JP4458214B2

JP4458214B2 - Light source device

Info

Publication number: JP4458214B2
Application number: JP2000069800A
Authority: JP
Inventors: 好伸末広; 祐次 ▲高▼橋; 武正安川
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2000-03-14
Filing date: 2000-03-14
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2020-03-14
Also published as: JP2001256818A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は光源装置に関する。また、光源装置を利用した信号灯、ディスプレー等の発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、信号灯に使用される光源装置として、白熱電球を光源とし、光源からの光を赤、青緑等、各目的色に着色されたフィルターを介して所望の単色光を放出するものが広く一般に用いられている。また、所望の発光色のレンズ型発光ダイオード（ＬＥＤ）を複数個密に基板上に配置した光源装置が知られる。ＬＥＤを光源とした光源装置では、擬似点灯がない、保守点検の手間を大幅に減少させることができるといった利点がある。加えて、ＬＥＤ自体が単色発光するため、発光した光の大部分をフィルターでカットする白熱電球を用いた方式よりも、外部放射効率を高くできる。また、フィルターを用いた場合には、外部より入射する光によりフィルター色が表示され、あたかも点灯しているかのごとく認識されるおそれがあるが、ＬＥＤを光源とした場合にはフィルターを必要とせず、このような擬似点灯のおそれはない。さらに、ＬＥＤは白熱電球のごとき球切れがなく、信頼性の高いものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来知られているＬＥＤを光源とする信号灯は、上記のようにレンズ型ＬＥＤを用いているため、外部放射効率が十分とは言えないものであった。レンズ型ＬＥＤでは、指向性を高めればそれだけ放射光にロスが生じ、外部放射効率が低下するためである。
また、十分な光度を確保するため、及び発光むらをなくして見栄えのよいものとするためにＬＥＤを密に実装することが行われるが、これには手間がかかるのはもとより、大きな熱が発生しかつ放熱が効率的に行われないためＬＥＤが高温状態となる。このようにＬＥＤを高温状態で点灯することは、発光出力の低下を引き起こし、また、寿命特性を低下させるため好ましくない。将来、発光素子の高出力化がなされることにより、一定のエリア内に配置するＬＥＤの使用量を減少できるとしても、ＬＥＤ光源の実装密度が小さくなることによる発光むら、即ち見栄えが悪くなるという問題は解消されない。
また、ＬＥＤの外部放射効率を高めるために設けられる光学系（リードフレーム表面の銀メッキ等）は、外光を反射し、着色した擬似点灯にはならないものの、ＬＥＤ点灯時と消灯時のコントラスト低下をもたらす原因となり得る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上の課題の少なくとも一つを解決すべくなされたものであり、新規な構成の光源装置を提供するものである。本発明の構成は、次の通りである。
光学的開口部を備える遮光部材と、
前記遮光部材の一面側に配置される光源と、
前記光源に対向し、かつ該光源の光放出方向側を囲うように設置される反射面と、を備え、
前記光源からの光は、前記反射面に反射されることにより集光した後、前記遮光部材の前記光学的開口部より放射される、ことを特徴とする光源装置。
【０００５】
かかる構成によれば、光源からの光は一旦反射面により反射された後、外部放射されることとなるが、反射面が光源の光放出方向側を囲うように設置されるため、光源からの光の多くを反射面で反射し、外部放射光として利用することができる。即ち、外部放射効率の高い光源装置が得られる。このことは同時に、所定の光量を得るべく光源を複数用いる場合において、一定エリアに配置する光源数を減少できることを意味する。その結果、光源全体での発熱量が減少するとともに、各光源からの放熱が容易となり、光源の発熱に起因する発光出力の低下及び光源寿命の低下を効果的に防止することができる。また、光源からの光は反射面に反射されることにより、集光しながら遮光部材方向へ向かい、遮光部材に備えられた光学的開口部を介して外部放射される。即ち、遮光部材により反射面側への光の取り込みを防止しつつ、反射面により反射された光源からの光は効率的に遮光部材の光学的開口部より外部放射される。従って、外部放射効率を低下させることなく、反射面側への光の取り込みを防止できる。その結果、光源の消灯時における擬似点灯を効果的に防止することができ、光源の点灯時と消灯時のコントラストの高い光源装置が提供される。
【発明の実施の形態】
【０００６】
遮光部材には、例えば、板状であって、平面視略円形、略楕円形、略矩形及びこれらを任意に組み合わせた形状のものを用いることができる。遮光部材の材質も遮光に適したものであれば特に限定されることはなく、例えば、遮光効果の高い黒色系に着色された樹脂等を用いることができる。また、遮光部材の全てが遮光性の材料で形成される必要はなく、例えば、外側（外光の照射する側）の面にのみ黒色系の塗装を施して、遮光性を持たせても良い。また、後述の光源としてＬＥＤを用いる場合には、遮光部材として所望の形状の実装用基板を用いることができる。この場合においても基板に遮光性を持たせるために、基板を遮光性の材料で形成するか若しくは基板に黒色系の塗装等を施す。
【０００７】
遮光部材には光学的開口部が設けられる。光学的開口部とは、遮光部材において光を透過することができる部分をいい、例えば、遮光部材の一部に貫通孔を設けることにより形成される。この場合には、貫通孔に透明な樹脂等を充填することができる。かかる構成によれば、埃や塵等が外部より貫通孔を介して光源装置内部へ進入することを防止できる。また、上記のように黒色系の塗装を施して遮光性を持たせる場合には、一部に塗装しない部分を設け、これを光学的開口部とすることもできる。
光学的開口部の数は後述の反射面の数に対応して定められ、好ましくは反射面の数と同数の光学的開口部を設ける。一の反射面に対して複数の光学的開口部を設け、一の反射面により反射された光を複数の光学的開口部を介して外部放射することもできる。
