JP2014056821A - 発光ダイオードランプ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、光強度が均一で、且つ光出射角度が大きい発光ダイオードランプを提供する。
【解決手段】本発明に係る発光ダイオードランプは、ランプ本体と、ランプ本体上に取り付けられる回路基板、回路基板上に設置される第一発光ダイオード、及び複数の第二発光ダイオードを含む発光ダイオードモジュールと、を備える。第一発光ダイオードは、前記回路基板の中央に位置し、複数の第二発光ダイオードは、第一発光ダイオードを囲んで設置される。発光ダイオードランプは、各第二発光ダイオードを覆うレンズをさらに備え、各レンズは導光部を備え、導光部は光入射面及び光出射面を備える。第二発光ダイオードから出射された光は、光入射面を介して前記レンズの内部に入射し、且つ光出射面によって屈折された後、大部分の光が光出射面の周囲に向かって出射される。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体構造に関し、特に発光ダイオードランプに関するものである。

発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、ＬＥＤ）は、電流を特定の波長の光に変換できる半導体素子からできており、高輝度、低電圧、低消費電力、長寿命である等の利点を有することから、新しいタイプの光源として、現在広く利用されている。

発光ダイオードの光出射範囲は、一般的に９０〜１２０度であり、また、発光ダイオードの光強度において、その中心（約０〜３０度の光出射範囲）の光強度は周囲の光強度より高いため不均一な分布を呈する。これにより、発光ダイオードの照明効果に影響を与える。

前記課題を解決するために、本発明は、光強度が均一で、且つ光出射角度が大きい発光ダイオードランプを提供する。

本発明に係る発光ダイオードランプは、ランプ本体と、前記ランプ本体上に取り付けられる回路基板、前記回路基板上に設置される第一発光ダイオード、及び複数の第二発光ダイオードを含む発光ダイオードモジュールと、を備える。前記第一発光ダイオードは、前記回路基板の中央に位置し、複数の第二発光ダイオードは、前記第一発光ダイオードを囲んで設置される。前記発光ダイオードランプは、各第二発光ダイオードを覆うレンズをさらに備え、各レンズは導光部を備え、前記導光部は光入射面及び光出射面を備える。前記第二発光ダイオードから出射された光は、光入射面を介して前記レンズの内部に入射し、且つ光出射面によって屈折された後、大部分の光が光出射面の周囲に向かって出射される。従って、発光ダイオードランプの光出射角度を向上することができる。

従来の技術と比べて、本発明に係る発光ダイオードランプにおいて、レンズは各第二発光ダイオードから出射された光を第二発光ダイオードの周囲に屈折させるので、各第二発光ダイオードの光出射角度を向上することができる。従って、第二発光ダイオードを配置する時、隣接する第二発光ダイオードの間の距離を増加することができる。これにより、照明範囲に影響を与えない範囲で、第二発光ダイオードの使用量を減少し、コストを低減することができる。また、隣接する第二発光ダイオードの間の距離を大きくすると、第二発光ダイオードから出射される光の重なる面積が小さくなるため、発光ダイオードランプの中央部の光強度は弱くなる。しかし、第一発光ダイオードは発光ダイオードランプの中央に位置するので、第一発光ダイオードからの光は発光ダイオードランプの中央部の光強度を補償することができる。従って、発光ダイオードランプの光強度は更に均一になることができる。

本発明の実施形態に係る発光ダイオードランプを示す図である。 図１に示した発光ダイオードランプの分解図である。 図２に示した発光ダイオードランプの第二発光ダイオード及びレンズのＩＩＩ―ＩＩＩに沿った断面図である。 図３に示した第二発光ダイオードの光路図である。 図１に示した発光ダイオードランプの一部の光路図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１を参照すると、本発明の実施形態に係る発光ダイオードランプ１は、発光ダイオード電球であり、外部電源（図示せず）に電気的に接続するための口金１０及び口金１０に連接されるランプ本体３０を備える。

