JP4398781B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子とレンズとを備える発光装置に関するものである。

従来から、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子とレンズとを支持体に固定して一体化した発光装置の構造が知られている。例えば、特許文献１では、支持体に凹所を形成し、この凹所の底面に発光素子を固定するとともに、凹所の深さ方向の中途部にレンズを支持する支持面を設け、発光素子とレンズとを所定距離だけ離間させて支持している。そして、この特許文献１では、レンズと発光素子との間の透光領域に透光性樹脂を充填し、この透光性樹脂によりレンズを支持体に接着固定する構造が記載されている。
特開平９−８３０１８号公報（図１参照）

上述したような発光素子とレンズとを有する発光装置では、発光素子とレンズとの間の距離や光軸のズレが発光性能に影響するため、レンズをあらかじめ定めた位置に確実に固定することが重要となる。

しかしながら、発光素子とレンズとの間に充填された透光性樹脂でレンズを接着固定する場合には、凹所に注入した透光性樹脂の量が多過ぎると、レンズが所定の位置から浮上したり傾いたりするので、レンズを設計通りに固定できず所望のレンズ効果が得られないという問題があった。

また、逆に前記凹所に充填される樹脂の量が少な過ぎたり、レンズと接着樹脂との界面に気泡が挟まれると、レンズの接着固定が不十分となり、透光性にもばらつきを生じるという問題もあった。

本発明は、上記課題を解消するものであり、レンズと発光素子との間に透光性樹脂を充填する発光装置において、透光性能を損なうことなくレンズを所定位置に容易に固定することができる構造を実現することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明における発光装置は、発光素子とレンズとが離間して支持体に支持され、支持体における発光素子とレンズとの間に充填される透光性樹脂の硬化によりレンズを支持体に固定する発光装置において、前記支持体とレンズとの間には、雌雄嵌合可能なオス部とメス部とが設けられ、前記メス部は、前記オス部がｎ個設けられるのに対して（ｎ＋α）個設けられるとともに、透光性樹脂側から発光装置の外部に連通するように全て同一形状にて形成され、α個のメス部は、前記レンズの固定に際して前記透光性樹脂または気泡を発光装置の外部に排出可能なリーク部となることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発光装置において、前記レンズは、前記支持体との間のｎ組の雌雄嵌合により、前記支持体に対して位置決めされることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発光装置において、前記支持体には凹所が形成され、この凹所の底面に前記発光素子が固定され、前記凹所の深さ方向の中途部に前記レンズが固定され、発光素子とレンズとの間となる凹所に、前記透光性樹脂が充填されることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発光装置において、前記凹所の深さ方向の中途部には、レンズにおける発光素子側の面を支持する支持面が設けられ、前記オス部とメス部は、前記レンズにおける発光素子側の面と前記支持面との間に設けられていることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の発光装置において、前記オス部とメス部は、前記レンズの側面と前記凹所の内側面との間に設けられていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、レンズと支持体との間に、嵌合可能なオス部とメス部とを設け、且つメス部をオス部よりα個多く設けているから、雌雄嵌合せずに残ったα個のメス部をリーク部として利用して、透光性樹脂の余剰分や気泡を容易に外部に排出できる。その結果、透光性樹脂の適量をレンズと発光素子との間に隙間なく充填でき、レンズと発光素子の距離のズレを防止し、設計どおりの発光性能を実現できる。

また、リーク部は嵌合用のメス部を転用しているため、嵌合用とは別の新たなリーク部を設ける必要がない。さらに、嵌合用のメス部は全て同一形状に形成され、且つオス部の数よりも多いことにより、オス部は嵌合可能な位置が増えるので、レンズの設置時に嵌合位置を探す作業を軽減できる。

請求項２に記載の発明によれば、ｎ組の雌雄嵌合によりレンズは支持体に対して確実にまた容易に位置合わせできる。

請求項３に記載の発明によれば、発光素子及びレンズが凹所内に配置されるので、透光性樹脂を容易に注入することができる。

請求項４に記載の発明によれば、レンズは、凹所の深さ方向の中途部に設けられた支持面に位置合わせされて固定される。

請求項５に記載の発明によれば、レンズは、凹所の内側面に位置合わせされて固定される。

以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態の分解斜視図、図２（ａ）は第１実施形態の平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のIIb −IIb 線矢視断面図、図２（ｃ）は図２（ｃ）のIIc −IIc 線矢視断面図である。

