JP2015228277A - Optical element and led illumination device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、比較的大面積の面部材の背面側に設置され、前記面部材を介して光が通過するように照明を行う光学素子及びLED照明装置に関する。 The present invention relates to an optical element and an LED lighting device that are installed on the back side of a relatively large surface member and perform illumination so that light passes through the surface member.
従来の大型の液晶ディスプレイ装置では、液晶パネル背面に配置された多数の冷陰極管からの光を拡散板や反射板等を介して、液晶パネルの背面側に導光し、バックライトとして均一に照明することで明瞭に画像が視認できるようにしていた。これに対し近年では、省エネの観点から、バックライトの光源としてLEDが使用されるようになってきた。また、液晶ディスプレイ装置に表示される画像に応じて明暗を制御することができるという観点からも、LEDは使いやすく、これにより更に液晶ディスプレイ装置の消費電力を下げることができる。 In a conventional large-sized liquid crystal display device, light from a number of cold-cathode tubes arranged on the back side of the liquid crystal panel is guided to the back side of the liquid crystal panel via a diffusion plate, a reflector, etc., and is uniformly used as a backlight. By illuminating, the image was clearly visible. On the other hand, in recent years, an LED has been used as a light source of a backlight from the viewpoint of energy saving. Further, from the viewpoint that brightness and darkness can be controlled in accordance with an image displayed on the liquid crystal display device, the LED is easy to use, thereby further reducing the power consumption of the liquid crystal display device.
このように液晶ディスプレイ装置のバックライトとしてLEDを用いる場合、LEDパッケージ単体の配光が狭いため、かかるLEDパッケージを液晶パネルの背面側に直接配置しようとすると、均一な照度を確保するためには、無数のLEDパッケージが必要になって現実的でない。そこで、LEDパッケージから放出された光を均一照度の照明光に変換する光学素子が必要になる。特許文献1〜3には、LEDからの光を入射してなるべく均一照度な照明光に変換することができる、液晶用バックライト用の光学素子が開示されている。
Thus, when using an LED as a backlight of a liquid crystal display device, the light distribution of the LED package alone is narrow. Therefore, if such an LED package is placed directly on the back side of the liquid crystal panel, in order to ensure uniform illumination This is not practical because a myriad of LED packages are required. Therefore, an optical element that converts light emitted from the LED package into illumination light with uniform illuminance is required.
ところで、近年では、大型の液晶ディスプレイ装置用のバックライトにおいて、コストを抑えるために、1台あたりのLEDパッケージの使用個数を減少させることが望まれるようになってきた。しかるに、LEDパッケージの数を減らした場合、その出射光線を屈折させるレンズの拡散度合いを大きくする必要が生じ、レンズの光学面の曲率(C=1/R)が大きくなる。この様にレンズの光学面の曲率が大きくなるにつれ、少しの変化で光学性能の劣化が生じやすくなる。これらのことにより光軸直交方向の取り付け誤差に起因する光学性能の劣化(輝度ムラ、色ムラの発生等)が従来に比べ顕著となるという問題点がある。 By the way, in recent years, it has been desired to reduce the number of LED packages used per unit in order to reduce the cost of a backlight for a large-sized liquid crystal display device. However, when the number of LED packages is reduced, it is necessary to increase the degree of diffusion of the lens that refracts the emitted light, and the curvature (C = 1 / R) of the optical surface of the lens increases. In this way, as the curvature of the optical surface of the lens increases, a slight change tends to cause deterioration in optical performance. For these reasons, there is a problem that optical performance deterioration (occurrence of luminance unevenness, color unevenness, etc.) due to an attachment error in the direction orthogonal to the optical axis becomes more conspicuous than before.
かかる問題に対して、特許文献1では、光学素子を基板に対して固定しているため、光学素子と基板との位置決め誤差に加え、基板とLEDパッケージとの位置決め誤差が相乗されるから、高価な位置決め機構を用いてそれぞれ要素の組み付け誤差を丁寧に排除する必要があり、コスト高を招くこととなる。
In order to solve this problem, in
又、特許文献2では、その図6に示すように、LEDパッケージのケーシングに形成された孔に、光学部材の底面から突出した固定部材を差し込んでいる。しかしながら、かかる構成では、LEDパッケージに孔を形成しておかなくてはならず、大型で特殊な構造のLEDパッケージが必要になり、コスト高を招くこととなる。 In Patent Document 2, as shown in FIG. 6, a fixing member protruding from the bottom surface of the optical member is inserted into a hole formed in the casing of the LED package. However, in such a configuration, a hole must be formed in the LED package, and a large and specially structured LED package is required, resulting in high costs.
