ形成される形態となり、レンズ中心部の光量及び光の強さは前記ピーク値の約３０％〜４０％になる。
したがって、このような非球面レンズ１４を表示装置のバックライトユニットとして使用する場合、ＬＥＤパッケージの直上部のパネル領域に明部が形成され、隣接した各ＬＥＤパッケージ間のパネル領域に暗部が形成されるという問題が解消され、表示装置のパネル上での照度及び輝度が均一になるという長所がある。
ただし、拡散剤を含まない非球面レンズ１４の場合は、図７の色収差グラフのように、レンズ自体の形状により、色収差が従来の半球型レンズ４の場合よりも顕著に示され得る。すなわち、±９０°以内の指向角においてＸ座標変化量（△Ｘ）は約０．０４７、Ｙ座標変化量（△Ｙ）は約０．０８２であり、前記非球面レンズ１４は色収差が顕著に生じさせることが分かる。したがって、パネル上では色収差による斑（例えば、イエロースポット及びイエローリング現象）が生じることもある。
一方、非球面レンズ１４の内部に拡散剤を含み、色収差問題を解決しようとする場合は、意図せずに拡散剤によってレンズから出射される光量が減少したり、指向角パターンに望ましくない影響を与えるなどの問題が発生し得る。したがって、拡散剤のみの使用では、色収差を減少させるには不十分である。
以下、図８〜図１０を参照して本発明の一実施例に係る非球面レンズについて説明する。
図８は、本発明の一実施例によって複数の側面突起を有する非球面ＬＥＤレンズを備える発光装置の断面図で、図９及び図１０は、それぞれ図８の非球面ＬＥＤレンズから放射された光の指向角曲線グラフと色収差グラフである。
図８を参照すると、発光装置１０００は、キャビティ３２１が形成されたハウジング３２０、ＬＥＤチップ３２２、封止材３２３及び非球面ＬＥＤレンズ３６０を含む。
ここで、ハウジング３２０には、所定の深さで陥没したキャビティ３２１が形成され、前記キャビティ３２１は、ＬＥＤチップ３２２を取り囲む構造になり得る。望ましくは、キャビティ３２１の深さは、ＬＥＤチップ３２２の高さと同じかそれ以上とすることである。
また、封止材３２３は、キャビティ３２１内に充填される透光性材質（例えば、シリコーン、エポキシなど）であって、ＬＥＤチップ３２２を覆って封止することによってＬＥＤチップ３２２を保護することができる。
また、前記ＬＥＤチップ３２２は、前記ハウジング３２０の上面に実装され、例えば、４３０〜４８０ｎｍの波長を発光する青色発光ダイオードチップであるか、３５０ｎｍ〜４１０ｎｍの波長を発光するＵＶ発光ダイオードチップであって、ＬＥＤチップ３２２は、実施例によって他のカラー光を出射するＬＥＤチップに変更することができ、本発明において特定のＬＥＤチップに制限されることはない。
また、前記ＬＥＤチップ３２２はハウジング３２０の上面に装着され、非球面ＬＥＤレンズ３６０の中心軸とハウジング３２０とが交差する位置に実装することができる。すなわち、前記ＬＥＤチップ３２２は、非球面ＬＥＤレンズ３６０の中心に配置することができ、ＬＥＤチップ３２２を含むハウジング３２０の上面に接着剤を用いて接合し、或いは他の手段で前記ハウジング３２０の上面に結合することができる。一方、図８は、一つのＬＥＤチップ３２２が非球面ＬＥＤレンズ３６０の内部に存在することを示しているが、複数のＬＥＤチップを用いても良いと理解されるべきである。すなわち、複数のＬＥＤチップをＬＥＤレンズ３６０の中心軸（又は中心）及びその周辺に配置することができる。
また、図示していないが、ＬＥＤチップ３２２から出射された光を励起源として特定色の光を発生させ得る蛍光物質は、ＬＥＤチップ３２２の上部に直接塗布し、非球面ＬＥＤレンズ３６０を構成する樹脂に含ませ、或いは封止材３２３に含ませることができる。すなわち、例えば、前記ＬＥＤチップ３２２が４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長帯域の光を発光する半導体成分からなる青色発光ダイオードチップである場合、その光の一部を励起源として黄緑色又は黄色を発光する蛍光体をＬＥＤチップ３２２上に配置し、ＬＥＤチップ３２２から放射される青色発光と蛍光体の黄緑色又は黄色発光の組み合わせによって、前記発光装置を用いて白色光を得ることができる。
また、非球面ＬＥＤレンズ３６０は、入光面３６１と出光面３６２を備えており、中心軸ｙに対して放射状の対称構造を有する。
また、入光面３６１は、ＬＥＤチップ３２２から放射されて封止材３２３を通過した光が入射される面であって、前記中心軸ｙ上に頂点が位置する円錐状面からなり、入光面３６１と封止材３２３との間の空間には空気層３２４が存在し得る。また、出光面３６２は、前記レンズ３６０を透過した光が前記レンズ３６０の外部に出射される面であって、二つの凸状の半球形状Ｃ１、Ｃ２が中心軸で一部重畳する形状を有し、前記重畳領域（中心軸の周辺領域）が凹状に陥没し得る。また、出光面３６１の側面の一部には複数の突起（凸凹）３６３が形成され、望ましくは、出光面の最上点よりも低い地点から、例えば、出光面を含むレンズの両端間の全体幅の約１／４〜１／３になる地点から、レンズの末端までの領域にわたって複数の突起３６３を形成することができる。また、例えば、サンドブラストを用いて金型自体に高さが約０．４μｍ〜約１μｍの突起（凸凹）を形成した後、前記金型を用いて後述する液状シリコーンゴムを射出成形することによって、前記複数の突起３６３を非球面レンズ３６０の表面上に形成することができる。