光学的開口部の形状としては種々の形状を採用することができる。例えば、平面視円形、楕円形、矩形等である。光学的開口部の大きさは、遮光部材の遮光性、及び後述の反射面により反射された光の放射効率を考慮して設計される。即ち、十分な量の光を放射できる程度において光学的開口部をできるだけ小さくすることが好ましく、これにより光学的開口部を介した外光の取り込みを少なくしつつ、かつ高い外部放射効率が得られる。好ましくは、後述の反射面により反射され、集光された光の実質的に全部を外部放射できる大きさとする。
【０００８】
遮光部材において外光の照射する側と反対の面側には、光源が配置される。好ましくは、光源を遮光部材の当該面上に直接又は取付け部材を介して取り付ける。また、光源の位置精度を高めるべく、保持具等を用いることもできる。
また、少なくとも、光源の主たる光放出方向が光源から遮光部材に向かう方向とならないように光源を配置する必要がある。
光源には白熱電球、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることができる。小型化の要請、発光効率、省電力、長寿命等の観点からＬＥＤを用いることが好ましい。
光源としてＬＥＤを用いる場合のＬＥＤの種類は特に限定されず、砲弾型（レンズ型）、チップ型等のＬＥＤを用いることができる。また、目的に応じて、赤色、緑色、青色等、所望の発光色のＬＥＤを用いることができる。また、ＲＧＢタイプのＬＥＤを用いることもできる。
【０００９】
ＬＥＤとして発光波長が３８０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲にあり、かつその封止部材に、当該発光波長の光により励起し蛍光を発する蛍光体を含有させて白色系の光を放射させることにより、白色系の光を放射する光源装置とすることができる。さらに、封止部材に拡散剤を含有させても良い。
この場合、好ましくは、発光波長が４２０ｎｍ〜４９０ｎｍのＬＥＤが用いられる。さらに好ましくは、発光波長が４５０ｎｍ〜４７５ｎｍのＬＥＤが用いられる。かかるＬＥＤとして、III族窒化物系化合物半導体からなるものが好適に用いられる。
【００１０】
蛍光体としては、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＺｎＳ：Ｍｎ、ＺｎＳ：Ｅｕ、ＹＶＯ_４：Ｅｕ、ＹＶＯ_４：Ｃｅ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、及びＹ_２Ｏ_２Ｓ：Ｃｅの中から選ばれる一又は二以上の蛍光体が用いられる。ここで、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌとは、ＺｎＳを母体としてＣｕ、Ａｕ、及びＡｌで付活したＺｎＳ系のフォトルミネセンス蛍光体であり、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＺｎＳ：Ｍｎ及びＺｎＳ：Ｅｕとは、同じくＺｎＳを母体としてそれぞれＣｕとＡｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、及びＥｕで付活したフォトルミネセンス蛍光体である。同様に、ＹＶＯ_４：Ｅｕ及びＹＶＯ_４：ＣｅはＹＶＯ_４を母体としてそれぞれＥｕ及びＣｅで付活した蛍光体であり、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ及びＹ_２Ｏ_２Ｓ：ＣｅはＹ_２Ｏ_２を母体としてそれぞれＥｕ及びＣｅで付活した蛍光体である。これらの蛍光体は、青色〜緑色の光に対して吸収スペクトルを有し、励起波長よりも波長の長い光を発光する。
【００１１】
上記蛍光体の中でも、ＺｎＳ：Ｅｕ、ＹＶＯ_４：Ｃｅ及びＹ_２Ｏ_２Ｓ：Ｃｅは、青色〜緑色の励起光に対する発光波長がその他の蛍光体と比較して長いため、即ち、これらの蛍光体からの発光色はより赤色系であって、その結果、これらの蛍光体から発せられる光と当該発光ダイオードからの光との混合により得られる光はより白色に近い色となる。このように、より白色に近い発光色を得るためには、ＺｎＳ：Ｅｕ、ＹＶＯ_４：Ｃｅ及びＹ_２Ｏ_２Ｓ：Ｃｅの中から選ばれる一又は二以上を蛍光体として選択することが好ましい。
【００１２】
光源に対向する位置には反射面が設置される。反射面は光源からの光を反射して集光するために設けられるものであり、上述の遮光部材に備えられる光学的開口部との関係によって設計される。即ち、反射面により反射されて集光した光が光学的開口部を通過して外部放射するように反射面を設計する必要がある。例えば、光源と上記遮光部材の光学的開口部ないしその近傍に焦点をもつ回転楕円面の一部を反射面とする。かかる構成の反射面では、光源からの光は反射面により反射されて集光し、その集光した光の焦点は遮光部材の光学的開口部ないしその近傍にあることとなる。その結果、光学的開口部ないしその近傍の狭い範囲に光を集中させることができ、小さな光学的開口部をもって当該光を外部放射することができる。即ち、光学的開口部を小さく形成することができるため、上で説明したように、擬似点灯が効果的に防止される。さらに好ましくは、反射面により反射されて集光した光の焦点が、遮光部材の光学的開口部にあるように反射面を設計する。このような構成によれば、より小さな光学的開口部をもって、集光された光を外部放射できるため、擬似点灯防止の効果が一層高められるからであるまた、反射面は光源の光放出方向側を囲うようなものとする。光源からの光の実質的に全部を反射面により反射させて外部放射光に利用し、外部放射効率を高めるためである。
【００１３】
反射面は複数設けることができる。この場合においては、上述のように遮光部材に複数の光学的開口部を形成し、各反射面により反射され集光された光を当該反射面に対応する光学的開口部より外部放射する。かかる構成によれば、一の光源に対して、複数の光学的開口部より光の放射がなされる。換言すれば、光源の数に対して見かけの発光点が多くなるため、複数の光源を配置したのと同様の効果、即ち、面積当たりの発光点数が増し、発光むらの少なく、見栄えが良くなるという効果が得られる。
この場合においても、各反射面を、光源と遮光部材において当該反射面に対応する光学的開口部ないしその近傍に焦点をもつ回転楕円面の一部とすることが好ましい。各反射面によりそれぞれ集光された光を小さな光学的開口部をもって外部放射できることとなり、外部放射効率を高く維持しつつ、かつ擬似点灯を効果的に防止できるからである。さらに好ましくは、各反射面により反射されることによりそれぞれ集光した光の焦点が、遮光部材の当該反射面に対応する光学的開口部にあるように、各反射面を設計する。
【００１４】
反射面は樹脂を所望の形状に成形することにより、また、金属板をプレス加工することにより形成することができる。樹脂成形品を用いる場合には、表面に金属蒸着やメッキ等をすることにより、また、表面に金属等を塗布等することにより、その表面を光反射性とする。また、金属板としては光反射率の高い材料からなるものを用いることが好ましいが、プレス加工後に表面の光反射効率を高める処理を施すこともできる。