更に、特許文献3では、光学部材の底面から突出させた脚を、基板に嵌合させているので、特許文献1と同様に、光学部材と基板との位置決め誤差に加え、基板とLEDパッケージとの位置決め誤差が相乗されるから、LEDパッケージの実装に高価な位置決め機構を用いてそれぞれ要素の組み付け誤差を丁寧に排除する必要があり、コスト高を招くこととなる。
Further, in Patent Document 3, since the leg protruding from the bottom surface of the optical member is fitted to the substrate, in the same manner as in
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、LED光源のハイパワー化に対応して、高精度な位置決めを簡易に実現できる光学素子及びそれを用いたLED照明装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and an optical element capable of easily realizing high-accuracy positioning corresponding to the high power of the LED light source and an LED illumination device using the optical element. The purpose is to provide.
請求項1に記載の光学素子は、LED光源の光放出側に配置され、前記LED光源からの光が入射する光学素子であって、前記光学素子は、前記LED光源からの光が入射する入射面と、前記入射面から入射した光を出射する出射面と、前記入射面の光軸直交方向外側に設けられた位置決め部とを有し、前記LED光源は、前記発光部と、前記発光部の周囲の支持部とを有し、前記入射面は凹状であり、前記入射面の光軸直交方向最大径は、前記発光部の光軸直交方向最大寸法より大きく、前記支持部の光軸直交方向最大寸法以下となっており、前記位置決め部は、光軸直交方向断面で見たときに、前記支持部の少なくとも2カ所に接するようになっていることを特徴とする。
The optical element according to
本発明の原理を、図1を参照して説明する。図1(a)は、比較例にかかる光学素子の断面図であり、図1(b)は、本発明の一例にかかる光学素子の断面図であって、それぞれLED光源とともに示している。まず、図1(a)に示す比較例では、光学素子OEの底面OEaから、脚部OEbが延在しており、LED光源Lを取り付けた基板STの上面に当接している。かかる比較例では、LED光源Lと光学素子OEの位置決め手段を有していないので、例えば基板STのマーキングした上で、そのマーキングに対して光学素子OEを位置決めしなくてはならず、手間がかかる。 The principle of the present invention will be described with reference to FIG. Fig.1 (a) is sectional drawing of the optical element concerning a comparative example, FIG.1 (b) is sectional drawing of the optical element concerning an example of this invention, and has each shown with the LED light source. First, in the comparative example shown in FIG. 1A, the leg portion OEb extends from the bottom surface OEa of the optical element OE and is in contact with the top surface of the substrate ST to which the LED light source L is attached. In such a comparative example, since there is no positioning means for the LED light source L and the optical element OE, for example, after marking the substrate ST, the optical element OE must be positioned with respect to the marking. Take it.
これに対し本発明によれば、図1(b)に示すように、光学素子OEの底面OEaに、入射面OEcと一体的に形成された位置決め部OEdを形成している。位置決め部OEdは、LED光源Lの発光部Lbに周囲の支持部Lc(後述する図2参照)に対して、光軸直交方向断面で見たときに、少なくとも2カ所に接するようになっているので、これにより光学素子OEとLED光源Lとの光軸直交方向における位置決めを行える。尚、位置決め部OEdは、支持部Lcにおける光軸直交方向最大寸法の位置もしくはその近傍に接触することが望ましい。 On the other hand, according to the present invention, as shown in FIG. 1B, the positioning portion OEd formed integrally with the incident surface OEc is formed on the bottom surface OEa of the optical element OE. The positioning portion OEd comes into contact with at least two places when viewed in a cross section in the direction perpendicular to the optical axis with respect to the light emitting portion Lb of the LED light source L and the surrounding support portion Lc (see FIG. 2 described later). As a result, the optical element OE and the LED light source L can be positioned in the direction perpendicular to the optical axis. Note that the positioning portion OEd is preferably in contact with the position of the maximum dimension in the optical axis orthogonal direction at the support portion Lc or in the vicinity thereof.
なお支持部とは上記位置決め部を支持する部位であってLED光源の表面の一部であってもよく、平坦面やその他位置決め部が位置決め出来るように形状がきめられている。具体的にはパッケージ基板、ヒートシンクや封止材表面などでもよい。 The support part is a part that supports the positioning part, and may be a part of the surface of the LED light source, and the shape is determined so that a flat surface or other positioning part can be positioned. Specifically, a package substrate, a heat sink, a sealing material surface, or the like may be used.
ここで、「光軸直交方向最大寸法」とは、LED光源の発光部又は支持部が円形の場合は中心からの最大距離を半径とした直径であり、正方形や長方形の場合は対角線の長さが該当する。ただし光源中心の位置が2本の対角線の交差上又はその近傍にない場合は、光源中心から正方形又は長方形の外形の最も遠い距離を半径とした直径であっても良い。 Here, the “maximum dimension in the direction perpendicular to the optical axis” is the diameter with the maximum distance from the center as the radius when the light emitting part or support part of the LED light source is circular, and the length of the diagonal line when it is square or rectangular Is applicable. However, when the position of the light source center is not on or near the intersection of the two diagonal lines, the diameter may be a radius with the farthest distance from the light source center being a square or rectangular outer shape.
