JP2015220332A - 発光ダイオードユニット - Google Patents

Abstract

【課題】配光＋９０度方向および配光−９０度方向への散乱光のロスを著しく低減して発光効率を高めて省エネルギー効果およびハイコストパフォーマンスを両立するとともに光源のビーム角（集光具合）を調整して照射範囲を調整する発光ダイオードユニットを提供すること。
【解決手段】集光レンズ１２０と基板１３０との間に配設されたレンズスペーサ１４０が、発光ダイオード素子１１０を収容するダイオード収容孔１４１を有し、ダイオード収容孔１４１の周壁１４１ａが、発光ダイオード素子１１０の光を反射自在に設けられている発光ダイオードユニット１００。
【選択図】図３

Description

本発明は、発光ダイオード素子とこの発光ダイオード素子の光を集光する集光レンズと発光ダイオード素子を配設する基板とを備えた発光ダイオードユニットであって、特に、高照度、メタルハライド灯、水銀灯、ＨＦ管等の代替照明で、街灯や投光機としてのＬＥＤ照明装置や室内用一般ＬＥＤ照明装置に用いられる発光ダイオードユニットに関するものである。

従来、発光ダイオードユニットとして、発光ダイオードと、レンズと、基板を備えた発光部が知られている（例えば、特許文献１）。
このような従来の発光部として、例えば、図５に示すような発光部５００がある。
従来の発光部５００は、発光ダイオード５１０と、発光ダイオード５１０の光を集光するレンズ５２０と、発光ダイオード５１０を配設する基板５３０とを備えていた。

特開２０１０−１２３４５８号公報（特に、図２参照）

しかしながら、上述した従来の発光部５００は、単に、発光ダイオード５１０の配光側にレンズ５２０と配置した構造であったため、発光ダイオード５１０の光の約３０％が配光＋９０度方向および配光−９０度方向への散乱光としてそのままロス（光源としての、発光効率減となるロス）となり十分な照度を得ることが困難であるという問題があった。
なお、本明細書において、配光分布の基準となる０度は、発光ダイオード素子に対して真正面である。
また、配光＋９０度方向および配光−９０度方向は、基準となる０度から横方向へそれぞれの角度だけ傾いた方向であり、＋−は任意の方向に決めてよい。

そこで、本発明は、前述したような従来技術の問題を解決するものであって、すなわち、本発明の目的は、配光＋９０度方向および配光−９０度方向への散乱光のロスを著しく低減して発光効率を高めて省エネルギー効果およびハイコストパフォーマンスを両立するとともにレンズスペーサの形状、厚みの調整により光源のビーム角を調整して照射範囲を調整する発光ダイオードユニットを提供することである。

本請求項１に係る発明は、発光ダイオード素子と該発光ダイオード素子の光を集光する集光レンズと前記発光ダイオード素子を配設する基板とを備えた発光ダイオードユニットにおいて、前記集光レンズと基板との間に配設されたレンズスペーサが、前記発光ダイオード素子を収容するダイオード収容孔を有し、前記ダイオード収容孔の周壁が、前記発光ダイオード素子の光を反射自在に設けられていることにより、前述した課題を解決するものである。

本請求項２に係る発明は、請求項１に記載された発光ダイオードユニットの構成に加えて、前記レンズスペーサが、前記発光ダイオード素子の光を透過しない材料で形成されていることにより、前述した課題をさらに解決するものである。

本請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載された発光ダイオードユニットの構成に加えて、前記周壁が、前記基板側から集光レンズ側へ向かって漸次拡がるテーパ状に形成されていることにより、前述した課題をさらに解決するものである。

本請求項４に係る発明は、請求項３に記載された発光ダイオードユニットの構成に加えて、前記周壁が、鏡面仕上げされていることにより、前述した課題をさらに解決するものである。

本請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載された発光ダイオードユニットの構成に加えて、前記集光レンズの外周に配設されたレンズつば部が、前記ダイオード収容孔の周壁上端に配設されたつば保持凹部に着座していることにより、前述した課題をさらに解決するものである。

