JP2015002025A - Illumination device - Google Patents

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俊彦 栗山
Toshihiko Kuriyama
俊彦 栗山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an LED illumination device of narrow angle light distribution or a middle angle light distribution in which a beam angle of emission light from a lens is sufficiently small, and also light extraction efficiency is high.SOLUTION: An illumination device at least includes an LED light source and a lens. The lens has a rotor shape with an optical axis being a center, and includes an incident surface, an emission surface and a reflection side surface. The incident surface is one recess provided so as to become a shape symmetrical with respect to the optical axis of the lens, and it comprises an upper incident surface facing the LED light source and a side incident surface surrounding the periphery of it. The upper incident surface is a convex lens, and when a maximum diameter of a light emitting surface of the LED light source is defined as X and a maximum diameter of the upper incident surface is defined as Y, 0.8≤X/Y≤1.2 is established.

Description

本発明は、発光素子としてLEDを用いた照明装置に関する。   The present invention relates to a lighting device using LEDs as light emitting elements.

発光ダイオード(以下、「LED」と称する)は、従来から知られる蛍光灯や白熱電球のような照明光源に比べて、高効率かつ長寿命であることから、新しい光源として期待されている。照明装置の用途に応じて任意の配光特性が得られるようにするため、このようなLED光源と配光制御用のレンズとを組み合わせることが検討されている。
例えば、特許文献1には、LED素子の配光特性を広角から狭角に変化させて輝度を高める方法として、凸入射面と全反射面を組み合わせたハイブリッドレンズを用いることが記載されている。当該ハイブリッドレンズは、中央に配置されたLED素子からのレンズ入射光を、反射面による全反射によってレンズ中心軸(光軸)に対して略平行光とし出射させる光路と、凸入射面による屈折によって光軸に対して略平行光とし集光して出射させる光路の2種類の光路を有し、両光路により、光軸に対して略平行光が出射する狭角配光の光源ユニットが実現されることが記載されている。そして、その具体例として、複数の光色のLED素子からの光を混色して出射するレンズ付発光ユニットが記載されている(段落[0004]、[図1]〜[図16])。
A light-emitting diode (hereinafter referred to as “LED”) is expected to be a new light source because it has a higher efficiency and a longer life than conventional illumination light sources such as fluorescent lamps and incandescent lamps. In order to obtain an arbitrary light distribution characteristic according to the application of the lighting device, it is considered to combine such an LED light source and a lens for light distribution control.
For example, Patent Document 1 describes using a hybrid lens that combines a convex incident surface and a total reflection surface as a method of increasing luminance by changing the light distribution characteristics of an LED element from a wide angle to a narrow angle. The hybrid lens has an optical path for emitting the lens incident light from the LED element arranged at the center as substantially parallel light to the lens central axis (optical axis) by total reflection by the reflecting surface, and refraction by the convex incident surface. A light source unit with a narrow-angle light distribution is realized that has two types of optical paths, which are light beams that are condensed and emitted as substantially parallel light with respect to the optical axis. It is described that. As a specific example, a lens-equipped light-emitting unit that emits light from a plurality of light-colored LED elements in a mixed color is described (paragraphs [0004], [FIG. 1] to [FIG. 16]).

特開2007−59073号公報JP 2007-59073 A

本発明者の検討によれば、特許文献1に開示されたハイブリッドレンズを用いて狭角配光の照明装置を設計した場合であっても、レンズを通過して集光された出射光の放射角(ビームアングル)が十分に小さくならない場合があった。特に、照明装置に複数のLEDを搭載したり、あるいは、ワンコア(ひと粒)のLED光源の発光面を拡大することにより、LED光源の実効的な発光面積を拡大した場合にその傾向が生じやすく、また、LED照明のメリットである装置の薄型化や、デザイン性の向上の要求から装置の小型化をする場合にも、出射光のビームアングルを十分に小さくできない傾向が生じやすいことがわかってきた。   According to the study of the present inventor, even when a lighting device with a narrow-angle light distribution is designed using the hybrid lens disclosed in Patent Document 1, radiation of the emitted light collected through the lens is emitted. In some cases, the angle (beam angle) did not become sufficiently small. In particular, when a plurality of LEDs are mounted on the lighting device or the effective light emitting area of the LED light source is increased by expanding the light emitting surface of the one-core (one grain) LED light source, the tendency is likely to occur. In addition, it has been found that there is a tendency that the beam angle of the emitted light cannot be made sufficiently small even when the device is downsized due to the demand for improvement in design and thinness of the device which is an advantage of LED lighting. .

