JP3076966B2 - 発光ダイオード素子 - Google Patents

発光ダイオード素子

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JP3076966B2 JP08154185A JP15418596A JP3076966B2 JP 3076966 B2 JP3076966 B2 JP 3076966B2 JP 08154185 A JP08154185 A JP 08154185A JP 15418596 A JP15418596 A JP 15418596A JP 3076966 B2 JP3076966 B2 JP 3076966B2
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嘉史 川口
多計夫 伊藤
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21WINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO USES OR APPLICATIONS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS
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    • F21W2131/10Outdoor lighting
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    • F21Y2115/00Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10Light-emitting diodes [LED]
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S362/00Illumination
    • Y10S362/80Light emitting diode

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、面表示やバックラ
イト用などに用いられ、光束利用率の高い長方形の形状
に光を照射するようにした発光ダイオード素子に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】図5は従来のLEDランプの主要構成を
示す斜視図である。同図中、1はホーン2内に配置され
たLEDチップ、3はその上部のレンズである。
【0003】このLEDランプは、円錐面を有したホー
ン2と半径Rのレンズ面を有したレンズ3とを備えてお
り、図5に示すように、LEDチップ1のジャンクショ
ン(発光部中心)を原点OとするX軸,Y軸,Z軸の直
交座標のX軸上に上記半径Rの軸中心がある。そして、
この構造により、X−Y断面(平面)においては図6に
示すように、LEDチップ1からの直射光(レンズ面に
直接入射する光線)と反射光(ホーン面で反射した光
線)が角度θ1,θ2の配光で重なり合い、全体として
はX軸にて図6の矢印方向に回転させた配光となる。
【0004】したがって、半値強度以上の照射形状は円
形となる。なお、この半値強度は、指向特性(LEDチ
ップの中心軸を原点とする空間各方向への光の放射分布
特性)において、半値角θ(1/2)(指向特性におい
て最大強度の50%となる方向の内角)が示す角度の強
度と定義される。
【0005】ここで、上記のような照射形状を持つLE
Dランプを用いて、縦横1:2の長方形の範囲を照射す
る場合、図7に示すような方法がとられる。
【0006】図7の(a)に示す例は、LED1個使用
して照射面までの距離を離し、照射面積を広げることで
長方形4に外接する円配光をとるようにしたもので、図
中5は円形の照射形状、斜線部の6はその中の光束損失
範囲を示している。
【0007】図7の(b)に示す例は、LED2個使用
して照射形状を長方形4に応じて広くとるようにしたも
のである。また図7の(c)に示す例は、2個のLED
の上部にインナーレンズ等の外部光学部品7を配置した
もので、照射形状5は略四角形になって光束損失範囲6
は小さくなっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来のLEDランプにあっては、長方形の範囲を
照射しようとする場合、光束利用率が悪いか、あるいは
高価なものになってしまうという問題点があった。
【0009】すなわち、図7の(a)に示す方法では、
光束利用率が低く、有効な方法ではない。レンズ形状を
楕円にして長方形に外接する楕円照射を行えば多少利用
効率は改善されるが、まだ光束損失は大きい。
【0010】また、図7の(b)に示す方法では、図7
の(a)の場合と比べて光束利用率は良いが、LEDの
使用個数が増加するのでコスト高となる。図7の(c)
に示す方法では、図7の(b)の場合より更に光束利用
率が良くなるが、外部光学系の部品点数の増加によりさ
らにコスト高になる。
【0011】本発明は、上記のような問題点に着目して
なされたもので、長方形の範囲を照射する場合に、光束
利用率が高く、しかも安価な構成の発光ダイオード素子
を提供することを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明に係る発光ダイオ
ード素子は、次のように構成したものである。
【0013】(1)長方形の形状に光を照射する発光ダ
イオード素子であって、発光ダイオードチップからの光
を前記長方形の対角方向へ集光する菱形状のホーンと、
同発光ダイオードチップからの光を前記長方形に内接す
る楕円形状に照射させる楕円面を有したレンズとを備え
るようにした。
【0014】(2)上記(1)の素子において、レンズ
の楕円面は発光ダイオードチップの発光部中心を原点と
するX,Y,Z軸の直交座標におけるZ軸に平行な直線
を軸とした回転楕円面とした。