非球面レンズ３６０は、従来の半球型レンズ４と異なり、レンズの中心部（中心線部分）における光量又は光の強さは減少し、レンズの周縁部付近における光量又は光の強さが増加し、図９のような光指向角グラフを示すようになる。
具体的に、図９の指向角グラフは、ピークが中心部（角度０）では無くレンズの両側の周縁部（角度は約＋／−６７°付近）に二つ形成される形態であって、二つのピーク（すなわち、ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ）間の角度は約１１０°で、前記グラフ曲線の中心部における光量及び光の強さはピーク値の約３０％〜４０％、より正確には約３６％である。すなわち、側面突起３６３の形成により、元の指向角曲線のパターンは変化しなくなるので、この点が拡散剤を用いて色収差を減少させる場合と異なる点と言える。
次に、図１０を参照すると、図８の非球面ＬＥＤレンズ３６０を有する場合の色収差が示されている。具体的には、指向角±９０°以内でのＸ座標変化量（△Ｘ）は約０．０２８で、Ｙ座標変化量（△Ｙ）は約０．０４９であって、図７に示した色収差グラフ（△Ｘ＝約０．０４７、△Ｙ＝約０．０８２）と異なり、Ｘ座標変化量（△Ｘ）及びＹ座標変化量（△Ｙ）が大幅に減少しているので、色収差が改善されたことが分かる。
結論的に、側面突起３６３を有する非球面レンズ３６０が表示装置のバックライトユニットとして利用される場合、表示装置のパネル上での照度及び輝度が均一になることはもちろん、色収差による斑（例えば、イエロースポット及びイエローリング現象）も除去することができる。また、拡散剤を使用しない場合にも、側面突起３６３を形成することによって色収差が改善されるので、レンズを通過した光量の減少も無く、そのため、表示装置の輝度は低下しない。
一方、本発明の実施例に係る非球面ＬＥＤレンズ３６０の製造においては、シリコーン、エポキシ、ガラス及びプラスチックなどの透光性材質を用いることができるが、このうち液状シリコーンゴム（Ｌｉｑｕｉｄ Ｓｉｌｉｃｏｎｅ Ｒｕｂｂｅｒ、ＬＳＲ）を使用する場合、液状シリコーンゴムの低い粘度のため柔軟性が良好であり、高温でも既存の接着性シリコーンに比べて粘度の減少が小さいので、作業性が向上する。また、液状シリコーンゴムは、低い粘度のため射出成形を用いた自動生産が可能で、生産性に非常に優れる。また、液状シリコーンゴムは金型との離型性がないため、特に、金型表面にサンドブラスティング作業が行われ、突起が形成されている場合、液状シリコーンゴムはレンズ界面現象を生じること無く、レンズの凸凹及び複数の突起の成形を容易にする。
また、いくつかの実施例によっては、非球面ＬＥＤレンズ３６０の製造時に用いられるシリコーンに拡散剤を混合することによって色収差を更に減少させることもできる。例えば、液状シリコーンゴムとＳｉＯ２拡散剤との混合物を射出成形することによって非球面ＬＥＤレンズを生産することができる。ただし、拡散剤を含む場合、色収差の減少の程度に応じて、拡散剤によって光量が低下し、或いは図９に示したものと異なる指向角パターンが得られることもあるので、前記液状シリコーンゴム中の拡散剤の配合比を調節することが望ましい。
実験によると、本発明者は、例えば、拡散剤が液状シリコーンゴムの全量に対して約０．３％〜０．４％の量で配合されたとき、所望の輝度を出しながらも色収差が低減された非球面レンズを形成できることが分かった。ただし、本発明が特定の拡散剤の種類及びその配合比率に制限されることはない。
図１１（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ本発明の他の実施例に関するものであって、直線部を含む非球面ＬＥＤレンズの断面図である。ただし、説明の簡略化のために、以前の実施例で説明した非球面ＬＥＤレンズについての重複する説明は省略する。
図１１（ａ）を参照すると、出光面は直線部を含むことができるが、具体的に、非球面ＬＥＤレンズ４００ａの出光面は、凹部付近の直線部４２０、曲線を含む側面部４４０、及び前記直線部及び曲線部の間に介在した直線部４３０を含むことができる。ただし、図１１（ｃ）のように、他の実施例において、非球面レンズ４００ｃの出光面は凹部付近のみで直線部４２０を含み、直線部４３０は含まないこともある。すなわち、これらの実施例に係る非球面ＬＥＤレンズの出光面はそれぞれ、中心軸ｙにおいて交わる少なくとも二つの直線部４２０を含むことができる。