図２を参照すると、口金１０は、コネクタ１１と、コネクタ１１の上端部に固定される連接構造１３と、を備える。ランプ本体３０は、ホルダー３１と、ホルダー３１上に装着される発光ダイオードモジュール３３と、ホルダー３１上に装着され、且つ発光ダイオードモジュール３３を覆うランプシェード３５と、を備える。連接構造１３は、コネクタ１１とホルダー３１とを連接する。

コネクタ１１は円筒状を呈し、その外周面にはねじ山１１１が設けられ、且つランプ本体３０から離れる側の底端部には金属パッチ１１３が設けられている。コネクタ１１は、標準ランプ用のコネクタであり、標準ランプ用のねじ込み式ソケットと係合するために用いられる。従って、本発明の発光ダイオードランプ１は、従来の白熱電球に置き換えることができる。

ホルダー３１は円錐台を呈し、アルミニウム、銅等の良好な熱伝導率を有する材料からなる。ホルダー３１の上表面には、下方へ凹んだ円形の支持部３１１が形成されている。この支持部３１１は発光ダイオードモジュール３３を設置するために用いられる。この支持部３１１の中央には貫通孔３１１１が設けられている。発光ダイオードモジュール３３のワイヤ（図示せず）は、この貫通孔３１１１を介してホルダー３１の内部の駆動モジュール（図示せず）に電気的に接続される。ホルダー３１の外径は、コネクタ１１と連接するホルダー３１の底端部から発光ダイオードモジュール３３が設置される頂端部まで徐々に大きくなる。ホルダー３１の外周面には、ホルダー３１の長手方向に沿って延在する複数のフィン３１３が互いに離間して設けられている。このフィン３１３は、ホルダー３１によって生成される熱を放散するために用いられる。

発光ダイオードモジュール３３は、回路基板３３１と、回路基板３３１上に設置される１つの第一発光ダイオード３３３と、３つの第二発光ダイオード３３５と、第二発光ダイオード３３５をそれぞれ覆う３つのレンズ４０と、を備える。

回路基板３３１は円盤状を呈し、ホルダー３１の支持部３１１に取り付けられる。本実施形態において、回路基板３３１のサイズと支持部３１１のサイズとはほぼ同じである。回路基板３３１の中央には、回路基板３３１の上表面及び下表面を貫通する貫通孔３３１１が設けられている。回路基板３３１の貫通孔３３１１は、支持部３１１の貫通孔３１１１に対応し、発光ダイオードモジュール３３のワイヤは、回路基板３３１の貫通孔３３１１及び支持部３１１の貫通孔３１１１を介して、ホルダー３１の内部の駆動モジュールに電気的に接続される。

第一発光ダイオード３３３は、貫通孔３３１１に対応して回路基板３３１の上表面の中央に固定される。３つの第二発光ダイオード３３５は、第一発光ダイオード３３３を囲んで回路基板３３１の上表面に互いに離間して設置される。各第二発光ダイオード３３５から第一発光ダイオード３３３までの距離は同じである。本実施形態において、３つの第二発光ダイオード３３５は正三角形の３つの頂点にそれぞれ位置し、第一発光ダイオード３３３は正三角形の中心に位置している。第一発光ダイオード３３３及び第二発光ダイオード３３５は、異なるパワーを持ち、且つ所望の色の光を発することができる。本実施形態において、第一発光ダイオード３３３及び第二発光ダイオード３３５は、パワーが同じであり、且つ白光を発する。また、第一発光ダイオード３３３には、レンズ４０は設けられていない。

図３を併せて参照すると、各レンズ４０は回路基板３３１の上表面に固定され、且つ第二発光ダイオード３３５を覆う。レンズ４０は、ＰＭＭＡ或いはＰＣ等の良好な光学性能を有する透明な材料からなる。レンズ４０は、中心軸ＯＯ’に対して対称である。