また「光学素子の入射面の光軸直交方向最大径」とは入射面の最大径であるので一部入射面が段差や複数面を有していた場合でもレンズ底面(脚部OEbと接続する面)と接する面の最大径が「光学素子の入射面の光軸直交方向最大径」であってもよい。更に発光部とは光を発する半導体チップと蛍光体および封止材により構成される部位である。 Further, the “maximum diameter of the incident surface of the optical element in the direction perpendicular to the optical axis” is the maximum diameter of the incident surface, so even if some incident surfaces have steps or multiple surfaces, they are connected to the lens bottom surface (connected to the leg OEb). The maximum diameter of the surface in contact with the (surface) may be “the maximum diameter in the direction perpendicular to the optical axis of the incident surface of the optical element”. Further, the light emitting portion is a portion constituted by a semiconductor chip that emits light, a phosphor, and a sealing material.
更に、「光学素子の入射面の光軸直交方向最大径が、LED光源の発光部の光軸直交方向最大寸法より大きく、支持部の光軸直交方向最大寸法以下となっている」とは、LED光源Lを光軸方向に見た図2において、発光部Lbが円形又は楕円形状で、支持部Lcが矩形状をなしていた場合、入射面OEcの最大径(入口側径)をφ1、発光部Lbの径をφ2、支持部Lcの対角長をTとしたときに、T≧φ1>φ2を満たすことをいう。これにより、入射面OEcの径φ1を発光部Lbの径φ2に近づけることで光学素子の小型化を図れるとともに、入射面OEcと発光部Lbとの間に支持部Lcが存在しにくくなるので、発光部Lbから出射された光線は入射面OEcに支持部Lcに遮られることが抑制され、光の利用効率を高めることができる。 Furthermore, “the optical axis orthogonal direction maximum diameter of the incident surface of the optical element is larger than the optical axis orthogonal direction maximum dimension of the light emitting part of the LED light source and is equal to or less than the optical axis orthogonal direction maximum dimension of the support part” In FIG. 2 in which the LED light source L is viewed in the optical axis direction, when the light emitting portion Lb is circular or elliptical and the support portion Lc is rectangular, the maximum diameter (entrance side diameter) of the incident surface OEc is φ1, When the diameter of the light emitting portion Lb is φ2 and the diagonal length of the support portion Lc is T, it means that T ≧ φ1> φ2. Thereby, the optical element can be reduced in size by bringing the diameter φ1 of the incident surface OEc closer to the diameter φ2 of the light emitting portion Lb, and the support portion Lc is less likely to exist between the incident surface OEc and the light emitting portion Lb. The light emitted from the light emitting portion Lb is suppressed from being blocked by the support portion Lc on the incident surface OEc, and the light use efficiency can be increased.
請求項2に記載の光学素子は、請求項1に記載の発明において、前記位置決め部は、前記支持部に対して点もしくは線で接触することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the optical element according to the first aspect, wherein the positioning portion is in contact with the support portion by a point or a line.
バックライト用照明装置において、LEDチップの数を減少させることを考えたとき、従来と同等な照度を確保するためには、LEDチップ1台あたりのパワーを増大するのが良いが、LEDチップのパワーを増大するとそれに伴って発熱量も高くなるから、接触による光学素子への熱の影響を考慮することが望ましい。ここで、ポリカーボネートなどの優れた耐熱性を有する樹脂を用いて光学素子を形成することで発熱の問題に対処できるが、コストを抑えるべく、より安価な樹脂を用いたい場合もある。そのような場合、本発明によれば、前記位置決め部が、前記支持部に対して点もしくは線で接触するので、前記支持部が高温となっても、それから前記位置決め部への熱伝導を抑制できるから、たとえ耐熱性が低い樹脂素材を用いても、光学特性の劣化を招く変形等を抑制できる。また前記位置決め部を光源の近くに配置することにより熱の影響は従来より大きくなることは考えられるが本発明のように前記位置決め部が、前記支持部に対して点もしくは線で接触するので、前記支持部が高温となっても、それから前記位置決め部への熱伝導を抑制できるという顕著な効果を有する。 When considering reducing the number of LED chips in the backlight illumination device, in order to ensure the same illuminance as before, it is preferable to increase the power per LED chip. As the power is increased, the amount of heat generated increases accordingly, so it is desirable to consider the influence of heat on the optical element due to contact. Here, although the problem of heat generation can be dealt with by forming an optical element using a resin having excellent heat resistance such as polycarbonate, there are cases where it is desired to use a less expensive resin in order to reduce the cost. In such a case, according to the present invention, since the positioning portion contacts the support portion with a point or a line, even if the support portion is at a high temperature, heat conduction to the positioning portion is then suppressed. Therefore, even if a resin material having low heat resistance is used, deformation or the like that causes deterioration of optical characteristics can be suppressed. Moreover, it is conceivable that the influence of heat is greater than in the past by placing the positioning part near the light source, but the positioning part is in contact with the support part by a point or a line as in the present invention. Even if the support portion becomes high temperature, it has a remarkable effect that heat conduction to the positioning portion can be suppressed.
