JP2016018893A - Light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、照明に用いられる発光装置に関する。 The present invention relates to a light emitting device used for illumination.
従来、LEDを用いた集光系のスポットライトおよびダウンライトなどは、LED1粒に対し1つの集光レンズを設け、そのLEDと集光レンズの組を複数個、必要光量分だけ並べることで光学系を構成している。図7〜図9は、従来の発光装置の一例を示す図である。図7に示す発光装置100は、7つのLEDレンズ組立体102を備えている。LEDレンズ組立体102は、集光レンズ104と、LEDパッケージ106を備えている。図8はLEDレンズ組立体102の断面図であり、図7のA−A線に沿う断面を図示したものである。LED用の集光レンズは一般的に凸レンズ部および反射レンズ部で構成される。図9はLEDパッケージ106の斜視図である。基板110上に、LED素子部108が実装されている。
Conventionally, condensing system spotlights and downlights using LEDs are provided with one condensing lens for each LED, and multiple LEDs and condensing lens arrays are arranged by the required amount of light. The system is configured. 7-9 is a figure which shows an example of the conventional light-emitting device. The
図10および図11は、従来の発光装置の他の例を示す図である。図10に示す発光装置120は、集光レンズ121およびCOB(Chip On Board)型のLEDパッケージ126を備えている。LEDパッケージ126は、LED素子を基板に表面実装してパッケージ化したものである。図11は、LEDパッケージ126の斜視図であり、基板130にLED素子部128が設けられている。最近、大光量のCOB型LEDの登場により、COB1個だけを光源とした発光装置が登場している。この発光装置は、図7〜図9に示すようにLEDを複数個並べた発光装置100に比べて、見た目の粒々感を無くすことができるという利点、および対象物照射後に発生するマルチシャドウを抑制できるという利点がある。逆に課題となるところとしては、図10に示すように光学系の高さ寸法Hが大きくなるという問題、および、ビーム角がしぼりにくいという問題がある(通常、光源の種類を問わず、ビーム角をしぼろうとすれば光学系サイズは大きくなってしまう)。
10 and 11 are diagrams showing another example of a conventional light emitting device. A
光学系が大きくなるという課題を解決するため、下記の特許文献1のように、フレネルレンズ化手法を用いることでレンズを薄型化する技術が知られている。
In order to solve the problem that the optical system becomes large, a technique for thinning a lens by using a Fresnel lens method is known as in
LEDを表面実装した発光部品が普及しているが、この種の発光部品は発光面の面積が比較的大きくなる。このような発光部品に用いる集光レンズをフレネルレンズ化した場合、微細なフレネル構造にすればするほど、集光レンズと発光部品との間に距離をとらなければ、制御できない光が増えてしまう。集光レンズと発光部品との間の距離を大きくすると、光学系サイズが大きくなってしまう。特許文献1のように集光レンズをフレネルレンズ化する手法では、集光レンズの厚みは薄くできても光学系サイズを小さくできないという問題があり、集光性能と光学系の小型化との両立という観点からいまだ改善の余地があった。
Light-emitting components with LEDs mounted on the surface are widespread, but this type of light-emitting component has a relatively large light-emitting surface area. When a condensing lens used for such a light-emitting component is made into a Fresnel lens, the finer the Fresnel structure, the more light that cannot be controlled unless the distance between the condensing lens and the light-emitting component is increased. . Increasing the distance between the condenser lens and the light emitting component increases the size of the optical system. In the method of converting the condensing lens into a Fresnel lens as in
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、光学系サイズの大型化を抑制しつつ集光性能を向上することができる発光装置を提供することを目的とする。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to provide a light emitting device capable of improving the light collecting performance while suppressing an increase in the size of the optical system.