また、図１１（ａ）の非球面ＬＥＤレンズ４００ａは、その直線部４２０が水平方向に対して約１８°の角度で傾斜しており、図１１（ｂ）の非球面ＬＥＤレンズ４００ｂは、約３０°の角度で水平方向に対して傾斜している直線部４２０を有し、図１１（ｃ）の非球面レンズ４００ｃは、水平方向に対して約４０°の角度で傾斜している直線部４２０を有する。
図１１（ａ）〜（ｃ）のそれぞれの非球面レンズに関して、色収差の度合及びパネル上のイエロースポットの発生有無は、下記の表１に示す通りである。
すなわち、色収差の度合を見ると、指向角±９０°以内でのＸ、Ｙ座標変化量（△Ｘ，△Ｙ）は、レンズ４００ａの場合は△ｘ＝０．０２１／△ｙ＝０．０６９で、レンズ４００ｂの場合は△ｘ＝０．０１６／△ｙ＝０．０３８である。また、レンズ４００ｃの場合は、△ｘ＝０．０３２／△ｙ＝０．０７２であって、レンズ４００ａ、４００ｂと異なり、レンズ４００ｃでは色収差によってパネル上にイエロースポットが発生した。
結論として、非球面レンズ４００の出光面が中心軸ｙで交わる少なくとも二つの直線部４２０を含む形状である場合、それぞれの直線部４２０が水平方向となす角度が約３５°〜約４０°以上であるとき、色収差が目立ちはじめることが分かる。
したがって、本発明の他の実施例に関して、直線部を有する非球面レンズを製造しようとする場合、レンズの形状デザインにおいて、非球面レンズの凹部に隣接した直線部の傾斜度によって、約３５〜４０°より大きい角度で色収差が顕著に示され得ることに注意して、前記直線部の傾斜度を水平方向に対して約１０°以上約４０°以下になるように調節することが望ましい。
一方、図１１（ａ）〜（ｃ）において、図面の簡略化のために、側面部４４０には別途の凸凹及び複数の突起が形成されていないが、当業者であれば、実施例のそれぞれの側面部４４０の表面に色収差の低減を目的として凸凹及び複数の突起を形成できることが明らかに理解される。
図１２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ本発明の更に他の実施例に関するものであって、出光面が異なる曲率半径を有する複数の曲線部からなる非球面ＬＥＤレンズの断面図である。ただし、説明の簡略化のために、以前の各実施例で説明した非球面ＬＥＤレンズについての重複する説明は省略する。
図１２（ａ）及び（ｂ）を参照すると、非球面ＬＥＤレンズ５００の出光面５２０は、単一の曲率半径を有する単一の曲線部から成る曲線形態ではなく、曲率半径が異なる複数の曲線部で形成することができる。すなわち、前記出光面５２０は、曲率半径が異なる複数の曲線部の組み合わせによって構成することができる。具体的に、図１２（ａ）では、出光面５２０がそれぞれ曲率半径Ｒ１＝１．３９、Ｒ２＝１．４６に相当する各曲線部の組み合わせからなり、図１２（ｂ）は、それぞれ曲率半径Ｒ１＝０．５、Ｒ２＝１．０５４の各曲線部からなる。
すなわち、図１２（ａ）における出光面５２０は、曲率半径の大きい（すなわち、曲率の小さい）各曲線部によって全体的に形成され、図１２（ｂ）における出光面５２０は、曲率半径の小さい（すなわち、曲率の大きい）各曲線部によって全体的に形成されている。また、図１２（ａ）及び１２（ｂ）のそれぞれの場合における色収差の度合及びパネル上のイエロースポットの発生有無は、下記の表２に示す通りである。
すなわち、色収差の度合を見ると、±９０度以内の指向角におけるＸ、Ｙ座標の変化量（△Ｘ，△Ｙ）は、曲率半径が大きい各曲線部で全体的に構成される出光面５２０を有するレンズ５００ａの場合、△ｘ＝０．０４／△ｙ＝０．０７２であり、曲率半径が相対的に小さい曲線部で全体的に構成される出光面５２０を有するレンズ５００ｂの場合、△ｘ＝０．０７２／△ｙ＝０．１０９である。すなわち、レンズ５００ｂの場合、レンズ５００ａと異なり、色収差によってパネル上にイエロースポット及びイエローリングが発生した。
結論的に、非球面レンズ５００を形成するとき、曲率半径が小さい一部の出光面の領域で色収差が顕著に示されることが分かる。
したがって、本発明の更に他の実施例に関し、出光面の曲率半径が領域別に異なる非球面ＬＥＤレンズを製造しようとする場合、レンズの形状デザインにおいて、曲率半径が約１．３未満の小さい領域において色収差が顕著に示され得ることに注意し、曲線部の曲率半径が約１．０以上約５．０以下になるように調節することが望ましい。
一方、図１２（ａ）及び（ｂ）において、図面の簡略化のために、出光面の側面部には別途の凸凹及び複数の突起が形成されていないが、当業者であれば、実施例において、前記出光面の側面部の表面に色収差の低減を目的として凸凹及び複数の突起をさらに形成できることが明らかであろう。
以下、図１３及び図１４を参照して、本発明の更に他の実施例に係る非球面ＬＥＤレンズ２２００について説明する。図１３は、本発明の一実施例に係る非球面ＬＥＤレンズ２２００の斜視図で、図１４は、図１３の非球面ＬＥＤレンズ２２００を上から見た上面図である。