また、本発明者らの検討によれば、出射光のビームアングルを小さくするために、レンズの凸入射面の面積を過度に小さく設計した場合、レンズの出射面の直上に向けて出射される光の光量が相対的に減少して実効的な光取り出し効率が低下する場合があることがわかってきた。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、LED光源の実効的な発光面積を拡大したり、あるいは、照明装置を薄型化・小型化した場合であっても、レンズからの出射光のビームアングルが十分に小さく、かつ、光取り出し効率の高い、狭角配光又は中角配光のLED照明装置を提供することを目的とする。
Further, according to the study by the present inventors, when the area of the convex incident surface of the lens is designed to be excessively small in order to reduce the beam angle of the emitted light, the light is emitted directly above the exit surface of the lens. It has been found that the effective light extraction efficiency may decrease due to a relative decrease in the amount of light.
The present invention has been made in view of the above problems, and even if the effective light emitting area of the LED light source is increased or the illumination device is thinned and miniaturized, the light emitted from the lens is obtained. It is an object of the present invention to provide a narrow-angle light distribution or medium-angle light distribution LED illumination device having a sufficiently small beam angle and high light extraction efficiency.

上記課題を解決するための本発明の要旨は、以下の通りである。
[1]少なくともLED光源とレンズとを備えた照明装置であって、前記レンズは、その光軸を中心にした回転体形状を成し、入射面、出射面及び反射側面を備え、前記入射面は、前記レンズの光軸に対して対称な形状となるように設けられた1つの凹部であると共に
、前記LED光源に対向する上方入射面とその周囲を囲む側方入射面からなり、前記上方入射面は凸レンズであり、前記LED光源の発光面の最大径をXとし、前記上方入射面の最大径をYとした場合に、0.8≦X/Y≦1.2であることを特徴とする照明装置。
[2]前記光軸を含む平面によって前記レンズを切断した場合の断面における前記側方入射面の形状は、曲面を有する形状であることを特徴とする[1]に記載の照明装置。
[3]前記LED光源は、ワンコアのLED光源であることを特徴とする[1]又は[2]に記載の照明装置。
[4]前記LED光源の発光面の最大径Xは、300μm以上10mm以下であることを特徴とする[1]から[3]のいずれかに記載の照明装置。
[5]前記上方入射面を構成する凸レンズの直径は、300μm以上12mm以下であることを特徴とする[1]から[4]のいずれかに記載の照明装置。
The gist of the present invention for solving the above problems is as follows.
[1] An illuminating device including at least an LED light source and a lens, wherein the lens has a rotating body shape around its optical axis, and includes an incident surface, an output surface, and a reflective side surface, and the incident surface Is a concave portion provided so as to have a symmetrical shape with respect to the optical axis of the lens, and includes an upper incident surface facing the LED light source and a side incident surface surrounding the upper incident surface. The incident surface is a convex lens, and when the maximum diameter of the light emitting surface of the LED light source is X and the maximum diameter of the upper incident surface is Y, 0.8 ≦ X / Y ≦ 1.2. A lighting device.
[2] The illumination device according to [1], wherein a shape of the side incident surface in a cross section when the lens is cut along a plane including the optical axis is a shape having a curved surface.
[3] The illumination device according to [1] or [2], wherein the LED light source is a one-core LED light source.
[4] The illumination device according to any one of [1] to [3], wherein the maximum diameter X of the light emitting surface of the LED light source is 300 μm or more and 10 mm or less.
[5] The illumination device according to any one of [1] to [4], wherein a diameter of the convex lens constituting the upper incident surface is not less than 300 μm and not more than 12 mm.

本発明によれば、上記X/Yを特定の範囲内にすることにより、LED光源の実効的な発光面積を拡大したり、あるいは、照明装置を薄型化・小型化した場合であっても、レンズからの出射光のビームアングルが十分に小さく、かつ、光取り出し効率の高い、狭角配光又は中角配光のLED照明装置を提供することができる。   According to the present invention, by setting the above X / Y within a specific range, the effective light emitting area of the LED light source can be expanded, or even when the lighting device is thinned and miniaturized, It is possible to provide a LED illumination device with narrow-angle light distribution or medium-angle light distribution that has a sufficiently small beam angle of light emitted from a lens and high light extraction efficiency.

本発明の実施形態に係る照明装置のLED光源とレンズの関係を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the relationship between the LED light source and lens of the illuminating device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る照明装置を構成するレンズの側面図である。It is a side view of the lens which comprises the illuminating device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る照明装置を構成するレンズの正面図である。It is a front view of the lens which comprises the illuminating device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る照明装置を構成するレンズの斜視図である。It is a perspective view of the lens which comprises the illuminating device which concerns on embodiment of this invention. 本発明のシミュレーションの条件を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the conditions of the simulation of this invention. 本発明のビームアングルを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the beam angle of this invention.

以下、図面を参照して本発明について詳細に説明する。以下に記載する発明構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの形態のみに限定する趣旨のものではない。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following description of the constituent features of the invention is an example (representative example) of an embodiment of the present invention, and the present invention is not intended to be limited only to these forms as long as the gist of the invention is not exceeded. In the present specification, a numerical range represented by using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value.