請求項3に記載の光学素子は、請求項2に記載の発明において、前記位置決め部の総接触長は、6mm以下であることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the optical element according to the second aspect, the total contact length of the positioning portion is 6 mm or less.
熱伝導を考慮すると前記位置決め部の総接触長は小さければ小さいほど良いが、その反面位置決めが十分行えないという問題も生じる。そこで前記位置決め部の総接触長が6mm以下であると、更に前記位置決め部への熱伝導を抑制できつつ、十分な位置決め総接触長を確保できる。 Considering heat conduction, the smaller the total contact length of the positioning portion, the better. However, on the other hand, there is a problem that the positioning cannot be performed sufficiently. Therefore, when the total contact length of the positioning portion is 6 mm or less, a sufficient total positioning contact length can be secured while further suppressing heat conduction to the positioning portion.
一般的な直下型のLEDパッケージのサイズは1辺が2.8mmから3.5mm程度であり、その周囲は2.8mm×4=11.2mm、3.5mm×4=14mmとなる。熱の伝わりを低減するため、接触長は前記周囲の1/2以下に押さえることが望ましく、更に望ましくは1/4以下である。こうすることで局所的に熱が伝わるのみとなり、光学面への影響をすくなくすることが可能となる。 The size of a general direct type LED package is about 2.8 mm to 3.5 mm on one side, and its periphery is 2.8 mm × 4 = 11.2 mm and 3.5 mm × 4 = 14 mm. In order to reduce the transfer of heat, the contact length is preferably suppressed to ½ or less of the circumference, and more preferably ¼ or less. By doing so, only heat is transmitted locally, and the influence on the optical surface can be reduced.
請求項4に記載の光学素子は、請求項1〜3のいずれかに記載の発明において、前記位置決め部は、前記光学素子の底面から輪帯状に突出していることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the positioning portion protrudes in a ring shape from the bottom surface of the optical element.
前記LED光源の支持部が正方形状である場合、回転位相にかかわらず、前記位置決め部を4点で支持することができる。 When the support part of the LED light source has a square shape, the positioning part can be supported at four points regardless of the rotational phase.
請求項5に記載の光学素子は、請求項1〜3のいずれかに記載の発明において、前記位置決め部は、前記光学素子の底面から周方向に等間隔に突出した複数の突起であり、各突起は前記LED光源の支持部の角もしくはその近傍に接触することを特徴とする。
The optical element according to claim 5 is the invention according to any one of
前記LED光源の形状に応じて、前記突起の位置を定めることで、前記支持部が多角形状であっても、全ての角もしくはその近傍に、前記突起を接触させることができる。 By determining the position of the protrusion according to the shape of the LED light source, the protrusion can be brought into contact with all corners or in the vicinity thereof even when the support portion is polygonal.
請求項6に記載の光学素子は、請求項5に記載の発明において、前記突起は、前記LED光源の角を挟んで光軸直交方向の異なる2方向から当接していることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the invention of the fifth aspect, the projection is in contact with two different directions orthogonal to the optical axis across the corner of the LED light source.
これにより、前記LED光源の角を挟んで前記光学素子を光軸直交方向の2方向から位置決めすることができる。 Thereby, the optical element can be positioned from two directions orthogonal to the optical axis across the corner of the LED light source.
請求項7に記載の光学素子は、請求項1〜3のいずれかに記載の発明において、前記光学素子の底面には、複数のピラミッド形状部が形成されており、前記位置決め部は、前記ピラミッド形状部の一部からなることを特徴とする。
The optical element according to claim 7 is the invention according to any one of
前記ピラミッド形状部により、前記光学素子から出射される光線が前記ピラミッド形状部を介することで色ムラを抑制できるとともに、前記LED光源に対して前記光学素子を高精度に位置決めできる。 The pyramid-shaped portion can suppress color unevenness by allowing the light emitted from the optical element to pass through the pyramid-shaped portion, and can position the optical element with respect to the LED light source with high accuracy.
請求項8に記載の光学素子は、請求項1〜7のいずれかに記載の発明において、前記底面には、前記支持部に対して光軸方向に接触することにより、前記発光部と前記入射面との距離を調整する調整部が設けられていることを特徴とする。 An optical element according to an eighth aspect of the present invention is the optical element according to any one of the first to seventh aspects, wherein the light emitting portion and the incident portion are brought into contact with the bottom surface in the optical axis direction with respect to the support portion. An adjustment unit that adjusts the distance from the surface is provided.
本発明によれば、前記LED光源に対して前記光学素子を載置するのみで、前記発光部と前記入射面との距離を調整することができる。 According to the present invention, the distance between the light emitting unit and the incident surface can be adjusted only by placing the optical element on the LED light source.