図１３を参照すると、本実施例の非球面ＬＥＤレンズ２２００は、第１レンズ部２２１０、第２レンズ部２２２０及びサポーティング部２２３０で構成することができ、第１レンズ部２２１０と第２レンズ部２２２０（以下、「レンズ部」と称する。）は、中心軸Ｙを基準にして互いに対称の形状であって、半球状のような形状を有して互いに面接触し、サポーティング部２２３０を除いた非球面ＬＥＤレンズ２２００の全体的な形状は、上部平面視にて、図１４のようにピーナッツ形状のようになる。
具体的には、図１４を参照すると、本実施例に係る非球面ＬＥＤレンズ２２００のレンズ部は、点線で表示された二つの半球状の凸レンズが互いに面接触している形状であるが、レンズの各側面２３４０、２３４０'、２４４０、２４４０'が円状の点線から矢印方向へ内側に移動している。このように第１及び第２レンズ部２２１０、２２２０が相互に面接触してピーナッツ形状の長いレンズ部を形成することによって、非球面ＬＥＤレンズ２２００は、図１に示した従来のＬＥＤ用レンズ４とは異なる指向角パターンを有する。また、レンズの各側面２３４０、２３４０'、２４４０、２４４０'を移動させた距離を調節することによって、発光装置が照明する領域の横方向の幅を調節することができる。すなわち、レンズの各側面２３４０、２３４０'、２４４０、２４４０'が内側に多く移動して非球面ＬＥＤレンズ２２００の厚さを薄くするほど、照明領域の幅は狭くなり得る。
一方、サポーティング部２２３０は、特定の構造に制限されない。例えば、第１及び第２レンズ部２２１０、２２２０を形成するとき、サポーティング部２２３０は、それらと一体的に形成することができ、或いは、サポーティング部２２３０を別途に製造した後、第１及び第２レンズ部２２１０、２２２０に付着することができる。また、サポーティング部２２３０は、ＬＥＤチップ２１２０（図１５参照）が実装された基板２２４０の上面を覆い、ＬＥＤチップ２１２０に限らず、ＬＥＤチップ２１２０上に形成された電極と電気的に結合されたボンディングワイヤ（図示せず）、及び前記ＬＥＤチップ２１２０に電源を供給するために基板２２４０上に形成されたパターン電極（図示せず）をカバーすることによって、これらの部材が空気中に露出されるのを防止し、外部衝撃や湿気から保護することができる。また、サポーティング部２２３０の底面から上面までの高さは、ＬＥＤチップ２１２０の高さより大きいか、それと同じであることが望ましい。
その他に、本実施例に係る非球面ＬＥＤレンズ２２００のレンズ部の細部構造は、前記非球面ＬＥＤレンズ２２００を有するＬＥＤパッケージ、すなわち、発光装置２０００を表す図面である図１５及び図１６を参照してさらに説明する。
図１５は、図１３に示した非球面ＬＥＤレンズ２２００を有する発光装置２０００であって、非球面ＬＥＤレンズ２２００の長軸方向の断面図、すなわち、図１３の切断線ＡＡ'に沿う断面図で、図１６は、図１３に示した非球面ＬＥＤレンズ２２００を有する発光装置２０００であって、非球面ＬＥＤレンズ２２００の短軸方向の断面図、すなわち、図１３の切断線ＢＢ'に沿う断面図である。尚、図１５及び図１６は、本発明の特徴的な構成要素のみを示しており、リードフレーム、電気回路又は電気配線などのように、発光装置２０００の動作又はその他の機能に用いられるが、本発明の思想と直接的な関連性の少ない各構成要素は、図面の簡略化のために図示していない。
図１５及び図１６に示したように、本発明の一実施例に係る発光装置２０００は、下部基板２２４０、前記基板２２４０上に実装されたＬＥＤチップ２１２０、及び非球面ＬＥＤレンズ２２００を含んでも良い。
ここで、前記下部基板２２４０としては、ＬＥＤチップ２１２０を高密度で実装できる基板であればいずれも使用可能である。制限するものでは無いが、例えば、このような下部基板としては、アルミナ、水晶、カルシウムジルコネート、かんらん石、ＳｉＣ、黒鉛、溶融シリカ、ムライト、菫青石、ジルコニア、ベリリア、窒化アルミニウム、ＬＴＣＣ（ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏ―ｆｉｒｅｄ ｃｅｒａｍｉｃ）などを挙げることができる。セラミック材料は、その上に金属導体配線パターンが形成され、焼成される積層型セラミックパッケージ（ｍｕｌｔｉ―ｌａｙｅｒ ｃｅｒａｍｉｃ ｐａｃｋａｇｅ；ＭＬＰ）に適用しても良い。半導体パッケージ等に使用されるセラミック材料は、気密性に優れる。
また、図示していないが、前記下部基板２２４０にはパターン電極（図示せず）が形成されており、前記パターン電極（図示せず）は、伝導性に優れた銅又はアルミニウムを含む金属物質を使用して形成され、各パターン電極は、ＬＥＤチップ２１２０の陽電極と陰電極に対応して別個に形成することができる。
また、前記ＬＥＤチップ２１２０は、例えば、４３０〜４８０ｎｍの波長帯の青色光を放射する青色発光ダイオードチップ、或いは、３５０ｎｍ〜４１０ｎｍの波長帯のＵＶ光を放射するＵＶ発光ダイオードチップである。或いは、実施例によって、ＬＥＤチップ２１２０を他のカラー光を出射するＬＥＤチップに変更することができ、本発明が特定のＬＥＤチップに制限されることはない。