<照明装置の全体構成>
図1は、本発明の実施形態に係る照明装置10を、光軸を含む平面によって切断した場合のLED光源20とレンズ30の関係を示す断面図である。照明装置10は、少なくともLED光源20とレンズ30とを備えている。後述のとおり、レンズ30は、その光軸を中心にした回転体形状を成し、入射面31、出射面32及び反射側面33を備えた構造を有している。また、レンズ30の入射面31の形状は、レンズ30の光軸に対して対称な形状となるように設けられており、1つの凹部をなしている。また、レンズ30の入射面31は、LED光源20に対向する上方入射面31aと、その周囲を囲む側方入射面31bとからなり、上方入射面31aは凸レンズを構成する。
<Overall configuration of lighting device>
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the relationship between the LED light source 20 and the lens 30 when the illumination device 10 according to the embodiment of the present invention is cut along a plane including the optical axis. The illumination device 10 includes at least an LED light source 20 and a lens 30. As will be described later, the lens 30 has a rotating body shape centered on the optical axis, and has a structure including an incident surface 31, an output surface 32, and a reflective side surface 33. Further, the shape of the incident surface 31 of the lens 30 is provided so as to be symmetrical with respect to the optical axis of the lens 30 and forms one concave portion. The incident surface 31 of the lens 30 includes an upper incident surface 31a that faces the LED light source 20 and a side incident surface 31b that surrounds the upper incident surface 31a. The upper incident surface 31a forms a convex lens.

後述のとおり、本発明の照明装置10は、LED光源20の発光面の最大径Xと、レンズ30の上方入射面31a(凸レンズの面)の最大径Yの比が所定の範囲内である点に特徴があり、これによって、LED光源20の実効的な発光面積を拡大したり、あるいは、照明装置10を薄型化・小型化した場合であっても、レンズ30からの出射光の放射角(ビームアングル)を十分に小さくでき、かつ、レンズ30の出射面32の直上に向けて出射される光の光量を十分に確保すること(光取り出し効率を高くすること)が可能となる
As will be described later, in the illumination device 10 of the present invention, the ratio of the maximum diameter X of the light emitting surface of the LED light source 20 to the maximum diameter Y of the upper incident surface 31a (convex lens surface) of the lens 30 is within a predetermined range. Thus, even when the effective light emitting area of the LED light source 20 is expanded or the illumination device 10 is thinned and miniaturized, the emission angle of the light emitted from the lens 30 ( Beam angle) can be made sufficiently small, and a sufficient amount of light emitted toward the position directly above the exit surface 32 of the lens 30 can be ensured (light extraction efficiency can be increased).

<LED光源20>
(LED光源20の構成)
LED光源20には、例えば、LEDチップをモジュール基板上に実装することにより、LED発光モジュールとしたものを用いることができる。この場合、モジュール基板の中央部にLEDチップを集約配置した、ワンコア(ひと粒)型のモジュールとすることが好ましい。このようなワンコアのLED光源を採用することで、LED照明装置全体として点光源とすることができる。また、このようなワンコアのLED光源を採用することで、マルチシャドウを有効に解消又は緩和することができ、光ムラの少ない均一で安定した照明効果を実現することができる。
<LED light source 20>
(Configuration of LED light source 20)
As the LED light source 20, for example, an LED light emitting module can be used by mounting an LED chip on a module substrate. In this case, it is preferable to use a one-core (one grain) type module in which LED chips are centrally arranged at the center of the module substrate. By adopting such a one-core LED light source, the entire LED lighting device can be a point light source. In addition, by adopting such a one-core LED light source, multi-shadows can be effectively eliminated or alleviated, and a uniform and stable illumination effect with little light unevenness can be realized.