【0015】(3)上記(1)または(2)の素子にお
いて、ホーンの反射面は発光ダイオードチップの発光部
中心を原点とするX,Y,Z軸の直交座標におけるX−
Y平面とX−Z平面にて対称な菱形形状とした。
【0016】
【発明の実施の形態】図1は本発明に係るLEDランプ
(発光ダイオード素子)の主要構成を示す斜視図であ
る。同図において、1はLEDチップ、11はこのLE
Dチップ1からの光を長方形の対角方向へ集光する反射
面を有した菱形状のホーン、12はLEDチップ1から
の光を上記長方形に内接する楕円形状に照射させる楕円
面を有したレンズである。
【0017】上記レンズ12の楕円面は、LEDチップ
1のジャンクション(発光部中心)を原点OとするX,
Y,Z軸の直交座標におけるZ軸に平行な直線を軸とし
た回転楕円面であり、またホーン11の反射面は、図2
に示すように該直交座標におけるX−Y軸とX−Z平面
に対称な菱形形状となっている。
【0018】上記構成のLEDランプは、光束利用率の
良い長方形の形状に光を照射するのに適しており、図5
に示すものと同様一つのレンズ面とホーン面を有してい
る。そして、上述のようにLEDチップ1のジャンクシ
ョン中心を原点Oとしたとき、レンズ面は原点Oを通り
Z軸に平行な直線を軸とした回転楕円面であり、座標値
をx,y,zとすると次式にて定義される。
【0019】 x2 +y2 +0.6865z2 −4.72x−2.8404=0 …(1) 上記(1)式にて定義されるレンズ面は、例えば原点O
より16.5mm12×23mm(縦横比約1:2)の長方
形の面において、前述の半値強度以上となる照射形状1
3は図3の(a)に示すような長方形4に内接する楕円
形状となる。
【0020】またホーン面は、上述のようにX−Y平面
及びX−Z平面にて対称な菱形形状であり、図2の斜線
部分で示されるホーン11の一つの面は、媒介変数を
u,v(u,vは0〜1の値)とすると、uの1次、v
の5次式で表わされる。このホーン曲面上の点の座標
(x,y,z)は、表1に示すAX(i),AY
(i),AZ(i)を定数として、(2)式で表され
る。
【0021】
【表1】
【0022】
【数1】
【0023】上記の(2)式は、例えば上述の原点Oか
ら16.5mm離れた12×23mmの長方形の面におい
て、図3の(b)に示すような長方形4の対角方向に頂
点を持つ四つの三角形の照射形状14となるように集光
させるホーン面を表わす式であり、図2及び図3の
(b)に示すように、三角形の照射面の角に対応する点
P1とその内側よりに対応する点P2を結ぶ線分Aが
(2)式に含まれている。
【0024】そして、上記二つの照射形状13と14を
合わせると、図3の(c)に示すような略長方形の照射
形状15が得られる。すなわち、レンズ面による楕円照
射とホーン面による対角方向への集光により、長方形の
照射状態を得ることができる。
【0025】このように、インナーレンズ(外部光学
系)を使用することなく、安価な構成で光束利用率の高
い長方形の照射形状15が得られる。また、長方形照射
を行うことで、LEDランプ数も少なくすることがで
き、全体のコストも抑えることができる。
【0026】図4は実際の配光特性を表わしたもので、
(a)は本発明に係るLEDランプによるもの、(b)
は従来品によるものをそれぞれ示している。従来のLE
Dランプと比べると、本発明品では例えば原点Oから1
6.5mm離れた位置での半値強度以上の照射形状の面積
比において、約2.3倍となる実測データが得られた。
【0027】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、長方形
の範囲を照射する場合に、光束利用率が高く、しかも安
価な構成の発光ダイオード素子を実現できるという効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例の構成を示す斜視図
【図2】 図1のホーンの形状を示す斜視図
【図3】 実施例による照射形状を示す説明図
【図4】 実際の配光特性を示す説明図
【図5】 従来例の構成を示す斜視図
【図6】 従来例の配光を示す説明図
【図7】 従来のLEDランプで長方形の照射範囲を得
る方法を示す説明図
【符号の説明】
1 LEDチップ(発光ダイオードチップ) 11 ホーン 12 レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−260727(JP,A) 特開 平6−188459(JP,A) 特開 平7−131072(JP,A) 特開 昭61−185802(JP,A) 実開 平4−107861(JP,U) 実開 平2−52463(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 33/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 長方形の形状に光を照射する発光ダイオ
    ード素子であって、発光ダイオードチップからの光を前
    記長方形の対角方向へ集光する菱形状のホーンと、同発
    光ダイオードチップからの光を前記長方形に内接する楕
    円形状に照射させる楕円面を有したレンズとを備えてい
    ることを特徴とする発光ダイオード素子。
  2. 【請求項2】 レンズの楕円面は発光ダイオードチップ
    の発光部中心を原点とするX,Y,Z軸の直交座標にお
    けるZ軸に平行な直線を軸とした回転楕円面であること
    を特徴とする請求項1記載の発光ダイオード素子。
  3. 【請求項3】 ホーンの反射面は発光ダイオードチップ
    の発光部中心を原点とするX,Y,Z軸の直交座標にお
    けるX−Y平面とX−Z平面にて対称な菱形形状である
    ことを特徴とする請求項1または2記載の発光ダイオー
    ド素子。
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