請求項9に記載の光学素子は、請求項1〜8のいずれかに記載の発明において、前記光学素子の底面に、前記LED光源の基板に向かって延在する複数の脚部が設けられていることを特徴とする。
The optical element according to claim 9 is the invention according to any one of
これにより、前記光学素子と前記基板との間に外部と連通した空間を設けることができ、前記LED光源から発生した熱を有効に逃がすことができる。尚、脚部をLED光源の基板に対して接着すると好ましい。これにより、位置決め部とLED光源とを接着する場合に比べ接着面積を増大できるので、より高い接着強度を確保でき、またLED光源の発光部から離れた位置で接着するからLED光放出面を接着剤により汚染することがなく、さらには接着剤経由でLED光源から光学素子に伝わる熱が少ないので、光学素子の熱変形等を招く恐れを少なくできる。 Thereby, a space communicating with the outside can be provided between the optical element and the substrate, and the heat generated from the LED light source can be effectively released. In addition, it is preferable to adhere | attach a leg part with respect to the board | substrate of a LED light source. As a result, the bonding area can be increased as compared with the case where the positioning portion and the LED light source are bonded, so that higher bonding strength can be secured, and the LED light emitting surface is bonded because the bonding is performed at a position away from the light emitting portion of the LED light source It is not contaminated by the agent, and furthermore, since the heat transmitted from the LED light source to the optical element via the adhesive is small, the possibility of causing thermal deformation of the optical element can be reduced.
請求項10に記載の光学素子は、請求項1〜9のいずれかに記載の発明において、前記光学素子はポリカーボネート樹脂で形成されていることを特徴とする。 An optical element according to a tenth aspect is characterized in that in the invention according to any one of the first to ninth aspects, the optical element is formed of a polycarbonate resin.
これにより、前記LED光源のハイパワー化に伴って発熱量が増大した場合でも、祖霊に起因して変形等を引き起こす恐れが少ない。 Thereby, even when the amount of heat generation increases with the increase in power of the LED light source, there is little risk of causing deformation or the like due to an ancestor.
請求項11に記載のLED照明装置は、請求項1〜10のいずれかに記載の光学素子と、LED光源とを有することを特徴とする。 An LED illumination device according to an eleventh aspect includes the optical element according to any one of the first to tenth aspects and an LED light source.
本発明に係るLED(Light Emitting Diode)照明装置は、LED光源と、光学素子と、を有するものである。 The LED (Light Emitting Diode) illumination device according to the present invention includes an LED light source and an optical element.
LED光源としては、様々なものを用いることが出来るが、光放出面がフラットな形状を有し、更に白色光を出射する白色LEDを用いることが好ましい。 Various LED light sources can be used, but it is preferable to use a white LED having a flat light emission surface and emitting white light.
白色LEDとしては、青色LEDチップと青色LEDチップから発せられた青色光線によって黄色に発光するYAG蛍光体等の蛍光体を組み合わせパッケージ化したものが好ましく用いられる。白色LEDとしては、例えば特開2008−231218号公報に記載されたものを用いることができるが、これに限られない。 As the white LED, a combination of a blue LED chip and a phosphor such as a YAG phosphor that emits yellow light by blue light emitted from the blue LED chip is preferably used. As white LED, what was described, for example in Unexamined-Japanese-Patent No. 2008-231218 can be used, However, It is not restricted to this.
本実施の形態においては白色LEDのパッケージは、具体的には、LEDチップと、LEDチップを覆うようにしてその上に形成された蛍光体層から構成されている。LEDチップは、第1の所定波長の光(第1の色の光)を出射するものであり、青色光を出射するようになっている。但し、本発明のLEDチップの波長及び蛍光体の出射光の波長は限定されず、LEDチップによる出射光と、蛍光体による出射光とで混色された光が、白色光となる組合せであればものであれば、使用可能である。 In the present embodiment, the white LED package specifically includes an LED chip and a phosphor layer formed on the LED chip so as to cover the LED chip. The LED chip emits light having a first predetermined wavelength (light of a first color), and emits blue light. However, the wavelength of the LED chip of the present invention and the wavelength of the emitted light of the phosphor are not limited, as long as the light mixed with the emitted light from the LED chip and the emitted light from the phosphor becomes white light. Anything can be used.
なお、このようなLEDチップとしては、公知の青色LEDチップを用いることができる。青色LEDチップとしては、InxGa1-xN系をはじめ既存のあらゆるものを使用することができる。青色LEDチップの発光ピーク波長は440〜480nmのものが好ましい。また、LEDチップの形態としては、基板上にLEDチップを実装し、そのまま上方または側方に放射させるタイプ、又は、サファイア基板などの透明基板上に青色LEDチップを実装し、その表面にバンプを形成した後、裏返して基板上の電極と接続する、いわゆるフリップチップ接続タイプなど、どのような形態のLEDチップでも適用することが可能である。 In addition, as such an LED chip, a well-known blue LED chip can be used. As the blue LED chip, any existing one including InxGa1-xN can be used. The emission peak wavelength of the blue LED chip is preferably 440 to 480 nm. In addition, as a form of the LED chip, the LED chip is mounted on the substrate and directly radiated upward or sideward, or the blue LED chip is mounted on a transparent substrate such as a sapphire substrate, and bumps are formed on the surface thereof. Any form of LED chip, such as a so-called flip chip connection type, in which it is formed and turned over and connected to an electrode on a substrate, can be applied.