【００１５】
【実施例】
以下、図１〜図３を参照しながら本発明の実施例である光源装置１について説明する。図１は光源装置１を光の外部放射側よりみた平面図であり、図２は図１におけるＡ−Ａ線断面図である。また、図３は、反射鏡３０の構成を示す図であって、反射鏡３０のみを光の外部放射側からみた平面図である。
本実施例の光源装置１は、遮光板１０、光源であるＬＥＤ２０、及び反射鏡３０より大略構成される。遮光板１０はＬＥＤ実装用の基板であって、その外部放射側の面（図１において観察される面）には黒色の塗装が施され、遮光機能が備えられている。また、本実施例においては遮光板１０を正六角形とし、かかる正六角形の隣合う二つの頂点と中心（Ｆ）とを結ぶことにより形成される各正三角形の重心位置にはそれぞれ貫通孔１１〜１６が設けられている。
【００１６】
図２に示されるように、遮光板１０の反射鏡３０側の面には、ＬＥＤ３０が所定の距離をおいて実装される。本実施例では、ＬＥＤ２０として、III族窒化物系化合物半導体からなる発光素子を備えるＬＥＤを用い、青色系の発光色の光源装置とした。勿論、任意の発光色のＬＥＤを用いることができ、所望の発光色の光源装置を得ることができる。さらには、赤色系、緑色系、青色系の発光色の発光素子を組み合わせたＲＧＢタイプのＬＥＤを用いることにより、任意の色を発光可能な光源装置とすることもできる。
【００１７】
ＬＥＤ２０は、一対のリードフレームの片方に発光素子をマウントし、他方のリードフレームと発光素子とをワイヤにより電気的に接続したものを透明エポキシ樹脂で封止することにより構成され、その光放出方向にはレンズ面２１が形成される。レンズ面２１の形状は、発光素子の位置ｆ０を原点とする球面である。
【００１８】
反射鏡３０は、光反射剤を含有した熱硬化性の樹脂からなり、図３に示されるように反射面３１〜３６を組み合わせて構成される。反射面３１〜３６は、樹脂成形品の表面に金属蒸着の処理を施すことにより鏡面化されている。各反射面の構成について、反射鏡の断面を示す図２を参照しながら、反射面ｒ１及びｒ２を例にとって説明する。まず、反射面３１は、ＬＥＤ２０の発光素子位置（ｆ０）と遮光板１０の貫通孔１１位置（ｆ１）に焦点をもつ回転楕円面の一部である。同様に、反射面３４は、発光素子位置（ｆ０）と貫通孔１４位置（ｆ４）に焦点をもつ回転楕円面の一部である。その他の反射面の構成も同様であって、各反射面と対応する遮光板１０の貫通孔の位置及び発光素子位置（ｆ０）との関係により設計されている。また、反射鏡３０がＬＥＤ２０を囲うように各反射面は形成されている。
【００１９】
反射鏡３０を構成する反射面の構成は、上記のものに限られるものではなく、反射面の数、各反射面の形状を任意に選択することができる。例えば、図４〜図６に示した構成を採用することができる。図４の反射鏡では、３面の反射面が用いられる。この場合には、各反射面に対応する貫通孔（光学的開口部）が遮光板１０に形成される。また、各反射面の形状は、それが対応する貫通孔の位置と発光素子位置（ｆ０）との関係により設定されるものであり、図４の場合では、各反射面は、それが対応する貫通孔の位置と発光素子位置（ｆ０）とに焦点をもつ回転楕円面の一部である。同様に、図５の反射鏡は二つの反射面により構成される。この場合の各反射面の構成は図４の場合と同様である。図６では、２４の反射面からなる反射鏡が示される。この場合の各反射面の構成も図４の場合と同様であり、各反射面は、それに対応して遮光板に設けられる貫通孔位置と発光素子位置（ｆ０）とに焦点を持つ回転楕円面の一部としてある。図６の反射鏡では、各反射面の形状が平面視三角形であるが、図７に示される反射鏡では、平面視矩形、平面視三角形の反射面を組み合わせて反射鏡を構成している。各反射面におけるその他の構成は図６の反射鏡の場合と同様である。
【００２０】
以上のように構成された光源装置１では、まず、ＬＥＤ２０内の発光素子が発する光の実質的に全部がレンズ２１界面で屈折することなく放射され、反射鏡３０の反射面３１ないし３４に至る。各反射面に至った光は、当該反射面に対応する遮光板の貫通孔を焦点として反射面毎に集光され、集光された光は各貫通孔を通過して外部放射される。
このように、各反射面に反射された光は、それぞれ対応する貫通孔の位置を焦点として集光して外部放射されるため、各貫通孔を小さく設計することができる。これにより、遮光板１０の各貫通孔を通って反射鏡３０側へ入射する外光を少なくできる。また、各貫通孔を通って反射鏡側に入射した外光は、反射鏡３０の各反射面に至ることとなるが、上述のように、各反射面はそれに対応する貫通孔位置とＬＥＤ２０の発光素子位置（ｆ０）とに焦点をもつ回転楕円面の一部であるため、各反射面に至った外光は当該反射面に反射されることにより発光素子位置（ｆ０）を焦点として集光し、最終的に遮光板１０の反射面側において吸収される。即ち、仮に各貫通孔より反射鏡側へ外光が入射したとしても、それが反射光として外部放射されることはなく、擬似点灯とはならない。
以上のように、光源装置１は外光に対して遮光効果が高く、擬似点灯を効果的に防止できるものである。これにより、ＬＥＤ２０の点灯時と消灯時のコントラストは大きなものとなる。
また、反射鏡３０がＬＥＤ２０を囲うように設計してあるため、ＬＥＤから放射される光の実質的に全部を反射鏡３０において反射し、外部放射することができる。これにより、外部放射効率の高い光源装置となる。
また、外部放射光の放射角は、各反射面からそれに対応する貫通孔に至る角度範囲となる。即ち、本実施例の各反射面の構成によれば、高い効率で所定の指向特性をもった光として外部放射することができる。
さらに、一つのＬＥＤ２０に対して外部放射用の貫通孔が６つ設けられ、これらが見かけ上の発光点となるため、あたかも６つの光源があるかのごとき、発光むらの小さい見栄えのよい外部放射光が得られる。
【００２１】
上記の光源装置１において、外部放射側にアウターレンズを設けても良い。アウターレンズは、光源装置１からの放射光を制御し、所望の指向性をもたせるために設けられるものである。例えば、遮光板１０の各貫通孔の外部放射側に光透過性の樹脂からなるレンズをそれぞれ取付ける。これにより各貫通孔から外部に放射される光に所望の指向性を持たせることができる。勿論、アウターレンズは遮光板に直接取付けられる必要はなく、一定の間隔を置いて設置してもよい。
【００２２】
光源装置１を複数用いて、信号灯、ディスプレー等の発光装置を構成することができる。勿論、使用目的によっては、一の光源装置１を用いて発光装置を構成すこともできる。以下、光源装置１を用いた発光装置の一例を説明する。