LEDチップを実装するためのモジュール基板としては、例えば、熱伝導性が良好なアルミニウム等の金属材料、或いは絶縁材料等により形成されたメタルベース基板が好適に用いられる。
LED光源20には、例えば、1又は複数の近紫外又は紫色LEDチップをモジュール基板の実装面に設けた配線上に直接実装するチップ・オン・ボード構造としたものを用いることができ、近紫外又は紫色LEDチップにより励起されて発光する青色蛍光体、緑色蛍光体及び赤色蛍光体が混ぜ込まれた透光性樹脂によってポッティング等されることにより構成されていてもよい。なお、LEDチップは、近紫外又は紫色LEDチップのみならず、青色LEDチップ等の種々のLEDチップを用いることができ、用いるLEDチップに応じて種々の蛍光体を選択することができる。また、LEDチップに用いる半導体基板には、発光層を構成する半導体材料と、格子定数や熱膨張係数等が同等か又は近い材料を用いることが好ましく、例えば、発光層に窒化物半導体を用い、基板に窒化物半導体、炭化珪素、又はサファイアを用いることが好ましい。中でも、GaN基板は、発光層を構成する半導体材料がGa含有窒化物半導体である場合に、格子定数及び熱膨張係数がほぼ等しいので、基板と半導体発光層の間のミスマッチがほとんどなく、発光効率の点でも耐久性の点でも、特に好ましい。このような基板を用いたLEDチップを適用した場合、LEDチップに大電流を投入しても、発熱による熱劣化が少なく、長寿命でかつ大光束のLED照明を実現することができる。
As the module substrate for mounting the LED chip, for example, a metal base substrate formed of a metal material such as aluminum having good thermal conductivity or an insulating material is preferably used.
As the LED light source 20, for example, one having a chip-on-board structure in which one or a plurality of near-ultraviolet or purple LED chips are directly mounted on a wiring provided on the mounting surface of the module substrate can be used. Alternatively, it may be configured by being potted by a translucent resin in which a blue phosphor, a green phosphor, and a red phosphor that are excited by a purple LED chip to emit light are mixed. As the LED chip, not only a near-ultraviolet or purple LED chip but also various LED chips such as a blue LED chip can be used, and various phosphors can be selected depending on the LED chip to be used. The semiconductor substrate used for the LED chip is preferably a material having a lattice constant or a coefficient of thermal expansion that is the same as or close to that of the semiconductor material constituting the light emitting layer. For example, a nitride semiconductor is used for the light emitting layer, It is preferable to use a nitride semiconductor, silicon carbide, or sapphire for the substrate. In particular, when the semiconductor material constituting the light emitting layer is a Ga-containing nitride semiconductor, the GaN substrate has almost the same lattice constant and thermal expansion coefficient. This is particularly preferable from the viewpoint of durability and durability. When an LED chip using such a substrate is applied, even if a large current is applied to the LED chip, thermal degradation due to heat generation is small, and long-life LED illumination with a large luminous flux can be realized.

これらのLEDチップを構成する材料は、LED照明装置の目的や用途に応じて、公知の材料を適宜選択することができ、公知の方法でLEDチップを製造することができる。
なお、LED光源20には、前記のチップ・オン・ボード構造を用いる代わりに、パッケージ構造を採用することもでき、種々の形態に適用することができる。また、LED光源20には、複数のLEDチップを半導体基板上に分散して設けることもできる。
As materials constituting these LED chips, known materials can be appropriately selected according to the purpose and application of the LED lighting device, and the LED chips can be manufactured by a known method.
The LED light source 20 can adopt a package structure instead of using the chip-on-board structure, and can be applied to various forms. The LED light source 20 can also be provided with a plurality of LED chips dispersed on a semiconductor substrate.

(LED光源の発光面の最大径Xについて)
本発明において、LED光源の発光面の最大径Xとは、本発明のLED光源を単一の光源とみなした場合の発光面の最大径Xを意味する。すなわち、例えば、ワンコア(1粒)型のLED発光モジュールであるようなLED光源の場合は、そのワンコアのLED光源の発光面の端から端までの距離のうち最大の距離を最大径Xとする。また、複数のLED発光モジュールを単に半導体基板上に分散して設けた場合は、最も離れて存在するLED発光モジュールの発光面の外側の端から端までの距離を最大径Xとする。
(About the maximum diameter X of the light emitting surface of the LED light source)
In the present invention, the maximum diameter X of the light emitting surface of the LED light source means the maximum diameter X of the light emitting surface when the LED light source of the present invention is regarded as a single light source. That is, for example, in the case of an LED light source that is a one-core (one grain) type LED light-emitting module, the maximum distance X is the maximum distance X from the end to end of the light-emitting surface of the one-core LED light source. . Further, when a plurality of LED light emitting modules are simply provided on a semiconductor substrate, the distance from the outer end to the end of the light emitting surface of the LED light emitting module that is located farthest is the maximum diameter X.

Xは、通常300μm〜10mmであり、500μm以上であることが好ましく、1mm以上であることがより好ましく、3mm以上であることがさらに好ましい。また、Xは、9mm以下であることが好ましく、8mm以下であることがより好ましく、7mm以下であることがさらに好ましい。   X is usually 300 μm to 10 mm, preferably 500 μm or more, more preferably 1 mm or more, and further preferably 3 mm or more. X is preferably 9 mm or less, more preferably 8 mm or less, and even more preferably 7 mm or less.

<レンズ30>
(レンズ30の構成)
図1は、本発明の実施形態に係る照明装置10の概略を示す断面図であり、図1には、光軸を含む平面によってレンズ30を切断した場合の断面図が記載されている。また、図2〜図4は、本発明の実施形態に係る照明装置を構成するレンズの側面図、正面図及び斜視図である。
<Lens 30>
(Configuration of lens 30)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an outline of a lighting device 10 according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a cross-sectional view when a lens 30 is cut along a plane including an optical axis. 2 to 4 are a side view, a front view, and a perspective view of a lens constituting the illumination device according to the embodiment of the present invention.