各レンズ４０は、導光部４１と、導光部４１の一側の表面から外へ突出する粗面化構造体４３と、２つの保持部４５と、を備える。

導光部４１は、湾曲した頂面４１５と、平坦な底面４１１と、頂面４１５と底面４１１とを連接する環状の側面４１３と、を備える。頂面４１５は、側面４１３の上縁を連接し、且つ底面４１１の上方に位置する。頂面４１５の回路基板３３１の上表面に平行する方向に沿う幅は、底面４１１の幅より大きい。頂面４１５は、２つの第一曲面４１５１を備える。各第一曲面４１５１は回路基板３３１から離れる方向に向けて突出し、２つの第一曲面４１５１は、中心軸ＯＯ’に対して対称であり、且つ互いに連接して略こうもりの羽状を形成している。２つの第一曲面４１５１の連接点４１５３は、中心軸ＯＯ’上に位置する。各第一曲面４１５１の外縁部は、対応する側面４１３の上端を連接する。各第一曲面４１５１から底面４１１までの距離は、第一曲面４１５１の中央から第一曲面４１５１の周囲に向かうにつれて徐々に小さくなる。

導光部４１には、底面４１１の中央から頂面４１５に向けて凹むキャビティ４１７が形成されている。このキャビティ４１７は第二発光ダイオード３３５に対応する。キャビティ４１７は、頂面４１５に向けて突出し、且つ導光部４１の中央に位置する第二曲面４１７１及び第二曲面４１７１の周縁を連接する環状面４１７３によって囲まれて形成されている。第二曲面４１７１はドーム状の凸面であり、第二曲面４１７１から底面４１１までの距離は、第二曲面４１７１の中央から第二曲面４１７１の周囲に向かうにつれて徐々に小さくなる。環状面４１７３は、回路基板３３１に対して垂直である。キャビティ４１７の回路基板３３１の上表面に平行する方向に沿う幅は、第二発光ダイオード３３５のサイズとほぼ等しい。第二曲面４１７１及び環状面４１７３は、レンズ４０の光入射面として使用され、頂面４１５は、レンズ４０の光出射面として用いられる。第二発光ダイオード３３５から出射された大部分の光は頂面４１５を介してレンズ４０から透過され、他の部分の光は側面４１３を介してレンズ４０から透過される。

側面４１３は傾斜面であり、頂面４１５の周縁から下方に向けて、且つ底面４１１の周縁に向けて傾斜して延伸している。

粗面化構造体４３及び２つの保持部４５は、導光部４１の底面４１１から下方へそれぞれ突出している。粗面化構造体４３は、キャビティ４１７の周囲の底面４１１に均一に分布された複数の連続した突起部４３１を備える。各突起部４３１は同じ形状及びサイズを有している。各突起部４３１は逆台形を呈し、突起部４３１の幅は、底面４１１に連接された頂端から底面４１１から離れた側の底端まで徐々に狭くなる。隣接する突起部４３１の頂面の辺縁は互いに連接し、隣接する突起部４３１の他の部分は互いに離間している。

２つの保持部４５は、導光部４１の底面４１１の周縁の両側に位置する。保持部４５の断面は逆台形を呈し、保持部４５の幅は、導光部４１の底面４１１から導光部４１から離れる方向に向けて徐々に狭くなる。保持部４５の高さは突起部４３１の高さより高い。レンズ４０は、２つの保持部４５によって回路基板３３１に固定され、且つ第二発光ダイオード３３５と離間して設置される。

ランプシェード３５は高屈折率を有する光透過性材料からなり、中空の半球形状を呈する。ランプシェード３５は、ホルダー３１の上端に固定され、且つ発光ダイオードモジュール３３を覆う。ランプシェード３５の半球形状の表面の中心は、第一発光ダイオード３３３に対応する。ランプシェード３５は、第一発光ダイオード３３３及び第二発光ダイオード３３５からの光を外部へ発散するために用いられる。

図４及び図５を参照すると、発光ダイオードランプ１が動作する場合、第一発光ダイオード３３３から出射された光は、ランプシェード３５の中央部分に直接に入射される。同時に、各第二発光ダイオード３３５から出射された光は、キャビティ４１７の第二曲面４１７１及び環状面４１７３を介してレンズ４０の内部に入射する。この際、一部の光は第一曲面４１５１を介してレンズ４０の中央からランプシェード３５の中央へ出射され、大部分の光は第一曲面４１５１によって屈折された後、レンズ４０の周囲へ出射される。最後に、ランプシェード３５によってさらに屈折された後、ランプシェード３５の周囲へ発散される。これにより、発光ダイオードランプ１の照明角度を向上することができる。