本請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載された発光ダイオードユニットの構成に加えて、前記周壁が、前記発光ダイオード素子から離間して設けられているとともに、前記レンズスペーサが、前記発光ダイオード素子に対して基板延設方向に変位自在に設けられていることにより、前述した課題をさらに解決するものである。

本発明の発光ダイオードユニットは、発光ダイオード素子とこの発光ダイオード素子の光を集光する集光レンズと発光ダイオード素子を配設する基板とを備えていることにより、発光ダイオード素子が発した光を集光して照射することができるばかりでなく、以下のような特有の効果を奏することができる。

本請求項１に係る発明の発光ダイオードユニットによれば、集光レンズと基板との間に配設されたレンズスペーサが、発光ダイオード素子を収容するダイオード収容孔を有し、ダイオード収容孔の周壁が、発光ダイオード素子の光を反射自在に設けられていることにより、発光ダイオード素子の周囲がダイオード収容孔の周壁で囲まれて配光＋９０度方向および配光−９０度方向への散乱光の漏れが殆どなくなるため、配光＋９０度方向および配光−９０度方向への散乱光のロスを著しく低減して発光効率を高めて省エネルギー効果およびハイコストパフォーマンスを両立することができる。
また、発光ダイオード素子から集光レンズまでの距離が調整可能となるため、光源のビーム角（集光具合）を調整して照射範囲を調整することができる。

本請求項２に係る発明の発光ダイオードユニットによれば、請求項１に係る発明が奏する効果に加えて、レンズスペーサが、発光ダイオード素子の光を透過しない材料で形成されていることにより、ダイオード収容孔の周壁で発光ダイオード素子の光が反射されるため、散乱光の漏れを完全に防止することができる。

本請求項３に係る発明の発光ダイオードユニットによれば、請求項１または請求項２に係る発明が奏する効果に加えて、周壁が、基板側から集光レンズ側へ向かって漸次拡がるテーパ状に形成されていることにより、配光＋９０度方向および配光−９０度方向への散乱光が集光レンズへ反射するため、発光効率をより高めることができる。

本請求項４に係る発明の発光ダイオードユニットによれば、請求項３に係る発明が奏する効果に加えて、周壁が、鏡面仕上げされていることにより、配光＋９０度方向および配光−９０度方向への散乱光が集光レンズへ殆どロス無く反射するため、発光効率をより一層高めることができる。

本請求項５に係る発明の発光ダイオードユニットによれば、請求項１乃至請求項４のいずれか１つに係る発明が奏する効果に加えて、集光レンズの外周に配設されたレンズつば部が、ダイオード収容孔の周壁上端に配設されたつば保持凹部に着座していることにより、レンズスペーサが集光レンズの台座にもなるため、集光レンズを精度よく位置決めすることができる。

本請求項６に係る発明の発光ダイオードユニットによれば、請求項１乃至請求項５のいずれか１つに係る発明が奏する効果に加えて、周壁が、発光ダイオード素子から離間して設けられているとともに、レンズスペーサが、発光ダイオード素子に対して基板延設方向に変位自在に設けられていることにより、集光レンズの中心と発光ダイオード素子の中心とを揃えたりずらしたり調整自在となるため、発光ダイオード素子および集光レンズの向きを変えずに光照射方向を調整することができる。

本発明の実施例である発光ダイオードユニットを備えたＬＥＤ照明装置の概略を示す斜視図。 本発明の実施例である発光ダイオードユニットの分解斜視図。 本発明の実施例である発光ダイオードユニットの概略を示す側断面図。 （Ａ）（Ｂ）は発光ダイオードユニットの発光ダイオード素子の中心と集光レンズの中心とをずらしたときを示す概念図。 従来技術の発光ダイオードユニットの概略を示す側断面図。