図８は、信号灯に使用される発光装置５０を示した図であり、７個の光源装置１を組み合わせて用いたものである。上記のように、各光源装置１の遮光板の形状を正六角形としてあるので、複数個の光源装置１を比較的密に配置することができる。
各光源装置１は光透過性の材料からなる固定板６０に組付けられている。この発光装置５０において、各光源装置１に内蔵されるＬＥＤ２０に注目すれば、個々のＬＥＤは広い間隔をおいて配列されることになる。このため、各ＬＥＤからの放熱が効率的に行われる。また、発光装置５０全体に使用されるＬＥＤの数は少なく、全体で発生する熱も小さいものである。このように、発光装置５０全体で生ずる熱が小さく、かつ放熱が効率的に行えるため、ＬＥＤを高温状態で駆動した場合に生ずる発光特性の低下等の問題を回避することができ、信頼性の高い発光装置となる。
また、用いられるＬＥＤの数は少ないものの、上述のように各ＬＥＤからの外部放射効率は高く、また、各光源装置１の見かけ上の発光点はそれぞれ６つあり、それらが密に配置されることとなるため、発光装置５０の外部放射効率は高く、かつその外部放射光は発光むらの小さな見栄えの良いものとなる。
【００２３】
尚、将来、発光素子の高出力化が実現した場合においても、本発明の光源装置によれば、所定エリア内に配置するＬＥＤ数を減少できるとともに、発光むらの小さな見栄えの良い外部放射光を得ることができる。
【００２４】
上記実施例の光源装置おいて、光源として白熱電球を用いることもできる。この場合には、例えば、白熱電球の表面を着色することにより、又は白熱電球の表面に着色されたフィルムないしフィルターを被せることにより、所望の色を発光可能な光源装置とすることができる。また、遮光板の貫通口を通過して放出された光を着色されたフィルターを通すことにより、所望の発光色を得ることもできる。以上のような白熱電球を用いた場合であっても、外光の取り込みが遮光板により防止されるため、擬似点灯がなく、光源の消灯時と点灯時のコントラストの高い光源装置となる。また、光源数に対して見かけ上の発光点が増すため、発光むらの小さな見栄えのよい外部放射光が得られる。
【００２５】
この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一の実施例である光源装置１の平面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】光源装置１における反射鏡３０の構成を示す平面図である。
【図４】他の構成の反射鏡を示した図である。
【図５】同じく、他の構成の反射鏡を示した図である。
【図６】同じく、他の構成の反射鏡を示した図である。
【図７】同じく、他の構成の反射鏡を示した図である。
【図８】光源装置１を用いた発光装置５０を示した図である。
【符号の説明】
１光源装置
１０遮光板
１１〜１６貫通孔
２０ＬＥＤ
２１レンズ
３０反射鏡
３１〜３６反射面
５０発光装置[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a light source device. The present invention also relates to a light emitting device such as a signal lamp or a display using a light source device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a light source device used for a signal lamp, an incandescent bulb is used as a light source, and light emitted from a light source through a filter colored in each target color such as red and blue-green is generally widely used. It is used. There is also known a light source device in which a plurality of lens-type light emitting diodes (LEDs) having a desired emission color are densely arranged on a substrate. The light source device using LED as a light source has advantages that there is no pseudo lighting and that maintenance labor can be greatly reduced. In addition, since the LED itself emits monochromatic light, the external radiation efficiency can be made higher than the method using an incandescent bulb that cuts most of the emitted light with a filter. In addition, when a filter is used, the filter color is displayed by light incident from the outside and may be recognized as if it is lit. However, when an LED is used as a light source, no filter is required. There is no fear of such pseudo lighting. Further, the LED has a high reliability with no breakage like an incandescent bulb.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, conventionally known signal lamps that use LEDs as the light source use lens-type LEDs as described above, and thus cannot be said to have sufficient external radiation efficiency. This is because in a lens-type LED, if the directivity is increased, the amount of radiation is lost and the external radiation efficiency is reduced.