ここで、前記ＬＥＤチップ２１２０は、基板２２４０の上面に装着され、非球面ＬＥＤレンズ２２００の中心軸Ｙと基板とが交わる位置に実装することができる。すなわち、前記ＬＥＤチップ２１２０は、非球面ＬＥＤレンズ２２００の中央に配置することができ、ＬＥＤチップ２１２０を含む基板２２４０の上面に接着剤を用いて接合、又はその他の手段で前記基板２２４０の上面に結合することができる。一方、図１５及び図１６では、単一のＬＥＤチップ２１２０が非球面ＬＥＤレンズ２２００の内部に存在することを示したが、複数のＬＥＤチップを用いても良い。
また、図示していないが、当業者であれば、ＬＥＤチップ２１２０から出射された光を励起源として特定カラーの光を発生させ得る蛍光物質をＬＥＤチップ２１２０上に配置可能であることは、理解されるであろう。すなわち、例えば、前記ＬＥＤチップ２１２０が４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長帯の光を放射する半導体成分からなる青色発光ダイオードチップである場合、その放射光の一部を励起源として黄緑色光又は黄色光を発生させる蛍光体を前記ＬＥＤチップ２１２０上に配置し、ＬＥＤチップ２１２０の青色発光と蛍光体の黄緑色光又は黄色光との混合によって白色光を得ることができる。また、前記蛍光物質は、ＬＥＤチップ２１２０上に直接塗布され、或いは、前記非球面ＬＥＤレンズ２２００を構成する樹脂に含有させ、又は別個の蛍光体シートの形態で設けることができる。
また、前記非球面ＬＥＤレンズ２２００は、ＬＥＤチップ２１２０から出射された光の進行方向を変更させて光の指向角を調節する役割をし、例えば、シリコーン、エポキシ、ガラス又はプラスチックなどの透光性材質で形成することができる。
前記非球面ＬＥＤレンズ２２００の構造を見ると、中心軸Ｙを中心に互いに対称形状である第１レンズ部２２１０及び第２レンズ部２２２０を含み、前記第１及び第２レンズ部２２１０、２２２０の下部に形成されたサポーティング部２２３０を含んでいる。すなわち、前記第１レンズ部２２１０及び前記第２レンズ部２２２０は互いに面接触し、前記面接触する断面形状は、図１６に示したようにレンズ中央部２５１０が凸状に突き出た形状である。
再び図１５を参照すると、非球面ＬＥＤレンズ２２００の長軸断面はＹ軸を基準にし、第１レンズ部２２１０と第２レンズ部２２２０が左右対称に形成され、第１レンズ部２２１０は、第１傾斜部２３１０、第１フラット部２３２０及び第１凸部２３３０を含み、第２レンズ部２２２０は、第２傾斜部２４１０、第２フラット部２４２０及び第２凸部２４３０を含むことができる。したがって、第１傾斜部２３１０と第２傾斜部２４１０、第１フラット部２３２０と第２フラット部２４２０、及び第１凸部２３３０と第２凸部２４３０はそれぞれ互いに対称をなし、長さが互いに同一であり得る。
具体的には、第１フラット部２３２０と第２フラット部２４２０は、それぞれ第１レンズ部２２１０と第２レンズ部２２２０の最上位面として平らな領域（図１４参照）であって、直線構造をなしている。また、第１傾斜部２３１０及び第２傾斜部２４１０は、それぞれ第１フラット部２３２０及び第２フラット部２４２０の一端に連結され、中心軸Ｙに向かって傾斜する曲線面にすることができる。したがって、第１傾斜部２３１０と第２傾斜部２４１０は、中心軸Ｙで結合され、全体的には非球面ＬＥＤレンズ２２００の中央部に凹状の断面形状を形成する。また、第１凸部２３３０と第２凸部２４３０は、それぞれ第１フラット部２３２０及び第２フラット部２４２０の他端に連結されており、非球面ＬＥＤレンズ２２００の外側に向かって凸状を有する曲線面である。ここで、前記第１傾斜部２３１０（又は第２傾斜部２４１０）の曲率と第１凸部２３３０（又は第２凸部２４３０）の曲率は、互いに異なってもよく、同一であってもよい。
非球面ＬＥＤレンズ２２００をなす樹脂と空気との間の屈折率差、そして、第１及び第２レンズ部２２１０、２２２０の外面の傾斜角度によって、ＬＥＤチップ２１２０から出射された光は、中心軸Ｙから遠い方向に屈折されて放出される。図１５では、ＬＥＤチップ２１２０から放出される光の経路を矢印で簡略に示した。また、非球面ＬＥＤレンズ２２００から出射された光の指向角曲線を図１７に示す。非球面ＬＥＤレンズ２２００の指向角曲線については後で説明することにする。
図１６は、図１３のＢＢ'線に沿った非球面ＬＥＤレンズ２２００の断面である。
非球面ＬＥＤレンズ２２００の短軸断面は、レンズ中央部２５１０、前記レンズ中央部２５１０の両端にそれぞれ連結されている第１の面２５２０及び第２の面２５３０、そして、サポーティング部２２３０を含むことができる。図１６から分かるように、非球面ＬＥＤレンズ２２００の短軸断面は実質的にレンズ中央部２５１０が凸状をなす形状であり、図１５に示した非球面ＬＥＤレンズ２２００の長軸断面の形状とは異なる形状である。