本発明は、発光ダイオード素子とこの発光ダイオード素子の光を集光する集光レンズと発光ダイオード素子を配設する基板とを備えた発光ダイオードユニットにおいて、集光レンズと基板との間に配設されたレンズスペーサが、発光ダイオード素子を収容するダイオード収容孔を有し、ダイオード収容孔の周壁が、発光ダイオード素子の光を反射自在に設けられていることにより、配光＋９０度方向および配光−９０度方向への散乱光のロスを著しく低減して発光効率を高めて省エネルギー効果およびハイコストパフォーマンスを両立するとともに光源のビーム角（集光具合）を調整して照射範囲を調整するものであれば、その具体的な実施態様は、如何なるものであっても構わない。

例えば、レンズスペーサのダイオード収容孔の形状は、発光ダイオード素子を収容するものであれば、平面視円形、楕円形など如何なるものであっても構わない。
また、レンズスペーサの材料は、発光ダイオード素子と集光レンズとの間の距離を設けるとともに、ダイオード収容孔の周壁で光をある程度反射するものであれば如何なるものであっても構わない。

以下に、本発明の実施例である発光ダイオードユニット１００について、図１乃至図４に基づいて説明する。
ここで、図１は、本発明の実施例である発光ダイオードユニット１００を備えたＬＥＤ照明装置ＬＬの概略を示す斜視図であり、図２は、本発明の実施例である発光ダイオードユニット１００の分解斜視図であり、図３は、本発明の実施例である発光ダイオードユニット１００の概略を示す側断面図であり、図４（Ａ）は、発光ダイオードユニット１００の発光ダイオード素子１１０の中心Ｃ１に対して平凸レンズ１２０の中心Ｃ２を任意方向一方へずらしたときを示す概念図であり、図４（Ｂ）は、発光ダイオードユニット１００の発光ダイオード素子１１０の中心Ｃ１に対して平凸レンズ１２０の中心Ｃ２を任意方向他方へずらしたときを示す概念図である。

本発明の実施例である発光ダイオードユニット１００を備えたＬＥＤ照明装置ＬＬは、図１に示すように、発光ダイオードユニット１００を収容するケース筐体ＣＡと、ケース筐体ＣＡの前面に配設された透明樹脂カバーＣＣと、ケース筐体ＣＡの内部に配列された複数の発光ダイオードユニット１００とを備えている。

本実施例の発光ダイオードユニット１００は、図２および図３に示すように、発光ダイオード素子１１０と、集光レンズとしての平凸レンズ１２０と、基板１３０と、レンズスペーサ１４０と、押え板１５０とを備えている。
このうち、発光ダイオード素子１１０は、図示しない電源から基板１３０を介して供給された電力によって発光するように設けられている。
また、発光ダイオード素子１１０は、一例として基板１３０と反対側に集光機能を有する素子一体レンズ１１１を有している。

平凸レンズ１２０は、発光ダイオード素子１１０の素子一体レンズ１１１より透明樹脂カバーＣＣ側に配設されている。
また、平凸レンズ１２０は、基板１３０側に平坦面と、透明樹脂カバーＣＣ側に向かって凸状の凸状球面とを有して、発光ダイオード素子１１０の光を集光するように構成されている。
基板１３０は、発光ダイオード素子１１０を配設するとともに、図示しない電源から発光ダイオード素子１１０へ電力を供給するように構成されている。

レンズスペーサ１４０は、平凸レンズ１２０と基板１３０との間に配設され、発光ダイオード素子１１０を収容するダイオード収容孔１４１を有している。
これにより、発光ダイオード素子１１０から平凸レンズ１２０までの距離が調整可能となる。

なお、発光ダイオード素子１１０から平凸レンズ１２０までの距離を変更するには、レンズスペーサ１４０の厚みを変更すればよい。
また、ダイオード収容孔１４１の周壁１４１ａが、発光ダイオード素子１１０の光を反射自在に設けられている。
これにより、発光ダイオード素子１１０の周囲がダイオード収容孔１４１の周壁１４１ａで囲まれて配光＋９０度方向および配光−９０度方向への散乱光の漏れが殆どなくなる。
本実施例において、配光分布の０度は、発光ダイオード素子１１０に対して真正面である。