レンズ30は、その光軸を中心にした回転体形状を成し、入射面31、出射面32及び反射側面33を備えた構造を有している。上記回転体形状は、レンズ全体として、実質的に対称な回転体形状であることを意味し、集光機能に影響しない程度の部材の追加や加工変形を施したものであっても、本発明の回転体形状に含むものとする。
レンズ30の入射面31の形状は、レンズ30の光軸に対して対称な形状となるように設けられており、1つの凹部34をなしている(図1、図4参照)。また、レンズ30の入射面31は、LED光源20に対向する上方入射面31aと、その周囲を囲む側方入射面31bとからなり、上方入射面31aは凸レンズを構成する。
The lens 30 has a rotating body shape centered on the optical axis, and has a structure including an incident surface 31, an output surface 32, and a reflective side surface 33. The above-mentioned rotator shape means that the entire lens is a substantially symmetric rotator shape, and even if a member is added or processed and deformed so as not to affect the light collecting function, the present invention It shall be included in the shape of the rotating body.
The shape of the incident surface 31 of the lens 30 is provided so as to be symmetrical with respect to the optical axis of the lens 30 and forms one concave portion 34 (see FIGS. 1 and 4). The incident surface 31 of the lens 30 includes an upper incident surface 31a that faces the LED light source 20 and a side incident surface 31b that surrounds the upper incident surface 31a. The upper incident surface 31a forms a convex lens.

本発明の実施形態では、LED光源20から出射された光は、凸形状を有するレンズ30の上方入射面31aで屈折し、前記の光軸に対して略平行光として集光され、レンズ30の出射面32から外部に出射される。また、レンズ30の上方入射面31a又は側方入射面31bから入射した光の一部は、レンズ30内部の反射側面33によって全反射され、前記の光軸に対して略平行光として、レンズ30の出射面32から外部に出射される。
なお、レンズ30に入射した光のごく一部は、出射面32以外の部分(例えば、反射側面33やつば部35)から漏れ出す場合がある。
In the embodiment of the present invention, the light emitted from the LED light source 20 is refracted by the upper incident surface 31a of the lens 30 having a convex shape, and is condensed as substantially parallel light with respect to the optical axis. The light is emitted from the emission surface 32 to the outside. Further, a part of the light incident from the upper incident surface 31a or the side incident surface 31b of the lens 30 is totally reflected by the reflecting side surface 33 inside the lens 30, and is converted into substantially parallel light with respect to the optical axis. The light is emitted from the light emission surface 32 to the outside.
Note that a small part of the light incident on the lens 30 may leak from a portion other than the emission surface 32 (for example, the reflective side surface 33 or the flange portion 35).

本発明において、レンズ30の側方入射面31bの形状は、光軸を含む平面によってレンズ30を切断した場合の断面において、すなわち、図1の断面図において、曲面を有する形状であることが好ましい。また、側方入射面31bの形状は、球面の形状の一部であることが更に好ましく、半球面の形状の一部であることが特に好ましい。側方入射面31bを上記の形状とすることにより、レンズ30からの出射光の放射角(ビームアングル)を十分に小さくでき、かつ、レンズ30の出射面32の直上に向けて出射される光の光量を十分に確保する(光取り出し効率を高くする)ための、上方入射面31aの最大径(凸レンズ径)の設計マージンを広くすることができ、レンズ等を量産する際の歩留まりを向上することができる。また、側方入射面31bを上記の形状とすることにより、光ムラが少なく均一で安定した照明効果を実現することができる。   In the present invention, the shape of the side incident surface 31b of the lens 30 is preferably a shape having a curved surface in a cross section when the lens 30 is cut by a plane including the optical axis, that is, in the cross sectional view of FIG. . Further, the shape of the side incident surface 31b is more preferably a part of a spherical shape, and particularly preferably a part of a hemispherical shape. By making the side incident surface 31b into the above-mentioned shape, the radiation angle (beam angle) of the emitted light from the lens 30 can be made sufficiently small, and the light is emitted directly above the emitting surface 32 of the lens 30. The design margin of the maximum diameter (convex lens diameter) of the upper incident surface 31a to ensure a sufficient amount of light (to increase light extraction efficiency) can be widened, and the yield when mass-producing lenses and the like is improved. be able to. Further, by forming the side incident surface 31b as described above, it is possible to realize a uniform and stable illumination effect with little light unevenness.

レンズ30の材質については、本発明の目的を達成しうる限り特に限定されないが、プラスチックを好適に用いることができる。具体的には、アクリル、環状ポリオレフィン及びポリカーボネート等の熱可塑性プラスチック、光硬化性プラスチック、UV硬化性プラスチックなどを用いることができる。このうち、製造コストの低減の観点から、射出成形によって製造することが可能な、アクリル、環状ポリオレフィン及びポリカーボネート等の熱可塑性プラスチックを好適に用いることができ、中でもポリカーボネートが特に好ましい。   The material of the lens 30 is not particularly limited as long as the object of the present invention can be achieved, but plastic can be suitably used. Specifically, thermoplastics such as acrylic, cyclic polyolefin, and polycarbonate, photocurable plastics, UV curable plastics, and the like can be used. Among these, from the viewpoint of reducing production costs, thermoplastic plastics such as acrylic, cyclic polyolefin, and polycarbonate that can be produced by injection molding can be suitably used, and among these, polycarbonate is particularly preferred.