図１５と同様に、図１６では、ＬＥＤチップ２１２０から放射された光の経路を矢印で簡略に示し、図１５と異なり、非球面ＬＥＤレンズ２２００の第１及び第２の面２５２０、２５３０では、レンズ２２００の中心軸の方向に光が屈折され、非球面ＬＥＤレンズ２２００の外側では、上方向に多くの光が出射されることが分かる。
以下、図１７を参照して、本実施例に係る非球面ＬＥＤレンズ２２００を用いた発光装置２０００の光指向角パターンについて説明する。図１７の破線は、レンズの長軸断面形状による指向角曲線を示し、実線は、レンズの短軸断面形状による指向角曲線を示す。
図１７を参照すると、前記非球面ＬＥＤレンズ２２００を用いる場合、そのレンズの長軸断面形状による指向角曲線は、レンズの中央における光の強さが相対的に小さくなり、そのレンズの左右側外郭における光の強さが大きく増加し、全体的にはＭ字状の指向角パターンを有する。その一方、非球面ＬＥＤレンズ２２００の短軸断面形状による指向角曲線は、レンズの中央に光が集中し、レンズの中央における光の強さが相対的に大きくなり、左右両側に行くほど光の強さが減少することが分かる。
すなわち、非球面ＬＥＤレンズ２２００の長軸断面による指向角曲線と短軸断面による指向角曲線は互いに異なり、非対称の指向角パターンを形成する。
特に、図１３の非球面ＬＥＤレンズ２２００の長軸断面による指向角曲線の場合、左右側のピーク角度が約５０〜７０°になり、中心部分の光の強さはピーク値に対して約４０〜５０％である。一方、非球面ＬＥＤレンズ２２００の短軸断面による指向角曲線の場合、指向角が約７０〜９０°である。
したがって、発光装置２０００が本発明に係る非球面ＬＥＤレンズ２２００を有する場合、前記非球面ＬＥＤレンズ２２００の長軸面を基準にして見ると、発光装置２０００の左右側に広く光が放射される。従って、前記非球面ＬＥＤレンズ２２００を有する発光装置２０００を街路灯照明用に使用する場合、前記発光装置２０００から出射された光を用いて道路辺に沿って長い照明領域を形成できるようになる。また、非球面ＬＥＤレンズ２２００の短軸面を基準にして見ると、レンズの中央に光が集中することによって、街路灯を基準にして所定の半径の範囲内にある道路領域をその他の領域に比べて高い輝度で照明できるようになる。すなわち、本発明に係る非球面ＬＥＤレンズ２２００を有する発光装置２０００は、レンズの長軸及び短軸方向に沿って異なるパターンで光を放出するので、街路灯に用いる場合、道路事情に合わせて道路領域を効率的に照明できるという長所を有する。
図１８及び図１９は、本発明の他の実施例に係る非球面ＬＥＤレンズ３２００を有する発光装置３０００を示した図である。図１８は、非球面ＬＥＤレンズ３２００の長軸方向に沿った発光装置３０００の断面図で、図１９は、非球面ＬＥＤレンズ３２００の短軸方向に沿った発光装置３０００の断面図である。ただし、図１８及び図１９は、本発明の特徴的な構成要素のみを示しており、リードフレーム、電気回路又は電気配線などのように、発光装置３０００の動作又はその他の機能に用いられるが、本発明の思想と直接的な関連性の少ない各構成要素は、図面の簡略化のために図示していない。以下、図１５及び図１６に対応する部分についての重複する説明は省略する。
図１８及び図１９に示したように、本発明の他の実施例に係る発光装置３０００は、下部基板３２４０、前記基板３２４０上に実装されたＬＥＤチップ３１２０、及び非球面ＬＥＤレンズ３２００を含むことができる。
ここで、前記下部基板３２４０は、図１５及び図１６に示した発光装置２０００と異なり、所定の深さで凹状に陥没しているキャビティを含むことができる。したがって、後述するように、本発明の他の実施例に係る非球面ＬＥＤレンズ３２００は、非球面ＬＥＤレンズ２２００と異なってサポーティング部を含まないとしても、ＬＥＤチップ３１２０が前記キャビティの内部に実装されているので、ＬＥＤチップ３１２０を非球面ＬＥＤレンズ３２００によって保護することができる。
また、前記ＬＥＤチップ３１２０は、例えば、４３０〜４８０ｎｍの波長帯域の青色光を発光する青色発光ダイオードチップであるか、３５０ｎｍ〜４１０ｎｍの波長帯域のＵＶ光を発光するＵＶ発光ダイオードチップとすることができる。或いは、ＬＥＤチップ３１２０は、実施例によって他の色光を出射するＬＥＤチップに変更することができ、本発明が特定のＬＥＤチップに制限されることはない。
ここで、前記ＬＥＤチップ３１２０は、上述したように、基板３２４０に形成されたキャビティの内部に装着され、非球面ＬＥＤレンズ３２００の中心軸Ｙと基板とが交わる位置に実装することができる。すなわち、前記ＬＥＤチップ３１２０は、非球面ＬＥＤレンズ３２００の中心に配置することができ、前記非球面ＬＥＤレンズ３２００は、ＬＥＤチップ３１２０を含む基板３２４０の上面に接着剤を用いて接合し、又はその他の手段で前記基板３２４０の上面に結合することができる。一方、図１８及び図１９は、単一のＬＥＤチップ３１２０のみが非球面ＬＥＤレンズ３２００の内部に存在することを示しているが、非球面ＬＥＤレンズ３２００の内部に複数のＬＥＤチップを用いても良い。