Moreover, in order to ensure sufficient luminous intensity and to eliminate the unevenness of light emission and to make it look good, LEDs are densely mounted, but this takes a lot of time and generates great heat. In addition, since heat dissipation is not performed efficiently, the LED is in a high temperature state. It is not preferable to light the LED in a high temperature state in this manner because it causes a decrease in light emission output and a life characteristic. In the future, by increasing the output of light emitting elements, even if the amount of LEDs used in a certain area can be reduced, the unevenness of light emission due to the reduced mounting density of LED light sources, that is, the appearance will deteriorate. The problem is not solved.
In addition, the optical system (silver plating on the lead frame surface, etc.) provided to increase the external radiation efficiency of the LED reflects external light and does not result in colored pseudo lighting, but the contrast decreases when the LED is turned on and off. Can be a cause.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve at least one of the above-described problems, and provides a light source device having a novel configuration. The configuration of the present invention is as follows.
A light shielding member having an optical opening;
A light source disposed on one side of the light shielding member;
A reflective surface that faces the light source and is disposed so as to surround the light emission direction side of the light source,
The light from the light source is condensed by being reflected by the reflecting surface, and then emitted from the optical opening of the light shielding member.
[0005]
According to such a configuration, the light from the light source is once reflected by the reflecting surface and then emitted to the outside. However, since the reflecting surface is installed so as to surround the light emission direction side of the light source, Most of the light is reflected by the reflecting surface and can be used as external radiation. That is, a light source device with high external radiation efficiency can be obtained. This means that the number of light sources arranged in a certain area can be reduced when a plurality of light sources are used to obtain a predetermined light amount. As a result, the amount of heat generated in the entire light source is reduced, and heat radiation from each light source is facilitated, and a decrease in light emission output and a decrease in light source life due to heat generation of the light source can be effectively prevented. In addition, the light from the light source is reflected by the reflection surface, and is collected toward the light shielding member while being condensed, and is emitted to the outside through an optical opening provided in the light shielding member. That is, the light from the light source reflected by the reflecting surface is efficiently radiated from the optical opening of the light shielding member while preventing the light from being taken into the reflecting surface by the light shielding member. Accordingly, it is possible to prevent light from being taken into the reflecting surface without reducing the external radiation efficiency. As a result, it is possible to effectively prevent pseudo lighting when the light source is turned off, and a light source device having a high contrast when the light source is turned on and off is provided.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0006]
As the light shielding member, for example, a plate-shaped member having a substantially circular shape, a substantially elliptical shape, a substantially rectangular shape in a plan view, and a shape in which these are arbitrarily combined can be used. The material of the light shielding member is not particularly limited as long as it is suitable for light shielding. For example, a resin colored in a black color having a high light shielding effect can be used. In addition, it is not necessary for all of the light shielding member to be formed of a light shielding material. For example, black coating may be applied only to the outer surface (the side irradiated with external light) to provide light shielding properties. . In addition, when an LED is used as a light source described later, a mounting substrate having a desired shape can be used as the light shielding member. Even in this case, in order to give the substrate light-shielding properties, the substrate is formed of a light-shielding material, or a black paint is applied to the substrate.
[0007]
The light shielding member is provided with an optical opening. The optical opening portion refers to a portion of the light shielding member that can transmit light. For example, the optical opening is formed by providing a through hole in a part of the light shielding member. In this case, the through hole can be filled with a transparent resin or the like. According to this configuration, it is possible to prevent dust, dust, and the like from entering the light source device from the outside through the through hole. Further, when black coating is applied to provide light shielding properties as described above, a part not to be painted can be provided and used as an optical opening.
The number of optical openings is determined according to the number of reflective surfaces described later, and preferably the same number of optical openings as the number of reflective surfaces are provided. It is also possible to provide a plurality of optical openings with respect to one reflecting surface and to radiate light reflected by the one reflecting surface through the plurality of optical openings.
Various shapes can be adopted as the shape of the optical opening. For example, the shape is circular, elliptical, rectangular or the like in plan view. The size of the optical opening is designed in consideration of the light shielding property of the light shielding member and the radiation efficiency of light reflected by the reflection surface described later. In other words, it is preferable to make the optical opening as small as possible so that a sufficient amount of light can be emitted, and thereby, high external radiation efficiency can be obtained while reducing the intake of external light through the optical opening. . Preferably, the size is such that substantially all of the light reflected and condensed by a reflection surface described later can be emitted externally.
[0008]
A light source is disposed on the side of the light shielding member opposite to the side irradiated with external light. Preferably, the light source is attached directly or via an attachment member on the surface of the light shielding member. In addition, a holder or the like can be used to increase the positional accuracy of the light source.