第１実施形態の発光装置１は、発光素子２とレンズ３とこれらを支持する支持体４とを備え、発光素子２からの発光がレンズ３を通って外部に出射されるように構成されている。

支持体４は、絶縁体からなり発光素子２が載置される平板状の基部５と、絶縁体からなり発光素子２の周囲を取り囲むように基部５の上面に固定されるケース部６とを備えている。ケース部６には、上面側の開口が下面側の開口よりも大径となった貫通穴が設けられており、ケース部６が基部５の上面に重ねられることにより、支持体４には、その略中央部に上面が開口した凹所７が形成される。

基部５の上面には、図２（ｂ）に示すように、あらかじめ一対の電極８ａ、８ｂが形成されており、発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ等の発光素子２が、一方の電極８ａ上に電気的に接続されて固定され、他方の電極８ｂに細い金属線９によるワイヤボンディングで電気的に接続されている。

レンズ３は、略半球状の本体部１１の周囲に環状のフランジ部１２を一体的に設けた平凸レンズである。前記ケース部６には、前記凹所７の深さ方向の中途部となる位置に、基部５の上面と平行な支持面１０が形成されている。レンズ３は、その平坦面が下面となって支持面１０に載置され、発光素子２と所定距離だけ離間して配置される。また、レンズ３はその中心軸を発光素子２の中心軸に一致させる（以降、これを中心軸Ｏと記載する）ように配置される。

そして、凹所７における発光素子２とレンズ３との間には、透光性樹脂１３が充填される。この透光性樹脂１３は、発光素子３からの発光を透過させてレンズ３に入射させるとともに、レンズ３を支持体４である支持面１０に接着固定させる。透光性樹脂１３には、例えば、エポキシ樹脂等が適用される。

前記レンズ３と支持体４との間には、雌雄嵌合可能なオス部とメス部とが形成されており、メス部は、オス部がｎ個設けられるのに対して（ｎ＋α）個設けられている。この実施形態では、レンズ３にメス部としての穴部２０が、支持面１０にオス部としての軸部２１が形成されている。

穴部２０は、レンズ３のフランジ１２の表裏に貫通して４（ｎ＋α＝４）個形成されており、図２（ａ）に示すように、４個の穴部２０は、中心軸０を中心とする円周上を４等分する位置に配置されている。軸部２１は、支持面１０に２（ｎ＝２）個突設され、図２（ｂ）に示すように、４個の穴部２０のうち中心軸０を挟んで対向する位置の任意の２個に嵌合できるように構成されている。すなわち、この実施形態では、ｎ＝２、α＝２となっている。

そのため、レンズ３を支持面１０に載置して位置合わせした際に、２個の穴部２０が雌雄嵌合せずに、フランジ部１２において上下に連通する通路となって残り、これが、透光性樹脂１３の余剰分やレンズ３と透光性樹脂１３の界面にある気泡に対するリーク部として機能する。

上記構成の第１実施形態では、その製造において、支持体４の凹所７に、発光素子２を覆うように透光性樹脂１３が注入される。透光性樹脂１３は、支持面１０から盛り上がる程度の多めの量が注入され、この透光性樹脂１３の上面を押圧するようにしてレンズ３が支持面１０に載置される。このとき、支持面１０の２個の軸部２１が、レンズ３の４個の穴部２０のうちの２個に嵌め込まれる。すなわち２組の穴部２０と軸部２１とによる雌雄嵌合でレンズ３が支持体４に対して位置合わせされる。レンズ３の設置時に、軸部２１と穴部２０との位置がズレている場合には、軸部２１どうしは中心角１８０°で配置されているが、隣接する穴部２０どうしは中心角９０°で配置されているので、レンズ３を９０°回転させる範囲内で、速やかに嵌合位置を見つけることができる。

そして、凹所７に多めに注入された透光性樹脂１３は、レンズ３の押圧により支持面１０上に溢れ出て、雌雄嵌合せずに残った２個の穴部２０（リーク部）を通って外部に排出される（図２（ｃ）の矢印Ａ参照）。また、透光性樹脂１３とレンズ３の界面にある気泡も外部に穴部２０から排出される。