また、図示していないが、当業者であれば、ＬＥＤチップ３１２０から出射された光を励起源として特定色の光を発生させ得る蛍光物質がＬＥＤチップ３１２０上に塗布され、或いは、前記非球面ＬＥＤレンズ３２００を構成する樹脂に前記蛍光物質を含有させ、又は別個の蛍光体シートの形態で配置可能であることは明らかである。
また、前記非球面ＬＥＤレンズ３２００は、ＬＥＤチップ３１２０から出射された光の進行方向を変更させて光指向角を調節する役割を行い、例えば、シリコーン、エポキシ、ガラス又はプラスチックなどの透光性材質で形成することができる。
前記非球面ＬＥＤレンズ３２００の構造を見ると、中心軸Ｙを中心に互いに対称的に配置されている第１レンズ部３２１１及び第２レンズ部３２２１を含み、上述したように別途のサポーティング部が形成されていないこともある。前記第１レンズ部３２１１及び前記第２レンズ部３２２１は互いに面接触し、前記面接触された断面形状は、図１９に示したようにレンズ中央部３５１１が凸状に突き出た形状である。
再び図１８を参照すると、非球面ＬＥＤレンズ３２００の長軸方向の断面は、第１レンズ部３２１１と第２レンズ部３２２１が左右対称に形成されている。具体的には、第１レンズ部３２１１は、第１傾斜部３３１１、第１フラット部３３２１及び第１凸部３３３１を含み、第２レンズ部３２２１は、第２傾斜部３４１１、第２フラット部３４２１及び第２凸部３４３１を含む。したがって、第１傾斜部３３１１と第２傾斜部３４１１、第１フラット部３３２１と第２フラット部３４２１、及び第１凸部３３３１と第２凸部３４３１はそれぞれ互いに対称をなし、特に、第１傾斜部３３１１と第２傾斜部３４１１及び第１凸部３３３１と第２凸部３４３１は対称をなすので、第１傾斜部３３１１及び第１凸部３３３１はそれぞれ、第２傾斜部３４１１及び第２凸部３４３１の曲線の長さはもちろん、曲率が互いに同一であり得る。
具体的には、第１フラット部３３２１と第２フラット部３４２１は、それぞれ第１レンズ部３２１１と第２レンズ部３２２１の最上位面として平らな領域に形成され、直線構造をなしている。また、第１傾斜部３３１１及び第２傾斜部３４１１はそれぞれ、第１フラット部３３２１及び第２フラット部３４２１のそれぞれの一端に連結され、中心軸Ｙに向かって傾斜した曲線面である。したがって、第１傾斜部３３１１と第２傾斜部３４１１は中心軸Ｙで結合され、全体的には非球面ＬＥＤレンズ３２００の中央部に凹状の断面形状をなすことができる。また、第１凸部３３３１と第２凸部３４３１は、それぞれ第１フラット部３３２１及び第２フラット部３４２１の他端に連結され、非球面ＬＥＤレンズ３２００の外側に向かって膨出する曲線面である。ここで、前記第１傾斜部３３１１（又は第２傾斜部３４１１）の曲率と第１凸部３３３１（又は第２凸部３４３１）の曲率は互いに異なってもよく、同一であってもよい。
非球面ＬＥＤレンズ３２００をなす樹脂と空気との間の屈折率差、そして、第１及び第２レンズ部３２１１、３２２１の外面の傾斜角度によって、ＬＥＤチップ３１２０から出射された光は中心軸Ｙから遠い方向に屈折されて出光される。
以下、図１９を参照すると、非球面ＬＥＤレンズ３２００の短軸断面は、レンズ中央部３５１１、前記レンズ中央部３５１１の両端にそれぞれ連結されている第１の面３５２１及び第２の面３５３１を含み、非球面ＬＥＤレンズと異なってサポーティング部を含まないこともある。非球面ＬＥＤレンズ３２００の第１及び第２の面３５２１、３５３１ではレンズの中心軸方向に光が屈折され、非球面ＬＥＤレンズ３２００の外側の上方向に多数の光が出射される。
したがって、非球面ＬＥＤレンズ３２００による指向角パターンは、上述した非球面ＬＥＤレンズの指向角パターンである図１７に類似の形状を有する。すなわち、非球面ＬＥＤレンズ３２００を用いる場合、そのレンズの長軸断面形状による指向角曲線は、レンズの中央における光の強さが相対的に小さくなり、そのレンズの左右両側における光の強さが大きく増加するので、全体的にはＭ字状の指向角パターンを有する。一方、非球面ＬＥＤレンズ３２００の短軸断面形状による指向角曲線は、レンズの中央に光が集中し、レンズの中央における光の強さが相対的に大きくなり、左右両側に向かうほど光の強さが減少する。結局、非球面ＬＥＤレンズ３２００の長軸断面による指向角曲線と短軸断面による指向角曲線は互いに異なるので、非対称な指向角パターンを形成する。
特に、前記ＬＥＤレンズ３２００の長軸断面による指向角曲線の場合、前記レンズの左右両側におけるピーク角度が約５０〜７０°になり、前記ＬＥＤレンズの中心部分における光の強さは前記ピーク値の約４０〜５０％であって、前記ＬＥＤレンズ３２００の短軸断面による指向角曲線の場合、指向角が約７０〜９０°である。