(上方入射面の最大径Yについて)
本発明において、上方入射面の最大径Yとは、本発明のLED光源を単一の光源とみなした場合の発光面と対向して存在する、レンズ30の一部であって、凸レンズを構成する上方入射面31aの最大径Yを意味する。
Yは、通常300μm〜12mmであり、500μm以上がであることが好ましく、1mm以上であることがより好ましく、3mm以上であることがさらに好ましい。また、Xは、10mm以下であることが好ましく、8mm以下であることがより好ましく、7mm
以下であることがさらに好ましい。
(About the maximum diameter Y of the upper incident surface)
In the present invention, the maximum diameter Y of the upper incident surface is a part of the lens 30 that is opposed to the light emitting surface when the LED light source of the present invention is regarded as a single light source, and constitutes a convex lens. This means the maximum diameter Y of the upper incident surface 31a.
Y is usually 300 μm to 12 mm, preferably 500 μm or more, more preferably 1 mm or more, and further preferably 3 mm or more. X is preferably 10 mm or less, more preferably 8 mm or less, and 7 mm.
More preferably, it is as follows.

(LED光源の発光面の最大径Xと、上方入射面の最大径Yとの比率(X/Y)について)
本発明において、X/Yは、後述のシミュレーションの結果に示したとおり、0.8〜1.2であることが好ましく、0.85以上であることがより好ましく、0.90以上であることがさらに好ましい。また、X/Yは、1.15以下であることがより好ましく、1.10以下であることがさらに好ましい。X/Yをこのように特定の範囲に制御することにより、レンズ30からの出射光の放射角(ビームアングル)を十分に小さくでき、かつ、レンズ30の出射面32の直上に向けて出射される光の光量を十分に確保すること(光取り出し効率を高くすること)ができる。
(About the ratio (X / Y) between the maximum diameter X of the light emitting surface of the LED light source and the maximum diameter Y of the upper incident surface)
In the present invention, X / Y is preferably 0.8 to 1.2, more preferably 0.85 or more, and 0.90 or more, as shown in the simulation results described later. Is more preferable. X / Y is more preferably 1.15 or less, and further preferably 1.10 or less. By controlling X / Y within a specific range in this way, the radiation angle (beam angle) of the light emitted from the lens 30 can be made sufficiently small, and the light is emitted directly above the exit surface 32 of the lens 30. It is possible to secure a sufficient amount of light (to increase the light extraction efficiency).

<シミュレーション>
LED光源とレンズを備えた照明装置において、出射光の放射角(ビームアングル)と、レンズの出射面の直上に向けて出射された光の光量の、もとのLED光源から出射された光の光量に対する比率(透過率)を解析するため、Lambda Research社製TracePro ver.7.2.7を用いてシミュレーションの計算を行った。図
5に、シミュレーションの条件を説明するための図を示し、図6に、本発明のビームアングルを説明するための図を示す。図6は、照明装置から出射された光の角度分布を表したもので、横軸は、レンズの正面方向を0度とした場合の出射角(単位は[Degrees]ないし[度])を示し、縦軸は、LED光源から出射された全放射束を1Wとした場合の、各出射角における放射強度(単位方位角あたりの放射束、単位は[W/sr])を示す。なお、光の波長を550nmとしてシミュレーションを行った。
<Simulation>
In an illuminating device including an LED light source and a lens, the emission angle of the emitted light (beam angle) and the amount of light emitted directly above the exit surface of the lens, the light emitted from the original LED light source In order to analyze the ratio to light quantity (transmittance), TracePro ver. Manufactured by Lambda Research. The simulation was calculated using 7.2.7. FIG. 5 shows a diagram for explaining the simulation conditions, and FIG. 6 shows a diagram for explaining the beam angle of the present invention. FIG. 6 shows the angular distribution of the light emitted from the illumination device, and the horizontal axis shows the emission angle (unit: [Degrees] to [degree]) when the front direction of the lens is 0 degree. The vertical axis shows the radiant intensity (radiant flux per unit azimuth, unit [W / sr]) at each emission angle when the total radiant flux emitted from the LED light source is 1 W. The simulation was performed with the wavelength of light set at 550 nm.

