JP2018147848A

JP2018147848A - Ｌｅｄレンズ及びこれを用いたｌｅｄ照明モジュール

Info

Publication number: JP2018147848A
Application number: JP2017044656A
Authority: JP
Inventors: 鄭東全; Dong-Jeon Chung
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2017-03-09
Publication date: 2018-09-20

Abstract

【課題】照度を向上させ、且つ、広い面積に光を均一に配光することで、照明効率を向上することができるＬＥＤレンズ及びＬＥＤ照明モジュールを提供する。【解決手段】本発明のＬＥＤレンズは、横軸方向の長さＬｘが縦軸方向の長さよりも相対的に長く形成され、中心部内側にＬＥＤを収めるように、収容溝１２が形成された長方形のボディ部１１と、収容溝の上部面に沿ってボディ部内に形成され、ＬＥＤの光が入射され、ＬＥＤに向けて凸状を有する横入射面１３ａと縦入射面が、縦軸及び横軸のそれぞれに対して対称に形成された光入射部と、ボディ部の外部面に沿って、ＬＥＤの反対方向に向かって膨らんで形成され、ＬＥＤの光が出射される光出射部１５とを含む。【選択図】図３

Description

本発明は、ＬＥＤレンズ及びこれを用いたＬＥＤ照明モジュールに関し、特に、円形に配列されたＬＥＤの光が組み合わせられて、照度及び配光効率を向上させるＬＥＤレンズ及びこれを用いたＬＥＤ照明モジュールに関する。

一般に、ＬＥＤ(light emitting diode)は、P-N半導体接合(P-N junction)構造において、電流印加により電子と正孔が再結合するとき、電位差によって光を発する半導体発光素子である。

このようなＬＥＤは、他の光源に比べて、寿命が長く、省電力であり、効率が高いという等のメリットがあることから、電子機器のディスプレイ手段などに用いられ、その上に、夜間に識別力を高め、広告効果を増大するための広告板の照明用途として拡大使用されつつある。

ところが、ＬＥＤは、蛍光灯のような他の光源と比較して、サイズが小さいだけでなく、発光特性上、光の指向性及び直進性が強く、一定の角度内で光が集中するので、広告板の全面積をムラなく照明し難く、広告効果を阻害し、これに対して、配光効率を高めるためには、多数のＬＥＤを設置しなければならないので、過度な熱放出によって、エネルギー効率が低下すると共に、製造コストも高くなるという不都合がある。

一方、ＬＥＤにレンズを設けて光を拡散させる技術が提案されてきたが、従来のレンズは、あらゆる方向に対して、ムラなく光を拡散させるので、照度が低下して照明効率が良くなく、それにより、多数のチップが集積された高価のパワーＬＥＤを使用しなければならないので、むしろ製造コストが上がるという不都合がある。

本発明は、従来の問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、照度及び配光効率の向上により、広い面積をムラなく効率よく照明できるＬＥＤレンズ及びこれを用いたＬＥＤ照明モジュールを提供することである。

前記の目的を達成するための本発明の課題解決手段として、横軸方向の長さが縦軸方向の長さよりも相対的に長く形成され、中心部内側にＬＥＤが収容されるように、収容溝が形成された長方形のボディ部と、前記収容溝の上部面に沿ってボディ部内側に形成され、ＬＥＤの光が入射され、ＬＥＤに向けて凸状を有する横入射面と縦入射面が、縦軸及び横軸のそれぞれに対して対称に形成された光入射部と、前記ボディ部の外面に沿って、ＬＥＤの反対方向に向かって膨らんで形成され、ＬＥＤの光が出射される光出射部とを含むＬＥＤレンズが開示される。

また、本発明の課題解決手段として、回路基板と、前記回路基板の上面に円形に配列されて実装される複数のＬＥＤと、前記複数のＬＥＤをそれぞれ収めるように、同一の円形配列をなして回路基板に装着され、それぞれボディ部の横軸が、前記円形配列の中心部に向かって装着される複数のＬＥＤレンズとを含むＬＥＤレンズを用いたＬＥＤ照明モジュールが開示される。

本発明のＬＥＤレンズ及びこれを用いたＬＥＤ照明モジュールによると、ＬＥＤレンズが円形に配列され、円形配列の中心方向に光を集中照射して、照度を向上させ、且つ広い面積に光をムラなく配光することによって、照明効率を向上することができ、これにより、ＬＥＤの数量を減少させ、且つ広告板を効率よく照明することができる。

図１は、本発明によるＬＥＤレンズの外形を立体的に示す図である。図２は、本発明によるＬＥＤレンズの平面図である。図３は、図１のＸ−Ｘ線に沿った横軸方向の断面図である。図４は、図１のＹ−Ｙ線に沿った縦軸方向の断面図である。図５は、本発明によるＬＥＤレンズの照度分布を示す図である。図６は、本発明によるＬＥＤレンズの配光分布を示す図である。図７は、本発明によるＬＥＤ照明モジュールを立体的に示す図である。図８は、本発明によるＬＥＤ照明モジュールの平面図である。図９は、本発明によるＬＥＤ照明モジュールの照度分布を示す図である。図１０は、本発明によるＬＥＤ照明モジュールの配光分布を示す図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明によるＬＥＤレンズ及びＬＥＤ照明モジュールに関する好適な実施例を詳細に説明することにする。