本発明にかかる発光装置は、発光面を有する発光部品と、出射面と、前記出射面の反対側に凹形状でありかつ前記発光面の側を向く第1入光面を備える第1凹部と、前記第1入光面からの入射光を前記出射面の側へ反射する第1反射面と、を有し、前記第1凹部が前記発光面に対向するように配置される集光レンズと、前記第1凹部の外側から前記第1反射面を囲い、前記発光部品の出射光のうち前記第1凹部に入射されない光を受け、当該光を前記出射面の側に反射する反射部材と、を備える。 A light-emitting device according to the present invention includes a light-emitting component having a light-emitting surface, an output surface, and a first recess having a first light incident surface that is concave on the opposite side of the output surface and faces the light-emitting surface. A first reflecting surface that reflects incident light from the first light incident surface toward the exit surface, and a condensing lens that is disposed so that the first recess faces the light emitting surface; A reflecting member that surrounds the first reflecting surface from the outside of the first recess, receives light that is not incident on the first recess among the emitted light of the light emitting component, and reflects the light toward the emitting surface; Is provided.
本発明によれば、配光分布に基づいて効率のよい集光をできるように集光レンズおよび反射部材を配置したので、光学系サイズの大型化を抑制しつつ集光性能を向上することができる。 According to the present invention, since the condensing lens and the reflecting member are arranged so that efficient condensing can be performed based on the light distribution, it is possible to improve the condensing performance while suppressing an increase in the size of the optical system. it can.
図1は、本発明の実施の形態にかかる発光装置1を示す断面図である。発光装置1は、発光部品10と、集光レンズ20と、反射部材30とを備えている。発光部品10は、いわゆるCOB(Chip On Board)型の発光部品であり、基板と、この基板に表面実装されたLED素子と、基板およびLED素子を接続する配線などからなる。発光部品10は、LED光が出射される発光面11を有する。発光装置1は、この発光部品10を1個だけ搭載した発光装置である。図1に示す集光レンズ20の断面を中心軸周りに回転させることで集光レンズ20の立体形状が得られる。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a
集光レンズ20は、出射面26と、第1凹部12と、第2凹部14と、第1反射面21とを有する。集光レンズ20では、第1凹部12の外側表面が第1反射面21である。第1凹部12は、出射面26の反対側に凹である。集光レンズ20は発光部品10の直上に配置され、第1凹部12が発光面11に対向するように配置されている。第1凹部12は、発光面11の側を向く第1入光面22を備える。発光面11からのLED光が第1入光面22に入射すると、この入射光を第1反射面21が出射面26の側へ反射する。発光面11と出射面26は略平行に設けられ、出射面26に対して第1入光面22が略垂直である。第1反射面21は、出射面26の側から発光面11に近づくほど第1凹部12が先細りとなるように傾斜する。
The condensing
第2凹部14は、第1凹部12の内側に設けられ、先端14aを有する。先端14aは、第1凹部12の先端12aよりも低い。つまり、先端14aは、出射面26側から、先端12aよりも小さく突き出ている。第2凹部14は、発光面11の側を向く第2入光面24と、第2入光面24からの入射光を出射面26の側へ反射する第2反射面23と、を有する。集光レンズ20は、第2凹部14の内側に、発光面11と対向する凸型屈折レンズ部16を備えている。凸型屈折レンズ部16は、発光面11の直上に設けられた凸型屈折面25を備えている。
The 2nd recessed
LED用の集光レンズは一般的に凸レンズ部および反射レンズ部で構成される。この点、実施の形態にかかる集光レンズ20では、凸型屈折レンズ部16が「凸レンズ部」を構成し、第1凹部12が有する第1反射面21および第1入光面22が、「第1反射レンズ部」を構成し、第2凹部14が有する第2反射面23および第2入光面24が、「第2反射レンズ部」を構成している。