押え板１５０は、レンズ挿通穴１５１を有し、レンズスペーサ１４０における透明樹脂カバーＣＣ側に配設され、平凸レンズ１２０の外周縁に形成されたレンズつば部１２１をレンズスペーサ１４０に対して押さえつけるように設けられている。
なお、押え板１５０は、レンズスペーサ１４０を介して基板１３０側にネジ１６０で留められている。
そして、一例として、押え板１５０におけるネジ孔１５２およびレンズスペーサ１４０におけるネジ孔１４３は、基板延設方向のうちの所定方向に長尺に設けられている。
これにより、後述するように、押え板１５０およびレンズスペーサ１４０の位置が、基板１３０に対して基板１３０と平行な所定方向へネジ孔１４３、１５２の範囲内で相対的に移動自在になる。

また、本実施例では、レンズスペーサ１４０が、高反射率樹脂など、発光ダイオード素子１１０の光を透過しない材料で形成されている。
ここで、発光ダイオードの光が可視光であれば、不透明または半透明の材料で形成される。
これにより、ダイオード収容孔１４１の周壁１４１ａで発光ダイオード素子１１０の光が反射される。

なお、発光ダイオード素子１１０の光を透過する材料でレンズスペーサ１４０を形成する場合は、ダイオード収容孔１４１の周壁１４１ａを銀メッキ加工して発光ダイオード素子１１０の光を透過しないようにしてもよい。

さらに、本実施例では、周壁１４１ａが、基板１３０側から平凸レンズ１２０側へ向かって漸次拡がるテーパ状に形成されている。
これにより、配光＋９０度方向および配光−９０度方向への散乱光が、平凸レンズ１２０へ反射する。

また、本実施例では、周壁１４１ａが、鏡面仕上げされている。
これにより、配光＋９０度方向および配光−９０度方向への散乱光が、平凸レンズ１２０へ殆どロス無く反射する。
つまり、発光ダイオード素子１１０からの散乱光を含めた光が無駄なく平凸レンズ１２０へ照射され集光率が略１００％となる。
また、ＬＥＤ照明装置ＬＬとして、明るさが従来技術と比べて約３０％向上する。
すなわち、本実施例のレンズスペーサ１４０を用いることにより、明るさが約３０％向上する。

さらに、本実施例では、平凸レンズ１２０の外周に配設されたレンズつば部１２１が、ダイオード収容孔１４１の周壁上端に配設されたつば保持凹部１４２に嵌まっている。
これにより、レンズスペーサ１４０が、平凸レンズ１２０の台座にもなる。

また、本実施例では、周壁１４１ａが、発光ダイオード素子１１０から離間して設けられているとともに、レンズスペーサ１４０が、発光ダイオード素子１１０に対して基板延設方向に変位自在に設けられている。
これにより、発光ダイオード素子１１０の中心Ｃ１と平凸レンズ１２０の中心Ｃ２とを揃えたりずらしたり調整自在となる。

図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すように、例えば、ネジを緩めて、押え板１５０およびレンズスペーサ１４０の位置を、基板１３０に対して基板１３０と平行な所定方向へ相対的に移動させる。
すると、発光ダイオード素子１１０の中心Ｃ１と平凸レンズ１２０の中心Ｃ２とが、揃ったたりずれたりする。
図４（Ａ）に示すように、平凸レンズ１２０の中心Ｃ２が、発光ダイオード素子１１０の中心Ｃ１に対して図中右側へずれた状態にすると、配光特性が図中右側へ偏る。
他方、図４（Ｂ）に示すように、平凸レンズ１２０の中心Ｃ２が、発光ダイオード素子１１０の中心Ｃ１に対して図中左側へずれた状態にすると、配光特性が図中左側へ偏る。