Further, it is necessary to arrange the light source so that at least the main light emission direction of the light source does not go from the light source to the light shielding member.
An incandescent bulb or a light emitting diode (LED) can be used as the light source. It is preferable to use an LED from the viewpoints of request for miniaturization, luminous efficiency, power saving, long life, and the like.
When the LED is used as the light source, the type of the LED is not particularly limited, and a bullet type (lens type), chip type, or the like can be used. Further, depending on the purpose, LEDs having desired emission colors such as red, green, and blue can be used. Moreover, RGB type LED can also be used.
[0009]
The LED has a light emission wavelength in the range of 380 nm to 500 nm, and the sealing member contains a phosphor that emits fluorescence when excited by light of the light emission wavelength to emit white light. It can be set as the light source device which radiates | emits light. Further, the sealing member may contain a diffusing agent.
In this case, an LED having an emission wavelength of 420 nm to 490 nm is preferably used. More preferably, an LED having an emission wavelength of 450 nm to 475 nm is used. As such an LED, a group consisting of a group III nitride compound semiconductor is preferably used.
[0010]
The phosphor, ZnS: Cu, Au, Al , ZnS: Cu, Al, ZnS: Cu, ZnS: Mn, ZnS: Eu, YVO 4: Eu, YVO 4: Ce, Y 2 O 2 S: Eu, and One or two or more phosphors selected from Y ₂ O ₂ S: Ce are used. Here, ZnS: Cu, Au, Al is a ZnS-based photoluminescent phosphor activated with Cu, Au, and Al using ZnS as a base material. ZnS: Cu, Al, ZnS: Cu, ZnS: Mn and ZnS: Eu are photoluminescent phosphors activated by Cu, Al, Cu, Mn, and Eu, respectively, using ZnS as a base material. Similarly, YVO ₄ : Eu and YVO ₄ : Ce are phosphors activated by Eu and Ce, respectively, using YVO ₄ as a base, and Y ₂ O ₂ S: Eu and Y ₂ O ₂ S: Ce are Y ₂ O. ₂ is a phosphor activated with Eu and Ce, respectively. These phosphors have an absorption spectrum for blue to green light and emit light having a wavelength longer than the excitation wavelength.
[0011]
Among the phosphors described above, ZnS: Eu, YVO ₄ : Ce and Y ₂ O ₂ S: Ce have a longer emission wavelength for blue to green excitation light than other phosphors, that is, their fluorescence. The emission color from the body is more red, and as a result, the light obtained by mixing the light emitted from these phosphors and the light from the light-emitting diode becomes a color closer to white. Thus, in order to obtain an emission color closer to white, it is preferable to select one or more selected from among ZnS: Eu, YVO ₄ : Ce and Y ₂ O ₂ S: Ce as the phosphor. .
[0012]
A reflective surface is installed at a position facing the light source. The reflection surface is provided to reflect and collect light from the light source, and is designed according to the relationship with the optical opening provided in the above-described light shielding member. In other words, it is necessary to design the reflection surface so that the light reflected and collected by the reflection surface passes through the optical opening and radiates outside. For example, a part of the spheroid having a focal point in the optical aperture of the light source and the light shielding member or in the vicinity thereof is used as the reflection surface. In the reflection surface having such a configuration, light from the light source is reflected by the reflection surface and collected, and the focal point of the collected light is at or near the optical opening of the light shielding member. As a result, the light can be concentrated in the optical opening or a narrow range in the vicinity thereof, and the light can be emitted to the outside with a small optical opening. That is, since the optical opening can be formed small, pseudo lighting is effectively prevented as described above. More preferably, the reflecting surface is designed so that the focal point of the light reflected and condensed by the reflecting surface is in the optical opening of the light shielding member. According to such a configuration, since the collected light can be radiated to the outside with a smaller optical opening, the effect of preventing false lighting is further enhanced. Further, the reflection surface is on the light emission direction side of the light source. Is to enclose This is because substantially all of the light from the light source is reflected by the reflecting surface and used as external radiation light to enhance external radiation efficiency.
[0013]
A plurality of reflecting surfaces can be provided. In this case, as described above, a plurality of optical openings are formed in the light shielding member, and the light reflected and collected by each reflecting surface is radiated to the outside from the optical opening corresponding to the reflecting surface. According to this configuration, light is emitted from the plurality of optical openings to one light source. In other words, the apparent number of light emission points increases with respect to the number of light sources, so the same effect as arranging a plurality of light sources, that is, the number of light emission points per area increases, and there is little unevenness in light emission and the appearance is improved. The effect is obtained.
Also in this case, it is preferable that each reflecting surface is a part of a spheroid having a focal point at or near the optical opening corresponding to the reflecting surface in the light source and the light shielding member. This is because the light collected by each reflecting surface can be emitted externally with a small optical aperture, and the pseudo-lighting can be effectively prevented while maintaining high external radiation efficiency. More preferably, each reflecting surface is designed so that the focal point of the light collected by being reflected by each reflecting surface is in the optical opening corresponding to the reflecting surface of the light shielding member.
[0014]
The reflecting surface can be formed by molding a resin into a desired shape, or by pressing a metal plate. In the case of using a resin molded product, the surface is made light-reflective by performing metal vapor deposition or plating on the surface, or by applying metal or the like on the surface. Moreover, although it is preferable to use what consists of a material with a high light reflectance as a metal plate, the process which improves the light reflection efficiency of the surface after press work can also be performed.
[0015]
【Example】
Hereinafter, the light source device 1 which is an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view of the light source device 1 as viewed from the light external emission side, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the reflecting mirror 30, and is a plan view of only the reflecting mirror 30 as viewed from the light external emission side.