The condensing lens for LED is generally composed of a convex lens portion and a reflective lens portion. In this respect, in the condensing
なお、出射面26は段差のない平らな面となっているが、本発明はこれに限られず、集光レンズ104のように凸レンズ部が両凸となっていてもよく、集光レンズ121のように入射面125の上部を四角くくり抜いて凹部を設けたものであってもよい。第1反射面21および第2反射面23は、図1の断面視で曲面であってもよく、あるいは図1の断面視で平らな面であってもよい。また、第1反射面21と第2反射面23のうち、一方を平らな面とし、他方を曲面としてもよい。また、第1入光面22および第2入光面24は、本実施の形態では図1の断面視で平らな面としたが、図1の断面視で曲面としてもよい。また、第1入光面22および第2入光面24のうち、一方を平らな面とし、他方を曲面としてもよい。
Although the
反射部材30は、第1凹部12の外側から第1反射面21を囲い、発光部品10の出射光のうち出射角θが90度付近の光を受け、当該光を出射面26の側に反射する。反射部材30は、集光レンズ20の側面側に配置される。
The
図1には、発光部品10から発せられる光を、a方向、b方向、c方向、およびd方向に分けて図示している。説明の便宜上、図1の紙面縦方向を「垂直方向」あるいは「高さ方向」とする。
In FIG. 1, light emitted from the
a方向の光は、まず反射部材30にて反射され、制御は効かないものの最終的にいくらかは出射面26より出射される。b方向の光は、まず第1入光面22に入射され、多くが集光レンズ20内に入る。そして次に第1反射面21で全反射され、垂直方向へと向かい、出射面26より放出される。c方向の光は、まず第2入光面24に入射され、多くが集光レンズ20内に入る。そして次に第2反射面23で全反射され、垂直方向へと向かい、出射面26より放出される。d方向の光は、まず凸型屈折面25に入射され、その多くが集光レンズ20内に入る。そして垂直方向へ屈折し、出射面26より放出される。
The light in the a direction is first reflected by the reflecting
実施の形態では、反射部材30の内側面31が出射面26に対して垂直ではなく角度を持っており、a方向の光が外に出やすくなるようにしている。内側面31は第1反射面21と接触せず、両者の間には隙間が設けられている。反射部材30は高反射率の部材が使われることが望ましく、a方向の光を反射する内側面31を白色または銀色とすることが好ましい。
In the embodiment, the
図2は、出射角θと光束量の割合を表した図である。図2には、一般的なCOB型の発光部品から発せられる光の、出射角θごとの光束量が示されている。なお、参考用に、ビーム角が20度の照明装置における出射角θごとの光束量も示す。図3は、発光部品10の出射角θを示す図である。図2に従うと、発光部品10では出射角θ=45度方向に進む光の割合が最も多い。
FIG. 2 is a diagram showing the ratio of the emission angle θ and the amount of light flux. FIG. 2 shows the amount of light flux for each emission angle θ of light emitted from a general COB type light emitting component. For reference, the amount of light flux for each emission angle θ in a lighting device having a beam angle of 20 degrees is also shown. FIG. 3 is a diagram illustrating the emission angle θ of the
図2において、a方向にあたる出射角θ=75度〜90度の光束量を見ると、これは全体の3%程度であり少ない。出射角θ=75度〜90度の光を制御しなくても最終的な配光に大きな影響を与えず、反射部材30の反射率が高ければ光学系効率の低下も少ない。そこで、実施の形態では、図4でいう点Pと交わる光線の出射角をθaとすると、このθaが70度〜80度あたりとなるように、第1凹部12の先端12aの寸法が設計される。図4は、本発明の実施の形態にかかる発光装置1の構造を説明するための図である。図4の点Pは、発光部品10から見た第1凹部12の先端12aである。このように出射角θ=75度〜90度の光の制御を捨てることで、第1、2入光面22、24を発光部品10から遠ざけることができ、集光性が向上する。このように、第1凹部12の先端12aの位置を調節し、反射部材30でa方向の光を反射することで、出力効率を向上することができる。従って、光学系サイズの大型化を招かずに集光性能を向上することができる。
In FIG. 2, when viewing the luminous flux amount of the emission angle θ = 75 degrees to 90 degrees corresponding to the a direction, this is about 3% of the whole and is small. Even if the light having the emission angle θ = 75 degrees to 90 degrees is not controlled, the final light distribution is not greatly affected, and if the reflectance of the reflecting