本実施例は、当業界における平均知識を持つ者に、本発明をより完全に説明するために提供するものであって、図面における要素の形状、大きさ、要素間の間隔などは、より明確な説明を強調するために、縮小・誇張して表現されることがあり、また、公知又は周知技術のように、当該技術の分野における通常の技術者にとって自明な事項であって、本発明の技術的特徴を不明にすることがあると判断される場合は、その詳細な説明を省略することとする。

図１乃至図４は、本発明によるＬＥＤレンズを示す図であって、図１に示しているように、本発明によるＬＥＤレンズ１０は、ボディ部１１を含む。

ボディ部１１は、ポリマー(Polymer)系材質で形成され、該ポリマー系材質としては、ポリカーボネート(Poly carbonate;PC)、ポリメチルメタクリレート(Poly Methyl Methacrylate;PMMA)、シクロオレフィン系コーポリマー(Cyclo olefinCopolymer;COC)などが挙げられ、望ましくは、透明度と内部均一性の良いポリメチルメタクリレート(PMMA)で形成される。

前記ボディ部１１は、図２に示しているように、平面視で、横軸(Ｘ軸)方向の長さ(Ｌｘ)が、縦軸(Ｙ軸)方向の長さ(Ｌｙ)よりも、相対的に長く形成された長方状からなる。

前記ボディ部１１には、中心部内側に光源であるＬＥＤが収めるように、窪んだ形状に収容溝１２が形成される。

そして、ＬＥＤレンズ１０は、収容溝１２に収めたＬＥＤの光が、ボディ部１１の内部に入射するように形成された光入射部と、光入射部を通したＬＥＤの光が、ボディ部１１の外部へ出射するように形成された光出射部１５とを含む。

前記光入射部は、収容溝１２の上面に沿って、ボディ部１１の内側に形成され、横入射面１３ａと縦入射面１３ｂとを含む。

前記横入射面１３ａは、横軸(Ｘ)方向に形成される入射面であって、ＬＥＤに向けて凸状を有し、且つ、縦軸(Ｙ)を基準として、横軸(Ｘ)方向の両方に対称に形成される。

前記縦入射面１３ｂは、縦軸(Ｙ)方向に形成される入射面であって、横入射面１３ａと同様に、ＬＥＤに向けて凸状を有し、且つ、横軸(Ｘ)を基準として、縦軸(Ｙ)方向の両方に対称に形成される。

ここで、横入射面１３ａが縦入射面１３ｂと比較して膨らむように、横入射面１３ａの曲率を、縦入射面１３ｂの曲率よりも小さく形成することができる。

前記光入射部は、上部入射面１４を更に含み、上部入射面１４は、ＬＥＤに向けて凹状を有し、且つ、横入射面１３ａと縦入射面１３ｂとが会う上端中心部に形成される。

前記光出射部１５は、ボディ部１１の外部面に沿って形成される。このような光出射部１５は、ＬＥＤの反対方向に向けて凸状を有するが、中央部分の曲率(ｒ１)に比べて、中央部から延在した両側面部の曲率(ｒ２)が相対的に小さく形成される。

前記構成によって、本発明のＬＥＤレンズ１０は、横軸(Ｘ)方向と縦軸(Ｙ)方向にそれぞれ膨らんで対称に形成された横入射面１３ａと縦入射面１３ｂ、中心部上端に凹んで形成された上部入射面１４を介して、ＬＥＤの光が横軸方向と縦軸方向に屈折して進行され、それにより、横軸方向と縦軸方向への配光効率が向上する。

ここで、ボディ部１１は、横軸(Ｘ)方向の長さ(Ｌｘ)が、縦軸(Ｙ)方向の長さ(Ｌｙ)よりも長い長方状であるので、図３、図４に示しているように、横入射面１３ａと光出射部１５の間のボディ部１１の厚さ(ｄ１)が、縦入射面１３ｂと光出射部１５の間のボディ部１１の厚さ(ｄ２)よりも相対的に厚くなる(ｄ１＞ｄ２)。

そこで、縦軸(Ｙ)方向に比べて、厚さがより厚い横軸(Ｘ)方向に光が集中照射されながら、光量が増加し、光拡散を作る光の屈折も効果的に発生することから、縦軸(Ｙ)方向よりも横軸(Ｘ)方向の照度及び配光効率が向上する。