The light source device 1 of the present embodiment is generally configured by a light shielding plate 10, an LED 20 that is a light source, and a reflecting mirror 30. The light-shielding plate 10 is a substrate for LED mounting, and the surface on the external radiation side (the surface observed in FIG. 1) is painted black and has a light-shielding function. Further, in this embodiment, the light shielding plate 10 is a regular hexagon, and through holes 11 to 11 are located at the center of gravity of each regular triangle formed by connecting two adjacent apexes of the regular hexagon and the center (F). 16 is provided.
[0016]
As shown in FIG. 2, the LED 30 is mounted on the surface of the light shielding plate 10 on the reflecting mirror 30 side with a predetermined distance. In this example, as the LED 20, an LED including a light emitting element made of a group III nitride compound semiconductor was used, and a light source device having a blue emission color was obtained. Needless to say, an LED having an arbitrary emission color can be used, and a light source device having a desired emission color can be obtained. Furthermore, a light source device capable of emitting any color can be obtained by using an RGB type LED in which light emitting elements of red, green, and blue light emitting colors are combined.
[0017]
The LED 20 is configured by mounting a light emitting element on one of a pair of lead frames and sealing the other lead frame and the light emitting element electrically connected by a wire with a transparent epoxy resin. A lens surface 21 is formed on the surface. The shape of the lens surface 21 is a spherical surface whose origin is the position f0 of the light emitting element.
[0018]
The reflecting mirror 30 is made of a thermosetting resin containing a light reflecting agent, and is configured by combining reflecting surfaces 31 to 36 as shown in FIG. The reflecting surfaces 31 to 36 are mirror-finished by performing a metal deposition process on the surface of the resin molded product. The configuration of each reflecting surface will be described with reference to the reflecting surfaces r1 and r2 as an example with reference to FIG. 2 showing a cross section of the reflecting mirror. First, the reflecting surface 31 is a part of a spheroid having a focal point at the light emitting element position (f0) of the LED 20 and the through hole 11 position (f1) of the light shielding plate 10. Similarly, the reflecting surface 34 is a part of a spheroid having a focal point at the light emitting element position (f0) and the through hole 14 position (f4). The other reflective surfaces have the same configuration, and are designed based on the relationship between the positions of the through holes of the light shielding plate 10 corresponding to the reflective surfaces and the light emitting element position (f0). Each reflecting surface is formed so that the reflecting mirror 30 surrounds the LED 20.
[0019]
The configuration of the reflecting surface constituting the reflecting mirror 30 is not limited to the above, and the number of reflecting surfaces and the shape of each reflecting surface can be arbitrarily selected. For example, the configuration shown in FIGS. 4 to 6 can be employed. In the reflecting mirror of FIG. 4, three reflecting surfaces are used. In this case, a through hole (optical opening) corresponding to each reflecting surface is formed in the light shielding plate 10. The shape of each reflecting surface is set by the relationship between the position of the corresponding through hole and the light emitting element position (f0), and in the case of FIG. 4, each reflecting surface corresponds to it. It is a part of a spheroid having a focal point at the position of the through hole and the light emitting element position (f0). Similarly, the reflecting mirror of FIG. 5 includes two reflecting surfaces. The configuration of each reflecting surface in this case is the same as in FIG. In FIG. 6, a reflecting mirror composed of 24 reflecting surfaces is shown. The configuration of each reflecting surface in this case is the same as that in FIG. 4, and each reflecting surface has a spheroidal surface having a focus at the position of the through hole and the light emitting element position (f0) provided in the light shielding plate correspondingly. As part of. In the reflecting mirror of FIG. 6, the shape of each reflecting surface is a triangle in plan view, but in the reflecting mirror shown in FIG. 7, a reflecting mirror having a rectangular shape in plan view and a reflecting surface of a triangle in plan view is configured. Other configurations on each reflecting surface are the same as those of the reflecting mirror of FIG.
[0020]
In the light source device 1 configured as described above, first, substantially all of the light emitted from the light emitting element in the LED 20 is radiated without being refracted at the interface of the lens 21, and reaches the reflecting surfaces 31 to 34 of the reflecting mirror 30. . The light that reaches each reflection surface is collected for each reflection surface with the through hole of the light shielding plate corresponding to the reflection surface as a focal point, and the collected light is radiated to the outside through each through hole.
As described above, the light reflected by the respective reflecting surfaces is condensed with the position of the corresponding through hole as a focal point and emitted to the outside, so that each through hole can be designed to be small. Thereby, the external light which injects into the reflective mirror 30 side through each through-hole of the light-shielding plate 10 can be decreased. In addition, external light incident on the reflecting mirror side through each through-hole reaches each reflecting surface of the reflecting mirror 30. As described above, each reflecting surface has a corresponding through-hole position and the LED 20's position. Since it is a part of a spheroid having a focal point at the light emitting element position (f0), the external light that reaches each reflecting surface is reflected by the reflecting surface to be focused on the light emitting element position (f0). Finally, the light is absorbed on the reflection surface side of the light shielding plate 10. That is, even if external light is incident on the reflecting mirror side from each through-hole, it is not radiated to the outside as reflected light, and pseudo lighting does not occur.
As described above, the light source device 1 has a high light shielding effect against external light, and can effectively prevent pseudo lighting. Thereby, the contrast when the LED 20 is turned on and off is increased.
In addition, since the reflecting mirror 30 is designed to surround the LED 20, substantially all of the light emitted from the LED can be reflected by the reflecting mirror 30 and emitted externally. Thereby, it becomes a light source device with high external radiation efficiency.