(条件)
LED光源を、直径5mmの円柱状の物体とみなし、円盤面全体から均一にLambertianに光が出射するものとした。また、出射光の放射束を1Wとし、50万本の光線が飛び出すものとして計算した。なお、LED光源を構成する材料や、その表面に関するパラメータについては、計算上の定義を行わず、光学的に空気と同等の挙動を示すものとして計算した。
(conditions)
The LED light source was regarded as a cylindrical object having a diameter of 5 mm, and light was uniformly emitted from the entire disk surface in a Lambertian manner. The calculation was made assuming that the radiant flux of the emitted light is 1 W and 500,000 light beams are emitted. In addition, about the material which comprises an LED light source, and the parameter regarding the surface, it calculated as what shows a behavior equivalent to air optically without performing calculation definition.

レンズのサイズは、高さ11.44mm(光軸方向)で最大直径20mm(光軸と垂直方向)とし、レンズを構成する材料をポリカーボネートとみなして計算した(当該ポリカーボネートについて、546nmの光に対する屈折率nを1.591として計算した)。
レンズの凹部の形状は、径を直径7.5mmとして側方入射面がR3.75mmの半球面になるようにした。この場合に、LED光源の発光面の中心が、上記半球の中心と一致するようにLED光源を配置した。また、レンズの凹部の形状に関して、上方入射面の直径(凸レンズの直径)を1mm〜6.4mmの範囲で調整し、計算を行った。なお、上方入射面(凸レンズの凸面)はR7mmの曲率を有するものとして、計算を行った(図5参照)。
The size of the lens was calculated by assuming that the height was 11.44 mm (in the optical axis direction) and the maximum diameter was 20 mm (in the direction perpendicular to the optical axis), and that the material constituting the lens was polycarbonate (the polycarbonate was refracted with respect to 546 nm light). The rate n was calculated as 1.591).
The shape of the concave portion of the lens was such that the diameter was 7.5 mm and the side incident surface was a hemispherical surface of R3.75 mm. In this case, the LED light source was arranged so that the center of the light emitting surface of the LED light source coincided with the center of the hemisphere. Further, regarding the shape of the concave portion of the lens, the diameter of the upper incident surface (diameter of the convex lens) was adjusted in the range of 1 mm to 6.4 mm, and the calculation was performed. The calculation was performed assuming that the upper incident surface (convex surface of the convex lens) has a curvature of R7 mm (see FIG. 5).

(評価)
ビームアングル及び、レンズの出射面の直上に向けて出射された光の光量の、もとのLED光源から出射された光の光量に対する比率(透過率)を計算しその結果を評価するため、直径20mmφの円盤状の受光器を、レンズの出射面の直上0.06mmの位置に設置し、そこを通過した光線の放射束及び出光角を比較した。具体的には、受光器を通過した放射束から、レンズの透過率を計算し、出光角分布の放射強度が最も高い値から、その強度が半分になる角度(法線に対して全角)をビームアングルとして記録した(図6参照)。
(Evaluation)
In order to calculate the ratio (transmittance) of the beam angle and the amount of light emitted toward directly above the exit surface of the lens to the amount of light emitted from the original LED light source and evaluate the result, the diameter A disc-shaped light receiver with a diameter of 20 mm was installed at a position 0.06 mm directly above the exit surface of the lens, and the radiant flux and light exit angle of the light that passed therethrough were compared. Specifically, the transmittance of the lens is calculated from the radiant flux that has passed through the light receiver, and the angle at which the intensity is halved from the highest value of the radiant intensity of the emission angle distribution (full angle with respect to the normal) is calculated. Recorded as beam angle (see FIG. 6).

(解析結果)
X/Yに対するビームアングル及び透過率を計算した結果を表1に示す。
表1においては、ビームアングルが23未満の場合を◎、23以上27未満の場合を○、27以上の場合を△として判定した。また、透過率が87以上の場合を◎、82以下87未満の場合を○、82未満の場合を△として判定した。
(Analysis result)
Table 1 shows the results of calculating the beam angle and transmittance with respect to X / Y.
In Table 1, the case where the beam angle was less than 23 was judged as ◎, the case where it was 23 or more and less than 27 was judged as ○, and the case where it was 27 or more was judged as Δ. Moreover, the case where the transmittance | permeability was 87 or more was evaluated as (double-circle), the case below 82 or less than 87 as (circle), and the case below 82 was evaluated as (triangle | delta).

本発明のLED照明装置においては、ビームアングルが小さく、かつ、透過率(光取り出し効率)が大きいことが求められるところ、上記のとおり、X/Yが0.8〜1.2の範囲内の場合には、ビームアングルと透過率のいずれにも△がなく、いずれも◎、又は、いずれかが◎で一方が○であり、双方の特性を両立できることが判明した。
上記の優れた効果は、X/Yの値を上記範囲内に制御することによってなされたもので、上方入射面に直接入射する光に対して側方入射面に入射する光の光量を適切に確保することにより、ビームアングルの狭角化が図れ、かつ、上方入射面に直接入射する光の光量も適切に確保することにより、透過率(光取り出し効率)を高めることができたものと考えられる。
In the LED lighting device of the present invention, it is required that the beam angle is small and the transmittance (light extraction efficiency) is large. As described above, X / Y is in the range of 0.8 to 1.2. In this case, neither the beam angle nor the transmittance has Δ, and both are ◎, or either is で and one is ○, and it has been found that both characteristics can be compatible.
The above-mentioned excellent effect is achieved by controlling the value of X / Y within the above range, and the amount of light incident on the side incident surface is appropriately set with respect to the light directly incident on the upper incident surface. This ensures that the beam angle can be narrowed, and that the amount of light directly incident on the upper incident surface is also adequately secured to increase the transmittance (light extraction efficiency). It is done.