図５及び図６は、本発明のＬＥＤレンズに対するシミュレーション結果を示す図であって、図５は、照度分布を示し、図６は、配光分布を示している。

前記シミュレーションは、横軸(Ｘ)方向の長さ(Ｌｘ)が１２.６mm、縦軸(Ｘ)方向の長さ(Ｌｙ)が１０.４mm、高さが４.２mmとなるように、ＬＥＤレンズ１０を設計し、ＬＥＤの光量は、２３ルメン(lm)、照明面の高さは１５０mmに設定して行ったところ、前記図面に示しているように、本発明のＬＥＤレンズは、縦軸(Ｙ)方向に比べて、横軸(Ｘ)方向にＬＥＤの光が更に集中しながら、照度及び配光効率が向上したことが確認できる。

図７及び図８は、本発明によるＬＥＤレンズを用いたＬＥＤ照明モジュールを示す図であって、これらの図面を参照すると、本発明のＬＥＤ照明モジュールは、前記ＬＥＤレンズ１０と共に、回路基板２０と、ＬＥＤ３０とを含む。

前記ＬＥＤレンズ１０の詳細構成は、前記と同様であるため、以下では、ＬＥＤレンズ１０について同一の図面符号を付し、ＬＥＤレンズ１０自体の構成に対する詳細な説明は、省略することにする。

前記ＬＥＤ３０は、回路基板２０の上面に実装され、複数からなり、円形に配列される。

前記ＬＥＤレンズ１０は、収容溝１２にＬＥＤ３０が収めるようにして、回路基板２０に装着されるが、配列された複数のＬＥＤ３０に対応して複数からなり、それぞれのＬＥＤ３０を収めながら、同様に円形に配列される。

ここで、図８に示しているように、それぞれのＬＥＤレンズ１０は、ボディ部１１の横軸(Ｘ)が、ＬＥＤ３０が配列された円形の中心部(Ｃ)に向かうように装着される。

このような構成のＬＥＤ照明モジュールによると、ＬＥＤ３０の光は、前述したように、ＬＥＤレンズ１０を介して横軸方向に向上した照度及び配光効率を有し、このようなＬＥＤレンズ１０の複数個が円形に配列されながら、それぞれの横軸(Ｘ)がその円形の中心部(Ｃ)に向かうようになるので、円形の中心部(Ｃ)を基準として、放射状に複数のＬＥＤ３０それぞれの拡散した光がバランスよく組み合わせられ、もって、結局、円形の中心部(Ｃ)を基準に均一な光分布が行われながら、広い配光面積を確保することになる。

図９及び図１０は、ＬＥＤ照明モジュールに対するシミュレーション結果を示す図であって、図９は、照度分布を示し、図１０は、配光分布を示している。

前記シミュレーションは、図５及び図６の場合と同様に、ＬＥＤレンズ１０を設計し、ＬＥＤ３０の１個の光量は２３ルメン(lm)、照明面の高さは１５０mmに設定すると共に、１２個のＬＥＤ３０及びＬＥＤレンズ１０を３０゜間隔で円形配列して行ったところ、前記図面に示しているように、本発明のＬＥＤ照明モジュールは、照度が向上し、且つ中心部から放射状に均一に配光が行われていることが分かる。

以上で本発明の好適な実施例を詳細に説明したが、本発明の技術的範囲は、上述した実施例及び図面に記載の内容に限定されるものではなく、該当技術の分野における通常の知識を有する者によって、修正又は変更された等価の構成は、本発明の技術的思想の範囲を逸脱しないものであるべきである。

１０:ＬＥＤレンズ
１１:ボディ部
１２:収容溝
１３ａ:横入射面
１３ｂ:縦入射面
１４:上部入射面
１５:光出射部
２０:回路基板
３０:ＬＥＤ

Claims

横軸方向の長さが縦軸方向の長さよりも相対的に長く形成され、中心部内側にＬＥＤが収めるように、収容溝が形成された長方形のボディ部と、
前記収容溝の上面に沿ってボディ部内側に形成され、ＬＥＤの光が入射され、ＬＥＤに向けて凸状を有する横入射面と縦入射面が、縦軸及び横軸のそれぞれに対して対称に形成された光入射部と、
前記ボディ部の外面に沿って、ＬＥＤの反対方向に向かって膨らんで形成され、ＬＥＤの光が出射される光出射部とを含むことを特徴とするＬＥＤレンズ。
前記光入射部には、ＬＥＤに向けて凹状を有する上部入射面が、前記横入射面と縦入射面が会う上端中心部に更に形成されることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤレンズ。
請求項１又は２のＬＥＤレンズを用いたＬＥＤ照明モジュールであって、
回路基板と、
前記回路基板の上面に円形に配列されて実装される複数のＬＥＤと、
前記複数のＬＥＤをそれぞれ収めるように、同一の円形の配列をなして回路基板に装着され、それぞれボディ部の横軸が、前記円形配列の中心部に向かって装着される複数のＬＥＤレンズとを含むことを特徴とするＬＥＤレンズを用いたＬＥＤ照明モジュール。