蛍光体層は、LEDチップから出射される第1の所定波長の光を第2の所定波長の光(第2の色の光)に変換する蛍光体を有している。後述する実施の形態では、LEDチップから出射される青色光を黄色光に変換するようになっている。 The phosphor layer includes a phosphor that converts light having a first predetermined wavelength emitted from the LED chip into light having a second predetermined wavelength (light of a second color). In an embodiment described later, blue light emitted from the LED chip is converted into yellow light.
このような蛍光体層に用いられる蛍光体は、Y、Gd、Ce、Sm、Al、La及びGaの原料として酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して原料を得る。又は、Y、Gd、Ce、Smの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムとを混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して加圧し成形体を得る。成形体を坩堝に詰め、空気中1350〜1450℃の温度範囲で2〜5時間焼成して、蛍光体の発光特性を持った焼結体を得ることができる。 The phosphor used for such a phosphor layer uses an oxide or a compound that easily becomes an oxide at a high temperature as a raw material of Y, Gd, Ce, Sm, Al, La and Ga, and converts them into a stoichiometric amount. The raw material is obtained by thoroughly mixing in a theoretical ratio. Alternatively, a coprecipitated oxide obtained by calcining a solution obtained by coprecipitation of oxalic acid with a solution obtained by dissolving a rare earth element of Y, Gd, Ce, and Sm in an acid at a stoichiometric ratio, and aluminum oxide and gallium oxide. Mix to obtain a mixed raw material. An appropriate amount of fluoride such as ammonium fluoride is mixed with this as a flux and pressed to obtain a molded body. The compact can be packed in a crucible and fired in air at a temperature range of 1350 to 1450 ° C. for 2 to 5 hours to obtain a sintered body having the phosphor emission characteristics.
LED光源は、高出力LED光源であることが好ましい。ここで、高出力LED光源としては、出力が0.5ワット以上のLEDにより構成することができる。 The LED light source is preferably a high-power LED light source. Here, the high-power LED light source can be constituted by an LED having an output of 0.5 watts or more.
光学素子は、耐熱性のプラスチックで構成されていると好ましい。光学素子を構成するプラスチックとしては、例えばPMMAやポリカーボネートを用いることで、射出成形により製造でき、製造コストを大幅に低減させることができる。 The optical element is preferably made of a heat resistant plastic. As the plastic constituting the optical element, for example, PMMA or polycarbonate can be used for manufacturing by injection molding, and the manufacturing cost can be greatly reduced.
本発明によれば、LED光源のハイパワー化に対応して、高精度な位置決めを実現できる光学素子及びそれを用いたLED照明装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the optical element which can implement | achieve highly accurate positioning corresponding to the high power of an LED light source, and an LED lighting apparatus using the same can be provided.
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。図3(a)は、本実施の形態にかかるLED照明装置の分解図であり、図3(b)は組み立て図である。図1において、LED照明装置は、金属製の矩形浅皿状の筐体10と、3本(又は4本)のライトバー20と、筐体10と同様に矩形浅皿状に折り曲げた反射シート30と、矩形状の拡散板(積層された拡散シートやプリズムシート等)40とからなる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Fig.3 (a) is an exploded view of the LED illuminating device concerning this Embodiment, FIG.3 (b) is an assembly drawing. In FIG. 1, the LED lighting device includes a metal rectangular shallow dish-shaped
筐体10は、4つの側面11が上方に向かって傾いてなる。筐体10の底面12にライトバー20が平行に取り付けられる。反射シート30は、底面31に、ライトバー20に設けた光学素子に対応して、孔32を設けてなる。
The