したがって、本発明に係る非球面ＬＥＤレンズ３２００を有する発光装置３０００を街路灯照明用に使用する場合、前記発光装置３０００から出射された光を利用して長い照明領域を沿道に形成できるようになり、非球面ＬＥＤレンズ３２００の短軸面を基準にして見ると、レンズの中央に光が集中することによって、街路灯の所定の半径内の道路領域をその他の領域に比べて高い輝度で照明できるようになる。
本発明の非球面ＬＥＤレンズ及び発光装置は、上述した特定の各実施例に限定されるものではなく、種々の構造を有する製品への応用が可能である。
本発明は、図面と併せて幾つかの実施例を参照して説明されたが、当業者には、本発明が、その要旨を逸脱しない範囲内で修正及び変形して実施することができることは明らかである。従って、実施例は、説明のみの目的で記載されており、発明の全ての開示を提供し、本発明を当業者に十分に理解させるために記載されている。このように、本発明の改変及びバリエーションが本願の特許請求の範囲及びその均等物に入る場合、本発明は前記改変及びバリエーションを包含することが意図されている。

Claims (17)

  1. 中心軸に対して放射状に対称的な構造をなす非球面ＬＥＤレンズであって、
    前記非球面ＬＥＤレンズは、
    前記中心軸の付近が凹面状に陥没した出光面と、
    前記中心軸上に頂点が位置する円錐状面からなる入光面と、を含み、
    前記出光面のうち側面の一部に複数の突起が形成されることを特徴とする非球面ＬＥＤレンズ。
  2. 前記非球面ＬＥＤレンズは、液状シリコーンゴム（Ｌｉｑｕｉｄ Ｓｉｌｉｃｏｎｅ Ｒｕｂｂｅｒ、ＬＳＲ）で形成されることを特徴とする、請求項１に記載の非球面ＬＥＤレンズ。
  3. 前記出光面は、少なくとも二つの直線部を含むことを特徴とする、請求項１に記載の非球面ＬＥＤレンズ。
  4. 前記二つの直線部は前記中心軸線で交わり、前記直線部はそれぞれ、水平方向に対して約１０°以上約４０°以下の傾斜を有することを特徴とする、請求項３に記載の非球面ＬＥＤレンズ。
  5. 前記出光面は、曲率半径が異なる複数の曲線部の組み合わせからなることを特徴とする、請求項１に記載の非球面ＬＥＤレンズ。
  6. 前記曲率半径は約１．０以上約５．０以下であることを特徴とする、請求項５に記載の非球面ＬＥＤレンズ。
  7. ハウジングと、前記ハウジング上に実装された発光ダイオードチップと、前記発光ダイオードチップの上部に形成され、中心軸に対して放射状の対称的な構造をなす非球面ＬＥＤレンズとを含むバックライト用発光装置において、
    前記非球面ＬＥＤレンズは、
    前記中心軸の近傍で凹状に陥没した出光面と、
    前記中心軸上に頂点が位置する円錐状面からなる入光面と、を含み、
    前記出光面のうち側面の一部に複数の突起が形成されることを特徴とするバックライト用発光装置。
  8. 前記発光ダイオードチップから出射されて前記非球面ＬＥＤレンズを通過した光は、前記バックライト用発光装置の中央部において、光量及び光の強さがピーク値の約３０％〜約４０％に該当し、光の指向角の曲線のピーク角度が約±６７°になることを特徴とする、請求項７に記載のバックライト用発光装置。
  9. 前記非球面ＬＥＤレンズは、液状シリコーンゴム（Ｌｉｑｕｉｄ Ｓｉｌｉｃｏｎｅ Ｒｕｂｂｅｒ、ＬＳＲ）で形成されることを特徴とする、請求項７に記載のバックライト用発光装置。
  10. 前記非球面ＬＥＤレンズの前記出光面は少なくとも二つの直線部を含むことを特徴とする、請求項７に記載のバックライト用発光装置。
  11. 前記二つの直線部は前記中心軸線で交わり、それぞれの直線部は水平方向に対して約１０°以上約４０°以下の傾斜を有することを特徴とする、請求項１０に記載のバックライト用発光装置。
  12. 前記非球面ＬＥＤレンズの前記出光面は、曲率半径が異なる複数の曲線部の組み合わせからなることを特徴とする、請求項７に記載のバックライト用発光装置。
  13. 前記曲率半径は約１．０以上約５．０以下であることを特徴とする、請求項１２に記載のバックライト用発光装置。
  14. 前記発光ダイオードチップは、前記非球面ＬＥＤレンズの前記中心軸と前記ハウジングとが交わる位置に配置されることを特徴とする、請求項７に記載のバックライト用発光装置。
  15. 前記ハウジングは所定深さのキャビティを備え、前記発光ダイオードチップは前記キャビティ内に位置することを特徴とする、請求項１４に記載のバックライト用発光装置。
  16. 前記キャビティは、前記発光ダイオードチップを封止する封止材で充填されたことを特徴とする、請求項１５に記載のバックライト用発光装置。
  17. 前記非球面ＬＥＤレンズは、前記液状シリコーンゴムと拡散剤との混合物を射出成形することによって形成されることを特徴とする、請求項９に記載のバックライト用発光装置。
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