また、図2によれば、発光部品10では出射角θ=45度方向に進む光の割合が最も多い。そこで、実施の形態では、第1凹部12による「第1反射レンズ部」に加えて、中央の凸型屈折レンズ部16と外周の第1凹部12の間にさらに第2凹部14を設けることで「第2反射レンズ部」を設けている。発光部品10から発せられる光のうちb方向、c方向、およびd方向の光を制御できるように集光レンズ20が形成、配置されている。第2凹部14を形成して「第2反射レンズ部」を設けることは、集光レンズ20の高さ寸法の増加を必要としない。従って、光学系サイズの小型化および集光性能の向上が図れる。
Further, according to FIG. 2, in the
出射角θ=45度方向に進む光を集光レンズ20で制御するために、第1入光面22に発光部品10の出射光のうち出射角θが「45度より大きい〜θa以下」である光を入射させてもよい。一方、第2入光面24に、例えば出射角θが45度付近の光を入射させてもよい。あるいは、第2入光面24に入射する光の出射角θを、「45度以上に定めた所定角度」以下に調節してもよい。前述したように、第1凹部12の先端12aの寸法を調節することで、図4に示す出射角θaを調整できる。これと同様に、第2凹部14に入射させる光の出射角θの最大値(言い換えると、第2入光面24に入射させる光の出射角θの最大値)は、先端14aをどの程度突き出すかで調整できる。
In order to control the light traveling in the direction of the outgoing angle θ = 45 degrees with the
第1入光面22および第2入光面24は出射面26に対して略垂直を成すようにし、できるだけ第1、2入光面22、24と第1、2反射面21、23との距離を短くすることが好ましい。これにより第1、2入光面22、24から入った光が第1、2反射面21、23に当たる割合が増え、第1、2入光面22、24も光源から遠ざかり、また集光レンズ20内での損失も軽減される。ただし、成形性の都合により、完全な垂直ではなく数度程度の角度を持たせることが好ましく、先端12a、14a側にいくほど第1、2凹部12、14それぞれが集光レンズ20の外側に開くように第1、2入光面22、24それぞれを傾斜させることが好ましい。
The first
なお、背景技術で説明した図10の集光レンズ121だと、薄くした場合(つまり高さ寸法Hを小さくした場合)、光線量の多い出射角θ=45度の光を集光制御しづらい。この点をより具体的に説明すると、まず凸レンズ部の場合には、出射角θが大きい光を入射面125で反射させてしまう割合が増える。また、反射レンズ部の場合、出射角θが小さい光は入射面123で反射させてしまう割合が増え、入射した光も高さ寸法Hが十分に大きくないと反射面124に当たらない。よって中間の出射角θ=45度付近の光は、図10のレンズ構成で高さ寸法Hを大きくできない場合には、制御しづらい光となる。この点、実施の形態にかかる集光レンズ20は、第2反射面23および第2入光面24で構成される「第2反射レンズ部」を備えているので、集光性能を大きく損なわせずに光学系の薄型化が可能となる。
In the case of the condensing
なお、実施の形態では第1凹部12の内側に第2凹部14を1つ設けたが、本発明はこれに限られるものではなく、第2凹部14を省略してもよい。あるいは、第1凹部12の内側に設ける他の凹部の数を増やしてもよい。具体的には、第2凹部14の内側に、同様にさらに第3凹部を設けてもよく、さらに他の第4凹部を設けてもよい。また、この第3凹部の先端は第2凹部14の先端14aより低くしても良く、同様に第4凹部の先端を第3凹部の先端より低くしても良い。
In the embodiment, one
図5は、本発明の実施の形態にかかる発光装置1の変形例を示す図である。変形した点は、凸型屈折レンズ部16に平面部27aを設けることで、集光レンズ20の厚さを低減していることである。凸型屈折レンズ部16は、平面部27aと曲面部27bとを備える。平面部27aは、発光面11からの出射角θが0度の光を受ける。曲面部27bは、平面部27aの周囲に設けられ発光面11の側に凸となる。なお、平面部27aの面積を発光面11の面積以下とすることが好ましく、これにより中心部は光束量が少なく光源が面発光しているとみなせ配光の変化を少なくできる。
FIG. 5 is a diagram showing a modification of the
図6は、本発明の実施の形態にかかる発光装置1の変形例を示す図である。変形した点は、出射面26の表面に微細構造部28を設けたことである。微細構造部28は、出射面26の表面を荒らすことで形成してもよく或いは微細なレンズ構造を持たせることで形成してもよい。これにより出射面26に拡散性を持たせ、分光対策(つまり色割れ対策)を行うことができる。なお、微細構造部28を設ける代わりに、光拡散シートを出射面26の表面に敷いてもよい。
FIG. 6 is a diagram showing a modification of the