このように、ビームアングルが十分に小さく、かつ、光取り出し効率の高い、狭角配光又は中角配光のLED照明装置を実現する場合において、X/Yの値を本願発明の範囲内にすることが有効である。   Thus, in the case of realizing a narrow-angle light distribution or medium-angle light distribution LED illumination device with a sufficiently small beam angle and high light extraction efficiency, the value of X / Y is within the scope of the present invention. It is effective to do.

10 照明装置
20 LED光源
30 レンズ
31 入射面
31a 上方入射面
31b 側方入射面
32 出射面
33 反射側面
34 凹部
35 つば部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Illuminating device 20 LED light source 30 Lens 31 Incident surface 31a Upper incident surface 31b Side incident surface 32 Outgoing surface 33 Reflective side surface 34 Concave part 35 Collar part

Claims (5)

少なくともLED光源とレンズとを備えた照明装置であって、
前記レンズは、その光軸を中心にした回転体形状を成し、入射面、出射面及び反射側面を備え、
前記入射面は、前記レンズの光軸に対して対称な形状となるように設けられた1つの凹部であると共に、前記LED光源に対向する上方入射面とその周囲を囲む側方入射面からなり、
前記上方入射面は凸レンズであり、
前記LED光源の発光面の最大径をXとし、前記上方入射面の最大径をYとした場合に、
0.8≦X/Y≦1.2
であることを特徴とする照明装置。
An illumination device comprising at least an LED light source and a lens,
The lens has a rotating body shape centered on the optical axis, and includes an entrance surface, an exit surface, and a reflective side surface.
The incident surface is a concave portion provided so as to have a symmetrical shape with respect to the optical axis of the lens, and includes an upper incident surface facing the LED light source and a side incident surface surrounding the periphery. ,
The upper incident surface is a convex lens;
When the maximum diameter of the light emitting surface of the LED light source is X and the maximum diameter of the upper incident surface is Y,
0.8 ≦ X / Y ≦ 1.2
A lighting device characterized by the above.
前記光軸を含む平面によって前記レンズを切断した場合の断面における前記側方入射面の形状は、曲面を有する形状であることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。   The lighting device according to claim 1, wherein a shape of the side incident surface in a cross section when the lens is cut by a plane including the optical axis is a shape having a curved surface. 前記LED光源は、ワンコアのLED光源であることを特徴とする請求項1又は2に記載の照明装置。   The lighting device according to claim 1, wherein the LED light source is a one-core LED light source. 前記LED光源の発光面の最大径Xは、300μm以上10mm以下であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の照明装置。   The maximum diameter X of the light emission surface of the said LED light source is 300 micrometers or more and 10 mm or less, The illuminating device as described in any one of Claim 1 to 3 characterized by the above-mentioned. 前記上方入射面を構成する凸レンズの直径は、300μm以上12mm以下であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の照明装置。   5. The illumination device according to claim 1, wherein a diameter of the convex lens constituting the upper incident surface is 300 μm or more and 12 mm or less.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107120613A (en) * 2017-05-24 2017-09-01 浙江晶日照明科技有限公司 The device of veiling glare in a kind of elimination arrow beam of light
JP2017208192A (en) * 2016-05-17 2017-11-24 株式会社小糸製作所 Vehicular lighting fixture

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003281909A (en) * 2002-01-18 2003-10-03 Seiwa Electric Mfg Co Ltd Reflector and lens for led lamp, and spot projector
JP2010152282A (en) * 2008-12-26 2010-07-08 Mitsubishi Electric Corp Lens, light source device, and illumination device
US20120176801A1 (en) * 2010-12-15 2012-07-12 Jae-Sung You Flash lens and flash module employing the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003281909A (en) * 2002-01-18 2003-10-03 Seiwa Electric Mfg Co Ltd Reflector and lens for led lamp, and spot projector
JP2010152282A (en) * 2008-12-26 2010-07-08 Mitsubishi Electric Corp Lens, light source device, and illumination device
US20120176801A1 (en) * 2010-12-15 2012-07-12 Jae-Sung You Flash lens and flash module employing the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017208192A (en) * 2016-05-17 2017-11-24 株式会社小糸製作所 Vehicular lighting fixture
CN107120613A (en) * 2017-05-24 2017-09-01 浙江晶日照明科技有限公司 The device of veiling glare in a kind of elimination arrow beam of light

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