本発明に係る発光ダイオードランプ１において、レンズ４０は各第二発光ダイオード３３５から出射された光を第二発光ダイオード３３５の周囲に屈折させるので、各第二発光ダイオード３３５の光出射角度を向上することができる。従って、第二発光ダイオード３３５を配置する時、隣接する第二発光ダイオード３３５の間の距離を増加することができる。これにより、照明範囲に影響を与えない範囲で、第二発光ダイオード３３５の使用量を減少し、コストを低減することができる。また、隣接する第二発光ダイオード３３５の間の距離を大きくすると、第二発光ダイオード３３５から出射される光の重なる面積が小さくなるため、発光ダイオードランプ１の中央部の光強度は弱くなる。しかし、第一発光ダイオード３３３は発光ダイオードランプ１の中央に位置するので、第一発光ダイオード３３３からの光は発光ダイオードランプ１の中央部の光強度を補償することができる。従って、発光ダイオードランプ１の光強度は更に均一になることができる。

１ 発光ダイオードランプ
１０ 口金
１１ コネクタ
１３ 連接構造
３０ ランプ本体
３１ ホルダー
３３ 発光ダイオードモジュール
３５ ランプシェード
４０ レンズ
４１ 導光部
４３ 粗面化構造体
４５ 保持部
１１１ ねじ山
１１３ 金属パッチ
３１１ 支持部
３１３ フィン
３３１ 回路基板
３３３ 第一発光ダイオード
３３５ 第二発光ダイオード
４１１ 底面
４１３ 側面
４１５ 頂面
４１７ キャビティ
４３１ 突起部
３１１１、３３１１ 貫通孔
４１５１ 第一曲面
４１５３ 連接点
４１７１ 第二曲面
４１７３ 環状面

Claims (4)

1. ランプ本体と、
   前記ランプ本体上に取り付けられる回路基板と、前記回路基板上に設置される第一発光ダイオードと、複数の第二発光ダイオードと、を含む発光ダイオードモジュールと、
   を備える発光ダイオードランプにおいて、前記第一発光ダイオードは、前記回路基板の中央に位置し、複数の第二発光ダイオードは、前記第一発光ダイオードを囲んで設置され、前記発光ダイオードランプは、各第二発光ダイオードを覆うレンズをさらに備え、各レンズは導光部を備え、前記導光部は光入射面及び光出射面を備え、前記第二発光ダイオードから出射された光は、光入射面を介して前記レンズの内部に入射し、且つ光出射面によって屈折された後、大部分の光は光出射面の周囲に向かって出射され、従って、発光ダイオードランプの光出射角度を向上することができることを特徴とする発光ダイオードランプ。
2. 前記光出射面は、前記回路基板から離れる方向に向けて突出する２つの第一曲面を備え、前記２つの第一曲面は、互いに連接して略こうもりの羽状構造を形成することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードランプ。
3. 前記導光部は、前記光出射面に対応する底面をさらに備え、前記底面の中央には、前記第一曲面に向けて凹むキャビティが形成され、前記キャビティは、前記第一曲面に向けて突出する第二曲面及び第二曲面の周縁を連接する環状面によって囲まれて形成され、前記第二曲面及び環状面は、前記導光部の光入射面として用いられ、前記２つの第一曲面の連接点は、前記第二曲面の中央の真上に位置することを特徴とする請求項２に記載の発光ダイオードランプ。
4. 前記底面には、該底面の周縁の両側に位置する２つの保持部及び前記キャビティの周囲の底面に分布され、且つ外へ突出する複数の連続した突起部が形成され、前記レンズは、前記２つの保持部によって前記回路基板に固定されることを特徴とする請求項３に記載の発光ダイオードランプ。