これにより、第１実施形態の発光装置１では、リーク部となる穴部２０を設けることにより、レンズ３と発光素子２との間を透光性樹脂１３で隙間なく満たすことができ、且つレンズ３を所定位置である支持面１０にきっちり当接させて固定できる。すなわち、レンズ３が支持面１０に対して傾いたり、浮き上がったり、また光軸がズレたりすることもなく設計通りに確実に固定できる。そのため、透光性樹脂１３を充填しても、発光素子２の発光性能を損うことがなく所望のレンズ効果を得ることができ、また、レンズ３の下部に隙間がないので接着性も向上できる。

さらに、前記リーク部は、雌雄嵌合に用いるメス部を転用しているため、わざわざ別途にリーク部を設ける必要がない。それに加え、リーク部となるメス部を設けることで、嵌合においてオス部よりもメス部が多くなり、オス部にとって嵌合可能な位置が増加するので、レンズ３の設置作業を軽減することもできる。

次に、本発明の第２実施形態について図面に基づいて説明する。図３は本発明の第２実施形態の分解斜視図、図４（ａ）は第２実施形態の平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のIVb −IVb 線矢視断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）のIVc −IVc 線矢視断面図である。第１実施形態と同様の構造には同一符号を付して説明を省略する。

第２実施形態の発光装置１０１は、発光素子２とレンズ３とこれらを支持する支持体４とを備え、第１実施形態と同様に発光素子２からの発光がレンズ３を通って外部に出射されるように構成されている。

第２実施形態のレンズ３と支持体４との間にも、雌雄嵌合可能なオス部とメス部とが形成されているが、この第２実施形態では、図３に示すように、オス部となるリブ２５を支持面１０上に２（ｎ＝２）個設け、メス部となる溝部２４をレンズ３に４（ｎ＋α＝４）個設けている。すなわち、この実施形態では、ｎ＝２、α＝２となっている。

第２実施形態では、図３に示すように、支持面１０は凹所７の上端面に設けられている。そして、この支持面１０上に、平面視直線状のリブ２５が、中心軸Ｏを通る同一直線上に離間して設けられている。

一方、メス部である溝部２４は、レンズ３のフランジ部１２の外周を４等分する位置を基端部とし、そこからそれぞれ中心軸Ｏ側へ切り込み形成されている。さらに、これら４個の溝部１４は、レンズ３の本体部１１の下面側では下方に開口した凹状となっており、その先端部は透光性樹脂１３の充填部位に接する位置に設けられている。（図４（ｂ）の矢印Ｂ参照）。

このように２個のオス部（リブ２５）に対して、４個のメス部（溝部２４）が設けられているので、レンズ３を支持面１０に載置して位置合わせした際に、２個の溝部２４が雌雄嵌合せずに残り、この溝部２４はリーク部として機能する。

上記構成の第２実施形態では、２組の軸部２４とリブ２５とによる雌雄嵌合で、レンズ３は、支持体４に対して確実に位置合わせされる。凹所７における透光性樹脂１３の余剰分や気泡は、雌雄嵌合せずに残った２個の溝部２４（リーク部）を通って、外部に排出される（図４（ｂ）の矢印Ｂ参照）。これにより第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、この実施形態では、支持面１０を凹所７の上端面とし、この支持面１０上にオス部となるリブ２５を設けたが、支持面１０が凹所７の中途部に設けられている場合には、オス部となるリブ２５を凹所７の内側面から中心軸Ｏ側に一体的に突設しても良い。

次に、本発明の第３実施形態について図面に基づいて説明する。図５は本発明の第３実施形態の分解斜視図、図６（ａ）は第３実施形態の平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のVIb −VIb 線矢視断面図、図６（ｃ）は図６（ａ）のVIc −VIc 線矢視断面図である。第１実施形態と同様の構造には同一符号を付して説明を省略する。

第３実施形態の発光装置２０１は、発光素子２とレンズ３とこれらを支持する支持体４とを備え、第１実施形態と同様に発光素子２からの発光がレンズ３を通って外部に出射されるように構成されている。

第３実施形態のレンズ３と支持体４との間にも、雌雄嵌合可能なオス部とメス部とが形成されているが、この第３実施形態では、図５に示すように、支持面１０にメス部としての溝部３０が、レンズ３にオス部としてのリブ３１が形成されている。