図4は、ライトバー20を拡大して示す斜視図である。図5は、光学素子の光軸に沿って切断したLED照明装置の断面図である。図4,5を参照して、ライトバー20は、細長い基板21と、基板21上に等間隔で設けられた複数(ここでは7個)のLED光源22と、各LED光源22上に配置した光学素子23とからなる。図5において、LED光源22は、青色光を放出するLEDチップ(図2でLa)と、その光放出側に設けられた黄色蛍光体(図2でLb)とを積層してなる発光部22aと、その周囲に設けられ全体的に正方形板状を有する支持部としてのヒートシンク22bを有している。図示するように組み付けられた状態で、ライトバー20は底面12と底面31の間に挟まれ、更に光学素子23は、反射シート30の孔32から上方に露出している。
FIG. 4 is an enlarged perspective view showing the
(第1の実施の形態)
図6は、上述した実施の形態に用いることができる第1の実施の形態にかかる光学素子を示す図である。図7は、光学素子とLED光源とを組み立てた状態で示す斜視図である。光学素子23は、プラスチックとしてPMMA又はポリカーボネートを用いて射出成形により一体的に形成されている。さらに、光学素子23は、LED光源22の光放出側に配置されており、LED光源22からの発光光が入射する凹状の非球面である入射面23aと、入射面23aから入射した光を外部に放出する全体的に凸状の出射面23bと、基板21に対向する底面23cと、出射面23bの外周に設けられた円筒面もしくは円錐面である外周面23dとを有する。外周面23dは、光学素子23を射出成形する際に、ゲートが設けられる部位である。図2に示す例と同様に、入射面23aの最大径は、LED光源22の発光部22aの最大径より大きく、ヒートシンク22bの対角長より小さくなっている。
(First embodiment)
FIG. 6 is a diagram showing an optical element according to the first embodiment that can be used in the above-described embodiment. FIG. 7 is a perspective view showing the assembled optical element and LED light source. The
出射面23bは、光軸付近が凹状であって、周囲が凸状であるが、全体として凸状でもよい。底面23cは、金型の対応する転写面の粗度を高めることで、拡散作用を持つ粗し面とできる。また、外周面23dも、金型の対応する転写面の粗度を高めることで、拡散作用を持つ粗し面とできる。
The
図6(b)、(c)に示すように、光学素子23は、入射面23aの周囲で底面23cから輪帯状に突出した位置決め部としての輪帯部23eを有している。位置決め部としての輪帯部23eはヒートシンク22bの少なくとも一部を覆う光軸方向の長さを有し、好ましくはヒートシンク22bの厚さのうち、上面側1/2以内の範囲を覆う光軸方向の長さに設定されている。輪帯部23eは、底面23cと平行な円底面23fと、円底面23fに対して内側に延在する内周テーパ面23gと、円底面23fに対して外側に延在する外周テーパ面23hとを有する。内周テーパ面23gは、図6で点線で示すLED光源22のヒートシンク22bの角に、点接触するようになっている。これにより、LED光源22からの熱伝導を抑制しつつ、LED光源22に対して光学素子23を精度良く取り付けることができる。
As shown in FIGS. 6B and 6C, the
輪帯部23eの周囲には、底面23cから延在するようにして、周方向に等間隔に3つの脚部23iを形成している。内周テーパ面23gとLED光源22のヒートシンク22bの角とを接触させた後、脚部23iは基板21の表面に当接させて接着される。このとき、可視光領域に光学的な吸収特性を持つカーボンブラックを含有した紫外線硬化性樹脂を用いることが望ましい。ただし、輪帯部23eと脚部23iの両方を接着しても良く、輪帯部23eとLED光源22のみを接着しても良い。。
Around the
本実施の形態によれば、図5において、LED光源22の発光部22aから出射した光は、光学素子23の入射面23aから入射して、出射面23bから拡散出射する。これにより、取付け誤差による輝度ムラや色ムラが抑制された光線が拡散板40に入射するので、均一な照度のバックライト照明が実現できる。
According to the present embodiment, in FIG. 5, the light emitted from the
(第2の実施の形態)
図8は、第2の実施の形態にかかる光学素子を示す図である。本実施の形態は、図3〜5のLED照明装置に用いることができる。
(Second Embodiment)
FIG. 8 is a diagram illustrating an optical element according to the second embodiment. This Embodiment can be used for the LED lighting apparatus of FIGS.
図8に示す光学素子23Aは、本実施の形態では、輪帯状の突起の代わりに、入射面23aの周囲で底面23cから周方向に等間隔に突出した4つの突起23jを有している。突起23jの内周側面23kが傾いた斜面であり、この内周側面23kが、図8で点線で示すLED光源22のヒートシンク22bの角に、点接触するようになっている。それ以外の構成は上述した実施の形態と同様である。
In this embodiment, the
(第3の実施の形態)
図9は、第3の実施の形態にかかる光学素子を示す図である。図10は、光学素子とLED光源とを組み立てた状態で示す斜視図である。本実施の形態も、図3〜5のLED照明装置に用いることができる。
(Third embodiment)
FIG. 9 illustrates an optical element according to the third embodiment. FIG. 10 is a perspective view showing the assembled optical element and LED light source. This embodiment can also be used for the LED illumination devices of FIGS.
図9に示す光学素子23Bは、図8の実施の形態に対して、入射面23aの周囲に同径の小さい半球23mを列状に並べている。図10に示すように、調整部を構成する各半球23mは、LED光源22のヒートシンク22bの上に、点接触するようになっている(ただし接触しないものもある)。これにより、突起23jの光軸直交方向位置決め機能に加え、光学素子23とLED光源22との光軸方向の位置決め(距離調整)が行える。それ以外の構成は上述した実施の形態と同様である。
In the
(第4の実施の形態)
図11は、第4の実施の形態にかかる光学素子を示す図である。図12は、光学素子とLED光源とを組み立てた状態で示す斜視図である。本実施の形態も、図3〜5のLED照明装置に用いることができる。
(Fourth embodiment)
FIG. 11 is a diagram illustrating an optical element according to the fourth embodiment. FIG. 12 is a perspective view showing the assembled optical element and LED light source. This embodiment can also be used for the LED illumination devices of FIGS.