このようにして得られた本発明の実施例である発光ダイオードユニット１００は、集光レンズである平凸レンズ１２０と基板１３０との間に配設されたレンズスペーサ１４０が、発光ダイオード素子１１０を収容するダイオード収容孔１４１を有し、ダイオード収容孔１４１の周壁１４１ａが、発光ダイオード素子１１０の光を反射自在に設けられていることにより、配光＋９０度方向および配光−９０度方向への散乱光のロスを著しく低減して発光効率を高めて省エネルギー効果およびハイコストパフォーマンスを両立することができとともに、光源のビーム角（集光具合）を調整して照射範囲を調整することができる。

また、レンズスペーサ１４０が、発光ダイオード素子１１０の光を透過しない材料で形成されていることにより、散乱光の漏れを完全に防止することができる。
さらに、周壁１４１ａが、基板１３０側から平凸レンズ１２０側へ向かって漸次拡がるテーパ状に形成されていることにより、発光効率をより高めることができる。
また、周壁１４１ａが、鏡面仕上げされていることにより、発光効率をより一層高めることができる。

さらに、平凸レンズ１２０の外周に配設されたレンズつば部１２１が、ダイオード収容孔１４１の周壁上端に配設されたつば保持凹部１４２に着座していることにより、平凸レンズ１２０を精度よく位置決めすることができる。

また、周壁１４１ａが、発光ダイオード素子１１０から離間して設けられているとともに、レンズスペーサ１４０が、発光ダイオード素子１１０に対して基板延設方向に変位自在に設けられていることにより、発光ダイオード素子１１０および平凸レンズ１２０の向きを変えずに光照射方向を調整することができるなど、その効果は甚大である。

１００ ・・・ 発光ダイオードユニット
１１０ ・・・ 発光ダイオード素子
１１１ ・・・ 素子一体レンズ
１２０ ・・・ 平凸レンズ（集光レンズ）
１２１ ・・・ レンズつば部
１３０ ・・・ 基板
１４０ ・・・ レンズスペーサ
１４１ ・・・ ダイオード収容孔
１４１ａ・・・ 周壁
１４２ ・・・ つば保持凹部
１４３ ・・・ ネジ孔
１５０ ・・・ 押え板
１５１ ・・・ レンズ挿通穴
１５２ ・・・ ネジ孔
１６０ ・・・ ネジ
５００ ・・・ 発光部
５１０ ・・・ 発光ダイオード
５２０ ・・・ レンズ（集光レンズ）
５３０ ・・・ 基板
ＣＡ ・・・ ケース筐体
ＣＣ ・・・ 透明樹脂カバー
Ｃ１ ・・・ 発光ダイオード素子の中心
Ｃ２ ・・・ 平凸レンズの中心
ＬＬ ・・・ ＬＥＤ照明装置

Claims (6)

1. 発光ダイオード素子と該発光ダイオード素子の光を集光する集光レンズと前記発光ダイオード素子を配設する基板とを備えた発光ダイオードユニットにおいて、
   前記集光レンズと基板との間に配設されたレンズスペーサが、前記発光ダイオード素子を収容するダイオード収容孔を有し、
   前記ダイオード収容孔の周壁が、前記発光ダイオード素子の光を反射自在に設けられていることを特徴とする発光ダイオードユニット。
2. 前記レンズスペーサが、前記発光ダイオード素子の光を透過しない材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードユニット。
3. 前記周壁が、前記基板側から集光レンズ側へ向かって漸次拡がるテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光ダイオードユニット。
4. 前記周壁が、鏡面仕上げされていることを特徴とする請求項３に記載の発光ダイオードユニット。
5. 前記集光レンズの外周に配設されたレンズつば部が、前記ダイオード収容孔の周壁上端に配設されたつば保持凹部に着座していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の発光ダイオードユニット。
6. 前記周壁が、前記発光ダイオード素子から離間して設けられているとともに、前記レンズスペーサが、前記発光ダイオード素子に対して基板延設方向に変位自在に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の発光ダイオードユニット。