溝部３０は、支持面１０上に３（ｎ＋α＝３）個凹設されている。これらの溝部３０は、図６（ａ）に示すように、中心軸Ｏ側から放射線状に延びる直線形状であり、隣接する溝部３０どうしは中心角１２０°に配置されている。一方、リブ３１は、レンズ３の下面に２（ｎ＝２）個垂設され、前記３個の溝部３０のうちの任意の２個と雌雄嵌合できるように配置されている。すなわち、この実施形態では、ｎ＝２、α＝１となっている。

また、これら溝部３０とリブ３１との雌雄嵌合によりレンズ３を支持体４に対して位置合わせした際に、レンズ３のフランジ部１２の外周と凹所７の内周との間には、ΔＬの僅かな隙間３２が形成されるようになっている。

そのため、レンズ３を支持面１０に載置して位置合わせした際に、１個の溝部３０が雌雄嵌合せずに残り、この溝部３０は前記隙間３２を介して外部に連通するため、これがリーク部として機能する。

上記構成の第３実施形態では、溝部３０とリブ３１とによる２組の雌雄嵌合でレンズ３が支持体４に対して位置合わせされる。凹所７に多めに注入された透光性樹脂１３は、レンズ３の押圧により雌雄嵌合せずに残った１個の溝部３０と隙間３２とを通って、その余剰分や気泡が外部に排出される（図６（ｃ）の矢印Ｃ参照）。これにより第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明は上述した第１〜第３の実施形態に限定するものではなく、オス部及びメス部の形状、個数（ｎ及びα）、及び配置部位等は適宜変更可能である。

本発明の第１実施形態の分解斜視図である。 （ａ）は第１実施形態の平面図、（ｂ）は図２（ａ）のIIb −IIb 線矢視断面図、（ｃ）は図２（ａ）のIIc −IIc 線矢視断面図である。 本発明の第２実施形態の分解斜視図である。 （ａ）は第２実施形態の平面図、（ｂ）は図４（ａ）のIVb −IVb 線矢視断面図、（ｃ）は図４（ａ）のIVc −IVc 線矢視断面図である。 本発明の第３実施形態の分解斜視図である。 （ａ）は第３実施形態の平面図、（ｂ）は図６（ａ）のVIb −VIb 線矢視断面図、（ｃ）は図６（ａ）のVIc −VIc 線矢視断面図である。

符号の説明

１、１０１、２０１ 発光装置
２ 発光素子
３ レンズ
４ 支持体
５ 基部
６ ケース部
７ 凹所
８ａ、８ｂ 電極
９ 金属線
１０ 支持面
１１ 本体部
１２ フランジ部
１３ 透光性樹脂
２０ 穴部
２１ 軸部
２４ 溝部
２５ リブ
３０ 溝部
３１ リブ
３２ 隙間

Claims (5)

1. 発光素子とレンズとが離間して支持体に支持され、支持体における発光素子とレンズとの間に充填される透光性樹脂の硬化によりレンズを支持体に固定する発光装置において、 前記支持体とレンズとの間には、雌雄嵌合可能なオス部とメス部とが設けられ、
   前記メス部は、前記オス部がｎ個設けられるのに対して（ｎ＋α）個設けられるとともに、透光性樹脂側から発光装置の外部に連通するように全て同一形状にて形成され、
   α個のメス部は、前記レンズの固定に際して前記透光性樹脂または気泡を発光装置の外部に排出可能なリーク部となることを特徴とする発光装置。
2. 前記レンズは、前記支持体との間のｎ組の雌雄嵌合により、前記支持体に対して位置決めされることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記支持体には凹所が形成され、この凹所の底面に前記発光素子が固定され、前記凹所の深さ方向の中途部に前記レンズが固定され、発光素子とレンズとの間となる凹所に、前記透光性樹脂が充填されることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
4. 前記凹所の深さ方向の中途部には、レンズにおける発光素子側の面を支持する支持面が設けられ、前記オス部とメス部は、前記レンズにおける発光素子側の面と前記支持面との間に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
5. 前記オス部とメス部は、前記レンズの側面と前記凹所の内側面との間に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。

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