図11に示す光学素子23Cは、図8の実施の形態に対して、突起の形状をL字型としている。より具体的には、底面23cに設けた突起23nは、光軸方向に見てL字状をなしており、その内周側で交差する光軸方向に対して傾いたテーパ面23o、23pは、図11で点線で示すLED光源22のヒートシンク22bの角を挟んで、角近傍の稜線に対して異なる2方向から線接触するようになっている。これによりヒートシンク22bに対して光学素子23Cを、光軸直交方向で2方向に位置決めできる。それ以外の構成は上述した実施の形態と同様である。
In the
(第5の実施の形態)
図13は、第5の実施の形態にかかる光学素子を示す図である。本実施の形態も、図3〜5のLED照明装置に用いることができる。
(Fifth embodiment)
FIG. 13 shows an optical element according to the fifth embodiment. This embodiment can also be used for the LED illumination devices of FIGS.
本実施の形態では、光学素子23Dの底面23cに、小さいピラミッド状の突起23qを縦横に並べて設けている。そのうち、入射面23aに隣接した部位に、LED光源22のヒートシンク22bの角を挟むようにして、一対の大きなピラミッド状の突起23rを設けている。
In the present embodiment, small pyramid-shaped
本実施の形態では、大きなピラミッド状の突起23rの先端は、LED光源22のヒートシンク22bの上に点接触するようになっている。これにより、光学素子23とLED光源22との光軸方向の位置決めが行える。一方、一対の大きなピラミッド状の突起23rは、その間にLED光源22のヒートシンク22bの角近傍の稜線を光軸直交方向2方向から挟むので、これにより光学素子23とLED光源22との光軸直交方向の位置決めが行える。尚、小さいピラミッド状の突起23qは光の拡散効果を有するので、色ムラ抑制効果がある。それ以外の構成は上述した実施の形態と同様である。
In the present embodiment, the tip of the large
図14は、LED光源22のヒートシンク22bに接触する突起23sの変形例を示す図である。突起23sは、図14に示すように種々の形状をとりえる。ただし、図14(e)〜(g)に示す例では、突起23sのテーパ面がヒートシンク22の稜線に線接触するものである。接触の総延長は、1mm以下であることが熱伝導抑制効果を高める上で望ましい。
FIG. 14 is a diagram illustrating a modification of the
本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。例えば、本発明は液晶ディスプレイのバックライト用だけでなく、看板照明用の照明装置等としても用いることができる。 The present invention is not limited to the embodiments described in the specification, and other embodiments and modifications are apparent to those skilled in the art from the embodiments and ideas described in the present specification. It is. For example, the present invention can be used not only for a backlight of a liquid crystal display but also as an illumination device for signboard illumination.
10 筐体
11 側面
12 底面
20 ライトバー
21 基板
22 LED光源
22a 発光部
22b ヒートシンク
23 光学素子
23A 光学素子
23B 光学素子
23C 光学素子
23D 光学素子
23a 入射面
23b 出射面
23c 底面
23d 外周面
23e 輪帯部
23f 円底面
23g 内周テーパ面
23h 外周テーパ面
23i 脚部
23j 突起
23k 内周側面
23m 半球
23n 突起
23o、23p テーパ面
23q 突起
23r 突起
23s 突起
30 反射シート
31 底面
32 孔
40 拡散板
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記光学素子は、前記LED光源からの光が入射する入射面と、前記入射面から入射した光を出射する出射面と、前記入射面の光軸直交方向外側に設けられた位置決め部とを有し、
前記LED光源は、前記発光部と、前記発光部の周囲の支持部とを有し、
前記入射面は凹状であり、前記入射面の光軸直交方向最大径は、前記発光部の光軸直交方向最大寸法より大きく、前記支持部の光軸直交方向最大寸法以下となっており、
前記位置決め部は、光軸直交方向断面で見たときに、前記支持部の少なくとも2カ所に接するようになっていることを特徴とする光学素子。 An optical element disposed on the light emission side of the LED light source and receiving light from the LED light source,
The optical element includes an incident surface on which light from the LED light source is incident, an exit surface that emits light incident from the incident surface, and a positioning portion provided outside the incident surface in the direction perpendicular to the optical axis. And
The LED light source includes the light emitting unit and a support unit around the light emitting unit,
The incident surface is concave, and the optical axis orthogonal direction maximum diameter of the incident surface is larger than the optical axis orthogonal direction maximum dimension of the light emitting unit and is equal to or less than the optical axis orthogonal direction maximum dimension of the support unit,
The optical element is characterized in that the positioning portion is in contact with at least two portions of the support portion when viewed in a cross section perpendicular to the optical axis.
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WO2014038362A1 (en) | 2014-03-13 |
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