Further, the radiation angle of the external radiation light is an angle range from each reflection surface to the corresponding through hole. That is, according to the configuration of each reflecting surface of the present embodiment, it is possible to radiate externally as light having a predetermined directivity with high efficiency.
Furthermore, six through-holes for external radiation are provided for one LED 20 and these serve as apparent light emission points. Therefore, external radiation with good appearance and small emission unevenness can be obtained as if there are six light sources. Light is obtained.
[0021]
In the light source device 1 described above, an outer lens may be provided on the external radiation side. The outer lens is provided to control the emitted light from the light source device 1 and to have a desired directivity. For example, a lens made of a light-transmitting resin is attached to each of the through holes of the light shielding plate 10 on the external radiation side. Thereby, desired directivity can be given to the light radiated to the outside from each through hole. Of course, the outer lens does not need to be directly attached to the light shielding plate, and may be installed at a certain interval.
[0022]
A plurality of light source devices 1 can be used to constitute a light emitting device such as a signal lamp or a display. Of course, depending on the purpose of use, the light-emitting device can be configured by using one light source device 1. Hereinafter, an example of a light emitting device using the light source device 1 will be described.
FIG. 8 is a view showing a light emitting device 50 used for a signal lamp, in which seven light source devices 1 are used in combination. As described above, since the shape of the light shielding plate of each light source device 1 is a regular hexagon, a plurality of light source devices 1 can be arranged relatively densely.
Each light source device 1 is assembled to a fixed plate 60 made of a light transmissive material. In the light emitting device 50, if attention is paid to the LEDs 20 incorporated in each light source device 1, the individual LEDs are arranged at a wide interval. For this reason, heat dissipation from each LED is performed efficiently. Further, the number of LEDs used in the entire light emitting device 50 is small, and the heat generated in the whole is also small. In this way, since the heat generated in the entire light emitting device 50 is small and heat can be efficiently dissipated, problems such as deterioration in light emission characteristics caused when the LED is driven at a high temperature can be avoided, and reliability can be improved. It becomes a high light emitting device.
In addition, although the number of LEDs used is small, the external radiation efficiency from each LED is high as described above, and there are six apparent light emitting points of each light source device 1 and they are densely arranged. Therefore, the external radiation efficiency of the light emitting device 50 is high, and the external radiation light has a good appearance with small unevenness in light emission.
[0023]
In the future, even when the output of the light emitting element is increased, according to the light source device of the present invention, it is possible to reduce the number of LEDs arranged in a predetermined area, and to produce externally radiated light with a small appearance and small unevenness in light emission. Obtainable.
[0024]
In the light source device of the above embodiment, an incandescent bulb can be used as the light source. In this case, for example, by coloring the surface of the incandescent bulb, or by covering the surface of the incandescent bulb with a colored film or filter, a light source device capable of emitting a desired color can be obtained. Moreover, a desired luminescent color can be obtained by passing light emitted through the through hole of the light shielding plate through a colored filter. Even when the incandescent bulb as described above is used, since the outside light is prevented from being taken in by the light shielding plate, there is no pseudo lighting, and the light source device has high contrast when the light source is turned off. In addition, since the apparent light emission point increases with respect to the number of light sources, externally radiated light with good appearance and small unevenness in light emission can be obtained.
[0025]
The present invention is not limited to the description of the embodiments and examples of the invention described above. Various modifications may be included in the present invention as long as those skilled in the art can easily conceive without departing from the description of the scope of claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a light source device 1 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
3 is a plan view showing a configuration of a reflecting mirror 30 in the light source device 1. FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a reflecting mirror of another configuration.
FIG. 5 is a view similarly showing a reflecting mirror of another configuration.
FIG. 6 is a view similarly showing a reflecting mirror of another configuration.
FIG. 7 is a view similarly showing a reflecting mirror of another configuration.
8 is a view showing a light emitting device 50 using the light source device 1. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source device 10 Light-shielding plates 11-16 Through-hole 20 LED
21 Lens 30 Reflecting mirrors 31 to 36 Reflecting surface 50 Light emitting device

Claims

A light shielding member having an optical opening;
Wherein arranged on one side of the light blocking member, a light source is Ru mounted on the light shielding member,
Opposite the light source, and is disposed so as to surround the light emitting direction of the light source, and a reflecting surface ing a part of a spheroid with a focus on the light source and the optical apertures,
The light from the light source is collected by being reflected by the reflecting surface, and then emitted from the optical opening of the light shielding member .
It said optical aperture Ru is formed only in the focal or its vicinity of the reflecting surface,
A light source device characterized by that.

The light source device according to claim 1, wherein the reflection surface is installed so as to surround substantially all of the light emission direction side of the light source.

3. The light source device according to claim 1, wherein a focal point of the collected light is at or near the position of the optical aperture.

The light shielding member includes a plurality of the optical openings, and includes a plurality of reflection surfaces corresponding to the plurality of optical openings, and light from the light source is reflected by the plurality of reflection surfaces. after condensing for each reflection surface by Rukoto light source device according to any one of claims 1 to 3 emitted respectively from the optical apertures corresponding to the reflective surface, characterized in that.

The light source device according to any one of claims 1 to 4, wherein the light source is LED, and it.

2. A lens made of a light-transmitting material is formed in the light emission direction of the LED, and a hemispherical lens having a semiconductor light-emitting element constituting the LED as an origin is formed. The light source device according to any one of 1 to 5 .

Emitting device comprising a light source device 1 or 2 or more of any one of claims 1 to 6.

The light source device according to any one of claims 1 to 6 arranged in a plurality matrix light-emitting device, characterized in that.

The light emitting device is a signal lamp or display, the light emitting device according to claim 7 or 8, characterized in that.