1、100、120 発光装置、10 発光部品、11 発光面、12 第1凹部、12a 先端、14 第2凹部、14a 先端、16 凸型屈折レンズ部、20、104、121 集光レンズ、21 第1反射面、22 第1入光面、23 第2反射面、24 第2入光面、25 凸型屈折面、26 出射面、27a 平面部、27b 曲面部、28 微細構造部、30 反射部材、31 内側面、102 LEDレンズ組立体、106、126 LEDパッケージ、108、128 LED素子部、110、130 基板、123、125 入射面、124 反射面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,100,120 Light-emitting device, 10 Light-emitting component, 11 Light-emitting surface, 12 1st recessed part, 12a tip, 14 2nd recessed part, 14a tip, 16 Convex-type refractive lens part, 20, 104, 121 Condensing lens, 21st 1 reflective surface, 22 first light incident surface, 23 second reflective surface, 24 second light incident surface, 25 convex refracting surface, 26 exit surface, 27a flat surface portion, 27b curved surface portion, 28 fine structure portion, 30 reflective member , 31 inner surface, 102 LED lens assembly, 106, 126 LED package, 108, 128 LED element part, 110, 130 substrate, 123, 125 incident surface, 124 reflecting surface
Claims (8)
出射面と、前記出射面の反対側に凹形状でありかつ前記発光面の側を向く第1入光面を備える第1凹部と、前記第1入光面からの入射光を前記出射面の側へ反射する第1反射面と、を有し、前記第1凹部が前記発光面に対向するように配置される集光レンズと、
前記第1凹部の外側から前記第1反射面を囲い、前記発光部品の出射光のうち前記第1凹部に入射されない光を受け、当該光を前記出射面の側に反射する反射部材と、
を備える発光装置。 A light emitting component having a light emitting surface;
An exit surface; a first recess having a concave shape on the opposite side of the exit surface and having a first light entrance surface facing the light emitting surface; and incident light from the first entrance surface of the exit surface. A first reflecting surface that reflects to the side, and a condenser lens that is disposed so that the first recess faces the light emitting surface;
A reflective member that surrounds the first reflective surface from the outside of the first concave portion, receives light that is not incident on the first concave portion of the emitted light of the light-emitting component, and reflects the light toward the outgoing surface;
A light emitting device comprising:
前記第2凹部の先端は、前記第1凹部の先端よりも小さく突き出ており、
前記第2凹部は、前記発光面の側を向く第2入光面と、前記第2入光面からの入射光を前記出射面の側へ反射する第2反射面と、を有する請求項1〜3のいずれか1項に記載の発光装置。 The condensing lens includes a second recess provided inside the first recess,
The tip of the second recess protrudes smaller than the tip of the first recess,
2. The second concave portion has a second light incident surface facing the light emitting surface, and a second reflective surface that reflects incident light from the second light incident surface toward the light emitting surface. The light-emitting device of any one of -3.
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